JP3937017B2 - 金属品位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属物品の品位を測定する装置に関し、特に、金属貨幣の品位の測定に適した装置に関するものである。なお、「金属の品位」、「金属貨幣の品位」とは、その金属、金属貨幣に含まれている元素の比であり、金属貨幣の場合はその価値を決める要素の一部となるものである。

金属貨幣は、通常、数種類の金属を成分とする合金として、鍛造されたり鋳造されたりする。江戸期においては、製造された金属貨幣の品位が、時代や地域によって様々に異なっている。金属貨幣の品位を調べることは、その時代の経済状況を探る上などで、極めて重要な手段になる。

骨董的価値のある美術品などを鑑定する際には、美術品などに水分が加わることが極度に嫌われている。そのために、金属貨幣の品位測定を空気中で行う目的で、ＰＩＸＥ法（Particle induced X-Ray Emission荷電粒子励起X線分光法）等の大掛かりな測定法が利用されている。又、一般的な金属の品位を測定する例としてはICP(発光分光分析装置 例えば、特許文献１参照。）等の測定法が利用されている。

しかしながら、現在は、非破壊による簡便な品位測定装置が存在せず、多量に存在する高価な金属貨幣の品位を鑑定する際等に使用される金属物品の品位を簡単に測定するための新たな金属品位測定装置の開発が望まれている。
特開平１０−１８３２７２号公報

金属貨幣の組成が、二種類の既知元素のみの成分であれば、アルキメデスの原理による水中秤量で、金属貨幣の密度を測定し、簡単な数値計算に基づいて、金属貨幣の品位を求めることができる。しかし、金属貨幣の金属組成が三種類以上であると、単純な測定では金属貨幣の品位を求めることができない。本発明では、金属組成が三種類以上の既知元素からなる金属貨幣を対象として、その品位を測定することを課題とする。

本発明においては、金属貨幣の骨董的価値を失わずに、非破壊で金属貨幣の品位を測定することを目的とするものである。即ち、大判などには墨書きがなされており、この墨書きの明瞭さは、金属貨幣の骨董的価値を示す重要な要素になっている。本発明においては、書かれた墨の文字が水に溶けない手法の開発を課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、天秤と、密度測定装置と、温度制御装置と、記録制御装置とを備えた金属品位測定装置であって、上記天秤には試料を載せる試料ホルダーが吊り下げられており、上記温度制御装置は、上記水槽内に設けたヒーターを制御して上記水槽内の水温を制御し、上記密度測定装置は、その内部に上下方向に移動可能な水槽が設置されており、上記温度制御装置で制御された複数の設定温度のそれぞれにおいて試料の密度を測定可能であり、上記記録制御装置は、上記複数の設定温度において測定された試料の密度に基づいて金属品位を測定可能であることを特徴とする金属品位測定装置を提供する。

さらに本発明は上記課題を解決するために、天秤と、密度測定装置と、温度制御装置と、記録制御装置とを備えた金属貨幣品位測定装置であって、上記天秤には試料を載せる試料ホルダーが吊り下げられており、上記温度制御装置は、上記水槽内に設けたヒーターを制御して上記水槽内の水温を制御し、上記密度測定装置は、その内部に上下方向に移動可能な水槽が設置されており、上記温度制御装置で制御された複数の設定温度のそれぞれにおいて試料の密度を測定可能であり、上記記録制御装置は、上記複数の設定温度において測定された試料の密度に基づいて、非破壊で金属貨幣品位を測定可能であることを特徴とする金属貨幣品位測定装置を提供する。

本発明に係る金属貨幣品位測定装置によれば、以下に記載されるような効果を奏する。
（１）金属貨幣の組成を構成する元素の数が、三種類以上の場合であっても、複数の温度で金属貨幣の密度を測定することにより、非破壊で金属貨幣の品位を求めることができる。

（２）大判の墨書きなどに見られる骨董的価値を保存する目的では、金属貨幣をプラスチック材料で真空包装する。これを水中で秤量すれば、アルキメデスの原理を用いた測定が可能になる。

（３）本発明による金属貨幣品位測定装置では、従来のものとは異なって、金属貨幣の骨董的価値を損なわずに、非破壊的な手段で、金属貨幣の品位が測定できる。そのため、骨董的価値の高い金属貨幣を鑑定する際などに、極めて有力な手段を提供する。

本発明に係る金属品位測定装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下説明する

（基本的な原理及び構成）
本発明に係る金属品位測定装置の具体的な構成は実施例で説明するが、その基本的な原理及び構成は、次のとおりである。本発明の基本的な発想は、金属の密度が温度に依存して変化する現象を利用して、金属組成が三種類以上の既知元素からなる金属物品の品位を測定する点である。

