(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子微量重量センサーと湿度センサーとが開閉自在な窓の付いたケース体内部に配置されているとともに、水晶振動子微量重量センサーと湿度センサーのための計測部を備え、前記窓を開いた状態において海塩粒子を含んだ大気に水晶振動子微量重量センサーを接触させた後に、窓を閉じて５０％を超える相対湿度の高湿度条件下での水晶振動子の共振周波数の変化：Δｆ１  と、５０％以下の相対湿度の低湿度条件下での水晶振動子の共振周波数の変化：Δｆ２  とを測定し、Δｆ１  から求めた重量ｗ１  とΔｆ２  から求めた重量ｗ２  との差から海塩粒子量を計測することを特徴とする海塩粒子量の測定装置。
【請求項２】
高湿度条件下での水晶振動子の共振周波数の変化：Δｆ１  から求めた重量ｗ１  を、海塩粒子以外の粒子量とすることにより、海塩粒子以外の粒子量を分離しながら、海塩粒子量を測定する請求項１の海塩粒子量の測定装置。
【請求項３】
高湿度状態と相対湿度８０％以上を高湿度条件とし、相対湿度４５％以下を低湿度条件とする請求項１または２の海塩粒子量の測定装置。
【請求項４】
湿度制御機構を備え、この機構は、加湿空気もしくは乾燥空気を供給するものである請求項１ないし３のいずれかの海塩粒子量の測定装置。
【請求項５】
計測部からのデータの記録部もしくは送信部を備えている請求項１ないし４のいずれかの海塩粒子量の測定装置。
【請求項６】
窓の自動開閉と、湿度制御機構の自動作動、計測部の自動作動、記録部もしくは送信部の自動作動のための演算指示部を備えている請求項１ないし５のいずれかの海塩粒子量の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、海塩粒子量の測定装置に関するものである。さらに詳しくはこの出願の発明は、各種金属材料の腐食試験やその腐食過程の化学的解明等に有用な、海塩粒子量の測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、各種の金属材料、特に構造材として用いる金属材料についてはその腐食について大きな関心が払われてきている。とりわけ、海浜地域で使用される場合においては、海からの飛来した海塩粒子が、腐食に対して大きな影響を与えることから、耐食性の良好な金属材料を開発する際や、金属材料の腐食劣化期間を検討する際には、大気中に含有されて飛散する海塩粒子量はできるだけ正確に把握しなければならない因子となっている。
【０００３】
これまでにも大気中に浮遊する海塩粒子の定量的な測定方法が、数多く工夫されてきており、例えば、ＪＩＳ−Ｚ２３８１に規定されている海塩粒子量測定法や、ＩＳＯ−９２２５に規定されている海塩粒子量測定法などが標準的方法として採用されてきている。
ＪＩＳ−Ｚ２３８１の海塩粒子量測定法はドライガーゼ法と呼ばれるものであって、乾いたガーゼを雨に濡れないように一定時間屋外に放置した後、そのガーゼに付着している飛来した海塩粒子量を分析する方法である。
【０００４】
また、ＩＳＯ−９２２５の海塩粒子量測定法はウェットキャンドル法と呼ばれるものであって、乾いたガーゼを雨に濡れないように一定時間屋外に放置した後、そのガーゼを、水、蒸発防止物質および腐敗防止剤とを混ぜた溶液中に浸し、その濡れたガーゼを通して溶液中に溶け込んだ海塩粒子量を分析する方法である。
【０００５】
しかしながら、このような従来のいずれの方法においても、分析される海塩粒子量は、一定時間経過後の積算値であるために、短時間での海塩粒子量の変化を正確に、さらにはリアルタイムにとらえることは、不可能であった。したがって、耐腐食性金属材料の研究開発や腐食過程の化学的な解明に際しては、時間的なロスが非常に大きく、環境条件の変化が正確に反映されていないことが大きな問題としてあった。
【０００６】
そこでこの出願の発明は、以上の通りの従来技術の欠点を鑑みてなされたものであり、金属腐食に関して最も大きな影響を与える飛来海塩粒子量を自然条件の変化に対応して、短時間でもできるだけ正確に、リアルタイムで自動的にかつ連続的にも定量測定することを可能とする海塩粒子量の測定装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、水晶振動子微量重量センサーと湿度センサーとが開閉自在な窓の付いたケース体内部に配置されているとともに、水晶振動子微量重量センサーと湿度センサーのための計測部を備え、前記窓を開いた状態において海塩粒子を含んだ大気に水晶振動子微量重量センサーを接触させた後に、窓を閉じて５０％を超える相対湿度の高湿度条件下での水晶振動子の共振周波数の変化（Δｆ１  ）と、５０％以下の相対湿度の低湿度条件下での水晶振動子の共振周波数の変化（Δｆ２  ）とを測定し、Δｆ１  から求めた重量ｗ１  とΔｆ２  から求めた重量ｗ２  との差から海塩粒子量を計測することを特徴とする海塩粒子量の測定装置を提供する。
