JP6800792B2 - 質量計測治具及び質量計測システム - Google Patents

Description

本発明は、質量計測治具及び質量計測システムに関する。

下記特許文献１には、燃料タンク内で蒸発した燃料蒸気を一時的に吸着するキャニスタ及び当該キャニスタに用いられるシリカゲルを成分とする吸着材が開示されている。このキャニスタは、燃料タンク内で揮発した燃料蒸気の大気への排出を抑止するために自動車や船舶等に備えられており、燃料蒸気の吸着と脱着（脱離）とを繰り返し行うことが可能な吸着材を備えている。

特開２００４−０００８５６号公報

ところで、上記キャニスタの性能を確認するための評価方法として、吸着材に吸着される燃料蒸気（ガス）の吸着量と吸着材から脱着（脱離）するガスの脱着量とを吸着材の重量を計測する方法がある。上記吸着量及び脱着量の計測（質量計測）では、電子天秤に載置したキャニスタに吸着用のガスを供給したり、あるいはキャニスタに脱着用のガスを供給する必要から、キャニスタを外部機器と接続した状態で重量計測を行うことになる。

しかしながら、このような重量計測では、キャニスタが外部機器と接続されていることに起因して外乱が作用し易くなり、安定かつ正確な吸着量及び脱着量の計測が困難であった。したがって、キャニスタ等に内蔵される吸着材の性能を評価するためには、吸着量及び脱着量を重量としてより安定かつ正確に計測する技術が切望されていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、吸着量及び脱着量等に相当する質量（重量）をより安定かつ正確に計測することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、質量計測治具に係る第１の解決手段として、計測対象物と質量計測装置との間に介在する架台と、少なくとも一対のユニバーサル継手を介して前記架台に接続されており、外部から供給されたガスを一方の前記ユニバーサル継手を介して前記計測対象物に向けて出力する第１のガス流路と、前記計測対象物から排出された前記ガスを他方の前記ユニバーサル継手を介して外部に流出させる第２のガス流路とを備える継手部と、該継手部における外部との接続部を固定する固定手段とを備える、という手段を採用する。

本発明では、質量計測治具に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記架台と前記質量計測装置との間に介在し、前記架台を低摩擦で前記質量計測装置に支持させる補助支持部をさらに備える、という手段を採用する。

本発明では、質量計測治具に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記継手部は、一対の前記ユニバーサル継手に加え、一端が一方の前記ユニバーサル継手に接続される第１接続管と、一端が該第１接続管の他端に接続される第１ロータリ継手と、一端が他方の前記ユニバーサル継手に接続される第２接続管と、一端が前記第２接続管の他端に接続される第２ロータリ継手とを備え、前記第１ロータリ継手の他端及び前記第２ロータリ継手の他端に前記架台が接続されている、という手段を採用する。

本発明では、質量計測治具に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記計測対象物は、前記ガスを吸着／脱着するキャニスタである、という手段を採用する。

本発明では、質量計測システムに係る解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段に係る質量計測治具と、前記質量計測装置とを備える、という手段を採用する。

本発明によれば、吸着量及び脱着量等に相当する質量（重量）をより安定かつ正確に計測することが可能である。

本発明の一実施形態に係るガス吸着量計測システムＡの正面図である。 本発明の一実施形態に係るガス吸着量計測システムＡの右側面図である。 本発明の一実施形態に係るガス吸着量計測システムＡの上面図である。 本発明の一実施形態に係るガス吸着量計測治具Ｔの機能を示す上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に、本実施形態に係るガス吸着量計測システムＡが計測対象とするキャニスタＷ（計測対象物）について説明する。キャニスタＷは、周知のように燃料タンクで蒸発した燃料蒸気（ガス）を吸着／脱着することにより、燃料蒸気が大気中に放出されることを防止する機器である。このようなキャニスタＷは、図示するように一対の入出力ポートつまり第１入出力ポートｗ１及び第２入出力ポートｗ２を備えた矩形状の容器であり、内部に吸着材（活性炭）を収容している。

