試験具、試験装置及び試験方法
【課題】試験具の設置位置の自由度を向上させる。
【解決手段】密閉された気密室２０と圧力室２２との差圧により、ピストン１６が気密室２０側へ付勢され、この付勢力が伝達されてり試験片２４に荷重が付与される。シリンダー１４内部を大気開放しないので、圧力容器１２に貫通孔が不要となり、試験具１３は圧力容器１２から独立した形態となるため、圧力容器１２内に収容する試験具１３の数量や設置位置や寸法の自由度が向上する。
【解決手段】密閉された気密室２０と圧力室２２との差圧により、ピストン１６が気密室２０側へ付勢され、この付勢力が伝達されてり試験片２４に荷重が付与される。シリンダー１４内部を大気開放しないので、圧力容器１２に貫通孔が不要となり、試験具１３は圧力容器１２から独立した形態となるため、圧力容器１２内に収容する試験具１３の数量や設置位置や寸法の自由度が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を評価するためなどに用いられる試験具、試験装置及び試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を評価するために用いられる試験装置としては、特許文献１に開示される試験装置が公知である。
【０００３】
特許文献１の試験装置では、シリンダー２を水平にした状態で、高温高圧の水を試験片１及び圧力境界管７外部に通す。ピストン４はシール用Ｏリング８によりシールされているので、高温高圧水が圧力境界導入管７内に入り込まない。シリンダー２中の試験部の圧力と圧力境界管７中の大気圧との差圧によって荷重が試験片１にかかる。試験片の断面積を変えることで試験片の負荷応力が決まる。試験片１が破断するとピストン４についているピストンロッド４ａがボール６を押し、ボール６は圧力境界管７の中を落ちて行く、このボール６の落下時刻とボール６に付けられた番号によりどの試験片がいつ破断したかを知ることができる。
【特許文献１】特開平０５−２９７１８１号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、シリンダー２が大気開放されるので、シリンダー２と大気とを連通させるための通路を確保する必要がある。このため、大気との間に障害がある場所には、シリンダー２を設置することができない。
【０００５】
また、シリンダー２を圧力容器に収容する場合には、シリンダー２と大気との連通させるための通路を確保するために、圧力容器に貫通孔を形成する必要がある。このため、貫通孔が形成される数量や位置や寸法により、圧力容器内に設置するシリンダーの数量や位置や寸法が制限される。
【０００６】
本発明は、上記事実を考慮し、試験具の設置位置の自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る試験具は、密閉された気密室が内部に形成されたシリンダーと、前記シリンダー内部に往復運動可能に設けられ、前記気密室と外部とを仕切り、前記外部と前記気密室との差圧により前記気密室側へ付勢され、その付勢力が試料に伝達されて前記試料に荷重を付与可能なピストンと、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、外部と気密室内との差圧により、ピストンが気密室側へ付勢されて試料に荷重を付与することが可能となる。
【０００９】
ここで、本発明の請求項１の構成では、気密室は密閉されているので、シリンダー内と大気との連通させるための通路を確保する必要がない。このため、シリンダーが大気開放された構成に比して、試験具の設置位置の自由度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る試験具は、請求項１の構成において、前記シリンダーまたは前記ピストンに設けられ、前記気密室を開放可能な開閉手段を備えている。
【００１１】
この構成によれば、気密室を開放できるので、ピストンを移動させやすくなり、試料をピストンに連結させるのが容易となる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る試験装置は、加圧された加圧流体が室内に収容され、その室内に試料が配置される圧力室と、前記圧力室の内圧よりも低い内圧とされた前記気密室が内部に形成されたシリンダーと、前記外部としての前記圧力室と前記気密室とを仕切り、前記圧力室内と前記気密室内との差圧により前記気密室側へ付勢されて前記試料に荷重を付与するピストンと、を備えた請求項１又は請求項２に記載の試験具と、を備えている。
【００１３】
この構成によれば、圧力室内と気密室内との差圧により、ピストンが気密室側へ付勢されて試料に荷重を付与する。
【００１４】
ここで、本発明の請求項３の構成では、気密室は密閉されているので、シリンダー内と大気との連通させるための通路を確保する必要がない。このため、シリンダーが大気開放された構成に比して、試験具の設置位置の自由度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の請求項４に係る試験装置は、請求項３の構成において、前記ピストンに連結され、前記気密室の気密状態を維持して前記気密室を貫通し、前記圧力室の外部へ引き出されたロッドと、前記ロッドに設けられ、前記ロッド及び前記ピストンを通じて前記試料に荷重を付与するアクチュエータと、を備えている。
【００１６】
この構成によれば、圧力室内と気密室内との差圧による試料への荷重に加えて、アクチュエータによりロッドを通じて試料に荷重を付与することができる。このため、試料に付与する荷重を拡大することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係る試験方法は、請求項３に記載の試験装置を用いた試験方法であって、前記圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させ、その上昇後に前記圧力室の内圧を目標圧力に上昇させる。
【００１８】
この構成によれば、まず、圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させる。圧力室内の加圧流体の温度上昇に伴って、気密室内の温度も上昇することになるため、気密室の内圧が上昇する。これにより、試料に付与される荷重が減る。
【００１９】
次に、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させる。これにより、試料に付与される荷重が増える。
【００２０】
ここで、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させる構成では、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させたときに試料に付与される荷重が最大荷重となり、試料に付与される最終的な荷重が、最大荷重よりも減る。
【００２１】
これに対して、本発明の請求項５の構成では、圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させた後に圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させるので、試料に付与される最大荷重と、試料に付与される最終的な荷重との差がなくなるか、または、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させる構成よりも小さくなる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記構成としたので、試験具の設置位置の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
（本実施形態に係る試験装置の構成）
まず、本実施形態に係る試験装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る試験装置の全体構成を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る圧力容器及び試験具の構成を示す概略図である。
【００２４】
本実施形態に係る試験装置１０は、図１及び図２に示すように、加圧された加圧流体が内部に収容された圧力容器（オートクレーブ）１２を備えている。圧力容器１２は、図２に示すように、内部を開放する開放部１２Ｃを有する圧力容器本体１２Ａと、開放部１２Ｃを開閉可能な蓋部材１２Ｂとを備えて構成されている。
【００２５】