【０００８】
さらに、この発明においては、高湿度条件下での水晶振動子の共振周波数の変化（Δｆ１  ）から求めた重量ｗ１  を、海塩粒子以外の粒子量とすることにより、海塩粒子以外の粒子量を分離しながら、海塩粒子量を測定することを特徴とする前記の海塩粒子量の測定装置をも提供する。
さらに、この発明においては、相対湿度８０％以上を高湿度条件とし、相対湿度４５％以下を低湿度条件とする前記の海塩粒子量の測定装置をも提供する。
【０００９】
そして、この出願の発明においては、湿度制御機構を備え、この機構は、加湿空気もしくは乾燥空気を供給するものである海塩粒子量の測定装置や、計測部からのデータの記録部もしくは送信部を備えている海塩粒子量の測定装置、窓の自動開閉と、湿度制御機構の自動作動、計測部の自動作動、記録部もしくは送信部の自動作動のための演算指示部を備えている海塩粒子量の測定装置も提供する。
【００１０】
以上のとおりの特徴を有するこの出願の発明は、発明者による検討の過程において、高湿度状態では海塩粒子が液滴として存在し、その液滴は水晶振動子に反応せず、また、低湿度状態ではその液滴が固化し、この固体は水晶振動子に反応すること、さらには、水晶振動子表面に付着した微少物の重量を共振周波数の変化として測定できることが見出され、このような特徴を利用することで、微量の海塩粒子量を正確に、さらにはリアルタイムでも測定できることが確認されたことに基づいている。そして、さらには、海塩粒子が大気中の水分を吸収し液滴になった場合に、共振周波数が変化するという新しい知見に基づいて、海塩粒子成分とそれ以外の付着成分との分離を行うことを可能とする装置としてこの出願の発明は完成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この出願の発明の実施の形態について詳しく説明する。
この発明の海塩粒子量の測定装置では、たとえば添付した図面の図１に例示したように、ケース体（１）に窓（２）を有し、この窓（２）をシャッター（３）により開閉自在としている。ケース体（１）内には、水晶振動子微量重量センサー（４）と湿度センサー（５）とが配置され、これらのための計測部（７）が備えられている。この計測部（７）は、センサーにおける検知を行うとともに、水晶振動子の発振をも行う機能を有している。
【００１２】
また、ケース体（１）には、湿度制御機構（６）が設けられてもいる。
たとえば以上の構成を基本とする測定装置では、まず、窓（２）を開けた状態において水晶振動子微量重量センサー（４）を海塩粒子を含んだ大気に接触させ、海塩粒子を採取する。
この場合の水晶振動子と大気との接触時間については、測定の目的や、自然環境の条件や水晶振動子の感度等を考慮して選択することができる。
【００１３】
次いで、シャッター（３）により窓を閉じて、海塩粒子を採取した水晶振動子微量重量センサー（４）は前記の高湿度条件、そして低湿度条件に置かれて、各々の条件下での水晶振動子の共振周波数の変化Δｆ１  、Δｆ２  が測定される。
このとき、一般的には、高湿度条件は、相対湿度が５０％を超える状態とし、低湿度条件は、相対湿度が５０％以下の状態とするが、より好ましくは、高湿度条件は、相対湿度が７０％以上、さらには８０％以上であるのが望ましい。一方、低湿度条件は、より好ましくは相対湿度が４５％以下である。
【００１４】
高湿度条件の形成には、湿度制御機構（６）として加湿器等を用いてもよく、低湿度条件の形成には乾燥空気供給器等を用いてもよい。湿度条件は、たとえば図１のように、湿度センサー（５）により検知することができる。
高湿度状態での水晶振動子の共振周波数の変化Δｆ１  の値から、後述の関係式に従って水晶振動子微量重量センサー（４）の上に付着した粒子等の重量ｗ１  を計算する。
【００１５】
次に、低湿度状態として水晶振動子の共振周波数の変化Δｆ２  を測定する。この値から、水晶振動子微量重量センサー（４）の上に付着した粒子等の重量ｗ２  を計算する。
そして、ｗ１  とｗ２  との差を求めることにより、海塩粒子量を計算する。
水晶振動子としては、特に限定されることはなく、たとえば、電子計算機回路などに使用する市販のものを用いることができる。また、長時間の使用においては、表面の電極部の耐食性が問題になるので、その電極部に、たとえば金などを蒸着したものを用いるのが望ましい。
