(57)【要約】【課題】材料の耐ヒートチェック性を評価するためのヒートチェック試験において、酸化スケールの発生および成長を大幅に抑制することができるヒートチェック試験方法及びヒートチェック装置を提供する。【解決手段】試験片のヒートチェック試験面を含む空間を局所的に不活性ガス雰囲気にし、不活性ガス雰囲気下の試験面を加熱する加熱工程と、加熱された試験面を冷却液で冷却する冷却工程と、を有し、加熱工程と、冷却工程とを交互に繰り返し行い、さらに所望により、冷却工程後の冷却液を除去する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片のヒートチェック試験面を含む空間を局所的に不活性ガス雰囲気にし、不活性ガス雰囲気下の前記試験面を加熱する加熱工程と、
加熱された前記試験面を冷却液で冷却する冷却工程と、を有し、
前記加熱工程と、前記冷却工程とを交互に繰り返し行うことを特徴とするヒートチェック試験方法。
【請求項２】
前記不活性ガス雰囲気は、不活性ガスを前記空間に局所的に吹き出すことによって形成することを特徴とする請求項１記載のヒートチェック試験方法。
【請求項３】
前記冷却工程が前記試験面に冷却液を接触させる工程を含み、
前記冷却工程後に、少なくとも試験面を含む試験片表面にガスを吹き付けて前記冷却液を試験片表面から除去する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートチェック試験方法。
【請求項４】
前記ガスが圧縮空気であることを特徴とする請求項３記載のヒートチェック試験方法。
【請求項５】
加熱位置にある、試験片のヒートチェック試験面を含む空間に不活性ガスを吹き出す不活性ガス吹出部と、
前記ヒートチェック試験面を加熱する加熱部と、
加熱されたヒートチェック試験面に冷却液を接触させる冷却部と、
前記試験片を、前記加熱部および前記冷却部に対し相対的に移動させて、前記試験片を加熱位置と冷却位置とに位置させる回転機構と、を備えることを特徴とするヒートチェック試験装置。
【請求項６】
前記冷却部が、前記ヒートチェック試験面に、ストレート状に吐水するものであることを特徴とする請求項５記載のヒートチェック試験装置。
【請求項７】
前記試験面に向けてガスを吹き付けて試験面上の冷却液を除去する冷却液除去部を有することを特徴とする請求項５または６に記載のヒートチェック試験装置。
【請求項８】
前記不活性ガス吹出部および前記加熱部と、前記冷却部とが、前記試験片の異なる回転位置に合わせて設置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のヒートチェック試験装置。
【請求項９】
前記試験面に向けてガスを吹き付けて冷却液を除去する冷却液除去部が、前記試験片の所定の回転位置に合わせて設置されていることを特徴とする請求項８記載のヒートチェック試験装置。
【請求項１０】
前記回転機構が試験時に所定の回転方向に回転されるように構成されており、１周の周回位置内に、前記加熱部、前記冷却部および前記冷却液除去部が、前記回転方向の順に設置されていることを特徴とする請求項９記載のヒートチェック試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、材料のヒートチェックを再現するヒートチェック試験方法およびヒートチェック試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型や熱間圧延用ワークロール等ではヒートチェックが発生しやすい。ヒートチェックは、加熱と冷却により生じる圧縮及び引張熱応力が繰り返し負荷されることによって材料表面に発生する割れである。このため、加熱と冷却が繰り返し負荷される材料の技術分野では、ヒートチェックを再現し、材料の耐ヒートチェック性を評価するヒートチェック試験が行われることがある。
【０００３】