本実施形態では、加圧流体として、高温高圧（例えば３００℃、７〜１０ＭＰａ）とされた純水が、圧力容器１２に収容されている。圧力容器１２に収容される加圧流体としては、純水に限られず、その他の液体や、気体（ガス）であっても良い。
【００２６】
試験装置１０は、図１に示すように、圧力容器１２の純水を循環して水質を一定に保つための循環路３８を備えている。循環路３８には、上流側から下流側に向けて順に、冷却器４０、イオン交換樹脂３６、水質調整タンク４２、低圧ポンプ４４、高圧ポンプ４６及びヒータ４８が設けられている。
【００２７】
圧力容器１２から排出された純水は、冷却器４０で冷却水によって冷却され、イオン交換樹脂３６によりイオン濃度が調整され、水質調整タンク４２により溶存する酸素等のガス濃度が調整される。さらに、ガス濃度が調整された純水は、低圧ポンプ４４及び高圧ポンプ４６により、段階的に加圧されて、ヒータ４８により昇温されて、再び圧力容器１２内に戻るようになっている。
【００２８】
なお、試験装置１０は、上記のような循環機構を備えないオートクレーブで構成されていても良い。
【００２９】
圧力容器１２の内部には、図２に示すように、円筒状に形成されたシリンダー１４と、シリンダー１４内部に往復運動可能に設けられたピストン１６とを備えた試験具１３が設けられている。なお、シリンダー１４の形状は、円筒状に限定されず、転がらないように、四角柱の中央部に断面円形状の丸穴が形成された四角筒形状であってもよい。この試験具１３は、圧力容器本体１２Ａに入れられ、圧力容器本体１２Ａに蓋部材１２Ｂが閉められて、圧力容器１２に収容される。
【００３０】
試験具１３は、例えば、圧力容器本体１２Ａに設けられた棚（図示省略）に、軸方向（長手方向）が横方向（水平方向）に沿うように載せられる。なお、試験具１３を棚に載せる方向は、任意の方向とすることができる。また、圧力容器１２に収容される試験具１３は、単数であっても、複数であっても良い。また、試験具１３は、圧力容器本体１２Ａに設けられた取付部に取り付ける構成であってもよく、また、圧力容器本体１２Ａに設けられた固定部によって圧力容器本体１２Ａ内で固定されていても良い。
【００３１】
試験具１３のシリンダー１４は、内部が、ピストン１６によって２つの部屋に仕切られている。この２つの部屋は、シリンダー１４の外部（圧力容器１２の内部）と連通する連通室１８と、シリンダー１４の外部（圧力容器１２の内部）とは連通せずに遮断された気密室２０となっている。
【００３２】
連通室１８は、シリンダー１４に形成された開口部２３によって圧力容器１２内部と連通しており、圧力容器１２に収容された加圧流体が連通室１８に流入し、連通室１８内部にも、加圧された加圧流体が収容される。これにより、圧力容器１２の内部には、加圧流体が収容される圧力室２２が、連通室１８及び試験具１３の周囲に形成される。
【００３３】
シリンダー１４の連通室１８には、試料の一例としての棒状をした試験片２４が配置されている。試験片２４としては、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金などの高耐食性金属材料が用いられる。なお、試験片２４としては、耐食性の低い金属材料や、セラミックス、プラスチックなどの非金属材料を用いても良い。
【００３４】
試験片２４の一端部（図２における上端部）は、シリンダー１４の一端部（図２における上端部）に設けられた固定部２６に固定されている。具体的には、試験片２４の一端部に形成されたねじ部２５が、固定部２６に形成されたねじ孔２７にねじ込まれることで、試験片２４の一端部は、固定部２６に固定されている。
【００３５】
試験片２４の他端部（図２における下端部）は、ピストン１６に固定されている。具体的には、試験片２４の他端部に形成されたねじ部３５が、ピストン１６に形成されたねじ孔３７にねじ込まれることで、試験片２４の他端部は、ピストン１６に固定されている。
【００３６】
試験片の固定のされ方は、試験片の形状により適切な方法が選定でき、例えば、端部に広がりを有する試験片の場合は、その広がりを断面コの字状の固定部により固定されることができる。
【００３７】
このように、試験片２４はピストン１６に直接的に連結（係合）しており、ピストン１６の移動力（付勢力）がピストン１６から試験片２４に伝達するようになっている。
【００３８】
ピストン１６には、気密室２０を密閉するためのＯリング２８が設けられている。
【００３９】
シリンダー１４の他端部（図２における下端部）には、シリンダー１４の内外を連通される口部３０が形成されている。口部３０の外周には、ねじ部３２が形成されている。
【００４０】
また、シリンダー１４の口部３０には、気密室２０を開放可能な開閉手段の一例としてのキャップ３４が設けられている。このキャップ３４は、ねじ部３２に螺合して固定されている。これにより、シリンダー１４が封止され、密閉された気密室２０が形成される。一方、キャップ３４が口部３０から外されることにより、気密室２０は開放される。
【００４１】
ここで、気密室２０は、圧力容器１２の内圧（例えば、７〜１０ＭＰａ）よりも低い内圧（例えば、０.１ＭＰａ）とされている。気密室２０は、大気圧の環境下においてシリンダー１４の口部３０にキャップ３４を閉めて密閉空間とされている。従って、気密室２０には、大気圧である空気が封入されている。なお、気密室２０は、大気圧よりも低圧力に減圧してから密閉する構成であっても良い。
【００４２】
ピストン１６は、圧力容器１２と気密室２０との差圧により気密室２０側へ付勢され、その付勢力が試験片２４に伝達されて、試験片２４に負荷を与える。本実施形態では、試験片２４は、引っ張り応力を負荷される。
【００４３】
試験片２４に負荷される荷重Ｆは、圧力室２２の内圧Ｐａ、気密室２０の内圧Ｐｓ、ピストン１６の断面積Ｓｐとしたとき、（Ｐａ−Ｐｓ）＊Ｓｐとなる。
【００４４】
荷重を負荷した状態の試験片２４を、圧力室２２内に浸漬し、ひび発生の有無等を調べることができる。浸漬の期間は長期間（例えば、５００〜７０００時間）でも良いし、短期間でも良い。連続して浸漬しても良いし、間欠的に浸漬し、浸漬しては観察することを繰り返しても良い。
【００４５】
なお、図３に示すように、気密室２０を開放可能な開閉手段の一例としては、ボルト２９であってもよい。また、２９のような気密室開放用のボルトは、ピストン側に設置されていてもよい。この構成では、シリンダー１４の他端部（図３における下端部）には、ねじ孔３１が形成され、このねじ孔３１にボルト２９が螺合して固定される。
【００４６】
また、上記の実施形態では、棒状をした試験片２４を用いているが、種々の試験片を用いることができる。例えば、図４及び図５に示すように、切込みが形成されたＣＴ（ＣｏｍｐａｃｔＴｅｎｓｉｏｎ）試験片５４を用いても良い。
【００４７】
この構成では、試験片５４は、ピストン１６及び固定部２６に直接的に取り付けられるのでなく、間接的に連結（係合）している。すなわち、固定部２６には、試験片５４を固定するための固定部材５６が設けられている。ピストン１６には、試験片５４を固定するための固定部材５８が設けられており、ピストン１６の移動力（付勢力）が、固定部材５８を介して、ピストン１６から試験片５４に伝達するようになっている。
【００４８】
固定部材５６及び固定部材５８は、それぞれ、一対の側板５６Ａ、一対の側板５８Ａを有し、側面視にてコの字状（Ｕの字状）をしている。試験片５４は、一対の側板５６Ａ及び一対の側板５８Ａの間に挿入され、一対の側板５６Ａ及び一対の側板５８Ａを貫通する固定ピン６０及び固定ピン６２により、一端部及び他端部が固定されている。
【００４９】
また、上記の実施形態は、試験片２４に引っ張り応力を付与していたが、ピストン１６が試験片２４に付与する応力としては、これに限られず、曲げ、圧縮、捻り等であってもよい。この一例として、曲げ試験を行うための試験具の構成について、後述する。
【００５０】
また、上記の実施形態は、圧力容器１２と気密室２０との差圧により、試験片２４に負荷を与えていたが、これに加えて、試験片２４に負荷を与えるアクチュエータを備える構成であってもよい。試験片２４に負荷を与えるアクチュエータを備える構成について後述する。
【００５１】
（本実施形態に係る試験装置１０による試験方法及び本実施形態の作用効果）
次に、本実施形態に係る試験装置１０による試験方法及び本実施形態の作用効果を説明する。
【００５２】
試験装置１０による試験方法では、まず、試験具１３に試験片２４を取り付ける。次に、試験片２４が取り付けられた試験具１３を圧力容器本体１２Ａに入れ、蓋部材１２Ｂが閉められて、試験具１３が圧力容器１２に収容される。
