(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の一端部が基準位置に維持された状態で吸湿したときに前記試料の形状を維持する形状維持手段と、
吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う前記形状維持手段の変位を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に応じて前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出手段とを備え、
前記形状維持手段により前記試料の形状を維持しつつ雰囲気の温度および湿度を変化させるものであり、
前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が前記試料の長手方向又は幅方向の両端部であり、
前記試料が吊り下げられるように前記試料の一端部を固定する支持部を有し、
前記形状維持手段は、前記試料の上下方向の長さに影響を与えない程度の自重を有するとともに前記試料の他端部に取り付けられる膨潤試験装置。
【請求項２】
前記検出手段は、渦電流式変位センサによって構成されている請求項１に記載の膨潤試験装置。
【請求項３】
前記形状維持手段は、前記渦電流式変位センサによって渦電流を発生可能な金属製の被検知部を有し、
前記渦電流式変位センサは、前記被検知部の変位を検出するように配設されている請求項２に記載の膨潤試験装置。
【請求項４】
前記試料を包囲するように風除けが設けられている請求項１から３の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項５】
前記支持部は、所定の間隔をおいて配置される一対の脚部と、脚部間に架設され且つ前記試料の一端部を吊持可能な架設部とを有し、
少なくとも前記一対の脚部が低熱膨張鋳鋼によって構成されている請求項１から４の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項６】
前記一対の脚部を冷却する脚部冷却手段が設けられている請求項５に記載の膨潤試験装置。
【請求項７】
試料の一端部が基準位置に維持された状態で吸湿したときに前記試料の形状を維持する形状維持手段と、
吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う前記形状維持手段の変位を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に応じて前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出手段と、
前記試料を載置するための載置部と、を備え、
前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が厚み方向の両端面であり、
前記形状維持手段は、前記試料の厚みに影響を与えない程度の自重を有するとともに前記載置部に載置された前記試料の上に載置される膨潤試験装置。
【請求項８】
前記検出手段は、渦電流式変位センサによって構成されている請求項７に記載の膨潤試験装置。
【請求項９】
前記形状維持手段は、前記渦電流式変位センサによって渦電流を発生可能な金属製の被検知部を有し、
前記渦電流式変位センサは、前記被検知部の変位を検出するように配設されている請求項８に記載の膨潤試験装置。
【請求項１０】
前記形状維持手段には、当該形状維持手段が載置された前記試料に吸湿をさせるための開口部が形成されている請求項７から９の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項１１】
前記形状維持手段は、多孔質金属によって形成されている請求項７から９の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項１２】
少なくとも前記試料を収納可能で、かつ温度及び湿度を調整可能な試験槽を有する請求項１から１１の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項１３】
吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料について膨潤試験を行うために用いられる請求項１から１２の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項１４】
前記試料をセットするための装置本体を備え、
前記検出手段は、前記装置本体に設置されており、
前記導出手段は、試験時の前記装置本体の変形量に相当する補正値を差し引く処理を行うように構成されている請求項１から１３の何れか１項に記載の膨潤試験装置。
【請求項１５】
試料を所定の位置にセットするセット工程と、
前記試料の一端部が基準位置に維持された状態で、前記試料の形状を維持しつつ雰囲気の温度及び湿度を変化させ、吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う所定部位の変位を検出し、前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出工程と、が含まれ、
前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が前記試料の長手方向又は幅方向の両端部であり、
前記セット工程では、前記試料が吊り下げられるように前記試料の一端部を支持部に固定し、前記試料の上下方向の長さに影響を与えない程度の自重を有する形状維持手段を前記試料の他端部に取り付ける膨潤試験方法。
【請求項１６】
試料を所定の位置にセットするセット工程と、
前記試料の一端部が基準位置に維持された状態で、前記試料の形状を維持しつつ雰囲気の温度及び湿度を変化させ、吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う所定部位の変位を検出し、前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出工程と、が含まれ、
