(57)【要約】【課題】供試体の２面を異なる温度に加熱して試験できるようにする。【解決手段】コントローラは、上側の高周波誘導加熱コイル２３ａへの電流を制御することで上圧盤２０Ａを加熱制御し、これ応じて供試体ＴＰの上面が加熱される。一方、コントローラは、下側の高周波誘導加熱コイル２３ｂへの電流を制御することで下圧盤２０Ｂを加熱制御し、これ応じて供試体ＴＰの下面が加熱される。このように上下圧盤を独立に加熱することで、供試体ＴＰの上下面に温度差を持たせての高温圧縮試験が可能となる。上下コイル間にシールド板５０を配置することで、上下コイルの磁束の干渉が防止できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を加熱しつつ一対の圧盤で供試体に圧縮負荷を与える高温圧縮試験装置において、一方の圧盤を加熱する第１の加熱装置と、他方の圧盤を加熱する第２の加熱装置と、前記一対の圧盤を独立に温度制御すべく前記第１，第２の加熱装置を制御する制御装置とを具備することを特徴とする高温圧縮試験装置。
【請求項２】
前記一対の圧盤には、それぞれ先端押圧面に至るほど幅の狭くなるテーパー状の空洞が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高温圧縮試験装置。
【請求項３】
前記第１，第２の加熱装置は、それぞれ高周波誘導加熱コイルを含み、これら一対の高周波誘導加熱コイルの磁束が互いに干渉しないようシールドするシールド部材を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の高温圧縮試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供試体を加熱しつつ上下の圧盤で供試体に圧縮負荷を与える高温圧縮試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の高温圧縮試験装置では、供試体を高温炉に挿通して加熱し、その状態で上下の圧盤で供試体に圧縮負荷を与えるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公平０６−０４２１９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンのガスケットなどの断熱材は、実際の使用環境においては高温側が接する内面と、低温側が接する外面とで大きな温度差があり、かかる断熱材を実際の使用環境に近い環境で試験するには、外面と内面とを異なる温度に加熱制御する必要がある。しかしながら、従来のように供試体を高温炉内で加熱する方法では、供試体全体が一様に加熱されてしまうため、供試体の上下面に温度差を持たせて試験することはできない。
【０００５】
本発明は、供試体の２面を異なる温度に加熱して試験可能な高温圧縮試験装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、供試体を加熱しつつ一対の圧盤で供試体に圧縮負荷を与える高温圧縮試験装置に適用され、一方の圧盤を加熱する第１の加熱装置と、他方の圧盤を加熱する第２の加熱装置と、一対の圧盤を独立に温度制御すべく第１，第２の加熱装置を制御する制御装置とを具備する。
請求項２の発明は、一対の圧盤に、それぞれ先端押圧面に至るほど幅の狭くなるテーパー状の空洞を設けたものである。
請求項３の発明は、第１，第２の加熱装置がそれぞれ高周波誘導加熱コイルを含み、これら一対の高周波誘導加熱コイルの磁束が互いに干渉しないようシールドするシールド部材を更に備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図４により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本実施形態における高温圧縮試験装置を示している。一対の支柱１に沿って昇降可能なクロスヘッド２には、ロードセル３を介して上負荷ロッド４Ａが連結され、上負荷ロッド４Ａの下端には、セラミックス断熱板５Ａとステンレス板６Ａとを挟んで上圧盤２０ＡがボルトＢＴで連結されている。ステンレス板６Ａは、セラミックス断熱板５Ａの周縁の面圧を低下させる役割を果たす。
【０００８】