【００５３】
次に、圧力容器１２に加圧流体を収容する。これにより、圧力室２２の内圧が気密室２０の内圧よりも高くなり、圧力室２２内と気密室２０内との差圧により、ピストン１６が気密室２０側へ付勢され、この付勢力が伝達されて試験片２４に荷重が付与される。
【００５４】
ここで、特許文献１のように、仮に、シリンダー１４内部に気密室２０を形成せず、シリンダー１４内部を大気開放する場合には、圧力容器１２に貫通孔を形成し、その貫通孔に試験具１３を取り付ける必要がある。このため、貫通孔が形成される数量や位置や寸法により、圧力容器１２内に収容する試験具１３の数量や位置や寸法が制限される。
【００５５】
これに対して、本実施形態に係る試験装置１０及びその試験方法によれば、シリンダー１４内部を大気開放しないので、圧力容器１２に貫通孔が不要となり、試験具１３は圧力容器１２から独立した形態となるため、圧力容器１２内に収容する試験具１３の数量や設置位置や寸法の自由度が向上する。
【００５６】
また、本実施形態に係る試験装置１０及びその試験方法によれば、仮に、圧力室２２内の加圧流体がピストン１６とシリンダー１４との間からリークしても、密閉空間とされた気密室２０に流入することになる。このため、シリンダー１４が大気開放された構成に比して、圧力室２２に収容された加圧流体が装置外部に漏洩しにくい。
【００５７】
また、シリンダー１４が大気開放された構成では、シリンダー１４の内圧は一定となるが、本実施形態では、シリンダー１４は、気密室２０によって密閉空間となっているので、シリンダー１４（気密室２０）の内圧が上昇することが考えられる。気密室２０の内圧が上昇すると、試験片２４への負荷荷重が低下する。
【００５８】
気密室２０の内圧が上昇する原因としては、例えば、加圧流体を昇温する過程において、気密室２０内部の温度も上昇することが考えられる。本実施形態では、例えば、室温２７℃（３００Ｋ）から試験温度３２７℃（６００Ｋ）に昇温させる。これにより、気密室２０の内圧は、例えば、０.１ＭＰａから０.２ＭＰａに２倍上昇する。しかしながら、圧力室２２の内圧７〜１０ＭＰａに比較すると、０.２ＭＰａは小さいため、試験片２４への負荷荷重の低下は低い。このように、設定される試験条件（試験温度・圧力室２２の内圧・気密室２０の内圧）によって、試験片２４への負荷荷重の低下を小さく抑えることが可能となる。
【００５９】
また、気密室２０の内圧が上昇する原因としては、例えば、ピストン１６の移動に伴う気密室２０の容積の減少が考えられる。
【００６０】
しかしながら、荷重負荷時における試験片２４の変形（ひずみ）は、弾性範囲内か、１〜２％程度であるため、ピストン１６の変位は小さい。ピストン１６の変位による気密室２０の内圧上昇は、試験条件にもよるが温度上昇による気密室２０の内圧上昇よりも、小さいものと考えられる。
【００６１】
また、ピストン１６の気密室の軸方向長さを大きく設定することにより、ピストン１６の移動に伴う気密室２０の容積の減少の割合、すなわち気密室の圧力上昇の影響を小さくできる。このため、試験片２４への負荷荷重の低下を小さく抑えることが可能となる。
【００６２】
以上のように、ピストン１６の変位による気密室２０の内圧上昇、及び温度上昇による気密室２０の内圧上昇に起因する試験片２４への負荷荷重の低下の影響は、抑制することができる。
【００６３】
また、気密室２０の内圧上昇による試験片２４への負荷荷重の低下は抑制できるので、試験片２４に作用する作用応力は、ほぼ一定であり、その作用応力を明確に算出可能となる。
【００６４】
なお、試験をする際には、圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させ、その上昇後に圧力室２２の内圧を目標圧力に上昇させる方法をとってもよい。
【００６５】
この方法によれば、圧力室２２内の加圧流体の温度上昇に伴って、気密室２０内の温度も上昇することになるため、気密室２０の内圧が上昇する。これにより、試験片２４に付与される荷重が減る。
【００６６】
次に、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させることにより、試験片２４に付与される荷重が増える。
【００６７】
ここで、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させる構成では、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させたときに試験片２４に付与される荷重が最大荷重となり、試験片２４に付与される最終的な荷重が、最大荷重よりも減る。圧力室２２内の加圧流体の温度上昇に伴う気密室２０の内圧上昇のため、試験片２４に付与される荷重が減るからである。
【００６８】
これに対して、圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させた後に圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させる場合では、試験片２４に付与される最大荷重と、試験片２４に付与される最終的な荷重との差がなくなるか、または、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させる方法よりも小さくなる。
【００６９】
（曲げ試験を行うための試験具の構成）
次に、曲げ試験を行うための試験具の構成について説明する。
【００７０】
図６は、曲げ試験を行うための試験具の正面図である。図７は、曲げ試験を行うための試験具の側面図である。なお、試験具１３と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７１】
曲げ試験を行うための試験具１１３は、図６及び図７に示すように、一端部（図６及び図７における上端部）が開放され、他端部（図６及び図７における下端部）が閉鎖された円筒状のシリンダー１１４を備えている。
【００７２】
シリンダー１１４には、曲げ試験片１２４を支持する支持部材１２６を支持する一対の支持部１２８が形成されている。一対の支持部１２８は、シリンダー１１４の開放端部からシリンダー１１４の軸方向（図６及び図７における上方）に沿って突出しており、支持部材１２６を２点で支持している。
【００７３】
支持部材１２６はブロック状に形成されている。支持部材１２６には、シリンダー１１４の半径方向に沿って配置された２つのピン１３０が、間隔を置いて設けられている。２つのピン１３０に、曲げ試験片１２４の両端部が当接している。
【００７４】
曲げ試験片１２４は、直方体形状にされた棒状に形成されている。曲げ試験片１２４は、その長手方向が、シリンダー１１４の半径方向に沿って配置されている。曲げ試験片１２４の長手方向中間部には、切り込み１２４Ａが支持部材１２６に対向するシリンダー１１４側の対向面に形成されている。
【００７５】
一方、ピストン１６には、ピストン１６から曲げ試験片１２４に向けて伸びるロッド１３６が設けられている。ロッド１３６は、支持部１２８と同様に、シリンダー１１４の開放端部からシリンダー１１４の軸方向（図６及び図７における上方）に沿って伸び出ている。
【００７６】
ロッド１３６の先端部には、曲げ試験片１２４を押圧するための押圧部材１３８が設けられている。押圧部材１３８は、４つの板体で囲まれて側面視にて枠状に形成されている。押圧部材１３８の対向する側板１３８Ａには、曲げ試験片１２４の背面側でピン１３２が貫通しており、ピン１３２が側板１３８Ａに固定されている。
【００７７】
これにより、ピン１３２が曲げ試験片１２４の背面側の長手方向中央部をシリンダー１１４側へ押圧する。このとき、曲げ試験片１２４は、支持部材１２６との対向面側の長手方向両端部がピン１３０に支持されるので、曲げ試験片１２４に曲げ応力が付与される。
【００７８】
このように、試験片１２４はピストン１６に間接的に係合しており、ピストン１６の移動力（付勢力）が、ロッド１３６、押圧部材１３８、ピン１３２を介して、ピストン１６から試験片１２４に伝達するようになっている。
【００７９】
（試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の構成）
