JPH09196836A - 熱疲労試験機 - Google Patents

熱疲労試験機

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JPH09196836A
JPH09196836A JP8009291A JP929196A JPH09196836A JP H09196836 A JPH09196836 A JP H09196836A JP 8009291 A JP8009291 A JP 8009291A JP 929196 A JP929196 A JP 929196A JP H09196836 A JPH09196836 A JP H09196836A
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JP
Japan
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cooling gas
temperature
cooling
temp
thermal fatigue
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JP8009291A
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English (en)
Inventor
Jun Horikawa
純 堀川
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波誘導加熱における熱疲労試験で冷却ガ
スを試験片に噴射して温度制御を行う場合、昇温過程と
降温過程では微妙に異なり、これを1個の制御系で冷却
ガス噴射の制御を行うことは不可能である。このような
問題点を解決する熱疲労試験機特に冷却ガス噴射制御機
構を提供する。 【解決手段】 試験片TPを高周波誘導加熱するととも
に冷却ガスを噴射して冷却させ、試験片TPの温度を所
望の値に制御しながら試験片TPの熱疲労を実証する疲
労試験機において、昇温用冷却ガス源SEと降温用冷却
ガス源CEの2個設けるとともに、これらガスの噴射量
を制御する昇温用冷却ガス制御弁SVと降温用冷却ガス
制御弁CVを設置し、昇温時と降温時ではそれぞれ異な
る冷却ガスにて試験片TPの温度を所望の値に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、試験片を高周波
誘導加熱するとともに冷却ガスを噴射して冷却させ、試
験片の温度を所望の値に制御しながら試験片の熱疲労を
実証する疲労試験機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の疲労試験機においては、通常図
6に示すように、試験片TPを高周波誘導加熱コイルK
等により加熱するとともに、冷却ガスを噴射ノズルNか
ら吹き付けることによって冷却し、所望のプログラムに
従った温度制御を行いつつ疲労試験を行うようになって
いる。加熱方式としては、高周波誘導加熱方式以外に熱
風吹付方式や抵抗加熱方式さらには赤外線加熱方式等も
あるが、高速での制御を可能にするため高周波誘導加熱
方式がよく採用されている。なお、冷却ガスを噴射ノズ
ルNから吹き付ける場合、図6に示すように複数本を試
験片TPの長手方向に沿って配置し、試験片TPの全長
にて均一に冷却されるようになっている。冷却ガスとし
ては、冷却空気あるいは窒素ガス(N2 )が用いられ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記高周波誘導加熱
は、高周波によって発生する磁界の変化から試験片TP
に電流が流れ、その熱損失によって試験片TP自体が発
熱するのである。したがって、この発熱は試験片Tの磁
気的性格によって大きく左右される。ところで、この磁
気的性格は、昇温過程と降温過程で異なる。例えば鉄の
マルテンサイト組織においては、摂氏670度から摂氏
700度の間で磁気変態を起こすが、その場合昇温過程
と降温過程では磁気変態がおこる温度が異なり、いわゆ
るヒステリシス現象を起こすのである。そのために高周
波誘導加熱における制御は、昇温過程と降温過程では微
妙に異なり、したがって1個の冷却ガス噴射系を制御プ
ログラムで制御することは不可能である。特にプログラ
ムに沿って高速でかつ緻密な制御が求められる疲労試験
においては、精度良好な制御の熱疲労試験が実現できな
かった。この発明はこのような問題点を解決する熱疲労
試験機を提供せんとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明が提供する熱疲
労試験機は、試験片を高周波誘導加熱するとともに冷却
ガスを噴射して冷却させ、試験片の温度を所望の値に制
御しながら試験片の熱疲労を実証する疲労試験機におい
て、昇温用冷却ガス源と降温用冷却ガス源の2個設ける
とともに、これらガスの噴射量を制御する昇温用冷却ガ
ス制御弁と降温用冷却ガス制御弁を設置し、昇温時と降
温時ではそれぞれ異なる冷却ガスにて試験片の温度を所
望の値に制御するようにしたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】図1は、この発明が提供する熱疲
労試験機における温度制御についての概略的な構成を示
