JP2013156176A

JP2013156176A - 試料ホルダ及びガス拡散係数計測装置

Info

Publication number: JP2013156176A
Application number: JP2012017536A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Kikuchi; 克英菊地; Hironori Ohira; 紘敬大平; Joji Tomiyasu; 城司冨安; Atsumi Ida; 敦巳井田; Atsumi Yamamoto; 敦巳山本
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP5781952B2

Abstract

【課題】多孔質膜のガス拡散性を測定する場合において、簡便に試料を準備し、測定する。
【解決手段】ガス拡散係数計測装置４０用の試料ホルダ２０であって、試料３０を切断するための閉じた刃を有し、前記刃の内側２１５に中空部をする試料切断部２１０と、前記刃と反対側において前記試料切断部を支持する支持部２００と、を備え、前記試料ホルダは、前記試料切断部の前記刃が被測定材料に押しつけてられたときに前記刃に沿って前記被測定材料から試料を切ると共に、切り取られた前記試料を前記中空部に保持する。
【選択図】図６

Description

この発明は、多孔体のガス拡散性測定装置に関し、特に試料を保持する試料ホルダに関する。

被測定物である多孔体をジェル状パッドで囲って固定する多孔体の酸素拡散係数測定装置が知られている（特許文献１）。

特開２００６−２９２７１４

従来の技術では、試料の寸法の調整や固定に時間がかかるという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、多孔体のガス拡散性を測定する場合において、簡便に試料を準備し、測定することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
ガス拡散係数計測装置用の試料ホルダであって、試料を切断するための閉じた刃を有し、前記刃の内側に中空部をする試料切断部と、前記刃と反対側において前記試料切断部を支持する支持部と、を備え、前記試料ホルダは、前記試料切断部の前記刃が被測定材料に押しつけてられたときに前記刃に沿って前記被測定材料から試料を切ると共に、切り取られた前記試料を前記中空部に保持する、試料ホルダ。
この適用例によれば、簡便に試料を準備し、測定することが可能となる。また、試料ホルダの内側の形状、寸法と、被測定物の形状、寸法とを同じにできるので、試料ホルダと被測定物の隙間を無くすことができる。

［適用例２］
適用例１に記載の試料ホルダにおいて、前記試料ホルダは、前記試料の側面と、前記刃の内周面との摩擦力により、前記試料を保持する、試料ホルダ。
この適用例によれば、被測定物を保持するのに、他の部材が不要である。

［適用例３］
適用例２に記載の試料ホルダにおいて、前記刃は、前記刃の内面が前記試料の表面に対して垂直であり、前記刃の外面が、前記内面から傾斜した傾斜面を有する、片刃である、試料ホルダ。
この適用例によれば、刃を薄くして切断性を高めると共に、刃の内側が被測定物に対して垂直であるので、被測定物が圧縮されたりしない。

［適用例４］
適用例２または３に記載の試料ホルダにおいて、前記試料切断部が前記支持部から突き出ている高さは、前記被測定材料の厚さよりも高い、試料ホルダ。
この適用例によれば、被測定物が、試料ホルダからはみ出ることはない。

［適用例５］
適用例１に記載の試料ホルダにおいて、前記刃の内面に、前記試料を保持するための突起を有する、試料ホルダ。
この適用例によれば、被測定物を確実に保持できる。

［適用例６］
適用例１に記載の試料ホルダにおいて、前記刃は、前記刃の内面が前記刃の先端から奥に行くほど前記中空部の断面が大きくなる逆テーパー形状に形成された逆テーパー部と、前記逆テーパー部の奥に設けられた窪みと、を有する、試料ホルダ。
この適用例によれば、窪みに被測定物を保持できる。

［適用例７］
ガス拡散係数計測装置であって、ガスセンサと、前記ガスセンサと連通する開口部を有するホルダ保持部と、前記ホルダ保持部の前記開口部を覆うように配置される請求項１〜６のいずれか一項に記載の試料ホルダと、を備え、前記試料ホルダは、前記中空部に保持された試料及び前記開口部を介してのみ前記試料ホルダの外部のガスが前記ガスセンサに到達可能な状態に配置されている、ガス拡散係数計測装置。
この適用例によれば、試料ホルダと被測定物の隙間がないので、誤差の少ない測定を行うことが出来る。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、試料ホルダの他、ガス拡散係数計測装置、試料の作成方法等の形態で実現することができる。