次に、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の構成について説明する。図８は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の全体構成を示す概略図である。図９は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置における試験具及び圧力容器の構成を示す概略図である。なお、試験装置１０と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８０】
試験片５４に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置１００では、図８及び図９に示すように、加圧された加圧流体が内部に収容された圧力容器（オートクレーブ）２１２を備えている。圧力容器２１２は、図９に示すように、内部を開放する開放部２１２Ｃを有する圧力容器本体２１２Ａと、開放部２１２Ｃを開閉可能な蓋部材２１２Ｂとを備えて構成されている。
【００８１】
本実施形態では、加圧流体として、高温高圧（例えば３００℃、７〜１０ＭＰａ）とされた純水が、圧力容器２１２に収容されている。圧力容器２１２に収容される加圧流体としては、純水に限られず、その他の液体や、気体（ガス）であっても良い。
【００８２】
試験装置１００は、図８に示すように、圧力容器２１２の純水を循環して水質を一定に保つための循環路３８を備えている。循環路３８には、上流側から下流側に向けて順に、冷却器４０、イオン交換樹脂３６、水質調整タンク４２、低圧ポンプ４４、高圧ポンプ４６及びヒータ４８が設けられている。
【００８３】
圧力容器２１２から排出された純水は、冷却器４０で冷却水によって冷却され、イオン交換樹脂３６によりイオン濃度が調整され、水質調整タンク４２より溶存する酸素等のガス濃度が調整される。さらに、ガス濃度が調整された純水は、低圧ポンプ４４及び高圧ポンプ４６により、段階的に加圧されて、ヒータ４８により昇温されて、再び圧力容器２１２内に戻るようになっている。なお、図８においては、後述のシリンダー２１４を省略して図示している。
【００８４】
なお、試験装置１００は、上記のような循環機構を備えないオートクレーブで構成されていても良い。
【００８５】
圧力容器２１２の内部には、図９に示すように、円筒状に形成されたシリンダー２１４と、シリンダー２１４内部に往復運動可能に設けられたピストン２１６とを備えた試験具２１３が設けられている。この試験具２１３は、圧力容器本体２１２Ａに入れられ、圧力容器本体２１２Ａに蓋部材２１２Ｂが閉められて、圧力容器２１２に収容される。
圧力容器２１２に収容される試験具２１３は、単数であっても、複数であっても良い。
【００８６】
試験具２１３のピストン２１６は、シリンダー２１４内部に形成された気密室２２０と、シリンダー２１４外部に形成された圧力室２２２とを仕切っている。気密室２２０は、シリンダー２１４の外部（圧力容器２１２の内部）とは連通せずに遮断された密閉空間とされている。
【００８７】
加圧流体が収容される圧力室２２２は、シリンダー２１４の外部（周囲）に形成されている。
【００８８】
圧力容器２１２内の圧力室２２２には、試料の一例として、切込みが形成されたＣＴ（ＣｏｍｐａｃｔＴｅｎｓｉｏｎ）試験片５４が配置されている。試験片５４としては、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金などの高耐食性金属材料が用いられる。なお、試験片５４としては、耐食性の低い金属材料や、セラミックス、プラスチックなどの非金属材料を用いても良い。
【００８９】
試験片５４は、一端部が、圧力容器２１２（蓋部材２１２Ｂ）に設けられた支持部材２２６に支持されている。支持部材２２６は、蓋部材２１２Ｂからシリンダー２１４の軸方向（図８における上方）に沿って延出された一対の支持部２２８と、一対の支持部２２８の先端部に掛け渡された支持体２３０と、支持体２３０に取り付けられた固定部材２５６と、を備えて構成されている。
【００９０】
ピストン２１６には、試験片５４を固定するための固定部材２５８がロッド２５４を介して設けられており、ピストン２１６の移動力（付勢力）が、固定部材２５８を介して、ピストン２１６から試験片５４に伝達するようになっている。
【００９１】
固定部材２５６及び固定部材２５８は、それぞれ、一対の側板２５６Ａ、一対の側板２５８Ａを有し、側面視にてコの字状（Ｕの字状）をしている（図５参照、図９においては、一方の側板２５６Ａ、２５８Ａを図示）。試験片５４は、一対の側板２５６Ａ及び一対の側板２５８Ａの間に挿入され、一対の側板２５６Ａ及び一対の側板２５８Ａを貫通する固定ピン２６０及び固定ピン２６２により、一端部及び他端部が固定されている。
【００９２】
ピストン２１６には、気密室２２０の気密状態を維持して気密室２２０を貫通し、圧力室２２２の外部へ引き出されたロッド２７０が連結されている。
【００９３】
シリンダー２１４には、ロッド２７０とシリンダー２１４との間をシールするためのＯリング２７２が設けられている。また、蓋部材２１２Ｂには、ロッド２７０と圧力容器２１２（蓋部材２１２Ｂ）との間をシールするためのＯリング２７４が設けられている。また、ピストン２１６には、ピストン２１６とシリンダー２１４をシールするためのＯリング２３２が設けられている。
【００９４】
ロッド２７０先端部には、図８に示すように、ロッド２７０及びピストン２１６を通じて試験片５４に荷重を付与するアクチュエータ２８０が設けられている。アクチュエータ２８０は、油圧や電動力を用いて、ロッド２７０に引っ張り荷重を付与する。
【００９５】
一般に試料への最大負荷荷重はアクチュエータの容量に依存するが、試験装置１００ではアクチュエータ等装置の改造を行うことなく、ピストンおよびシリンダーの追設のみにより、試料への最大負荷荷重をピストンに作用する差圧分だけ増大させることができる。
【００９６】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、本実施形態に係る試験装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る圧力容器及び試験具の構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る圧力容器及び試験具の他の構成を示す概略図である。
【図４】図４は、ＣＴ試験片を用いた場合の試験具の構成を示す正面図である。
【図５】図５は、ＣＴ試験片を用いた場合の試験具の構成を示す側面図である。
【図６】図６は、曲げ試験を行うための試験具の正面図である。
【図７】図７は、曲げ試験を行うための試験具の側面図である。
【図８】図８は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の全体構成を示す概略図である。
【図９】図９は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置における試験具及び圧力容器の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 試験装置
１３ 試験具
１４ シリンダー
１６ ピストン
２０ 気密室
２２ 圧力室
２４ 試験片
２９ ボルト
３４ キャップ
５４ 試験片
１００ 試験装置
１１３ 試験具
１１４ シリンダー
１２４ 試験片
２１３ 試験具
２１４ シリンダー
２１６ ピストン
２２０ 気密室
２２２ 圧力室
２７０ ロッド
２８０ アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を評価するためなどに用いられる試験具、試験装置及び試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を評価するために用いられる試験装置としては、特許文献１に開示される試験装置が公知である。
【０００３】
特許文献１の試験装置では、シリンダー２を水平にした状態で、高温高圧の水を試験片１及び圧力境界管７外部に通す。ピストン４はシール用Ｏリング８によりシールされているので、高温高圧水が圧力境界導入管７内に入り込まない。シリンダー２中の試験部の圧力と圧力境界管７中の大気圧との差圧によって荷重が試験片１にかかる。試験片の断面積を変えることで試験片の負荷応力が決まる。試験片１が破断するとピストン４についているピストンロッド４ａがボール６を押し、ボール６は圧力境界管７の中を落ちて行く、このボール６の落下時刻とボール６に付けられた番号によりどの試験片がいつ破断したかを知ることができる。
【特許文献１】特開平０５−２９７１８１号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、シリンダー２が大気開放されるので、シリンダー２と大気とを連通させるための通路を確保する必要がある。このため、大気との間に障害がある場所には、シリンダー２を設置することができない。
