特許 6868757 特性試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6868757

(24)【登録日】2021年4月15日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】特性試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/10 20060101AFI20210426BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/10

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-195436(P2016-195436)

(22)【出願日】2016年10月3日

(65)【公開番号】特開2018-59729(P2018-59729A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】516250856

【氏名又は名称】日本ＦＣ企画株式会社

(72)【発明者】

【氏名】堀 美知郎

(72)【発明者】

【氏名】大野 由佳

【審査官】 外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１２２０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００５５２５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５７−００５２７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／１０

Ｈ０１Ｍ ８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体雰囲気下で試験片の特性又は耐久性を評価する特性試験装置であって、
前記試験片によってそれぞれ一定の体積を有する第一の作用空間と第二の作用空間とに仕切られて前記試験片を収容する容器と、
該容器と収納された前記試験片との間に形成された第一の作用空間と第二の作用空間との少なくとも一方の作用空間に流体を供給する流体供給手段と、
前記作用空間に供給された流体の圧力を調節する流体圧力調節手段と、
該流体圧力調節手段を制御して前記試験片に繰り返し変動する曲げ負荷を与える圧力制御手段と、
を備えていることを特徴とする特性試験装置。

【請求項2】

前記第一の作用空間の第一流体とは異なる第二流体を前記第二の作用空間に供給する第二流体供給手段と、
前記試験片の破損に伴い前記第二の作用空間にクロスリークする前記第一流体の前記第二流体に含まれる濃度の経時変化を分析する濃度分析手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の特性試験装置。

【請求項3】

前記容器の厚みに設けた少なくとも１本の流路に熱媒体を供給して前記容器の温度を２つの設定温度間で変動させる熱媒体供給手段
を備えていることを特徴とする請求項１から２の何れかに記載の特性試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、 水素雰囲気中等、所定環境下での材料特性を評価することが可能な特性試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、高圧ガス雰囲気下で試験片の機械特性試験を行う機械特性試験装置が開示されている。この機械特性試験装置は、高圧容器内に水素ガスを含む高圧ガスが導入された状態で、高圧容器内に収容された試験片に荷重が負荷され、その負荷された荷重を歪ゲージにて測定するものである。

【0003】

他方で、水素雰囲気下で試験片の引張強度や曲げ強度などの特性試験を行う特性試験装置が出願されている（特許文献２）。この特性試験装置は、水素を内部に有する金属製容器の厚みに流路を設け、その流路に熱媒体を流して容器内部の温度を制御しようとするものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−３４９４８７号公報

【特許文献2】特願２０１６−０９３８２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら 、従来の特許文献１の機械特性試験装置においては、機械特性を評価するための試験片に荷重を負荷する場合、油圧ポンプによって加圧された高圧のオイルを油圧シリンダのピストンの上下に交互に供給し、ここで得られた変動荷重がつかみ材を介して試験片に伝えられていた。こうした構成の水素環境下疲労試験機においては、油圧ポンプ、油圧シリンダおよび水素環境容器などの部位が大掛かりとなり、試験装置の構造が非常に複雑で、かつ、高価になっていた。また、油圧によってピストン運動をするロッドと静止した水素環境容器との摺動部では、ガスの密封が難しく水素含有ガスが装置の外部にリークするといった危険性があった。

【0006】

また、 従来の特許文献２の特性試験装置においても、試験片に負荷を与えるためにピストン運動をするロッドと静止した水素環境容器の摺動部で、依然、ガスの密封が難しく水素含有ガスが装置の外部にリークするといった危険性があった。

【0007】

本発明は、このような問題に鑑みてされたものである。その主たる目的は、コンパクトな構造を実現でき、装置外への流体リークを低減できる特性試験装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための本発明に係る特性試験装置は、流体雰囲気下で試験片の特性又は耐久性を評価する特性試験装置であって、前記試験片を収容する容器と、該容器と収納された前記試験片との間に有する作用空間に流体を供給する流体供給手段と、前記作用空間に供給された流体の圧力を調節する流体圧力調節手段と、該流体圧力調節手段を制御して前記試験片に負荷を与える圧力制御手段とを備えていることを特徴としている。

【0009】

また、本発明に係る特性試験装置は、流体雰囲気下で試験片の特性又は耐久性を評価する特性試験装置であって、前記試験片を収容する容器と、該容器と収納された前記試験片との間に有する第一の作用空間に相対して有する第二の作用空間の流体の圧力を調節する第二流体圧力調節手段と、該第二流体圧力調節手段を制御して前記試験片に負荷を与える第二圧力制御手段とを備えていることを特徴としている。

