(57)【要約】【課題】被試験体の圧力容器とプルロッド間のパッキン部分からの水素ガスの漏洩を生じることなく、更に短いサイクルタイムで材料の疲労試験を行なって疲労特性を評価することが可能であり、また更に被試験体の温度制御が容易である、等の利点を有する高圧気体疲労試験方法及び装置の提供を目的とする。【解決手段】内部に気体を導入することが可能な被試験体３の高圧気体疲労試験を行なう際に、密閉された密閉容器１内で、被試験体３の内部に所定圧力の水素ガスを充填し、密閉容器１を液体の圧力媒体で充填し、この液体である圧力媒体の圧力をシリンダ３１及びピストン３２からなる第２の加圧装置により変動させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に高圧の気体を導入することが可能な被試験体を疲労試験に供する方法であって、
試験槽内で、前記被試験体の内部に所定圧力の気体を充填し、
前記試験槽内を液体で充填し、
前記液体の圧力を変動させること
を特徴とする高圧気体疲労試験方法。
【請求項２】
前記被試験体の内部に充填すべき気体の容積を減少させるべく、前記被試験体内に中子を配置することを特徴とする請求項１に記載の高圧気体疲労試験方法。
【請求項３】
前記試験槽内に液体を充填しない状態で、前記被試験体の内部の気体の圧力を変動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧気体疲労試験方法。
【請求項４】
前記試験槽内に充填される液体の温度を調節することにより、前記被試験体の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧気体疲労試験方法。
【請求項５】
前記液体は水又は油であり、前記気体は水素ガスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧気体疲労試験方法。
【請求項６】
内部に気体を導入することが可能な被試験体を疲労試験に供する装置であって、
前記被試験体を保持する保持手段と、
密閉することが可能であり、前記被試験体を内部に収納する試験槽と、
前記被試験体内部の気体を前記試験槽の外部から所定圧力に加圧する第１の加圧装置と、
前記試験槽内部の液体の圧力を変動させることが可能な第２の加圧装置と
を備えたことを特徴とする高圧気体疲労試験装置。
【請求項７】
前記第１の加圧装置は、前記被試験体内部の気体の圧力を変動させることが可能であることを特徴とする請求項６に記載の高圧気体疲労試験装置。
【請求項８】
前記被試験体は管状であり、
前記保持手段は前記管状の被試験体の両端部を密閉して保持するようにしてあること
を特徴とする請求項６又は７に記載の高圧気体疲労試験装置。
【請求項９】
前記保持手段が、前記試験槽の一部を構成していることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の高圧気体疲労試験装置。
【請求項１０】
前記試験槽内の液体の温度を調節する温度調節手段を更に備えたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の高圧気体疲労試験装置。
【請求項１１】
前記液体は水又は油であり、前記気体は水素ガスであることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の高圧気体疲労試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部の圧力変動による材料の疲労強度を測定するための方法及び装置に関し、より詳細には、たとえばパイプ等のその内部に加わる気体の圧力による疲労強度を測定するための高圧気体疲労試験方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境に対する負担が発生しない、または少ないいわゆるクリーンエネルギーとして、酸化燃焼した場合に水のみを排出する水素が注目されており、その一実用例として燃料電池が注目されている。
【０００３】
ところで、燃料電池を自動車のエネルギー源として利用する場合には、自動車の走行距離を増加させるために、換言すれば水素補給の頻度を少なくするために、多量の水素を自動車に搭載する必要がある。気体は圧力が増加するに伴ってその容積が減少するため、上記の目的のためにはなるべく高圧の水素ガスを自動車に搭載することが可能になるようにすることが望ましい。また、そのような自動車には従来のガソリンスタンドに代えて水素ガスを供給するための水素スタンドが必要になるが、そのような水素スタンドにおいても、なるべく高圧で水素ガスを貯蔵することが用地の効率的な利用の面からも望ましい。
【０００４】
