(57)【要約】【課題】  試験体に付与する荷重の分解能を高めることにより、試験体に付与する荷重の制御をより高精度とすることが可能な高温圧縮試験装置を提供する。【解決手段】  高温炉１６と、高温炉１６内に進入することにより、高温炉１６内に収納された試験体２３をその両側から押圧する第１加圧棒２１および第２加圧棒２２と、クロスヘッド１１と、試験体２３に付与された圧力を検出するロードセル２６と、試験体２３の変位量を検出する変位検出計２５と、第１加圧棒２１とクロスヘッド１１との間に配設された弾性機構１３とを備える。【選択図】        図１
2011112544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体に対して高温下で圧力を付与することにより試験体の圧縮試験を行う高温圧縮試験装置において、
前記試験体を収納可能な高温炉と、
前記高温炉内に収納された試験体をその両側から押圧する第１、第２の加圧部材と、
前記第１の加圧部材に対して押圧力を付与する加圧機構と、
前記第２の加圧部材を支持する支持部材と、
前記試験体に付与された圧力を検出するロードセルと、
前記試験体の変位量を検出する変位検出計と、
前記加圧機構と前記試験体との間、または、前記支持部材と前記試験体との間に配設された弾性機構と、
を備えたことを特徴とする高温圧縮試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高温圧縮試験装置において、
前記第１の加圧部材は、前記高温炉内に進入して試験体を押圧する第１加圧棒から構成されるとともに、
前記加圧機構は、前記試験体に対する押圧力の付与方向に移動するクロスヘッドであり、
前記弾性機構は、前記第１加圧棒と前記クロスヘッドとの間に配設される高温圧縮試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高温圧縮試験装置において、
前記弾性機構は、前記第１加圧棒と前記クロスヘッドとの間に配設された圧縮ばねを含む高温圧縮試験装置。
【請求項４】
請求項１に記載の高温圧縮試験装置において、
前記第２の加圧部材は、前記高温炉内に進入して試験体を押圧する第２加圧棒から構成されるとともに、
前記支持部材は、前記ロードセルを介して前記第２加圧棒を支持する基台であり、
前記弾性機構は、前記第２加圧棒と前記基台との間に配設される高温圧縮試験装置。
【請求項５】
請求項４に記載の高温圧縮試験装置において、
前記弾性機構は、前記第２加圧棒と前記基台との間に配設された圧縮ばねを含む高温圧縮試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試験体に対して高温下で圧力を付与することにより試験体の圧縮試験を行う高温圧縮試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような高温圧縮試験機は、耐火物等からなる試験体を、高温、高圧状態に維持して、耐火物の実際の使用状態に近似した条件で特性を評価する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５５６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
試験体としてこのような耐火物を使用して試験を実行するときの規格としては、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｒ２２０７：耐火物の熱膨張の試験方法、ＪＩＳＲ２２０９：耐火れんがの荷重軟化点の試験方法、ＪＩＳＲ２６５８：耐火れんがの圧縮クリープ試験方法等が設定されており、各規格毎に、加熱方法、温度計測方法、変位計測方法等が規定されている。
【０００５】
このような規格においては、試験体に付与する試験力を一定に維持した状態で試験を実行することが求められている。例えば、ＪＩＳＲ２２０７―２においては、０．０１ＭＰａ（メガパスカル）の圧力をプラスマイナス１Ｎ（ニュートン）の荷重精度で保持することが要求される。また、ＪＩＳＲ２２０９およびＪＩＳＲ２６５８では、圧力を０．２ＭＰａに対してプラスマイナス０．０４ＭＰａの精度で保持することが要求される。なお、この試験力の保持は、加熱中も継続される必要があるが、加熱中においては試験体に圧力を付与する加熱棒が熱膨張により伸長することから、試験体に圧力を付与する加熱棒を加圧方向とは逆方向に微動させる必要がある。
【０００６】
