| 研究課題/領域番号 |
19H02148
|
|---|
| 研究機関 | 東北大学 |
|---|
研究代表者 |
辻 俊宏 東北大学, 工学研究科, 助教 (70374965)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 弾性表面波センサ / アンダーサンプリング / 微量水分 / ステンレス配管 / 内面処理 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究は、日本が世界をリードする革新的技術(青色発光ダイオード、有機EL、リチウムイオン電池など)に関する産業において重要なステンレス鋼配管の水分吸脱着特性の解明に着目し、高再現性の微量水分発生法と、弾性表面波(SAW)の超長距離伝搬を利用して微量水分を高感度かつ高速に計測可能なボールSAWセンサを組み合わせてインバースガスクロマトグラフィ(IGC)を構成し、配管材料システムの曲げ・溶接による初期吸脱着特性変化を定量化することにより、世界初の実用配管システム評価法の開発を行う研究である。
初年度に導入したバースト波アンダーサンプリング(BUS)回路の不具合が解決され、配管曲げ加工による表面組織変化の影響を検討するための実験を行った。まず過去に報告した内面粗度の異なる長さ100mmの配管試料(光輝焼鈍、電解研磨、電解化学研磨：参照配管)により現保有のセンサと計測器によりその差異を判別できることを確認した。その上で、現在工業的に利用可能な配管材料の中で最も高品質な内面を電解研磨処理したSUS316L管を試料に選定した。曲げ加工の影響を検討するために、初年度に構築した微量水分発生器により1000ppbvのプローブガスを供給して長さ500mmのストレート配管と90°曲げ配管を比較した結果、予想に反して曲げた配管のほうが水分の吸脱着が早期に起こる傾向が見られた。内面に曲げ加工による凹凸組織も確認されたことから、この現象は内面粗度の影響だけでは説明できない。曲げによるガス流乱れの影響を除去した試料を準備する必要があり、プローブガスの低濃度化とともに測定時間間隔を短縮する必要があることが分かった。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
BUS回路の正常動作を実現するのに半年を要したが、改善後はセンサ応答の計測を妨げるようなハードの不具合は発生していない。選定した試料配管(真空脱炭、真空誘導溶解精錬内面電解研磨処理SUS316L)において、1000ppbvのプローブガスでは参照配管のような明確な違いが見られなかったが、1週間程度の繰り返し測定の結果を総合的に判断すると、未加工配管に対して屈曲加工の影響は表れていると考えられる。ただし、屈曲加工した場合のほうが、水分の吸脱着が早期に起こる傾向があった。レーザー顕微鏡で同様の加工を行った配管内面を観察した結果、明確に曲げによる凹凸組織が現れていたため、組織よりも屈曲によるガス流の乱れの影響が大きいと考えられる。そこで、一度曲げた配管を直線状に伸ばした試料を作製して、内面組織の影響の分離する実験を現在進行中である。今年度の実験を通して微量水分IGCを実現するために、①測定時間間隔(現行3s)の短縮、②プローブガス濃度の低下(現行1000ppbv)、③乾燥(ドライダウン)能力の強化(現行100sccm)が必要であることが分かった。①については波形のレコード長の短縮と測定プログラムの改良に取り組んでおり1桁程度の高速化に目途が立ちつつある。②についてはR2年度に購入したプローブガスの分流希釈システムの工事を行うことで実現できる。③についてはドライダウン用のマスフローコントローラの流量を1SLMに増加させることで改善できると考えられる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
曲げ組織の影響測定に課題が多かったことにより、IGCを構成するために必要ボールSAW微量水分センサの測定法の課題も明らかになった。特にセンサ応答の測定時間間隔の短縮はIGC実現の根本である。今年度の唯一の成果発表となってしまったが、ここでセンサ応答の解析方法を検討する過程で、現在レコード長300点のBUS波形を大幅に少なくできる可能性を見出した。これにはBUS駆動プログラムの大幅な作り直しが必要だったが、5月の時点で目途が立った。そこで7月までの実装を目指す。一方でプローブガスの分流システムの工事を並行して行い、前年度に解明しきれなかった曲げ組織の影響の検証を行い、秋の学会における発表を目指す。次に、当初の予定ではリークフリーガス供給系の構築を計画していたが、秋以降は溶接組織の影響計測に集中する。溶接が行われた内面は目視でも判別できるため、曲げ組織よりも影響は大きい可能性は高い。現在溶接の影響を典型的に表すような配管試料の試作に着手している(100mm電解研磨管に10か所の溶接)。更に根本的に、曲げ組織・溶接組織の評価に対してドライダウンが不十分な可能性もあるため、現行の100sccmの10倍の流量を供給可能な1SLMのマスフローコントローラの導入も進めて、微量水分領域の吸脱着を明確に検出できる環境を整える。
|