す図で、TPは試験片であり、Kは高周波誘導加熱コイ
ル、そしてNは冷却ガス噴射ノズルを示している。試験
片TPの加熱温度は、図示していないが熱電対などの温
度測定手段にて測定され、その信号がフィードバックさ
れて温度制御装置TCによる制御が行なわれる。この制
御方式は例えば比例・積分・微分制御いわゆるPID制
御方式で制御が行われるようになっている。この温度制
御装置TCからの出力信号の一つは高周波誘導加熱駆動
装置KDの制御信号となり、他方の一つは冷却ガス噴射
式の冷却制御信号となる。
【0006】この発明においては、この冷却ガス噴射の
制御を昇温用と降温用で別々に行わせる点に特徴があ
り、昇温用冷却ガス源SEと降温用冷却ガス源CEの2
個の冷却ガス源が設置されるとともに、このそれぞれの
ガス源SE、CEに対応して設置された昇温用冷却ガス
制御弁SVと降温用冷却ガス制御弁CVに対して制御信
号が入力されるようになっている。そして、それぞれの
制御弁SVあるいはCVを経た冷却ガスがノズルNを介
して試験片TPに噴射される。CRは切換器で、昇温時
と降温時が切換えられる際その都度切換えられる。この
切換えは温度制御装置TCからの信号により自動的に行
われるようになっている。特に、例えば鉄のマルテンサ
イト組織においては、摂氏670度から摂氏700度の
間で磁気変態を起こすから温度が摂氏670度から摂氏
700度の間にある際は制御を昇温過程で行う場合と降
温過程で制御する場合はその区別を判別して、温度制御
装置TCからの切換信号が出され、冷却ガス供給が切換
えられる。
【0007】昇温用冷却ガス制御系と降温用冷却ガス制
御系は、両者ともに同一のものとして構成されている。
そこで以下、降温用冷却ガス制御系を取り上げて、その
構成を図2から図5に基づいて説明する。図2は降温用
冷却ガス制御弁CVを中心にガス流路系を装備した制御
装置UNが示されている。図示していない降温用冷却ガ
ス源CEからのガスは、配管L1からガス減圧弁ユニッ
トGVに導かれ、フィルタFを経て配管L2を介して制
御弁CVに供給される。ここでその流量に所定の制御が
行われた降温用冷却ガスは配管L3を介してガス分岐マ
ニホールドMHに導かれる。そして、このガス分岐マニ
ホールドMHからは4本の細管P1〜P4に分岐されて
それぞれのノズルNに圧送されるようになっている。
【0008】さて、配管L2とL3の間に介設された制
御弁CVの構成は図3に示されている。図3は制御弁C
Vの断面図を示しており、ガス流量の制御は配管L2と
L3の間に介設された弁ハウジング1に回転可能に設け
られた回転形流量制御弁2の回転制御により行われる。
即ち、この回転形流量制御弁2の回転制御は、温度制御
装置TCからの制御信号によって作動するモータ3によ
り行われ、回転形流量制御弁2の回転量はロータリエン
コーダ4にて検出されて温度制御装置TCにフィードバ
ックされるようになっている。回転形流量制御弁2とモ
ータ3およびロータリエンコーダ4は一つの軸芯上にに
て互いに連結固定されていて、モータ3の回転量が正確
に回転形流量制御弁2とロータリエンコーダ4に伝動さ
れる。回転形流量制御弁2の形状は図4と図5に示され
ているように、円筒体状で中央部に流量制御用の流路2
Rが穿設され、この流路2Rの両端部には微細な流量制
御を可能にするための楔形溝2Kが形成されている。円
筒体外周面の両端部にはシール用の溝が複数本形成され
ている。
【0009】降温用冷却ガス制御弁CVは以上のように
構成されていて、降温過程でおこる磁気変態による温度
特性を考慮してガスの流量即ち最終的にはノズルからの
噴射量の精密な制御が保障される。上述したように、昇
温用冷却ガス制御弁SVの構成も降温用冷却ガス制御弁
CVの構成と同一であり、これら両制御弁の作動で冷却
ガス制御が適格に行われる。
【0010】この発明が提供する熱疲労試験機、特に温
度制御としての冷却ガス供給制御機構は以上のとおりで
あるが、上記ないし図示例以外にもこの特徴を生かした
種々の変形実施例を包含するものである。まず、ガス供
給制御弁の構成であるが、図示例ではでモータに直結で
きて構造簡略な回転形流量制御弁としたが、電気油圧式
サーボ弁と連結して広範囲な制御ができる弁軸方向変位
形のスプール弁で構成することもできる。また、上記に
おいては昇温用冷却ガス制御弁SVの構成も降温用冷却
ガス制御弁CVの構成を同一としたが、それぞれの構成
を変え、昇温と降温の温度特性に見合ったものになるよ
う構成してもよい。更に図示例では、ガス流路系に種々
の機器を介在させたが、これらは必須の機器ではなく、
適宜、変更、省略することも可能である。ノズルの個数
は図示例では4個として均一冷却できるよう配慮した構
造としたがこれに限定されず、試験片の長手方向に沿っ
て広幅口ノズルを1個設け構造を簡略化することも可能
である。
【0011】さらに図示例では、ノズルは昇温用冷却ガ
スと降温用冷却ガスの噴射を同一のノズルで兼用させる
実施例を示しているが、昇温用冷却ガスと降温用冷却ガ
スの噴射をそれぞれ別々のノズルで行う方式とすること
も可能である。この方式では流路の切換機構が不要であ
り、かつ試験片への昇温用冷却ガスと降温用冷却ガスの
噴射が完全に切り替えられるという利点がある。この発
明はこれら全ての変形例を包含するものである。
【0012】この発明をまとめるとつぎのとおりであ
る。
