JP4242989B2 - 針入度またはちょう度試験器および試験方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アスファルトなどの主に固体または半固体の石油製品などの硬さを測定する試験器および試験方法に関し、詳しくは、アスファルト、ワックスの針入度試験器、ワックス、グリースのちょう度試験器および試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アスファルトは、道路舗装用、水利構造物、防水用、電気絶縁用などに巾広く用いられている。アスファルトは、用途によって、各種性能、品質のものが用いられ、規格化されている。すなわち、ＪＩＳ Ｋ ２２０７（石油アスファルト）には、規格や試験方法が規定されている。この中で、種類、品質として、アスファルトの硬さが重要視されている。アスファルトの硬さは、針入度（２５℃）で表される。この針入度は、針入度試験器により、特定の針を２５℃のアスファルトに５秒間進入させたときの、針の進入距離、０．１ｍｍを針入度１として表すものである。
【０００３】
同様に、ワックスにおいても、ＪＩＳ Ｋ２２３５（石油ワックス）においてアスファルトに準じた針入度が試験される。また、より柔らかいワックス、グリースでは、進入させる針の形態は異なるものの、同様な試験法として、ＪＩＳ Ｋ２２３５（石油ワックス）、ＪＩＳ Ｋ２２２０（グリース）には、ちょう度試験方法が規定されている。
【０００４】
たとえば、アスファルトの針入度の試験方法は、前記ＪＩＳ Ｋ２２０７に規定されているような試験器が用いられている。図５は、ＪＩＳに規定された針入度試験器の一例を示す概念図である。図５において、１は架台、２は支柱、３は試験台であり、支柱２に昇降自在に取り付けられ、昇降ハンドル４で試験台３を昇降できるように構成されている。一方、針入度の試験用針７と針７の留金具８と針の進入（以下、針入と呼ぶ場合がある。）距離を計るダイヤルゲージ９からなる針の落下、針入距離測定部が支柱２の上部に取り付けられている。試験台３には、水の入ったガラス容器５とガラス容器５の中に、試料が充填された試験容器６が入れられている。
【０００５】
針入度の試験は、まず、試料の調整からはじまる。アスファルト試料は、内径５５ｍｍまたは７０ｍｍ、深さ３５ｍｍまたは５０ｍｍの金属製又は耐熱ガラス製平底円筒容器に採取、溶融される。ついで、内径１１０ｍｍ、深さ７０〜９０ｍｍのガラス容器（底に三角形金属台）とともに、２５℃の恒温水槽に１〜２時間放置されて試験温度に調整される。
【０００６】
次いで、恒温水槽中で、ガラス容器の三角形金属台の上に試験容器を移し、水を満たしたままのガラス容器を針入度試験器の試験台上に載せる。光源を調節し、試料の表面に針の影を投じさせて、針の先端と針の影の先端とが接触するように、試験台の高さを調節して、針の先端と針の影の先端とを接触させる。次いで、針の留金具を解除して、針を落下させ、自重によって針を５秒間試料中に垂直に進入させる。この場合の針入距離をダイヤルゲージで読み取り、針入距離０．１ｍｍを針入度１として試験するものである。
【０００７】
このＪＩＳ試験方法において、針入開始のために、針の先端と試料容器中の試料表面を接触させる操作がある。この操作は、針先端を直接目視するか、鏡に映る像を見て行う方法が一般的である。しかしながら、試験者の体調、視力、年齢、経験などによって、針の先端の径が０．１５ｍｍと細いこともあって、この操作は非常に困難を極めている。このため、針先合わせに時間がかかり過ぎ、ガラス容器内の水温が変化して、試験温度の２５℃を維持できず、試験誤差が大きくなる場合がある。また、接触時の針先と試料表面の接触誤差があると、針が試料に進入する距離（深さ）が、０，１ｍｍを、針入度１としているので、僅かな誤差が針入度の値として大きな試験誤差となる。
【０００８】
したがって、試験結果にバラツキが生じたり、場合によっては再試験の必要性があったり、時間がかかる問題点がある。また、個人誤差も大きく、試験者の精神的な疲労も看過できない問題となっている。このため、針の先端部を拡大鏡などを用いて拡大して目視すれば解決されそうである。しかしながら、透明円筒ガラス容器、水を介して拡大した場合、拡大像は大きくゆがみ鮮明な拡大像を得ることができず、この方法は採用されていないのが実情である。
【０００９】
このため、針先端と試料容器中の試料表面との接触を精度良く、自動的に検知する方法が提案されている。たとえば、特公昭４９−３１６７７号公報では、針入度測定用の針を弾性糸を介してダイヤルゲージから垂下し、針先端の接触によって生じる弾性糸の弛緩に基づいて検知しようとするものである。また、特公平４−４４２２４号公報、特公平４−４４２２５号公報には、前記のダイヤルゲージに変えて、ストレンゲージを用いる改良方法が提案されている。
