JP2010503855A - 液体吸収度の測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ある素材の液体吸収能を測定する方法および装置に関し、液体を素材の試験片（Ｐ）の表面と接触させ、試験片に吸収された液体の量が算出される。特定の量の液体が一方の面が前記表面によって制限された液体チャンバーに供給され、これにより試験片によってある量の液体が液体チャンバーから吸収され、液体チャンバーユニット内の液体の量の減少率が表示される。

Description

本発明は、それぞれ独立請求項の前提部に記載されている方法および装置に関する。

紙または厚紙などの水分を吸収する能力は、これらを異なる分野に使用する際の適正を定める上で重要な特性である。紙の「コブ値（Ｃｏｂｂ ｖａｌｕｅ）」は、紙のこの水分吸収能の指標の１つである。

一般的には、コブ法は、面積１００ｃｍ^２の紙の試験片を６０秒間、水に晒し、その後所定の方法で余分な水を取り除いて行われる。水に晒した前後の紙の重さを測定することによって吸収された水の重さが決まり、これがコブ値となる。コブ値が高いほど、紙の水分吸収能は、高いことを意味し、コブ値が低いほど、水分吸収能が低い。

コブ法（ＩＳＯ ５３５）は、マニュアル操作で行われるので時間が掛かり、精度に問題があり、また労力を必要とするので、コストが掛かる。この方法では手動で扱わなければならない装置部品があるため、重大な測定ミスを避けるために作業者の側に高度な正確性が要求され、これにより紙の水分吸収能の測定は、正確には行われない場合がある。

本発明の目的は、従来公知の手動で行う方法の上記問題点を解消できる方法および装置を提供することである。特に本発明は、これらの問題点を解決することができ、正確に迅速にかつ経済的に測定を行える方法および装置を提供する。

これらの目的は、独立請求項に記載の特徴部によって上記装置および方法によって達成される。

本発明では、液体チャンバーユニットの液体の量の変化を利用して、試験片に吸収された液体の量を計算して上記目的を達成する。手動による操作のミス、例えば過剰の量の液体を供給したり、誤ってブロッティングしたりということは、本発明では直接的に排除することができる。さらに本発明の方法は、自動化することも可能である。本発明の方法の実施時間は、液体が試験片の表面と接触している時間によって実質的に制御されるだけである。

本発明は、水だけでなく、他の液体、例えば油、溶剤、含浸剤などに対する紙の吸収能など、異なる種類の測定にも利用可能である。

また本発明は、紙以外の別の表面、例えばプラスチック、繊維、木材、表面皮膜などこれらの材料の異なる液体の吸収能を測定するのにも適用可能である。

特にまた好ましくは試験片の液体と接触する面は、液体チャンバーユニットの主要チャンバーの硬質な透水性の壁の一方の面に位置せしめられる。これにより試験片に皺がよったり、望ましくない動きをして測定結果に悪影響を与えるのを防ぐことができる。特に好ましくは試験片は、例えば可撓性の膜またはその他の弾性手段によって前記壁に押圧され、さらに試験片を確実に平坦にし、誤測定の原因となる測定中の試験片の移動を防ぐ。

好ましい態様では、液体チャンバーユニットは、液体のレベルを感知するセンサーチャンバーに接続される。液体が試験片と接触する面より実質的に小さい表面積を有するセンサーチャンバーを形成することによって、測定中にセンサーチャンバー内のレベルの変化を増幅させ、また液体の吸収量が比較的少ない場合でも、測定の精度を高めることができる。

液体チャンバーを含むハウジング部に対して試験片を密閉状態で押し付けることによって誤差の原因となる漏れを防ぐことができる。

本発明の装置の特徴によってそれに対応する特徴が得られる。

本発明を実施態様および添付図面を参照し、以下に詳述する。

図１の符号１で示したある素材の液体吸収能を測定するための装置は、ハウジングと、試験される例えばシート状の紙などの試験片を挿入するためのスロット２と、測定されたコブ値を表示するディスプレー４とを含む。操作手段および装置の状態を示すランプがハウジングの前面に配置されている。さらにこの装置は、測定に使用する液体を供給する手段（図示せず）を含む。

