(57)【要約】      （修正有）【課題】任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定することができ、構造が簡単で、測定操作が簡便である熱膨張の測定装置を提供する。【解決手段】テストピース７（測定対象物）の一端を、テストピース置台１上で支持するための支持具２と、置台上の支持具にて支持したテストピース側端と反対側のテストピース側端に、テストピースおよび測定治具３に接触すること無く設置する、非接触型の渦電流式変位計４と、テストピースを加熱或いは冷却し、テストピースの温度を測定する加熱冷却槽５と、非接触型変位計と測定治具との間の距離を計測表記する計測表記装置６とを備えた、熱膨張測定装置を提供する。【選択図】図１
2012026900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テストピース（測定対象物）の一端を、テストピース置台上で支持するための支持具と、前記置台上の前記支持具にて支持した前記テストピース側端と反対側の前記テストピース側端に、前記テストピースおよび後記測定治具に接触すること無く設置する、非接触型の渦電流式変位計と、前記テストピースに付帯して渦電流を発生する導電体からなる測定治具と、前記テストピースを加熱或いは冷却し、テストピースの温度を測定する手段を備えた加熱冷却槽と、前記非接触型変位計と前記測定治具との間の距離を計測表記する計測表記装置とを備え、前記テストピースを任意の速度にて温度変化させた際に生じる、前記非接触型変位計と前記測定治具の間の距離の変位量を、テストピースの熱膨張量とすることを特徴とする熱膨張の測定装置。
【請求項２】
テストピース置台は、熱膨張係数が９×１０−７／℃以下の低熱膨張性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の熱膨張の測定装置。
【請求項３】
支持具は、熱膨張係数が９×１０−７／℃以下の低熱膨張性材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の熱膨張の測定装置。
【請求項４】
測定治具は、導電性の金属製であり、且つ、熱膨張方向の肉厚が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱膨張の測定装置。
【請求項５】
測定治具は、その下部にテストピース留め用突起部分を有し、突起部分の高さが０．１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の熱膨張の測定装置。
【請求項６】
渦電流式変位計は、耐高温型渦電流式変位計であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の熱膨張の測定装置。
【請求項７】
計測表記装置は、テストピースの温度変化に伴う、前記温度測定手段の温度信号および／または前記測定治具の変位量信号を増幅する増幅器と、該信号に基づきテストピースの熱膨張を計測記録保存する計測保存器（データロガー）とを備えていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の熱膨張の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂材料、樹脂成形品などの熱膨張（収縮）量や線膨張係数などの熱膨張を測定する装置に関し、より詳しくは、任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や、曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張量又は収縮量（以下、熱膨張量という）や線膨張係数などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定することができる熱膨張の測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱膨張量や線膨張係数などの熱膨張の測定方法としては、押棒法、ＴＭＡ（熱機械分析）法、光干渉法、歪みゲージ法などが挙げられ、夫々に対応する熱膨張測定装置が用いられている。
例えば、押棒法における熱膨張測定装置としては、予め熱膨張係数が判明している石英ガラスなどで作られた押棒と、それと同材質のテストピース近傍に設置する参照棒を内包する加熱炉が使用されている。
該測定装置を用いた測定は、その加熱炉内部で、テストピースに前記押棒を接触させ、テストピース近傍に置いた前記参照棒との、それらを介した伸び量の差異を、外部に置かれた変位検出器により検出して熱膨張量や線膨張係数などの熱膨張を求める。
この測定装置は、比較的体積寸法の小さいテストピースや比較的厚い肉厚のテストピースを測定対象としているため、テストピースの熱膨張量が小さいと測定精度が低下する。
さらに前記の様にテストピースの寸法に制約があるため、任意の形状、肉厚や比較的大きな寸法のテストピースに関しては、測定自体が不可能となるケースが多い。
また、ＴＭＡ（熱機械分析）法における熱膨張測定装置は、原理的に押棒法に属するものである。この測定装置の加熱炉内部で、検出棒（プローブ）を介してテストピースに圧縮、引張、曲げなどの応力を付加し、その状態で熱膨張量や線膨張係数などの熱膨張を求めるので、この測定装置には前記押棒法測定装置と基本的に同様な課題を有している。
さらに、例えば圧縮応力下で縦置きにテストピースをセットして測定する場合、テストピース形状は単独で直立が可能な棒状、角柱や塊状である必要があり、もし、薄い肉厚のテストピース形状であると、テストピースが斜めになったり、倒れたりするなど、測定自体が不可能となるケースが生じかねないなどの問題がある。また、テストピースを横置きにセットした場合においてもテストピースが撓むなどにより測定精度が低下し易い課題を有している。
【０００３】
また、光干渉法における熱膨張測定装置は、熱膨張によるテストピースの寸法変化を光の波長を基準として測定する装置である。