ヒートチェック試験では、ヒートチェックを再現するために、加熱と冷却を例えば数千回繰り返すことが必要になる。
ヒートチェックは、材料に負荷される熱応力が大きい方が発生しやすく、熱応力を大きくするためには材料の表面と内部の温度勾配を大きくすることが望ましい。しかし、加熱速度と冷却速度が小さな方法を用いた場合には、熱応力が小さくなってしまうため、再現実験に長い時間を要する。このため、ヒートチェック試験を行う試験装置では、多くの場合、熱応力を大きくするために急速加熱と急速冷却を可能とする装置が組み込まれており、高周波誘導加熱法と水冷機構とが用いられることが多い。
【０００４】
例えば、特許文献１では、高周波加熱コイルで試験片の端面を所定の温度まで加熱し、水により冷却する技術内容が開示されている。この技術では、試験片の一端面の中心部の一部のみを加熱及び冷却することにより、中心部はその周囲からの拘束力が働き、ヒートチェックが効率よく発生する工夫がなされている。
また、特許文献２には、金型表面と内部冷却孔間に発生する割れを再現できるように、該表面を水冷するだけでなく、試験片内部に設けた冷却孔に冷媒を流すことにより、内部からの冷却も可能にし、金型の実用環境を再現した試験方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１６８３４４号公報
【特許文献２】特開平９−１１３４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ヒートチェックは、上記したように熱応力の繰返しにより発生する割れであるため、それを再現するための技術的なポイントは、加熱と冷却を大きな速度で実施することであり、特許文献１及び２においても冷却には簡便で確実な水冷が用いられている。
しかし、冷媒に水を用いると、材料の表面についた水や材料表面付近の水蒸気分圧の上昇により、加熱及び冷却の繰返し中に材料表面が徐々に酸化していく。そして酸化スケールが厚くなると、試験片表面に発生する熱応力の変化や、材料が鉄鋼の場合には脱炭による材料特性の低下をもたらし、さらに、どこが初期表面なのか不明瞭になり表面に生じた割れの正確な深さが測定できなくなってしまい、熱応力起因の正確なヒートチェック性を評価することができなくなるという問題がある。
【０００７】
酸化を抑制する方法としては、試料となる材料を真空あるいは不活性ガス雰囲気で試験することが容易に考えられるが、真空雰囲気で実施する場合には、真空チャンバーが必要になり、また真空チャンバー内で水を利用すると真空度が低下し、健全な試験環境を保てなくなるため、それに対応する冷却機構は複雑になる。また、不活性ガスによるガス冷却では水冷ほど冷却速度が大きくないため、試料に与えられる熱衝撃は小さくなり、ヒートチェックが発生しにくくなる。不活性ガス雰囲気で実施する場合にも、試料を覆う箱が必要となる。冷却機構は真空雰囲気より単純であるが、箱の中を満たすためのガス量が必要となり、運転費用がかかる。
【０００８】
本発明は、上記事情を背景になされたものであり、酸化スケールの発生及び成長を抑制し、加熱−冷却サイクルを速くし、かつ正確な評価を行うことができるヒートチェック試験方法及び試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明のヒートチェック試験方法のうち、第１の形態は、試験片のヒートチェック試験面を含む空間を局所的に不活性ガス雰囲気にし、不活性ガス雰囲気下の前記試験面を加熱する加熱工程と、加熱された前記試験面を冷却液で冷却する冷却工程と、を有し、前記加熱工程と、前記冷却工程とを交互に繰り返し行うことを特徴とする。
【００１０】
他の形態のヒートチェック試験方法は、前記形態の本発明において、前記不活性ガス雰囲気は、不活性ガスを前記空間に局所的に吹き出すことによって形成することを特徴とする。
【００１１】
他の形態のヒートチェック試験方法は、前記形態の本発明において、前記冷却工程が前記試験面に冷却液を接触させる工程を含み、
