(57)【要約】【課題】より優れた測定精度及び応答性で被測温面の温度を測定することが可能な測温装置等を提供する。【解決手段】測温装置１０は、一対の熱電対素線１６とそれらの接合部である測温接点１４ｃとに亘って平板状の熱電対１４と、弾性部材２０を介して支持される絶縁管１２とを備える。熱電対１４は、露出した状態で、且つ、測温接点１４ｃが絶縁管１２の先端面１２ｄに沿うように配置されている。また、熱電対１４は、先端面１２ｄから弾性部材２０の復元力を受けて先端面１２ｄと被測温面１００ａとの間に挟持される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の熱電対素線とそれらの接合部である測温接点とに亘って平板状の熱電対と、
弾性部材を介して支持される絶縁管と、
を備え、
前記熱電対は、露出した状態で、且つ、前記測温接点が前記絶縁管の先端面に沿うように配置されており、
前記熱電対は、前記先端面から前記弾性部材の復元力を受けて前記先端面と被測温面との間に挟持される、測温装置。
【請求項２】
前記熱電対は、前記先端面上に弾性を有する断熱シートを介して積層されている、請求項１に記載の測温装置。
【請求項３】
バーナ側の側面に板状の供試体を嵌め込むための開口が形成された枠部材と、
前記開口に嵌め込まれた前記供試体の前記バーナ側と反対側の面に冷却空気を吹き付けるための吹き出し口を備えた空気供給管と、
請求項１又は２に記載の測温装置であって、前記絶縁管が、前記枠部材に前記弾性部材を介して支持され、且つ、前記吹き出し口から先端を突出させた状態で前記空気供給管に挿通されている測温装置と、
を備え、
前記供試体が前記開口に嵌め込まれた状態において、前記熱電対が、前記先端面と前記供試体との間に挟持されるとともに、前記供試体が、前記開口の内周縁部と前記測温装置とによって保持される、熱サイクル試験用の供試体保持具。
【請求項４】
前記開口の内周縁部と、前記開口に嵌め込まれた前記供試体の外周縁部との間に介在し、前記内周縁部と前記外周縁部とを互いに離間した状態に保持する複数の球体を備えた、請求項３に記載の供試体保持具。
【請求項５】
前記開口は、水平方向に向いた円形状の開口であり、
前記複数の球体のうち少なくとも前記開口の中心より上方に位置する球体は、前記開口の径方向外側へ移動可能に前記内周縁部に保持されている、請求項４に記載の供試体保持具。
【請求項６】
前記空気供給管は、内管と外管とからなる二重管構造を有しており、
前記吹き出し口は、前記内管の先端部と前記外管の先端部との間に画成されており、
前記絶縁管は、前記内管に挿通されている、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の供試体保持具。
【請求項７】
供試体を保持する請求項３乃至６のいずれか一項に記載の供試体保持具と、
前記供試体を加熱するバーナと、
前記供試体の温度データを前記熱電対から取得する制御部と、
を備える熱サイクル試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測温装置、熱サイクル試験用の供試体保持具、及び、熱サイクル試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットエンジン等の燃費改善のため、高圧タービンなどホットセクション部品の軽量化と耐熱性向上が望まれている。近年、それらを達成するための材料として、SiC繊維強化SiCマトリックス複合材料（CMC：Ceramic Matrix Composites）等が期待されている。また、高温燃焼ガス環境下におけるCMC材の性能向上のため、各種コーティングも注目されている。例えば、耐環境性コーティング（EBC：Environmental Barrier Coating）や遮熱コーティング（TBC：Thermal Barrier Coating）などである。
【０００３】
熱サイクル試験は、ホットセクション部品の各種材料及びコーティングの繰り返し熱負荷（熱サイクル）に対する耐久性を評価するための試験である。典型的な熱サイクル試験では、供試体の表面をバーナで加熱しつつ裏面に冷却空気を吹き付けて冷却することで、供試体に厚さ方向の温度勾配を付与する工程を、所定回数、所定の頻度で繰り返す。供試体の裏面の温度は、熱電対を用いた測温装置で測定される。この測温装置には、高い測定精度及び応答性が要求される。
【０００４】
特許文献１は、熱電対を用いた測温装置を開示している。この測温装置では、熱電対先端の測温接点が露出したままの状態で被測定物の測温箇所に接触し、且つ機械的に着脱可能に押し付けられて被測定物に保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３２７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の測温装置では、測温接点の周囲に隙間が形成されるため、熱サイクル試験に要求される測定精度及び応答性を得ることが難しい。
【０００７】
そこで、本開示は、より優れた測定精度及び応答性で被測温面の温度を測定することが可能な測温装置、熱サイクル試験用の供試体保持具、及び、熱サイクル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】
【０００８】
本開示の一態様である測温装置は、一対の熱電対素線とそれらの接合部である測温接点とに亘って平板状の熱電対と、弾性部材を介して支持される絶縁管と、を備え、熱電対は、露出した状態で、且つ、測温接点が絶縁管の先端面に沿うように配置されており、熱電対は、先端面から弾性部材の復元力を受けて先端面と被測温面との間に挟持される。
【０００９】
上記の測温装置において、熱電対は、先端面上に弾性を有する断熱シートを介して積層されていてもよい。
【００１０】
また、本開示の一態様である熱サイクル試験用の供試体保持具は、バーナ側の側面に板状の供試体を嵌め込むための開口が形成された枠部材と、開口に嵌め込まれた供試体のバーナ側と反対側の面に冷却空気を吹き付けるための吹き出し口を備えた空気供給管と、上記の測温装置であって、絶縁管が、枠部材に弾性部材を介して支持され、且つ、吹き出し口から先端を突出させた状態で空気供給管に挿通されている測温装置と、を備え、供試体が開口に嵌め込まれた状態において、熱電対が、先端面と供試体との間に挟持されるとともに、供試体が、開口の内周縁部と測温装置とによって保持される。
【００１１】
上記の供試体保持具は、開口の内周縁部と、開口に嵌め込まれた供試体の外周縁部との間に介在し、内周縁部と外周縁部とを互いに離間した状態に保持する複数の球体を備えていてもよい。また、上記の供試体保持具において、開口は、水平方向に向いた円形状の開口であり、複数の球体のうち少なくとも開口の中心より上方に位置する球体は、開口の径方向外側へ移動可能に内周縁部に保持されていてもよい。また、空気供給配管は、内管と外管とからなる二重管構造を有しており、吹き出し口は、内管の先端部と外管の先端部との間に画成されており、絶縁管は、内管に挿通されていてもよい。
