JPH0453547Y2

JPH0453547Y2 -

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Publication number: JPH0453547Y2
Application number: JP6650087U
Authority: JP
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1992-12-16
Also published as: JPS63172926U

Description

【考案の詳細な説明】「考案の目的」（産業上の利用分野）本考案は、セラミツクス成形物等に対する高温
環境下での音速測定が可能な装置に関するもので
ある。

（従来技術の背景）エンジンブロツク、耐火煉瓦等のセラミツクス
成形物は、高温環境下で使用されるものである。
しかも、その使用時には、機械振動、交通振動、
地震、その他の動荷重を受ける。従つてこれらの
セラミツクス成形物は、強度に関するひとつの目
安として、使用温度及び該使用温度に昇温するま
での各環境温度ついて、それぞれの動弾性率を測
定しておく必要があつた。このようなことは、屋
根瓦、タイル等を過酷な条件下で使用するとき
や、その製造中の問題についても同様なことが言
える。

ところで、前記動弾性率は、セラミツクス成形
物の密度と音速値との関係において導き出すこと
ができる。このためには、高温環境下におけるセ
ラミツクス成形物中の音速値を測定しなければな
らないが、従来は、高温環境で音速測定を実現
し、且つその測定を簡単に行うことのできる装置
はなかつた。

本考案は、上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、セラミツクス成形物に対して、高温
環境下での音速測定を可能にし、且つ、その測定
が簡単に、しかも繰り返し行える、新規なセラミ
ツクス成形物用音速測定装置（以下、本案装置と
いう）を提供することを目的とする。

「考案の構成」（問題点を解決するための手段）本案装置の要旨とするところは、一端にセラミ
ツクス成形物のサンプル用押圧端面が形成され他
端に超音波送受装置が取り付けられて成る耐熱性
の超音波導波棒と、該超音波導波棒の押圧端面に
対向して設けられ自在継手を備えた支持体に支持
されたサンプル安定体と、前記超音波導波棒の押
圧端面及びサンプル安定体の相互間に形成される
サンプル挟持領域を加熱する高温炉と、前記超音
波導波棒又はサンプル安定体のいずれか一方又は
双方を進退させる進退機構と、前記超音波導波棒
の押圧端面に被着される展延性金属又はその合金
から成る箔状の接触媒質とから構成されている点
にある。

（作用）超音波送受装置から放射された超音波は、超音
波導波棒を伝搬してセラミツクス成形物のサンプ
ルに到達する。サンプルの表面及び裏面からの反
射波は、再び超音波導波棒を伝搬して超音波送受
装置へと帰着するが、その帰着波は、サンプルの
肉厚に影響して複数のパルス音波になつている。
従つて、各パルス音波相互の時間差を測定すれ
ば、求める音速値が得られる。前記サンプルは、
高温炉による加熱によつて、所望の高温環境下に
おくことができるから、各高温環境下での音速値
が得られる。なお、前記超音波導波棒と協同して
サンプルを保持するサンプル安定体は、その支持
部に自在継手部を備えている。該自在継手部は、
前記超音波導波棒の押圧端面に対するサンプルの
密着性を高めるためのものである。

ところで、音速測定を行う装置として必要なこ
とは、超音波導波棒の押圧端面とサンプルとの両
者が密着して、両者間での超音波の吸収減衰や拡
散等を防止するようにすることであるが、これが
高温下でも保証されるようにしなければならな
い。また、この種測定装置としては、サンプルを
簡単に交換できるようにしておくことも必要であ
る。この両要求を解決するため、本案装置では、
超音波導波棒の押圧端面に箔状の接触媒質を被着
させた。該接触媒質は、展延性を有する金属又は
その合金から成り、サンプルの粗面に沿つて密着
状態を形成する。該接触媒質は、高温に加熱した
後も、超音波導波棒及びサンプルと溶融結合する
ことは決してないから、簡単に取り外すことがで
き、繰り返しの音速測定が極めて簡単にできる。