例えば、特許文献１には、レーザー光発振器と、レーザー光の干渉光を照射面に照射して干渉縞を生じさせる干渉縞発生手段と、前記干渉縞の明暗パターンにより生ずる面内光強度分布を電気信号として出力する光電変換手段と、試料の膨脹量または収縮量を算出する手段とを具備することを特徴とする熱膨張計が記載されている。また、特許文献２には、試料に励起光を照射してそれによる該試料の熱膨張振動を計測して試料の評価を行う熱物性評価装置において、上記試料に接する気体の圧力を測定する圧力測定手段と、上記圧力に対応した上記気体の屈折率、該屈折率の温度勾配及び熱拡散長を求め、得られたこれらの値に基づいて上記試料に係る熱膨張量を補正する補正手段とを具備してなることを特徴とする試料の熱物性評価装置が記載されている。
また、特許文献３には、試料保持機構と、試料温度制御手段と、試料温度検出手段と、レーザー光反射面を有した干渉板と、干渉光を出力するフィゾー型干渉計と、熱膨張データ処理を行う演算手段とを備えたことを特徴とする膨張測定装置が記載されている。
これらの測定装置は、比較的大きな、或いは任意の形状の、或いは非破壊のテストピースにおける熱膨張の測定も可能であったり、精度のよい熱膨張の測定が可能であるが、レーザー光を反射するミラーの上にテストピースを載置し、そのテストピースの上に反射板を設置する必要があるため、テストピースの形状や寸法に制約があったり、テストピースに直接レーザー光を当て反射を利用するため加工精度が高いテストピースが必要であったり、レーザー光発振装置や干渉縞発生手段などが必要であるなど測定装置全体が高価になること、さらには、測定温度可能範囲（特に高温域）に制約を有することや、構造が複雑で測定操作に高い技術が必要になるなどの課題がある。
【０００４】
また、歪みゲージ法における熱膨張測定装置は、歪みゲージ（ストレインゲージ）と呼ばれる例えばシート状のセンサーを主体として、必要に応じそれに付随する計測記録計なども含むものである。なお、該歪みゲージには特殊な合金による抵抗線が形成されている。
該熱膨張測定装置を用いた熱膨張量や線膨張係数などの熱膨張の測定は、通常、前記歪みゲージをテストピースに貼り付けることにより、歪みゲージに形成されている抵抗線がテストピースの長さ変化とともに伸縮することによる電気抵抗値変化を抵抗ブリッジにより検出することでテストピース長さの変化を測定して熱膨張を測定する。
例えば、特許文献４には、主体部と、被測定物挟み体と、歪みゲージと、被測定物温度測定手段と、線膨張係数算出部とを備える、構造が簡単であって簡便な操作で測定できる線膨張係数測定装置が記載されている。
また、特許文献５には、測定物収納および内部温度調節可能な箱枠と、検出用歪みゲージの取付端子と、歪みゲージの抵抗値を検出する検出手段とを有し、取付端子は箱枠内に位置する、部位ごとに熱膨張係数が異なるものについて、局所的に熱膨張を測定できる熱膨張測定装置が記載されている。
これらの歪みゲージ法に係る熱膨張測定装置は、前記の様に局所的測定のほか、高温度下・低温度下・高湿度下などの多様な環境下での測定も可能であって、比較的構造が簡単で操作も間便であるが、テストピース全体を通じての一体測定が困難であるほか、テストピースの肉厚が薄かったり柔らかい場合には、取り付ける際に歪みゲージ自体が変形し易くなったり、また、歪みは電気抵抗の変化として検出するため、電気抵抗自体の温度による変化が測定値に誤差を与えるおそれがある。
【０００５】
また、特許文献６には、被測定物を支持するガラス製の基台と、被測定物の両端に付設された円板状のゼロ膨張ガラス製の測定板と、被測定物を間にして基台の両端に配設された、例えばレーザー式や渦電流式の非接触型変位計と、被測定物に熱を供給するシートヒーターとを、備えている線膨張係数測定装置が記載されている。
この様なケースにおいて渦電流式の非接触型変位計を用いる場合、測定板（測定治具）が導電体製であり、且つ、テストピース（被測定物）が樹脂や樹脂成形品（すなわち絶縁体）である場合には、測定板（測定治具）における渦電流の発生は容易であり、熱膨張量の測定は可能である。
しかし、測定板（測定治具）がゼロ膨張ガラス製である場合には、測定板（測定治具）における渦電流は発生しにくく、測定が困難となり易い課題を有している。
【０００６】
こうした状況の下、樹脂材料、樹脂成形品の熱膨張を測定する従来の装置の課題を解消し、任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や、曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定することができ、構造が簡単で、測定操作が簡便である熱膨張の測定装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１２４４０５号公報
【特許文献２】特開平６−２０１６２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１８３４１３号公報
【特許文献４】特開２００５−８３９２０号公報
【特許文献５】特開２００１−２４９０９２号公報
【特許文献６】特開２００２−１０７３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前記従来の熱膨張測定装置の課題に鑑み、任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や、曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定することができ、構造が簡単で測定操作が簡便である熱膨張の測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記従来技術の問題点を解決するために鋭意検討した結果、テストピース置台と、支持具と、特定の測定治具と、特定の非接触型変位計と、加熱冷却槽と、計測表記装置とから熱膨張の測定装置を構成することにより、任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や、曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