(57)【要約】      （修正有）【課題】煩雑な作業を行うことなく水素ガスの雰囲気下で材料試験を行うことができ、また、試験条件に応じて水素ガスの発生状態を変化させることが可能な材料試験機を提供する。【解決手段】材料試験機は、貯留槽４０に貯留された液体１に対して電流を付与することにより、液体１を電気分解して水素ガスを発生させる電流付与機構としてのガルバノスタット３２を備える。このガルバノスタット３２における一対の電極３８、３９の先端部は貯留槽４０に貯留された液体１内に浸漬されており、これらの電極３８、３９を介して液体１に所定の電流が付与される。【選択図】図１
2020046283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に対して試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機であって、
電気分解により水素を発生させる液体を貯留する貯留槽と、
前記試験片を前記貯留槽に貯留された液体中に浸漬した状態で支持する支持機構と、
前記試験片に試験力が付与された状態で、前記貯留槽に貯留された液体に対して電流を付与することにより、前記液体を電気分解する電流付与機構と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の材料試験機において、
前記試験片に付与される試験力または前記試験片に生じる変位に基づいて、前記電流付与機構を制御する制御部を備える材料試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の材料試験機において、
前記試験片に付与された試験力の情報または前記試験片に生じた変位の情報を含む試験条件と、前記電流付与機構により前記液体に付与された電流の電流値の情報または電流の付与時間の情報を含む電流条件と、を記憶する記憶部を備える材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素雰囲気下で試験片に試験力を付与して材料試験を実行する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水素ガスを燃料とした燃料電池においては、燃料タンクに使用される金属に対して水素雰囲気下で材料試験を行う必要がある。従来、このような試験を行う材料試験機においては、水素ガスボンベからチャンバー内に水素ガスを供給し、水素ガスを充填したチャンバー内に試験片を配置して材料試験を実行している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７８１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素ボンベからチャンバー内に水素ガスを供給する構成を採用した場合においては、水素ガスを供給するために煩雑な作業を行う必要があり、作業効率が悪いという問題がある。また、水素濃度の管理も困難なものとなる。さらには、水素ガスの発生状況や水素ガス濃度と材料試験の試験条件とを連動させることは不可能である。
【０００５】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、煩雑な作業を行うことなく水素ガスの雰囲気下で材料試験を行うことができ、また、試験条件に応じて水素ガスの発生状態を変化させることが可能な材料試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、試験片に対して試験力を付与することにより材料試験を行う材料試験機であって、電気分解により水素を発生させる液体を貯留する貯留槽と、前記試験片を前記貯留槽に貯留された液体中に浸漬した状態で支持する支持機構と、前記試験片に試験力が付与された状態で、前記貯留槽に貯留された液体に対して電流を付与することにより、前記液体を電気分解する電流付与機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記試験片に付与される試験力または前記試験片に生じる変位に基づいて、前記電流付与機構を制御する制御部を備える。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記試験片に付与された試験力の情報または前記試験片に生じた変位の情報を含む試験条件と、前記電流付与機構により前記液体に付与された電流の電流値の情報または電流の付与時間の情報を含む電流条件と、を記憶する記憶部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、貯留槽に貯留した液体を電気分解することで水素を発生させることから、水素ガスボンベ等を準備することなく、水素ガスを容易に試験片に供給して材料試験を実行することが可能となる。また、試験片を貯留槽に貯留した液体内に浸漬した状態で材料試験を行うことから、水素濃度の管理を容易に行うことが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、試験片に付与される試験力または試験片に生じる変位に基づいて液体に付与する電流を制御することから、試験条件に応じて水素ガスの発生条件を変更することが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、試験条件と、液体に付与された電流の電流値の情報または電流の付与時間の情報を含む電流条件とを記憶することから、同一の試験条件を再現して材料試験を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る材料試験機の概要図である。
【図２】試験片１０に試験力を付与するタイミングと、貯留槽４０に貯留された液体１に対して電流を付与するタイミングとを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。
【００１４】
この材料試験機は、テーブル１８と、テーブル１８に立設された一対のカバー１９内に配置された一対のねじ棹と、このねじ棹に沿って移動可能なクロスヘッド２３と、クロスヘッド２３に対してロードセル２４を介して接続された上つかみ具２１と、テーブル１８に接続された下つかみ具２２と、貯留槽４０と、クロスヘッド２３を昇降させるための負荷機構３０とを備える。
【００１５】
貯留槽４０には、電気分解により水素を発生させる液体１が貯留されている。この液体１は、例えば、水、生理食塩水あるいはその他の溶液である。試験片１０は、上つかみ具２１と下つかみ具２２とによりその両端を把持された状態で、液体１中に浸漬される。なお、この試験片１０は、例えば、水素ガスを燃料とした燃料電池における燃料タンクに使用される金属である。
【００１６】