（実施例）以下本考案は、その実施例を示す図面に基づい
て説明すると次の通りである。

第１図は本案装置を一部切り欠いて示す側面図
である。本案装置は、超音波導波棒１とサンプル
安定体２と高温炉３と進退機構４と接触媒質５
（第２図参照）とから構成されている。本実施例
に示す本案装置は、架台１０上に、上記各構成体
を一体的に配設するようにしてある。

超音波導波棒１は、石英ガラスを素材として丸
棒状に形成されて成る。石英ガラスは、超音波の
伝搬性が極めて高く、耐熱性にも優れている。該
超音波導波棒１の一端には、その棒軸性に直交
し、鏡面状に研磨された押圧端面１ａが形成され
ている。該超音波導波棒１の外周面には、その全
長にわたつて雄螺子１ｂが刻設されている。該雄
螺子１ｂは、縦波の遅れ波（屈折波）を除去する
ための措置である。また、該超音波導波棒１にお
ける押圧端面１ａとは反対側の端面には、超音波
送受装置６が取り付けられている。該超音波送受
装置６には、図示は省略するが、エコー除去装置
やオシロスコープ等が接続されており、その全体
としてパルスエコー法による超音波測定系を構成
している。

サンプル安定体２は、前記超音波導波棒１の押
圧端面１ａと対向して設けられており、その対向
領域にサンプル１３を挟持するようになつてい
る。該サンプル安定体２は、セラミツクスを素材
として筒状に成形されている（筒孔を破線で示
す）。また、該サンプル安定体２には、その支持
部７に自在継手部８が備えられている。該自在継
手部８は、前記サンプル安定体２の筒孔開口縁
と、アルミナ製の真球８ａと、前記サンプル安定
体２と略々同様な形状をした筒部材８ｂの筒孔開
口縁との夫々が、互いに接合されて成る。従つ
て、前記超音波導波棒１をサンプル１３を介して
サンプル安定体２へ押し付けることで、超音波導
波棒１の押圧端面１ａとサンプル１３との当接及
びサンプル１３とサンプル安定体２との当接が密
接的に行われるようになる。なお、前記支持体７
を横架保持する起立台９は、超音波導波棒１の軸
線に沿つた方向に進退可能になされており、サン
プル１３の保持位置を進退調節できるようになつ
ている。

高温炉３は電気炉であつて、その炉内に、前記
超音波導波棒１の約半長及びサンプル安定体２用
の支持体７の約半分長を位置付ける如く設置され
ている。そしてその炉内温度は、超音波導波棒１
の押圧端面１ａとサンプル安定体２との間のサン
プル挟持領域で、最も高い温度分布を示すように
なされている。炉内温度は、1000℃までの範囲で
所望の高温環境を得ることができる。

進退機構４は、前記超音波導波棒１を高温炉３
の内外方向へ進退させるものであつて、本実施例
では、0.3〜1.3MPaの範囲で押圧力が可変なエア
ーシリンダを用いてある。エアーシリンダを用い
れば、サンプル１３を加熱したときの微小な熱膨
張を吸収できるので、誤差の少ない音速値を測定
することが可能となる利点がある。また、本実施
例においては、進退機構４との前記超音波送受装
置６との接続間に、フローテイングコネクタ１１
を介設させ、超音波導波棒１の架設姿勢に若干の
調節を可能としてある。

第２図に示すように、接触媒質５は、前記超音
波導波棒１の押圧端面１ａに被着されている。該
接触媒質５は、展延性を有する金属又はその合金
から成る箔状のものである。本実施例では、
17μmの厚さを有するアルミホイルや、10μmの厚
さを有する白金箔を用いた。

