(57)【要約】【課題】アコースティックエミッション波を利用する引張試験装置において、外乱の影響を低減させる。【解決手段】引張試験装置であって、試験片が収容される収容容器と、上記収容容器の内部を昇圧する昇圧手段と、上記収容容器に接続されると共に上記収容容器の外側に向けて延設されたシリンダと、上記試験片に固定可能とされていると共に上記収容容器の内圧を受けて上記シリンダの内部にて上記シリンダの軸芯方向に沿って移動可能な導波ピストンとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片が収容される収容容器と、
前記収容容器の内部を昇圧する昇圧手段と、
前記収容容器に接続されると共に前記収容容器の外側に向けて延設されたシリンダと、
前記試験片に固定可能とされていると共に前記収容容器の内圧を受けて前記シリンダの内部にて前記シリンダの軸芯方向に沿って移動可能な導波ピストンと
を備えることを特徴とする引張試験装置。
【請求項２】
前記導波ピストンの前記試験片と接続される側と反対側の端部が前記シリンダの外側に配置され、
前記端部に固定されて前記導波ピストンを伝播したアコースティックエミッション波を検出する検出センサを備える
ことを特徴する請求項１記載の引張試験装置。
【請求項３】
前記シリンダは、前記収容容器から下方に向けて延設されていることを特徴とする請求項１または２記載の引張試験装置。
【請求項４】
前記導波ピストンは、前記試験片が螺合される取付部を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の引張試験装置。
【請求項５】
試験片の引張試験を行う引張試験装置と、前記引張試験装置の試験結果に基づいて前記試験片を評価する判定処理装置とを備える試験片評価システムであって、
前記引張試験装置として、請求項１〜４いずれか一項に記載の引張試験装置を備えることを特徴とする試験片評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張試験装置及び試験片評価システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、部品等にクラック等が発生する場合に放出されるアコースティックエミッション（以下、ＡＥと称する）波を検知し、部品等の状態を判断する装置が開示されている。このようなＡＥ波を利用した装置によれば、目視では確認できない部品等の状態を正確かつ素早く取得することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５３−１００２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のようなＡＥ波を用いることにより、部品等のモニタリングや部品等の材料特性を知ることができる。例えば、プラント等に設置された部品のモニタリングを行う場合には、対象部品の設置環境より苛酷な環境を試験装置の容器内部に形成し、この容器に対象部品を模擬した試験片を収容し、引っ張ることで試験片から放出されたＡＥ波を検出することで実際の対象部品のき裂発生時期を予測することができる。また、部品の材料特性を知る場合には、対象部品と同一材料により形成された試験片を環境形成された容器内部に収容し、試験片から放出されたＡＥ波を検出することで引張強度等の特性を得ることができる。
【０００５】
このような試験を行うための引張試験装置としては、試験片に取り付けられた固定具をモータ等の駆動部によって引っ張ることにより、試験片に引張応力を付与することが考えられる。しかしながら、ＡＥ波は音圧レベルが小さい。このため、モータの駆動音等の影響を大きく受ける。このため、上述のような引張試験装置では、モータの駆動音等の外乱により、計測誤差が大きくなる場合がある。  
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、アコースティックエミッション波を利用する引張試験装置において、外乱の影響を低減させる。ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、引張試験装置であって、試験片が収容される収容容器と、上記収容容器の内部を昇圧する昇圧手段と、上記収容容器に接続されると共に上記収容容器の外側に向けて延設されたシリンダと、上記試験片に固定可能とされていると共に上記収容容器の内圧を受けて上記シリンダの内部にて上記シリンダの軸芯方向に沿って移動可能な導波ピストンとを備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記導波ピストンの上記試験片と接続される側と反対側の端部が上記シリンダの外側に配置され、上記端部に固定されて上記導波ピストンを伝播したアコースティックエミッション波を検出する検出センサを備えるという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記シリンダが、上記収容容器から下方に向けて延設されているという構成を採用する。