【００１２】
また、本開示の一態様である熱サイクル試験装置は、供試体を保持する上記の供試体保持具と、供試体を加熱するバーナと、バーナ又は供試体保持具に供試体への熱負荷を繰り返させているときの供試体の温度データを熱電対から取得する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、より優れた測定精度及び応答性で被測温面の温度を測定することが可能な測温装置、熱サイクル試験用の供試体保持具、及び、熱サイクル試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係る測温装置の構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係る測温装置の構成を示す図である。
【図３】一実施形態に係る測温装置の測定状態を示す図である。
【図４】一実施形態に適用可能な供試体の形状を示す図である。
【図５】一実施形態に係る供試体保持具の前面側を示す図である。
【図６】一実施形態に係る供試体保持具の後面側を示す図である。
【図７】一実施形態に係る供試体保持具の構成を示す断面図である。
【図８】供試体保持具における供試体の保持部分の構成及び形状を示す図である。
【図９】供試体保持具における供試体の保持部分の細部の構成を示す図である。
【図１０】供試体保持具に含まれる熱電対固定ユニットの構成を示す図である。
【図１１】一実施形態に係る熱サイクル試験装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。
【００１６】
また、以下の各図では、測温装置の延伸方向に沿う方向をＺ方向と規定する。Ｚ方向に垂直な平面内に、互いに垂直となるＸ方向及びＹ方向を規定する。特に、鉛直方向上方に向かう方向がＸ方向である。また、測温装置が測温対象とする供試体上の被測温面は、ＸＹ平面内にある。
【００１７】
（測温装置）
まず、本実施形態に係る測温装置について説明する。図１は、測温装置１０全体の構成を示す斜視図である。図２は、測温装置１０の測温接点１４ｃ近傍の構成を示す分解斜視図である。測温装置１０は、絶縁管１２と、熱電対１４と、熱電対素線１６と、断熱シート１８とを備える。
【００１８】
絶縁管１２は、セラミックス等の絶縁性の材料から構成される管状部材である。絶縁管１２は、延伸方向に並列する２つの管路１２ａ，１２ｂを有する。また、絶縁管１２は、熱電対１４を設置する側の先端部に、切り欠き部１２ｃを有する。切り欠き部１２ｃは、２つの管路１２ａ，１２ｂのそれぞれの一部を絶縁管１２の延伸方向に沿って露出させる形状を有する。また、熱電対１４を設置する側の絶縁管１２の先端面１２ｄは、絶縁管１２の延伸方向に対しておおよそ垂直な平面である。
【００１９】
また、絶縁管１２は、弾性部材２０を介して支持される。弾性部材２０は、絶縁管１２に対して、絶縁管１２の延伸方向に沿って、且つ、熱電対１４が設置されていない側から熱電対１４が設置されている側に向かう方向に、力を与える。弾性部材２０は、例えば、軸方向に沿って内側に絶縁管１２を通すコイルばねである。
【００２０】
また、絶縁管１２には、弾性部材２０の熱電対１４側の端部に接触する固定部材２２が設置されていてもよい。固定部材２２は、例えば、内壁側に絶縁管１２を貫通させる環状部材である。固定部材２２は、外壁側から内壁側に貫通する不図示のねじ穴を有する。このねじ穴に外壁側から止めねじ２４を通し、止めねじ２４の先端部を絶縁管１２に接触させた状態で締結させることで、固定部材２２が絶縁管１２の外周の一部に固定される。
【００２１】
熱電対１４は、それぞれ異なる金属材からなる２つの金属板同士を接合させた、シート状の熱電対である。熱電対１４の種類としては、例えば、ＪＩＳ規格に準拠し、一方の金属材がクロメルであり、他方の金属材がアルメルであるＫ型とし得る。熱電対１４は、例えば、一方の金属板で構成される第１板部１４ａと、他方の金属板で構成される第２板部１４ｂと、一方の金属板と他方の金属板との接合部としての測温接点１４ｃを有する先端板部１４ｄとを含む。
【００２２】
第１板部１４ａは、絶縁管１２の切り欠き部１２ｃにおいて露出している一方の管路１２ａに沿って配置される平板部である。第２板部１４ｂは、切り欠き部１２ｃにおいて露出している他方の管路１２ｂに沿って配置される平板部である。第１板部１４ａと第２板部１４ｂとは、同一平面内で、且つ、非接触で、並列している。また、第１板部１４ａ又は第２板部１４ｂの延伸方向の長さＬ２は、それぞれ、切り欠き部１２ｃの延伸方向の長さＬ１よりも短い。ただし、必ずしも第１板部１４ａの延伸方向の長さと第２板部１４ｂの延伸方向の長さとを一致させる必要はない。
【００２３】
先端板部１４ｄは、絶縁管１２の先端面１２ｄに対しておおよそ平行となる平板部である。先端板部１４ｄは、第１板部１４ａに連続する一方の金属板と、第２板部１４ｂに連続する他方の金属板とが接合された平板部である。ここで、先端板部１４ｄに含まれる一方の金属板と他方の金属板とは、第１板部１４ａ又は第２板部１４ｂに連続する部分から絶縁管１２の先端面１２ｄに沿うようにおおよそ９０°折れ曲がっている。また、先端板部１４ｄに含まれる一方の金属板と他方の金属板とは、第１板部１４ａと第２板部１４ｂとが対向するＹ方向とは平面内で垂直となるＸ方向に沿った１辺で接合される。この１辺が、熱電対１４における測温接点１４ｃである。すなわち、熱電対１４は、露出した状態で、且つ、測温接点１４ｃが絶縁管１２の先端面１２ｄに沿うように配置されている。
【００２４】
先端板部１４ｄにおいて、測温接点１４ｃの位置に相当する一方の金属板と他方の金属板とは、互いの端面同士で接合される。したがって、先端板部１４ｄの厚さは、全体として略一定である。すなわち、第１板部１４ａ、第２板部１４ｂ及び先端板部１４ｄを含む熱電対１４全体としても、各部の厚さは略一定である。
【００２５】
一対の熱電対素線１６は、絶縁管１２の一方の管路１２ａに配設され、絶縁管１２の外部に導かれる第１素線１６ａと、絶縁管１２の他方の管路１２ｂに配設され、絶縁管１２の外部に導かれる第２素線１６ｂとを含む。第１素線１６ａは、熱電対１４の第１板部１４ａと同一の金属材からなる。第２素線１６ｂは、熱電対１４の第２板部１４ｂと同一の金属材からなる。第１素線１６ａは、絶縁管１２の切り欠き部１２ｃにおいて露出している一方の管路１２ａ上の接合点１７ａで、第１板部１４ａと接合される。第２素線１６ｂは、切り欠き部１２ｃにおいて露出している他方の管路１２ｂ上の接合点１７ｂで、第２板部１４ｂと接合される。
【００２６】
断熱シート１８は、絶縁管１２の先端面１２ｄと熱電対１４の先端板部１４ｄとの間に設置されるシート状の部材である。断熱シート１８を構成する材料は、断熱性を有する。また、断熱シート１８を構成する材料は、弾性を有することが望ましい。断熱シート１８を構成する材料としては、例えばガラスウールが採用され得る。断熱シート１８の平面形状は、先端板部１４ｄの平面形状におおよそ合う。