上述のような燃料電池自動車、水素スタンド等においては、水素ガス貯蔵用の容器、配管、バルブ等が必要になるが、それらの内部は高圧の水素ガス雰囲気に曝されることになると共に、それらの内部での水素ガスの移動、あるいは水素ガスの生産工場から水素スタンドへの輸送等に際しては圧力変動に伴う繰り返し荷重が負荷されるため、疲労損傷、疲労破壊が重要な問題となる。
【０００５】
ところで、高圧の水素ガス雰囲気中においては、材料の疲労強度が大幅に低下する場合があり、燃料電池自動車及び水素スタンドで使用される上述のような水素貯蔵用の容器、配管、バルブ等の材料の高圧水素ガス雰囲気中での疲労特性を予め評価するための試験を行なっておく必要がある。
【０００６】
上述のような高圧水素ガス雰囲気中での疲労特性の試験としては、たとえば特許文献１に記載されているような試験機が従来使用されていた。図５は特許文献１に開示されている従来の試験機の概略の全体構成を示す断面図である。
【０００７】
図５に示す従来の試験機は、耐高圧の密閉容器１中に被試験体３を取り付け、この被試験体３に荷重を負荷するプルロッド６が接続されている。このプルロッド６は密閉容器１の外部に備えられたアクチュエータ１２に連結されており、アクチュエータ１２を駆動することによってプルロッド６を介して被試験体３に荷重を負荷する構成を採っている。そして、プルロッド６が密閉容器１を貫通する部分にはパッキン１４が備えられている。
【０００８】
以上のような構成の特許文献１に開示されている従来の試験機では、被試験体３に対して荷重負荷を繰り返す都度、プルロッド６とパッキン１４とが相対的に摺動する。このため、密閉容器１中に高圧ガスを充填してその高圧ガス中で材料（被試験体３）の疲労試験を行なう場合には、パッキン１４のプルロッド６との摺動部分から密閉容器１外へガスが漏洩するという問題があった。特に、水素ガスは分子量が比較的小さいため、他の分子量が比較的大きい気体に比して、微小な空隙からも漏洩し易い。
【０００９】
従って、（１）  試験雰囲気（密閉容器１内部の環境）として水素のような微小な空隙からも漏洩し易い気体を使用する場合、（２）  密閉容器１の内部のガス圧を著しく高くした場合、（３）  疲労試験の際に荷重の繰り返し周期を短くした場合、等にはパッキン１４の部分からの密閉容器１外部へのガスの漏洩が顕著となり、試験の主要条件である密閉容器１の内部の圧力を維持することが困難になる。また、密閉容器１の内部に水素ガスを注入した場合には、水素ガスは極めて引火性、爆発性が高いため、水素ガスが密閉容器１の外部へ漏洩することは安全上の観点からも好ましいとは言い難い。
【００１０】
上述のような特許文献１に開示されている密閉容器（圧力容器）とプルロッドとを使用しない疲労試験方法として非特許文献１に記載されているような試験方法も知られている。図６は非特許文献１に記載されている試験方法を説明するための試験装置の模式図、図７はその要部の縦断面図である。
【００１１】
この図６に示す従来の試験方法では、図７に示すような管状の被試験体３を試験対象とし、この被試験体３の軸方向の両端を固定治具２、４で固定し、一端側の固定治具４に開口されているガス注入穴７に接続された配管５を介して水素ガスを加減圧することにより、被試験体３の内部の水素ガスの圧力を変動させる構成を採っている。
【００１２】
そして、被試験体３の内部の水素ガスの圧力を図８の波形図に示すように、周期的に変動させることにより、試験対象である管状の被試験体３の疲労試験を行なう。このような非特許文献１に記載された試験方法では、実配管の使用条件に近い負荷条件、即ち鋼管内の水素ガスの圧力の変動という条件下において疲労特性の評価が可能である。
【００１３】
しかし、この非特許文献１に記載されている方法では、被試験体３内部の気体の圧力を変動させる、具体的には配管５を介して被試験体３の内部の水素ガスを加減圧する増圧機の能力上の制約から、サイクルタイム、即ち疲労試験の１サイクルに要する時間を短縮することが困難であるという問題があった。具体的には、非特許文献１に記載されている方法では図８の波形図に示されているように、最高圧力が２００ｂａｒ（約２０ＭＰａ）の試験を実施するために、１サイクルタイムに  ３６０秒を要している。
【００１４】
しかし、近年において実用化が進められている燃料電池自動車に搭載されている水素ガスの圧力は約３５ＭＰａ  であり、更に将来的には燃料電池自動車の走行距離を増大させるために７０ＭＰａ  以上の高圧水素ガスが必要になると予想されている。また、米国では既に７０ＭＰａ  の車載用の水素貯蔵タンクの開発に成功したとの報道もあることから、そのような高圧の水素ガス雰囲気中において図６に示すような試験方法を実施する場合には、図８に示す例のような  ３６０秒よりも大幅に長いサイクルタイムが必要になることは避けられない。このため、非特許文献１に記載されている図６に示すような従来の試験方法による場合には、疲労試験全体の所要時間が著しく長くなるという問題が生じる。