【0010】

さらに、本発明に係る特性試験装置は、請求項１記載の特性試験装置において、前記作用空間に相対して有する第二の作用空間の流体の圧力を調節する第二流体圧力調節手段と、該第二流体圧力調節手段を制御して前記試験片に負荷を与える第二圧力制御手段とを備えていることを特徴としている。

【0011】

さらにまた、本発明に係る特性試験装置は、請求項１記載の特性試験装置において、前記作用空間の流体とは異なる第二流体を前記作用空間に相対して有する第二の作用空間に供給する第二流体供給手段と、前記第二の作用空間に含まれる前記流体の濃度を分析する濃度分析手段とを備えていることを特徴としている。

【0012】

本発明に係る特性試験装置は、請求項２記載の特性試験装置において、前記第一の作用空間の流体とは異なる第二流体を前記第二の作用空間に供給する第二流体供給手段と、前記第一の作用空間に含まれる前記第二流体の濃度を分析する濃度分析手段とを備えていることを特徴としている。

【0013】

本発明に係る特性試験装置は、請求項１から５の何れかに記載の特性試験装置において、前記容器の厚みに設けた少なくとも１本の流路に熱媒体を供給する熱媒体供給手段を備えていることを特徴としている。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る特性試験装置によれば、流体の圧力を制御することで容器内に収納された試験片に負荷を与えることができるので、コンパクトな構造を実現でき、装置外への流体リークを低減できるという効果を奏する。

【0015】

また、本発明に係る特性試験装置によれば、第二流体圧力調節手段を制御することで容器内に収納された試験片に負荷を与えることができるので、コンパクトな構造を実現でき、装置外への流体リークを低減できるという効果を奏する。

【0016】

さらに、本発明に係る特性試験装置によれば、請求項１記載の特性試験装置の奏する効果に加えて、作用空間及び／又は第二の作用空間の内圧を変動させることで、第二の作用空間との差圧によって試験片に曲げ荷重を付加することができるという効果を奏する。

【0017】

さらにまた、本発明に係る特性試験装置によれば、請求項１記載の特性試験装置の奏する効果に加えて、濃度分析手段を備えているので、第二の作用空間に含まれる流体の濃度を分析することで、曲げ荷重によって生じた試験片の損傷度を把握することができるという効果を奏する。

【0018】

本発明に係る特性試験装置によれば、請求項２記載の特性試験装置の奏する効果に加えて、濃度分析手段を備えているので、第一の作用空間に含まれる第二流体の濃度を分析することで、曲げ荷重によって生じた試験片の損傷度を把握することができるという効果を奏する。

【0019】

本発明に係る特性試験装置によれば、請求項１から５の何れかに記載の特性試験装置の奏する効果に加えて、容器の厚みに設けた少なくとも１本の流路に熱媒体を供給することで、容器及び／又は試験片の温度を所定の温度に設定することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の特性試験装置の第一の実施例を示す概略構成図である。

【図2】本発明の特性試験装置の試験片に負荷される変動荷重モードの代表例を示す波形図である。

【図3】本発明の特性試験装置の第二の実施例を示す概略構成図である。

【図4】本発明の特性試験装置の第三の実施例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

【0022】

（第一の実施例）
図１は、本発明の特性試験装置の第一の実施例を示す概念構成図である。本第一の実施例の特性試験装置１は、平板状試験片２が収容される容器３を備えている。容器３は、平板状試験片２と縦断面略逆凹状の容器上部４とがつくる第一空間５と、平板状試験片２を境にして第一空間５と相対する位置に第一空間５とは離隔されて有する、縦断面略凹状の容器下部６と平板状試験片２の裏面とがつくる第二空間７とを有する。内部に第一空間５と第二空間７を構成する容器３は、容器上部４と容器下部６が開閉可能に設けられて構成されている。そして、容器３は金属製または樹脂製のパッキン８を備えており、このような容器上部４と容器下部６を閉じた際には、容器上部４の下端部と容器下部６の上端部とがパッキン８を介して重ね合される。これにより容器３を密閉することができ、容器３内に密封された第一空間５と第二空間７とを形成することができる。