前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が厚み方向の両端面であり、
前記セット工程では、前記試料を載置部に載置し、前記試料の上下方向の厚みに影響を与えない程度の自重を有する形状維持手段を前記試料の上に載置する膨潤試験方法。
【請求項１７】
前記導出工程では、渦電流式変位センサにより、吸湿による試料他端部の変位又はそれに伴う所定部位の変位を検出する請求項１５又は１６に記載の膨潤試験方法。
【請求項１８】
前記導出工程では、雰囲気の温度及び湿度が所定の温度及び湿度に調整された後、測定が終わるまでの間、冷凍機の運転を停止する請求項１５から１７の何れか１項に記載の膨潤試験方法。
【請求項１９】
吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料について膨潤試験を行う請求項１５から１８の何れか１項に記載の膨潤試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨潤試験装置及び膨潤試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されているように、試料の上端部を固定するとともに下端部を自由端とし、この試料の下端部の変位量を測定するようにした膨潤試験装置が知られている。この特許文献１に開示された試験装置では、図９に示すように、開口部８１が形成されたリファレンス板８０が用いられており、恒温恒湿槽内においてこのリファレンス板８０を開口部８１が下になるように配置し、リファレンス板８０の上部に試料Ｓの上端部を固定するようにしている。このとき試料Ｓの下端部Ｓａは、自由端の状態で開口部８１内に位置している。そして、レーザー外形測定器によって試料Ｓの下端部Ｓａと開口部８１の下側端縁８１ａとの間の距離Ｌの変化を測定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１４９８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示された膨潤試験装置では、試料Ｓが例えばシート状や膜状のものである場合に、膨張率を正確に測定できないという問題がある。すなわち、試料Ｓがシート状等である場合、吸湿によって試料が曲がったり、丸まったりすることがある。この場合には、レーザー外形測定器によって計測された試料Ｓの下端部Ｓａと開口部８１の下側端縁８１ａとの距離Ｌの変化が試料Ｓの膨張率を反映したものとはならない。このため、試料Ｓの上端部を固定するとともに下端部Ｓａを自由端として膨潤試験を行う装置においては、膨潤に伴う試料Ｓの膨張率を正確に測定できない場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料に対しても正確に膨張率を測定できる膨潤試験装置及び膨潤試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は、試料の一端部が基準位置に維持された状態で吸湿したときに前記試料の形状を維持する形状維持手段と、吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う前記形状維持手段の変位を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出手段とを備え、前記形状維持手段により前記試料の形状を維持しつつ雰囲気の温度および湿度を変化させるものであり、前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が前記試料の長手方向又は幅方向の両端部であり、前記試料が吊り下げられるように前記試料の一端部を固定する支持部を有し、前記形状維持手段は、前記試料の上下方向の長さに影響を与えない程度の自重を有するとともに前記試料の他端部に取り付けられる膨潤試験装置である。
【０００７】
本発明では、試料が吸湿して膨張する際に形状維持手段によって形状が維持されるため、試料は変形することなく膨張する。そしてこのとき、試料の一端部が基準位置に維持されるため、試料の他端部は、吸湿による試料の膨張率に応じた変位を伴う。この変位を直接又は形状維持手段の変位を介して検出手段によって検出し、その検出結果に応じて試料の膨張量又は膨張率を導出することにより、試料の正確な膨張量又は膨張率を得ることが可能となる。したがって、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料についても、正確な膨張試験を行うことが可能となる。しかも、試料は、上端部が支持部に固定されて吊り下げられた状態となり、この試料の下端部に形状維持手段が取り付けられる。形状維持手段は、試料に吊り下げられた状態となるため、形状維持手段を試料に取り付けると自重が試料にかかる。このため、試料が吸湿して膨張する際に変形するのを防止することができる。しかも形状維持手段を試料に取り付けたとしても試料の上下方向の長さに影響を与えないため、試料の形状変化に伴って生ずる測定誤差を回避しつつ、試料の長手方向又は幅方向における吸湿による膨張の正確な測定が可能となる。
【０００８】
ここで、前記検出手段は、渦電流式変位センサによって構成されているのが好ましい。この態様では、高温高湿雰囲気の下での正確な膨潤試験が可能となる。すなわち、特許文献１に開示された装置のように、レーザー光を用いて試料の膨張率を測定する装置では、高温高湿の雰囲気においてレーザー光が空気中の水分によって散乱する等により、正確な測定が困難である。これに対し、渦電流式変位センサを用いる場合には、高温高湿の雰囲気下においてもミクロンオーダーでの測定が可能となる。しかも、レーザー光を用いる場合よりも、より高温の条件下での試験が可能となる。
【０００９】
この態様において、前記形状維持手段が、前記渦電流式変位センサによって渦電流を発生可能な金属製の被検知部を有しているのが好ましく、そして、前記渦電流式変位センサは、前記被検知部の変位を検出するように配設されているのが好ましい。この態様では、渦電流を発生させるための被検知部によっても試料の形状を維持させることが可能となる。このため、正確な膨張試験を行うための膨潤試験装置の部品点数が増大するのを抑制することができる。