張量や線膨張係数などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定でき、簡単な構造でありながら簡便に測定操作が行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、テストピース（測定対象物）の一端を、テストピース置台上で支持するための支持具と、前記置台上の前記支持具にて支持した前記テストピース側端と反対側の前記テストピース側端に、前記テストピースおよび後記測定治具に接触すること無く設置する、非接触型の渦電流式変位計と、前記テストピースに付帯して渦電流を発生する導電体からなる測定治具と、前記テストピースを加熱或いは冷却し、テストピースの温度を測定する手段を備えた加熱冷却槽と、前記非接触型変位計と前記測定治具との間の距離を計測表記する計測表記装置とを備え、前記テストピースを任意の速度にて温度変化させた際に生じる、前記非接触型変位計と前記測定治具の間の距離の変位量を、テストピースの熱膨張量とすることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、テストピース置台は、熱膨張係数が９×１０−７／℃以下の低熱膨張性材料からなることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の第３の発明によれば、第１または２の発明において、支持具は、熱膨張係数が９×１０−７／℃以下の低熱膨張性材料からなることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３の何れかの発明において、測定治具は、導電性の金属製であり、且つ、熱膨張方向の肉厚が２ｍｍ以上であることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の第５の発明によれば、第１〜４の何れかの発明において、測定治具は、その下部にテストピース留め用突起部分を有し、突起部分の高さが０．１〜２ｍｍであることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【００１５】
また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５の何れかの発明において、渦電流式変位計は、耐高温型渦電流式変位計であることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【００１６】
さらに、本発明の第７の発明によれば、第１〜６の何れかの発明において、計測表記装置は、テストピースの温度変化に伴う、前記温度測定手段の温度信号および／または前記測定治具の変位量信号を増幅する増幅器と、該信号に基づきテストピースの熱膨張を計測記録保存する計測保存器（データロガー）とを備えていることを特徴とする熱膨張の測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱膨張の測定装置は、テストピース置台と、支持具と、特定の測定治具と、非接触型の渦電流式変位計と、加熱冷却槽と、計測表記装置とから構成されていることから、任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や、曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張量や線膨張係数などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定することができる。
すなわち、自動車内外装部品などの実製品においては、ポリプロピレン樹脂材料、複合ポリプロピレン樹脂材料や、それらを用いた比較的大きい樹脂成形品が使用されているが、それらが射出成形される際、マトリックス樹脂中の重合ゴムや、該樹脂に充填された複合添加用各種ゴム、タルク・ガラス繊維などの各種フィラーが、樹脂の流れ方向（射出方向）に沿って配向（引き延ばされた状態で分散）したり、並んだりした形態で分散し易くなる。
このため、その様な形態で分散したゴムやフィラーが樹脂の流れ方向の材料全体の熱膨張（熱的変形）を抑制する結果、前記の様に樹脂の流れ方向の線膨張係数の絶対値が小さくなり易く、熱膨張異方性値がより小さくなり易い。本発明の熱膨張の測定装置によれば、該材料や成形品が本来持つ熱膨張（熱膨張量、線膨張係数や熱膨張異方性）を、より実製品に近い状態で表すことができる。
また、本発明の熱膨張の測定装置は、構造が簡単で測定操作が簡便であることから、経済的で効率的な熱膨張の測定が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の測定方法に用いられる熱膨張の測定装置の上面図である。
【図２】図１の熱膨張の測定装置の部分正面図である。
【図３】図１の熱膨張の測定装置の部分右面図である。
【図４】図１における線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図５】図４における測定治具の詳細を示す正面及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の熱膨張の測定装置（以下、単に装置ともいう）について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の熱膨張の測定装置は、図１〜４に示すように、テストピース置台１、支持具２、測定治具３、渦電流式変位計４、変位計固定具４ａ、変位計ヘッド４ｂ、加熱冷却槽５、計測表記装置６、増幅器６ａ、計測保存器（データロガー）６ｂ、およびテストピース７から構成されている。なお、この測定治具３は、テストピース留め用突起部分を有している。
【００２０】
１．装置の構成
（１）テストピース置台
テストピース置台１は、熱膨張の測定対象であるテストピース７を静置する部材であり、形状は特に限定されないが、平滑な板状のものが好ましい。