【００２７】
次に、測温装置１０の作用について説明する。
【００２８】
図３は、測温時の状態を示す測温装置１０の側面図である。ここでは、測温装置１０が供試体１００の被測温面１００ａの温度を測定する場合を例示する。供試体１００は、鉛直方向に沿って立設する板状の部材である。被測温面１００ａは、鉛直方向に沿ったＸＹ平面である。
【００２９】
測温装置１０は、熱電対１４の測温接点１４ｃを含む先端板部１４ｄの表面全体が被測温面１００ａに対して面接触するように配置される。つまり、測温時の測温装置１０は、絶縁管１２の延伸方向が被測温面１００ａに対しておおよそ垂直となる姿勢となる。
【００３０】
測温装置１０全体、具体的には絶縁管１２は、例えば２つの支持部材を用いて支持される。第１支持部材１１０は、絶縁管１２を延伸方向に摺動可能とし、固定部材２２から熱電対１４設置側にある絶縁管１２の外周領域の一部を支持する。第２支持部材１１２は、固定部材２２に接する側とは反対側の弾性部材２０の端部に接しつつ、絶縁管１２を延伸方向に摺動可能として、絶縁管１２の外周領域の一部を支持する。
【００３１】
例えば、第１支持部材１１０は、不図示の支持機構を介して試験台に固定されている。一方、第２支持部材１１２は、絶縁管１２の延伸方向に沿って移動可能である。ここで、熱電対１４の先端板部１４ｄの表面が被測温面１００ａに接触している状態で、図３において白抜きの矢印で示すように、第２支持部材１１２が第１支持部材１１０側に移動したとする。このとき、第２支持部材１１２に接触している弾性部材２０は、絶縁管１２に固定されている固定部材２２を被測温面１００ａ側に押圧する。これにより、熱電対１４の先端板部１４ｄは、図３において黒塗りの矢印で示すように、絶縁管１２の先端面１２ｄから弾性部材２０の復元力を受けて、先端面１２ｄと被測温面１００ａとの間に挟持される。また、断熱シート１８は、絶縁管１２の先端面１２ｄと熱電対１４の先端板部１４ｄとの間に挟持される。すなわち、熱電対１４の特に先端板部１４ｄは、被測温面１００ａに対する熱電対１４の接触方向に、先端面１２ｄ上に断熱シート１８を介して積層されている。
【００３２】
なお、熱電対素線１６は、外部に設置されている不図示の計測器等に接続されている。また、測定値の導出方法は、熱電対を用いた一般的な導出方法を採用し得る。
【００３３】
次に、測温装置１０による効果について説明する。
【００３４】
まず、本実施形態に係る測温装置１０は、一対の熱電対素線１６とそれらの接合部である測温接点１４ｃとに亘って平板状の熱電対１４と、弾性部材２０を介して支持される絶縁管１２とを備える。熱電対１４は、露出した状態で、且つ、測温接点１４ｃが絶縁管１２の先端面１２ｄに沿うように配置されている。また、熱電対１４は、先端面１２ｄから弾性部材２０の復元力を受けて先端面１２ｄと被測温面１００ａとの間に挟持される。
【００３５】
本実施形態に係る測温装置１０によれば、熱電対１４の測温接点１４が絶縁管１２の先端面１２ｄに沿って露出した状態で配置されている。そのため、先端面１２ｄと被測温面１００ａとの間に熱電対１４が挟持されたときの測温接点１４ｃと被測温面１００ａとの接触面積がより大きくなる。これにより、より優れた測定精度及び応答性で、被測温面１００ａの温度を測定することができる。
【００３６】
また、熱電対１４が一対の熱電対素線１６と測温接点１４ｃとに亘って平板状であるので、測温接点１４ｃの周囲に隙間が形成されづらく、密着性が向上する。これにより、周囲の空気による影響を受けにくく、より高精度で応答性のよい測温が可能になる。
【００３７】
また、本実施形態に係る測温装置１０では、熱電対１４は、先端面上に弾性を有する断熱シート１８を介して積層されている。
【００３８】
本実施形態に係る測温装置１０によれば、熱電対１４が断熱シート１８を介して積層されるので、被測温面１００ａ側から絶縁管１２側への熱伝達が抑えられる。これにより、測定値が絶縁管１２側の温度の影響を受けることが抑えられるので、測定誤差を小さくすることができる。また、断熱シート１８は、例えば、空冷時に測温接点１４ｃ近傍が冷却されるような場合でも、その影響を抑え、測定誤差を小さくすることができる。
【００３９】
また、断熱シート１８が弾性を有するので、弾性部材２０の復元力がより均等に分散して熱電対１４の先端板部１４ｄに伝達される。これにより、先端面１２ｄと被測温面１００ａとの偏当たりが抑制され、測温接点１４ｃと被測温面１００ａとの接触面積がさらに大きくなる。
【００４０】
（熱サイクル試験用の供試体保持具）
次に、一実施形態に係る熱サイクル試験用の供試体保持具について説明する。熱サイクル試験とは、供試体の材料及びコーティングの繰り返し熱負荷、いわゆる熱サイクルに対する耐久性を評価する試験をいう。本実施形態では、供試体の一部をバーナで加熱しつつ他の部分に冷却空気を吹き付けて冷却することで、供試体に厚さ方向の温度勾配を付与する工程を、所定回数、所定の頻度で繰り返す熱サイクル試験を想定する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る供試体保持具の保持対象である供試体１２０の形状を示す図である。図４（ａ）は、供試体１２０の表面１２０ａ側を見た正面図である。図４（ｂ）は、供試体１２０の側面図である。
【００４２】
供試体１２０の形状は、表面１２０ａと、表面１２０ａに対しておおよそ平行な裏面１２０ｂとを有する円板状である。本実施形態では、供試体１２０の表面１２０ａが被加熱面となる。また、供試体１２０は、互いに径の異なる２つの外周縁部、すなわち、第１外周縁部１２０ｃと、第２外周縁部１２０ｄとを有する。第１外周縁部１２０ｃは、表面１２０ａ側の外周縁部である。以下、第１外周縁部１２０ｃの径をＤ１とする。第２外周縁部１２０ｄは、裏面１２０ｂ側の外周縁部である。以下、第２外周縁部１２０ｄの径をＤ２とする。第２外周縁部１２０ｄの径Ｄ２は、第１外周縁部１２０ｃの径Ｄ１よりも大きい。また、供試体１２０の厚さをＴ０、第１外周縁部１２０ｃの厚さをＴ１、及び、第２外周縁部１２０ｄの厚さをＴ２とそれぞれ規定する。なお、供試体１２０の厚さＴ０は、第１外周縁部１２０ｃの厚さＴ１と第２外周縁部１２０ｄの厚さＴ２とを加えたものである。以下、径がＤ２の部分を、フランジ部１２０ｅという。
【００４３】