【００１１】
この態様において、前記試料を包囲するように風除けが設けられているのが好ましい。この態様では、試料が受ける風の影響を低減することができ、試料の膨張量又は膨張率をより正確に得ることが可能となる。
【００１２】
前記支持部は、所定の間隔をおいて配置される一対の脚部と、脚部間に架設され且つ前記試料の一端部を吊持可能な架設部とを有する場合には、少なくとも前記一対の脚部が低熱膨張鋳鋼によって構成されているのが好ましい。この態様では、試料の一端部が固定される架設部の上下方向の位置が変位するのを抑制できるので、試料の膨張量又は膨張率をより正確に得ることが可能となる。
【００１３】
前記一対の脚部を冷却する脚部冷却手段が設けられていてもよい。この態様では、脚部の膨張をより抑制することができる。
【００１４】
本発明は、試料の一端部が基準位置に維持された状態で吸湿したときに前記試料の形状を維持する形状維持手段と、吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う前記形状維持手段の変位を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出手段と、前記試料を載置するための載置部と、を備え、前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が厚み方向の両端面であり、前記形状維持手段は、前記試料の厚みに影響を与えない程度の自重を有するとともに前記載置部に載置された前記試料の上に載置される膨潤試験装置である。本発明では、試料は、載置部に載置された状態で膨潤試験が行われるが、この試料の上に形状維持手段が載置される。このため形状維持手段の自重が試料にかかり、試料が吸湿して膨張する際に変形するのを防止することができる。しかも形状維持手段を試料の上に載置したとしても試料の厚みに影響を与えないため、試料の形状変化に伴って生ずる測定誤差を回避しつつ、試料の厚み方向における吸湿による膨張の正確な測定が可能となる。
【００１５】
この態様において、前記検出手段は、渦電流式変位センサによって構成されていてもよい。また、前記形状維持手段は、前記渦電流式変位センサによって渦電流を発生可能な金属製の被検知部を有し、前記渦電流式変位センサは、前記被検知部の変位を検出するように配設されていてもよい。また、前記形状維持手段には、当該形状維持手段が載置された前記試料に吸湿をさせるための開口部が形成されていてもよい。この態様では、試料の上に形状維持手段が載置されることによって試料の吸湿が阻害されることを抑制することができる。また、開口部の位置や大きさを調整することにより、試料に付加される重量のバランスを調整できるので、試料に応じて適切な形状維持手段を、開口部の位置や大きさを調整することによって得ることができる。
【００１６】
この態様において、前記形状維持手段は、多孔質金属によって形成されていてもよい。この態様では、形状維持手段の中を水分が浸透することができるため、試料の上に形状維持手段が載置されることによって試料の吸湿が阻害されることを抑制することができる。
【００１７】
少なくとも前記試料を収納可能で、かつ温度及び湿度を調整可能な試験槽を有していてもよい。この態様では、試験槽内の温度及び湿度を調整することによって試料の膨潤試験を行うことができる。したがって、膨潤試験装置を恒温恒湿槽の中に設置することなく膨潤試験を行うことができる。
【００１８】
前記膨潤試験装置は、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料について膨潤試験を行うために用いられてもよい。このような試料について膨潤試験を行う場合にも、試料の正確な膨張量又は膨張率を得ることができる。
また、前記試料をセットするための装置本体を備え、前記検出手段は、前記装置本体に設置されており、前記導出手段は、試験時の前記装置本体の変形量に相当する補正値を差し引く処理を行うように構成されていてもよい。
【００１９】
本発明は、試料を所定の位置にセットするセット工程と、前記試料の一端部が基準位置に維持された状態で、前記試料の形状を維持しつつ雰囲気の温度及び湿度を変化させ、吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う所定部位の変位を検出し、前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出工程と、が含まれ、前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が前記試料の長手方向又は幅方向の両端部であり、前記セット工程では、前記試料が吊り下げられるように前記試料の一端部を支持部に固定し、前記試料の上下方向の長さに影響を与えない程度の自重を有する形状維持手段を前記試料の他端部に取り付ける膨潤試験方法である。
本発明は、試料を所定の位置にセットするセット工程と、前記試料の一端部が基準位置に維持された状態で、前記試料の形状を維持しつつ雰囲気の温度及び湿度を変化させ、吸湿による試料他端部の初期位置からの変位又はそれに伴う所定部位の変位を検出し、前記試料の膨張量又は膨張率を導出する導出工程と、が含まれ、前記試料がシート状又は膜状をなすとともに前記試料の一端部及び他端部が厚み方向の両端面であり、前記セット工程では、前記試料を載置部に載置し、前記試料の上下方向の厚みに影響を与えない程度の自重を有する形状維持手段を前記試料の上に載置する膨潤試験方法である。
【００２０】
前記導出工程では、渦電流式変位センサにより、吸湿による試料他端部の変位又はそれに伴う所定部位の変位を検出するのが好ましい。
【００２３】
前記導出工程では、雰囲気の温度及び湿度が所定の温度及び湿度に調整された後、測定が終わるまでの間、冷凍機の運転を停止してもよい。この態様では、測定中に冷凍機の振動が伝わるのを防止できるため、試料の膨張率をより正確に得ることが可能となる。
【００２４】