前記冷却工程後に、少なくとも試験面を含む試験片表面にガスを吹き付けて前記冷却液を試験片表面から除去する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
他の形態のヒートチェック試験方法は、前記形態の本発明において、前記ガスが圧縮空気であることを特徴とする。
【００１３】
本発明のヒートチェック装置のうち、第１の形態は、加熱位置にある、試験片のヒートチェック試験面を含む空間に不活性ガスを吹き出す不活性ガス吹出部と、
前記ヒートチェック試験面を加熱する加熱部と、
加熱されたヒートチェック試験面に冷却液を接触させる冷却部と、
前記試験片を、前記加熱部および前記冷却部に対し相対的に移動させて、前記試験片を加熱位置と冷却位置とに位置させる回転機構と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
他の形態のヒートチェック装置は、前記形態の本発明において、前記冷却部が、前記ヒートチェック試験面に、ストレート状に吐水するものであることを特徴とする。
【００１５】
他の形態のヒートチェック装置は、前記形態の本発明において、前記試験面に向けてガスを吹き付けて試験面上の冷却液を除去する冷却液除去部を有することを特徴とする。
【００１６】
他の形態のヒートチェック装置は、前記形態の本発明において、前記不活性ガス吹出部および前記加熱部と、前記冷却部とが、前記試験片の異なる回転位置に合わせて設置されていることを特徴とする。
【００１７】
他の形態のヒートチェック装置は、前記形態の本発明において、前記試験面に向けてガスを吹き付けて冷却液を除去する冷却液除去部が、前記試験片の所定の回転位置に合わせて設置されていることを特徴とする。
【００１８】
他の形態のヒートチェック装置は、前記形態の本発明において、前記回転機構が試験時に所定の回転方向に回転されるように構成されており、１周の周回位置内に、前記加熱部、前記冷却部および前記冷却液除去部が、前記回転方向の順に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ヒートチェック試験を実施する際に、試験片の表面における酸化スケールの発生と成長を抑制することができ、ヒートチェックの評価を迅速かつ正確に行うことを可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のヒートチェック試験装置を示す正面図である。
【図２】同じく、一部を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるヒートチェック試験方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態のヒートチェック装置１について添付図面に基づいて説明する。
ヒートチェック試験装置１は、試験片を収めてヒートチェック試験を行うための有底円筒形状の格納ボックス１４を有している。格納ボックス１４の上部は開放されており、格納ボックス１４の底部には排水口１５が設けられている。
【００２２】
格納ボックス１４内には、試験片ホルダ支持アーム３が中心軸３０によって水平方向に回転できるように設置されており、中心軸３０は格納ボックス１４の底部下方に伸長して格納ボックス１４の下方に設置したアーム回転ユニット４に接続されている。アーム回転ユニット４には、モータ等の駆動源を有しており、中心軸３０を回転駆動する。アーム回転ユニット４は、操作制御部１１に制御可能に接続されている。
試験片ホルダ支持アーム３およびアーム反転ユニット４は、本発明の回転機構に相当する。
【００２３】
なお、本発明の回転機構では、駆動源を有さず、手動による操作力が加わることでアーム回転ユニットが動作し、試験片ホルダ支持アームが回転する構成としてもよい。