ガス拡散係数計測装置で用いる試料を作成する試料作成装置を示す説明図である。試料ホルダの構成を示す説明図である。試料ホルダの刃部近傍を拡大して示す説明図である。試料ホルダ及び試料の設置を示す説明図である。試料の切断を示す説明図である。試料ホルダを試料作成装置から取り外した状態を示す説明図である。ガス拡散係数計測装置の一例を示す説明図である。比較例の試料ホルダの構成を示す説明図である。ガス拡散抵抗の測定結果を示す説明図である。試料ホルダの変形例を示す説明図である。試料ホルダに試料を保持させた状態を示す説明図である。試料ホルダの別の変形例を示す説明図である。試料ホルダに試料を保持させた状態を示す説明図である。試料ホルダの別の変形例を示す説明図である。

図１は、ガス拡散係数計測装置で用いる試料を作成する試料作成装置を示す説明図である。試料作成装置１０は、基台１００と、テーブル１０５と、支柱１１０と、ハンドル１２０と、フレーム１３０と、押下部１４０と、打ち抜き台１５０と、を備える。基台１００の上に支柱１１０が立っている。支柱１１０の途中には、テーブル１０５が取り付けられている。なお、試料作成装置１０は、基台１００からのテーブル１０５の高さを変えることが出来る高さ調整機構１１２を備えている。高さ調整機構１１２は、ラック１１４と、ピニオンギア１１６と、調整つまみ１１８と、を備える。ラック１１４は、支柱１１０に設けられている。ピニオンギア１１６は、ラック１１４に咬み合うとともに、テーブル１０５及び調整つまみ１１８に取り付けられている。調整つまみ１１８を回転させると、ピニオンギア１１６も回転し、ピニオンギア１１６は、ラック１１４上を上下に移動、すなわち、テーブル１０５が上下する。支柱１１０の上部に設けられたフレーム１３０は、支柱１１０からテーブル１０５の中央に向かって水平な姿勢で固定されている。フレーム１３０は、テーブル１０５のほぼ中央にあたる位置に、開口部１３５を有している。また、支柱１１０の上部には、ハンドル１２０がピン１６０によりピン１６０周りに回動可能に留められている。ハンドル１２０は、ハンドル１２０の方向に沿った細長い開口部１２５を有しており、この開口部１２５に押下部１４０がピン１７０により取り付けられている。なお、ピン１７０は、開口部１２５の中を移動可能である。押下部１４０は、フレーム１３０の開口部１３５を貫通している。押下部１４０の下端には、水平な板状体１４５が設けられている。この板状体１４５の下にはネジ穴１４７が形成されており、試料ホルダ２０が着脱可能に取り付けられる。打ち抜き台１５０は、中央部に開口部１５５を有しており、テーブル１０５の上に配置される。打ち抜き台１５０の上に試料３０が配置される。

図２は、試料ホルダの構成を示す説明図である。試料ホルダ２０は、平板状の支持部２００と、支持部２００から突き出た円周状の刃部２１０とを有している。支持部２００は、取付け穴２０５を備えており、試料ホルダ２０は、この取付け穴２０５を貫通したネジ１８０により、試料作成装置１０の押下部１４０の下端にある板状体１４５のネジ穴１４７に取り付けられている（図１）。なお、取付け穴２０５は、試料ホルダ２０を後述するガス拡散係数計測装置に取り付けるためにも用いられる。

図３は、試料ホルダの刃部近傍を拡大して示す説明図である。刃部２１０は、内側が支持部２００の表面に対して垂直な内周面２１５を有し、外側は内周面２１５から傾斜した斜面２１６を有する、片刃である。また、刃部２１０は、その全集にわたって刃が設けられた「閉じた刃」である。内周面２１５に傾斜があると、切断された試料は、表面と裏面で大きさが異なる円錐台形状となり、小さい方の底面で試料が圧縮される虞があるが、内周面２１５が垂直である刃部２１０であれば、表面と裏面で大きさが同じ大きさとなるため、試料が圧縮される虞がない。また、刃部２１０の高さは、試料３０の厚さよりも大きい。刃部２１０の高さが試料３０の厚さよりも大きければ、試料３０が試料ホルダ２０からはみ出ることがない。したがって、試料３０の厚さに応じて、刃部２１０の高さが異なる試料ホルダ２０を用いることが好ましい。

