JP2002340762A - スクリーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 （１）被検査物に対して加える荷重と変形量
との関係を、段階的でなく連続した検査データとしてよ
り高精度に求めることができ、（２）検査時の被検査物
の姿勢が水平方向に制限されることがなく、（３）検査
時の被検査物に対して衝撃荷重を加えるのを防止でき、
（４）検査を行う作業者の負担を軽減させることができ
る、手段の提供を課題とする。 【解決手段】 検査対象の発電セル１に対する相対位置
が固定可能な基台部２０と、同発電セル１に対して線形
荷重を加えるとともにその変形量を測定する検査部３０
と、同発電セル１に対する検査部３０の相対位置調整を
行う相対位置調整部４０とを備えた構成を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔性セラミック
スなどの脆性を有する被検査物の曲げ強度検査に用いて
好適な、スクリーニング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多孔性セラミックスは、その機能的性状
を利用して発電セル、脱塵フィルターなどの次世代製品
の開発に採用されつつあるが、機械的強度が脆い性質も
併せ持っている。例えば図５に示す発電セル１，・・・と
して採用した場合、これら発電セル１，・・・に亀裂等の
欠陥が生じてしまうと、燃料ガス（水素ガス）がリーク
して発電機能が停止してしまう不具合が生じることとな
る。すなわち、同図に示す各発電セル１，・・・は、長尺
の中空円筒形状をなしており（図６にて後述）、その内
部空間に水素ガス、外周囲に空気を供給することで、壁
面に多数形成された極めて微細な孔を通してイオンを流
し、発電するようになっている。これら発電セル１，・・
・は、例えば数百本が互いに所定寸法の隙間を保った状
態に束ねられ、燃料ヘッダー２に対して鉛直方向に吊り
下げ支持されるものである。

【０００３】前述のような不具合を未然に防ぐ手段とし
ては、製品出荷時の工場検査（製品としての信頼性を確
認する検査）や、製品運搬後の現地検査（運搬により各
発電セル１，・・・に対して衝撃破壊が生じてないか確認
する検査）や、発電セル発停時の現地検査（各発電セル
１，・・・に対して、周囲環境の影響による破壊が生じて
いないかを確認する検査）が必須であり、これら検査に
は、曲げ強度検査、いわゆる荷重スクリーニングが適用
されることになる。図６に、従来の方法による荷重スク
リーニングの実施状況を示す。同図に示すように、まず
発電セル１の一端１ａ（前記燃料ヘッダー２に固定され
る側）を固定することで水平状態に片持ち支持した後、
他端１ｂに対して試験治具３を装着する。そして、この
試験治具３に対して分銅４を順次乗せて荷重を増やして
いくことで、図７に示すような、他端１ｂの変位δを測
定していく。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな分銅４による荷重負荷方式の片持梁強度測定では、
以下の問題を有していた。すなわち、 （１）分銅荷重Ｗ１から分銅荷重Ｗ２、分銅荷重Ｗ２か
ら分銅荷重Ｗ３、・・・、分銅荷重Ｗ４から分銅荷重Ｗ
５へと、ステップ的に荷重を増やしていく（荷重精度が
段階的である）検査方法であるため、検査データとして
は図７で示したように連続性に欠けたものしか取れない
という問題である。このような段階的な検査データで
は、例えば分銅荷重Ｗ３から分銅荷重Ｗ４に荷重を増や
した時点で発電セル１の破損が確認された場合、分銅荷
重Ｗ３から分銅荷重Ｗ４にかけての間で破損したと粗く
判断するしかなく、分銅荷重Ｗ３及び分銅荷重Ｗ４間の
どこで破損したかまでを特定する精度を持つことができ
ない。

【０００５】（２）各発電セル１，・・・の検査は、片持
ち支持した状態で行う必要があるため、検査時は、その
軸線が水平方向を向く姿勢状態に制約されることとな
る。これにより、例えば図５で示したような鉛直方向を
向いたままの各発電セル１，・・・に対して、その鉛直支
持状態のままで検査をすることができないという問題が
生じることとなる。これは、検査場所が限定される現地
検査で特に問題となる。

【０００６】（３）分銅荷重Ｗ１〜Ｗ５を増やしながら
検査を行うに際しては、図６で示したように分銅４を１
個づつ上乗せしながら行うが、検査を行う作業者が手違
いで落とすように分銅４を上乗せしてしまった場合、検
査中の発電セル１に対して衝撃荷重が加わることとな
り、健全な発電セル１をも破損させてしまう問題を生じ
る恐れがある。