【００１６】
また、計測部（７）についても特に限定されることはなく、市販の回路、たとえば、アドバンテスト社のＴＲ５８２２などを用いることができる。
湿度センサー（５）についても同様に限定されるものではなく、市販の湿度センサー、たとえばＯｎｓｅｔ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ社のＳｔｏｗ  Ａｗａｙ  ＲＨなどを用いることができる。
【００１７】
海塩粒子量の測定装置における、湿度と海塩粒子量との関係を説明すると以下のとおりである。
水晶振動子の共振周波数の変化Δｆと水晶振動子微量重量センサーの上に付着した物質の重量ｗとの間には、
ｗ＝−（Δｆ／ｆ０  ）・ＮＡρ
の関係がある。
【００１８】
ここで、Δｆは水晶振動子の共振周波数の変化を、ｆ０  は基準周波数、Ａは表面積、ρは比重を示している。
湿度変化と水晶振動子の共振周波数の変化を調べてみると、水晶振動子の共振周波数の変化Δｆは、相対湿度が低下するとともに、一定値とはならず、低下していく。
【００１９】
このことは、相対湿度が高い場合には、海塩粒子が液滴として存在するため、水晶振動子の出力に現れないが、湿度が低くなるとその液滴が固体になり水晶振動子の出力に現れてくることに起因している。
この場合、前記の関係式からは、水晶振動子の表面に付着している海塩粒子の重量が減少することも考えられるが、実際には測定時に水晶振動子の表面を顕微鏡で観察した結果、海塩粒子が水滴に変化することが確認されている。
【００２０】
すなわち、高湿度条件下における水晶振動子の出力結果から、低湿度条件下における出力結果を差し引くことで、海塩粒子量の微量定量測定ができる。
さらに、高湿度時において、水晶振動子の共振周波数の変化Δｆが０にならない理由としては、水晶振動子上に海塩粒子以外の物質、たとえば気体中の粉塵などが付着していることが考えられる。
【００２１】
したがって、このことより海塩粒子以外の粒子量も、測定することが可能になる。
装置を構成する窓付きのケース体（１）は、窓（２）および加湿もしくは乾燥気体導入口（８）を除いて、外部から内部へまたは内部から外部へ空気が進入排出する部位は存在せず、密閉されている。その内部容積については、水晶製の微量重量センサー（４）および湿度センサー（５）が内部に配置できるほどが必要である。
【００２２】
窓（２）は、この装置外部から海塩粒子を含んだ気体を内部に導入するためのものであり、その窓を開閉するためのシャッター（３）などにより、窓を開閉できることが望ましい。この窓（２）を閉じたときは、外部から内部へまたは内部から外部へ空気は進入排出しない。
水晶振動子微量重量センサー（４）は、窓付きのケース（１）内部に配置され、市販のものが用いられるが、腐食防止のために、前記のとおりその水晶振動子の両面に０．２ｃｍ２  程度の面積で１μｍ程度の厚みの金を蒸着したものなどを用いることができる。
【００２３】
湿度制御機構（６）は、たとえば、窓付きのケース体（１）に加湿もしくは乾燥空気を導入口（８）を介して供給するものであって、シャッター（３）が閉じた際に前記空気をケース内に充満させる。この湿度制御機構（６）には、その経路の途中にヒーターおよび／またはシリカゲルを併用してもよい。
計測部（７）は、窓付きのケース（１）内部または外部に配置され、微量重量センサー（４）、および、湿度センサー（５）の出力を計測し、それらのデータを１ケ月間以上保管することのできることが望ましい。
【００２４】
実際に、図１の装置構成を用いて、２４時間窓を開け、窓を閉じた後の湿度変化と微量重量センサーの出力をプロットすると図２の結果が得られる。
窓を開ける前の相対湿度は９５％で、窓を閉めた後、乾燥空気でセルを充満することにより相対湿度は徐々に下がり、４０％以下までになった。また、これに伴い、微量重量測定センサーの出力Δｆも同様に下がってきている。これは、相対湿度が高い場合には、海塩粒子が液滴として存在し、微量重量測定センサーの出力に現れなくなる。しかし、湿度が低くなると液滴が固体になり微量重量測定センサーの出力に現れてくる。すなわち、高い湿度での微量重量測定センサーの結果から低い湿度での結果を差し引くことで、海塩粒子量の定量測定が出来る。その時の低い湿度は、この結果より、５０％以下が必要であることが分かる。加えて高湿度側でΔｆが０にならないのは、微量重量測定センサー上に海塩粒子以外の物質、たとえば空気中の粉塵などが付着してくるためで、このことより海塩粒子以外の粒子の重量も測定することが可能になる。