試験片ホルダ支持アーム３は、直径方向両端に伸長しており、それぞれの端部に上方に伸びるホルダ支持部３Ａを有している。ホルダ支持部３Ａ上には、試験片を四周から保持する角筒形状の試験片ホルダ２Ａ、２Ｂがそれぞれ備えられている。
【００２４】
アーム反転ユニット４は、試験片ホルダ２Ａ、２Ｂに試験片を保持して所定の回転位置に回転させることができる。なお、この実施形態では、試験片ホルダ支持アーム３が二つの試験片を保持できる構成となっているが、３つ以上の試験片を保持できる構成としてもよい。その場合、各保持部分は、中心軸に対し等角度間隔で位置しているのが望ましいが、これに限定されない。
また、一つの保持部分のみを備えるものであってもよい。ただし、複数の保持部分を有することで効率的な試験実施が可能になる。
【００２５】
格納ボックス１４内には、試験片ホルダ２Ａ、２Ｂに保持された試験片が所定の回転位置にある際に、この試験片表面に向けて不活性ガスを吐出する不活性ガスノズル９が設置されている。試験片表面は試験面に相当し、この際の試験片の回転位置は加熱位置に相当する。
不活性ガスノズル９には、不活性ガス供給管９Ａが接続されており、不活性ガス供給管９Ａの他端は、格納ボックス１４外に設けられた不活性ガス供給ユニット１２に接続されている。不活性ガスノズル９は、本発明の不活性ガス吹出部に相当する。
不活性ガス供給ユニット１２は操作制御部１１に制御可能に接続されている。
不活性ガスノズル９は、試験面を含む空間を不活性ガス雰囲気にするために用いられる。不活性ガス雰囲気では、できるだけ試験面周辺の酸素分圧が低いことが望ましく、単位時間、試験面の面積あたりのガス供給量は、４×１０−２ｍ３／（ｍ２・ｓ）以上とする。
なお、使用する不活性ガスの種類は特に限定されず、窒素、Ａｒなどを用いることができるが、安価な窒素を好適に用いることができる。
【００２６】
また、格納ボックス１４内には、試験片ホルダ２Ａ、２Ｂに保持され、加熱位置にある試験片表面を加熱する高周波加熱コイル１０を備えている。高周波加熱コイル１０は、加熱位置にある試験片の直上に位置するように配置されており、高周波誘導加熱によって試験片表面を所定温度に加熱する。このため、前記した不活性ガスノズル９は、高周波加熱コイル１０と干渉しない位置、例えば加熱位置にある試験片に対し斜め方向などに設置されている。
試験片表面と高周波加熱コイル１０との距離は適宜の距離に設定する。また、その距離を可変できるように高周波加熱コイル１０の上下位置を調整可能としてもよい。高周波加熱コイル１０は、高周波電源を備える高周波加熱制御部１３に電気的に接続されている。高周波加熱コイル１０、高周波加熱制御部１３は、本発明の加熱部に相当する。
【００２７】
なお、不活性ガスノズル９が吹き出し始める試験片の位置と、加熱される際の試験片の位置が完全に一致している必要はなく、試験片が加熱位置に到達する前に不活性ガスノズル９から不活性ガスを吹き出すようにしてもよい。また、不活性ガスノズルから吐出される不活性ガスは、試験面に直接吹き付ける他、不活性ガス雰囲気としたい空間に向けて吹き出すものであってもよく、例えば試験片以外の部材に不活性ガスを吹き付けて不活性ガス雰囲気を形成するものであってもよい。
【００２８】
なお、本実施形態では、試験片を加熱するための方法として誘導加熱式を採用したが、本発明では試験片の加熱方法はこれに限定されず、所望の加熱方法を採用することができ、例えば、燃焼ガス吹き付け法によって試験片を加熱するような構成としてもよい。
【００２９】
さらに、格納ボックス１４内には、中心軸３０に対し前記加熱位置と対称の位置にある試験片の表面に冷却水を吐水する冷却水ノズル５を有している。この位置は本発明における冷却位置に相当する。
冷却水ノズル５には、冷却水配管５Ａが接続されており、冷却水配管５Ａは冷却水ユニット７に接続されている。冷却水ユニット７には、図示しない冷却水ポンプなどを有しており、操作制御部１１が制御可能に接続されている。冷却水は、本発明の冷却液に相当し、冷却水ノズル５、冷却水配管５Ａ、冷却水ユニット７は、本発明の冷却部を構成する。なお、冷却部の構成がこれに限定されるものではない。