【００１１】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記導波ピストンが、上記試験片が螺合される取付部を有するという構成を採用する。
【００１２】
第５の発明は、試験片の引張試験を行う引張試験装置と、上記引張試験装置の試験結果に基づいて上記試験片を評価する判定処理装置とを備える試験片評価システムであって、上記引張試験装置として、上記第１〜第４いずれかの発明である引張試験装置を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、収容容器の内圧が昇圧手段により昇圧されることにより、導波ピストンがシリンダの内部を収容容器の外側に向けて移動され、この導波ピストンの移動により試験片に対して引張応力が付与される。このため、本発明によれば、モータ等の駆動部の振動が試験片に伝達されることがなく、導波ピストンを通じてノイズの少ないＡＥ波を収容容器の外部に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における試験片評価システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における試験片評価システムが備える引張試験装置の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る引張試験装置及び試験片評価システムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
図１は、本実施形態の試験片評価システム１０の概略構成を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態の試験片評価システム１０は、金属等の試験片Ｘの引張試験を行いかつ試験片Ｘの状態を評価するものであり、引張試験装置１と、判定処理装置２とを備えている。なお、試験片Ｘは金属に限られるものではなく、コンクリートや繊維強化複合材料等であっても良い。
【００１７】
引張試験装置１は、収容容器３と、支持部４と、シリンダ５と、導波ピストン６と、ＡＥ（アコースティックエミッション）センサ７（検出センサ）と、昇圧機構８（昇圧手段）とを備えている。収容容器３は、ベース３ａと、囲壁３ｂとを備えている。ベース３ａは、囲壁３ｂを下方から支持する板状の部材であり、中央に上下に貫通する貫通孔３ａ１を有している。このベース３ａは、囲壁３ｂに加えて、支持部４を下方から支持している。また、ベース３ａは、シリンダ５を上方から吊り下げ支持している。このようなベース３ａは、不図示の支持機構によって外部の部材に対して固定されている。囲壁３ｂは、断面が略Ｕ型の椀形状とされており、ベース３ａの上面に密閉状態で着脱可能とされている。このような収容容器３は、ベース３ａと囲壁３ｂとにより囲まれた空間に試験片Ｘを収容する圧力容器であり、内部に所定の温度かつ所定の圧力の試験環境が形成される。
【００１８】
支持部４は、収容容器３の内部に配置されている。この支持部４は、収容容器３のベース３ａ上に立設される複数の支柱４ａと、支柱４ａによって下方から支持される天井部４ｂと、試験片Ｘが固定される固定部４ｃとを備えている。支柱４ａは、収容容器３のベース３ａに形成された貫通孔３ａ１を貫通孔３ａ１の径方向外側から囲うように配列されている。天井部４ｂは、支柱４ａによって貫通孔３ａ１の上方に支持されており、下面に固定部４ｃが固定されている。固定部４ｃは、下方に向けて開口された略円筒状の部材であり、試験片Ｘを螺合するために内周面に雌ネジが形成されている。このような固定部４ｃは、上方から見て、収容容器３のベース３ａに形成された貫通孔３ａ１に重ねて配置されている。
【００１９】
シリンダ５は、収容容器３のベース３ａの下面に接続される両端開放の円筒状の部材である。このシリンダ５は、ベース３ａの貫通孔３ａ１の直径と略同一の内径とされており、貫通孔３ａ１に内部空間が連通されるようにベース３ａに対して固定されている。また、シリンダ５は、軸芯が鉛直方向を向くように、収容容器３から下方に向けて延設されている。つまり、シリンダ５は、収容容器３の外側（下方側）に向けて延設されている。このようなシリンダ５の長さ寸法は、収容容器３の内部を試験環境に応じて加熱した場合に、強制的に冷却することなく下端位置が常温となるように設定されている。なお、シリンダ５の上端部は、高温となる収容容器３の内部に近接される。このため、シリンダ５は耐熱性が高い材料（例えばＳＵＳ３１６）によって形成されている。このようなシリンダ５は、内部に導波ピストン６が上下方向（すなわちシリンダの軸芯に沿った方向）に移動に可能に挿通されている。
【００２０】