【００１５】
以下、このような従来技術の内圧を変動させる構成を示す模式図を参照してより詳細に説明する。図９では、被試験体３の内部圧力を変動させるために、配管５にシリンダ８が接続されており、ピストン９の往復移動によりシリンダ８内の水素ガスを配管５を介して被試験体３の内部を加減圧するようにした増圧機を使用している。
【００１６】
図９（ａ）  は被試験体３の内部圧力が比較的低圧である場合の状態を示している。即ち、増圧機のピストン９が後退位置にあってシリンダ８内の容積が大きいため、シリンダ８、配管５、被試験体３それぞれの内部の容積の総計が大きくなっており、従って全体的に水素ガスの圧力は低く、被試験体３の内部の水素ガスの圧力も低くなっている。
【００１７】
これに対して、図９（ｂ）  に示す状態では、水素ガスを加圧するためにピストン９を前進位置へ移動させている。これにより、シリンダ８内の容積が小さくなり、シリンダ８、配管５、被試験体３それぞれの内部の容積の総計が小さくなっており、従って全体的に水素ガスの圧力は高く、被試験体３の内部の水素ガスの圧力も高くなっている。
【００１８】
ところで、水素ガスに限らず、一般的に気体は圧縮性を有しているため、加圧するためには被試験体３、配管５、シリンダ８内の水素ガス全体の体積を小さくする必要があるが、このためにはピストン９の移動量を大きくする必要がある。このピストン９の移動量は疲労試験時の最高圧力が高ければ高いほど大きくする必要がある。換言すれば、被試験体３に対して高圧力の内圧疲労試験を行なうためには、ピストン９を高速且つ大移動量で往復移動させる必要がある。しかし、そのような場合には、ピストン９のシリンダ８に対する摺動のためにピストン９の外縁部からの水素ガスの漏洩が著しくなる。このため、高圧力の疲労試験を行なう場合には、ピストン９の移動速度を大きくすることができず、サイクルタイムが必然的に長くならざるを得ない。
【００１９】
更に、上述のようなシリンダ８とピストン９とによる増圧機に代えて、たとえばポンプにより水素ガスを被試験体３の内部へ圧送する方法を採る場合には、上述のようなシリンダ８とピストン９とによる増圧機の場合とは異なり、水素ガスの漏洩の問題は小さくなる。しかし、ポンプによる水素ガスの圧送では急激な圧力増加は望むべくも無いため、よりサイクルタイムが長くなるという問題が生じる。
【００２０】
また図６に示した試験方法では、被試験体の内部の水素ガスの圧力を変動させるために、前述した如く、被試験体の外部の増圧機、試験機の配管部を含む水素ガスの容積を大きく変動させる必要がある。しかし、気体は密閉された状態で容積が変動すると温度も変動するため、水素ガスの容積を変動させた場合には水素ガスの温度を一定に維持することが困難になり、このことは疲労試験中に被試験体の温度を一定に制御することも困難になるという問題を生じさせていた。
【００２１】
【特許文献１】
特開平１０−１９７４３０号公報
【非特許文献１】
エム．ケステン（Ｍ．  Ｋｅｓｔｅｎ  ），ケー．エフ．ウインドガッセン（  Ｋ．Ｆ．Ｗｉｎｄｇａｓｓｅｎ  ）「加圧導管鋼における疲労クラックの開始及び伝播に対する水素ガスの影響」（Ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｇａｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆａｔｉｇｕｅ  Ｃｒａｃｋｓ  ｉｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｓｔｅｅｌｓ），  電力担体としての水素（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ａｓ  ａｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃａｒｒｉｅｒ  ）  ，１９８３年発行  ｐ．３７８−３８７
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、特許文献１に開示されている試験機では、荷重負荷を繰り返す都度、プルロッドとパッキンとが相対的に摺動するため、高圧ガス中で材料の疲労試験を行なう場合には、パッキンの部分から密閉容器外へのガスの漏洩が生じるという問題があった。また、非特許文献１に記載されている試験方法では、被試験体の内部の気体の圧力を急激に変動させることができないという問題があった。このため、いずれの従来技術においても、サイクルタイムの長大化、ひいては試験に要する全体の時間の長大化を招来するという問題があった。更に、非特許文献１に記載されている試験方法では、水素ガスの温度を一定に維持することが困難であり、このことが疲労試験中の被試験体の温度を一定に制御し難いという問題の原因ともなっていた。