【０００７】（４）各発電セル１，・・・の本数として
は、発電容量にもよるが、数百本オーダーになる場合が
あり、このような多数本の発電セル１，・・・のそれぞれ
に対して、衝撃荷重を加えることのないように分銅荷重
Ｗ１〜Ｗ５を加えながら検査を行うことは、検査を行う
作業者に対して多大な労力を要求するという問題を有し
ていた。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、（１）被検査物に対して加える荷重と変形量と
の関係を、段階的でなく連続した検査データとしてより
高精度に求めることができ、（２）検査時の被検査物の
姿勢が水平方向に制限されることがなく、（３）検査時
の被検査物に対して衝撃荷重が加わるのを防止でき、
（４）検査を行う作業者の負担を軽減させることができ
る、手段の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明
の請求項１に記載のスクリーニング装置は、被検査物の
曲げ強度検査に用いられるスクリーニング装置であり、
前記被検査物に対する相対位置が固定可能な基台部と、
該基台部に設けられ、前記被検査物に対して線形荷重を
加えるとともに該被検査物の変形量を測定する検査部
と、前記被検査物に対する前記検査部の相対位置調整を
行う相対位置調整部とを備えていることを特徴とする。

【００１０】上記請求項１に記載のスクリーニング装置
によれば、 （１）検査部により、被検査物に対して線形荷重を加え
ると、この線形荷重に応じて被検査物が線形的に変形
し、このときの線形的な変形量が、同じく検査部によっ
て測定される。 （２）被検査物の姿勢に合わせて、検査部の位置を調整
することができるので、検査時の被検査物の姿勢が水平
方向に制限されることがない。 （３）従来のように分銅の上乗せにより荷重を与えるの
ではなく、検査部による線形荷重を徐々に加える検査方
法であるため、被検査物に対して衝撃荷重を加えてしま
うことがない。 （４）従来のように各被検査物に対して分銅荷重を段階
的に加えながら各分銅荷重点毎のポイントデータを取得
していく方法とは異なり、線形荷重を加えながら同時に
変形量を取得していく検査方法であるので、検査を行う
作業者の負担を軽減させることができる。

【００１１】請求項２に記載のスクリーニング装置は、
請求項１に記載のスクリーニング装置において、前記検
査部が、前記被検査物に対して前記線形荷重を加える負
荷シャフトを備え、該負荷シャフトと前記被検査物との
間が、延長接続治具により接続されていることを特徴と
する。

【００１２】上記請求項２に記載のスクリーニング装置
によれば、延長接続治具により、検査部と被検査物との
間を離間させた状態で接続することができる。すなわ
ち、例えば被検査物の周囲に障害物が存在し、検査部の
負荷シャフトが被検査物まで直接届かない場合であって
も、延長接続治具を介して両者を接続することができ、
その接続状態を確保したまま、検査を実施することがで
きるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のスクリーニング装置は、
被検査物の曲げ強度検査に用いられる装置であり、その
一実施形態についての説明を、図面を参照しながら以下
に行うが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでな
いことは、勿論である。図１は、本実施形態のスクリー
ニング装置を示す側面図である。また、図２は、同スク
リーニング装置の要部を示す図であって、図１のＡ部拡
大図である。また、図３は、同スクリーニング装置によ
るスクリーニング実施状況を示す説明図である。また、
図４は、同スクリーニング装置による検査結果の一例を
示す図であって、横軸を荷重、縦軸を発電セルの変位と
するグラフである。

【００１４】なお、本実施形態では、ＳＯＦＣ（固体電
解質燃料電池）に用いられている多孔性セラミックス部
品である、セラミックスセルの曲げ強度検査を行う装置
として構成した場合を例に説明を行うものとする。そし
て、セラミックスセルとしては、従来の技術において図
５を用いて説明した、燃料ヘッダー２の下方に吊り下げ
支持された状態の各発電セル１，・・・の曲げ強度検査を
行う場合を例に説明を行う。

【００１５】図１に示すように、本実施形態のスクリー
ニング装置１０は、検査対象の発電セル１（被検査物）
に対する相対位置が固定可能な基台部２０と、該基台部
２０上に据え付けられ、検査対象の発電セル１に対して
線形荷重を加えるとともに該発電セル１の変形量を測定
する検査部３０と、検査対象の発電セル１に対する検査
部３０の相対位置調整を行う相対位置調整部４０とを備
えて概略構成されている。

【００１６】基台部２０は、相対位置調整部４０が据付
固定される装置支持ステージ２１と、該装置支持ステー
ジを支持する複数本の脚部２２と、これら脚部２２の各
下端が据付固定される台座部２３と、該台座部２３の下
面に複数固定された走行ローラ２４と、同じく台座部２
３の複数箇所に設けられたアウトリガ２５と、計器類を
脚部２２間に固定配置する計器類配置部２６とを備えて
いる。