【０００５】
また、シリンダー２を圧力容器に収容する場合には、シリンダー２と大気との連通させるための通路を確保するために、圧力容器に貫通孔を形成する必要がある。このため、貫通孔が形成される数量や位置や寸法により、圧力容器内に設置するシリンダーの数量や位置や寸法が制限される。
【０００６】
本発明は、上記事実を考慮し、試験具の設置位置の自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る試験具は、密閉された気密室が内部に形成されたシリンダーと、前記シリンダー内部に往復運動可能に設けられ、前記気密室と外部とを仕切り、前記外部と前記気密室との差圧により前記気密室側へ付勢され、その付勢力が試料に伝達されて前記試料に荷重を付与可能なピストンと、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、外部と気密室内との差圧により、ピストンが気密室側へ付勢されて試料に荷重を付与することが可能となる。
【０００９】
ここで、本発明の請求項１の構成では、気密室は密閉されているので、シリンダー内と大気との連通させるための通路を確保する必要がない。このため、シリンダーが大気開放された構成に比して、試験具の設置位置の自由度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る試験具は、請求項１の構成において、前記シリンダーまたは前記ピストンに設けられ、前記気密室を開放可能な開閉手段を備えている。
【００１１】
この構成によれば、気密室を開放できるので、ピストンを移動させやすくなり、試料をピストンに連結させるのが容易となる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る試験装置は、加圧された加圧流体が室内に収容され、その室内に試料が配置される圧力室と、前記圧力室の内圧よりも低い内圧とされた前記気密室が内部に形成されたシリンダーと、前記外部としての前記圧力室と前記気密室とを仕切り、前記圧力室内と前記気密室内との差圧により前記気密室側へ付勢されて前記試料に荷重を付与するピストンと、を備えた請求項１又は請求項２に記載の試験具と、を備えている。
【００１３】
この構成によれば、圧力室内と気密室内との差圧により、ピストンが気密室側へ付勢されて試料に荷重を付与する。
【００１４】
ここで、本発明の請求項３の構成では、気密室は密閉されているので、シリンダー内と大気との連通させるための通路を確保する必要がない。このため、シリンダーが大気開放された構成に比して、試験具の設置位置の自由度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の請求項４に係る試験装置は、請求項３の構成において、前記ピストンに連結され、前記気密室の気密状態を維持して前記気密室を貫通し、前記圧力室の外部へ引き出されたロッドと、前記ロッドに設けられ、前記ロッド及び前記ピストンを通じて前記試料に荷重を付与するアクチュエータと、を備えている。
【００１６】
この構成によれば、圧力室内と気密室内との差圧による試料への荷重に加えて、アクチュエータによりロッドを通じて試料に荷重を付与することができる。このため、試料に付与する荷重を拡大することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係る試験方法は、請求項３に記載の試験装置を用いた試験方法であって、前記圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させ、その上昇後に前記圧力室の内圧を目標圧力に上昇させる。
【００１８】
この構成によれば、まず、圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させる。圧力室内の加圧流体の温度上昇に伴って、気密室内の温度も上昇することになるため、気密室の内圧が上昇する。これにより、試料に付与される荷重が減る。
【００１９】
次に、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させる。これにより、試料に付与される荷重が増える。
【００２０】
ここで、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させる構成では、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させたときに試料に付与される荷重が最大荷重となり、試料に付与される最終的な荷重が、最大荷重よりも減る。
【００２１】
これに対して、本発明の請求項５の構成では、圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させた後に圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させるので、試料に付与される最大荷重と、試料に付与される最終的な荷重との差がなくなるか、または、圧力室内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させる構成よりも小さくなる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記構成としたので、試験具の設置位置の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
（本実施形態に係る試験装置の構成）
まず、本実施形態に係る試験装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る試験装置の全体構成を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る圧力容器及び試験具の構成を示す概略図である。
【００２４】
本実施形態に係る試験装置１０は、図１及び図２に示すように、加圧された加圧流体が内部に収容された圧力容器（オートクレーブ）１２を備えている。圧力容器１２は、図２に示すように、内部を開放する開放部１２Ｃを有する圧力容器本体１２Ａと、開放部１２Ｃを開閉可能な蓋部材１２Ｂとを備えて構成されている。
【００２５】
本実施形態では、加圧流体として、高温高圧（例えば３００℃、７〜１０ＭＰａ）とされた純水が、圧力容器１２に収容されている。圧力容器１２に収容される加圧流体としては、純水に限られず、その他の液体や、気体（ガス）であっても良い。
【００２６】
試験装置１０は、図１に示すように、圧力容器１２の純水を循環して水質を一定に保つための循環路３８を備えている。循環路３８には、上流側から下流側に向けて順に、冷却器４０、イオン交換樹脂３６、水質調整タンク４２、低圧ポンプ４４、高圧ポンプ４６及びヒータ４８が設けられている。
【００２７】
圧力容器１２から排出された純水は、冷却器４０で冷却水によって冷却され、イオン交換樹脂３６によりイオン濃度が調整され、水質調整タンク４２により溶存する酸素等のガス濃度が調整される。さらに、ガス濃度が調整された純水は、低圧ポンプ４４及び高圧ポンプ４６により、段階的に加圧されて、ヒータ４８により昇温されて、再び圧力容器１２内に戻るようになっている。
【００２８】
なお、試験装置１０は、上記のような循環機構を備えないオートクレーブで構成されていても良い。
【００２９】
圧力容器１２の内部には、図２に示すように、円筒状に形成されたシリンダー１４と、シリンダー１４内部に往復運動可能に設けられたピストン１６とを備えた試験具１３が設けられている。なお、シリンダー１４の形状は、円筒状に限定されず、転がらないように、四角柱の中央部に断面円形状の丸穴が形成された四角筒形状であってもよい。この試験具１３は、圧力容器本体１２Ａに入れられ、圧力容器本体１２Ａに蓋部材１２Ｂが閉められて、圧力容器１２に収容される。
【００３０】
試験具１３は、例えば、圧力容器本体１２Ａに設けられた棚（図示省略）に、軸方向（長手方向）が横方向（水平方向）に沿うように載せられる。なお、試験具１３を棚に載せる方向は、任意の方向とすることができる。また、圧力容器１２に収容される試験具１３は、単数であっても、複数であっても良い。また、試験具１３は、圧力容器本体１２Ａに設けられた取付部に取り付ける構成であってもよく、また、圧力容器本体１２Ａに設けられた固定部によって圧力容器本体１２Ａ内で固定されていても良い。