【００２３】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、たとえば７０ＭＰａ  を超えるような高圧の水素ガス雰囲気中において、従来技術に見られたような被試験体の圧力容器とプルロッド間のパッキン部分からの水素ガスの漏洩を生じることなく、更に短いサイクルタイムで材料の疲労試験を行なって疲労特性を評価することが可能であり、また更に被試験体の温度制御も容易である、等の利点を有する高圧気体疲労試験方法及び装置の提供を目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧気体疲労試験方法の第１の発明は、内部に高圧の気体を導入することが可能な被試験体を疲労試験に供する方法であって、試験槽内で、前記被試験体の内部に所定圧力の気体を充填し、前記試験槽内を液体で充填し、前記液体の圧力を変動させることを特徴とする。
【００２５】
このような高圧気体疲労試験方法の第１の発明では、内部に気体を導入することが可能な被試験体の疲労試験を行なう際に、密閉された試験槽内で被試験体の内部に高圧の気体を導入し、更に試験槽内を液体で充填し、この液体の圧力を変動させることにより、被試験体の高圧ガス雰囲気中での疲労試験に相当する試験を行なうことができる。
【００２６】
また本発明に係る高圧気体疲労試験方法の第２の発明は、上述の高圧気体疲労試験方法の第１の発明において、前記被試験体の内部に充填すべき気体の容積を減少させるべく、前記被試験体内に中子を配置することを特徴とする。
【００２７】
このような高圧気体疲労試験方法の第２の発明では、上述の高圧気体疲労試験方法の第１の発明において、被試験体の内部に中子が配置されるので、被試験体の内部に充填すべき気体の容積を減少させ、気体の加圧が容易になる。
【００２８】
また本発明に係る高圧気体疲労試験方法の第３の発明は、上述の高圧気体疲労試験方法の第１又は第２の発明において、前記試験槽内に液体を充填しない状態で、前記被試験体の内部の気体の圧力を変動させることを特徴とする。
【００２９】
このような高圧気体疲労試験方法の第３の発明では、上述の高圧気体疲労試験方法の第１又は第２の発明において、試験槽内に液体を充填しない状態で、被試験体の内部の気体の圧力を変動させることにより、被試験体の内部の圧力を変動させる高圧ガス雰囲気中での疲労試験が行なえる。
【００３０】
また本発明に係る高圧気体疲労試験方法の第４の発明は、上述の高圧気体疲労試験方法の第１乃至第３のいずれかの発明において、前記試験槽内に充填される液体の温度を調節することにより、前記被試験体の温度を制御することを特徴とする。
【００３１】
このような高圧気体疲労試験方法の第４の発明では、上述の高圧気体疲労試験方法の第１乃至第３のいずれかの発明において、試験槽内に充填される温度調節が容易な液体の温度を調節することにより、被試験体の温度が制御される。
【００３２】
また本発明に係る高圧気体疲労試験方法の第５の発明は、上述の高圧気体疲労試験方法の第１乃至第４のいずれかの発明において、前記液体は水又は油であり、前記気体は水素ガスであることを特徴とする。
【００３３】
このような高圧気体疲労試験方法の第５の発明では、上述の高圧気体疲労試験方法の第１乃至第４のいずれかの発明において、液体として水又は油が使用され、気体としては水素ガスが使用され、高圧ガスとして水素ガス雰囲気中での疲労試験が行なえる。また、液体として水を使用した場合には、被試験体が試験中に疲労破壊して水素ガスと液体とが混合した場合にも、液体が水であるために燃焼することがない。
【００３４】
更に、本発明に係る高圧気体疲労試験装置の第１の発明は、内部に気体を導入することが可能な被試験体を疲労試験に供する装置であって、前記被試験体を保持する保持手段と、密閉することが可能であり、前記被試験体を内部に収納する試験槽と、前記被試験体内部の気体を前記試験槽の外部から所定圧力に加圧する第１の加圧装置と、前記試験槽内部の液体の圧力を変動させることが可能な第２の加圧装置とを備えたことを特徴とする。
【００３５】
このような高圧気体疲労試験装置の第１の発明では、内部に気体を導入することが可能な被試験体が保持手段により保持されて密閉することが可能な試験槽の内部に収納され、被試験体内部に導入された気体が試験槽の外部から第１の加圧装置により所定圧力に加圧され、更に試験槽内部に充填された液体の圧力が第２の加圧装置により変動させられることにより、被試験体の高圧ガス雰囲気中に相当する疲労試験が行なえる。