導波ピストン６は、芯棒６ａと、フランジ６ｂと、シールリング６ｃとを備えている。芯棒６ａは、シリンダ５よりも長さ寸法が長く設定されており、上端がシリンダ５の上端よりも上方に位置し、下端がシリンダ５の下端よりも下方に位置するように、シリンダ５に挿通されている。この芯棒６ａは、上端部に試験片Ｘが螺合される取付部６ａ１が形成されている。この取付部６ａ１は、上方に向けて開口された略円筒状の部位であり、試験片Ｘを螺合するために内周面に雌ネジが形成されている。このような取付部６ａ１によって導波ピストン６に試験片Ｘが固定可能とされている。なお、芯棒６ａは、図１に示すように、取付部６ａ１が形成された上端部が収容容器３の内部に位置するように配置されている。このため、芯棒６ａは、耐熱性が高い材料（例えばＳＵＳ３１６）によって形成されている。このような芯棒６ａは、シリンダ５の軸芯に沿って上下方向に移動可能とされており、取付部６ａ１に固定された試験片Ｘで放出されたＡＥ波をＡＥセンサ７が取り付けられた下端まで伝達する。
【００２１】
フランジ６ｂは、芯棒６ａの途中部位に設けられており、芯棒６ａの周面から径方向外側に向けて突出する円板状の部位である。このフランジ６ｂは、例えば芯棒６ａと一体的に形成されている。シールリング６ｃは、フランジ６ｂの外周縁に固定された環状の部材であり、樹脂等の弾性体により形成されている。このシールリング６ｃは、シリンダ５の内周面に対して摺動可能に当接されている。このようなシールリング６ｃによって、フランジ６ｂを境界としてシリンダ５の上部空間及び収容容器３の内部空間と、シリンダ５の下部空間及び外部空間とが、隔離された状態とされている。つまり、シリンダ５の上部空間及び収容容器３の内部空間の気体及び液体は、シリンダ５の下部空間及び外部空間に漏出することが防止されている。
【００２２】
このような導波ピストン６は、収容容器３の内圧を受けてシリンダ５の内部にてシリンダ５の軸芯方向に沿って移動可能とされている。例えば、収容容器３の内圧が大気圧に対して高くなった場合には、収容容器３の内圧に押されることにより、導波ピストン６は下方に移動される。また、収容容器３の内圧が大気圧に向けて減少あるいは大気圧以下となる場合には、収容容器３の内圧に引かれ（外部の大気圧に押され）、導波ピストン６は上方に移動される。
【００２３】
ＡＥセンサ７は、導波ピストン６の芯棒６ａの下端に取り付けられている。このＡＥセンサ７は導波ピストン６の芯棒６ａを通じて伝播されるＡＥ波を検出し、その検出結果を電気信号として出力する。昇圧機構８は、収容容器３の囲壁３ｂの外周面に取り付けられた複数のヒータ８ａと、収容容器３の内部に水を供給する水供給部８ｂと、ヒータ８ａ及び水供給部８ｂを制御する不図示の制御部とを備えている。ヒータ８ａは、収容容器３の内部を１００℃以上に加熱する。水供給部８ｂは、ヒータ８ａにより加熱された収容容器３に水を供給する。このように加熱された収容容器３の内部に水が供給されることによって水蒸気が発生し、収容容器３の内部が昇圧される。
【００２４】
判定処理装置２は、ＡＥセンサ７と電気的に接続されており、ＡＥセンサ７から入力される検出結果（試験結果）に基づいて、試験片Ｘの状態を判定する。例えば、判定処理装置２は、ＡＥ波の発生回数と試験片Ｘの劣化との関係を記憶しており、ＡＥ波の発生回数が一定の閾値を超えた場合に、試験片Ｘの劣化が進んでいる旨の警告を表示する。なお、ＡＥ波の発生回数と試験片Ｘの劣化との関係は、予め実験等によって求められ、判定処理装置２に記憶される。また、ＡＥ波の発生回数と試験片Ｘの劣化との関係は略線形である。このため、判定処理装置２は、ＡＥ波の発生回数から、試験片Ｘの劣化の度合いが所定の閾値を超える時期を予測することができる。したがって、例えば判定処理装置２は、試験片Ｘの劣化の度合いが所定の閾値を超える時期を予測結果として表示する。
【００２５】
このような構成の本実施形態の試験片評価システム１０にて試験片Ｘの評価を行う場合には、まず試験片Ｘの上端部を支持部４の固定部４ｃに螺合し、試験片Ｘの下端部を導波ピストン６の取付部６ａ１に螺合する。続いて、収容容器３を密閉し、ヒータ８ａによって収容容器３の内部を加熱すると共に、水供給部８ｂから収容容器３の内部に水を供給することで、収容容器３の内圧を上昇させる。
【００２６】
図２は、収容容器３の内圧が上昇した場合の状態を示す模式図である。この図に示すように、収容容器３の内圧が上昇すると、導波ピストン６が収容容器３の内圧によって押されることによって下方に移動される。導波ピストン６が下方に移動されると、導波ピストン６に固定された試験片Ｘが下方に引っ張られ、試験片Ｘに対して引張応力が付与される。
【００２７】
このように試験片Ｘに対して引張応力が付与された状態で試験片ＸからＡＥ波が放出されると、放出されたＡＥ波は、導波ピストン６の芯棒６ａを通じてＡＥセンサ７に伝播される。そして、ＡＥセンサ７から検出結果が電気信号として出力され、この検出結果に基づいて判定処理装置２にて試験片Ｘの状態が判定される。
【００２８】