【００３０】
この実施形態では、冷却水ノズル５は、冷却位置にある試験片の直上に位置して真下に冷却水をストレート形状で吐水する。本発明としては吐水形状がストレート形状のものに限定されるものではなく、霧状やシャワー状の点や線状にして吐水することも可能である。ただし、吐水形状をストレート形状にすることで、発生した水蒸気が周囲に拡散するのを防止する。このため、冷却水ノズル５は、発生した水蒸気が周囲に拡散するのを抑制し、供給される冷却水が例え水蒸気になってもすぐに水滴に戻るように、吐出出口と試験片表面との隙間を小さくするのが望ましい。
なお、冷却部の冷却液は水に限定されるものではなく、他の冷却用媒体を用いるものであってもよい。
【００３１】
本実施形態では、冷却位置と加熱位置とは、中心軸３０を中心として対称の位置になっている。これより、一方の試験片が加熱位置にある場合には、他方の試験片を冷却位置に位置させることができ、同時または近い時間にそれぞれの試験片に対する加熱および冷却の処理を行うことが可能になる。
ただし、本発明としては、冷却位置と加熱位置とが対称の位置にあることが必須となるものではなく、試験片が移動する軌道上の任意の位置に加熱位置と冷却位置とを設定することができ、これに合わせて加熱部や冷却部を配置することができる。
【００３２】
また、格納ボックス１４内では、冷却位置にある試験片に対し、圧縮空気を噴射するエア噴射ノズル６を備えている。エア噴射ノズル６には、圧縮エア供給管６Ａが接続されており、圧縮エア供給管６ａの他端は、コンプレッサー８に接続されている。コンプレッサー８は操作制御部１１に制御可能に接続されている。
エア噴射ノズル６では、圧縮空気が試験面を含む試験片表面に向けて吹き出され（エアーブローされ）、冷却後の試験面から水分を効果的に除去することができる。エア噴射ノズル６、圧縮エア供給管６ａ、コンプレッサー８は、本発明の冷却液除去部を構成する。なお、冷却液除去部の構成がこれに限定されるものではない。
【００３３】
なお、本実施形態ではエア噴射ノズル６は、冷却位置にある試験片を対象としているが、冷却後に試験片を冷却位置から回転した他の位置で、エア噴射ノズル６によって圧縮エアを吹き付けるようにしてもよく、冷却後の試験片に対して圧縮空気を供給することが可能な位置であれば任意の位置に設定することが可能である。
例えば、上記した高周波加熱コイル１０、冷却水ノズル５、エア噴射ノズル６を、試験片の回転位置に合わせて、試験片の回転方向の順に配置するようにしてもよい。
上記した構成によってヒートチェック試験装置１が構成されている。
【００３４】
次に、ヒートチェック試験装置１の制御関係について説明する。
操作制御部１１は、前記したように冷却水ユニット７、コンプレッサー８、不活性ガス供給ユニット１２、高周波加熱制御部１３にそれぞれ接続されて、これらユニットや制御部を制御する。操作制御部１１は、ＣＰＵとＣＰＵ上で実行されるプログラムとによって構成することができ、プログラムは、操作制御部１１に含まれるＲＯＭ、不揮発メモリなどの記憶部に格納されている。また、記憶部には、動作パラメータなどが格納されてヒートチェック試験装置１の動作がなされる。
【００３５】
操作制御部１１は、前記プログラムに従って冷却水ユニット７を制御し、冷却水ノズル５における吐水のオンオフの制御や吐水量の制御を行うことができる。
また、操作制御部１１は、前記プログラムに従ってコンプレッサー８を制御し、エア噴射ノズル６からの圧縮エアの吹き出しのオンオフ制御や、吹き出し量の制御を行うことができる。
【００３６】
さらに、操作制御部１１は、前記プログラムに従って不活性ガス供給ユニット１２を制御し、不活性ガスノズル９における不活性ガス噴出のオンオフ制御、噴出量の制御を行うことができる。
また、操作制御部１１は、前記プログラムに従って高周波加熱制御部１３を制御して、高周波加熱コイル１０への通電オンオフ制御、通電量の制御を行うことができる。
