特開 2023-156886 測定対象の温度変化測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156886

(43)【公開日】2023-10-25

(54)【発明の名称】測定対象の温度変化測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 11/20 20060101AFI20231018BHJP

   G01N 3/30 20060101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

G01K11/20

G01N3/30 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066520

(22)【出願日】2022-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000130259

【氏名又は名称】株式会社コベルコ科研

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】延谷 義晴

(72)【発明者】

【氏名】平野 篤士

【テーマコード（参考）】

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G061AA01

2G061AA13

2G061AB04

2G061BA17

2G061CA03

2G061CB01

2G061EA01

2G061EB05

2G061EB07

2G061EC05

2G061EC07

(57)【要約】

【課題】
高い汎用性を有する測定対象の温度変化測定方法を提供する。
【解決手段】
測定対象１０の温度変化測定方法は以下を含む。測定対象１０の温度変化を測定する部分である測定部１０ｄに感温塗料６を塗布する。測定部１０ｄに励起光を照射して感温塗料６に蛍光を放出させる。感温塗料６から放出される蛍光強度の分布の時間変化を測定する。蛍光強度の分布の時間変化に基づいて、測定部１０ｄの温度変化を得る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象の温度変化を測定する部分である測定部に感温塗料を塗布し、
前記測定部に励起光を照射して前記感温塗料に蛍光を放出させ、
前記感温塗料から放出される蛍光強度の分布の時間変化を測定し、
前記蛍光強度の分布の時間変化に基づいて、前記測定部の前記温度変化を得る、
測定対象の温度変化測定方法。

【請求項2】

前記蛍光強度の分布の時間変化の測定は、高速カメラで前記測定部を撮像することにより実行される、請求項１に記載の温度変化測定方法。

【請求項3】

前記蛍光が可視光である、請求項１又は２に記載の温度変化測定方法。

【請求項4】

前記励起光が紫外光である、請求項１又は２に記載の温度変化測定方法。

【請求項5】

前記蛍光が可視光であり、前記励起光が紫外光である、請求項１又は２に記載の温度変化測定方法。

【請求項6】

前記温度変化が１０K/秒以上である、請求項１又は２に記載の温度変化測定方法。

【請求項7】

前記温度変化が前記測定対象の加工変形に伴う発熱に起因するものである、請求項１又は２に記載の温度変化測定方法。

【請求項8】

前記測定対象が引張試験に用いられる試験片であり、前記温度変化が前記引張試験による前記加工変形に伴う発熱に起因するものである、請求項７に記載の温度変化測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象の温度変化測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、測定対象である試料流体が流れる流路を画定するガラス板に感温塗料を塗布しておき、励起光が照射された感温塗料から放出される蛍光を撮像することで、試料流体の温度分布を測定する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】松田佑，外２名，"感温塗料を用いた沸騰電熱面の温度分布計測法の開発"，伝熱，公益社団法人 日本伝熱学会，２０２０年４月，第５９巻，第２４７号，p.１１-１５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１に開示された測定方法では、測定対象自体ではなくガラス板に感温塗料が塗布されるため、適用の汎用性に改善の余地がある。

【0005】

本発明は、高い汎用性を有する測定対象の温度変化測定方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、測定対象の温度変化を測定する部分である測定部に感温塗料を塗布し、前記測定部に励起光を照射して前記感温塗料に蛍光を放出させ、前記感温塗料から放出される蛍光強度の分布の時間変化を測定し、前記蛍光強度の分布の時間変化に基づいて、前記測定部の前記温度変化を得る、測定対象の温度変化測定方法を提供する。

【0007】

測定部に塗布された感温塗料に励起光を照射し、それによる蛍光から温度変化が測定される。そのため、測定対象について温度変化測定中の変形の有無、移動の有無等に制約がなく、この温度変化測定方法は各種試験片、リチウムイオン電池の容器等の種々の測定対象に適用可能であり、高い汎用性を有する。

【0008】

前記蛍光強度の分布の時間変化の測定は、高速カメラで前記測定部を撮像することにより実行されてもよい。

【0009】

前記蛍光が可視光であってもよい。

【0010】

前記励起光が紫外光であってもよい。

【0011】

前記蛍光が可視光であり、前記励起光が紫外光であってもよい。

【0012】

前記温度変化が１０K/秒以上であってもよい。

【0013】

前記温度変化が前記測定対象の加工変形に伴う発熱に起因するものであってもよい。例えば、前記測定対象が引張試験に用いられる試験片であり、前記温度変化が前記引張試験による前記加工変形に伴う発熱に起因するものであってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る測定対象の温度変化測定方法は高い汎用性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る測定対象の温度変化測定方法の一実施形態を実施するための測定設備の模式図。