供試体１２０を構成する材料としては、種々のものが適用可能である。一例として、供試体１２０を、ジェットエンジン等の高圧タービンを構成するホットセクション部品としてもよい。この場合、供試体１２０として適用される材料は、CMC材であってもよい。また、供試体１２０としてCMC材を採用する場合には、供試体１２０の表面１２０ａにEBCやTBC等のコーティングが施されていてもよい。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る供試体保持具３０の前面側を示す斜視図である。図６は、供試体保持具３０の後面側を示す斜視図である。図７は、供試体保持具３０の構成を示す断面図である。本実施形態では、供試体１２０が、表面１２０ａ及び裏面１２０ｂがおおよそ水平方向を向くように供試体保持具３０に保持される。以下、供試体保持具３０において、供試体１２０を保持しているときに供試体１２０の表面１２０ａが露出する側を「前面側」と規定する。ここで、表面１２０ａは、例えばバーナで加熱される被加熱面であるので、前面側を「バーナ側」と表現することもできる。一方、供試体１２０を保持しているときに供試体１２０の裏面１２０ｂが露出する側を「後面側」と規定する。つまり、各図中、Ｚ方向プラス側から見た方が、供試体保持具３０の前面側である。一方、Ｚ方向マイナス側から見た方が、供試体保持具３０の後面側である。
【００４５】
供試体保持具３０は、枠部材３２と、熱電対固定ユニット３４と、シールド３６とを備える。
【００４６】
枠部材３２は、供試体１２０を保持する部材である。枠部材３２は、前面側に位置する第１壁部４０と、第１壁部４０に連続する側壁部４６とを含む。枠部材３２を構成する材料としては、例えば、熱伝導性に優れる銅や真鍮などを採用することが望ましい。
【００４７】
第１壁部４０は、平面形状が一例として正方形の構造体である。第１壁部４０は、前面側の側面４２に、供試体１２０を嵌め込むための開口４４（図８（ｂ）参照）を有する。
【００４８】
図８は、開口４４の内周縁部４４ａの形状及び構成を示す図である。図８（ａ）は、開口４４に供試体１２０が嵌め込まれている状態で、鉛直方向に、且つ、供試体１２０の円盤形状の軸方向に切断した斜視断面図である。図８（ｂ）は、開口４４に供試体１２０が嵌め込まれていない状態で、開口４４近傍の後面側を見た平面図である。
【００４９】
開口４４は、水平方向に向いた円形状を有し、前面側と後面側との間で貫通する。開口４４の内周縁部４４ａの径Ｄ３は、供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃの径Ｄ１よりも大きく、第２外周縁部１２０ｄの径Ｄ２よりも小さい。また、開口４４の内周縁部４４ａの厚さＴ３は、供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃの厚さＴ１よりも小さい。そして、供試体１２０は、複数の球体３８を介して、開口４４の内周縁部４４ａに保持される。
【００５０】
供試体保持具３０は、開口４４の内周縁部４４ａと、開口４４に嵌め込まれた供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃとの間に介在し、内周縁部４４ａと第１外周縁部１２０ｃとを互いに離間した状態に保持する複数の球体３８を有する。球体３８は、例えば、耐熱ジルコニア製のセラミックボールである。以下、本実施形態では、４つの球体３８ａ〜３８ｄを用いる場合を例示する。
【００５１】
複数の球体３８のうち、少なくとも開口４４の中心より上方に位置する球体３８は、開口４４の径方向外側へ移動可能に、内周縁部４４ａに保持されている。本実施形態では、内周縁部４４ａにおいて最上部に設置されている第１球体３８ａが、これに相当する。
【００５２】
図９は、開口４４の内周縁部４４ａの各位置における球体３８の保持部の形状を示す斜視図である。図９（ａ）は、図８（ｂ）に示すＸＡの部分拡大図に相当し、第１球体３８ａを保持する第１球体保持部４４ｂの形状を示す図である。第１球体保持部４４ｂは、開口４４の径方向内側と、開口４４の開口方向後面側との２つの側を開放とする溝である。第１球体保持部４４ｂの周方向の幅Ｗ１は、第１球体３８ａが開口４４の周方向へ若干のズレを許容可能とする程度に、球体３８の径Ｄ５よりも大きい。また、第１球体保持部４４ｂの径方向の幅Ｗ２は、第１球体３８ａが開口４４の径方向外側へ移動可能となるように、後述する第２球体保持部４４ｃ等における径方向の幅Ｗ３に比べて長い。
【００５３】
一方、複数の球体３８のうち、開口４４の径方向外側へ移動可能に保持されている球体３８以外で、且つ、開口４４の中心より下方に位置する球体３８は、開口４４の径方向外側へ移動が不能となるように、内周縁部４４ａに保持されている。本実施形態では、内周縁部４４ａにおいて最下部に設置されている第２球体３８ｂ、並びに、それぞれ第２球体３８ｂから周方向に一定距離離間している第３球体３８ｃ及び第４球体３８ｄが、これらに相当する。
【００５４】
図９（ｂ）は、図８（ｂ）に示すＸＢの部分拡大図に相当し、一例として、第２球体３８ｂを保持する第２球体保持部４４ｃと、第３球体３８ｃを保持する第３球体保持部４４ｄとの形状を示す図である。なお、第４球体３８ｄを保持する第４球体保持部４４ｅの形状も第２球体保持部４４ｃ等の形状と同様であるので、以下、併せて説明する。第２球体保持部４４ｃ〜第４球体保持部４４ｅが、それぞれ、開口４４の径方向内側と、開口４４の開口方向後面側との２つの側を開放とする溝である点は、第１球体保持部４４ｂと同様である。また、第２球体保持部４４ｃ〜第４球体保持部４４ｅの周方向の幅Ｗ１も、第１球体保持部４４ｂにおける幅Ｗ１と同様である。しかし、第２球体３８ｂは、内周縁部４４ａにおいて最下部に設置されているので、第１球体３８ａとは異なり、供試体１２０の自重を受ける。また、第３球体３８ｃ又は第４球体３８ｄは、供試体１２０を保持する状態によっては、供試体１２０側から何らかの力を受ける可能性がある。したがって、第２球体保持部４４ｃ〜第４球体保持部４４ｅの径方向の幅Ｗ３は、供試体１２０側から自重等を受けても、供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃと開口４４の内周縁部４４ａとが接触しないように、球体３８の径Ｄ５よりも小さい。
【００５５】
さらに、第１球体保持部４４ｂ〜第４球体保持部４４ｅの溝の深さＨ１、供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃの厚さＴ１、及び、供試体１２０の第２外周縁部１２０ｄの径Ｄ２の具体的な大きさは、以下の条件を満足するように決定されることが望ましい。
【００５６】
第１に、開口４４の径方向に関して、第２球体３８ｂ〜第４球体３８ｄの少なくともいずれか１つが供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃに接触している状態では、第１外周縁部１２０ｃは、開口４４の内周縁部４４ａに接触しない。
【００５７】
第２に、開口４４の開口方向に関して、すべての球体３８は、それぞれの第１球体保持部４４ｂ〜第４球体保持部４４ｅに保持されている状態では、供試体１２０のフランジ部１２０ｅの表面１２０ａ側の面１２０ｆに接触する。ただし、この状態では、フランジ部１２０ｅは、開口４４が形成されている第１壁部４０に接触しない。