前記膨潤試験方法は、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料について膨潤試験を行ってもよい。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料に対しても正確に膨張率を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膨潤試験装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】サンプルセット用冶具の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る膨潤試験装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る膨潤試験装置の装置本体を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る膨潤試験装置の装置本体を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る膨潤試験装置の装置本体を概略的に示す図である。
【図７】被検知部の上面図である。
【図８】スライド部材の上面図である。
【図９】従来の膨潤試験装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
本実施形態に係る膨潤試験装置１０は、恒温恒湿槽内に設置して試料の膨潤試験を行うための装置である。試料Ｓとしては、高分子材料、紙、布等のシート状又は膜状の試料Ｓを挙げることができる。これらは、吸湿によって膨張するだけでなく曲がったり丸まったりするが、本試験装置１０では、吸湿時の膨張以外の変形を防止しつつ膨潤試験を行うことができる。すなわち、本試験装置１０は、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料Ｓについても膨潤試験が可能である。高分子材料の試料Ｓとしては、例えば燃料電池用の電解質膜を挙げることができる。電解質膜としては、例えば厚みが２０〜１２０μｍ程度のものが用いられる。なお、この試験装置１０は、このようなシート状又は膜状の試料Ｓ以外の試料Ｓにも使用することができる。
【００２９】
第１実施形態の膨潤試験装置１０は、シート状又は膜状の試料Ｓの主面に沿う方向における試料Ｓの膨張率又は膨張量を測定するものである。試料Ｓの主面とは、試料Ｓの厚み方向ではなく試料Ｓの長手方向（又は幅方向）に延びる面であり、試料Ｓ全体としての形状を形成する面である。膨潤試験装置１０は、試料Ｓをセットするための装置本体１２と、この装置本体１２にセットされた試料Ｓの膨張を検出するための検出手段１４と、試料Ｓの形状を維持するための形状維持手段１６と、コントローラ２０と、を備えている。装置本体１２は、平板状の基台２４と、試料Ｓを支持するための支持部２５と、検出手段１４を設置するためのスライド部材２６と、を備えている。
【００３０】
支持部２５は、基台２４の上面に立設される脚部としてのスライドシャフト２８と、スライドシャフト２８間に架設される架設部２９と、を備えている。スライドシャフト２８は、互いに間隔をおいて配置され左右一対となって設けられている。スライドシャフト２８は、本実施形態では中実の棒状に形成されているが、中空状に形成されていてもよい。この場合、熱容量を小さくでき、スライドシャフト２８の熱膨張速度を速めることができる。
【００３１】
架設部２９は、一対のスライドシャフト２８に架設される天板２９ａと、この天板２９ａの下面に固定された固定部２９ｂとを備えている。固定部２９ｂは、略直方体状に形成されていて、正面側の側面にボルト孔が形成されている。
【００３２】
固定部２９ｂには、試料Ｓの上端部を固定するための試料吊り下げ部３２が固定される。試料吊り下げ部３２は、試料Ｓを厚み方向に挟むことができるように二つ割構造となっていて、両割り子をボルト３２ａで締結することによって試料Ｓを固定するものである。この試料挟み込み用のボルト孔３２ｂ（図２参照）は、試料吊り下げ部３２の四隅に設けられている。また、試料吊り下げ部３２には、固定部２９ｂに固定するためのボルト３２ｃを挿通させる挿通孔３２ｄ（図２参照）が形成されている。
【００３３】
スライド部材２６は、検出手段１４を所定位置に調整した状態で固定するためのものであり、スライドシャフト２８に沿って上下方向に移動させた上で固定することができる。すなわち、スライド部材２６は、扁平で細長い直方体状に形成されており、両端部の近傍にはそれぞれ、スライドシャフト２８を挿通可能なシャフト挿通孔２６ａが上下方向に貫通するように形成されている。またスライド部材２６の側面には、シャフト挿通孔２６ａに連通するようにねじ孔２６ｂが形成されている。そして、このねじ孔２６ｂに固定ねじ３４を螺合してシャフト挿通孔２６ａ内のスライドシャフト２８に固定ねじ３４を当接させることで、スライド部材２６を固定することができる。
【００３４】
スライド部材２６には、略中央位置で上下に貫通するセンサ固定孔２６ｃが形成されている。このセンサ固定孔２６ｃには検出手段１４のセンサヘッド１４ａが挿通される。センサヘッド１４ａには、周面に雄ねじが形成されていているので、スライド部材２６の上下両方向からナット３６を螺合させることにより、スライド部材２６にセンサヘッド１４ａを固定することができる。本実施形態では、検出手段１４は、試料Ｓの下方に位置決めされて、試料Ｓの下端部の変位を検出するので、スライド部材２６のセンサ固定孔２６ｃに下から挿入されて上向きの姿勢で固定される。
【００３５】
基台２４、スライドシャフト２８、天板２９ａ、固定部２９ｂ、試料吊り下げ部３２、取り付け部３８（後述）及びスライド部材２６は、低熱膨張鋳鋼（例えばスーパーインバー合金；熱膨張率は１．０×１０−６／Ｋ）からなる。
【００３６】
検出手段１４は、渦電流式変位センサからなり、センサヘッド１４ａ内部のコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させる。そして、この磁界内に存在する測定対象物（導電体又は磁性体）による電磁誘導作用によって測定対象物の表面には渦電流が発生するので、検出手段１４は、この渦電流によってセンサヘッド１４ａ内のコイルのインピーダンスが変化する現象による発振強度の変化を利用して測定対象物との間のギャップを測定することができる。ここでいう測定対象物は、本実施形態では後述の被検知部３９が該当する。