【図2】試験片の模式図。

【図3】試験片の温度変化測定結果(０．１ms毎の温度分布変化)を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0017】

本実施形態は、引張速度が１０m/秒の高速引張試験に本発明に係る温度変化測定方法を適用したものである。高速引張試験としての引張速度は、例えば０．１m/秒以上２０m/秒以下の範囲で設定できる。

【0018】

図１は、本実施形態に係る温度変化測定方法に使用できる測定装置１の一例を示す。測定装置１は、測定対象である試験片１０に対して高速引張試験を行うための引張試験機２、励起光源３、高速カメラ４、及び制御部５を備える。

【0019】

図２を併せて参照すると、試験片１０は７０００系アルミ合金製で一定厚み(例えば０．０５mm以上４．０mm以下)の細長い長方形状の板材である。試験片１０の長手方向の両端部１０ａ，１０ｂは一定幅(例えば１５mm以上３０mm以下)を有する。試験片の長手方向の中央部分、つまり両端部１０ａ，１０ｂの間には、両端部１０ａ，１０ｂよりも十分に幅の狭い幅に設定された（例えば３．０mm以上５．０mm以下）狭幅部１０ｃが設けられている。本実施形態では、狭幅部１０ｃ全体と、狭幅部１０ｃと両端部１０ａ，１０ｂの境界部分とが温度変化を測定する部分である測定部１０ｄに設定される。

【0020】

本実施形態における引張試験機２は、上下のチャック治具２ａ，２ｂを備え、上側のチャック治具２ａは昇降可能なスライダ機構２ｃの下端に固定支持されており、下側のチャック治具２ｂは、引張荷重測定のためのロードセル２ｄを介して、台座２ｅに固定支持されている。台座２ｅはフレーム２ｆを介してスライダ機構２ｃを支持しており、チャック治具２ａ，２ｂは間隔をあけて上下方向に対向している。

【0021】

本実施形態では、励起光源３は、紫外線(図１において符号ＵＶで概念的に示す)を出射する紫外光源である。紫外光の波長はおおよそ２００nm以上４００nm以下である。

【0022】

本実施形態における高速カメラ４は、可視光波長域の光を撮像できるものであり、撮像速度は１００,０００fps（frame per second）である。高速カメラ４は撮影速度が例えば１,０００fps以上１，０００,０００fps以下の範囲のものを使用でき、撮影速度が１０，０００fps以上が好ましい可視光の波長はおおよそ４００nm以上８００nm以下である。

【0023】

制御部５は、測定装置１を構成する機器、つまり引張試験機２、励起光源３、及び高速カメラ４の動作を統括的に制御する機能を有する。また、制御部５は、後に詳述する高速カメラ４で撮像された画像群から温度変化を求める機能を有する。制御部５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築できる。制御部５を構成するハードウェアは、単一の機器であってもよいし、複数の機器であってもよい。制御部５の機能の一部又は全部を手動操作で実行してもよい。

【0024】

以下、温度変化測定の手順を説明する。

【0025】

まず、試験片１０の測定部１０ｄの片面に感温塗料６を塗布する。感温塗料６としては、例えばユーロピウムを含有したアクリル系樹脂塗料を使用できる。本実施形態では、感温塗料６として励起光源３が発生する紫外光が照射されると可視光を放出するものが使用される。感温塗料は測定部１０ｄに直接塗布してもよいし、表面処理剤、他の塗料等を測定部１０ｄに塗布した後に塗布してもよい。感温塗料６はストークシフト（最大励起波長と最大蛍光波長間の差）が大きいため、放出された可視光を照射された紫外線から切り離して確実に検出できる利点がある。

【0026】

塗布した感温塗料６が測定部１０ｄに定着した後、試験片１０を引張試験機２にセットする。具体的には、試験片１０は、一方の端部１０ａが上側のチャック治具２ａに把持され、他方の端部１０ｂが下側のチャック治具２ｂに把持される。試験片１０は、測定部１０ｄの感温塗料６が塗布された側が、励起光源３（本実施形態ではシーシーエス社製の高出力紫外ＬＥＤ照明（型式:ＬＤＬ－２０５Ｘ１２ＵＶ３－３６５－Ｎ））からの紫外線ＵＶ（最大波長３６５nm）が照射され、かつ高速カメラ４の視野(図１において符号ＦＯＶで概念的に示す)に収まるように、引張試験機２にセットされる。