【0023】

なお、本第一の実施例の容器３は、鉄、ニッケル、クロムの少なくとも１種類を含む金属製である。容器上部４は、下方に開口した有底円筒状、円板状または矩形状であり、容器下部６は、上方に開口した有底円筒状、円板状または矩形状である。

【0024】

また、本第一の実施例の特性試験装置１は、第一空間５に試験環境を構成するための流体を供給する流体供給手段としてのガスボンベ９と、第一空間５に供給される流体を加圧する第一加圧手段としての圧縮機１０とからなる第一流体供給系統１１、並びに、第二空間７に流体を供給する第二流体供給手段としてのガスボンベ１２と、第二空間７に供給される流体を加圧する第二加圧手段としての圧縮機１３とからなる第二流体供給系統１４の、少なくとも１つの流体供給系統を備えている。

【0025】

第一流体供給系統１１は、容器上部４の第一空間５に接続されている。これにより、ガスボンベ９からのガスが容器上部４の第一空間５へ供給される。また、第二流体供給系統１４は、容器下部６の第二空間７に接続されている。これにより、ガスボンベ１２からのガスが容器下部６の第二空間７へ供給される。なお、流体供給手段又は第二流体供給手段は、ガスボンベ９，１２からのガスを、減圧弁を介して供給する構成であってもよい。

【0026】

圧縮機１０，１３は、ガスボンベ９，１２からのガスを圧縮するものである。第一流体供給系統１１を備えている場合には、圧縮機１０又は減圧弁の出力側の流体の圧力を検出する圧力センサ２３が第一流体供給系統１１に設けられている。第二流体供給系統１４を備えている場合には、圧縮機１３又は減圧弁の出力側の圧力を検出する圧力センサ２４が第二流体供給系統１４に設けられている。圧縮機１０，１３は、後述する制御手段の制御により、圧力センサ２３，２４の検出圧力に基づき調節される。

【0027】

さらに、本第一の実施例の特性試験装置１は、第一空間５からの流体を容器３外に排出する第一流体排出系統１５、並びに、第二空間７からの流体を容器３外に排出する第二流体排出系統１６の少なくとも１つの流体排出系統を備えている。これら流体排出系統は、いずれも装置内に流体を保持する。

【0028】

第一流体排出系統１５を備えている場合には、容器３又は第一流体排出系統１５に第一空間５の圧力を検出する圧力計１７が設けられており、圧力計１７の圧力値に基づき、第一空間５の流体の圧力を調節する流体圧力調節手段としての第一背圧弁１８と、その流体圧力を制御する圧力制御手段としての第一アクチュエータ１９とを備えている。なお、第一流体排出系統１５を備えていない場合には、圧力計１７は、容器３に設けられている。

【0029】

また、第二流体排出系統１６を備えている場合には、容器３又は第二流体排出系統１６に第二空間７の圧力を検出する圧力計２０が設けられており、圧力計２０の圧力値に基づき、第二空間７の流体の圧力を調節する第二流体圧力調節手段としての第二背圧弁２１と、その流体圧力を制御する第二圧力制御手段としての第二アクチュエータ２２とを備えている。なお、第二流体排出系統１６を備えていない場合には、圧力計２０は、容器３に設けられている。

【0030】

第一背圧弁１８は、第一流体排出系統１５に設けられており、第一空間５に供給された流体の背圧を調節するものである。他方、第二背圧弁２１は、第二流体排出系統１６に設けられており、第二空間７に供給された流体の背圧を調節するものである。本第一の実施例では、第一背圧弁１８は、圧力計１７の圧力値に応じてバルブの開度が調整可能な電動式のガス圧調節バルブから構成されている。また、第二背圧弁２１は、圧力計２０の圧力値に応じてバルブの開度が調整可能な電動式のガス圧調節バルブから構成されている。

【0031】

第一背圧弁１８は、後述する制御手段の制御により駆動部としての第一アクチュエータ１９を介して開度が調整される。同様にして第二背圧弁２１は、第二アクチュエータ２２を介して開度が調整される。

【0032】

第一アクチュエータ１９と第二アクチュエータ２２は、ともにモータ（電動機）を使用したものであり、第一アクチュエータ１９は第一背圧弁１８を駆動し、第二アクチュエータ２２は第二背圧弁２１を駆動する。アクチュエータ１９，２２は、空気圧、電磁（ソレノイド）、圧電素子（ピエゾスタック）等で構成することができるが、本第一の実施例では、ともに電動式である。第一アクチュエータ１９と第二アクチュエータ２２は、平板状試験片２に関係なく、第一空間５と第二空間７の内圧を保圧する。