テストピース置台１の大きさ（幅・長さ・肉厚）は、テストピースを安定して保持でき、強度が必要十分であれば特に限定されない。また、その幅・長さ寸法は、テストピース（測定対象物）が、各種の材料サンプル、比較的小型のシート状定形サンプルや一辺が数百ｍｍ程度までの比較的小さい自動車内外装部品、電気機器部品などである場合には、各々１０００ｍｍ以内が好ましく、同じく例えば中型〜大型の自動車内外装部品や電気機器部品などは、各々３０００ｍｍ以内が好ましく、極めて大型の自動車内外装部品や電気機器部品などでは、各々４０００ｍｍ以内が好ましい。
なお、テストピース置台１は、単一のテストピースを静置、測定できればよいが、同時に複数のテストピースを静置できる構造（寸法）のものでもよい。また、テストピース置台１は、複数のテストピース置台を組み付け、貼り付け、連結などして一体化したものであってもよい。さらに、テストピース置台１は、加熱冷却槽５内に複数個設置することもできる。
【００２１】
テストピース置台１の材質は、特に限定されないが、熱膨張の測定の正確度を向上させるうえで極力熱膨張性の小さいものが好ましく、例えば、ガラス、不変鋼（インバー＝鉄・ニッケル合金）やセラミックスなどの素材が挙げられる。中でも熱膨張係数が９×１０−７／℃以下の低熱膨張性材料は、それ自体の熱的変形などによる熱膨張測定に与える悪影響が極めて小さいのでより好ましい材料といえる。低熱膨張性材料としては、石英ガラス、極低熱膨張ガラス、各種セラミックスなどが挙げられ、前記極低熱膨張ガラスとしては、例えばＳＣＨＯＴＴ社製ＺＥＲＯＤＵＲが挙げられ、セラミックスとしては、例えば旭硝子セラミックス社製ローテックＭ、三井鉱山マテリアル社製スーパームライト、新日本製鐵社製ＮＥＸＣＥＲＡが挙げられる。ここで、前記極低熱膨張ガラスおよびセラミックスは、多くが熱膨張係数が２×１０−７／℃以下であるためさらに好ましい。
【００２２】
（２）支持具
支持具２は、熱膨張測定対象のテストピース７をテストピース置台１上の一定位置に精度よく静置するために使用される、テストピース７の支持部材である。
ここで、支持具２は、接着剤や接着テープ、或いはネジ・ビス類などの固定治具類を用いてテストピース置台１に確実に固定されるが、予め、支持具２と前記テストピース置台１を一体化（一体物と）して加工作製することもできる。
【００２３】
支持具２の形状や大きさ（幅・長さ・肉厚（奥行））は、テストピース７が十分に支持可能なようにする。形状は、テストピース７を確実、安定的に支持できる点などから直方体が好ましく、寸法は、テストピース７寸法の幅・長さを超えることが好ましい。なお、支持具２は、同時に複数のテストピース７を支持できる構造のものであってもよい。また、支持具２は、必要に応じテストピース置台１に複数個設置してもよい。この場合、設置する場所、方向は任意に選択することができる。
【００２４】
支持具２の材質は、特に限定されないが、本発明の熱膨張の測定装置の正確度を向上させる点などから極力熱膨張性の小さいものが好ましく、例えば、ガラス、不変鋼（インバー＝鉄・ニッケル合金）やセラミックスなどの素材が挙げられる。
中でも熱膨張係数が９×１０−７／℃以下の低熱膨張性材料は、熱膨張の測定に与える悪影響が極めて小さいためにより好ましい材料といえる。低熱膨張性材料としては、石英ガラス、極低熱膨張ガラス、各種セラミックスなどが挙げられ、前記極低熱膨張ガラスとしては、例えばＳＣＨＯＴＴ社製ＺＥＲＯＤＵＲが挙げられ、セラミックスとしては例えば旭硝子セラミックス社製ローテックＭ、三井鉱山マテリアル社製スーパームライト、新日本製鐵社製ＮＥＸＣＥＲＡが挙げられる。また、前記極低熱膨張ガラスおよびセラミックスは、多くが熱膨張係数が２×１０−７／℃以下であるためさらに好ましい。
この支持具２は、前記テストピース置台１の材質と同一であると、両者の熱膨張性などが同一であるので熱膨張の測定をより正確に行える利点がある。
【００２５】
（３）測定治具
測定治具３は、熱膨張測定対象のテストピース７に付帯させて、対面の渦電流式変位計４から渦電流を発生させて、テストピース７の熱膨張（変位量）を測定する治具である。
測定治具３は、テストピース置台１上に静置したテストピース７の熱膨張測定方向側端などに上置するなどして付帯させる。この際両者間に隙間などを極力生じない様にする必要がある。もし隙間などがあると本発明の装置による測定の正確度が低下するおそれがある。
【００２６】
測定治具３の形状は、発生する渦電流により、前記熱膨張の測定しやすい立方体または直方体のものが好ましい。
測定治具３の肉厚（奥行）、すなわち、熱膨張を測定すべき方向の寸法（＝肉厚）は、熱膨張を測定する際の渦電流式変位計４による熱膨張（変位量）の測定の正確度をより高くするため、０．２ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましく、３〜１０ｍｍがとりわけ好ましい。０．２ｍｍ未満であると、熱膨張（変位量）の測定の正確度が低下し、また、テストピース７に付帯する際の作業性が低下する傾向がある。また、１０ｍｍを超えると、測定治具３が過重となり、テストピース７の熱膨張を阻害したり、また測定治具３自体の熱膨張が測定値に悪影響を与えたりし易いおそれがある。
【００２７】
また、測定治具３は、前記熱膨張の測定が可能なように、幅・高さとも、夫々渦電流式変位計４先端に位置する円柱状変位計ヘッドの直径寸法の２倍以上が好ましく、２．５〜５倍がより好ましい。該寸法が２倍未満であると、測定治具３に発生する渦電流が不十分になり、熱膨張の測定の正確度が低下する傾向がある。ただし、５倍を超えると測定治具３が過重になり、熱膨張の測定の正確度が低下したり、テストピース７の熱膨張を阻害したりして熱膨張の測定の正確度を低下させるおそれがある。
なお、測定治具３は、一個または複数のテストピース７に対し同時に一個または複数個付帯して、熱膨張を測定することができ、その付帯する場所および方向は任意に選択することができる。
【００２８】
また、測定治具３と、テストピース７との付帯や位置付けを簡単に安定、且つ確実にするため、測定治具３の下部（上下方向）に、テストピース留め用突起部分を設けることが好ましい。テストピース留め用突起部分の幅はテストピース７の幅よりも小さいことが望ましい。