【００３１】
試験具１３のシリンダー１４は、内部が、ピストン１６によって２つの部屋に仕切られている。この２つの部屋は、シリンダー１４の外部（圧力容器１２の内部）と連通する連通室１８と、シリンダー１４の外部（圧力容器１２の内部）とは連通せずに遮断された気密室２０となっている。
【００３２】
連通室１８は、シリンダー１４に形成された開口部２３によって圧力容器１２内部と連通しており、圧力容器１２に収容された加圧流体が連通室１８に流入し、連通室１８内部にも、加圧された加圧流体が収容される。これにより、圧力容器１２の内部には、加圧流体が収容される圧力室２２が、連通室１８及び試験具１３の周囲に形成される。
【００３３】
シリンダー１４の連通室１８には、試料の一例としての棒状をした試験片２４が配置されている。試験片２４としては、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金などの高耐食性金属材料が用いられる。なお、試験片２４としては、耐食性の低い金属材料や、セラミックス、プラスチックなどの非金属材料を用いても良い。
【００３４】
試験片２４の一端部（図２における上端部）は、シリンダー１４の一端部（図２における上端部）に設けられた固定部２６に固定されている。具体的には、試験片２４の一端部に形成されたねじ部２５が、固定部２６に形成されたねじ孔２７にねじ込まれることで、試験片２４の一端部は、固定部２６に固定されている。
【００３５】
試験片２４の他端部（図２における下端部）は、ピストン１６に固定されている。具体的には、試験片２４の他端部に形成されたねじ部３５が、ピストン１６に形成されたねじ孔３７にねじ込まれることで、試験片２４の他端部は、ピストン１６に固定されている。
【００３６】
試験片の固定のされ方は、試験片の形状により適切な方法が選定でき、例えば、端部に広がりを有する試験片の場合は、その広がりを断面コの字状の固定部により固定されることができる。
【００３７】
このように、試験片２４はピストン１６に直接的に連結（係合）しており、ピストン１６の移動力（付勢力）がピストン１６から試験片２４に伝達するようになっている。
【００３８】
ピストン１６には、気密室２０を密閉するためのＯリング２８が設けられている。
【００３９】
シリンダー１４の他端部（図２における下端部）には、シリンダー１４の内外を連通される口部３０が形成されている。口部３０の外周には、ねじ部３２が形成されている。
【００４０】
また、シリンダー１４の口部３０には、気密室２０を開放可能な開閉手段の一例としてのキャップ３４が設けられている。このキャップ３４は、ねじ部３２に螺合して固定されている。これにより、シリンダー１４が封止され、密閉された気密室２０が形成される。一方、キャップ３４が口部３０から外されることにより、気密室２０は開放される。
【００４１】
ここで、気密室２０は、圧力容器１２の内圧（例えば、７〜１０ＭＰａ）よりも低い内圧（例えば、０.１ＭＰａ）とされている。気密室２０は、大気圧の環境下においてシリンダー１４の口部３０にキャップ３４を閉めて密閉空間とされている。従って、気密室２０には、大気圧である空気が封入されている。なお、気密室２０は、大気圧よりも低圧力に減圧してから密閉する構成であっても良い。
【００４２】
ピストン１６は、圧力容器１２と気密室２０との差圧により気密室２０側へ付勢され、その付勢力が試験片２４に伝達されて、試験片２４に負荷を与える。本実施形態では、試験片２４は、引っ張り応力を負荷される。
【００４３】
試験片２４に負荷される荷重Ｆは、圧力室２２の内圧Ｐａ、気密室２０の内圧Ｐｓ、ピストン１６の断面積Ｓｐとしたとき、（Ｐａ−Ｐｓ）＊Ｓｐとなる。
【００４４】
荷重を負荷した状態の試験片２４を、圧力室２２内に浸漬し、ひび発生の有無等を調べることができる。浸漬の期間は長期間（例えば、５００〜７０００時間）でも良いし、短期間でも良い。連続して浸漬しても良いし、間欠的に浸漬し、浸漬しては観察することを繰り返しても良い。
【００４５】
なお、図３に示すように、気密室２０を開放可能な開閉手段の一例としては、ボルト２９であってもよい。また、２９のような気密室開放用のボルトは、ピストン側に設置されていてもよい。この構成では、シリンダー１４の他端部（図３における下端部）には、ねじ孔３１が形成され、このねじ孔３１にボルト２９が螺合して固定される。
【００４６】
また、上記の実施形態では、棒状をした試験片２４を用いているが、種々の試験片を用いることができる。例えば、図４及び図５に示すように、切込みが形成されたＣＴ（ＣｏｍｐａｃｔＴｅｎｓｉｏｎ）試験片５４を用いても良い。
【００４７】
この構成では、試験片５４は、ピストン１６及び固定部２６に直接的に取り付けられるのでなく、間接的に連結（係合）している。すなわち、固定部２６には、試験片５４を固定するための固定部材５６が設けられている。ピストン１６には、試験片５４を固定するための固定部材５８が設けられており、ピストン１６の移動力（付勢力）が、固定部材５８を介して、ピストン１６から試験片５４に伝達するようになっている。
【００４８】
固定部材５６及び固定部材５８は、それぞれ、一対の側板５６Ａ、一対の側板５８Ａを有し、側面視にてコの字状（Ｕの字状）をしている。試験片５４は、一対の側板５６Ａ及び一対の側板５８Ａの間に挿入され、一対の側板５６Ａ及び一対の側板５８Ａを貫通する固定ピン６０及び固定ピン６２により、一端部及び他端部が固定されている。
【００４９】
また、上記の実施形態は、試験片２４に引っ張り応力を付与していたが、ピストン１６が試験片２４に付与する応力としては、これに限られず、曲げ、圧縮、捻り等であってもよい。この一例として、曲げ試験を行うための試験具の構成について、後述する。
【００５０】
また、上記の実施形態は、圧力容器１２と気密室２０との差圧により、試験片２４に負荷を与えていたが、これに加えて、試験片２４に負荷を与えるアクチュエータを備える構成であってもよい。試験片２４に負荷を与えるアクチュエータを備える構成について後述する。
【００５１】
（本実施形態に係る試験装置１０による試験方法及び本実施形態の作用効果）
次に、本実施形態に係る試験装置１０による試験方法及び本実施形態の作用効果を説明する。
【００５２】
試験装置１０による試験方法では、まず、試験具１３に試験片２４を取り付ける。次に、試験片２４が取り付けられた試験具１３を圧力容器本体１２Ａに入れ、蓋部材１２Ｂが閉められて、試験具１３が圧力容器１２に収容される。
【００５３】
次に、圧力容器１２に加圧流体を収容する。これにより、圧力室２２の内圧が気密室２０の内圧よりも高くなり、圧力室２２内と気密室２０内との差圧により、ピストン１６が気密室２０側へ付勢され、この付勢力が伝達されて試験片２４に荷重が付与される。
【００５４】
ここで、特許文献１のように、仮に、シリンダー１４内部に気密室２０を形成せず、シリンダー１４内部を大気開放する場合には、圧力容器１２に貫通孔を形成し、その貫通孔に試験具１３を取り付ける必要がある。このため、貫通孔が形成される数量や位置や寸法により、圧力容器１２内に収容する試験具１３の数量や位置や寸法が制限される。
【００５５】
これに対して、本実施形態に係る試験装置１０及びその試験方法によれば、シリンダー１４内部を大気開放しないので、圧力容器１２に貫通孔が不要となり、試験具１３は圧力容器１２から独立した形態となるため、圧力容器１２内に収容する試験具１３の数量や設置位置や寸法の自由度が向上する。
【００５６】
また、本実施形態に係る試験装置１０及びその試験方法によれば、仮に、圧力室２２内の加圧流体がピストン１６とシリンダー１４との間からリークしても、密閉空間とされた気密室２０に流入することになる。このため、シリンダー１４が大気開放された構成に比して、圧力室２２に収容された加圧流体が装置外部に漏洩しにくい。
【００５７】
また、シリンダー１４が大気開放された構成では、シリンダー１４の内圧は一定となるが、本実施形態では、シリンダー１４は、気密室２０によって密閉空間となっているので、シリンダー１４（気密室２０）の内圧が上昇することが考えられる。気密室２０の内圧が上昇すると、試験片２４への負荷荷重が低下する。
【００５８】
気密室２０の内圧が上昇する原因としては、例えば、加圧流体を昇温する過程において、気密室２０内部の温度も上昇することが考えられる。本実施形態では、例えば、室温２７℃（３００Ｋ）から試験温度３２７℃（６００Ｋ）に昇温させる。これにより、気密室２０の内圧は、例えば、０.１ＭＰａから０.２ＭＰａに２倍上昇する。しかしながら、圧力室２２の内圧７〜１０ＭＰａに比較すると、０.２ＭＰａは小さいため、試験片２４への負荷荷重の低下は低い。このように、設定される試験条件（試験温度・圧力室２２の内圧・気密室２０の内圧）によって、試験片２４への負荷荷重の低下を小さく抑えることが可能となる。