ところで、このような試験装置において試験体に付加を付与する加圧機構の位置制御分解能は、例えば、０．０３μｍ程度となっている。また、この加圧機構の剛性は２００乃至４００ｋＮ／ｍｍ程度であり、試験体に直接圧力を付与する加圧棒の剛性は２０ｋＮ／ｍｍ程度である。このため、試験装置における加圧機構全体の剛性は、２０ｋＮ／ｍｍ程度となる。従って、位置精度分解能あたりの荷重の変化量は、試験装置における加圧機構全体の剛性と加圧機構の位置制御分解能とを乗算した０．６Ｎ程度となる。
【０００７】
この荷重の変化量は、規格が要求するプラスマイナス１Ｎの荷重精度と同程度のオーダーである。このため、ＰＩＤ制御等を利用して荷重の制御を行ったとしても、荷重の制御のための加圧機構の分解能が十分でないことから、試験体に付与する荷重の制御を十分に高精度とすることは困難となる。
【０００８】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験体に付与する荷重の分解能を高めることにより、試験体に付与する荷重の制御をより高精度とすることが可能な高温圧縮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】
請求項１に記載の発明は、試験体に対して高温下で圧力を付与することにより試験体の圧縮試験を行う高温圧縮試験装置において、前記試験体を収納可能な高温炉と、前記高温炉内に収納された試験体をその両側から押圧する第１、第２の加圧部材と、前記第１の加圧部材に対して押圧力を付与する加圧機構と、前記第２の加圧部材を支持する支持部材と、前記試験体に付与された圧力を検出するロードセルと、前記試験体の変位量を検出する変位検出計と、前記加圧機構と前記試験体との間、または、前記支持部材と前記試験体との間に配設された弾性機構とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の加圧部材は、前記高温炉内に進入して試験体を押圧する第１加圧棒から構成されるとともに、前記加圧機構は、前記試験体に対する押圧力の付与方向に移動するクロスヘッドであり、前記弾性機構は、前記第１加圧棒と前記クロスヘッドとの間に配設される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記弾性機構は、前記第１加圧棒と前記クロスヘッドとの間に配設された圧縮ばねを含んでいる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の加圧部材は、前記高温炉内に進入して試験体を押圧する第２加圧棒から構成されるとともに、前記支持部材は、前記ロードセルを介して前記第２加圧棒を支持する基台であり、前記弾性機構は、前記第２加圧棒と前記基台との間に配設される。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記弾性機構は、前記第２加圧棒と前記基台との間に配設された圧縮ばねを含んでいる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、加圧機構と試験体との間、または、支持部材と試験体との間に配設された弾性機構の作用で装置の剛性を低下させることにより、試験体に付与する荷重の分解能を高めることができ、試験体に付与する荷重の制御をより高精度とすることが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、耐熱性を有する第１加圧棒を高温炉に進入させるとともに、この第１加圧棒に対してクロスヘッドで押圧力を付与する場合において、弾性機構を第１加圧棒とクロスヘッドとの間に配設することにより、試験体に付与する荷重の分解能を高めることが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、圧縮ばねの弾性を選択することにより、試験体に付与する荷重の分解能を適切な値とすることが可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、耐熱性を有する第２加圧棒を高温炉に進入させるとともに、この第２加圧棒を基台で支持する場合において、弾性機構を第２加圧棒と基台との間に配設することにより、試験体に付与する荷重の分解能を高めることが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、圧縮ばねの弾性を選択することにより、試験体に付与する荷重の分解能を適切な値とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係る高温圧縮試験装置の正面図である。