【００３７】
形状維持手段１６は、吊り下げられた状態の試料Ｓが吸湿したときに、膨張する以外に形状が変わるのを自重によって防止するものである。このため、形状維持手段１６には、吸湿によって試料Ｓが変形しようとするのを抑止できる程度の重さが必要である。そして、形状維持手段１６は、試料Ｓの上下方向の長さに影響を与えない程度の自重を有しているのが好ましい。試料Ｓの上下方向の長さに影響を与えない程度の自重とは、試料Ｓに取り付けたときに試料Ｓが伸びない程度の自重、又は試料Ｓが伸びるとしても、検出手段１４による測定分解能以下の伸びしか生じない程度の自重を意味している。
【００３８】
形状維持手段１６は、試料Ｓの下端部に取り付けるための取り付け部３８と、試料Ｓの下端部の変位に相当する変位を検知するために設けられる被検知部３９とを備えている。取り付け部３８は、略直方体形状に形成されるとともに、試料Ｓを厚み方向に挟むことができるように二つ割構造となっている。両割り子をボルト４０で締結することによって試料Ｓに固定することができる。
【００３９】
被検知部３９は、平板状に形成されており、取り付け部３８を試料Ｓに取り付けたときに、試料Ｓの長さ方向に対して垂直な方向を向くように、取り付け部３８の一方の割り子３８ａ（図２参照）に固定されている。
【００４０】
被検知部３９は、金属（アルミニウム、ステンレス、鉄、銅等）製の薄板からなり、センサヘッド１４ａの径の３倍程度の径を有する円形状に形成されている。厚みは、アルミニウム（Ａ５０５２Ｐ）の場合で０．４ｍｍ以上、鉄（ＳＣＭ４４０）の場合で０．２ｍｍ以上、銅（Ｃ１１００Ｐ）の場合で０．３ｍｍ以上とするのが好ましい。本実施形態では、被検知部３９をステンレス製として、厚みを０．５ｍｍとしている。取り付け部３８及び被検知部３９の合計の重さは、約６ｇである。
【００４１】
被検知部３９は、検出手段１４の発生する高周波磁界によって渦電流を生じさせる必要があるため、検出手段１４をできるだけ被検知部３９に近い位置に設置するのが好ましい。しかしながら、試料Ｓが吸湿によって膨張したときに被検知部３９に接触しないようにする必要があるため、検出手段１４の出力値を見ながらスライド部材２６の位置をずらし、被検知部３９が検出手段１４の検知エリア内においてできるだけ離れた位置になるように調整するのが好ましい。
【００４２】
本膨張試験装置１０には、試料Ｓに風が当たるのを防止する風除け４３が設けられている。風除け４３は、恒温恒湿槽内で発生する気流の影響を低減するためのものであり、試料Ｓが風によって揺れたりするのを防止する。風除け４３は、例えば円筒状、角筒状等の筒状に形成されるとともに（図１では一部破断した状態で示している）、天板２９ａに着脱可能に取り付けられる。図例では、スライドシャフト２８及びスライド部材２６を覆うことができる大きさの筒状に形成された風除け４３を示しているが、これに限られるものではない。例えば、有底筒状に形成するとともに、天板２９ａに上から覆いかぶさるように形成してもよい。また、スライドシャフト２８間に収まるように筒状に形成してもよい。
【００４３】
風除け４３としては、例えば網目状のものを使用することができる。網目状のものである場合、例えば線径が０．０２５ｍｍ、目開きが０．０２６ｍｍの網を使用することができる。
【００４４】
コントローラ２０は、検出手段１４による検出値等の演算処理が可能なものであり、コントローラ２０には、検出手段１４から出力された信号が入力される一方、恒温恒湿槽内の温度を検出する温度センサ４６及び恒温恒湿槽内の湿度を検出する湿度センサ４７から出力された信号が入力される。なお、温度センサ４６及び湿度センサ４７を設ける代わりに、恒温恒湿槽が有する温度データ及び湿度データをリアルタイムで取り込むようにしてもよい。
【００４５】
コントローラ２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算装置、表示装置等を有しており、コントローラ２０の機能には、導出手段２０ａが含まれている。導出手段２０ａは、検出手段１４からの信号に応じた被検知部３９の変位量を算出する。すなわち、検出手段１４からは、測定対象物（被検知部３９）との間のギャップに応じた信号が出力されるため、導出手段２０ａは、試験開始時の信号からの変化に応じてギャップの変化量、すなわち、測定対象物の変位量を算出する。
【００４６】
また導出手段２０ａは、検出手段１４の検出値から補正値を差し引く差分処理を行う。この補正値は、試験時の装置本体１２の変形量に相当する値であり、予め行った予備実験によって得られ、コントローラ２０に記憶されている。予備実験では、試料Ｓを取り付けない状態で被検知部３９を所定位置に固定し、この状態で温湿度を試験条件に調整して検出手段１４による変位測定を行う。これにより装置本体１２自体の変形量を求めることができる。そして、膨潤試験時において、装置本体１２自体の変形量を排除することにより、被検知部３９の変位量から試料Ｓ自体の変形量、すなわち試料Ｓの膨張量又は膨張率を得ることができる。そして、コントローラ２０は、差分処理による算出値を出力値として、温湿度と関連付けて順次記憶する。なお、膨張率を出力するには、コントローラ２０に試料Ｓの長さを記憶させることが必要となる。また、要求される測定精度等によっては差分処理を省略し、導出手段２０ａは、被検知部３９の変位量を試料Ｓ下端部の変位量として試料Ｓの変形量（膨張量又は膨張率）を出力することも可能である。
【００４７】
続いて、膨潤試験の試験手順について説明する。
【００４８】
この説明の前に装置本体１２への試料Ｓのセット手順について説明する。試料Ｓは、その長さ方向が被検知部３９及びスライド部材２６と垂直になるようにセットする必要がある。このため、専用のサンプルセット用冶具５０を使用することで、セット作業が煩わしくなることを回避することができる。
【００４９】