【0033】

制御手段は、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ）、記憶手段（ＲＡＭ及びＲＯＭ）などからなる制御回路、圧力センサ２３，２４、圧力計１７，２０などの入力機器からの入力回路、圧縮機、第一アクチュエータ１９、第二アクチュエータ２２などの出力機器への出力回路、及び試験実施者の操作入力を受け付ける操作部とそれらを表示する表示部などを備えている。

【0034】

次に、本第一の実施例の特性試験装置１を用いた試験方法について説明する。まず、平板状試験片２を容器下部６の上端部に置き、パッキン８を介して、容器上部４の下端部を重ね合わせて密閉する。これによって、容器下部６の上端部と容器上部４の下端部の重ね合わせ部から流体の漏れがないようにする。

【0035】

平板状試験片２を収容後、ガスボンベ９から第一流体供給系統１１を介して容器３の第一空間５へガスが供給される。また、ガスボンベ１２から第二流体供給系統１４を介して容器３の第二空間７へガスが供給される。第一空間５と第二空間７へ供給されるガスは、それぞれ圧縮機１０，１３によって圧縮される。この際、圧縮機１０，１３は、それぞれ圧力センサ２３，２４から得られる検出圧力を一定に維持するように制御する。ガスボンベ９，１２の圧力が高い場合には、圧縮機１０，１３に換えて、減圧弁を用いることも可能である。

【0036】

試験の際、平板状試験片２は、容器上部４と容器下部６との間に挟み込まれ、第一空間５と第二空間７とが隔離する状態で固定されている。平板状試験片２の上面には第一空間５のガス圧が負荷され、平板状試験片２の下面には第二空間７の圧力が負荷される。

【0037】

そして、制御手段の制御により、圧力計１７，２０で検出した圧力値に基づき、第一アクチュエータ１９の信号を第一背圧弁１８に与え、及び／又は第二アクチュエータ２２の信号を第二背圧弁２１に与えることで、容器３内の第一空間５と第二空間７の圧力を所定の圧力に調節することができる。

【0038】

ここで、特性試験装置１が第一背圧弁１８と第一アクチュエータ１９を備えており、第二流体排出系統１６を備えていない場合には、例えば、圧力計１７，２０で検出した圧力を基に第一空間５の内圧を保圧し、第一空間５と第二空間７との圧力差の変動によって疲労破壊の試験を行うことができる。

【0039】

また、特性試験装置１が第一流体排出系統１５を備えておらず、第二背圧弁２１と第二アクチュエータ２２を備えている場合には、例えば、圧力計１７，２０で検出した圧力を基に第二空間７の内圧を保圧し、第一空間５と第二空間７との圧力差の変動によって疲労破壊の試験を行うことができる。

【0040】

さらに、特性試験装置１が第一アクチュエータ１９と第二アクチュエータ２２の双方を備えている場合には、第一空間５と第二空間７の圧力差の変動によってさらに複雑な試験を行うことができる。例えば、単数又は複数の曲げ荷重モードで平板状試験片２を疲労破壊させる試験を行うことができる。この場合において、アクチュエータ１９，２２は、空気圧や油圧で構成されていないので、特性試験装置１をコンパクトにすることができる。

【0041】

上述したように、本第一の実施例の特性試験装置１によれば、第一アクチュエータ１９及び／又は第二アクチュエータ２２を駆動して第一背圧弁１８、並び、第二背圧弁２１の少なくとも一方を調節することで、第一空間５の流体の圧力と、第二空間７の流体の圧力との間に間欠的・連続的に差を持たせて、平板状試験片２に対して間欠的・連続的に曲げ荷重を負荷することができる。

【0042】

すなわち、油圧ポンプやシリンダなどによって平板状試験片２に負荷を与えるのではなく、雰囲気を形成する第一空間５と第二空間７との差圧によって平板状試験片２に曲げ荷重を負荷することが可能となる。こうした構成にすることで、従来、ピストン運動によって試験片に負荷を与えていたロッドと静止した水素環境容器との間の摺動部を削除することができる。これにより、水素などのガスリークを無視できるまでに低減でき、高い安全性を担保することができる。

【0043】

また、油圧ポンプやシリンダなどの試験片に負荷を与えていた機構が不要となり、非常にコンパクトな試験機を作り出すことが可能となる。

【0044】

本第一の実施例の特性試験装置１において、ガスボンベ９，１２の少なくとも一方に水素ガスボンベを用いて、第一空間５、並びに、第二空間７の少なくとも一方を水素ガスで満たすことで、平板状試験片２の水素ガス環境下での特性を評価することが可能となる。