【００５８】
第３に、供試体１２０が開口４４に嵌め込まれている状態では、第１壁部４０の前面側の側面４２に対する供試体１２０の表面１２０ａの高さは、側面４２と同等、又は、側面４２よりも若干突出する高さとなる。ここで、若干突出する高さとは、例えば、供試体１２０の表面１２０ａにコーティングが施されている場合には、そのコーティングの厚さ程度の高さをいう。
【００５９】
また、第１壁部４０の前面側では、図５に示すように、開口４４が形成されている前面側の側面４２を、平面形状が正方形の外周領域の側面４２ａよりも開口方向に突出するものとしてもよい。この場合、側面４２の平面形状は、開口４４と同一中心とする円形状としてもよい。また、側面４２と、外周領域の側面４２ａとの境界は、側面４２から外周領域の側面４２ａに向けて徐々に低くなる傾斜面４２ｂとすることが望ましい。熱サイクル試験時には、供試体１２０の表面１２０ａのおおよそ中心位置がバーナで加熱される。そこで、第１壁部４０は、このような傾斜面４２ｂを有するものとすれば、バーナの炎による熱の流れを均一化させて、加熱領域の偏りを抑えることができる。
【００６０】
また、第１壁部４０の後面側では、図８（ｂ）に示すように、第１壁部４０の厚みが、開口４４が形成されている中心部よりも、さらに外側の部分の方が厚くなるようにしてもよい。この場合、開口４４が形成されている中心部の平面４４ｆの平面形状は、開口４４と同一中心とする円形状としてもよい。また、平面４４ｆと、外側領域の平面４４ｇとの境界は、平面４４ｆから外側領域の平面４４ｇに向けて徐々に高くなる傾斜面４４ｈとすることが望ましい。熱サイクル試験時には、供試体１２０の裏面１２０ｂのおおよそ中心位置に冷却空気が吹き付けられる。そこで、第１壁部４０は、このような傾斜面４４ｈを有するものとすれば、冷却空気の流れを均一化させて、冷却領域の偏りを抑えることができる。
【００６１】
一方、枠部材３２の側壁部４６は、第１壁部４０に連接する筒状の壁部である。本実施形態では、側壁部４６の形状は、平面形状が正方形である第１壁部４０の各端辺に合わせて、開口方向の断面がおおよそ正方形の環状となる。側壁部４６は、第２壁部４６ａ、第３壁部４６ｂ、第４壁部４６ｃ及び第５壁部４６ｄを含む。第２壁部４６ａ〜第５壁部４６ｄの各壁部は、それぞれ、隣り合う壁部と垂直に連接する。また、第２壁部４６ａ〜第５壁部４６ｄの前面側の各端辺は、それぞれ、第１壁部４０に連接する。一方、第２壁部４６ａ〜第５壁部４６ｄの後面側の各端辺は、露出された状態となる。これにより、枠部材３２は、後面側に、開口４８を有する形状となる。開口４８は、前面側にある開口４４に連通する。すなわち、枠部材３２の内部には、開口４４と開口４８との間に内部空間Ｓ１が形成される。
【００６２】
ここで、枠部材３２は、例えば、後述するような冷却流路の設置や、シールド３６の支持を容易とするために、複数の構造体を組み合わせることで構成されることが望ましい。一例として、本実施形態では、枠部材３２は、前面側にある第１構造体３２ａと、後面側にある第２構造体３２ｂと、第１構造体３２ａと第２構造体３２ｂとの間に設置される第３構造体３２ｃとを組み合わせることで構成される。この場合、第１構造体３２ａ、第２構造体３２ｂ及び第３構造体３２ｃは、図６又は図７に示すように、第２壁部４６ａ〜第５壁部４６ｄの各壁部における後面側の端４３ｂから前面側に向けて挿入される４つのボルト５０を用いた締結により互いに固定される。第１構造体３２ａは、第１壁部４０と、第１壁部４０に連接する側壁部４６の一部とを含む。第２構造体３２ｂ及び第３構造体３２ｃは、それぞれ、開口方向の断面がおおよそ正方形の環状となる形状を有する。
【００６３】
また、枠部材３２は、供試体１２０の主に加熱時の耐久性を向上させるために、第１壁部４０又は側壁部４６に、冷却水を還流させる冷却流路を有する。本実施形態では、第１壁部４０は、供試体１２０を保持する開口４４を含むので、供試体１２０の加熱時には、高温になりやすい。そこで、第１構造体３２ａは、第１壁部４０の外周領域に沿って冷却水を環流させる水冷流路４５を有する。水冷流路４５は、第１構造体３２ａにおける第３構造体３２ｃと接する端面に形成される溝部である。第１構造体３２ａと第３構造体３２ｃとの組み合わせ時には、水冷流路４５と第３構造体３２ｃとの間に溝蓋５２を介すことにより、冷却水の漏れが抑止される。一方、第２構造体３２ｂ及び第３構造体３２ｃは、それぞれの内部を貫通するとともに、一端が水冷流路４５の一部に連通する貫通流路４７を有する。貫通流路４７は、水冷流路４５に冷却水を導入する導入用流路と、水冷流路４５を環流した冷却水を回収する回収用流路とを含む。なお、図７では、貫通流路４７のうち、導入用流路４７ａを例示している。
【００６４】
また、枠部材３２の後面側の端４３ｂには、図６に示すように、一端が貫通流路４７の導入用流路４７ａに連接する導入用の水冷配管５４ａと、一端が貫通流路４７の回収用流路に連接する回収用の水冷配管５４ｂとが、溶接等により接続されている。なお、水冷配管５４ａ及び水冷配管５４ｂの他端は、外部に設置されている冷却水循環装置に接続されている。なお、図７では、導入用流路４７ａに連接する導入用の水冷配管５４ａを例示している。
【００６５】
なお、上記説明では、枠部材３２の開口方向の平面形状を正方形としたが、円形であってもよい。この場合、第１壁部４０の平面形状が円形となるとともに、側壁部４６の形状は、第１壁部４０の平面形状に合わせた円筒形となる。
【００６６】
熱電対固定ユニット３４は、上記実施形態に係る測温装置１０を用いて、枠部材３２の開口４４に保持されている供試体１２０の裏面１２０ｂの測温を行う。熱電対固定ユニット３４は、測温装置１０と、空気供給管６０と、管保持部６２と、空冷配管６４と、ユニット取付部材６６と、調整ねじ６８と、調整ねじ支持部材７０とを備える。以下、上記説明した測温装置１０の各構成要素と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
熱電対固定ユニット３４は、熱電対１４の測温接点１４ｃを含む先端板部１４ｄの表面全体が供試体１２０の被測温面である裏面１２０ｂに対して面接触するように、測温装置１０を固定する。つまり、測温時の測温装置１０は、絶縁管１２の延伸方向が裏面１２０ｂに対しておおよそ垂直となる姿勢となる。
【００６８】
空気供給管６０は、測温装置１０を保持するとともに、供試体１２０の裏面１２０ｂに冷却空気を吹き付ける。空気供給管６０は、第１管部７２を内管とし、第２管部７４を外管とする二重管構造を有する。第１管部７２は、測温装置１０に含まれる絶縁管１２の一部を挿通して、測温装置１０を保持する。第２管部７４は、第１管部７２の外径よりも大きい内径を有する。管保持部６２は、第１管部７２の外壁面７２ａと第２管部７４の内壁面７４ａとが非接触で、且つ、第１管部７２と第２管部７４とがおおよそ同軸となるように、第１管部７２と第２管部７４との後面側の各端部を密に保持する。一方、第１管部７２と第２管部７４との前面側の各端部は、それぞれ、他の部材と連通することなく、供試体１２０の裏面１２０ｂに対向する。したがって、第１管部７２と第２管部７４との間に形成されている空間は、供試体１２０の裏面１２０ｂに近接して対向する位置で開放されている。空冷配管６４は、一方の端部が第１管部７２と第２管部７４との間に形成されている空間に連通し、他方の端部が外部に設置されている空気供給装置に接続されている。