【図２】この発明に係る高温圧縮試験装置における高温炉１６付近の拡大図である。
【図３】この発明に係る高温圧縮試験装置における弾性機構１３を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る高温圧縮試験装置の正面図である。
【００２１】
この高温圧縮試験装置は、試験体２３に対して高温下で圧力を付与することにより試験体の圧縮試験を行うためのものであり、試験体２３を収納可能な高温炉１６と、この高温炉１６内に進入して試験体２３を押圧するための第１加圧棒２１および第２加圧棒２２と、第１加圧棒２１を介して試験体２３に圧力を付与するクロスヘッド１１と、試験体２３に付与された圧力を検出するロードセル２６と、試験体２３の変位量を検出するための変位検出計２５と、クロスヘッド１１と第１加圧棒２１との間に配設された弾性機構１３とを備える。
【００２２】
ロードセル２６は、装置の基台１８上に固定されている。また、クロスヘッド１１の両端部には、基台１８の左右に立設されたフレーム１２内に配置される一対のねじ棹と螺合する図示しないナット部が配設されている。そして、一対のねじ棹が図示しないモータの駆動で回転することにより、クロスヘッド１１は上下方向に移動する。すなわち、このクロスヘッド１１は、試験体２３に対する圧力の付与方向に移動することにより、高温炉１６内に収納された試験体２３に対して、第１加圧棒２１を介して圧力を付与するための加圧機構として機能する。
【００２３】
なお、このようなクロスヘッド１１を使用して第１加圧棒に対して圧力を付与する代わりに、第１加圧棒２１を直接押圧するその他のアクチュエータを使用してもよい。
【００２４】
高温炉１６は、チャンバー１５と、このチャンバー１５の周囲に形成された加熱部１４とから構成される。この高温炉１６には、チャンバー１５内にアルゴン等の不活性ガスを導入するための不活性ガス供給部１７が付設されている。
【００２５】
図２は、この発明に係る高温圧縮試験装置における試験体２３付近の拡大図である。
【００２６】
第２加圧棒２２は、支持台４６上に固定されており、その上端部は、高温炉１６内に進入している。同様に、第１加圧棒２１の下端部は、高温炉１６内に進入している。これらの第１加圧棒２１および第２加圧棒２２の材質としては、高温炉１６内の摂氏１５００度程度の雰囲気下でも影響を受けないように、例えば、黒鉛が使用される。そして、上述したように、高温炉１６内を不活性ガスによりパージすることで、第１、第２加圧棒２１、２２への高温時の酸化の影響を防止している。
【００２７】
支持台４６は、ロードセル２６上に配設されている。このため、ロードセル２６により、この支持台４６からロードセル２６に付与される押圧力を測定することで、試験体２３に付与された圧力を測定することが可能となる。
【００２８】
第１加圧棒２１には凸部４３が形成されており、この凸部４３からは、支持台４６を貫通するＬ字状部材４５が延設されている。同様に、第２加圧棒２２には凸部４４が形成されており、この凸部４４からは、支持台４６を貫通するＬ字状部材４７が延設されている。そして、これらのＬ字状部材４５、４７間には、これらのＬ字状部材４５、４７間の距離を測定することにより試験体２３の変位量を検出するための変位検出計２５が配設されている。また、第２加圧棒２２の側方には、高温炉１６内の温度を測定するための温度センサ２４が配設されている。
【００２９】
図３は、この発明に係る高温圧縮試験装置における弾性機構１３を示す拡大図である。
【００３０】
この弾性機構１３は、クロスヘッド１１と第１加圧棒２１との間に配設されるものであり、第１加圧棒２１の上端に当接する当接部３１を備えた押圧部材３２を備える。この押圧部材３２は、クロスヘッド１１に固定されたガイド部材４１とスライド部材４２とを介して、クロスヘッド１１に対して移動可能に配設されている。
【００３１】
また、この押圧部材３２は、連結部材３６を介して一対の支持棒３７と連結されている。これらに支持棒３７の上端には止め部材３８が付設されており、支持棒３７の外周部における止め部材３８とクロスヘッド１１との間の領域には、ばね３９が配設されている。このため、押圧部材３２は、これらの支持棒３７およびばね３９の作用により、クロスヘッド１１に対して釣支される。
【００３２】
さらに、クロスヘッド１１には、固定軸３４を介して固定板３５が固定されており、クロスヘッド１１に対してスライド可能な押圧部材３２とこの固定板３５との間には、圧縮ばね３３が配設されている。このため、クロスヘッド１１により付与された押圧力は、弾性機構１３における圧縮ばね３３、押圧部材３２および第１加圧棒２１を介して、試験体２３に付与されることになる。