【0045】

このように、流体雰囲気下で平板状試験片２の特性又は耐久性を評価する特性試験装置１であって、平板状試験片２を収容する容器３と、容器３に収納された平板状試験片２との間に有する第一空間５に水素ガスを供給する流体供給手段と、第一空間５に供給された水素ガスの圧力を調節する流体圧力調節手段１８と、流体圧力調節手段１８を制御して平板状試験片２に負荷を与える圧力制御手段１９とを備えている場合には、平板状試験片２の水素ガス環境下での特性を、コンパクトな装置で、かつ、水素ガスの漏出を防止しつつ、評価することができる。

【0046】

図２に、曲げ荷重モードの例を示す。第一アクチュエータ１９の信号を受けて第一背圧弁１８を作動させ、及び／又は第二アクチュエータ２２の信号を受けて第二背圧弁２１を作動させることで、台形波２５、矩形波２６、三角波２７などの曲げ荷重モードを平板状試験片２に負荷することができる。

【0047】

なお、本第一の実施例の特性試験装置１において、試験片は平板状としたが、概ね平板状であっても、半球状等であっても、同様に試験片の特性試験を行うことが可能である。

【0048】

また、上記第一の実施例においては、第一空間５へ供給する流体並びに第二空間７へ供給する流体の一例としてガスを挙げたが、何らこれに限定されるものではない。例えば、試験温度において、液体状態の物質であってもガス状態の物質であってもよい。試験温度で液体状態の物質としては、液水、アルコール、オイルが挙げられる。流体は、これらのいずれであってもよい。試験温度でガス状態の物質としては、水素などの還元性ガス、窒素、アルゴンなどの不活性気体もしくは不活性ガス、ヘリウムなどの希ガス族元素、空気、酸素、水蒸気などが挙げられる。流体は、これらのいずれであってもよい。

【0049】

また、上記第一の実施例においては、容器３は、縦断面略逆凹状の容器上部４と、縦断面略凹状の容器下部６とから構成されるものとしたが、何らこれに限定されるものではない。容器３は、試験片との間に作用空間を有するものであればよい。作用空間は、少なくとも流体の通路を有するものであればよく、例えば、容器３に単数又は複数の凹状の溝を有するものや、燃料電池のセパレータのような構造のものであってもよい。

【0050】

図１には、流体供給手段９と第一流体排出系統１５の双方を備えており、かつ、第二流体供給手段１２と第二流体排出系統１６の双方を備えている場合の特性試験装置１を図示したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、特性試験装置１は、流体供給手段９と第一流体排出系統１５とを備えている場合、第二流体供給手段１２と第二流体排出系統１６とを備えている場合、流体供給手段９と第一流体排出系統１５と第二流体供給手段１２とを備えている場合、流体供給手段９と第二流体供給手段１２と第二流体排出系統１６とを備えている場合であってもよい。これらの場合において、第一流体排出系統１５又は第二流体排出系統１６に背圧弁とアクチュエータとを備えている場合と備えていない場合の組み合わせがあり、少なくとも何れかに一組の背圧弁とアクチュエータの組み合わせを備えているものであればよい。

【0051】

上記第一の実施例では、流体圧力調節手段として第一背圧弁１８を用いた場合の実施例を挙げたが、流体圧力調節手段は第一空間５の流体の圧力を調節するものであればよく、何らこれに限定されるものではない。同様にして、第二流体圧力調節手段は、第二空間７の流体の圧力を調節するものであればよく、上記実施例で挙げた第二背圧弁２１に何ら限定されるものではない。

【0052】

（第二の実施例）
本第二の実施例の特性試験装置は、試験片の特性を定量化するためのものであり、前述の第一の実施例に限らず、適宜変更可能である。図３は、第二の実施例の特性試験装置を示す概略構成図である。本第二の実施例の特性試験装置１は、基本的には前記第一の実施例の特性試験装置１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。また、両実施例で共通の事項については、説明を省略する。

【0053】

本第二の実施例の特性試験装置１においては、第一空間５の流体とは組成が異なる第二流体を容器外へ排出させる第二流体排出系統１６を有し、第二空間７から容器３外に排出される第二流体に含まれる、第一空間５から第二空間７にリークした流体の濃度を分析する濃度分析計２８を備えている。また、濃度分析計２８は、測定された濃度の値を記録するデータ収録系２９を備えている。ガスボンベ９とガスボンベ１２には、組成が異なるガスボンベを使用する。