該テストピース留め用突起部分は、図４において、テストピース７の熱膨張測定方向側端に上置した測定治具３の下部に位置している。
ここで、突起部分の高さ（上下方向）は、テストピース７の肉厚よりも薄く、０．１〜２ｍｍ程度が好ましく、０．４〜１ｍｍ程度がより好ましい。高さがテストピース７の肉厚以上であると、測定治具３が傾いて不安定になり、テストピース７へ付帯しにくくなる。
また、突起部分の肉厚、すなわち熱膨張測定方向の寸法（＝肉厚）は、測定治具３と、テストピース７との付帯を、その位置付けも含め簡単に安定且つ確実にできるようにする。
例えば測定治具３の熱膨張を測定すべき方向の寸法（＝肉厚）の１／２以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上且つ前記寸法の１／２以下であることがより好ましい。該肉厚が前記方向の寸法（＝肉厚）の１／２を超えると、測定治具３が過重となり、テストピース７の熱膨張を阻害したり、また測定治具３自体の熱膨張が測定値に影響を与えたりするなど測定の正確度を低下させるおそれがある。
【００２９】
測定治具３の材質は、熱膨張の測定に渦電流式変位計を用いるため、該測定治具３の表面に渦電流が生じる、導電材であることが必要である。導電材の構成成分は、導電性を有する鉄鋼、アルミニウム、銅などの金属成分が好ましい。鉄鋼としては、鉄、銑鉄、鋳鉄、炭素鋼（普通鋼）、合金鋼（特殊鋼）などが挙げられるが、どちらかと言えば合金鋼（特殊鋼）が好ましい。合金鋼としては、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、ニッケルクロム鋼（ステンレス鋼含む）、クロム鋼、マンガン鋼などが挙げられる。これらの中ではクロムモリブデン鋼、ステンレス鋼が熱膨張測定の正確度や強度などの観点から好ましい。
【００３０】
（４）渦電流式変位計
渦電流式変位計４は、該変位計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、対面の測定治具３の表面に流れる渦電流の変化を計測することにより、該渦電流式変位計４と測定治具３との間の距離（変位量）を検出する測定器である。前記磁界内にテストピース７と付帯した測定治具３が存在すると、電磁誘導作用によって、測定治具３の表面を通過する磁束の周りに渦電流が流れて前記コイルのインピーダンスが変化する。渦電流式変位計４は、この現象による発振状態の変化によって、前記距離（変位量）を熱膨張（変位量）として検出しようとするものである。
【００３１】
従来の測定装置においては、多くの場合、テストピースの熱膨張（変位量）は、各種変位計（検出計）を用いて測定されている。
例えば、ＴＭＡ法では直接テストピースに接触させた検出棒（プローブ）を介して応力を付加しながら、熱膨張を検出棒と直結した差動トランスなどの変位計にて測定するが、測定結果に対して、テストピースが接触している検出棒（プローブ）の影響（検出棒自体の熱的変形など）を受け易い。このため変位計（検出計）はテストピースへ直接接触しないことが好ましい。
【００３２】
これに対して、渦電流式変位計４は、前記ＴＭＡ法などと違い、非接触型であるため、テストピースの材質、寸法、形状などの影響が極めて少ない条件下で変位量（熱膨張）の測定ができるため、正確度の高い熱膨張の測定が可能である。また、渦電流式変位計４は、測定環境の影響を受けにくく、各種の調整操作などが少ないなど簡単な操作で高効率な熱膨張測定が可能である。
一方、非接触型の一種であるレーザー光変位計は、多くが加工精度の高いテストピースを必要とするほか、測定装置が比較的高価になり易く測定操作も比較的複雑である。しかも、測定可能温度範囲がおよそ６０℃までに限られる。これに対して、本発明で用いる渦電流式変位計４は、多様なテストピースを用いることが出来るほか、測定装置が比較的安価で、測定操作も比較的簡略であり、必要に応じ、より高温の２５０℃まで測定可能であるという利点がある。
【００３３】
渦電流式変位計４は、通常、直径５〜１０ｍｍ、奥行５〜１５ｍｍ程度の円柱状の変位計ヘッド（但し、他に固定用ネジ部なども付帯）、それを収納固定する立方体または直方体などの変位計固定具、および変位計ヘッドを計測表記装置のコネクタに接続する１００〜１０００ｍｍ長程度のケーブルを主要構成品とする。なお、渦電流式変位計４は、通常、テストピース７毎に付帯された一個または複数個の測定治具３毎に対面して夫々設置される。
【００３４】
渦電流式変位計４における測定距離範囲は、特に限定されないが例えば２０ｍｍ以下であり、５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。測定距離範囲が２０ｍｍを超えると測定電気出力と検出距離（変位量）の相関直線性が損なわれ易くなり、測定方法の正確度が低下する傾向がある。
【００３５】
渦電流式変位計４の分解能は、特に限定されないが１．５μｍ以内が好ましく、１μｍ以内がより好ましく、０．４５μｍ以内がとりわけ好ましい。分解能が１．５μｍを超えると、熱膨張の測定装置の正確度が低下する傾向がある。
【００３６】
渦電流式変位計４における耐高温性（測定可能温度範囲）は、特に限定されないが、−２０℃以上であることが好ましく、−２０℃〜１２０℃であることがより好ましく、−２０℃〜２５０℃であることがとりわけ好ましい。ここで−２０℃〜１２０℃であるものや−２０℃〜２５０℃であるものは耐高温型渦電流式変位計とも称される。
従来多くの渦電流式変位計は、測定可能温度範囲が−２０℃〜６０℃程度とされている。しかし、このレベルであると、例えば高度な耐高温性が要求される自動車内外装部品用樹脂材料や樹脂成形品の熱膨張を測定する場合、測定自体や正確度の高い測定が不可能となり易い。本発明では、耐高温型渦電流式変位計４として、例えば電子応用社製ＰＵ−０５型や同じくＰＵ−０７型などを使用することが好ましい。
【００３７】