サンプルセット用冶具５０としては、例えば、図２に示すように、試料吊り下げ部３２及び取り付け部３８を位置決めするための位置決め溝５１ａを有する冶具本体５１と、この冶具本体５１との間に被検知部３９を挟み込むための挟持部５２と、を備えたものを使用することができる。位置決め溝５１ａは、試料吊り下げ部３２及び取り付け部３８の幅と等しい幅を有しており、これにより左右方向のずれを防止することができる。また、位置決め溝５１ａには、複数のスペーサ５３をセットすることができる。スペーサ５３は、所定の幅に設定されているため、使用するスペーサ５３を選択することにより、試料吊り下げ部３２と取り付け部３８との間の間隔を正確かつ容易に調整することができる。挟持部５２は、ボルト５５によって冶具本体５１に取り付けることができる。なお、スペーサ５３に、試料Ｓの左右方向の位置決めをするための手段を設けるようにしてもよい。この位置決め用手段は、スペーサ５３の表面に設けられた一対の凸部、スペーサ５３の表面に形成された凹部、スペーサ５３の表面に設けられた目印等によって構成することができる。前記一対の凸部は、試料Ｓの幅に対応した間隔をおいて形成されるものであり、この一対の凸部間に試料Ｓを配置することにより、試料Ｓを位置決めすることができる。前記凹部は、試料Ｓの幅に対応した幅に形成されるものであり、この凹部内に試料Ｓを配置することにより試料Ｓを位置決めすることができる。また目印は、試料Ｓとほぼ同じ厚みの粘着テープ等の粘着部材からなり、この粘着部材を試料Ｓの幅だけ残してスペーサ５３の表面に貼り付け、この目印の内側に試料Ｓを配置することにより、試料Ｓを位置決めすることができる。
【００５０】
このサンプルセット用冶具５０を用いて試料Ｓを試料吊り下げ部３２及び取り付け部３８に固定するには、まず、試料吊り下げ部３２及び取り付け部３８間の間隔（試料Ｓの試験長さ）に応じてスペーサ５３を選択し、試料吊り下げ部３２の一方の割り子３２ｅ、被検知部３９が固定されている取り付け部３８の割り子３８ａ、及びスペーサ５３を位置決め溝５１ａにセットする。このとき挟持部５２は取り外されており、この取り外された挟持部５２側の端部に取り付け部３８の割り子３８ａを配置させ、被検知部３９を冶具本体５１の側面に沿わせる。この状態で、ボルト５５によって挟持部５２を冶具本体５１に固定する。
【００５１】
そして、試料吊り下げ部３２の一方の割り子３２ｅ及び取り付け部３８の割り子３８ａに跨るように試料Ｓを載せて、試料吊り下げ部３２及び取り付け部３８のもう一方の割り子を締結する。これにより、試料吊り下げ部３２及び取り付け部３８に試料Ｓを固定することができる。これをサンプルセット用冶具５０から取り外して装置本体１２に固定する（セット工程）。このとき、試料Ｓは試料吊り下げ部３２を介して装置本体１２の固定部２９ｂに吊り下げられた状態となる。そして、スライド部材２６を上下させることにより、検出手段１４を適切な位置に配置する。また、装置本体１２に風除け４３を取り付ける。
【００５２】
続いて、膨潤試験に移る。膨潤試験の種類としては、温度一定・湿度変化試験、湿度一定・温度変化試験等がある。温度一定・湿度変化試験は、雰囲気の温度を一定の温度に維持したまま湿度を変化させる試験であり、例えば、温度を８５℃として、湿度を例えば３０％ＲＨ、５０％ＲＨ、７０％ＲＨ、９０％ＲＨの順番で変化させる。これを繰り返し行うようにしてもよい。一方、湿度一定・温度変化試験は、雰囲気の湿度を一定の湿度に維持したまま温度を変化させる試験であり、例えば、湿度を９５％ＲＨとして、温度を例えば３０℃、５０℃、７０℃、８５℃の順番で変化させる。また、例えば、温湿度を８５℃９５％ＲＨと−２０℃との間で交互に変化させるようにしてもよい。
【００５３】
膨潤試験として温度一定・湿度変化試験を行う場合には、まず所定の初期条件（温湿度）で安定させて被検知部３９との間のギャップを測定し（初期値）、その後、温湿度を第１条件（例えば８５℃、３０％ＲＨ）に調整する。このとき、試料Ｓには取り付け部３８及び被検知部３９が吊り下げられているので、試料Ｓは曲がることなく膨張する。この条件下で約１時間安定させ、その後約１時間に亘って膨張率又は膨張量の測定を行う（導出工程）。なお、測定中は冷凍機の運転を停止しておく。
【００５４】
この導出工程においては、検出手段１４による検出値がコントローラ２０に入力され、コントローラ２０の導出手段２０ａは、入力されたデータから補正値を差し引きし、試料Ｓ下端部の変位量を導出する。そして、この演算結果から試料Ｓの膨張量又は膨張率を導出して出力し、温湿度と関連付けてコントローラ２０に記録する。
【００５５】
測定が終わると、温湿度条件を第２条件（例えば、８５℃、５０％ＲＨ）に調整し、調整が終わったのち、約１時間安定させ、その後、約１時間に亘って膨張率又は膨張量の測定を行う。そして、試料Ｓの膨張量又は膨張率を導出して出力し、温湿度と関連付けてコントローラ２０に記録する。その後、同様に、試験条件を変更しながら測定を繰り返す。この間、少なくとも測定中は冷凍機を停止するが、条件によっては常時冷凍機を停止するようにしてもよい。また、送風機を停止させるようにしてもよい。
【００５６】
以上説明したように、第１実施形態では、試料Ｓが吸湿して膨張する際に形状維持手段１６によって形状が維持されるため、試料Ｓは変形することなく膨張する。そしてこのとき、試料Ｓの一端部が基準位置に維持されるため、試料Ｓの他端部は、吸湿による試料Ｓの膨張率に応じた変位を伴う。この変位を検出手段１４によって検出し、その検出結果に応じて試料Ｓの膨張量又は膨張率を導出することにより、試料Ｓの正確な膨張量又は膨張率を得ることが可能となる。したがって、吸湿すると膨張するだけでなく変形し得る試料Ｓについても、正確な膨張試験を行うことが可能となる。
【００５７】
しかも、第１実施形態では、検出手段１４を渦電流式変位センサによって構成しているので、高温高湿雰囲気の下での正確な膨潤試験が可能となる。すなわち、特許文献１に開示された装置のように、レーザー光を用いて試料Ｓの膨張率を測定する装置では、高温高湿の雰囲気においてレーザー光が空気中の水分によって散乱する等により、正確な測定が困難である。これに対し、渦電流式変位センサを用いる場合には、高温高湿の雰囲気下においてもミクロンオーダーでの測定が可能となる。しかも、レーザー光を用いる場合よりも、より高温の条件下での試験が可能となる。
【００５８】
さらに第１実施形態では、形状維持手段１６が被検知部３９を有する構成としているので、渦電流を発生させるための被検知部３９によっても試料Ｓの形状を維持させることが可能となる。このため、正確な膨張試験を行うための膨潤試験装置１０の部品点数が増大するのを抑制することができる。