【0027】

以上の準備手順が完了した後、引張試験機２による高速引張試験を実施する。高速引張試験中、試験片１０の測定部１０ｄに対して励起光源３から紫外光が連続的に照射される。紫外光の照射により、測定部１０ｄに塗布された感温塗料６は、可視光である蛍光を放出する。また、この高速引張試験中、高速カメラ４による撮像が継続される。つまり、高速引張試験中、感温塗料６から放出される蛍光強度の分布の時間変化が測定される。高速カメラ４によって撮像された連続画像は、高速カメラ４自体、又は制御部５に記憶される。

【0028】

高速引張試験の実施と並行して、又は高速引張試験の終了後、蛍光強度の分布の時間変化に基づいて、測定部５の温度変化が求められる。具体的には、制御部５は、使用する感温塗料６、励起光源３から測定部１０ｄに照射される紫外光の波長、高速撮影カメラ４の感度等のスペックについての、蛍光強度と温度との関係を予め記憶している。そして、制御部５は、この関係に基づいて、高速カメラ４によって撮像された連続画像から測定部１０ｄの温度変化を求める。言い換えれば、蛍光強度と温度との関係に基づいて、高速カメラ４によって撮像された連続画像から、測定部１０ｄの温度分布が表された連続画像(高速カメラ４のフレームレートに対応する時間間隔での連続画像)が得られる。

【0029】

図３は、測定部１０ｄの温度分布が表された連続画像(本実施形態における高速カメラ４のフレームレートであるfpsに対応する０．１ms間隔の連続画像)の一例を示す。この図３から理解できるように、本実施形態の温度変化測定方法により、高速引張速度における試験片１０の破断直前、破断、及び破断直後の、１０K/秒以上の温度変化（試験片１０の加工変形に伴う発明に起因する）の下での、温度分布の時間変化が測定できる。

【0030】

本実施形態では、励起光源３が発生する励起光は紫外光で、感温塗料６が放出する蛍光は可視光である。しかし、つまり蛍光だけでなく励起光が迷光として高速カメラ４によって撮像されることによる測定精度の低下が問題とならない限り、励起光と蛍光の両方が可視光であってもよい。また、測定対象の温度変化が低速である場合には、高速カメラ４代えて撮影速度が低速（３０fps以上１，０００fps以下）のカメラを使用してもよいし、測定部１０の形状によっては、カメラの範疇に含まれないセンサによって連続画像を取得してもよい。

【0031】

本実施形態では、感温塗料６が放出する蛍光は可視光であり、可視光はガラス製やアクリル製の部材(例えば、板材)を透過するので、測定対象１０と高速カメラ４との間にガラス製やアクリル製の部材が介在していても、測定を行うことができる。

【0032】

本実施形態では測定対象１０が測定中に変形するが、測定中に変形しない測定対象であっても、本発明の温度変化測定方法を適用できる。

【0033】

以上の実施形態の説明から明らかなように、本発明に係る測定対象の温度変化測定方法では、測定対象の測定部に塗布された感温塗料に励起光を照射し、それによって励起された蛍光から温度変化が測定される。そのため、測定対象については、感温塗料の塗布が可能である限り、温度変化測定中の変形の有無、移動の有無等に制約がなく、引張速度の試験片以外の各種試験片、リチウムイオン電池の容器等の種々の測定対象に適用可能である。また、蛍光が可視光であればガラス製やアクリル製の部材を透過した蛍光から温度変化が測定できる。少なくともこれらの理由より、本発明に係る測定対象の温度変化測定方法は高い汎用性を有する。

【符号の説明】

【0034】

１ 測定装置
２ 引張試験機
２ａ，２ｂ チャック治具
２ｃ スライダ機構
２ｄ ロードセル
２ｅ 台座
３ 励起光源
４ 高速カメラ
５ 制御部
６ 感温塗料
１０ 試験片
１０ａ，１０ｂ 端部
１０ｃ 狭幅部
１０ｄ 測定部
ＵＶ 紫外線
ＦＯＶ 視野

【図1】

【図2】

【図3】