渦電流式変位計４は、正確度の高い熱膨張の測定を行うために、例えば図１、２および４に示す様に、円形孔を有する立方体の変位計固定具４ａに、円柱状変位計ヘッド４ｂを、ネジ込みなどの方法で固定して、テストピース置台１上に設置した形で使用する。この変位計固定具４ａは、テストピース置台１上に安定して設置するために立方体または直方体が好ましい。また、立方体または直方体であれば幅・高さ・肉厚（奥行）とも、夫々渦電流式変位計４を構成する円柱状変位計ヘッド４ｂの直径寸法の３倍以上が好ましい。寸法が３倍未満であると、渦電流式変位計４を確実に固定できないため正確度の高い熱膨張の測定を行えないことがある。なお、該固定具４ａの材質はある程度の重量感がある方が静置し易いので金属が好ましい。
【００３８】
（５）加熱冷却槽
加熱冷却槽５は、テストピース置台１と、支持具２と、測定治具３と、渦電流式変位計４およびテストピース７とを収納するとともに、テストピース７を広範な温度範囲で熱膨張させる加熱および冷却手段を備えた槽である。
加熱冷却槽５の形状および寸法は、前記の熱膨張の測定が可能で且つ後記計測表記装置６を除く全ての前記各構成品を収納できれば特に限定されないが、形状としては箱型や円筒型が好ましく、またその寸法は、複数のテストピース７の熱膨張測定が同時に可能な寸法を有することが好ましい。
ただし、例えば形状が箱型の場合、その幅・高さ・奥行は熱膨張の測定の正確度をより高めるために各々７０００ｍｍ以内が好ましく、各々４０００ｍｍ以内がより好ましい。
またこの内、高さは３０００ｍｍ以内が特に好ましい。さらに、テストピース（測定対象物）の寸法が一辺数百ｍｍ程度までの比較的小さい場合は、各々１２００ｍｍ以内とすれば実用性や熱膨張の測定の正確度をより高めることができ好ましい。
【００３９】
また、加熱冷却槽５の加熱および冷却手段は、テストピース７を所望の温度まで任意の速度にて加熱および冷却できる構造とする。例えば電気ヒーター、電気クーラー、これらを組み合わせた装置を用いる構造や、熱媒体循環式加冷器などを用いる構造にすることができる。
加熱冷却槽５は、テストピース７などの温度を高精度で測定できる熱電対などの温度計を具備し、例えば測定対象のテストピース７（または同条件で調製し近傍に静置された他のテストピース７）に密（付）着させた熱電対温度計でテストピース７の温度を検出しながら、電気ヒーターや電気クーラーの作動を制御して、テストピース７の温度を変化させる。
また、加熱冷却槽５は、常に槽内を所望の温度に安定して保持することや、一定変化割合で高精度に温度変化させるために、加熱冷却槽５の外郭壁などは高い断熱性を有するようにし、例えばガラス繊維などの断熱材を用いて断熱構造にすることが好ましい。
【００４０】
（６）計測表記装置
計測表記装置６は、前記温度計で検出したテストピース７の温度（変化）信号および渦電流式変位計４にて検出したテストピース７の熱膨張に伴う変位量信号に基づき、テストピース７の熱膨張量、線膨張係数などの熱膨張を計測表記する装置である。計測表記装置６は、熱膨張を正確度高く計測表記できるような様式、構造、寸法とする。
【００４１】
計測表記装置６は、熱膨張を正確度高く計測表記するため、増幅器６ａと、計測保存器（データロガー）６ｂとから構成されることが好ましい。
ここで、増幅器６ａは、前記温度計などにて検出したテストピース７の温度（変化）信号および／または前記渦電流式変位計４にて検出したテストピース７の熱膨張に伴う変位量信号を増幅することにより、極めて微小な温度変化や、変位量（熱膨張（収縮）量）を計測表記するものであり、計測保存器（データロガー）６ｂは、これら精細な温度変化や変位量のデータを必要に応じ演算動作なども含め計測表記記録保存する。
【００４２】
２．操作
前記構成からなる熱膨張の測定装置を用いて、テストピース７の熱膨張（例えば線膨張係数）を求める場合の操作について説明する。
本発明において、テストピース７は、その材料等によって制限されるわけではなく、例えば、ポリプロピレン樹脂などの樹脂材料、それにエチレン・ブテン共重合ゴムなどの各種ゴム成分やタルク・ガラス繊維などのフィラー成分などの複合成分、さらに各種添加剤などを配合した複合ポリプロピレン樹脂材料、あるいはこれらの樹脂材料を射出成形、押出成形などにより成形した樹脂成形品、あるいはポリイミド、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、それを押出成形した板状体、その表面に金、銅などの導電性物質をめっきしたプリント配線板などの電子材料部品、また、ガラス板、その表面にＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）系や酸化亜鉛系の透明導電膜を積層した太陽電池用部品、さらにはアルミニウムやステンレスなどの基板、その表面に酸化珪素や窒化珪素などの絶縁膜を積層した電子材料部品を用いることができる。
本発明では、中でもポリプロピレン樹脂などの樹脂材料、それにエチレン・ブテン共重合ゴムなどの各種ゴム成分やタルク・ガラス繊維などのフィラー成分などの複合成分、さらに各種添加剤などを配合した複合ポリプロピレン樹脂材料、あるいはこれらの樹脂材料を射出成形、押出成形などにより成形した樹脂成形品をテストピース７としたときに優れた効果を得ることができる。
【００４３】
（１）テストピースのセット
加熱冷却槽５内に設置された、支持具２を固定したテストピース置台１上に、テストピース７を支持具２に押し当てて静置する。この際、テストピース７は、テストピース置台１との間や支持具２との間に隙間が極力生じないように密着して静置する。なお、加熱冷却槽５内は、予め所望の温度に設定され、制御されている。
次に、所望の数の測定治具３を、テストピース７の（先に支持具２に押し当ててテストピース７を静置した側端と反対側の）熱膨張測定方向側端に、上置きして付帯させる。この測定治具３には前記の様にその下部にテストピース肉厚未満寸法のテストピース留め用突起部分を設けておけばテストピース７に容易且つ確実に付帯できる。
【００４４】
（２）渦電流式変位計の設置
テストピース７側端に付帯された夫々の測定治具３の対面（熱膨張測定方向）のテストピース置台１上に、変位計固定具４ａに固定した円柱状の変位計ヘッド４ｂなどからなる渦電流式変位計４を、夫々静置する。