【００１７】各アウトリガ２５は、地面Ｆに対して接地
する接地部２５ａと、該接地部２５ａを上下させる水平
レベル調整部２５ｂとを備えて構成されている。そし
て、各水平レベル調整部２５ｂを操作することにより、
スクリーニング装置１０全体としての水平レベル（地面
Ｆに鉛直な方向に対する傾き）を調整したり、または、
全ての接地部２５ａを上昇させて各走行ローラ２４を地
面Ｆに接地させ、スクリーニング装置１０を走行移動可
能な状態にしたり、または、全ての接地部２５ａを下降
させて各走行ローラ２４を地面Ｆより離間させ、スクリ
ーニング装置１０を地面Ｆ上に据え付け固定状態にした
りすることができるようになっている。

【００１８】相対位置調整部４０は、前記装置支持ステ
ージ２１に対してその中央部を貫通するように固定され
た機軸支柱４１と、該機軸支柱４１の内部に同軸に挿入
された支柱４２と、該支柱４２を機軸支柱４１に対して
上下動させる昇降ハンドル４３と、支柱４２の上端に固
定されたＹ軸移動ステージ４４と、該Ｙ軸移動ステージ
４４上に支持固定されたＸ軸移動ステージ４５と、該Ｘ
軸移動ステージ４５上に支持固定された回転ステージ４
６とを備えて構成されている。

【００１９】昇降ハンドル４３は、支柱４２の周囲に形
成されたネジ山に螺着するリング状の調整用部品であ
り、支柱４２の軸線ＣＬ回りに回転させて支柱４２を鉛
直方向に上下動させることで、その上方に支持されてい
る検査部３０の高さ位置を上下に調整することができる
ようになっている。なお、前記軸線ＣＬは、基台部２
０、検査部３０、相対位置調整部４０、そして検査対象
の発電セル１の共通の軸線である。Ｙ軸移動ステージ４
４は、検査対象の発電セル１に対する検査部３０のＹ軸
方向（図１の紙面左右方向）の位置調整を行うものであ
り、その調整ツマミ４４ａを操作することで、その上方
のＸ軸移動ステージ４５及び回転ステージ４６を介し
て、検査部３０のＹ軸方向の位置調整を行うことができ
るようになっている。

【００２０】Ｘ軸移動ステージ４５は、検査対象の発電
セル１に対する検査部３０のＸ軸方向（図１の紙面垂直
方向）の位置調整を行うものであり、その調整ツマミ４
５ａを操作することで、その上方の回転ステージ４６を
介して、検査部３０のＸ軸方向の位置調整を行うことが
できるようになっている。回転ステージ４６は、検査対
象の発電セル１に対する検査部３０の東西南北位置（前
記軸線ＣＬを中心とした回転位置）の位置調整を行うも
のであり、図示されない調整ツマミを操作することで、
その上方の検査部３０の回転位置調整を行うことができ
るようになっている。

【００２１】検査部３０は、図２に示すように、回転ス
テージ４６上に偏心した状態に固定された固定台３１
と、該固定台３１上に水平支持された負荷シャフト３２
と、該負荷シャフト３２を、検査対象の発電セル１に対
する接近離間方向（同図の紙面左右方向）に移動させる
負荷ハンドル３３と、負荷シャフト３２により発電セル
１に加えている荷重をリアルタイムに検出する荷重検出
器３４と、検査対象の発電セル１の端部１ｂの水平方向
変位をリアルタイムに検出する変位検出器３５と、曲げ
荷重を受けている状態の発電セル１の音を検出する、図
示されないＡＥセンサ（Acoustic Emmission Sensor）
と、荷重検出器３４及び変位検出器３５及びＡＥセンサ
の各検出結果を記録及び表示する表示記録器３６（図１
参照）とを備えて構成されている。

【００２２】負荷シャフト３２は、検査対象の発電セル
１（被検査物）に対して線形荷重を加える棒状部品であ
り、その側部に、前記変位検出器３５の検出部３５ａに
当接する当接板３２ａが固定されている。そして、図３
に示すように、この負荷シャフト３２の先端と発電セル
１の下端１ｂとの間は、延長キャップ３７（延長接続治
具）により接続されている。この延長キャップ３７は、
発電セル１と同軸の円柱形状を有し、実質的に発電セル
１の長さを鉛直下方に向かって延長するための治具部品
であり、前記下端１ｂに対して嵌合可能な凹部３７ａを
有している。したがって、この延長キャップ３７は、検
査対象の発電セル１側に装着され、負荷シャフト３２に
対してはフリーな状態となっている。