【００３７】
次に、ヒートチェック試験装置１を用いたヒートチェック試験について図１〜図３に基づいて説明する。
なお、試験対象となる試験片１Ａ、１Ｂの素材については特に限定されず、ヒートチェックを再現するための材料が適宜選択される。例えば所望の熱間工具鋼の材料を選択して試験片として試験を供することができる。
試験片１Ａ、１Ｂは、試験片ホルダ２Ａ、２Ｂによって４周が保持される形状に成形される。試験片１Ａ、１Ｂが試験片ホルダ２Ａ、２Ｂで保持されることで、加熱、冷却に際し発生する応力を大きくすることができる。
【００３８】
試験の際には、図に示すように、試験片ホルダ２Ａ、２Ｂ内に、試験片１Ａ、１Ｂを取り付ける。
操作制御部１１では、処理回数ｎ＝０に設定し、処理予定回数ＡをＮとする（ステップｓ１）。Ｎは予め設定されていてもよく、また、ユーザが操作パネルなどを通して設定できるようにしてもよい。例えば、試験片の材料に応じて処理予定回数を異なるものとしてもよい。
【００３９】
試験開始に伴って、アーム反転ユニット４を制御して、試験片ホルダ支持アーム３を図２示で反時計回りに回転させ、試験片を加熱位置と冷却位置とに位置させるように回転位置を変更して回転を停止する（ステップｓ２）。図では、試験片ホルダ２Ａに保持された試験片１Ａを加熱位置に位置させ、試験片ホルダ２Ｂに保持された試験片１Ｂを冷却位置に位置させている。なお、この実施形態では、試験片ホルダ２Ａ、２Ｂのそれぞれに試験片１Ａ、１Ｂを保持したものとして説明しているが、試験片ホルダの一方にのみ試験片を保持して試験を行うことも可能である。ただし、２つの試験片を保持して試験を行うことで、それぞれの試験片で同時またはほぼ同時に試験を行うことができるため、効率的な試験を行うことが可能になる。
【００４０】
次の処理では、加熱位置と冷却位置において並行処理が開始される。
操作制御部１１では、不活性ガス供給ユニット１２を制御して、不活性ガスノズル９から不活性ガスを噴出し、加熱位置にある試験片（図では試験片１Ａ）の周囲の空間を不活性ガス雰囲気とする（ステップｓ３Ａ）。これにより試験片表面の試験面は不活性ガス雰囲気下におかれる。
これにより、試験片のヒートチェック試験面の近傍のみを局所的に不活性ガス雰囲気とすることができ、その後、高周波加熱コイル１０によって加熱される際に、試験片の試験面付近の酸素及び水蒸気分圧を低下させた状態にすることができ、加熱の際に酸化スケールの生成を抑制することが可能となる。また、加熱時にヒートチェック試験面とその近傍のみを局所的に不活性雰囲気にするため、使用する不活性ガスを必要最小限とすることができる。
【００４１】
試験面周囲の空間を不活性ガス雰囲気下にした後、操作制御部１１では、高周波加熱制御部１３を制御して、高周波加熱コイル１０に所定の周波数の高周波電流を流し、高周波誘導加熱によって、試験片表面付近の酸素及び水蒸気分圧を低下した状態で試験面を含む試験片の上部表層のみを急速加熱して昇温させる（ステップｓ４Ａ）。加熱は、高周波電流の値や周波数を適宜選定することで、所望の加熱速度にまで試験片を加熱することができる。加熱は、操作制御部１１の制御によって所定時間通電を行うことにより実行される。
なお、加熱の際には、不活性ガスノズル９からの不活性ガスの噴射を停止してもよいが、雰囲気維持のために、加熱中または加熱直後まで不活性ガスの噴射を行うようにしてもよい。
【００４２】
一方、冷却位置側では、冷却位置にある試験片(図では試験片１Ｂ）が加熱されているものである場合、以下の工程を行う。なお、初回の回転などで試験片の加熱がなされていない場合は、冷却位置側の処理は省略する。
加熱された試験片が冷却位置にある場合、操作制御部１１では、冷却水ユニット７を制御して、冷却水ノズル５から冷却水を吐出する（ステップｓ３Ｂ）。冷却水はストレート状に下方に吐出され、冷却水が試験面に接触し、試験面が急速に冷却される。なお、冷却速度は、試験片の加熱温度、冷却水ノズル５から供給される冷却水の水量などによって定まる。使用後の冷却水は、格納ボックス１４の底部に形成した排水口１５から外部に排水される。