【００５９】
また第１実施形態では、試料Ｓは、上端部が支持部２５に固定されて吊り下げられた状態となり、この試料Ｓの下端部に形状維持手段１６が取り付けられる。形状維持手段１６は、試料Ｓに吊り下げられた状態となるため、形状維持手段１６を試料Ｓに取り付けると自重が試料Ｓにかかる。このため、試料Ｓが吸湿して膨張する際に変形するのを防止することができる。しかも形状維持手段１６を試料Ｓに取り付けたとしても試料Ｓの上下方向の長さに影響を与えないため、試料Ｓの形状変化に伴って生ずる測定誤差を回避しつつ、試料Ｓの主面に沿う方向における吸湿による膨張の正確な測定が可能となる。
【００６０】
また第１実施形態では、風除け４３が設けられているため、試料Ｓが受ける風の影響を低減することができ、試料Ｓの膨張量又は膨張率をより正確に得ることが可能となる。
【００６１】
また第１実施形態では、少なくともスライドシャフト２８が低熱膨張鋳鋼によって構成されているため、試料Ｓの一端部が固定される架設部２９の上下方向の位置が変位するのを抑制でき、試料Ｓの膨張量又は膨張率をより正確に得ることが可能となる。
【００６２】
また第１実施形態では、測定中に冷凍機の運転を停止するので、測定中に冷凍機の振動が伝わるのを防止でき、試料Ｓの膨張率をより正確に得ることが可能となる。
【００６３】
（第２実施形態）
第１実施形態では、恒温恒湿槽の中に設置して膨潤試験を行う膨潤試験装置１０について説明したが、第２実施形態では、図３に示すように、膨潤試験装置１０が試験槽６０を備えている。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６４】
この第２実施形態の膨潤試験装置１０は、試料Ｓを含め、装置本体１２を収納可能な大きさの試験槽６０を備えており、この試験槽６０は、空調装置６１と接続されることにより槽内の温度及び湿度を調整可能となっている。空調装置６１には、図示省略するが、冷凍機、ヒータ、送風機、加湿器等が配設されており、試験槽６０内が設定された温度及び湿度に調整されるように、空調空気を生成し、試験槽６０内との間で空気を循環させる。試験槽６０内には、試料Ｓの設置されている雰囲気の温度を検出する温度センサ４６、湿度を検出する湿度センサ４７が配設されている。空調装置６１は、これらセンサの検出結果に応じて冷凍機等の運転制御を行う。なお、試験槽６０は前記構成に限られるものではなく、少なくとも試料Ｓを収納可能であればよい。すなわち、試験槽６０は、試料Ｓのみを収容するようにしてもよく、あるいは、試料Ｓ、取り付け部３８、被検知部３９及び検出手段１４を収容する構成としてもよい。
【００６５】
本第２実施形態では、試験槽６０内の温度及び湿度を調整することによって試料Ｓの膨潤試験を行うことができる。したがって、膨潤試験装置１０を恒温恒湿槽の中に設置することなく膨潤試験を行うことができる。
【００６６】
（第３実施形態）
図４に示すように、第３実施形態の膨潤試験装置１０は、装置本体１２の変形に伴う測定誤差を緩和するための補正手段が設けられている。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６７】
補正手段は、スライド部材２６を載置するための載置台６３と、スライド部材２６を載置台６３に押し付けるためのコイルばね６４と、を備えている。載置台６３は、管状に形成されるとともに各スライドシャフト２８に外嵌されている。そして、コイルばね６４が天板２９ａとスライド部材２６との間に圧縮状態で介装されていて、スライド部材２６が載置台６３から離間するのを防止している。なお、第３実施形態では、スライド部材２６は、第１実施形態と異なり、スライドシャフト２８に固定されていない。
【００６８】
載置台６３は、スライドシャフト２８の半分程度の長さを有するとともに、スライドシャフト２８の材質よりも大きな熱膨張係数（例えば２倍）を有する材質のものである。したがって、温度変化による載置台６３の上端部における変位量が、スライドシャフト２８の上端部における変位量と同等となっている。このため、温度変化によってスライドシャフト２８の長さが変わったとしてもそれを緩和することができる。
【００６９】
本第３実施形態では、スライド部材２６がスライドシャフト２８に対して固定されないため、試料Ｓの長さを変更する場合には、長さの異なる載置台６３を用いることで対応すればよい。この場合、長さの短い載置台６３ほど、熱膨張係数の大きな材質とするのが好ましい。
【００７０】
（第４実施形態）
図５に示すように、第４実施形態の膨潤試験装置１０は、スライドシャフト２８が中空状に形成されており、スライドシャフト２８を冷却するための脚部冷却手段が設けられている。なお、第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７１】
脚部冷却手段は、スライドシャフト２８内に冷却ガスを導入するための導入部６６と、スライドシャフト２８内に導入された冷却ガスを排出するための排出部６７と、を備えている。図５の例では、導入部６６が一方のスライドシャフト２８に配設されるとともに他方のスライドシャフト２８に排出部６７が設けれ、両スライドシャフト２８内を連通させる接続管６８が設けられているが、これに限られるものでない。各スライドシャフト２８にそれぞれ導入部６６と排出部６７を設けて、接続管６８を省略する構成としてもよい。
【００７２】
本第４実施形態では、スライドシャフト２８の膨張をより抑制することができるため、装置本体１２の変形に伴う測定誤差を低減することができる。
【００７３】
（第５実施形態）
第１〜第４実施形態は、試料Ｓの主面に沿う方向における膨張量又は膨張率を測定する膨潤試験装置１０としたが、第５実施形態は、これらと異なり、試料Ｓの厚み方向における膨張量又は膨張率を測定する膨潤試験装置１０である。なお、第５実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
図６に示すように、第５実施形態の膨潤試験装置１０では、装置本体１２が、平板状の基台２４と、一対のスライドシャフト２８と、スライド部材２６と、台座７０と、を備えており、試料Ｓの一端部を固定するための支持部２５が省略されている。試料Ｓは、基台２４の上に載置される。すなわち、基台２４は、試料Ｓを載置するための載置部として機能する。