【００３６】
また本発明に係る高圧気体疲労試験装置の第２の発明は、上述の高圧気体疲労試験装置の第１の発明において、前記第１の加圧装置は、前記被試験体内部の気体の圧力を変動させることが可能であることを特徴とする。
【００３７】
このような高圧気体疲労試験装置の第２の発明では、上述の高圧気体疲労試験装置の第１の発明において、試験槽内に液体を充填しない状態として被試験体の内部に充填した気体の圧力を変動させることにより、被試験体の内部の圧力を変動させる高圧ガス雰囲気中での疲労試験が行なえる。
【００３８】
また本発明に係る高圧気体疲労試験装置の第３の発明は、上述の高圧気体疲労試験装置の第１又は第２の発明において、前記被試験体は管状であり、前記保持手段は前記管状の被試験体の両端部を密閉して保持するようにしてあることを特徴とする。
【００３９】
このような高圧気体疲労試験装置の第３の発明では、上述の高圧気体疲労試験装置の第１又は第２の発明において、保持手段が管状の被試験体の両端部を密閉して保持する。
【００４０】
また本発明に係る高圧気体疲労試験装置の第４の発明は、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第３のいずれかの発明において、前記保持手段が、前記試験槽の一部を構成していることを特徴とする。
【００４１】
このような高圧気体疲労試験装置の第４の発明では、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第３のいずれかの発明において、保持手段が試験槽の一部を構成している。
【００４２】
また本発明に係る高圧気体疲労試験装置の第５の発明は、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第４のいずれかの発明において、前記試験槽内の液体の温度を調節する温度調節手段を更に備えたことを特徴とする。
【００４３】
このような高圧気体疲労試験装置の第５の発明では、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第４のいずれかの発明において、試験槽内に充填される比較的温度調整が容易な液体の温度が温度調節手段により調節されることにより、被試験体の温度が制御される。
【００４４】
また本発明に係る高圧気体疲労試験装置の第６の発明は、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第５のいずれかの発明において、前記液体は水又は油であり、前記気体は水素ガスであることを特徴とする。
【００４５】
このような高圧気体疲労試験装置の第６の発明では、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第５のいずれかの発明において、液体として水又は油が使用され、気体としては水素ガスが使用され、高圧ガスとして水素ガス雰囲気中での疲労試験が行なえる。また、液体として水を使用した場合には、被試験体が試験中に疲労破壊して水素ガスと液体とが混合した場合にも、液体が水であるために燃焼することがない。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００４７】
図１は本発明に係る高圧気体疲労試験方法の原理を説明するための模式図である。密閉容器１には、圧力媒体としてたとえば水または適宜の特性の油等の液体が満たされており、液体配管１０を介しての密閉容器１の内部への液体の出し入れにより、密閉容器１の内部の圧力を変動させることができるようになっている。
【００４８】
密閉容器１の内部には管状の被試験体３が置かれている。この被試験体３は両端部の開口がそれぞれ固定治具２、４で密閉されており、一端側の固定治具４には、被試験体３の内部へ水素ガスを供給するための配管５が接続されている。なお、配管５は密閉容器１を貫通してその外部へ通じている。
【００４９】
このような図１に示す構成において、被試験体３の内部には配管５を介して水素ガスが導入されて所定圧力に維持されており、液体配管１０を介して液体の圧力媒体を密閉容器１の内部へ出し入れすることにより、白抜き矢符にて示すように被試験体３に繰り返し荷重が負荷される。この液体の圧力媒体による被試験体３に対する繰り返し荷重が、被試験体３の内部の矢符にて示すような水素ガスの圧力変動による被試験体３に対する繰り返し荷重に相当する。
【００５０】
このように、内部に所定圧力の水素ガスを満たされた被試験体３を液体の圧力媒体を満たした密閉容器１内に置くことにより、被試験体３の内部の水素ガスの圧力を高圧で一定に維持することが比較的容易になる。従って、被試験体３の内部の水素ガスの圧力を高圧で一定に維持した状態で、液体の圧力媒体を加圧して被試験体３に外圧を負荷し、この外圧を変動させることにより、被試験体３の内表面に繰り返し応力を負荷することが可能になる。