渦電流式変位計４を設置する位置（熱膨張の測定方向における、対面の測定治具３からの距離）は、特に限定されないが、熱膨張の測定の正確度を高めるためには、用いる渦電流式変位計４の仕様における最大計測距離の８０％程度（例えば最大計測距離が２ｍｍの場合１．６ｍｍ程度）とすることが好ましい。
なお、渦電流式変位計４の設置は、前記（１）テストピース７のセットと逆の順序で行ってもよい。すなわち、先ず渦電流式変位計４をテストピース置台１上の適切な位置に設置し、然る後、測定治具３を付帯したテストピース７の一端を支持具２に押し当てて、他端を渦電流式変位計４の対面に静置することもできる。
これら操作を終了した状態で、加熱冷却槽５内の温度などを十分安定させ、その後、テストピース７の温度および位置（測定治具３の位置）を、渦電流式変位計４および計測表記装置６により、計測し保存する。
この際、テストピース７の温度は、例えば熱膨張測定対象のテストピース７（または同条件で調製し近傍に静置された他のテストピース７）に付帯した熱電対温度計などを用いて計測する。
【００４５】
（３）熱膨張の測定
次に、熱膨張（例えば線膨張係数）を所望の測定温度範囲において測定するため、先ず加熱冷却槽５の加熱または冷却手段を制御して、テストピース７（加熱冷却槽５内）の温度を、所望の熱膨張測定開始温度に調整、設定後、一定時間安定化する。
その後、加熱または冷却手段をさらに制御して、所望の速度でテストピース７（加熱冷却槽５内）の温度を変化させる。例えば温度を上昇させるとテストピース７の測定方向長さは増大する。ここで、テストピース置台１および支持具２は、夫々極めて微小な熱膨張性である場合が多く、それらが熱膨張の測定に与える影響は極めて少ないが、必要に応じ、それらとテストピース７との熱膨張性の差異を補正してもよい。
また、測定温度域などにより、必要が生じた場合、渦電流式変位計４の温度特性（温度域による変位量検出出力値）を補正してもよい。
そして、テストピース７の長さ変化を、渦電流式変位計４からの検出信号に基づいて計測表記装置６により計測算出し、同じく温度変化を、熱電対温度計などからの検出信号に基づいて同装置にて計測算出する。
さらに、前記のテストピース７の長さ変化量と、同温度変化量に基づいて、計測表記装置６により、テストピース７の熱膨張（例えば線膨張係数）を算出・計測・記録・保存する。
なお、本発明は熱膨張の測定装置であるが、テストピース７を冷却して状態変化を観察する場合にも適用でき、この場合はテストピース７の収縮の度合いを測定することになる。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明の熱膨張の測定装置の概要とその具体的使用方法に関する好ましい実施態様を示す。
【００４７】
（実施例１〜４）
（１）本発明の熱膨張の測定装置
図１〜４に示した前記渦電流式変位計を含む部品を用いて、次の熱膨張の測定装置を作製した。
テストピース置台１の大きさ（幅・長さ・肉厚）は、５００ｍｍ×４００ｍｍ×６ｍｍとした。
テストピース置台１と支持具２は、石英ガラス製（熱膨張係数＝６×１０−７／℃）とした。測定治具３の材質は、クロムモリブデン鋼とし、肉厚（奥行）、すなわち、熱膨張を測定すべき方向の寸法（＝肉厚）は、熱膨張を測定する際の渦電流式変位計４による熱膨張（変位量）の測定の正確度をより高くするため、６ｍｍとした。該テストピース留め用突起部分の高さ（上下方向）は、１ｍｍとした。また、測定治具３の幅および高さは、各々２０ｍｍとした。
渦電流式変位計４における測定距離範囲は、２ｍｍ、渦電流式変位計４の分解能は、０．８μｍである。
【００４８】
（２）熱膨張の測定装置へのテストピースの設置
まず、テストピースを調製するために、下記の材料１）〜４）のポリプロピレン樹脂および複合ポリプロピレン樹脂を用い、東芝機械社製の射出成形機（ＩＳ１７０）で成形温度２２０℃にて、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×厚さ３ｍｍ（１ｍｍ厚のフィルムゲート）の平板を成形した。次に、得られた成形平板（テストピース）を前記渦電流式の熱膨張の測定装置のテストピース置台上に静置した。なお、テストピースは厚さ方向を上下方向として静置（すなわち横置き）した。
・材料１）  ポリプロピレン樹脂
メルトフローレート（（２３０℃、荷重２．１６ｋｇ）…ＪＩＳ  Ｋ７２１０準拠、以下ＭＦＲと記す）が３２ｇ／１０分、エチレン含量が１２重量％である、プロピレン・エチレンブロック共重合体（日本ポリプロ社製）
・材料２）  複合ポリプロピレン樹脂Ａ
プロピレン・エチレンブロック共重合体７０重量％、タルク２０重量％およびエチレン・ブテン共重合ゴム１０重量％からなる、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６ｋｇ）が３０ｇ／１０分の複合ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ社製）。
・材料３）  複合ポリプロピレン樹脂Ｂ
プロピレン・エチレンブロック共重合体５６重量％、タルク２０重量％およびエチレン・オクテン共重合ゴム２４重量％からなる、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６ｋｇ）が４０ｇ／１０分の複合ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ社製）。
・材料４）  複合ポリプロピレン樹脂Ｃ
プロピレン・エチレンブロック共重合体４５重量％、タルク３５重量％およびエチレン・オクテン共重合ゴム２０重量％からなる、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６ｋｇ）が３５ｇ／１０分の複合ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ社製）。
である。
【００４９】
（３）熱膨張の測定装置への変位計の設置