【００２３】一方、負荷シャフト３２の先端には、凹部
３２ｂが形成されており、該凹部３２ｂの側面３２ｂ１
のみにおいて延長キャップ３７の側面に対して当接し、
凹部３２ｂの底面に対しては所定の隙間ｃを確保し、延
長キャップ３７の底面に接触しないようになっている。
これにより、延長キャップ３７に対して側圧のみを純粋
に加えることができ、検査精度をより向上させることが
可能となっている。

【００２４】変位検出器３５は、前記当接板３２ａを介
して負荷シャフト３２の進行量を測定することにより、
発電セル１の変位量を検出する。なお、本実施形態のよ
うに延長キャップ３７を使用する場合には、その延長分
だけ発電セル１の全長が長くなるので、負荷シャフト３
２の進行量が発電セル１の変位に等しいとしてしまう
と、実際の変位よりも小さめに撓ませてしまう恐れがあ
る。したがって、この変位検出器３５は、延長キャップ
３７による延長分の補正を加えた結果を、前記表示記録
器３６に出力するようになっている。同様に、荷重検出
器３４も、延長キャップ３７を使用する場合には、その
延長分だけ発電セル１の全長が長くなるので、モーメン
トが大きくなり、大きめの荷重を加えてしまう恐れがあ
る。したがって、この変位検出器３５は、延長キャップ
３７による延長分の補正を加えた結果を、前記表示記録
器３６に出力するようになっている。

【００２５】以上説明の構成を有するスクリーニング装
置１０を用いた曲げ強度検査方法について、以下に説明
する。まず、図１に示すように、各発電セル１，・・・の
うち、検査対象の発電セル１の下端１ｂに延長キャップ
３７を装着する。そして、この延長キャップ３７に対し
て負荷シャフト３２の凹部３２ｂを接近させるように、
スクリーニング装置１０を配置する。このときのスクリ
ーニング装置１０の検査部３０は、場合によっては他の
発電セル１，・・・の真下に位置することになるが、延長
キャップ３７の装着によりスクリーニング装置１０の高
さを低くすることができるので、これら発電セル１，・・
・と検査部３０とが接触して破損させてしまう恐れを回
避可能となっている。

【００２６】次に、前記昇降ハンドル４３や前記各調整
ツマミ４４ａ，４５ａを操作することにより、延長キャ
ップ３７に対する最適位置に、負荷シャフト３２の先端
位置を微調整して合わせる。その後、負荷ハンドル３３
を作業者が手動で回し、負荷シャフト３２の先端で延長
キャップ３７を水平方向に向かって押し退けるように連
続した横荷重を加えていく。この横荷重を加えている状
態が図３であり、発電セル１に対して生じる応力分布
は、同図の右に示すように発電セル１の基端に向かって
大きくなる分布となり、また発電セル１に対して生じる
水平方向変位は、同図の左に示すように、前記基端から
端部１ｂに向かって大きくなる分布をなす。

【００２７】このようにして所定の荷重に至るまで線形
荷重を加えることにより、図４に示すような、荷重と変
位δとの間の関係を連続した線として求めることが可能
となる。そして、この検査時に、前記ＡＥセンサにより
異常音が検出された場合には、発電セル１に欠陥・破損
が生じているとして判断される。次に、同様の検査を、
前記軸線ＣＬ回りに９０度ピッチ（一例であり、その他
のピッチ間隔でも良い）で検査することで、１本の発電
セル１に対する曲げ強度検査が完了する。以上の検査要
領に基づいて全ての発電セル１，・・・を検査することに
より、曲げ強度検査が完了する。

【００２８】以上説明の本実施形態のスクリーニング装
置１０によれば、下記（１）〜（４）が可能となる。 （１）検査部３０により、検査対象の発電セル１に対し
て線形荷重を加えるとともにその変形量を測定すること
ができるので、発電セル１に対して加える荷重と変形量
との関係を、段階的でなく連続した検査データとして、
より高精度に求めることが可能となる。 （２）基台部２０及び相対位置調整部４０により、発電
セル１に対する検査部３０の相対位置の固定及び微調整
を行うことができ、なおかつ、従来のように分銅を用い
て荷重を加える方法ではないので、検査時の発電セル１
の姿勢が水平方向に制限されないようにすることが可能
となる。