【００５１】
液体は気体とは異なり、非圧縮性の流体であるため、わずかな体積の変化によっても大きな圧力変動を生じさせることが可能である。更に、前述の図９に示したようなシリンダとピストンとによる増圧機を使用する場合においても、ピストンのシリンダとの摺動部分からの液体の圧力媒体の漏洩は、液体の分子の大きさから水素ガスの場合に比して問題にならない程度に僅少である。従って、液体の圧力媒体を使用することによりピストンを高速で往復移動させることが可能になり、このことが高速で圧力変動を繰り返し発生させることを可能にし、更には疲労試験のサイクルタイムを大幅に短縮することを可能にする。
【００５２】
また、大きな体積変化を生じる際にそれに伴って大きな温度変化も生じる気体の場合に比して、圧力媒体である液体（水または油）の温度の制御は非常に容易であることは言うまでもなく、更に熱伝導率の面からも急激な温度変動を生じない。従って、液体の圧力媒体の温度を制御することにより、疲労試験中の被試験体３の温度の制御も容易に可能になる。
【００５３】
更に、管状の被試験体３においては、高圧水素ガス雰囲気に曝されている内表面側から疲労亀裂が発生した場合には外表面側へ貫通するのが一般的である。このような事態が生じた場合には、被試験体３の外側の液体の圧力媒体と被試験体３の内側の水素ガスとが接触し、混合することになるが、圧力媒体として水を使用するか、または水素と接触しても安定で、燃焼したり爆発したりすることがない油等の液体を使用することにより、被試験体３の内部から外部へ漏洩した水素ガスの引火、爆発等の危険性を考慮する必要がなくなる。
【００５４】
次に、上述のような原理の本発明の高圧気体疲労試験方法を実施するための装置の具体的な構成例について説明する。
【００５５】
図２は上述のような本発明の高圧気体疲労試験方法を実施するための装置、即ち本発明の高圧気体疲労試験装置の概略の全体構成を示す断面図である。図２に示す例では、固定治具２、４間に直接、底板２１、天板２２及び図示しない側板を固定することにより、密閉容器１を構成している。なお、底板２１、天板２２及び図示しない側板は、図２に示す例では、両固定治具２、４間に挟まれた状態で両固定治具２、４をボルトナットで締め付けるようにしているが、他の構成でもよいことはいうまでもない。
【００５６】
なお、安全性を考慮して密閉容器１全体を覆うようにした容器を設けることとしてもよい。また、密閉容器１を別途用意し、その底板に両固定治具２、４を対向させて立てた状態で取り付ける構成としてもよいことはいうまでもない。更には、底板２１、天板２２及び側板を一体的な円筒形状とし、その両端の開口部に両固定治具２、４を固定するような構成を採ることも勿論可能である。
【００５７】
両固定治具２、４間には管状の被試験体３が固定され、その両端部の開口がそれぞれ固定治具２、４により密閉される。具体的には、被試験体３の両端部にはそれぞれ、内周が管状の被試験体３の外周と同寸で外周にネジを切ったフランジ２Ｆ、４Ｆが溶接されており、両固定治具２、４には両フランジ２Ｆ、４Ｆの外周に切られたネジと螺合するネジが内周に切られた円形で適宜の深さの螺合穴２Ｈ、４Ｈが設けられている。
【００５８】
従って、被試験体３は、その両端部にそれぞれフランジ２Ｆ、４Ｆが溶接された後、両固定治具２、４に設けられている螺合穴２Ｈ、４Ｈに螺入されることにより密封される。なお、図２に示す例では密封を完全にすべく、リング状のシール材２Ｓ、４Ｓが両螺合穴２Ｈ、４Ｈの底部と両フランジの先端部との間に挟み込まれている。なお、被試験体３として試験に供される管状の素材が十分な肉厚を有する場合には、管状の素材の両端部に機械加工によってフランジ２Ｆ、４Ｆが一体成形された被試験体３を使用することも可能である。
【００５９】
なお、一方の側の固定治具４は水素ガスを被試験体３の内部へ圧送するための配管５が接続されており、この配管５の一端が螺合穴４Ｈの底部に開口している。配管５の他端はシリンダ８と接続されている。このシリンダ８はピストン９の往復移動により水素ガスを加減圧することにより、配管５を通じて被試験体３の内部の水素ガスの圧力を変動させることが可能である。なお、シリンダ８及びピストン９により第１の加圧装置が構成されている。
【００６０】
一方、密閉容器１の天板２２には配管１０が貫通して取り付けられており、この配管１０はシリンダ３１に接続されている。このシリンダ３１はピストン３２の往復移動により液体の圧力媒体を配管１０を通じて密閉容器１の内部へ出し入れすることにより、密閉容器１の内部の圧力媒体の圧力を変動させることが可能である。なお、シリンダ３１及びピストン３２により第２の加圧装置が構成される。