【0054】

濃度分析計２８は、第二流体排出系統１６に設けられており、検出器としての金属酸化物半導体式ガスセンサと、サンプルガスを分離させる管であるカラムとを備えている。濃度分析計２８は、ガスクロマトグラフィ手法を用いてガス分析を行い、ガス成分がカラムを通過する際の速度の違いを利用し、ガスを分離する。ガス成分の同定は、クロマトグラムにおけるピークの出現時間（保持時間）で行う。カラムを変えれば様々なガス種に対応できる。

【0055】

データ収録系２９は、専用ソフトを組み込んだパソコンである。データ収録系２９の操作部を操作して、例えば、サンプル名、測定時間、測定温度などを入力し、測定後にデータ収録系２９の画面出力部に測定結果が表示される。さらに、測定データは、データ収録系２９の記憶部に保存されるので、簡単に管理、検索をすることができる。

【0056】

次に、本第二の実施例の特性試験装置１の動作について説明する。平板状試験片２を容器３に収容後、ガスボンベ９，１２から流体供給系統１１，１４を介して容器３の第一空間５，第二空間７へガスを供給する。この場合、第一空間５の流体と第二空間７の第二流体の種類を違える。例えば、ガスボンベ９として水素ボンベを用い、第一空間５を水素ガスで満たすようにし、ガスボンベ１２としてアルゴンボンベを用いて、第二空間７をアルゴンガスで満たすようにする。なお、それら第一空間５，第二空間７へ供給されるガスの圧力が低い場合には、圧縮機１０，１３によって圧縮する。逆に、ガスボンベ９，１２の圧力が高い場合には、圧縮機１０，１３に換えて減圧弁を用いる。

【0057】

この状態で、第一空間５の流体の圧力を第二空間７の第二流体の圧力よりも高くし、第二空間７から排出される第二流体に含まれる、第一空間５から第二空間７にリークした流体の濃度を濃度分析計２８で分析することで、平板状試験片２のガス透過特性、例えば、フィックの法則のガス拡散係数を測定することが可能となる。

【0058】

より具体的には、本第二の実施例の場合、濃度分析計２８で第二流体排出系統１６中のガスの濃度を分析することで、アルゴン中にリークした水素の濃度を測ることができる。

【0059】

本第二の実施例の特性試験装置１によれば、第一空間５の流体と第二空間７の第二流体の種類を違え、平板状試験片２に静的な曲げ荷重、あるいは、変動的な曲げ荷重を与え、第二空間７から排出される第二流体に含まれる第一空間５から第二空間７にリークした流体の濃度を分析することで、曲げ荷重によって生じた平板状試験片２の損傷度、および損傷の経時変化を連続的に追跡することが可能となる。

【0060】

また、本第二の実施例の特性試験装置１によれば、第一空間５の流体と第二空間７の第二流体の種類を違え、第一空間５の流体の圧力を第二空間７の第二流体の圧力よりも高くし、第二空間７から排出される第二流体に含まれる第一空間５から第二空間７にリークした流体の濃度を分析することで、平板状試験片２の流体の透過性、とりわけ、流体の拡散係数を同定することが可能となる。

【0061】

さらに、圧力制御手段としての第一アクチュエータ１９の信号を受けて圧力調節手段としての第一背圧弁１８を作動させることで、第一空間５の流体の圧力を、図２に示すような、台形波２５、矩形波２６、三角波２７などの波形状に変動させ、平板状試験片２に、図２に示すような波形状の曲げ荷重モードを負荷することができる。この場合、第二空間７から排出される第二流体に含まれる、第一空間５から第二空間７にリークした流体の濃度を濃度分析計２８で分析することで、変動荷重による平板状試験片２の損傷の経時特性を定量的に把握することができる。さらに、データ収録系２９を備えているので、データとして収録することができる。

【0062】

このように、油圧ポンプや油圧シリンダなどによって平板状試験片２に負荷を与えるのではなく、平板状試験片２の雰囲気を形成する第一空間５と第二空間７との差圧によって平板状試験片２に曲げ荷重を負荷することが可能となる。こうした構成にすることで、従来、油圧によるピストン運動によって試験片に負荷を与えていたロッドと静止した水素環境容器との間の摺動部を削除することができるので、水素などのガスリークを無視できるまでに低減することができ、高い安全性を担保することができる。また、油圧ポンプや油圧シリンダなどの試験片に負荷を与えていた機構が不要となり、非常にコンパクトな試験機を作り出すことが可能となる。