図２ａは、簡略化のためにいくつかの部品を取り除いた液体吸収能を測定するための装置の測定ユニットの断面を略式に示すものである。符号６で示す測定ハウジングは、第１ハウジング部７と第２ハウジング部８とを含み、これらは図２ａに示した位置から互いに移動することができる。図２ａに示した位置では、第１ハウジング部と第２ハウジング部との間に空間が存在し、そこにシート状の紙などの試験片Ｐが挿入される。

この位置からこれらハウジング部は、図２ｂに示す位置へと互いに移動することができ、これらハウジング部は、密閉手段１４、１５によって所定の大きさになるように試験片Ｐの試験領域の周囲を密閉式に留める。

第１ハウジング部７は、液体チャンバーユニットを含み、これは測定工程中に試験片Ｐの上記領域と接触する主要チャンバー１０を含む。主要チャンバー１０は、センサーチャンバー１１と接続されており、センサーチャンバーは、センサー２０に接続される浮き１２を含む。センサーチャンバー１１は、主要チャンバー１０がこれに接続されたポンプ２９によって液体で満たされ、透水性の壁１６（下記参照）にまで液体が満たされる際に液体が所定のレベルまで供給されるように構成されている。センサーチャンバー１１は、液体チャンバーユニットの一部であってもよく、またはそれに接続されてもよい。符号１６は、硬質の透水性の壁を示し、この壁は、（実質的に）平らであり、試験片が濡れた際に変形して測定に誤差を生じさせないようにするためのものである。

第２ハウジング部８は、可撓性の壁形状の、例えばゴム膜で形成されたプレス手段１７を含み、このプレス手段は、測定工程中、試験片Ｐが徐々に硬質の透水性の壁１６に対して押圧されて、所定の圧力を試験片Ｐの裏側に加え、これにより試験片Ｐを湿潤させている間に変形することによる測定の誤りを生じさせないようにしている。

空気チャンバー１８を軽度の圧力で加圧して、プレス手段１７が圧力レギュレーター５によって透水性壁１６に所定の方法で確実に押圧されるようにすることができる。

センサーチャンバー１１は、横手方向から見た際に表面積「ａ」を有し、これは主要チャンバー１０の試験領域「Ａ」より実質的に小さいことが好ましく、これにより測定中に試験片Ｐに比較的少量の液体を吸収させただけでも、Ａ／ａで表される関係に応じてセンサーチャンバー１１内の比較的大きな液体レベルの変化となる。このレベルの変化は、信号を演算ユニット（ＣＰＵ）１９に送るセンサーによって感知され、この演算ユニットは、信号をディスプレー４に例えばコブ値などの視認できる値に変換して表示する。

次に図４を参照して測定手順を説明する。

符号２１で示す工程は、液体を液体チャンバーユニットに供給して作業の準備をすることによる工程の開始を示し、その際液体は、主要チャンバー、センサーチャンバーおよび透水性の壁の凹部、孔などに充填され、液体が試験片Ｐの試験表面Ａ全体に亘って完全に接触するようにする。所定の容量の液体が、所定のレベルまで供給され、その時点で液体の供給は終了する。

符号２２で表す工程は、試験されるシート状の紙などの試験片を取り付ける工程を表す。

符号２３で表す工程は、ハウジング部が引き合わせられたらすぐに実施される測定工程の開始を示し、ハウジング部が引き合わせられることによってこれらの間に挿入された試験片と密閉状態で接触し、例えば適用される特定の測定方法によって定められた所定の期間、試験片は湿潤される。

符号２４で表す工程は、測定が終了し、センサーチャンバー内の最終的な液体レベルを読み取る工程である。

符号２５で表す工程は、センサーから読み取られた信号を演算ユニットに送信し、演算ユニットでセンサーからの信号を試験片によって吸収された液体の量に数値化し、ディスプレーで表示する工程である。

符号２６で表す工程は、例えば吸引、ブロー、ブロットまたはこれらの組み合わせによって試験表面上の吸収されていない液体を除去し、オペレーターが測定を終了させた後に試験片の取り扱いを容易にする工程である。