操作制御部１１では、冷却水ノズル５からの吐出時間を制御して、冷却を制御することができる。この際には、試験片は想定される温度まで降温し、操作制御部１１では、冷却水吐出開始から所定時間経過後に、冷却水ユニット７を制御して冷却水ノズル５からの冷却水吐出を停止する。
【００４３】
次に、操作制御部１１では、コンプレッサー８を制御することで、コンプレッサー８によって周囲の空気を取り込んで圧縮し、エア噴射ノズル６から圧縮エアを噴出する（ステップｓ４Ｂ）。圧縮エアは試験片へ向けて所定の時間噴射され、試験片表面の水分が吹き飛ばされて試験面表面から取り除かれる。
冷却後の試験片の表面に向けて圧縮エアを吹き付けることで、試験片の表面の水分を除去することができ、再度加熱に供される際に試験面の残存水分起因の水蒸気の発生を低減することができる。また、試験面に水が付着している場合、付着している部分と付着していない部分との昇温速度のムラを低減することが可能となる。圧縮エアの吹きつけ時間は水分の除去効果を想定して設定することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、エア噴射ノズル６によって圧縮エアを試験片へ噴射するものとしたが、圧縮エアの代わりに所望のガスを使用してもよく、例えば、不活性ガスを使用することも可能である。ただし、不活性ガスを冷却液除去に用いると、不活性ガスの使用量が増大して処理コストが増大する点で不利である。
【００４５】
上記した不活性ガスの吹き出しおよび試験片加熱（ステップｓ３Ａ→ステップｓ４Ａ）と冷却水吐出と圧縮エア吹き出し（ステップｓ３Ｂ→ステップｓ４Ｂ）は並行して処理されるが、それぞれのステップ実行時期や実行時間は異なるものであってもよい。
【００４６】
ステップｓ４Ａ、ステップｓ４Ｂの終了後、並行処理を終了し、ｎに１を加算し（ステップｓ５）、ｎが処理予定回数Ｎに達したかを判定する（ステップｓ６）。ｎがＮに達していれば（ステップｓ６、Ｙｅｓ）、必要な処理回数は実行されたものとして処理を終了する。
【００４７】
ｎがＮに達していなければ、処理回数は未達であるとして、ステップｓ２に戻り、操作制御部１１では、アーム回転ユニットを制御して、試験片１Ａ、１Ｂの回転位置が加熱位置と冷却位置とで入れ替わるように試験ホルダ支持アームを回転させ、回転を停止させる。
その後、上記で説明したように、加熱位置における処理と、冷却位置における処理とを並行して処理することで、それぞれの試験片において、加熱と冷却とを繰り返し行うことができる。
したがって、試験片１Ａ、１Ｂは、高周波加熱コイル１０と冷却水ノズル５の直下を行き来することができ、２つの試験片を同時に試験することが可能である。
【００４８】
このようにして試験片の加熱と冷却を繰り返すことで、ヒートチェックが再現され、材料の耐ヒートチェック性を評価することが可能となる。加熱と冷却の繰り返し回数については設定された回数に従って行うことができる。また、ユーザの観察によって処理を終了してよいような場合には、途中で処理を終了するようにしてもよい。
【００４９】
なお、本実施形態では、試験片１Ａ、１Ｂを移動させることによって加熱と冷却を繰り返すような構成としたが、試験片１Ａ、１Ｂを固定し、高周波加熱コイル１０および冷却液ノズル５を移動させることによって加熱と冷却を繰り返すような構成としてもよい。すなわち、高周波加熱コイル１０および冷却液ノズル５に対して試験片が相対的に移動されるような構成とすることも可能である。
【００５０】