【0063】

特に、本第二の実施例の特性試験装置１において、例えば、流体供給手段９に水素ガスボンベを用いて、第一空間５に水素ガスを流通し、第二流体供給手段１２にアルゴン・ガスボンベを用いて、第二空間７にアルゴンガスを流通する。この状態で、濃度分析計２８を水素ガス分析計として、第一空間５から第二空間７のアルゴンガス中にリークする水素ガスの濃度を測定することで、平板状試験片２の水素ガス透過特性、例えば、水素ガス拡散係数を測定することができる。また、平板状試験片２の変動曲げ荷重下の損傷の経時特性を評価することも可能となる。

【0064】

なお、本第二の実施例の特性試験装置１においては、第一空間５の流体と第二流体は異なる流体であればよく、第一空間５の流体並びに第二流体として、例えば、試験温度において、液体状態の物質であってもガス状態の物質であってもよい。試験温度で液体状態の物質としては、液水、アルコール、オイルであってもよい。試験温度でガス状態の物質としては、水素、窒素、空気、酸素、アルゴン、ヘリウム、水蒸気などであってもよい。

【0065】

また、上記第二の実施例では、濃度分析計２８としてガス分析計の一例を挙げたが、何らこれに限定されるものではない。例えば、濃度分析計２８は、液分析計、酸素濃度計、質量分析計、微量濃度ガス分析計、ＪＩＳ規格の酸素分析計などであってもよい。

【0066】

図３には、流体供給手段９と、第一流体排出系統１５と、第二流体供給手段１２と、第二流体排出系統１６と、第一背圧弁１８と、第一アクチュエータ１９と、濃度分析計２８と、データ収録系２９とを備えている場合の特性試験装置１を図示したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、特性試験装置１は、流体供給手段９と、第一流体排出系統１５と、第二流体供給手段１２と、第二流体排出系統１６と、第二流体排出系統１６に設けられた第二背圧弁と、第二背圧弁を駆動する第二アクチュエータと、第一流体排出系統１５に設けられた濃度分析計と、濃度分析計で測定された濃度の値を記録するデータ収録系とを備えているものであってもよい。この場合には、平板状試験片２に静的な曲げ荷重、あるいは、変動的な曲げ荷重を与え、第一空間５から排出される流体に含まれる第二空間７から第一空間５にリークした第二流体の濃度を分析することができる。

【0067】

（第三の実施例）
図４は、第三の実施例の特性試験装置を示す概略構成図である。本第三の実施例の特性試験装置１は、基本的には前記第一の実施例および前記第二の実施例の特性試験装置１と同様であるが、氷点下の低温から高温に亘って、広い温度範囲で平板状試験片２の特性を試験することができる点に特徴を有する。そこで、以下では、第一の実施例および第二の実施例と第三の実施例との異なる点を中心に、とりわけ第二の実施例と第三の実施例との異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。また、両実施例で共通の事項については、説明を省略する。

【0068】

本第三の実施例の特性試験装置１においては、容器上部４と容器下部６の少なくとも一方の厚み内には、熱媒体を流す少なくとも１本の熱媒体流路３０が設けられている。熱媒体流路３０には、熱媒体供給手段３１から熱媒体が供給される。

【0069】

熱媒体供給手段３１は、容器３の厚み内に設けられた熱媒体流路３０へ熱媒体を供給する手段であり、本第三の実施例では、容器３および平板状試験片２を冷却・加熱する熱媒体を貯留する熱媒体タンク３２と、熱媒体タンク３２の熱媒体を熱媒体流路３０へ供給する熱媒体供給ポンプ３３と、熱媒体タンク３２から熱媒体供給ポンプ３３を介して熱媒体流路３０へ供給される熱媒体の供給路３４とを備えて構成される。

【0070】

熱媒体タンク３２には、内部に貯留された熱媒体を冷却・加熱するシステムが設けられており、これにより熱媒体タンク３２に所定温度の熱媒体を貯留することができる。熱媒体供給ポンプ３３は、容器３に設けられた温度センサ３５の検出温度に基づいて制御される。熱媒体流路３０へ供給された熱媒体は、熱媒体流路３０の他端部に接続された熱媒体戻し道３６を介して、熱媒体タンク３２内に戻される。