例えば、金属貨幣の組成が、三種類の既知元素で構成されている場合には、二種類の既知元素で構成されている場合に比べて、未知数が増加する。そのため、三種類の既知元素で構成される金属貨幣の品位を求める目的においては、被測定金属貨幣の密度を二つの異なった温度で測定し、此等二つの温度で測定された二つの密度値から、数式を連立させて、金属貨幣の品位を導出する。

二つの異なった温度において、金属貨幣の密度をそれぞれ測定する目的で、上記の金属貨幣品位測定装置が、有効に利用される。

大判の墨書きなどにみられる骨董的価値の保存に際しては、金属貨幣を直接水に浸すことはせずに、プラスチック材料を利用して金銀貨幣を真空包装し、この包装した金属貨幣を水中に浸して、密度を測定する。

本発明に係る金属品位測定装置は、基本的には、天秤と、密度測定装置と、温度制御装置と、記録制御装置で構成される。密度測定装置には、その内部に水槽が設置されており、天秤から吊り下げられた試料ホルダーに試料を乗せて、水槽を上下に移動させる手段で、アルキメデスの原理に基づいて、試料の密度を測定する。この際に、水槽の水温を温度センサーで測定し、上記温度制御装置を用いてヒーターに流れる電流を制御して、水槽中の水温を目的とする温度に設定する。密度の測定結果に基づいて金属の品位が算出されるものである。

本発明に係る金属品位測定装置の実施例を図１、２で説明する。この実施例は、金属貨幣品位測定装置に適用した例であり、全体的には、図１（ａ）、図２に示すように、天秤１と、密度測定装置２と、温度制御装置３と、記録制御装置４とから構成される。密度測定装置２では、水槽５を上下に移動させて、アルキメデスの原理に基づいて金属貨幣の密度を測定し、その測定結果に基づき金属貨幣の品位が算出されるものである。

即ち、本発明に係る金属貨幣品位測定装置は、機筺状のフレーム１１を有し、このフレーム１１上に載置された天秤１と、フレーム１１内に配置された密度測定装置２とを備え、さらに温度制御装置３と記録制御装置４とを備えている。

密度測定装置２は、上下動する棚板１３と水槽５とを備えている。棚板１３は、その基端が昇降用モータ１４で回転するねじ棒１５に螺着され、かつ案内棒１６に案内されて上下動するような構造となっている。この棚板１３に水槽５を載置して上下動可能にする。

天秤１は、密度測定装置２の全体フレーム１１の上に設置され、天秤１の秤量部に試料ホルダー６を吊り下げて、試料ホルダー６に乗せた試料７（測定対象である金属貨幣）の質量を測定可能とする。そして、水槽５を上記上下動可能な棚板１３に載置し、試料ホルダー６とは独立させて上下方向に移動可能とする。此の移動は、試料ホルダー６に乗せた試料７を、空中と水中の両方で逐次秤量するために十分な長さのストロークが必要である。

また、密度測定装置２には、水槽５とともに上下動する温度センサ８及びヒーター９が取り付け具１２に取り付けられて配設されている。図１（ｂ）に示すように、水槽５中の水温は温度センサー８で検出され、水中に設置されたヒーター９に流れる電流を温度制御装置３で制御して、水温を目的の温度に設定する。この際、温度制御装置３は、攪拌用モータ１７を制御して攪拌機１０の動作を制御し、必要に応じて、攪拌機１０で水槽中の水を攪拌する。

記録制御装置４は、その記憶装置に内蔵されたソフトに従って密度測定装置の全体動作を制御するものであり、図１（ｂ）に示すように、昇降用モータ１４の動作を制御するとともに、天秤１による測定データを入力し処理するものである。

具体的には、記録制御装置４は、昇降用モータ１４を駆動制御して試料７が、空中と水槽５の水中とに選択的に置かれる位置となるように棚板１３を昇降させることができる。試料７が空中に置かれる位置と水槽５の水中に置かれる位置での天秤１の測定結果を記憶装置に記憶するとともに測定結果を表示し記録する。

そして、記録制御装置４では、上記測定結果に基づいて、試料７（金属貨幣）の密度変化率（γ）が算出される。さらに、記録制御装置４では、金属貨幣の密度測定に基づいて、固体熱膨張率を導出する際に、必要となる数値計算処理が行われる。

（作用）
以上の構成から成る本発明に係る金属貨幣品位測定装置の測定プロセス及び作用を説明する。まず、実験台の上に密度測定装置２を置いて、その全体フレームの上に天秤１を設置する。温度制御装置３と記録制御装置４も、それぞれ実験台等の上に置く。