本実施形態によれば、冷却媒体に水を用いながらも比較的単純な機構を採用して、試験片のヒートチェック試験面を局所的に不活性ガス雰囲気としながら加熱を行うことで、試験片における酸化スケールの発生を大幅に抑制する。さらに、加熱―冷却サイクルが速く、かつ正確なヒートチェック試験を行うことが可能となり、ヒートチェック特性が要求される材料の評価の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、図２示で試験片ホルダ支持アーム３を反時計回りに回転させるものとして説明したが、試験片ホルダ支持アーム３を時計回りに回転させるようにしてもよい。また、回転方向を逐次変えて回転するようにしてもよい。
また、この実施形態では、加熱位置と冷却位置とで処理を行うものとしたが、冷却液を除去する位置を別に設けてもよい。その場合、試験片の回転方向にそって、加熱位置、冷却位置、冷却液除去位置を設定し、これらの位置に合わせて、加熱部、冷却部、冷却液除去部を配置することができる。
【実施例】
【００５２】
本発明の実施例について以下に説明する。
本実施形態のヒートチェック試験装置１に備えられた各機構の効果を確認するため、ヒートチェック試験装置１を用いて、加熱中の不活性ガスの供給（不活性ガスフロー）の有無、冷却水の形状、および冷却後の圧縮空気の噴射（エアブロー）の有無を変更して１００００サイクルのヒートチェック試験を実施し、水蒸気発生の視認、昇温速度のバラツキ、および試験後の酸化スケールの相対厚さを検証した。これらの結果は表１に示した。
なお、生成した酸化スケールの厚さは、実施例１で生成した酸化スケールの厚さを１００として相対値により示した。
水蒸気発生の視認は、連続撮影した写真を用いて、白色の水蒸気が拡散した広さによって判定し、
昇温速度のバラツキは、データロガーで採取した、試験片の温度の経時変化により判定した。試験片の温度測定は、試験面の反対側の面の中央から、試験面に垂直で試験面から所定の距離を有する位置にまで熱電対穴を設け、この熱電対穴の終端まで熱電対を入れて温度を測定する。熱電対穴における所定の距離は０．５ｍｍとしたが、本発明としては試験面の温度に追随できれば０．５ｍｍの距離に限定されない。熱電対穴は、試験面においてほぼ中央に向かっていればよく、多少のずれは問題ない。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１に示された酸化スケールの厚さの変化から、不活性ガスフローが酸化スケールの成長を抑制する効果が最も大きいことが確認された。また、エア噴出及び冷却水形状をストレートにすることについても、水蒸気発生を抑制して酸化スケールの成長を抑制する効果があることが確認された。
すべての対策を取り入れた実施例８は全く対策をしない比較例１に比べて、酸化スケールの厚さが５分の１以下となった。
【００５５】
以上、本発明について上記実施形態および実施例に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態および実施例の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは前記実施形態および実施例に対する適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１    ヒートチェック試験装置
１Ａ  試験片
１Ｂ  試験片
２Ａ  試験片ホルダ
２Ｂ  試験片ホルダ
３    試験片ホルダ支持アーム
４    アーム反転ユニット
５    冷却水ノズル
５Ａ  冷却水配管
６    エア噴射ノズル
６Ａ  圧縮エア供給管
７    冷却水ユニット
８    コンプレッサー
９    不活性ガスノズル
９Ａ  不活性ガス供給管
１０    高周波加熱コイル
１１    操作制御部
１２    不活性ガス供給ユニット
１３    高周波加熱制御部
１４    格納ボックス
３０    中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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