【００３３】
以上のような構成を有する高温圧縮試験装置においては、試験体２３を高温炉１６内における第１加圧棒２１と第２加圧棒２２との間に配置し、クロスヘッド１１を図示しないモータの駆動により下降させることにより、試験体２３を高温加熱下で圧縮する。そして、そのときの試験体２３の変位量が変位検出計２５により測定され、そのときに試験体２３に付与された押圧力がロードセル２６により測定される。また、そのときの高温炉１６内の温度は、温度センサ２４により測定される。
【００３４】
このとき、上述したように、一般的な高温加圧試験装置における加圧機構全体の剛性は、従来であれば、第１、第２加圧棒２１、２２の剛性で決定される。しかしながら、この発明に係る高温圧縮試験装置においては、第１加圧棒２１とクロスヘッド１１との間に弾性機構１３が配設されていることから、圧縮ばね３３の弾性を調整することにより、この剛性を変更することが可能となる。
【００３５】
上述したように、一般的な高圧圧縮試験装置において試験体に付加を付与する加圧機構の位置制御分解能は、試験体２３に直接圧力を付与する第１、第２加圧棒の剛性である２０ｋＮ／ｍｍ程度である。このため、位置精度分解能あたりの荷重の変化量は、この剛性である２０ｋＮ／ｍｍと、加圧機構の位置制御分解能である０．０３μｍとを乗算した０．６Ｎ程度となる。
【００３６】
これに対して、例えば、圧縮ばね３３の剛性を１００Ｎ／ｍｍ程度に設定した場合においては、位置精度分解能あたりの荷重の変化量は、この剛性である１００Ｎ／ｍｍと加圧機構の位置制御分解能である０．０３μｍとを乗算した０．００３Ｎ程度まで細かくすることが可能となる。この荷重の変化量は、規格が要求するプラスマイナス１Ｎの荷重精度に比べて、大幅に小さいことから、荷重の制御のための加圧機構の分解能が十分よいことになり、試験体２３に付与する荷重の制御を十分に高精度とすることが可能となる。
【００３７】
なお、上述した実施形態においては、加圧機構を構成するクロスヘッド１１と第１加圧棒２１との間に弾性機構１３を配設している。しかしながら、この弾性機構１３は、クロスヘッド１１と試験体２３の間のいずれかの位置に配設すればよい。例えば、第１加圧棒２１として弾性体を使用することにより、この第１加圧棒２１をクロスヘッド１１と試験体２３の間に配設した弾性機構として使用することも可能である。
【００３８】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。
【００３９】
上述した第１実施形態においては、加圧機構として機能するクロスヘッド１１と試験体２３との間に弾性機構１３を配設しているが、この第２実施形態においては、支持部材として機能する基台１８と試験片２３との間に、上述した弾性機構１３と同様の弾性機構を配設するものである。より具体的には、基台１８とロードセル２６との間、ロードセル２６と支持台４６との間、あるいは、支持台４６と第２加圧棒２２との間のいずれかの位置に、上述した弾性機構１３と同様、圧縮ばねを備えた弾性機構を配設するものである。このような構成を採用した場合においても、荷重の制御のための加圧機構の分解能を十分よくすることで、試験体２３に付与する荷重の制御を十分に高精度とすることが可能となる。
【００４０】
なお、上述した実施形態においては、弾性機構として圧縮ばねを備えたものを使用している。しかしながら、例えば、板バネなど圧縮ばね以外のばね等を使用してもよい。また、例えば、ゴム等の所定の弾性力を有するばね以外の弾性部材を使用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１１      クロスヘッド
１３      弾性機構
１４      加熱部
１５      チャンバー
１６      高温炉
１７      不活性ガス供給部
１８      基台
２１      第１加圧棒
２２      第２加圧棒
２３      試験体
２４      温度センサ
２５      変位検出計
２６      ロードセル
３２      押圧部材
３３      圧縮ばね
３５      固定板
３７      支持棒
４６      支持台
【図１】
2011112544.tif 000003
【図２】
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【図３】
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