【００６１】
１３は密閉容器１の底板２１、天板２２及び図示しない側板を捲回するようにして設けられている温度調節器であり、直接的には液体の圧力媒体の温度調節を目的としているが、実際には液体の圧力媒体の温度調節を行なうことにより被試験体３の温度を制御することを目的としている。
【００６２】
この温度調節器１３は、たとえば電気ヒータの利用が容易である。但し、温度調節器１３として液体を循環させるタイプの装置を利用すれば、液体の圧力媒体を任意の温度に調節することが可能になるので、試験を室温よりも低温の環境で行なう必要があるような場合には低温の液体を循環させ、試験を室温よりも高温の環境で行なう必要があるような場合には高温の液体を循環させればよい。なお、温度調節器１３は図２に示したような位置ではなく、たとえば配管１０に取り付けてもよい。
【００６３】
また、１４は管状の被試験体３の内部に置かれる中子である。この中子１４は、被試験体３の内部に充填する必要がある水素ガスの容積を極力減少させるために利用される。即ち、被試験体３の内部に中子１４を置くことにより、被試験体３の内部に充填する必要がある水素ガスの容積が減少するので、水素ガスの必要量が少なくなり、このことにより被試験体３の内部の水素ガスの圧力を高圧で一定に維持することが更に容易になる。
【００６４】
なお、図２に示した構成においては、水素ガスの増圧機及び液体の圧力媒体の増圧機共にシリンダとピストンとの組み合せによる構成としたが、他の方式の、たとえばポンプ方式の増圧機を使用してもよいことは言うまでもない。
【００６５】
以上のような構成の本発明の試験装置においては図３及び図４にそれぞれ被試験体３の内圧及び外圧の圧力変動の例の波形図を示すように、以下のような二通りの試験を行なうことが可能である。即ち、図３に示すように、内圧（被試験体３の内部の水素ガスの圧力）を一定とし、外圧（被試験体３の外部の液体の圧力媒体の圧力）を変動させることにより、比較的短いサイクルタイムで多数回の繰り返し数の疲労試験を長寿命領域に対して行なうことが可能である。
【００６６】
これに対して、図４に示すように、被試験体３の外部の液体の圧力媒体を除去して外圧を負荷せずに、内圧（被試験体３の内部の水素ガスの圧力）を変動させることにより、比較的長いサイクルタイムで少数回の繰り返し数の疲労試験を低寿命領域に対して行なうことも可能である。
【００６７】
なお、上述の実施の形態では、圧力媒体としての液体の圧力を周期的に変動させる例について説明したが、圧力媒体としての液体の圧力をたとえばランダムに変動させたり、または実装置の圧力変動をシミュレーションして変動させて試験を行なうことも勿論可能である。
【００６８】
なお、上述の実施の形態においては、被試験体３の内部に水素ガスを充填しているが、他のガスを充填することにより、そのガスの特性に応じた高圧気体疲労試験を行なうことが可能になることはいうまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上に詳述したように、高圧気体疲労試験方法の第１の発明によれば、内部に気体を導入することが可能な被試験体の高圧気体疲労試験を行なう際に、密閉された試験槽内で被試験体の内部に所定圧力の気体を充填し、更に試験槽内を液体で充填し、この液体の圧力を変動させるので、圧縮性の気体とは異なり、非圧縮性の液体は比較的高頻度で圧力変動させることが可能であるため、短いサイクルタイムで材料の疲労試験を行なって疲労特性を評価することが可能になる。
【００７０】
また高圧気体疲労試験方法の第２の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験方法の第１の発明において、被試験体の内部に中子が配置されるので、被試験体の内部に充填すべき気体の容積が減少し、このために被試験体の内部の気体の圧力変動及びそれに伴う温度変化の影響を受け難くなる。
【００７１】
また高圧気体疲労試験方法の第３の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験方法の第１又は第２の発明において、試験槽内に液体を充填しない状態で、被試験体の内部に充填した気体の圧力を変動させることにより、被試験体の内部の高圧ガス雰囲気中での疲労試験が行なえる。
【００７２】
また高圧気体疲労試験方法の第４の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験方法の第１乃至第３のいずれかの発明において、試験槽内に充填される液体の温度を調節することにより、被試験体の温度の制御を容易に行なうことが、即ち被試験体の温度を一定に制御することが容易に可能になる。