【００２５】
ｆ０  は１０ＭＨｚ、Ｎは１．６７×１０８  Ｈｚ・ｍｍ、Ａは表面の面積０．２ｃｍ２  、ρは２．６４８ｇ／ｃｍ３  である。
たとえば以上の構成においては海塩粒子量の測定をリアルタイムで自動化することも容易である。たとえば図１の構成には、シャッター（３）による自動開閉機構を設け、そして演算指示装置、さらには記録装置や送受信装置等も付加することができる。
【００２６】
たとえば図３に例示したように、記録部（９）と演算指示部（１０）とを備えたものとし、演算指示部（１０）からの指示によりまずシャッター（３）を開いた状態とし、水晶振動子微量重量センサー（４）を大気に曝露させる。
所定時間後に、演算指示部（１０）の指示によりシャッター（３）が閉じられ、湿度センサー（５）により検知した湿度が計測部（７）を介して演算指示部に送られる。
【００２７】
演算指示部（１０）では、閉鎖状態のケース体（１）内の湿度が相対湿度５０％を超えるか、もしくは５０％以下かを判定し、必要に応じて湿度制御機構（６）に指示して作動させ、高湿度条件もしくは低湿度条件とする。
所定条件下において演算指示部（１０）では計測部（７）に、発振するように指示し、水晶振動子微量重量センサー（４）における共振周波数の変化を検知させる。検知データは、計測部（７）を介して、演算指示部（１０）の指示により記録部（９）に送られて記録される。
【００２８】
たとえば以上のようにして、測定装置の作動と測定とを演算指示装置により自動化し、記録あるいはデータ送信するように構成できるのである。
この発明においては、海塩粒子は屋外での金属腐食の最大の因子でありながら、これまで積算値でしか評価できなかったが、これをリアルタイムに定量測定し、かつ自動測定をも可能とする画期的な装置となる。
【００２９】
この発明により、大気腐食の現象の予測が可能となり、たとえば、従来の鋼材のメンテナンスコストの削減や新しい鋼材の開発の促進も見込まれる。
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。
【００３０】
【実施例】
沖縄県宜野湾市の海浜地域に、建築資材となる長さ５ｍのＨ型鉄鋼を配置し、その鉄鋼の直前の場所に、図２の結果を示した構成の海塩粒子量測定装置を配置した。
そして、毎日、朝９時に窓を開け、２４時間窓を開けっ放しとし、翌日の８時５９分に窓を閉め、約１分間で測定を完了し、再度２４時間窓を開けっ放しとし、同様の操作を１ケ月間繰り返した。
【００３１】
その自動測定した海塩粒子量とその他の粒子量の定量測定結果は、図４に示した通りであった。
この図４において、横軸は設置後の日数、縦軸は海塩粒子、およびその他の粒子の付着量をｍｇ／ｄｍ２  ／ｄの単位で示したものである。
この発明の装置を用いることで、毎日の海塩粒子付着量と海塩粒子以外のその他の粒子の付着量を分離して定量測定できていることがわかる。
【００３２】
また、この発明で、従来法では不可能であった毎日の海塩粒子量を定量測定でき、屋外での腐食環境での解析に有効なデータを得ることができるようになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳しく述べた通り、この発明によって、屋外の金属腐食試験箇所で、腐食環境測定のために用いる金属腐食に関して最も悪影響を与える飛来海塩粒子量を、リアルタイムで自動的にかつ連続的に定量測定することを可能とする。またさらに、毎日の海塩粒子付着量と海塩粒子以外のその他の粒子の付着量を分離して定量測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の構成の概要を示した概念図である。
【図２】この発明の装置における時間と相対湿度およびΔｆ（水晶振動子の共振周波数の変化）との関係を例示した関係図である。
【図３】自動化装置のための構成を例示したブロック図である。
【図４】この発明の実施例であって、海塩粒子量とその他の粒子付着量との時間的関係を示した関係図である。
【符号の説明】
１  ケース
２  窓
３  シャッター
４  水晶振動子微量重量センサー
５  湿度センサー
６  湿度低下機構
７  計測部
８  加湿もしくは乾燥空気導入口
９  記録部
１０  演算指示部
【図１】
0003572311.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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