第１入出力ポートｗ１及び第２入出力ポートｗ２は、吸着材に吸着用の燃料蒸気を流通させたり、あるいは脱着用の空気（外気）を吸着材に流通させるためのものである。すなわち、このキャニスタＷでは、吸着材に燃料蒸気を吸着させる際に、第１入出力ポートｗ１及び第２入出力ポートｗ２の一方から燃料蒸気が流入し、他方から一部が吸着された燃料ガスが排出される。また、このキャニスタＷでは、吸着材から燃料蒸気を脱着させる際には、第１入出力ポートｗ１及び第２入出力ポートｗ２の一方から空気が流入し、他方から燃料蒸気と空気との混合ガスが排出される。

本実施形態に係るガス吸着量計測システムＡは、このようなキャニスタＷにおける試験ガスの吸着量ｍｋ及び脱着量ｍｄを質量（重量）として計測する質量計測システムである。上記試験ガスは、キャニスタＷの性能を試験するために、燃料蒸気の代替えとしてキャニスタＷに供給される模擬ガスである。このガス吸着量計測システムＡは、図１〜図３に示すように、電子天秤Ｓ及びガス吸着量計測治具Ｔを備えている。

なお、図示していないが、このガス吸着量計測システムＡを用いたキャニスタＷの試験では、外部に設けられたガス供給装置から吸着用の試験ガスあるいは脱着用の空気がキャニスタＷに供給される。

電子天秤Ｓは、周知のように質量（重量）を高精度に計測する質量計測装置である。この電子天秤Ｓは、計測対象が載置される天板ｓ１、計測対象の質量を表示する表示部ｓ２及び使用者の指示を受け付ける操作部ｓ３等を備える。このような電子天秤Ｓは、天板ｓ１の垂線方向が重力方向（鉛直方向）となるように、つまり天板ｓ１が水平となるように設置されており、使用者が操作部ｓ３を操作することによって設定された計測条件に基づいて天板ｓ１上に載置された計測対象の質量（重量）を計測し、この計測の結果を表示部ｓ２に表示する。

ガス吸着量計測治具Ｔは、キャニスタＷと上記ガス供給装置との間に介在し、キャニスタＷとガス供給装置との接続に起因する外乱、つまり電子天秤Ｓによる質量計測における質量変動を軽減する質量計測治具である。このガス吸着量計測治具Ｔは、サポートベース１、第１ユニバーサル継手２、第１接続管３、第１ロータリ継手４、キャニスタ設置ベース５、第２ロータリ継手６、第２接続管７、第２ユニバーサル継手８、４つのベース固定支柱９、フローティングベース１０、補助ベース１１及び３つのボールベア１２を備えている。

なお、これら各構成要素のうち、第１ユニバーサル継手２、第１ロータリ継手４、第２ロータリ継手６及び第２ユニバーサル継手８は、基本構造としての継手機構に加えて、一端と他端との間を接続する内部流路を備える。すなわち、第１ユニバーサル継手２、第１接続管３及び第１ロータリ継手４は、全体として試験ガスあるいは空気が流通する第１のガス流路を構成し、また第２ロータリ継手６、第２接続管７及び第２ユニバーサル継手８も全体として試験ガスあるいは空気が流通する第２のガス流路を構成している。

サポートベース１は、図示するようにＬ字状に屈曲する板部材であり、基部１ａと支持部１ｂとを備える。基部１ａは、水平姿勢の平板部であり、電子天秤Ｓが載置される部位である。支持部１ｂは、基部１ａから直角に折れ曲がった平板部であり、第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８の各一端を支持する。なお、この第１ユニバーサル継手２の一端及び第２ユニバーサル継手８の一端は、第１ユニバーサル継手２の一端及び第２ユニバーサル継手８における外部との接続部である。