【００７５】
台座７０は、スライド部材２６を所定高さに位置決めするための部材であり、スライドシャフト２８に外嵌される筒状に形成されている。台座７０は省略することも可能であるが、台座７０があれば、スライド部材２６の高さを調整する手間を省くことができる。
【００７６】
形状維持手段１６は、被検知部３９を備えているが、第１実施形態と異なり、取り付け部３８が省略されている。被検知部３９は、吸湿によって試料Ｓが撓もうとするのを抑止できる程度の重さが必要である。そして、被検知部３９は、試料Ｓの厚みに影響を与えない程度の自重を有しているのが好ましい。試料Ｓの厚みに影響を与えない程度の自重とは、試料Ｓの上に載置したときに試料Ｓが縮まないような自重、又は試料Ｓが縮むとしても、検出手段１４による測定分解能以下の縮みしか生じない程度の自重を意味している。
【００７７】
試料Ｓは、図７に例示するように、略正方形状に形成することができる。そして、被検知部３９は、試料Ｓの対角線の長さと同等又はこれよりも少し長い直径を有する円板状に形成されている。このような形状の被検知部３９を試料Ｓの上に載せて膨潤試験を行うことになるため、被検知部３９には、試料Ｓを吸湿させるための開口部３９ａが形成されている。開口部３９ａは、試料Ｓの四隅に相当する位置で、かつ検出手段１４の検知エリア１４ｂから外れたところにそれぞれ形成されている。試料Ｓの縦横の長さをそれぞれ例えば２０ｍｍとすると、被検知部３９の直径を３０ｍｍとすることができる。この場合には、開口部３９ａを縦横それぞれ５ｍｍの正方形状に形成するとともに開口部３９ａ間の間隔を１０ｍｍとし、内側の角部が被検知部３９の中心から７ｍｍの位置になるように開口部３９ａを設定することができる。このような被検知部３９を用いると、試料Ｓを均一に吸湿させることができて、被検知部３９が傾かないように試料Ｓを膨張させることができることを確認できている。なお、試料Ｓは略正方形状に限られるものでなく、他の形状であってもよい。また被検知部３９は円板状に限られるものではなく、他の形状であってもよい。また開口部３９ａの形状は正方形状に限られるものでなく、他の形状であってもよい。
【００７８】
第５実施形態では、試料Ｓが基台２４に載置された状態で膨潤試験が行われるが、この試料Ｓの上に形状維持手段１６（被検知部３９）が載置される。このため被検知部３９の自重が試料Ｓにかかり、試料Ｓが吸湿して膨張する際に変形するのを防止することができる。しかも被検知部３９を試料Ｓの上に載置したとしても試料Ｓの厚みに影響を与えないため、試料Ｓの形状変化に伴って生ずる測定誤差を回避しつつ、試料Ｓの厚み方向における吸湿による膨張の正確な測定が可能となる。
【００７９】
さらに第５実施形態では、被検知部３９に開口部３９ａが形成されているので、試料Ｓの上に被検知部３９が載置されることによって試料Ｓの吸湿が阻害されることを抑制することができる。また、開口部３９ａの位置や大きさを調整することにより、試料Ｓに付加される重量のバランスを調整できるので、試料Ｓに応じて適切な被検知部３９を、開口部３９ａの位置や大きさを調整することによって得ることができる。
【００８０】
なお、被検知部３９に開口部３９ａを形成する構成に代え、被検知部３９を焼結金属等の多孔質金属によって形成してもよい。この場合には、被検知部３９の中を水分が浸透することができるため、試料Ｓの上に被検知部３９（形状維持手段１６）が載置されることによって試料Ｓの吸湿が阻害されることを抑制することができる。
【００８１】
また、第５実施形態の膨潤試験装置１０は、第１実施形態の装置本体１２とは別個の装置本体１２を用いる構成について説明したが、長さ方向の膨潤試験と厚み方向の膨潤試験を１つの装置本体１２で兼用させるようにしてもよい。例えば、実施形態１の装置本体１２において、検出手段１４（渦電流式変位センサ）の取り付け向きを上下逆向きにすれば、１つの装置本体１２で兼用させることができる。
【００８２】
この場合、図８に示すように、スライド部材２６のシャフト挿通孔２６ａに代えて、側面に開口するシャフト挿通溝２６ｄとすれば、スライド部材２６の向きを容易に変えることができるので、検出手段１４のセンサヘッド１４ａをスライド部材２６から取り外さなくても、スライド部材２６自体を上下逆転させるだけで済む。
【００８３】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、第３〜第５実施形態においても、第２実施形態と同様の試験槽６０を備えた構成としてもよい。
【００８４】
前記実施形態では、シート状又は膜状の試料Ｓの膨潤試験を行う構成としたが、これに限られるものではなく、吸湿したときに膨張するだけでなく曲がり等の変形を伴う試料Ｓであれば、膨潤試験を行うことができる。
【００８５】
前記第１〜第４実施形態では、試料Ｓの長手方向の膨張率又は膨張量を測定する構成について説明したが、試料Ｓの長手方向が左右方向になるように取り付け可能とし、試料Ｓの幅方向の膨張率又は膨張量を測定できるようにしてもよい。
【００８６】
前記各実施形態では、検出手段１４を渦電流式変位センサによって構成し、被検知部３９の変位量から試料Ｓの膨張量又は膨張率を導出する構成としたが、これに限られるものではない。温湿度条件によっては、レーザー光を用いて試料Ｓの下端部の変位量を検出するようにしてもよい。この場合には、被検知部３９を省略することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１４    検出手段
１６    形状維持手段
２０    コントローラ
２０ａ  導出手段
２４    基台（載置部）
２５    支持部
２８    スライドシャフト（脚部）
２９    架設部
３８    取り付け部
３９    被検知部
３９ａ  開口部
４３    風除け
６０    試験槽
Ｓ      試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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