JP6919581B2 - 張力付加装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体の中に浸漬した被験体に張力を付加する張力付加装置に関する。

従来、このような分野の技術として、例えば下記特許文献に記載されるものがある。特許文献１には、被験体を液体の中に浸漬させた状態で、被験体の一端を支持金具に固定し、他端を張力印加装置及び変位測定制御装置に連結して、該張力印加装置を介して被験体に張力を印加しつつ、変位測定制御装置を介して張力の印加による被験体の長さの変化を検出することが開示されている。

特開平６−３００６７９号公報

しかし、上述した構造を有する装置では、張力印加装置及び変位測定制御装置を液体収容容器の外部に設けなければならないため、装置全体が大型化になってしまう問題があった。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、装置の小型化を図ることができる張力付加装置を提供することを目的とする。

本発明に係る張力付加装置は、下側取付部と上側取付部との間に被験体を取り付け、前記被験体を液体の中に浸漬させた状態で、前記下側取付部と前記上側取付部との間に張力を付加して前記被験体の引張強度を測定する張力付加装置であって、前記液体を収容する容器と、前記下側取付部と固定されるとともに、前記被験体を前記液体の中に浸漬可能な昇降手段と、前記上側取付部と連結されるとともに、前記液体に浮くことで前記被験体に張力を付加する浮体と、を備えることを特徴としている。

本発明に係る張力付加装置では、浮体の浮力を利用して被験体に張力を付加することができるので、従来のような張力印加装置を省くことができる。また、昇降手段の変位量から付加している張力の大きさを把握することができるので、従来のような変位測定制御装置も省くことができる。その結果、装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る張力付加装置において、前記下側取付部、前記上側取付部及び前記浮体がそれぞれ複数設けられる取付台を更に備え、前記取付台は、前記容器の内部に着脱可能に収容されるとともに、前記昇降手段によって前記液体の中に浸漬可能とされていることが好ましい。このようにすれば、複数の被験体に同時に張力を付加することが可能となるので、装置の低価格化及び省スペースを実現することができるとともに、該張力付加装置を用いた試験の効率を向上することができる。

本発明によれば、装置の小型化を図ることができる。

実施形態に係る張力付加装置を示す模式断面図である。 張力付加装置を用いた温水定荷重浸漬保持試験を説明するための模式断面図である。 張力付加装置を用いた温水定荷重浸漬保持試験を説明するための模式断面図である。 温水定荷重浸漬保持試験の不具合例を説明するための模式断面図である。 定荷重評価を説明するためのグラフである。 荷重変化評価を説明するためのグラフである。 荷重変化評価を説明するためのグラフである。 浮体の組み合わせを有する取付台を示す模式断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る張力付加装置の実施形態について説明する。図１は実施形態に係る張力付加装置を示す模式断面図である。本実施形態の張力付加装置１は、被験体を液体の中に浸漬させた状態で該被験体に張力を付加し、該被験体の引張強度を測定するための装置である。この張力付加装置１は、主に、液体Ｓを収容する容器２と、容器２の内部に着脱可能に収容される取付台３と、取付台３を上下方向に昇降させる昇降手段４とを備えている。

容器２は、例えば金属材料によって直方体形状に形成されており、上方に開口する有底角筒状の容器本体２１と、容器本体２１の開口を塞ぐ蓋体２２とを有する。容器本体２１の内部には、該容器本体２１の内周壁から内側に突出するとともに中央に貫通孔２３ａを有するように環状に形成された仕切り板２３が設けられている。仕切り板２３は、例えば金属製であり、溶接などで容器本体２１の内壁に接合されている。貫通孔２３ａは、取付台３をスムーズに挿通可能な大きさを有する。

取付台３は、例えば金属材料によって形成されており、対向する矩形状の底板３１及び天板３２と、底板３１及び天板３２の四隅に配置されてこれらの板を連結する４本の支柱３３とを有する。この取付台３は、液体Ｓの中に浸漬し易くするために、周囲に側板等が設けられていない。

底板３１には、被験体（後述する）５の下端を取り付けるための下側取付部３４が複数立設されている。下側取付部３４は、例えば金属ワイヤ等によってフック部３４ａを有するように形成されている。この下側取付部３４は、フック部３４ａが上方に向くように溶接等で底板３１と固定されている。一方、天板３２には、下側取付部３４の配置位置に合わせた貫通孔３２ａが複数設けられている。貫通孔３２ａは、後述する浮体６がスムーズに通り抜け可能な形状を有する。