以上のような本実施形態の試験片評価システム１０の引張試験装置１によれば、収容容器３の内圧が昇圧機構８により昇圧されることにより、導波ピストン６がシリンダ５の内部を収容容器３の外側に向けて移動され、この導波ピストン６の移動により試験片Ｘに対して引張応力が付与される。このため、本実施形態の試験片評価システム１０の引張試験装置１によれば、モータ等の駆動部の振動が試験片Ｘに伝達されることがなく、導波ピストン６を通じてノイズの少ないＡＥ波を収容容器３の外部に取り出すことができる。
【００２９】
また、本実施形態の試験片評価システム１０の引張試験装置１においては、導波ピストン６の試験片Ｘと接続される側と反対側の端部（下端部）がシリンダ５の外側に位置しており、この端部にＡＥセンサ７が固定されている。このようにＡＥセンサ７を、試験片Ｘに接続される導波ピストン６に対して直接固定することにより、より正確にＡＥ波を検出することができる。さらに、本実施形態の試験片評価システム１０の引張試験装置１においては、ＡＥセンサ７が収容容器３の外部に配置されている。このため、収容容器３の内部に検出センサを設置する場合に必要となる配線孔を収容容器３に対して形成する必要がなくなる。したがって、収容容器３の密閉性を向上させることができ、収容容器３の内部をより試験に適した環境とすることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態の試験片評価システム１０の引張試験装置１においては、シリンダ５が下方に向けて延設されている。このため、ＡＥセンサ７が収容容器３の下方に位置することになる。収容容器３の熱は、対流によって上方に伝達され易い一方で下方には伝達され難い。このため、ＡＥセンサ７を収容容器３の下方に配置することによって、ＡＥセンサ７が収容容器３の熱によって昇温することを防止することができる。したがって、ＡＥセンサ７の誤検出を防止することができる。よって、シリンダ５を短くすることも可能となる。さらに、シリンダ５を下方に向けて延設すると、収容容器３の内部の水蒸気が凝縮することによって発生した凝縮水が図２に示すように、シリンダ５の内部に溜る。この結果、収容容器３の内部の熱がよりＡＥセンサ７に伝わり難くなる。よって、シリンダ５を短くすることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態の試験片評価システム１０の引張試験装置１においては、導波ピストン６の上端部に形成された取付部６ａ１に試験片Ｘが螺合されている。このため、導波ピストン６と試験片Ｘとの接触面積を広く確保することができ、試験片Ｘから放出されたＡＥ波をより確実に導波ピストン６を通じてＡＥセンサ７に伝播することができる。
【００３２】
また、本実施形態の試験片評価システム１０においては、引張試験装置１のＡＥセンサ７から出力された検出結果に基づいて試験片Ｘの状態を評価する判定処理装置２を備えている。このため、試験片Ｘの状態を容易に確認することが可能となる。
【００３３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
例えば、上記実施形態においては、ＡＥセンサ７を用いてＡＥ波を検出する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ＡＥセンサ７以外のセンサを用いて導波ピストンを通じて伝播される振動を検出するようにしても良い。
【００３５】
また、上記実施形態においては、シリンダ５が収容容器３から下方に向けて延設された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、シリンダ５が下方以外の方向に向けて延設された構成を採用することも可能である。
【００３６】
また、上記実施形態においては、試験片Ｘが導波ピストン６に螺合される構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、試験片Ｘを導波ピストン６に他の方法で固定するようにしても良い。
【００３７】
また、上記実施形態においては、ヒータ８ａ及び水供給部８ｂによって収容容器３の内部を昇圧する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、加熱されたガスを収容容器３に供給することにより収容容器３の内部を昇圧するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１……引張試験装置
２……判定処理装置
３……収容容器
３ａ……ベース
３ａ１……貫通孔
３ｂ……囲壁
４……支持部
４ａ……支柱
４ｂ……天井部
４ｃ……固定部
５……シリンダ
６……導波ピストン
６ａ……芯棒
６ａ１……取付部
６ｂ……フランジ
６ｃ……シールリング
７……ＡＥセンサ（検出センサ）
８……昇圧機構（昇圧手段）
８ａ……ヒータ
８ｂ……水供給部
１０……試験片評価システム
Ｘ……試験片
【図１】
2017219338.tif 000003
【図２】
2017219338.tif 000004