【0071】

本第三の実施例の特性試験装置１によれば、容器３の厚みに設けた少なくとも１本の熱媒体流路３０に熱媒体を供給することで、容器３および平板状試験片２の温度を所定の温度に設定することが可能となる。

【0072】

また、本第三の実施例の特性試験装置１によれば、容器３および平板状試験片２の温度を迅速に変化させつつ試験を行うことができる。たとえば、予め設定しておいた第一設定温度から第二設定温度へ変化、または、第一設定温度と第二設定温度との間を繰り返し変動させつつ行うこともできる。これは、温度センサ３５の検出温度に基づき、熱媒体タンク３２の温度および熱媒体供給ポンプ３３との流量を制御することでなされる。

【0073】

また、本第三の実施例の熱媒体は、例えば、温水、冷水、蒸気、液水と蒸気の二層流であってもよい。また、シリコーン油、ダウサムA、空気、アセトン、液体窒素、液体ヘリウム、二酸化炭素、フロン、アンモニア、アルコールなどでもよい。

【0074】

また、容器３は、上記第一の実施例では、鉄、ニッケル、クロムの少なくとも１種類の元素を含む金属製としたが、鉄よりも熱伝導性に優れた銅製または銅合金製、アルミニウムまたはアルミニウム合金製、カーボン製であってもよい。

【0075】

図４には、流体供給手段９と、第一流体排出系統１５と、第二流体供給手段１２と、第二流体排出系統１６と、第一背圧弁１８と、第一アクチュエータ１９と、濃度分析計２８と、データ収録系２９と、熱媒体供給手段３１とを備えている場合の特性試験装置１を図示したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、特性試験装置１は、流体供給手段９と、第一流体排出系統１５と、熱媒体供給手段３１とを備えている場合、第二流体供給手段１２と、第二流体排出系統１６と、熱媒体供給手段３１とを備えている場合、流体供給手段９と、第一流体排出系統１５と、第二流体供給手段１２と、熱媒体供給手段３１とを備えている場合、流体供給手段９と、第二流体供給手段１２と、第二流体排出系統１６と、熱媒体供給手段３１とを備えている場合であってもよい。これらの場合において、第一流体排出系統１５又は第二流体排出系統１６に背圧弁とアクチュエータとを備えている場合と備えていない場合の組み合わせがあり、少なくとも何れかに一組の背圧弁とアクチュエータの組み合わせを備えているものであればよい。

【0076】

上記実施形態から次の技術的思想が把握できる。
（１）第一空間（前記作用空間）の内圧と第二空間（前記第二の作用空間）の内圧との差圧を変動させることで前記流体により少なくとも前記試験片の一方面に負荷を与えることを特徴とする特性試験装置。

【0077】

この（１）の発明によれば、大掛かりで複雑な構造の部位は必要なく、低コストの特性試験装置を提供することができる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、水素環境に晒される供試体のガス透過性や疲労特性などの材料特性を評価する特性試験装置に適用されるものである。

【符号の説明】

【0079】

１ 特性試験装置
２ 平板状試験片（試験片）
３ 容器
４ 容器上部
５ 第一空間（作用空間，第一の作用空間）
６ 容器下部
７ 第二空間（第二の作用空間）
８ パッキン
９ ガスボンベ（流体供給手段）
１０ 圧縮機
１１ 第一流体供給系統
１２ ガスボンベ（第二流体供給手段）
１３ 圧縮機
１４ 第二流体供給系統
１５ 第一流体排出系統（流体排出手段）
１６ 第二流体排出系統（第二流体排出手段）
１７ 圧力計
１８ 第一背圧弁（流体圧力調節手段）
１９ 第一アクチュエータ（圧力制御手段）
２０ 圧力計
２１ 第二背圧弁（第二流体圧力調節手段）
２２ 第二アクチュエータ（第二圧力制御手段）
２３ 圧力センサ
２４ 圧力センサ
２５ 台形波の曲げ荷重
２６ 矩形波の曲げ荷重
２７ 三角波の曲げ荷重
２８ 濃度分析計（濃度分析手段）
２９ データ収録系
３０ 熱媒体流路
３１ 熱媒体供給手段
３２ 熱媒体タンク
３３ 熱媒体供給ポンプ
３４ 供給路
３５ 温度センサ
３６ 熱媒体戻し道

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】