また、天板３２の下表面には、浮体６を収容する浮体収容部３６が複数設けられている。浮体収容部３６は、有底筒状を呈しており、各貫通孔３２ａの位置に合わせるように該貫通孔３２ａの直下位置に垂設されている。この浮体収容部３６は、例えば金属材料によって形成され、溶接等で天板３２の下表面に固定されている。また、各浮体収容部３６の底部には、該底部を貫通する貫通孔３６ａが設けられている。貫通孔３６ａの形状及び大きさは、例えば浮体６が通り抜けることを阻止でき、且つ上側取付部３５が通り抜けることができるようになっている。

また、取付台３には、下側取付部３４の配置位置に合わせて、被験体５の上端を取り付けるための上側取付部３５が複数設けられている。上側取付部３５は、例えば金属ワイヤ等によってフック部３５ａを有するように形成されている。上側取付部３５のフック部３５ａは、下方に向くように配置されている。上側取付部３５のフック部３５ａとは反対側の端部は、浮体収容部３６の貫通孔３６ａに挿通されて浮体６と連結されている。また、フック部３５ａの上方には、浮体６と連結される上側取付部３５の過度上昇を制限するためのストッパ３７が設けられている。

浮体６は、容器２に収容される液体Ｓに浮くものであれば、材質や形状等が特に限定されないが、本実施形態では中空の樹脂円筒体である。この浮体６は、浮体収容部３６の内部に収容されるとともに、上側取付部３５と連結されている。

このように構成された取付台３では、浮体収容部３６に収容された浮体６と、それと合わせた上側取付部３５及び下側取付部３４とは、独立した張力付加セットをそれぞれ構成する。すなわち、図１に示すように、被験体５の下端を下側取付部３４、被験体５の上端を上側取付部３５にそれぞれ取り付けた状態で、浮体６の浮力を利用して被験体５を引張る（言い換えれば、被験体５に張力を付加する）ことができる構造となっている。

昇降手段４は、蓋体２２に固設されるとともに、取付台３と連結されて該取付台３を液体Ｓの中に浸漬可能に構成されている。昇降手段４としては、油圧シリンダ、エアシリンダ、アクチュエータ、モータを備えたボールねじ等が挙げられるが、本実施形態ではエアシリンダが用いられている。図１に示すように、昇降手段４は、主にシリンダチューブ４１とピストン４２とを有する。シリンダチューブ４１は、蓋体２２に貫設されるとともに該蓋体２２に固定支持されている。一方、ピストン４２は、容器２の内部に延設されており、その延設端が取付台３の天板３２と固定されている。

このように構成された張力付加装置１は、液体Ｓの中に浸漬した被験体５に張力を付加する装置として様々な試験に適用することができる。ここでは、図２及び図３を参照し、燃料電池セルのセパレータとＭＥＧＡとの接合強度を検査する温水定荷重浸漬保持試験に適用される例を説明する。また、温水定荷重浸漬保持試験の荷重とは、上述した張力のことを意味しており、以下の説明において該張力を荷重と称する場合がある。

燃料電池セルに係る被験体５は、発電モジュールとしてのＭＥＧＡ（膜電極ガス拡散層接合体：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）５１と、ＭＥＧＡ５１を挟持する一対のＬ字状のセパレータ５２，５３とを有する。被験体５は、全体としては略Ｔ字状を呈している。

温水定荷重浸漬保持試験では、まず、図２に示すように取付台３の各張力付加セットに被験体５を配置させる。具体的には、浮体６を各浮体収容部３６に入れて、上側取付部３５と連結させる。続いて、例えばセパレータ５２，５３におけるＭＥＧＡ５１と接合されない部分の先端部にフック部３４ａ，３５ａが挿通できるサイズの孔をそれぞれ開け、セパレータ５２の孔に下側取付部３４のフック部３４ａ、セパレータ５３の孔に上側取付部３５のフック部３５ａをそれぞれ挿通させることで、被験体５を下側取付部３４及び上側取付部３５に取り付ける。なお、上述した工程の順序は必要に応じて適宜に入れ替えても良い。

次に、図３に示すように昇降手段４を利用し、仕切り板２３の貫通孔２３ａを経由して取付台３を液体Ｓの中に浸漬させる。液体Ｓには、例えば９０℃の温水（ここではイオン交換水）が用いられる。このとき、温水が浮体収容部３６の貫通孔３６ａ及び天板３２の貫通孔３２ａから浮体収容部３６の内部に進入する。これによって、浮体６に浮力が生じ、被験体５に張力を付加することになる。そして、浮体６の形状や体積が一定であれば、被験体５には定荷重が付加される。