【0013】付記1 試験片を高周波誘導加熱するとともに冷却ガスを噴射し
て冷却させ、試験片の温度を所望の値に制御しながら試
験片の熱疲労を実証する疲労試験機において、昇温用冷
却ガス源と降温用冷却ガス源の2個設けるとともに、こ
れらガスの噴射量を制御する昇温用冷却ガス制御弁と降
温用冷却ガス制御弁を設置し、昇温時と降温時ではそれ
ぞれ異なる冷却ガスにて試験片の温度を所望の値に制御
するようにしたことを特徴とする熱疲労試験機。
【0014】付記2 試験片を高周波誘導加熱するとともに冷却ガスを噴射し
て冷却させ、試験片の温度を所望の値に制御しながら試
験片の熱疲労を実証する疲労試験機において、昇温用冷
却ガス源と降温用冷却ガス源の2個設けるとともに、こ
れらガスの噴射量を制御する昇温用冷却ガス制御弁およ
び降温用冷却ガス制御弁と、試験片に冷却ガスを噴射す
るノズルと、このノズルへの昇温用冷却ガスおよび降温
用冷却ガスを切り換え供給する切換機構とを設け、昇温
時と降温時ではそれぞれ異なる冷却ガスにて試験片の温
度を所望の値に制御するようにしたことを特徴とする熱
疲労試験機。
【0015】付記3 試験片を高周波誘導加熱するとともに冷却ガスを噴射し
て冷却させ、試験片の温度を所望の値に制御しながら試
験片の熱疲労を実証する疲労試験機において、昇温用冷
却ガス源と降温用冷却ガス源の2個設けるとともに、こ
れらガスの噴射量を制御する昇温用冷却ガス制御弁およ
び降温用冷却ガス制御弁と、これら各ガス制御弁にそれ
ぞれ接続され昇温用冷却ガスおよび降温用冷却ガスを試
験片に噴射するそれぞれのノズルとを設け、昇温時と降
温時ではそれぞれ異なる冷却ガスにて試験片の温度を所
望の値に制御するようにしたことを特徴とする熱疲労試
験機。
【0016】
【発明の効果】この発明が提供する熱疲労試験機特に試
験片温度制御機構は以上説明したのとおりであるから、
試験片の高周波誘導加熱による磁気変態にたいしてもそ
の特殊な温度変化に十分追従するよう冷却ガスの噴射を
可能とし、所望の制御を実現できて、精度の良好な熱疲
労試験を行うことができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による熱疲労試験機の構成を概略的に
示す図である。
【図2】この発明による熱疲労試験機の冷却ガス供給機
構の構成を示す図である。
【図3】この発明の熱疲労試験機における冷却ガス供給
制御弁の構成を示す図である。
【図4】この発明の熱疲労試験機における冷却ガス供給
制御弁の構成を示す図である。
【図5】この発明の熱疲労試験機における冷却ガス供給
制御弁の構成を示す図である。
【図6】この発明の熱疲労試験機における試験片加熱機
構の構成を示す図である。
【符号の説明】
TP…試験片 K…高周波誘導加熱コイル N…冷却ガス噴射ノズル TC…温度制御装置 KD…高周波誘導加熱駆動装置 SE…昇温用冷却ガス源 CE…降温用冷却ガス源 SV…昇温用冷却ガス制御弁 CV…降温用冷却ガス制御弁 1…弁ハウジング 2…回転形流量制御弁 3…モータにSG…標線器 4…ロータリエンコーダ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試験片を高周波誘導加熱するとともに冷却
    ガスを噴射して冷却させ、試験片の温度を所望の値に制
    御しながら試験片の熱疲労を実証する疲労試験機におい
    て、昇温用冷却ガス源と降温用冷却ガス源の2個設ける
    とともに、これらガスの噴射量を制御する昇温用冷却ガ
    ス制御弁と降温用冷却ガス制御弁を設置し、昇温時と降
    温時ではそれぞれ異なる冷却ガスにて試験片の温度を所
    望の値に制御するようにしたことを特徴とする熱疲労試
    験機。
JP8009291A 1996-01-23 1996-01-23 熱疲労試験機 Pending JPH09196836A (ja)

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JP8009291A JPH09196836A (ja) 1996-01-23 1996-01-23 熱疲労試験機

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100782792B1 (ko) * 2003-08-22 2007-12-05 한국원자력연구원 열피로시험을 위한 열응력 발생장치의 제어 장치 및 제어방법
JP2008058017A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Shimadzu Corp 金属熱疲労試験機
CN103674753A (zh) * 2013-12-09 2014-03-26 昆明理工大学 一种热冲击和热疲劳的试验平台
CN108896420A (zh) * 2018-05-11 2018-11-27 首钢集团有限公司 一种抑制管线钢高频疲劳发热的试验装置
CN110411883A (zh) * 2018-04-28 2019-11-05 上海交通大学 一种热疲劳试验装置
KR20220158399A (ko) * 2021-05-24 2022-12-01 현대제철 주식회사 극저온 시험 장치

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