第１ユニバーサル継手２は、屈曲自在な略管状の部材であり、一端を含む管軸の延在方向が水平方向となるように上記支持部１ｂに固定されている。この第１ユニバーサル継手２は、一端が所定の外部配管を介してガス供給装置に接続され、他端が第１接続管３に接続されている。このような第１ユニバーサル継手２は、第１接続管３を外部配管に対して管軸周りに屈曲自在かつ回転自在に接続する。

第１接続管３は、水平姿勢で延在する所定長さの直管であり、一端に上記第１ユニバーサル継手２の他端が接続され、他端に第１ロータリ継手４の一端が接続されている。第１ロータリ継手４は、水平姿勢の第１接続管３を同じく水平姿勢のキャニスタ設置ベース５に接続するアングル継手である。

すなわち、第１ロータリ継手４は、Ｌ字状の部材であり、一端に第１接続管３の他端が接続され、一端に対して直交する他端にキャニスタ設置ベース５が固定されている。このような第１ロータリ継手４は、第１接続管３をキャニスタ設置ベース５に対して水平面内で回転自在となるように接続する。

キャニスタ設置ベース５は、互いに直行する第１〜第４の辺５ａ〜５ｄを備え、上面にキャニスタＷが載置される略矩形の平板である。このキャニスタ設置ベース５は、第１の辺５ａの近傍部位に一対の開口が形成されており、当該開口の一方（第４の辺５ｄ側）に第１ロータリ継手４の他端が挿通かつ固定され、上記開口の他方（第２の辺５ｂ側）に第２ロータリ継手６の他端が挿通かつ固定されている。

なお、このようなキャニスタ設置ベース５は、上面の平面度が損なわれないように４辺の近傍部位が折り曲げられている。また、このようなキャニスタ設置ベース５では、上面の中央部にキャニスタＷを載置する矩形領域（キャニスタ載置領域）が設定されている。

第２ロータリ継手６は、水平姿勢のキャニスタ設置ベース５を同じく水平姿勢の第２接続管７に接続するアングル継手であり、上述した第１ロータリ継手４と同一の形状を有する。すなわち、この第２ロータリ継手６は、第１ロータリ継手４と同様にＬ字状の部材であり、一端に第２接続管７の他端が接続され、他端にキャニスタ設置ベース５が固定されている。このような第２ロータリ継手６は、第２接続管７をキャニスタ設置ベース５に対して水平面内で回転自在となるように接続する。

第２接続管７は、水平姿勢で延在する所定長さの直管であり、一端に第２ユニバーサル継手８の他端が接続され、他端に第２ロータリ継手６の一端が接続されている。この第２接続管７は、第１接続管３と同一な形状を有する。第２ユニバーサル継手８は、屈曲自在な略管状の部材であり、上述した第１ユニバーサル継手２と同一な形状を有する。

この第２ユニバーサル継手８は、一端を含む管軸の延在方向が水平方向となるようにサポートベース１の支持部１ｂに固定されている。また、この第２ユニバーサル継手８は、一端が所定の外部配管を介してガス供給装置に接続され、他端が第２接続管７の一端に接続されている。このような第２ユニバーサル継手８は、第２接続管７を外部配管に対して管軸周りに屈曲自在かつ回転自在に接続する。

４つのベース固定支柱９は、所定長さの円柱状部材であり、上述したキャニスタ載置領域の各頂点から所定距離だけ外側の箇所（４ヶ所）に設けられている。すなわち、４つのベース固定支柱９は、一端がキャニスタ設置ベース５のキャニスタ載置領域の外側近傍部位にそれぞれ固定され、他端がフローティングベース１０にそれぞれ固定されている。

フローティングベース１０は、上記ベース固定支柱９を介してキャニスタ設置ベース５に固定された平板である。すなわち、このフローティングベース１０は、４つのベース固定支柱９の他端にそれぞれ固定されており、キャニスタ設置ベース５に対して所定間隔を空けて平行対峙している。このようなフローティングベース１０とキャニスタ設置ベース５との間には、上述した第１接続管３及び第２接続管７が配置されている。