図４は、試料ホルダ及び試料の設置を示す説明図である。まず、押下部１４０の下部１４５に試料ホルダ２０がネジ１８０により取り付けられる。このとき、刃部２１０の先端と、打ち抜き台１５０と、の間隔は、試料３０の厚さよりも広くなっている。なお、刃部２１０の先端と、打ち抜き台１５０と、の間隔が試料３０の厚さよりも狭い場合には、高さ調整機構１１２を用いて、テーブル１０５の高さを下げることにより、刃部２１０の先端と、打ち抜き台１５０と、の間隔を広げることが可能である。試料ホルダ２０が設置された後、開口部１５５が刃部２１０の真下の位置に来るように、打ち抜き台１５０が配置され、打ち抜き台１５０の上に試料３０が設置される。

図５は、試料の切断を示す説明図である。図１のハンドル１２０が下げられると、開口部１２５も下がるので、ピン１７０を下げ、押下部１４０も下げられる。その結果、試料ホルダ２０が下がる。試料ホルダ２０の刃部２１０が試料３０に接触すると、試料３０を切断し始める。刃部２１０が打ち抜き台１５０に達すると、刃部２１０の内部の試料３０は、刃部２１０の外部から切り離される。

図６は、試料ホルダを試料作成装置から取り外した状態を示す説明図である。試料ホルダ２０は、刃部２１０の先端部に切り離された試料３０を保持している。試料３０の外形寸法は、刃部２１０の内周面２１５の内径寸法と同じである。試料３０の側面と、刃部２１０の内周面２１５との摩擦力により、試料３０は、刃部２１０の先端部に保持される。

図７は、ガス拡散係数計測装置の一例を示す説明図である。ガス拡散係数計測装置４０は、ケース４００と、ケース４００の内部に配置されたガスセンサ４１０とを備える。ケース４００のうち一方の面４０２は、ガスセンサ４１０に通じる開口部４０５を備えている。なお、この面４０２は、試料ホルダ２０をネジ４２０で取り付けられるように平坦となっている。なお、面４０２と試料ホルダ２０との間には、Ｏリング４３０が配置され、試料３０以外を通るガスの流れが抑制される。ガスセンサ４１０は、例えば、試料３０の酸素透過性を測定する場合には、酸素センサが用いられる。

試料３０の酸素透過性を測定する場合には、例えば、窒素雰囲気中でガス拡散係数計測装置４０に、試料３０が保持された試料ホルダ２０が取り付けられる。その後、ガス拡散係数計測装置４０は、空気雰囲気中あるいは、酸素雰囲気中に移動される。酸素は、酸素分圧の違いにより、試料ホルダ２０中の試料３０を通って、開口部４０５内部に拡散する。ガスセンサ４１０は、この酸素分圧を測定する。

図８は、比較例の試料保持部の構成を示す説明図である。比較例の試料ホルダは、円柱形の試料５３０の外縁に配置される円筒形の弾性体５４０と、試料５３０及び弾性体５４０の円柱の両底面の配置される２枚の押さえ板５５０、５６０を備える。

図９は、ガス拡散抵抗の測定結果を示す説明図である。本実施例の試料ホルダ２０を用いた場合、バラツキは、５．５％以内に収まっているが、比較例の試料ホルダ５００を用いた場合、バラツキは最大１７％となっており、本実施例の試料ホルダ２０を用いた方が、バラツキが少ない。本実施例では、試料ホルダ２０の刃部２１０で試料３０を切り取るとともに保持するので試料ホルダ２０の内周面２１５と、試料３０との間に隙間などが生じにくいが、比較例では、試料５３０を切り取ったのちに弾性体５４０、押さえ板５５０、５６０を配置するので、試料５３０と弾性体５４０、押さえ板５５０、５６０との間に隙間が生じたり、押さえ板５５０、５６０により圧縮されたりするので、測定結果にバラツキが大きくなると考えられる。

以上、本実施例によれば、試料３０を簡便に準備することができる。また、酸素（ガス）がガスセンサ４１０に通ずる経路は、試料ホルダ２０中の試料３０を通る経路のみなので、隙間がなくバラツキが少ないので、試料３０のガス透過性を精度よく測定することができる。