【００６９】
上記の構成により、空気供給管６０では、第１管部７２と第２管部７４との間に形成されている空間が、空冷配管６４から導入された冷却空気が流通する空冷流路７６となる。そして、第１管部７２の先端部と第２管部７４の先端部との間に画成された前面側の開口が、空冷流路７６を流通してきた冷却空気を供試体１２０の裏面１２０ｂに吹き付ける吹き出し口７８となる。なお、図７では、冷却空気の流れを矢印で示している。
【００７０】
また、空気供給管６０の第１管部７２が絶縁管１２の一部を挿通し、測温装置１０を保持するとき、測温装置１０の先端、すなわち、熱電対１４の先端板部１４ｄを含む部分が吹き出し口７８から突出させた状態とする。
【００７１】
図１０は、熱電対固定ユニット３４を後面側から見た斜視図である。ユニット取付部材６６は、熱電対固定ユニット３４を枠部材３２に固定するための部材である。例えば、ユニット取付部材６６は、水平方向で、且つ、空気供給管６０の延伸方向とは垂直となる方向に伸びる長板状の金属部材である。この場合、ユニット取付部材６６は、長手方向の中央部分に、絶縁管１２を貫通させる孔６６ａを含み、管保持部６２を複数のボルト８０を用いて固定するフランジ面６６ｂを有する。また、ユニット取付部材６６は、長手方向の両端部に、それぞれ、ユニット取付部材６６を枠部材３２の後面側の端４３ｂに固定するための貫通孔６６ｃを有する。図６に示すように、貫通孔６６ｃにボルト８２を通過させてユニット取付部材６６を端４３ｂに締結させることで、熱電対固定ユニット３４を枠部材３２に固定させることができる。
【００７２】
調整ねじ６８は、測温装置１０に含まれる弾性部材２０に加える力を調整可能とする。調整ねじ６８は、軸方向に絶縁管１２を摺動可能に貫通させる孔６８ａと、弾性部材２０と接触する雄ねじ部６８ｂと、雄ねじ部６８ｂに連接して雄ねじ部６８ｂを軸周りに回転可能とするハンドル部６８ｃとを有する。
【００７３】
調整ねじ支持部材７０は、調整ねじ６８を支持する部材である。例えば、調整ねじ支持部材７０は、ユニット取付部材６６に対して平行となる長板状の金属部材である。この場合、調整ねじ支持部材７０は、長手方向の中央部分に、調整ねじ６８の雄ねじ部６８ｂに係合する雌ねじ部７０ａを含むフランジ面７０ｂを有する。また、調整ねじ支持部材７０の長手方向の両端部は、それぞれ、支柱８４及びボルト８６を介してユニット取付部材６６に対して固定されている。つまり、ユニット取付部材６６と調整ねじ支持部材７０との間の距離は、不変である。
【００７４】
調整ねじ６８及び調整ねじ支持部材７０の構成によれば、絶縁管１２は、枠部材３２に対して、第１管部７２を介してだけでなく、弾性部材２０を介して支持されている。ここで、図３を用いて説明した測温装置１０では、絶縁管１２を支持する部材として、第１支持部材１１０及び第２支持部材１１２を例示した。この例示に対して熱電対固定ユニット３４の構成を当てはめると、ユニット取付部材６６が第１支持部材１１０に相当する。一方、調整ねじ６８が第２支持部材１１２に相当する。
【００７５】
ここで、枠部材３２の内部に形成されている内部空間Ｓ１は、熱電対固定ユニット３４の一部、例えば空気供給管６０の部分を内包するに十分な広さが確保されていることが望ましい。特に空気供給管６０には、図７に示すように、空冷配管６４が接続されている。そこで、内部空間Ｓ１に連なる開口４８は、熱電対固定ユニット３４を枠部材３２に取り付けたときに空冷配管６４が枠部材３２に干渉しない程度に大きく開放されていることが望ましい。
【００７６】
また、内部空間Ｓ１では、空気供給管６０の吹き出し口７８から供試体１２０の裏面１２０ｂに冷却空気が吹き付けられるので、吹き付けられた後の冷却空気は、内部空間Ｓ１内に分散する。そこで、内部空間Ｓ１の広さ、又は、開口４８の大きさは、吹き付けられた後の冷却空気が開口４８から効率よく外部に排出されるように決定されることが望ましい。また、熱電対固定ユニット３４は、吹き出し口７８から供試体１２０の裏面１２０ｂの中央部に冷却空気が吹き付けるので、供試体１２０を中心部から放射状に均一に冷却することができる。そこで、内部空間Ｓ１の形状は、熱電対固定ユニット３４の周囲から均一に開口４８側に向かうような、熱電対固定ユニット３４を基準とした対称形とすることが望ましい。ここで、熱電対固定ユニット３４を枠部材３２に固定するユニット取付部材６６は、その形状が長板状であるので、開口４８からの冷却空気の排出を妨げることが抑えられている。
【００７７】
シールド３６は、供試体１２０の表面１２０ａを、バーナ等を用いて加熱する際に、後方にある各部材に熱が到達することを回避するための保護部材である。シールド３６は、金属製の複数の板体を溶接等により組み合わせて製作されてもよいし、金属製の１枚の板体を折り曲げ加工することで製作されてもよい。本実施形態では、シールド３６の水平方向に向かう平面形状は、第１壁部４０の平面形状に合わせて正方形である。シールド３６は、枠部材３２の側壁部４６の周囲を取り囲むように、側壁部４６に支持される。
【００７８】
ここで、枠部材３２は、上記のとおり、第１構造体３２ａ〜第３構造体３２ｃの３つの構造体で構成される。そこで、図７に示すように、例えば、第３構造体３２ｃは、第２構造体３２ｂと接続される側の端面４３ｃの周端部に、シールド３６を取り付けるための溝部４９を有してもよい。この場合、シールド３６は、水平方向に向かう平面上の中央領域に、溝部４９に係合可能な大きさの貫通孔３６ａを有する。このような構成によれば、シールド３６の貫通孔３６ａの端部が、溝部４９と第２構造体３２ｂの端面４３ｄとの間に挟まれるので、例えば、シールド３６取り付け用のボルト等を用いることなく、シールド３６を簡易的に枠部材３２に支持させることができる。
【００７９】
なお、後方にある各部材への熱の到達をより抑えるために、シールド３６は、その外周部に、バーナからの熱をより効率よく枠部材３２の外周側へ分散させる、前面側から後面側へ傾斜した傾斜面３６ｂを有してもよい。
【００８０】
また、供試体保持具３０は、試験位置に供試体保持具３０を固定するための取付アーム８８を有してもよい。取付アーム８８は、例えば、第１アーム部８８ａ、第２アーム部８８ｂ及び第３アーム部８８ｃを含む。第１アーム部８８ａ及び第３アーム部８８ｃは、それぞれ鉛直方向に沿って延伸する板体である。一方、第２アーム部８８ｂは、水平方向に沿って延伸する板体である。第１アーム部８８ａの一端は、枠部材３２の端面４３ｄに対してボルト９０を用いて固定される。第１アーム部８８ａの他端は、第２アーム部８８ｂの一端に連接される。第２アーム部８８ｂの他端は、第３アーム部８８ｃの一端に連接される。なお、第３アーム部８８ｃの他端は、試験位置にある不図示の固定部材に固定される。