【００５９】
また、気密室２０の内圧が上昇する原因としては、例えば、ピストン１６の移動に伴う気密室２０の容積の減少が考えられる。
【００６０】
しかしながら、荷重負荷時における試験片２４の変形（ひずみ）は、弾性範囲内か、１〜２％程度であるため、ピストン１６の変位は小さい。ピストン１６の変位による気密室２０の内圧上昇は、試験条件にもよるが温度上昇による気密室２０の内圧上昇よりも、小さいものと考えられる。
【００６１】
また、ピストン１６の気密室の軸方向長さを大きく設定することにより、ピストン１６の移動に伴う気密室２０の容積の減少の割合、すなわち気密室の圧力上昇の影響を小さくできる。このため、試験片２４への負荷荷重の低下を小さく抑えることが可能となる。
【００６２】
以上のように、ピストン１６の変位による気密室２０の内圧上昇、及び温度上昇による気密室２０の内圧上昇に起因する試験片２４への負荷荷重の低下の影響は、抑制することができる。
【００６３】
また、気密室２０の内圧上昇による試験片２４への負荷荷重の低下は抑制できるので、試験片２４に作用する作用応力は、ほぼ一定であり、その作用応力を明確に算出可能となる。
【００６４】
なお、試験をする際には、圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させ、その上昇後に圧力室２２の内圧を目標圧力に上昇させる方法をとってもよい。
【００６５】
この方法によれば、圧力室２２内の加圧流体の温度上昇に伴って、気密室２０内の温度も上昇することになるため、気密室２０の内圧が上昇する。これにより、試験片２４に付与される荷重が減る。
【００６６】
次に、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させることにより、試験片２４に付与される荷重が増える。
【００６７】
ここで、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させる構成では、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させたときに試験片２４に付与される荷重が最大荷重となり、試験片２４に付与される最終的な荷重が、最大荷重よりも減る。圧力室２２内の加圧流体の温度上昇に伴う気密室２０の内圧上昇のため、試験片２４に付与される荷重が減るからである。
【００６８】
これに対して、圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させた後に圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させる場合では、試験片２４に付与される最大荷重と、試験片２４に付与される最終的な荷重との差がなくなるか、または、圧力室２２内の内圧を目標圧力に上昇させた後に圧力室２２内の加圧流体を目標温度に上昇させる方法よりも小さくなる。
【００６９】
（曲げ試験を行うための試験具の構成）
次に、曲げ試験を行うための試験具の構成について説明する。
【００７０】
図６は、曲げ試験を行うための試験具の正面図である。図７は、曲げ試験を行うための試験具の側面図である。なお、試験具１３と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７１】
曲げ試験を行うための試験具１１３は、図６及び図７に示すように、一端部（図６及び図７における上端部）が開放され、他端部（図６及び図７における下端部）が閉鎖された円筒状のシリンダー１１４を備えている。
【００７２】
シリンダー１１４には、曲げ試験片１２４を支持する支持部材１２６を支持する一対の支持部１２８が形成されている。一対の支持部１２８は、シリンダー１１４の開放端部からシリンダー１１４の軸方向（図６及び図７における上方）に沿って突出しており、支持部材１２６を２点で支持している。
【００７３】
支持部材１２６はブロック状に形成されている。支持部材１２６には、シリンダー１１４の半径方向に沿って配置された２つのピン１３０が、間隔を置いて設けられている。２つのピン１３０に、曲げ試験片１２４の両端部が当接している。
【００７４】
曲げ試験片１２４は、直方体形状にされた棒状に形成されている。曲げ試験片１２４は、その長手方向が、シリンダー１１４の半径方向に沿って配置されている。曲げ試験片１２４の長手方向中間部には、切り込み１２４Ａが支持部材１２６に対向するシリンダー１１４側の対向面に形成されている。
【００７５】
一方、ピストン１６には、ピストン１６から曲げ試験片１２４に向けて伸びるロッド１３６が設けられている。ロッド１３６は、支持部１２８と同様に、シリンダー１１４の開放端部からシリンダー１１４の軸方向（図６及び図７における上方）に沿って伸び出ている。
【００７６】
ロッド１３６の先端部には、曲げ試験片１２４を押圧するための押圧部材１３８が設けられている。押圧部材１３８は、４つの板体で囲まれて側面視にて枠状に形成されている。押圧部材１３８の対向する側板１３８Ａには、曲げ試験片１２４の背面側でピン１３２が貫通しており、ピン１３２が側板１３８Ａに固定されている。
【００７７】
これにより、ピン１３２が曲げ試験片１２４の背面側の長手方向中央部をシリンダー１１４側へ押圧する。このとき、曲げ試験片１２４は、支持部材１２６との対向面側の長手方向両端部がピン１３０に支持されるので、曲げ試験片１２４に曲げ応力が付与される。
【００７８】
このように、試験片１２４はピストン１６に間接的に係合しており、ピストン１６の移動力（付勢力）が、ロッド１３６、押圧部材１３８、ピン１３２を介して、ピストン１６から試験片１２４に伝達するようになっている。
【００７９】
（試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の構成）
次に、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の構成について説明する。図８は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の全体構成を示す概略図である。図９は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置における試験具及び圧力容器の構成を示す概略図である。なお、試験装置１０と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８０】
試験片５４に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置１００では、図８及び図９に示すように、加圧された加圧流体が内部に収容された圧力容器（オートクレーブ）２１２を備えている。圧力容器２１２は、図９に示すように、内部を開放する開放部２１２Ｃを有する圧力容器本体２１２Ａと、開放部２１２Ｃを開閉可能な蓋部材２１２Ｂとを備えて構成されている。
【００８１】
本実施形態では、加圧流体として、高温高圧（例えば３００℃、７〜１０ＭＰａ）とされた純水が、圧力容器２１２に収容されている。圧力容器２１２に収容される加圧流体としては、純水に限られず、その他の液体や、気体（ガス）であっても良い。
【００８２】
試験装置１００は、図８に示すように、圧力容器２１２の純水を循環して水質を一定に保つための循環路３８を備えている。循環路３８には、上流側から下流側に向けて順に、冷却器４０、イオン交換樹脂３６、水質調整タンク４２、低圧ポンプ４４、高圧ポンプ４６及びヒータ４８が設けられている。
【００８３】
圧力容器２１２から排出された純水は、冷却器４０で冷却水によって冷却され、イオン交換樹脂３６によりイオン濃度が調整され、水質調整タンク４２より溶存する酸素等のガス濃度が調整される。さらに、ガス濃度が調整された純水は、低圧ポンプ４４及び高圧ポンプ４６により、段階的に加圧されて、ヒータ４８により昇温されて、再び圧力容器２１２内に戻るようになっている。なお、図８においては、後述のシリンダー２１４を省略して図示している。
【００８４】
なお、試験装置１００は、上記のような循環機構を備えないオートクレーブで構成されていても良い。
【００８５】