次に、該テストピースを設置した上記熱膨張の測定装置に、渦電流式の変位計を設置した。渦電流式の変位計は、円柱状の変位計ヘッド（（直径５ｍｍ、奥行７ｍｍ）、但し、さらに長さ２８ｍｍの固定用状ネジ（Ｍ６）部を付帯）、それを収納固定する立方体の変位計固定具、および計測表記装置のコネクタに接続する１０００ｍｍ長のケーブルを主要構成品とした。
【００５０】
（４）熱膨張（線膨張係数）の測定
その後、テストピースの温度を熱膨張（線膨張係数）測定開始温度の５℃に調整、設定後、３０分間同温度に維持して安定化させた後、昇温速度２℃／分にて８０℃まで昇温して、熱膨張を測定した。なお、加熱冷却槽５は、幅・高さ・奥行が８００ｍｍ×８００ｍｍ×７００ｍｍの箱型であり、外郭壁面は鋼板、外郭壁内部はガラス繊維を用いた断熱構造とした。
この際、テストピースの静置方向（測定方向）は、射出成形時の樹脂流れ方向と、樹脂流れ方向と直角方向の２方向とし、変位計（検出部）を、直接テストピースに接触させることなく、テストピースの熱膨張を夫々測定（ｎ＝３）した。
得られた熱膨張測定結果を表１に示す。実施例１は、材料１）のポリプロピレン樹脂、実施例２は、材料２）の複合ポリプロピレン樹脂Ａ，実施例３は、材料３）の複合ポリプロピレン樹脂Ｂ，実施例４は、材料４）の複合ポリプロピレン樹脂Ｃを夫々用いた場合である。
【００５１】
（比較例１〜４）
（１）比較用の熱膨張の測定装置
ＴＭＡ法熱膨張の測定装置である、島津製作所社製「ＴＭＡ−６０型」熱膨張の測定装置を用いた。テストピース置台（円板状）の大きさ（直径・厚さ）は、１５ｍｍ×１．５ｍｍで、材質は石英ガラス製とした。
（２）熱膨張の測定装置へのテストピースの設置
テストピースは、材料として前記ポリプロピレン樹脂、および複合ポリプロピレン樹脂Ａ〜Ｃの何れかを用い、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×厚さ３ｍｍ（厚さ１ｍｍのフィルムゲート）の平板を、東芝機械社製の射出成形機（ＩＳ１７０）を用いて成形温度２２０℃にて成形し、該成形平板の中央部から１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ３ｍｍに切り出して小四角板状のテストピースとした。調製したテストピースをＴＭＡ法熱膨張の測定装置に、テストピースの厚さ方向を横（水平）方向として静置（すなわち縦置きであり、高さは１０ｍｍである。）した。
（３）ＴＭＡ法熱膨張の測定装置によるテストピースの線膨張係数の測定
テストピースの静置方向（測定方向）を射出成形時の樹脂流れ方向と、樹脂流れ方向と直角方向の２方向とし、変位計（検出部）を、直接テストピースに接触させて、テストピースの熱膨張を夫々（ｎ＝３）測定した。熱膨張の測定開始温度および昇温速度は、実施例の熱膨張の測定方法と同様とした。
得られた熱膨張の測定結果を表１に示す。比較例１は、材料１）のポリプロピレン樹脂、比較例２は、材料２）の複合ポリプロピレン樹脂Ａ，比較例３は、材料３）の複合ポリプロピレン樹脂Ｂ，比較例４は、材料４）の複合ポリプロピレン樹脂Ｃを夫々用いた場合である。
【００５２】
【表１】
2012026900.tif 000003
【００５３】
表１に示すように、本発明の装置を用いて測定した実施例１〜４の線膨張係数値は、ＴＭＡ法装置を用いて測定した比較例１〜４の線膨張係数に比し、実施例３および４の樹脂流れ方向と直角方向の値を除いて、何れも小さい値が得られた。
また、実施例１〜４の熱膨張異方性値（樹脂流れ方向の線膨張係数／樹脂流れ方向と直角方向の線膨張係数）は、比較例１〜４の熱膨張異方性値に比し、何れも小さい値が得られ、必ずしも傾向が一定でない比較例１〜４に対し、樹脂流れ方向がその直角方向に対し何れも小値であることを明確に示している。
自動車内外装部品などの実製品においては、ポリプロピレン樹脂材料、複合ポリプロピレン樹脂材料や、それらを用いた比較的大きい樹脂成形品においては、それらが射出成形される際、マトリックス樹脂中において、それらが含有する、重合ゴム、複合添加用各種ゴム、タルク・ガラス繊維などの各種フィラーが、樹脂の流れ方向（射出方向）に沿って配向（引き延ばされた状態で分散）したり、それらが並んだりした形態で分散し易くなるために、樹脂の流れ方向の熱膨張がその直角方向のそれより小さい、すなわち熱膨張異方性値が小さいことが多い。これは、樹脂中に分散したゴムやフィラーが樹脂の流れ方向の材料全体の熱膨張（熱的変形）を抑制する結果、前記の様に樹脂の流れ方向の線膨張係数の絶対値が小さくなり易く、熱膨張異方性値がより小さくなり易いのである。
実施例１〜４の熱膨張異方性値は、この傾向に合致して小さくなっており、樹脂流れ方向とその直角方向の熱膨張（量）の差異が拡大することを忠実に再現していることを意味する。
以上により、例えば、ポリプロピレン樹脂材料、樹脂成形品、とりわけ、複合ポリプロピレン樹脂材料や、より大型の樹脂成形品を測定対象にした場合、本発明の装置を用いれば、該材料や成形品が本来持つ熱膨張（熱膨張量、線膨張係数や熱膨張異方性）を測定し、より実製品に近い状態で表せることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の熱膨張の測定装置は、任意の寸法、肉厚、形状および剛性の樹脂材料、樹脂成形品や曲がったり撓んだりした状態の樹脂成形品などの熱膨張をより実製品に近い状態で測定することができ、しかも構造が簡単で、測定操作が簡便であるから、各種の樹脂材料、樹脂成形品などの生産、加工、開発改良研究などの分野における熱膨張測定に対して、極めて実用性が高い。
【符号の説明】
【００５５】
１  テストピース置台
２  支持具
３  測定治具
４  渦電流式変位計
４ａ  変位計固定具
４ｂ  変位計ヘッド
５  加熱冷却槽
６  計測表記装置
６ａ  増幅器
６ｂ  計測保存器
７  テストピース
【図１】
2012026900.tif 000004
【図２】
2012026900.tif 000005
【図３】
2012026900.tif 000006
【図４】
2012026900.tif 000007
【図５】
2012026900.tif 000008