図１０は、試料ホルダの変形例を示す説明図である。この試料ホルダ２０ａは、刃部２１０の内周面２１５の先端部に複数の突起２２０を備えている。図１１は、試料ホルダ２０ａに試料３０を保持させた状態を示す説明図である。この変形例によれば、試料３０に突起２２０が食い込むため、本実施例に比べて、試料３０が強く試料ホルダ２０ａに保持される。したがって、試料３０を、刃部２１０の先端部に保持し、試料３０が、刃部２１０の奥、すなわち、支持部２００に移動することを抑制する。

図１２は、試料ホルダの別の変形例を示す説明図である。この試料ホルダ２０ｂでは、刃部２１０の先端部の内周面に窪み部２２５（段差部）が形成されている。また、窪み部２２５よりも刃の先端側には、逆テーパー形状に形成された斜面２２６が設けられている。そのため、刃部２１０の先端は、本実施例よりも鋭くなっている。図１３は、変形例の試料ホルダに試料を保持させた状態を示す説明図である。この変形例によれば、窪み部２２５に試料を保持することができる。すなわち、試料３０を、刃部２１０の先端部に保持し、試料３０が、刃部２１０の奥、すなわち、支持部２００に移動することを抑制する。なお、刃部２１０の先端（図１２では下端）から窪み部２２５の上端までの高さは、試料３０の厚み以上とすることが好ましい。

図１４は、試料ホルダの別の変形例を示す説明図である。この試料ホルダ２０ｃでは、刃部２１０の外周側の全周にわたって第２の刃部２３０を備えている。この変形例によれば、第１の刃部２１０の外側に第２の刃部２３０を備えているので、第１の刃部２１０で試料を完全に切断することができなくても、第２の刃部２３０で切断することが出来る。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…試料作成装置
２０…試料ホルダ
３０…試料
４０…ガス拡散係数計測装置
１００…基台
１０５…テーブル
１１０…支柱
１１２…高さ調整機構
１１４…ラック
１１６…ピニオンギア
１１８…調整つまみ
１２０…ハンドル
１２５…開口部
１３０…フレーム
１３５…開口部
１４０…押下部
１４５…板状体
１５０…台
１５５…開口部
１６０…ピン
１７０…ピン
１８０…ネジ
２００…支持部
２０５…ネジ穴
２１０…刃部
２１５…内周面
２１６…斜面
２２０…突起
２３０…第２の刃部
４００…ケース
４０２…面
４０５…開口部
４１０…ガスセンサ
４２０…ネジ
４３０…Ｏリング

Claims

ガス拡散係数計測装置用の試料ホルダであって、
試料を切断するための閉じた刃を有し、前記刃の内側に中空部をする試料切断部と、
前記刃と反対側において前記試料切断部を支持する支持部と、
を備え、
前記試料ホルダは、前記試料切断部の前記刃が被測定材料に押しつけてられたときに前記刃に沿って前記被測定材料から試料を切ると共に、切り取られた前記試料を前記中空部に保持する、試料ホルダ。
請求項１に記載の試料ホルダにおいて、
前記試料ホルダは、前記試料の側面と、前記刃の内周面との摩擦力により、前記試料を保持する、試料ホルダ。
請求項２に記載の試料ホルダにおいて、
前記刃は、前記刃の内面が前記試料の表面に対して垂直であり、前記刃の外面が、前記内面から傾斜した傾斜面を有する、片刃である、試料ホルダ。
請求項２または３に記載の試料ホルダにおいて、
前記試料切断部が前記支持部から突き出ている高さは、前記被測定材料の厚さよりも高い、試料ホルダ。
請求項１に記載の試料ホルダにおいて、
前記刃の内面に、前記試料を保持するための突起を有する、試料ホルダ。
請求項１に記載の試料ホルダにおいて、
前記刃は、前記刃の内面が前記刃の先端から奥に行くほど前記中空部の断面が大きくなる逆テーパー形状に形成された逆テーパー部と、前記逆テーパー部の奥に設けられた窪みと、を有する、試料ホルダ。
ガス拡散係数計測装置であって、
ガスセンサと、
前記ガスセンサと連通する開口部を有するホルダ保持部と、
前記ホルダ保持部の前記開口部を覆うように配置される請求項１〜６のいずれか一項に記載の試料ホルダと、
を備え、
前記試料ホルダは、前記中空部に保持された試料及び前記開口部を介してのみ前記試料ホルダの外部のガスが前記ガスセンサに到達可能な状態に配置されている、ガス拡散係数計測装置。