【００１０】
しかしながら、これらの方法は、自動化できる優れた方法ではあるが、針先端が確実に接触したときを検知するものであり、試料の硬さによって、必ずしも検知状態が一定ではなく、また、ＪＩＳの規格試験とは異なる手法であり、すべての試験に適用できるものではなく、その使用方法は制限されるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状の下、アスファルトの針入度、ワックスのちょう度などの試験において、試験者を問わず、簡単に、高い精度で、再現性よく試験できる針入度またはちょう度の試験器および試験方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するため、本発明者らは、針入度試験やちょう度試験において、針先端と試料容器内の試料表面の接触を簡単に、精度よく、迅速に調節することに関して鋭意検討を行った。その結果、特定の装置を用いることにより、効率よく、誰にでも、試験者の体調、熟練に関係なく容易に、迅速に、しかも高い精度で試験できることを見いだし、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明は、（１）試験容器を入れる透明容器、この透明容器を載置する昇降可能な試験台、及び針の落下、針入距離測定部を有する針入度またはちょう度試験器において、前記透明容器の少なくとも一部が平面壁で形成され、前記針の先端部分を挟む状態で前記試験台に平行に設けられた固定支軸を支点として回動自在に設けられた回動アームと、この回動アームに支持された光学系と、を有する拡大装置を備え、前記拡大装置は、前記試験容器中の試料表面と針先端との接触部分を前記透明容器の前記平面壁を通して拡大することを特徴とする針入度またはちょう度試験器。
（２）前記回動アームの回動範囲は、前記固定支軸を支点として水平面より円周方向に５０度である（１）記載の針入度またはちょう度試験器。
（３）前記拡大装置はＣＣＤカメラと映像モニターを有する（１）または（２）記載の針入度またはちょう度試験器。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の試験器を用い、試料表面に針の影を投じさせ、拡大像を目視しながら、針の先端と針の影の先端とが接触するように、試験台の高さを調節して、針の先端を試料表面に接触後、針を落下させる針入度またはちょう度の試験方法。
（５） 散乱光により影を投じさせる（４）記載の針入度またはちょう度の試験方法。
（６） 散乱光を乱反射体により形成させる（４）または（５）記載の針入度またはちょう度の試験方法に関するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の針入度またはちょう度試験器において、試験器本体部分は、従来、一般に用いられている、たとえば図５に示すＪＩＳ Ｋ ２２０７に示される試験器と実質的には変わらないものである。また、その試験方法も実質的にはＪＩＳに示されたものと同じである。
【００１５】
図１は、本発明の針入度またはちょう度試験器の一実施態様を示す概念図である。図１において、１０は拡大装置であり、斜線部で示してある。なお、試料台上の設備、針の落下、針入距離測定部を有すればその構造は問わない。図１において、本発明では、円筒形のガラス容器の代わりに、四角形透明容器に代表される少なくとも一部が平面壁で形成される透明容器と、透明容器の平面壁を通じて、試料容器中の試料表面と針先端との接触部分を、平面壁を通じて拡大する拡大装置１０を具備するものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、従来のＪＩＳ規格試験器にとらわれることなく、発想を転換し、円筒ガラス容器を角形透明容器に変更することにより、鮮明な拡大像を得ることに成功したものである。なお、透明容器としては、四角形の容器が製造容易であるが、本発明の効果からすると、拡大像を形成する光学系の光路部が平面壁であれば事足りるものであり、幅が２０ｍｍ程度あれば事足り、透明容器全体が平面壁である必要はない。透明容器の形状は、透明円筒容器の一部壁面を平面にした容器とすることもできる。なお、材質としては、ガラス、ポリメチルメタアクリレート樹脂などを用いることができる。したがって、より規格試験に近似させるためには、丸底円筒容器の側壁の一部を切断し、この部分に平板を接合することで得られる容器とすることができる。
【００１７】