図４に示すように、仮にＭＥＧＡ５１とセパレータ５２，５３との間に剥離などの不具合が生じた場合、不具合発生箇所の浮体６が液面に浮き上がるので、容易にその具合を確認することができる。ここで、例えばセンサ等を容器本体２１の内壁面に設置し、該センサを利用して不具合の発生を検出し、更に不具合の発生箇所を特定することができる。

本実施形態の張力付加装置では、浮体６の浮力を利用して被験体５に張力を付加することができるので、従来のような張力印加装置を省くことができる。また、昇降手段４の変位量から付加している張力の大きさを把握することができるので、従来のような変位測定制御装置も省くことができる。その結果、装置の小型化を図ることができる。

加えて、下側取付部３４、上側取付部３５及び浮体６がそれぞれ複数設けられた取付台３を備えるので、該取付台３を利用して複数の被験体５に同時に張力を付加することが可能となる。これによって、装置の低価格化及び省スペースを実現することができるとともに、温水定荷重浸漬保持試験の効率を向上することができる。しかも、取付台３の各張力付加セットはそれぞれ独立しているため、他の張力付加セットの影響を受けない。その結果、温水定荷重浸漬保持試験の精度を維持することができる。

特に、温水定荷重浸漬保持試験では、液体に高温の水を用いており、場合によって強酸などの危険性が高い液体を用いることもあるので、安全上の理由で作業者と試験装置とを隔離する必要がある。これに対し、本実施形態の張力付加装置１を用いる場合、作業者が液体に近づくことなく上述の試験を行うことができるので、作業者の安全性を高めることができる。

なお、本実施形態の張力付加装置１を用いた温水定荷重浸漬保持試験において、浮体６の体積や形状等を変化することにより、被験体５に対して多様な評価を行うことができる。

例えば、図５に示す定荷重評価では、昇降手段の降下速度を一定にし、狙いの荷重で浸漬保持試験を行う。図５及び後述の図６、図７において、横軸を浸漬距離、縦軸を荷重とする。図５に示すように、取付台の浸漬に伴って浮体が液体に触れてから完全に浸漬する（すなわち、全没）までの間は、被験体５に付加する荷重が浸漬距離の増加に伴って所定の比率で増大しており、全没後は浮体の浮力が一定であるので、被験体５に付加する荷重も一定になる。

このとき、全ての浮体に同じ形状や同じ体積のものを用いずに、例えば被験体５ごとに異なった形状や体積を有する浮体、すなわち異なる種類の浮体を用いる。このため、浮体の種類によって異なる浮力が生じるので、同じ被験体５に対して異なる荷重を付加することが可能になる。

また、図６に示す荷重変化評価では、浮体の浸漬位置と荷重の相関関係を見極めて、浸漬保持試験に合わせた浸漬位置、言い換えれば狙いの浸漬位置で取付台の降下を停止し、荷重を変化させて評価を行う。

更に、図７に示す荷重変化評価では、図８に示すように浮体６Ａを複数組み合わせ、各浮体６Ａが浸漬するごとに被験体５に荷重を付加する。そして、狙いの浸漬位置で取付台３の降下を停止し、荷重を変化させて評価を行う。このように浮体６Ａを複数組み合わせたものを用いるので、狙いの荷重への調整が簡単にできる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１ 張力付加装置
２ 容器
３ 取付台
４ 昇降手段
５ 被験体
６，６Ａ 浮体
２１ 容器本体
２２ 蓋体
２３ 仕切り板
２３ａ，３２ａ，３６ａ 貫通孔
３１ 底板
３２ 天板
３３ 支柱
３４ 下側取付部
３４ａ，３５ａ フック部
３５ 上側取付部
３６ 浮体収容部
４１ シリンダチューブ
４２ ピストン
Ｓ 液体

Claims (2)

1. 下側取付部と上側取付部との間に被験体を取り付け、前記被験体を液体の中に浸漬させた状態で、前記下側取付部と前記上側取付部との間に張力を付加して前記被験体の引張強度を測定する張力付加装置であって、
   前記液体を収容する容器と、
   前記下側取付部と固定されるとともに、前記被験体を前記液体の中に浸漬可能な昇降手段と、
   前記上側取付部と連結されるとともに、前記液体に浮くことで前記被験体に張力を付加する浮体と、
   を備えることを特徴とする張力付加装置。
2. 前記下側取付部、前記上側取付部及び前記浮体がそれぞれ複数設けられる取付台を更に備え、
   前記取付台は、前記容器の内部に着脱可能に収容されるとともに、前記昇降手段によって前記液体の中に浸漬可能とされている請求項１に記載の張力付加装置。

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