言うまでもなく、前記接触媒質５は固体であ
り、その融点も、600℃以上を保持する。即ち、
高温炉３による加熱によつても、超音波導波棒１
やサンプル１３と溶融結合するおそれはなく、冷
却後には、超音波導波棒１の押圧端面１ａから簡
単に取り除くことができる。従来、室温中で音速
測定を行う場合は、前記接触媒質としてハチミツ
や白金ペーストを用いることはあつた。言うまで
もなく、ハチミツでは高温環境に耐えられない。
また、白金ペーストは時間経過と共に硬化するも
のであるから、該白金ペーストを本案装置の接触
媒質として使用すると、音速測定後に、超音波導
波棒１がサンプル１３と固着してしまい、その取
り外しは勿論のこと、サンプル１３表面から白金
ペーストの除去及び超音波導波棒１における押圧
端面１ａの研磨、更には超音波導波棒１の装着調
節等に関する、極めて面倒な修復作業が必要にな
つてしまう。これに対し、アルミニウム又は展延
性を有するアルミニウム合金から成る箔状の接触
媒質５を用いる本案装置では、上記の如き面倒極
まる修復作業は全く不要である。

本案装置により測定された音速値を、第３図に
折れ線グラフで示す。そしてこの各温度での音速
値を次式に装入すれば、セラミツクス成形物にお
ける高温環境下での動弾性率Ｅが求まる。

Ｅ＝2ρ・Vs²（１＋ν）但し、 ν＝１／２（VL²−2Vs²／VL²−Vs²）＝１／２（１−１／VL／Vs²−１ ρ：サンプルの密度 ν：ポアツソン比 Vs：横波音速値 VL：縦波音速値また、前記各音速値を次式に装入することによ
り、セラミツクス成形物における各環境温度下で
の体積弾性率Ｂや剛性率Ｇを求めることもでき
る。

Ｂ＝ρ（VL²−４／３Vs²）Ｇ＝ρ・Vs² （別態様の検討）進退機構４は、エアーシリンダを用いることに
限定されるものではなく、油圧や水圧又は電圧を
駆動源とするシリンダー等を用いてもよい。ま
た、高温炉３は、電気炉に限らず、その他公知の
加熱装置に変更可能である。尚、超音波送受装置
６を主体とする超音波測定系は、パルスエコー法
を実施する構成になつているが、該パルスエコー
法には、パルス・スーパー・ボジシヨン法、パル
ス・エコー・オーバーラツプ法、フエイズ・コン
パリスン法、シングアランウンド法等があり、本
案装置は、いずれの方法で実施してもよい。この
ように、本案装置の構成及び形状は、実施の態様
に応じて適宜変更可能である。

「考案の効果」以上の説明で明らかなように、本考案に係る高
温下のセラミツクス成形物用音速測定装置によれ
ば、高温環境下でのセラミツクス成形物音速値を
測定することが可能となつた。また、一回の音速
測定後には、接触媒質及びサンプルを交換するだ
けの至極簡単な作業により、音速測定が繰り返し
実施できる。しかも、超音波導波棒の長さ等に関
する測定条件等は、音速測定を幾度繰り返しても
変化しないものであるから、サンプル相互の比較
について正確なデータが得られる等、幾多の優れ
た利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案装置を一部切り欠いて示す側面
図、第２図はサンプルの挟持状況を拡大して示す
側面図、第３図は本案装置によつて得られた音速
値を示す折れ線グラフである。１……超音波導波棒、１ａ……押圧端面、２…
…サンプル安定体、３……高温炉、４……進退機
構、５……接触媒質、６……超音波送受装置、７
……支持体、８……自在継手部、１３……サンプ
ル。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

一端にセラミツクス成形物のサンプル用押圧端
面が形成され他端に超音波送受装置が取り付けら
れて成る耐熱性の超音波導波棒と、該超音波導波
棒の押圧端面に対向して設けられ自在継手を備え
た支持体に支持されたサンプル安定体と、前記超
音波導波棒の押圧端面及びサンプル安定体の相互
間に形成されるサンプル挟持領域を加熱する高温
炉と、前記超音波導波棒又はサンプル安定体のい
ずれか一方又は双方を進退させる進退機構と、前
記超音波導波棒の押圧端面に被着される展延性金
属又はその合金から成る箔状の接触媒質とから構
成されていることを特徴とする高温下のセラミツ
クス成形物用音速測定装置。