ここで、キャニスタ設置ベース５、フローティングベース１０及び４つのベース固定支柱９は、キャニスタＷ（計測対象物）と電子天秤Ｓ（質量計測装置）との間に介在するフローティング架台Ｆ（架台）を構成している。

また、一対のユニバーサル継手（第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８）、一対の接続管（第１接続管３及び第２接続管７）並びに一対のロータリ継手（第１ロータリ継手４及び第２ロータリ継手６）は、上記フローティング架台Ｆとサポートベース１との間に介在する継手部Ｊを構成している。

この継手部Ｊは、少なくとも一対のユニバーサル継手（第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８）を介してフローティング架台Ｆに接続されており、外部のガス供給装置から供給されたガス（試験ガスあるいは空気）を一方のユニバーサル継手（第１ユニバーサル継手２）を介してキャニスタＷ（計測対象物）に向けて出力する第１のガス流路と、キャニスタＷ（計測対象物）から排出されたガス（試験ガスあるいは混合ガス）を他方のユニバーサル継手（第２ユニバーサル継手８）を介して外部のガス供給装置に流出させる第２のガス流路とを備える。

すなわち、このような継手部Ｊがフローティング架台Ｆとサポートベース１の間に設けられているので、サポートベース１は、サポートベース１に対して上下動及び水平移動が可能である。なお、サポートベース１は、継手部Ｊにおける外部との接続部つまり第１ユニバーサル継手２の一端及び第２ユニバーサル継手８の一端を固定するものであり、本発明における固定手段である。

なお、継手部Ｊでは、第１ユニバーサル継手２が第１接続管３を介して第１ロータリ継手４に接続され、また第２ユニバーサル継手８が第２接続管７を介して第２ロータリ継手６に接続されているので、図２及び図３に示されているように、一対のロータリ継手（第１ロータリ継手４及び第２ロータリ継手６）は、キャニスタ設置ベース５の第１の辺５ａの近傍に位置し、これに対して一対のユニバーサル継手（第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８）は、キャニスタ設置ベース５の第３の辺５ｃの近傍に位置している。

また、フローティング架台Ｆは、一対のパイプつまり第１ガスホースＨ１及び第２ガスホースＨ２を介してキャニスタＷに接続されている。すなわち、第１ガスホースＨ１は、一端が第１ロータリ継手４の一端され、他端がキャニスタＷの第１入出力ポートｗ１に接続されている。また、第２ガスホースＨ２は、一端が第２ロータリ継手６の一端され、他端がキャニスタＷの第２入出力ポートｗ２に接続されている。

補助ベース１１は、上述した電子天秤Ｓの天板ｓ１上に設置された平板である。この補助ベース１１の上面には、３つのボールベア１２が設けられている。３つのボールベア１２は、正三角形あるいは二等辺三角形の各頂点に対応する位置関係で補助ベース１１の上面に設けられている。

これらボールベア１２は、回動自在な球体（ボール）をそれぞれ備えており、球体の表面で上述したフローティングベース１０の下面を支持している。このような補助ベース１１及びボールベア１２は、上記フローティング架台Ｆと電子天秤Ｓの天板ｓ１との間に介在し、フローティング架台Ｆを低摩擦で電子天秤Ｓの天板ｓ１上に支持させる補助支持部Ｅを構成している。

次に、このように構成された本実施形態に係るガス吸着量計測システムＡの動作及び作用効果について詳しく説明する。

このガス吸着量計測システムＡを用いてキャニスタＷの吸着量ｍｋを計測する場合、外部のガス供給装置から第１ユニバーサル継手２に試験ガスが供給され、第２ユニバーサル継手８から試験ガスの一部がガス供給装置に回収される。すなわち、試験ガスは、第１ユニバーサル継手２、第１接続管３及び第１ロータリ継手４からなる第１のガス流路と第１ガスホースＨ１とを経由し、第１入出力ポートｗ１からキャニスタＷ内に流入して一部が吸着剤に吸収される。