圧力容器２１２の内部には、図９に示すように、円筒状に形成されたシリンダー２１４と、シリンダー２１４内部に往復運動可能に設けられたピストン２１６とを備えた試験具２１３が設けられている。この試験具２１３は、圧力容器本体２１２Ａに入れられ、圧力容器本体２１２Ａに蓋部材２１２Ｂが閉められて、圧力容器２１２に収容される。
圧力容器２１２に収容される試験具２１３は、単数であっても、複数であっても良い。
【００８６】
試験具２１３のピストン２１６は、シリンダー２１４内部に形成された気密室２２０と、シリンダー２１４外部に形成された圧力室２２２とを仕切っている。気密室２２０は、シリンダー２１４の外部（圧力容器２１２の内部）とは連通せずに遮断された密閉空間とされている。
【００８７】
加圧流体が収容される圧力室２２２は、シリンダー２１４の外部（周囲）に形成されている。
【００８８】
圧力容器２１２内の圧力室２２２には、試料の一例として、切込みが形成されたＣＴ（ＣｏｍｐａｃｔＴｅｎｓｉｏｎ）試験片５４が配置されている。試験片５４としては、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金などの高耐食性金属材料が用いられる。なお、試験片５４としては、耐食性の低い金属材料や、セラミックス、プラスチックなどの非金属材料を用いても良い。
【００８９】
試験片５４は、一端部が、圧力容器２１２（蓋部材２１２Ｂ）に設けられた支持部材２２６に支持されている。支持部材２２６は、蓋部材２１２Ｂからシリンダー２１４の軸方向（図８における上方）に沿って延出された一対の支持部２２８と、一対の支持部２２８の先端部に掛け渡された支持体２３０と、支持体２３０に取り付けられた固定部材２５６と、を備えて構成されている。
【００９０】
ピストン２１６には、試験片５４を固定するための固定部材２５８がロッド２５４を介して設けられており、ピストン２１６の移動力（付勢力）が、固定部材２５８を介して、ピストン２１６から試験片５４に伝達するようになっている。
【００９１】
固定部材２５６及び固定部材２５８は、それぞれ、一対の側板２５６Ａ、一対の側板２５８Ａを有し、側面視にてコの字状（Ｕの字状）をしている（図５参照、図９においては、一方の側板２５６Ａ、２５８Ａを図示）。試験片５４は、一対の側板２５６Ａ及び一対の側板２５８Ａの間に挿入され、一対の側板２５６Ａ及び一対の側板２５８Ａを貫通する固定ピン２６０及び固定ピン２６２により、一端部及び他端部が固定されている。
【００９２】
ピストン２１６には、気密室２２０の気密状態を維持して気密室２２０を貫通し、圧力室２２２の外部へ引き出されたロッド２７０が連結されている。
【００９３】
シリンダー２１４には、ロッド２７０とシリンダー２１４との間をシールするためのＯリング２７２が設けられている。また、蓋部材２１２Ｂには、ロッド２７０と圧力容器２１２（蓋部材２１２Ｂ）との間をシールするためのＯリング２７４が設けられている。また、ピストン２１６には、ピストン２１６とシリンダー２１４をシールするためのＯリング２３２が設けられている。
【００９４】
ロッド２７０先端部には、図８に示すように、ロッド２７０及びピストン２１６を通じて試験片５４に荷重を付与するアクチュエータ２８０が設けられている。アクチュエータ２８０は、油圧や電動力を用いて、ロッド２７０に引っ張り荷重を付与する。
【００９５】
一般に試料への最大負荷荷重はアクチュエータの容量に依存するが、試験装置１００ではアクチュエータ等装置の改造を行うことなく、ピストンおよびシリンダーの追設のみにより、試料への最大負荷荷重をピストンに作用する差圧分だけ増大させることができる。
【００９６】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、本実施形態に係る試験装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る圧力容器及び試験具の構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る圧力容器及び試験具の他の構成を示す概略図である。
【図４】図４は、ＣＴ試験片を用いた場合の試験具の構成を示す正面図である。
【図５】図５は、ＣＴ試験片を用いた場合の試験具の構成を示す側面図である。
【図６】図６は、曲げ試験を行うための試験具の正面図である。
【図７】図７は、曲げ試験を行うための試験具の側面図である。
【図８】図８は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置の全体構成を示す概略図である。
【図９】図９は、試験片に負荷を与えるアクチュエータを備える試験装置における試験具及び圧力容器の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 試験装置
１３ 試験具
１４ シリンダー
１６ ピストン
２０ 気密室
２２ 圧力室
２４ 試験片
２９ ボルト
３４ キャップ
５４ 試験片
１００ 試験装置
１１３ 試験具
１１４ シリンダー
１２４ 試験片
２１３ 試験具
２１４ シリンダー
２１６ ピストン
２２０ 気密室
２２２ 圧力室
２７０ ロッド
２８０ アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された気密室が内部に形成されたシリンダーと、
前記シリンダー内部に往復運動可能に設けられ、前記気密室と外部とを仕切り、前記外部と前記気密室との差圧により前記気密室側へ付勢され、その付勢力が試料に伝達されて前記試料に荷重を付与可能なピストンと、
を備えた試験具。
【請求項２】
前記シリンダーまたは前記ピストンに設けられ、前記気密室を開放可能な開閉手段を備えた請求項１に記載の試験具。
【請求項３】
加圧された加圧流体が室内に収容され、その室内に試料が配置される圧力室と、
前記圧力室の内圧よりも低い内圧とされた前記気密室が内部に形成されたシリンダーと、前記外部としての前記圧力室と前記気密室とを仕切り、前記圧力室内と前記気密室内との差圧により前記気密室側へ付勢されて前記試料に荷重を付与するピストンと、を備えた請求項１又は請求項２に記載の試験具と、
を備えた試験装置。
【請求項４】
前記ピストンに連結され、前記気密室の気密状態を維持して前記気密室を貫通し、前記圧力室の外部へ引き出されたロッドと、
前記ロッドに設けられ、前記ロッド及び前記ピストンを通じて前記試料に荷重を付与するアクチュエータと、
を備えた請求項３に記載の試験装置。
【請求項５】
請求項３に記載の試験装置を用いた試験方法であって、
前記圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させ、その上昇後に前記圧力室の内圧を目標圧力に上昇させる試験方法。
【請求項１】
密閉された気密室が内部に形成されたシリンダーと、
前記シリンダー内部に往復運動可能に設けられ、前記気密室と外部とを仕切り、前記外部と前記気密室との差圧により前記気密室側へ付勢され、その付勢力が試料に伝達されて前記試料に荷重を付与可能なピストンと、
を備えた試験具。
【請求項２】
前記シリンダーまたは前記ピストンに設けられ、前記気密室を開放可能な開閉手段を備えた請求項１に記載の試験具。
【請求項３】
加圧された加圧流体が室内に収容され、その室内に試料が配置される圧力室と、
前記圧力室の内圧よりも低い内圧とされた前記気密室が内部に形成されたシリンダーと、前記外部としての前記圧力室と前記気密室とを仕切り、前記圧力室内と前記気密室内との差圧により前記気密室側へ付勢されて前記試料に荷重を付与するピストンと、を備えた請求項１又は請求項２に記載の試験具と、
を備えた試験装置。
【請求項４】
前記ピストンに連結され、前記気密室の気密状態を維持して前記気密室を貫通し、前記圧力室の外部へ引き出されたロッドと、
前記ロッドに設けられ、前記ロッド及び前記ピストンを通じて前記試料に荷重を付与するアクチュエータと、
を備えた請求項３に記載の試験装置。
【請求項５】
請求項３に記載の試験装置を用いた試験方法であって、
前記圧力室内の加圧流体を目標温度に上昇させ、その上昇後に前記圧力室の内圧を目標圧力に上昇させる試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１５６５８２（Ｐ２０１０−１５６５８２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３４１５０（Ｐ２００８−３３４１５０）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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