【００７３】
また高圧気体疲労試験方法の第５の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験方法の第１乃至第４のいずれかの発明において、液体として水が使用されるか、または水素と接触しても安定で、燃焼したり爆発したりすることがない油等の液体が使用され、気体としては水素ガスが使用されるので、水素ガスが通流する燃料電池及び燃料電池に水素ガスを供給する水素ガススタンド等において必要になる水素貯蔵用の容器、配管、バルブ等の内部の高圧ガス雰囲気中での疲労試験を行なうことが容易に可能になると共に、試験中に被試験体の内部から外部へ万一水素ガスが漏洩したとしても引火、爆発等の危険性がなくなる。
【００７４】
更に、高圧気体疲労試験装置の第１の発明によれば、内部に気体を導入することが可能な被試験体の高圧気体疲労試験を行なう際に、密閉された試験槽内で被試験体の内部に所定圧力の気体を充填し、更に試験槽内を液体で充填し、この液体の圧力を変動させるので、圧縮性の気体とは異なり、非圧縮性の液体は比較的高頻度で圧力変動させることが可能であるため、短いサイクルタイムで材料の疲労試験を行なって疲労特性を評価することが可能になる。
【００７５】
また高圧気体疲労試験装置の第２の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験装置の第１の発明において、試験槽内に液体を充填しない状態として、被試験体の内部に充填した気体の圧力を変動させることにより、被試験体の内部の高圧ガス雰囲気中での疲労試験が行なえる。
【００７６】
また高圧気体疲労試験装置の第３の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験装置の第１又は第２の発明において、保持手段が管状の被試験体の両端部を密閉して保持するので、管状の材料を被試験体として高圧ガス雰囲気中での疲労試験を行なうことが容易に可能になる。
【００７７】
また高圧気体疲労試験装置の第４の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第３のいずれかの発明において、保持手段に試験槽の一部を構成させることにより、装置の構成が簡略化される。
【００７８】
また高圧気体疲労試験装置の第５の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第４のいずれかの発明において、試験槽内に充填される液体の温度を調節することにより、被試験体の温度の制御を容易に行なうことが、即ち被試験体の温度を一定に制御することが容易に可能になる。
【００７９】
また高圧気体疲労試験装置の第６の発明によれば、上述の高圧気体疲労試験装置の第１乃至第５のいずれかの発明において、液体として水が使用されるか、または水素と接触しても安定で、燃焼したり爆発したりすることがない油等の液体が使用され、気体としては水素ガスが使用されるので、水素ガスが通流する燃料電池及び燃料電池に水素ガスを供給する水素ガススタンド等において必要になる水素貯蔵用の容器、配管、バルブ等の内部の高圧ガス雰囲気中での疲労試験を行なうことが容易に可能になると共に、試験中に被試験体の内部から外部へ万一水素ガスが漏洩したとしても引火、爆発等の危険性がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧気体疲労試験方法の原理を説明するための模式図である。
【図２】本発明の高圧気体疲労試験装置の概略の全体構成を示す断面図である。
【図３】本発明の試験装置において行なわれる疲労試験の際の被試験体の内圧及び外圧の圧力変動の例を示す波形図である。
【図４】本発明の試験装置において行なわれる疲労試験の際の被試験体の内圧の圧力変動の例を示す波形図である。
【図５】従来の試験機の概略の全体構成を示す断面図である。
【図６】従来の試験方法を説明するための試験装置の模式図である。
【図７】図６に示した試験装置の要部の縦断面図である。
【図８】従来の試験方法における被試験体の内部の水素ガスの圧力の変動を示す波形図である。
【図９】従来技術の内圧を変動させる構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１  密閉容器
２  固定治具
３  被試験体
４  固定治具
８  シリンダ
９  ピストン
１３  温度調節器
１４  中子
３１  シリンダ
３２  ピストン
【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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