クロスヘッド２３の両端部には、一対のねじ棹と螺合するナットが配設されている。一対のねじ棹は負荷機構３０と動力伝達機構を介して接続されており、負荷機構３０の駆動により同期して回転する。この一対のねじ棹の回転によりクロスヘッド２３が昇降し、上つかみ具２１および下つかみ具２２にその両端を把持された試験片１０に試験力が付与される。この時の試験力の大きさはロードセル２４により測定される。また、その時の試験片１０の変位は、図示を省略した変位計や負荷機構３０に設けられたエンコーダ等により測定される。なお、上つかみ具２１および下つかみ具２２は、試験片１０を貯留槽４０に貯留された液体１中に浸漬した状態で支持する支持機構として機能する。
【００１７】
また、この材料試験機は、貯留槽４０に貯留された液体１に対して電流を付与することにより、液体１を電気分解して水素ガスを発生させる電流付与機構としてのガルバノスタット３２を備える。このガルバノスタット３２における一対の電極３８、３９の先端部は貯留槽４０に貯留された液体１内に浸漬されており、これらの電極３８、３９を介して液体１に所定の電流が付与される。
【００１８】
さらに、この材料試験機は、ロードセル２４および負荷機構３０に接続され、装置全体を制御する制御部３１を備える。この制御部３１は、パーソナルコンピュータ３３に接続されている。このパーソナルコンピュータ３３は、論理演算を実行するＣＰＵや、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭおよび制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等の記憶装置を有しており、キーボード等の入力部３４および液晶表示装置等の表示部３５と接続されている。
【００１９】
このパーソナルコンピュータ３３は、予め記憶され、あるいは、入力部３４を介して入力されたデータに基づいて、制御部３１およびガルバノスタット３２を介して液体１に付与される電流を制御する。また、このパーソナルコンピュータ３３は、試験片１０に付与された試験力の情報または試験片１０に生じた変位の情報を含む試験条件と、ガルバノスタット３２により液体１に付与された電流の電流値の情報または電流の付与時間の情報を含む電流条件とを記憶する記憶部３７を備える。パーソナルコンピュータ３３と接続された表示部３５には、液体１に付与された電流値や、試験片１０に対する試験力や伸びなどの物理量が表示される。
【００２０】
なお、パーソナルコンピュータ３３とガルバノスタット３２とを、制御部３１を介して接続するかわりに、パーソナルコンピュータ３３とガルバノスタット３２とを直接接続してもよい。
【００２１】
次に、以上のような構成を有する材料試験機において、水素雰囲気下で試験片１０に試験力を付与して材料試験を実行する動作について説明する。図２は、試験片１０に試験力を付与するタイミングと、貯留槽４０に貯留された液体１に対して電流を付与するタイミングとを示すタイムチャートである。
【００２２】
水素雰囲気下で材料試験を行うときには、図１に示すように、試験片１０の両端を上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、この試験片１０を貯留槽４０に貯留された液体１中に浸漬する。そして、負荷機構３０の駆動によりクロスヘッド２３を上昇させて試験片１０に試験力を付与する。この時の試験片１０に付与される試験力は、ロードセル２４により測定される。
【００２３】
試験片１０に付与される試験力が予め設定した設定値となったことをロードセル２４が検知すれば、制御部３１からの指令により、ガルバノスタット３２により一対の電極３８、３９を介して貯留槽４０に貯留された液体１に電流を付与する。これにより、電気分解によって液体１中に水素ガスが発生する。このときに液体１に付与される電流の大きさと電流を付与する時間とは、貯留槽４０の容積、液体１の種類、必要となる水素ガスの量や水素濃度等により予め設定されている。これにより、貯留槽４０に貯留された液体１中の水素ガス濃度が、設定値に維持される。
【００２４】
この時には試験片１０を液体１中に浸漬して材料試験を実行することから、水素濃度を正確に管理することが可能となる。すなわち、従来のように水素ガス中で材料試験を行う場合においては、水素ガスの濃度を正確に制御することは困難であるが、液体１中の水素濃度は比較的容易に管理し得ることから、試験片１０に対する水素濃度の条件を所定値に維持することが可能となる。
【００２５】
図２に示すように、貯留槽４０に貯留された液体１中の水素ガスの存在により試験片１０が疲労することで、クロスヘッド２３が同一位置に静止している場合においても試験力は減少する。この間においては、貯留槽４０に貯留された液体１に対する電流の付与が間欠的に継続され、貯留槽４０に貯留された液体１中の水素濃度が一定に維持される。
【００２６】
この試験中においては、試験片１０に付与された試験力の情報または試験片１０に生じた変位の情報を含む試験条件と、ガルバノスタット３２により液体１に付与された電流の電流値の情報または電流の付与時間の情報を含む電流条件とが記憶部３７に記憶される。この情報は、継続して実施される材料試験時に利用される。
【００２７】
以上のように、この発明に係る材料試験機においては、貯留槽４０に貯留した液体１を電気分解することで水素を発生させることから、水素ガスボンベ等を準備することなく、水素ガスを容易に試験片１０に供給して材料試験を実行することが可能となる。また、試験片１０を貯留槽４０に貯留した液体１内に浸漬した状態で材料試験を行うことから、水素濃度の管理を容易に行うことが可能となる。そして、試験片１０に付与される試験力に基づいて液体１に付与する電流を制御することから、試験条件に応じて水素ガスの発生条件を変更することが可能となる。
【００２８】
なお、上述した実施形態においては、材料試験を実行中において、液体１に付与する電流値を一定としているが、材料試験中に電流値を順次変更してもよい。
【００２９】
また、上述した実施形態においては、ロードセル２４により測定した試験力に応じて液体１に電流を付与するタイミングを制御しているが、変位計や負荷機構３０から得た試験片１０の変位の情報に基づいて、液体１に電流を付与するタイミングや電流値を制御してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１        液体
１０      試験片
１８      テーブル
１９      カバー
２１      上つかみ具
２２      下つかみ具
２３      クロスヘッド
２４      ロードセル
３０      負荷機構
３１      制御部
３２      ガルバノスタット
３３      パーソナルコンピュータ
３４      入力部
３５      表示部
３８      電極
３９      電極
４０      貯留槽
【図１】
2020046283.tif 000003
【図２】
2020046283.tif 000004