符号２７で表す工程は、ハウジング部を開放し、試験片を取り除く工程である。

符号２８で表す工程は、きれいな液体で液体チャンバーユニットおよび透水性壁を洗浄し、システムをリセットし、測定方法を終了させる工程である。

本発明は、特許請求の範囲内で種々の変形例が可能であり、種々の方法で変更可能である。

例えば液体チャンバーの液体レベルの変化の読み取りを他の方法、例えば光（レーザーなど）によって光学的に、または音響的手段、電磁力を利用した手段、またはこれらを少なくとも２つ以上組み合わせたもの、あるいはその他公知の方法で行うことも本発明の範囲内である。浮きを公知の結合アームを介して値／最終値の調節可能または変更可能なスケールに関連付けられる機械的な表示器に直接、接続することも可能である。

ある状況、例えば試験片の主要チャンバーの方へまたは主要チャンバーからの方向において形状が変わらないまたは変わりそうも無い場合に、試験片の試験表面が直接、主要チャンバーを制限するように硬質の透水性壁を除去することも充分可能である。また特定の場合、同様の理由でプレス手段を取り除くことも可能である。しかしながら、これらの変形例は、通常は好ましくない。

試験片は、モーターの操作で自動でまたは手動で挿入することができる。ハウジング部の移動は、自動的に制御することができるが、手動で行うことも可能である。ハウジング部を固定して、密閉接触させるために特定のプレス手段で試験片に影響を与えることも本発明の範囲内である。

再現性を高め、誤測定の可能性を最小限にするために、図２に示す態様では、試験表面が試験液体と接触したらすぐに測定を開始しなければならない。

図３ａおよび３ｂに示す態様では、液体チャンバーは、試験片上に位置し、ハウジング部が互いに引き合わせられた後、液体が充填される。この態様ではより再現性を高め、誤測定を最小限にするために液体を速やかにかつ自動的に充填しなければならない。この図の符号には図２ａおよび２ｂで使用した符号に「’」を付して示している。

図３ａに示した位置からハウジング部は、図３ｂに示した位置へと互いに移動可能であり、そこでハウジング部は、密閉手段１４、１５によって試験片Ｐを所定の大きさの試験領域の周囲で留める。この工程は、図２ａおよび２ｂについて記載したものと類似している。

図３ａおよび３ｂの態様において、液体チャンバーは、種々の方法で空にされる。例えば試験片に孔を空けてそこから液体を流したり、または吸い出したりすることを組み合わせてチャンバーから液体を抜くことができる。これとは別に液体を透水性壁に吸着させることもできる。

「背景技術」の項で一般論としてコブ法について言及しており、この方法は、異なる種類の紙の水分吸収能を測定するための確立した方法であるが、上述の通り、異なる種類の試験片の液体吸収能を測定するために異なる測定方法を使用することができる。従って、他の素材の水以外の液体の吸収能を測定することができる。

液体が試験片と完全に接触するのを透水性壁によって妨げられないようにするために、液体の充填について、一定量の液体を透水性壁と試験片の間に充填して図３ａおよび３ｂの態様を変更することが示唆される。これは、試験片が透水性壁からある程度離れている場合、例えば壁の中央部分から始めて横方向に液体を噴射して試験片全体を完全に湿潤させる噴射装置を導入することによって行うことができる。

透水性壁は、別の種類のものであってもよく、例えば細目金属ネット、多孔性焼成材または穿孔金属箔であってもよく、これらは液体チャンバーに張られる。

試験片表面は、別の方向に向けてもよく、例えば垂直に配向してもよく、または試験片上に主要チャンバーを配置してもよい（図３ａ）。また本発明は、試験片表面が試験片の縁部、例えば試験片の切り抜き穴の縁部を排除するものではない。

本発明は、金属網を使用した場合の網目のむらなどの透水性壁のむらなどの異なるパラメーターを勘案して正確な校正を行うことができる。また温度に基づく校正も本発明の範囲内である。

液体チャンバー内への水の充填は、オーバーフローによって制御することがでる、または一定の参照レベルで水の供給を遮断するセンサー２０によって制御することができる。その他公知の方法も適用可能である。

上述のシステムの代替として、液体チャンバーが一定の容量を有し、試験片によって吸収された液体の量に対応する液体チャンバーユニットの最初の液体の量の減少分を元に戻すために第２の量の液体を非常に正確にポンプで供給することも想定することができる。その後、供給された液体の量またはポンプの作用をこのように説明する信号は、試験片に吸収された液体を測定するために使用することができる。しかしながら、この変形例は、好ましくない。