そして、水槽５中の水温を温度制御装置３を用いて所定の温度に設定する。水槽５中の水温は、温度制御装置３を用いて複数の温度に設定する。そして、それぞれの水温で、上記の密度測定を行う機能を備える。此処では、温度センサー８で水温を測定し、その情報を利用して、ヒーター９に流れる電流を温度制御装置３で調節して、水槽５中の水温を目的とする温度に設定する。この際に必要に応じて、攪拌機１０で水槽５中の水を攪拌する。

天秤１秤量部の下に、試料ホルダー６を吊り下げる。密度測定装置２の内部に水槽５が置かれ、水槽５を試料ホルダー６とは、独立させて上下に移動する機能を備える。この際には、記録制御装置４からの信号に基づいて、密度測定装置２で、水槽５を上下に移動させる。此の移動では、試料ホルダー６に乗せた試料７を、空中と水中の両方で逐次秤量する目的において、十分なストロークを確保する。

水温を温度制御装置３を用いて設定した所定の温度で、水槽５を下げた状態において、天秤１の秤量部に吊り下げた試料ホルダー６に試料７（金属貨幣）を載置して水槽５の上方空中で秤量する。秤量データは天秤１から記録制御装置４に入力される。

次に、試料ホルダー６に載置された試料７を密度測定装置２により昇降用モータ１４を制御して上昇させて水槽５中の水中内に入れて、水中内で秤量する。この秤量データは天秤１から記録制御装置４に入力される。これらの空中及び水中での秤量データにより記録制御装置４においてアルキメデスの原理に基づき金属貨幣の密度が求められる。

温度制御装置３を用いて別の所定の温度に設定し、上記同様の測定手順により金属貨幣の密度を求める。このように、水槽５中の水温を温度制御装置３を用いて複数の温度に設定し、それぞれの温度において固体物質の密度が求められる。このようにして複数の温度のそれぞれにおける測定の結果得られた試料の密度から、記録制御装置４において、金属貨幣の密度変化率（γ）が算出され、熱膨張率が導出される。

本発明は、このように、アルキメデスの原理に基づいて、周囲温度の変化で金属貨幣の密度が変化する現象を利用して、複数の温度において金属貨幣の密度を測定し、金属貨幣の品位を導出することを特徴とするものである。

大判の墨書きなどに見られる金属貨幣の骨董的価値保存に際しては、プラスチック包装材料を利用して、金属貨幣を真空パックして、此を水中に浸して密度を測定し、その後に、包装に用いたプラスチック材料の密度を測定して、簡単な計算によって金属貨幣の密度を求めて、更には、金属貨幣の品位を導出することができる。

ところで、金属貨幣の組成が三種類以上の既知元素である場合について、本発明に係る金属貨幣品位測定装置より金属貨幣品位を測定する場合は、金属貨幣品位測定装置は、水槽５の水温を複数の温度に設定する機能を備えている必要がある。

具体的には、本発明による金属貨幣品位測定装置による測定の対象の金属貨幣の組成が三種類の既知元素である場合は、被測定金属貨幣の周囲に存在する水の温度を、それぞれ異なった二つの水温に設定し、二つの温度で、それぞれ金属貨幣の密度を測定する。

（測定例１）
まず、小判などの様に、金属貨幣の組成が二種類のみの既知元素である場合を例として、本発明に係る金属貨幣品位測定装置により密度測定を行って金属貨幣品位を測定するプロセスについて説明する。

金属貨幣の質量をＭ、金属貨幣の体積をＶ、金属貨幣の密度測定値をρとする。質量Ｍと密度ρは、市販されている密度測定機で求められる。この際に数式１が成立する。

金属貨幣は元素１と元素２を含むものとする。元素１の質量をＭ_１とし元素２の質量をＭ_２とする。また、元素１の体積をＶ_１とし元素２の体積をＶ_２とする。更に、元素１の密度をρ_１とし元素２の密度をρ_２とする。このとき、数式２〜数式５が成立する。

上記数式１〜数式５を連立させると、次の数式６が導かれる。

数式６から金属Ｍ_１の品位が計算によって導出される。ここで、ρ_１、ρ_２ は既知の値であり、ρは測定値である。

（測定例２）
次に、金属貨幣の組成が三種類の既知元素で構成される場合について、数式を用いて、金属貨幣の品位を測定する例について説明する。

まず、測定例１で説明した際と、同一の温度条件における基本式について考察し、記号Ｍ、Ｖ、ρ、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｖ_１、Ｖ_２、ρ_１、ρ_２ は、基本とするこの温度におけるそれぞれの量を表すものとする。これと同一の温度で、第三の金属が示す質量をM_３、体積をV_３、密度をρ_３とする。

加えて、金属貨幣の組成が三種類の既知元素である場合には、数式１、数式４、数式５と、以下に示す数式７〜数式９が成立する。

この金属貨幣を 上記基本とする温度とは異なる第二の温度にすると、金属貨幣の体積が変化して、密度も変化する。第二の温度における金属貨幣の体積をV’、密度をρ’とすれば、数式１０が成立する。