【００２９】（３）検査部３０による線形荷重を加える
検査方法であるため、従来のように分銅を不用意に落下
させて衝撃荷重を加えてしまうことがない。したがっ
て、検査時の発電セル１に対して衝撃荷重を加えるのを
防止することが可能となる。 （４）従来のように発電セル１に対して分銅荷重を段階
的に加えながら各分銅荷重点毎のポイントデータを取得
していく方法とは異なり、線形荷重を加えながら同時に
変形量を取得していく検査方法であるので、検査を行う
作業者の負担を軽減させることが可能となる。

【００３０】さらに、本実施形態のスクリーニング装置
１０によれば、負荷シャフト３２と発電セル１との間を
延長キャップ３７で接続する構成を採用することによ
り、検査部３０と発電セル１との間を離間させた状態で
検査することができるようになるので、スクリーニング
装置１０の配置を柔軟にすることが可能となる。

【００３１】なお、本実施形態では、スクリーニング装
置１０を、ＳＯＦＣの発電セル１，・・・の曲げ強度検査
に用いる場合を例に説明したが、これに限らず、ＳＯＳ
Ｅ（高温水蒸気電解セル）など、その他の曲げ強度検査
に適用しても良いことは勿論である。また、負荷シャフ
ト３２は負荷ハンドル３３を手動操作することで進退さ
せるものとしたが、これに限らず、各種検出結果からの
フィードバック制御で動く電動式としても良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載のスクリーニン
グ装置によれば、 （１）検査部により、被検査物に対して線形荷重を加え
るとともにその変形量を測定することができるので、被
検査物に対して加える荷重と変形量との関係を、段階的
でなく連続した検査データとして、より高精度に求める
ことが可能となる。 （２）基台部及び相対位置調整部により、被検査物に対
する検査部の相対位置の固定及び微調整を行うことがで
き、なおかつ、分銅を用いて荷重を加える方法ではない
ので、検査時の被検査物の姿勢が水平方向に制限される
ことのないようにすることが可能となる。

【００３３】（３）検査部による線形荷重を加える検査
方法であるため、従来のように分銅を不用意に落下させ
て衝撃荷重を加えてしまうことがない。したがって、検
査時の被検査物に対して衝撃荷重を加えるのを防止する
ことが可能となる。 （４）従来のように各被検査物に対して分銅荷重を段階
的に加えながら各分銅荷重点毎のポイントデータを取得
していく方法とは異なり、線形荷重を加えながら同時に
変形量を取得していく検査方法であるので、検査を行う
作業者の負担を軽減させることが可能となる。

【００３４】また、請求項２に記載のスクリーニング装
置によれば、負荷シャフトと被検査物との間を延長接続
治具で接続する構成を採用することにより、検査部と被
検査物との間を離間させた状態で検査することができる
ようになるので、スクリーニング装置の配置をより柔軟
にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスクリーニング装置の一実施形態を
示す側面図である。

【図２】 同スクリーニング装置の要部を示す図であっ
て、図１のＡ部拡大図である。

【図３】 同スクリーニング装置によるスクリーニング
実施状況を示す説明図である。

【図４】 同スクリーニング装置による検査結果の一例
を示す図であって、横軸を荷重、縦軸を発電セルの変位
とするグラフである。

【図５】 被検査物の一例である発電セルを示す図であ
って、下方斜め下より見上げた場合の斜視図である。

【図６】 従来のスクリーニング実施状況を示す正面図
である。

【図７】 同スクリーニングで得られた検査結果を示す
図であって、横軸を発電セルの変位、縦軸を分銅荷重と
するグラフである。

【符号の説明】

１・・・発電セル（被検査物） １０・・・スクリーニング装置 ２０・・・基台部 ３０・・・検査部 ３２・・・負荷シャフト ３７・・・延長キャップ（延長接続治具） ４０・・・相対位置調整部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久留 長生 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 佐藤 直樹 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１ 長菱 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G061 AA07 AB01 BA08 CA05 CB02 CB04 EA01 EA02 EC04 5H027 AA06 DD00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物の曲げ強度検査に用いられる
   スクリーニング装置であり、 前記被検査物に対する相対位置が固定可能な基台部と、
   該基台部に設けられ、前記被検査物に対して線形荷重を
   加えるとともに該被検査物の変形量を測定する検査部
   と、前記被検査物に対する前記検査部の相対位置調整を
   行う相対位置調整部とを備えていることを特徴とするス
   クリーニング装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスクリーニング装置
   において、 前記検査部は、前記被検査物に対して前記線形荷重を加
   える負荷シャフトを備え、 該負荷シャフトと前記被検査物との間が、延長接続治具
   により接続されていることを特徴とするスクリーニング
   装置。