【００８１】
ここで、第１アーム部８８ａは、枠部材３２に固定されている状態で、前面側から供試体保持具３０を見てシールド３６に隠れる大きさであることが望ましい。この場合、前面側から供試体保持具３０を見てシールド３６から露出する部分に相当する第３アーム部８８ｃが、第２アーム部８８ｂの長さ分、枠部材３２から水平方向に離れることになる。したがって、取付アーム８８がバーナからの熱で温められる影響を抑えることができる。
【００８２】
次に、枠部材３２に形成されている開口４４への供試体１２０の取り付け方について説明する。まず、作業者は、枠部材３２に熱電対固定ユニット３４を取り付けていない状態で、開口４４の後面側が鉛直方向上側に若干向くように傾ける。次に、作業者は、第２球体保持部４４ｃ〜第４球体保持部４４ｅの３つの球体保持部に、それぞれ、第２球体３８ｂ〜第４球体３８ｄを設置する。次に、作業者は、供試体１２０の第１外周縁部１２０ｃに第２球体３８ｂ〜第４球体３８ｄが接するように、供試体１２０を開口４４に嵌め込む。次に、作業者は、第１球体保持部４４ｂに、第１球体３８ａを挿入する。次に、作業者は、供試体１２０の姿勢を維持しながら、枠部材３２に熱電対固定ユニット３４を取り付ける。このとき、作業者は、熱電対固定ユニット３４の先端から突出する熱電対１４の先端板部１４ｄを、供試体１２０の裏面１２０ｂに面接触させる。次に、作業者は、熱電対固定ユニット３４を枠部材３２に取り付けた後、適宜、ハンドル部６８ｃを回すことで、測温装置１０に対して軸方向に加える力を調整し、熱電対１４の先端板部１４ｄを供試体１２０の裏面１２０ｂに押し付ける。最後に、作業者は、供試体保持具３０を試験に適した姿勢に戻す。したがって、供試体保持具３０では、供試体１２０は、開口４４の内周縁部４４ａによって前面側及び外周側が支持され、測温装置１０によって後面側が支持されることで、開口４４に保持されることになる。
【００８３】
次に、供試体保持具３０による効果について説明する。
【００８４】
まず、本実施形態に係る熱サイクル試験用の供試体保持具３０は、バーナ側の側面に板状の供試体１２０を嵌め込むための開口４４が形成された枠部材３２を備える。供試体保持具３０は、開口４４に嵌め込まれた供試体１２０のバーナ側と反対側の面に冷却空気を吹き付けるための吹き出し口７８を備えた空気供給管６０を備える。また、供試体保持具３０は、絶縁管１２が、枠部材３２に弾性部材２０を介して支持され、且つ、吹き出し口７８から先端を突出させた状態で空気供給管６０に挿通されている、上記の実施形態に係る測温装置１０を備える。ここで、供試体１２０が開口４４に嵌め込まれた状態において、熱電対１４が、先端面１２ｄと供試体１２０との間に挟持される。また、供試体１２０が、開口４４の内周縁部４４ａと測温装置１０とによって保持される。
【００８５】
本実施形態に係る供試体保持具３０によれば、開口４４の内周縁部４４ａと測温装置１０とで供試体１２０を開口４４に嵌め込まれた状態に保持するため、供試体１２０の外周側面に固定ピン挿入穴等を形成する必要がない。これにより、供試体１２０の厚さが十分でないために、その外周側面に穴加工を施すことができない場合であっても、供試体１２０を枠部材３２に安定して保持しつつその温度を測定することができる。また、供試体１２０を支持するための支持部材を供試体１２０に接合して形成する必要もないため、供試体１２０が、例えばCMC材のように支持部材を直接接合できない材料からなる場合であっても、これを安定して保持しつつその温度を測定することができる。
【００８６】
また、絶縁管１２は、その先端面１２ｄが吹き出し口７８から突出した状態で空気供給管６０に挿通されているので、供試体１２０のバーナ側と反対側の被測温面のうち熱電対１４が接触している部分の周囲近傍を効率的に冷却することができる。なお、供試体１２０の被測温面とは、例えば裏面１２０ｂである。
【００８７】
さらに、絶縁管１２は、その先端面１２ｄが吹き出し口７８から突出した状態で空気供給管６０に挿通されている。そのため、熱電対１４が供試体１２０に押し付けられた状態において、空気供給管６０の吹き出し口７８の先端縁と供試体１２０の被測温面との間には、周方向に連続する隙間Ｇが形成される。従って、吹き出し口７８から被測温面に吹き付けられた冷却空気は、この隙間Ｇから、熱電対１４を中心として放射状に広がるようにして流れる。これにより、被測温面を効率よく冷却することができる。
【００８８】
また、本実施形態に係る供試体保持具３０は、開口４４の内周縁部４４ａと、開口４４に嵌め込まれた供試体１２０の外周縁部であるとの間に介在し、内周縁部４４ａと外周縁部とを互いに離間した状態に保持する複数の球体３８を備える。なお、供試体１２０の外周縁部とは、例えば第１外周縁部１２０ｃである。
【００８９】
本実施形態に係る供試体保持具３０によれば、供試体１２０と枠部材３２との間の直接の接触を防止し、且つ、供試体１２０との接触面積を減少させて、供試体１２０からの熱の逃げを抑制することができる。
【００９０】
また、本実施形態に係る供試体保持具３０は、開口４４は、水平方向に向いた円形状の開口である。また、複数の球体３８のうち少なくとも開口４４の中心より上方に位置する球体は、開口４４の径方向外側へ移動可能に内周縁部に保持されている。なお、開口４４の中心より上方に位置する球体とは、例えば第１球体３８ａである。
【００９１】
本実施形態に係る供試体保持具３０によれば、供試体１２０が熱膨張した場合でも、開口４４の中心より上方に位置する球体３８が径方向外側に移動して、供試体１２０の熱膨張を吸収することができる。したがって、過度な熱応力が供試体１２０に負荷されることを抑止することができる。
【００９２】
また、本実施形態に係る供試体保持具３０では、空気供給管６０は、内管と外管とからなる二重管構造を有する。吹き出し口７８は、内管の先端部と外管の先端部との間に画成されている。また、絶縁管１２は、内管に挿通されている。なお、空気供給管６０の内管とは、例えば第１管部７２である。一方、空気供給管６０の外管とは、例えば第２管部７４である。
【００９３】
本実施形態に係る供試体保持具３０によれば、供試体１２０の被測温面を、熱電対１４が接触している部分を中心として周方向に均一に冷却することができる。また、絶縁管１２の軸方向の移動を内管でガイドすることができるため、内管がない場合と比較して、供試体１２０の被測温面上における熱電対１４の位置を安定させることができる。すなわち、温度の計測位置の再現性が向上する。
【００９４】
（熱サイクル試験装置）
次に、一実施形態に係る熱サイクル試験装置について説明する。本実施形態に係る熱サイクル試験装置は、上記実施形態に係る熱サイクル試験用の供試体保持具３０を用いて、所望の供試体に対して熱サイクル試験を行う装置の一例である。