金属貨幣が、第二の温度で示す体積を、元素１、元素２，元素３に対応して、それぞれＶ’_１、Ｖ’_２、Ｖ’_３とすれば、数式１１が成立する。

金属貨幣が、第二の温度で示す密度を、元素１、元素２、元素３に対応して、それぞれ
ρ’₁、ρ’_２、ρ’_３とすれば、数式１２〜数式１４が成立する。

数式１、数式４、数式５、数式７〜数式１４を連立させると、数式１５が導かれる。

数式１５でρ_１、ρ_２、ρ_３は、それぞれ基本となる温度における元素１，元素２、元素３の密度を示す。また、ρ’_１、ρ’_２、ρ’_３は、それぞれ第二の温度における元素１、元素２，元素３の密度を示す。

ここで、基本となる温度における金属貨幣の密度測定値ρと、第二の温度における金属貨幣の密度測定値ρ’を用いれば、数式１５から金属貨幣の品位を導出することができる。

（測定例３）
金属貨幣の組成が、四種類の既知元素からなる場合においては、測定対象とする温度を増加して、第三の温度においても、同様に金属貨幣の密度を測定し、数式１５を更に一般化した数式に基づいて、金属貨幣の品位を導出することができる。金属貨幣の組成が、五種類以上の既知元素からなる場合においても、同様な考え方で金属貨幣の品位を導出することができる。

（測定例４）
次に、大判などの様に、墨書きされた金銀貨幣の密度測定法に関して説明する。その方法としては、まず、プラスチック材料で真空包装したままで、金属貨幣の密度を測定し、次に、包装を剥がして、其のプラスチック包装材料の密度を測定する。

包装した金銀貨幣全体の質量をＭ_ｔ、体積をＶ_ｔ、密度をρ_ｔとすれば、数式１６が成立する。

プラスチック包装材料の質量をＭ_ｐ、体積をＶ_ｐ、密度をρ_ｐとすれば、数式１７が成立する。

ここで、金属貨幣の質量をＭ、体積をＶ、密度をρとすれば、数式１と、数式１８、数式１９が成立する。

数式１、数式１６〜数式１９を連立させると、数式２０が導かれて、金属貨幣を包装して求めた際の金属貨幣密度測定値から、目的とする剥き出し状態の金属貨幣密度値を求めることができる。

以上、本発明に係る金属貨幣品位測定装置の実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施の態様があることは言うまでもない。

金属貨幣品位測定装置は、非破壊的な手段で金属の品位が測定できるから、金属貨幣の骨董的価値を損なわずに、非破壊的な手段で、金属貨幣の品位の測定に適している。特に、骨董的価値の高い金属貨幣を鑑定する際などに、極めて有力な手段を提供する。

本発明に係る金属貨幣品位測定装置を説明する図である。 本発明に係る金属貨幣品位測定装置を説明する図である。

符号の説明

１ 天秤
２ 密度測定装置
３ 温度制御装置
４ 記録制御装置
５ 水槽
６ 試料ホルダー
７ 試料
８ 温度センサー
９ ヒーター
１０ 攪拌機
１１ フレーム
１２ 取り付け具
１３ 棚板
１４ 昇降用モータ
１５ ねじ棒
１６ 案内棒
１７ 攪拌用モータ

Claims (2)

1. 天秤と、密度測定装置と、温度制御装置と、記録制御装置とを備えた金属品位測定装置であって、
   上記天秤には試料を載せる試料ホルダーが吊り下げられており、
   上記温度制御装置は、上記水槽内に設けたヒーターを制御して上記水槽内の水温を制御し、
   上記密度測定装置は、その内部に上下方向に移動可能な水槽が設置されており、上記温度制御装置で制御された複数の設定温度のそれぞれにおいて試料の密度を測定可能であり、
   上記記録制御装置は、上記複数の設定温度において測定された試料の密度に基づいて金属品位を測定可能であることを特徴とする金属品位測定装置。
2. 天秤と、密度測定装置と、温度制御装置と、記録制御装置とを備えた金属貨幣品位測定装置であって、
   上記天秤には試料を載せる試料ホルダーが吊り下げられており、
   上記温度制御装置は、上記水槽内に設けたヒーターを制御して上記水槽内の水温を制御し、
   上記密度測定装置は、その内部に上下方向に移動可能な水槽が設置されており、上記温度制御装置で制御された複数の設定温度のそれぞれにおいて試料の密度を測定可能であり、
   上記記録制御装置は、上記複数の設定温度において測定された試料の密度に基づいて金属貨幣品位を測定可能であることを特徴とする金属品位測定装置。

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