そして、試験ガスは、吸着剤で吸着されなかった残部が第２入出力ポートｗ２から第２ガスホースＨ２と第２ロータリ継手６、第２接続管７及び第８ユニバーサル継手８からなる第２のガス流路とを経由してガス供給装置に流れる。キャニスタＷは、このような試験ガスの一部を吸着剤で吸着することによって質量が増加する。電子天秤Ｓは、このような質量の増加分をキャニスタＷにおける吸着量ｍｋとして計測し、表示部ｓ２に表示する。

一方、このガス吸着量計測システムＡを用いてキャニスタＷの脱着量ｍｄを計測する場合には、外部のガス供給装置から第１ユニバーサル継手２に空気が供給され、第２ユニバーサル継手８から空気と試験ガスとの混合ガスがガス供給装置に回収される。すなわち、空気は、第１ユニバーサル継手２から第１接続管３、第１ロータリ継手４及び第１ガスホースＨ１を経由し、第１入出力ポートｗ１からキャニスタＷ内に流入して吸着剤に作用する。

そして、この空気の作用によって吸着剤から脱着した試験ガスは、空気と混合して混合ガスとなり、第２入出力ポートｗ２から第２ガスホースＨ２、第２ロータリ継手６、第２接続管７及び第８ユニバーサル継手８を経由してガス供給装置に流れる。キャニスタＷは、このような空気の作用にって吸着剤から試験ガスが脱着することによって質量が低下する。電子天秤Ｓは、このような質量の減少分をキャニスタＷにおける脱着量ｍｄとして計測し、表示部ｓ２に表示する。

ここで、このガス吸着量計測システムＡでは、外部配管を介してガス供給装置に接続される第１ユニバーサル継手２の一端及び第２ユニバーサル継手８の一端がサポートベース１に固定されている。また、フローティング架台Ｆは、第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８を含む継手部Ｊを介してサポートベース１に接続されている。さらに、上記フローティング架台Ｆは、補助ベース１１及びボールベア１２からなる補助支持部Ｅによって低摩擦で電子天秤Ｓの天板ｓ１に支持されている。

このような状態において、電子天秤Ｓは、キャニスタＷ、フローティング架台Ｆ、補助支持部Ｅ及び継手部Ｊにおける第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８の他端側（つまり、第１ユニバーサル継手２の他端及び第２ユニバーサル継手８の他端並びに第１接続管３、第１ロータリ継手４、第２ロータリ継手６及び第２接続管７）の質量を計測する。

また、吸着量ｍｋを計測する場合、外部のガス供給装置から第１ユニバーサル継手２の一端に試験ガスが供給され、この試験ガスの供給圧力の変動が電子天秤Ｓにおける吸着量ｍｋの計測に外乱として作用する。また、脱着量ｍｄを計測する場合には、外部のガス供給装置から第１ユニバーサル継手２の一端に空気が供給され、この空気の供給圧力の変動が電子天秤Ｓにおける脱着量ｍｄの計測に外乱として作用する。

しかしながら、本実施形態に係るガス吸着量計測システムＡでは、継手部Ｊの一端が第１ユニバーサル継手２の一端及び第２ユニバーサル継手８の一端つまり固定系であるサポートベース１に対して上下方向（鉛直方向）及び左右方向（水平方向）への屈曲が可能であり、また継手部Ｊの他端が第１ロータリ継手４及び第２ロータリ継手６を介してフローティング架台Ｆに左右方向（水平方向）での回動が可能なので、上記試験ガス及び空気の供給圧力の変動は、図４に示すようにフローティング架台Ｆが電子天秤Ｓの天板ｓ１上において水平方向に移動することによって吸収される。