一方、テーブル７の下に配置された負荷シリンダのピストンロッド８には、下負荷ロッド４Ｂが上負荷ロッド４Ａと同軸で連結され、下負荷ロッド４Ｂの上端には、セラミックス断熱盤５Ｂとステンレス板６Ｂとを挟んで下圧盤２０Ｂが連結されている。上下の圧盤２０Ａ，２０Ｂの間に供試体ＴＰ体を配置し、負荷シリンダにて下圧盤２０Ｂを駆動することで供試体ＴＰに圧縮負荷が与えられる。
【０００９】
図２は上下圧盤２０Ａ，２０Ｂおよびその周辺を拡大して示す断面図、図３はそのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。円柱状の上下圧盤２０Ａ，２０Ｂには、それぞれ負荷軸Ｘを中心とする断面円形の空洞２１ａ，２１ｂが設けられる。空洞２１ａ，２１ｂの各先端部分は先端に至るほど幅が狭くなるテーパー孔とされ、テーパーの角度は水平に対して約４５度とされる。
【００１０】
上下圧盤２０Ａ，２０Ｂの外周にはそれぞれ保温材２２ａ，２２ｂが配置され、さらにその外周には加熱装置を構成する高周波誘導加熱コイル２３ａ，２３ｂが巻回されている。コイル２３ａ，２３ｂに電流を流すことで圧盤２０Ａ，２０Ｂの外周面にうず電流が励起され、そのうず電流と圧盤２０Ａ，２０Ｂの電気低抗とでジュール熱が発生し、圧盤２０Ａ，２０Ｂが外周から加熱される。コイル２３ａ，２３ｂに流す電流が大きいほど発熱量は大きい。
【００１１】
保温材２２ａ，２２ｂは、圧盤２０Ａ，２０Ｂの熱を外部に逃がさないようにすると同時に、圧盤外周面からの輻射熱によるコイル２３ａ，２３ｂの加熱を抑制し、コイル２３ａ，２３ｂの誘導効率の低下を抑制する断熱材としても機能する。また、上下コイル間には磁気シールド板５０が設けられ、これにより上下に発生する磁束の干渉が防止される。
【００１２】
上下圧盤２０Ａ，２０Ｂには、空洞２１ａ，２１ｂの先端部に冷却用空気を送り込むための空気通路２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けられ、空気通路２４ａ，２４ｂはセラミックス断熱盤５Ａ，５Ｂおよびステンレス板６Ａ，６Ｂを貫通して外部に通じている。不図示のエアホースから空気通路２４ａ，２４ｂを介して空洞２１ａ，２１ｂに空気を送り込むことで、圧盤２０Ａ，２０Ｂが冷却される。
【００１３】
空洞２１ａ，２１ｂの先端には熱電対による温度センサ２５ａ，２５ｂが設けられるとともに、圧盤２０Ａ，２０Ｂの周面にも同様の温度センサ２６ｂ，２６ｂが設けられている。
【００１４】
図１において、３２は変位計であり、その一対のレバー３２ａ，３２ｂの先端が上下圧盤２０Ａ，２０Ｂの対向する面に係止される。圧縮負荷により上下圧盤２０Ａ，２０Ｂの間隔が変化すると、それに応じてレバー３２ａ，３２ｂの間隔が変位し、その変位が差動トランス３２ｃで計測される。
【００１５】
図４は試験装置の制御系を示している。制御装置としてのコントローラ４１の入力ポートには、上述した温度センサ２５ａ，２６ａ，２５ｂ，２６ｂおよび差動トランス３２ｃが接続されるとともに、出力ポートには、負荷シリンダを駆動するための負荷装置４２と、高周波誘導加熱コイル２３ａ，２３ｂへの電流を調節するドライバ４３と、空気通路２４ａ，２４ｂに送る空気量をそれぞれ調節するためのバルブ４４ａ，４４ｂとが接続されている。
【００１６】
高温圧縮試験の手順を説明する。ここでは、供試体ＴＰとしてエンジンに用いられるガスケットを試験するものとする。
クロスヘッド２を所定位置で固定し、上下の圧盤２０Ａ，２０Ｂの間に供試体ＴＰを配置する。試験開始が指示されると、コントローラ４１は負荷装置４２を駆動し、これにより上下圧盤２０Ａ，２０Ｂの間で供試体ＴＰが圧縮負荷される。以降、変位計３２（差動トランス３２ｃ）からの変位信号をモニタしつつ上下圧盤２０Ａ，２０Ｂの間隔が所定値（例えば、５ｍｍ）を維持するように負荷装置４２をフィードバック制御する。
【００１７】
温度制御については、供試体（ガスケット）ＴＰの使用環境に近い試験環境を得るため、まず１０分間で上圧盤２０Ａを１００度から１０００度まで加熱すると同時に下圧盤２０Ｂを５０度から４００度まで加熱する。続く１０分間は上下圧盤２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ１０００度，４００度に保持し、次の１０分間で上下圧盤２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ１００度，５０度まで冷却する。これを１０００回繰り返した後、供試体ＴＰのへたり具合を見て耐久性を判断する。