本発明は、基本的に試験の開始から連続的にまたは短い間隔で水分吸収の測定を行うことができるので、短い時間の液体への試験片への影響から最終的な値の予測値を算出することが本発明を通して可能になる。これにより公知の関数を用いて例えば指数関数で理論上の値を算出するために短い時間で多くの測定ポイントを得ることを可能にする。これには確立されている試験期間の終了よりかなり前に、信頼できる結果が得られるという利点、即ち応答性が早く、生産性が高く、コストが安いということである。コブ値の場合、このような信頼できる結果は、確立されている６０秒の試験期間に対して１０乃至３０秒後に得ることができる。

ある素材の液体吸収能を測定するための装置を示す。 本発明の第１の態様による制御チャンバーおよびそれに隣接する部材の断面図。 本発明の第１の態様による制御チャンバーおよびそれに隣接する部材の断面図。 本発明の第２の態様による制御チャンバーおよびそれに隣接する部材の断面図。 本発明の第２の態様による制御チャンバーおよびそれに隣接する部材の断面図。 本発明の方法のブロック図。

Claims (18)

1. ある素材の試験片（Ｐ）の表面に液体を接触させ、試験片に吸収された液体の量を算出する素材の液体吸収能を測定する方法において、
   −一方の面が前記表面によって制限された液体チャンバーユニットにある特定の第１の量の液体を供給し、試験片によってある量の液体が液体チャンバーから吸収され、
   −液体チャンバーユニット内の液体の量の減少率を表示することを特徴とする方法。
2. 前記表示が液体チャンバーユニット内の液体レベルの変化を表すものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記素材の液体吸収能を示す値が算出されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 試験片（Ｐ）の前記表面が液体チャンバーユニットの主要チャンバー（１０）の実質的に硬質の透水性壁（１６）の主要チャンバーとは反対の方の面に配置されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の方法。
5. 試験片（Ｐ）が前記壁（１６）に対して押圧されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. センサーチャンバー（１１）中の液体レベルが感知されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の方法。
7. 試験片がハウジング部（７）に対して密閉式に留められることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の方法。
8. 前記表示が連続的に、または間隔をおいて、または所定の期間経過した後に行われることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の方法。
9. 試験片に吸収された液体の量に関する最終的な値の予測値が算出されることを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の方法。
10. ある素材の試験片（Ｐ）の表面に液体を接触させて試験片に吸収された液体の量を算出する手段を含む素材の液体吸収能を測定する装置において、
    −ある特定の第１の量の液体を供給するために設けられ、試験片によって液体が液体チャンバーから吸収されるように一方の面が前記表面によって制限されて配置されている液体チャンバーと、
    −液体チャンバーユニット内の液体の量の減少率を表示する測定手段（１１、１２、１９、２０）とを含むことを特徴とする装置。
11. 前記測定手段（１１、１２、１９、２０）が液体チャンバー内の液体レベルの変化を表示するために配されていることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 前記素材の液体吸収能を示す値（４）を算出するために手段をさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の装置。
13. 液体チャンバーユニットが硬質の透水性壁（１６）を有する主要チャンバーを含み、この壁に対して試験片（Ｐ）の前記表面が接触することを特徴とする請求項１０乃至１２いずれか１項記載の装置。
14. 試験片（Ｐ）を前記壁（１６）に押圧するためのプレス手段（１７）をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記液体チャンバーがセンサーチャンバー（１１）を含み、そこで液体レベルが浮き、音響センサー、光学センサー、電磁センサー、これら２つ以上を組み合わせたものから選択される手段によって感知されることを特徴とする請求項１０乃至１４いずれか１項記載の装置。
16. 前記液体チャンバーが第１のハウジング部を含み、これに試験片（Ｐ）が密閉式に留められることを特徴とする請求項１０乃至１５いずれか１項記載の装置。
17. 前記第１ハウジング部と共に試験片（Ｐ）を留めるために相互作用する第２のハウジング部（８）をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. 試験片によって吸収された液体の量に関する最終値の予測値を算出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１７いずれか１項記載の装置。

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