すなわち、本実施形態に係るガス吸着量計測システムＡによれば、ガス供給装置からキャニスタＷに試験ガスや空気を供給する際にキャニスタＷに作用する外力（外乱）つまり電子天秤Ｓの天板ｓ１による質量計測に対する外乱を効果的に抑制することが可能である。したがって、本実施形態に係るガス吸着量計測システムＡによれば、吸着量ｍｋ及び脱着量ｍｄを質量（重量）としてより安定かつ正確に計測することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、補助ベース１１及びボールベア１２を備える補助支持部Ｅを設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、電子天秤Ｓの天板ｓ１の表面が摩擦係数が低い材料で形成されている場合には、補助支持部Ｅを省略し、フローティング架台Ｆのフローティングベース１０を天板ｓ１上に直接設置しても良い。

（２）上記実施形態では、キャニスタ設置ベース５、フローティングベース１０及び４つのベース固定支柱９から架台（フローティング架台Ｆ）を構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、継手部Ｊをキャニスタ設置ベース５の下側ではなく上側に配置することによりベース固定支柱９及びフローティングベース１０を削除し、キャニスタ設置ベース５を電子天秤Ｓの天板ｓ１上に直接設置しても良い。

（３）上記実施形態では、一対のユニバーサル継手（第１ユニバーサル継手２及び第２ユニバーサル継手８）、一対の接続管（第１接続管３及び第２接続管７）並びに一対のロータリ継手（第１ロータリ継手４及び第２ロータリ継手６）から継手部Ｊを構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１ユニバーサル継手２と第１ロータリ継手４とを直接接続し、第２ユニバーサル継手８と第２ロータリ継手６とを直接接続しる構成を採用しても良い。

Ａ ガス吸着量計測システム
Ｅ 補助支持部
Ｆ フローティング架台（架台）
Ｊ 継手部
Ｓ 電子天秤（質量計測装置）
ｓ１ 天板
ｓ２ 表示部
ｓ３ 操作部
Ｔ ガス吸着量計測治具
Ｗ キャニスタ（計測対象物）
ｗ１ 第１入出力ポート
ｗ２ 第２入出力ポート
Ｈ１ 第１ガスホース
Ｈ２ 第２ガスホース
１ サポートベース（固定手段）
２ 第１ユニバーサル継手
３ 第１接続管
４ 第１ロータリ継手
５ キャニスタ設置ベース
５ａ 第１の辺
５ｂ 第２の辺
５ｃ 第３の辺
５ｄ 第４の辺
６ 第２ロータリ継手
７ 第１接続管
８ 第２ユニバーサル継手
９ ベース固定支柱
１０ フローティングベース
１１ 補助ベース
１２ ボールベア

Claims (5)

1. 計測対象物と質量計測装置との間に介在する架台と、
   少なくとも一対のユニバーサル継手を介して前記架台に接続されており、外部から供給されたガスを一方の前記ユニバーサル継手を介して前記計測対象物に向けて出力する第１のガス流路と、前記計測対象物から排出された前記ガスを他方の前記ユニバーサル継手を介して外部に流出させる第２のガス流路とを備える継手部と、
   該継手部における外部との接続部を固定する固定手段と
   を備える質量計測治具。
2. 前記架台と前記質量計測装置との間に介在し、前記架台を低摩擦で前記質量計測装置に支持させる補助支持部をさらに備える請求項１記載の質量計測治具。
3. 前記継手部は、一対の前記ユニバーサル継手に加え、
   一端が一方の前記ユニバーサル継手に接続される第１接続管と、
   一端が該第１接続管の他端に接続される第１ロータリ継手と、
   一端が他方の前記ユニバーサル継手に接続される第２接続管と、
   一端が前記第２接続管の他端に接続される第２ロータリ継手とを備え、
   前記第１ロータリ継手の他端及び前記第２ロータリ継手の他端に前記架台が接続されている請求項１または２記載の質量計測治具。
4. 前記計測対象物は、前記ガスを吸着／脱着するキャニスタである請求項１〜３のいずれか一項に記載の質量計測治具。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の質量計測治具と、前記質量計測装置とを備える質量計測システム。

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