【００１８】
上記のような時間に応じた温度制御を正確に行うために、コントローラ４１は、上圧盤２０Ａの外周面に配置された温度センサ２６ａの検出出力に基づいて、上側の高周波誘導加熱コイル２３ａへの電流および空気量調節用バルブ４４ａをＰＩＤ制御するとともに、温度センサ２６ｂの検出出力に基づいて、下側の高周波誘導加熱コイル２３ｂへの電流および空気量調節用バルブ４４ｂをＰＩＤ制御する。上圧盤２０Ａの温度制御が供試体ＴＰの上面温度に反映し、下圧盤２０Ｂの温度制御が供試体ＴＰの下面温度に反映する。
【００１９】
ここで、空洞２１ａ，２１ｂの先端に配置される温度センサ２５ａ，２５ｂの出力をＴ１、圧盤外周面の温度センサ２６ａ，２６ｂの出力をＴ２とした場合、通常はＴ１の方がＴ２よりも供試体ＴＰの温度を正確に反映している。しかし、圧盤外周は内部よりも加熱による温度上昇が早く、内部と外周とで温度が均衡するまでに時間がかかるため、加熱中にＴ１に基づいてＰＩＤ制御を行うとオーバーシュートが発生し、温度が安定しない。そこで、上記ＰＩＤ制御はＴ２に基づいて行っている。
【００２０】
以上のように本実施形態では、上下圧盤２０Ａ，２０Ｂを独立に温度制御するようにしたので、供試体ＴＰの上下面に温度差を持たせての高温圧縮試験が可能となり、供試体ＴＰをその使用環境に近い環境で試験できる。しかも加熱方法は高周波誘導加熱であるため、従来の高温炉と比べて高速加熱が可能となる。また、圧盤２０Ａ，２０Ｂとコイル２３ａ，２３ｂとの間に保温材２２ａ，２２ｂを設けて熱の逃げを抑制したので、より高温・高速の加熱が行える。さらに高周波誘導加熱と空気冷却との組み合わせにより加熱／冷却速度をきめ細かくコントロールできるとともに、上下で加熱／冷却の周期を変えることもでき、種々の温度環境で使用される供試体に対応可能である。
【００２１】
加えて圧盤２０Ａ，２０Ｂにテーパー状の空洞２１ａ，２１ｂを設けたことにより、外周面に発生した熱がテーパーに沿って内部に伝わり、圧盤２０Ａ，２０Ｂの先端面（供試体ＴＰに接する面）の温度分布を均一にすることができ、供試体の上下いずれの面にも温度ムラを生ぜしめることはない。また上下コイル間には磁気シールド板５０が設けられ、これにより上下に発生する磁束の干渉が防止されるので、磁束の干渉に起因する加熱性能の悪化を防止できる。
【００２２】
なお、加熱装置は高周波誘導加熱コイルを用いるものに限定されず、上下圧板を独立に加熱可能であれば種々の方式の加熱装置を用いることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、供試体を圧縮負荷する一対の圧盤をそれぞれ第１，第２の加熱装置で独立に温度制御するようにしたので、試験の際に供試体の２面に温度差を持たせることができ、各供試体の使用環境により近い環境で高温圧縮試験が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る高温圧縮試験装置の正面断面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】試験装置の制御系を示すブロック図。
【符号の説明】
４Ａ  上負荷ロッド
４Ｂ  下負荷ロッド
５Ａ，５Ｂ  セラミックス断熱板
６Ａ，６Ｂ  ステンレス板
８  負荷シリンダのピストンロッド
２０Ａ  上圧盤
２０Ｂ  下圧盤
２１ａ，２１ｂ  空洞
２２ａ，２２ｂ  保温材
２３ａ，２３ｂ  高周波誘導加熱コイル
２４ａ，２４ｂ  空気通路
２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ  温度センサ
３２  変位計
３２ｃ  差動トランス
４１  コントローラ
４２  負荷装置
４３  ドライバ
４４ａ，４４ｂ  空気量調節用バルブ
ＴＰ  供試体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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