【００９５】
図１１は、本実施形態に係る熱サイクル試験装置２００の構成を示す図である。なお、上記各実施形態において説明した各構成要素と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。熱サイクル試験装置２００は、試験ユニット２０２と、制御ユニット２０４とを含む。
【００９６】
試験ユニット２０２は、供試体１２０の熱サイクル試験を行うユニットである。試験ユニット２０２は、試験実施部２０６と、制御機器収納部２０８とを備える。試験実施部２０６及び制御機器収納部２０８は、架台２１０に設置される。熱サイクル試験中の状況確認や、供試体１２０の取り付け又は取り外しなどの作業を容易とするために、試験実施部２０６は、架台２１０の上部に設置されることが望ましい。この場合、制御機器収納部２０８は、架台２１０の下部に設置される。
【００９７】
試験実施部２０６は、熱サイクル試験が実施される領域である。試験実施部２０６は、供試体保持具３０と、バーナ２１４と、放射温度計２１６とを備える。供試体保持具３０は、上記実施形態において例示した供試体保持具である。供試体保持具３０は、固定バイス２１８を介して、架台２１０に連結されている試験台２１２に設置される。バーナ２１４は、供試体１２０を加熱する加熱装置である。バーナ２１４は、供試体保持具３０に保持されている供試体１２０の表面１２０ａに向けて炎を吹き出す。そのため、バーナ２１４は、炎の吹き出し面が供試体１２０の表面１２０ａに対向する位置に、支持脚２２０を介して試験台２１２に設置される。放射温度計２１６は、例えば、架台２１０の上部に設置され、供試体１２０の表面１２０ａの温度を非接触で測定する。
【００９８】
また、バーナ２１４は、供試体保持具３０に保持されている供試体１２０の表面１２０ａに向けて冷却空気を吹き付ける冷却機構を有してもよい。この場合、空冷機構は、供試体保持具３０側からの空冷機構と、バーナ２１４側からの空冷機構との２系統となる。これにより、降温時の冷却速度を調整しやすくなる。また、このように２系統の空冷機構を設けることにより、高速冷却が可能となる。
【００９９】
なお、固定バイス２１８や支持脚２２０は、試験台２１２上で移動可能としてもよい。これにより、供試体１２０、供試体保持具３０若しくはバーナ２１４の大きさや種類、又は、その他の試験条件により、適宜、供試体保持具３０又はバーナ２１４の位置を変更することができる。また、試験実施部２０６の側面の少なくとも一部は、供試体１２０の取り付け又は取り外しや、試験実施部２０６内に設置されている供試体保持具３０等の各種ユニットの位置の調整などを行うために、開閉可能である。
【０１００】
制御機器収納部２０８は、各種制御機器や配管系を収納する領域である。制御機器収納部２０８は、燃焼ガス系統に含まれるマスフローコントローラ２２２と、冷却水及び冷却空気系統に含まれるバルブユニット２２４と、データ記憶装置２２６とを備える。
【０１０１】
マスフローコントローラ２２２は、バーナ２１４に供給する燃焼ガスの流量等を調整する。マスフローコントローラ２２２の導入側は、外部に設置されている燃焼ガス供給部３００に、第１燃焼ガス配管２３０を介して接続されている。マスフローコントローラ２２２の排出側は、バーナ２１４に、第２燃焼ガス配管２３２を介して接続されている。
【０１０２】
バルブユニット２２４は、調整バルブや電磁弁を含み、供試体保持具３０に供給する冷却水若しくは冷却空気、又は、バーナ２１４に供給する冷却水の流量を調整したり、流れのＯＮ／ＯＦＦ切り替えたりする。バルブユニット２２４の導入側は、外部に設置されている冷却水／冷却空気供給部３０２に、第１冷却水配管２３４及び第１冷却空気配管２３６を介して接続されている。バルブユニット２２４の一方の排出側は、供試体保持具３０に、水冷配管５４及び空冷配管６４を介して接続されている。バルブユニット２２４の他方の排出側は、バーナ２１４に、水冷配管２４２を介して接続されている。ただし、第１冷却水配管２３４、水冷配管５４及び水冷配管２４２は、図１１中ではそれぞれ１つの管で表示されているが、実際には冷却水の供給と回収とを繰り返す循環系である。
【０１０３】
データ記憶装置２２６は、熱サイクル試験中に測定された供試体１２０の温度データを取得し、記憶する。データ記憶装置２２６は、第１に、放射温度計２１６に電気的に接続され、供試体１２０の表面１２０ａの温度データを取得し、記憶する。また、データ記憶装置２２６は、第２に、供試体保持具３０内に設置されている測温装置１０に含まれる熱電対素線１６に電気的に接続され、供試体１２０の裏面１２０ｂの温度データを取得し、記憶する。
【０１０４】
制御ユニット２０４は、試験ユニット２０２に含まれる各種構成要素の動作等を制御するユニットである。制御ユニット２０４は、制御部２５２と、シーケンサ２５４と、操作パネル２５６とを含む。制御部２５２、シーケンサ２５４及び操作パネル２５６は、制御架台２５０に設置される。
【０１０５】
制御部２５２は、データ記憶装置２２６から温度データを取得し、データ処理や外部への出力等を実行する。シーケンサ２５４は、予め操作パネル２５６から入力された試験条件等に基づいて、マスフローコントローラ２２２やバルブユニット２２４を作動させる。特に、シーケンサ２５４によれば、例えば、点火・失火・冷却の１サイクルの試験パターンや、繰り返しサイクル数を一括制御することができるため、再現性のある連続運転が可能となる。操作パネル２５６は、オペレータが試験条件等を入力する、例えば液晶式のタッチパネルである。
【０１０６】
このように、本実施形態に係る熱サイクル試験装置２００は、供試体１２０を保持する供試体保持具３０と、供試体１２０を加熱するバーナ２１４とを備える。また、熱サイクル試験装置２００は、供試体１２０の温度データを熱電対１４から取得する制御部２５２を備える。
【０１０７】
本実施形態によれば、上記説明した測温装置１０又は供試体保持具３０を備えるので、それらによる効果を奏する熱サイクル試験装置２００を提供することができる。
【０１０８】
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０    測温装置
１２    絶縁管
１２ｄ  先端面
１４    熱電対
１４ｃ  測温接点
１６    熱電対素線
１８    断熱シート
２０    弾性部材
３０    供試体保持具
３２    枠部材
３８    球体
４４    開口
４４ａ  内周縁部
６０    空気供給管
７２    第１管部
７４    第２管部
７８    吹き出し口
１２０  供試体
１２０ｃ  第１外周縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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