本発明の針入度またはちょう度試験器は、試験容器中の試料表面と針先端との接触状況を如何に、正確に、容易に観察するかにある。図２は、試験容器中の試料表面と針先端との接触状況の説明図である。図２（Ａ）の斜視図で示すように、針入用の針を試料容器中の試料表面に近づけ、光源により針の影１７を投じさせて、この針の先端と影の先端とが接触するように、試料容器を上昇させるものである。この針の先端と影の先端部分を、鮮明な像として拡大し、精度を高めようとするものである。
【００１８】
したがって、試料には、たとえば、図２の（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、さまざまな表面形状を示すものがある。このため、針の先端部を観察するためには、光学系の角度を矢印のように変更することが必要になる場合がある。
【００１９】
以下、本発明の一実施態様である針入度試験器を図面を基に、詳細に説明する。本発明の針入度試験器またはちょう度試験器の主要部である図３、図４に基づいて説明する。図３は、本発明の試験台上の一実施態様を示す平面概念図である。図４は、図３の一部切断正面概念図である。図３、図４は、四角形の透明容器とＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）カメラおよび映像モニターから構成される拡大装置を具備する試験器の例である。図３、図４において、３は試験台、６は試験容器、１５は透明容器、２０はＣＣＤカメラ、２１は支軸取付板、２２はカメラ回動支持板、２３はカメラ回動用アーム、２４はカメラ固定台、２５は固定支軸、２６はカメラ回動用溝、２７はカメラ固定ハンドル、２８は映像モニターである。
【００２０】
すなわち、本発明の試験器は、試験台に載置される試験容器６、試験容器を入れるて載置する水槽となる透明容器１５は、試験器本体とは、一体化していないが、針入度試験、ちょう度試験には必須のものであり、これを含めて試験器と定義するものである。
【００２１】
本発明の主要部である針先端部分の図示の拡大装置は、試験台３に支軸取付板２１とカメラ回動支持板２２が、透明容器６、ＣＣＤカメラ２０を挟むように、平行に立設されている。この支軸取付板２１とカメラ回動支持板２２との間にはカメラ回動用アーム２３が、支軸取付板２１の固定支軸２５を支点として設けられている。このカメラ回動用アーム２３は、自由端部において、カメラ固定台２４と一体化している。
【００２２】
カメラ固定台２４はカメラ回動用アーム２３の下端から延びてコの字状に構成されている。また、カメラ回動支持板２２には、カメラ回動用の溝２６が形成されている。（カメラ回動用アームを固定支軸を起点に回動する）。さらに、カメラ回動用アーム２３は、カメラ回動用溝２６により、回動自在となると共に、カメラ固定ハンドルでカメラ回動支持板２２に固定できるようになっている。
【００２３】
すなわち、前記の図２の（Ｂ）、（Ｃ）で示したように、試験容器中の試料表面の形状によって、カメラの方向を変える必要がある場合に、固定支軸を基に、円周方向に回動することが可能になる。その結果、カメラの方向が変わっても、焦点距離は変動せず、鮮明な拡大像を得るとともに、操作性が一段と向上する。ここで、カメラの回動範囲αとしては、好ましくは水平面より、５０度、より好ましくは５〜３５度の範囲とされる。
【００２４】
カメラで撮影された、映像データは、電気信号として映像モニターに送られ、拡大された像として目視観察される。映像モニターとしては、ブラウン管や液晶表示装置などを例示できる。なお、図示の例では、拡大装置の光学系を試験台に直接取付けたものを示したが、市販の針入度試験の試験台の上に、図示の試験台を取り付けることができることは勿論である。
【００２５】
本発明の針入度試験またはちょう度試験器の拡大装置としては、図示のＣＣＤカメラと映像モニター、ないしはこれに類似する装置が好ましく用いられる。しかしながら、他の装置とすることも可能である。たとえば、光学系のみで拡大像を読み取る装置、ビデオカメラで撮影し、液晶画面で拡大像を表示するものなどを例示できる。また、カメラの回動方式、固定方式としては、回動用溝に代えて、ラックとピニオンからなるものなど任意であり、また、この回動を手動でなく電動で行うこともできる。
【００２６】
つぎに、本発明の針入度試験器またはちょう度試験器を用いた試験方法について説明する。まず、前記従来技術のＪＩＳ試験法に基づいて、定法により試験試料の調整が行われる。水槽で温度調整された試料の充填された試験容器は、次いで、少なくとも平面側壁（例、四角形透明容器）を有する水の入った透明容器に入れられ、試験台の所定の位置に載置する。ついで、カメラの反対側から、光源を調節して、針の影を試料表面に投じさせる。試験容器中の試料の表面状況より、映像モニター画面を見ながら、カメラの角度を調整し最適位置に固定する。
【００２７】
次いで、映像モニター画面中の針先端と針の影の先端の拡大像を目視しながら、試験台を調整（上昇）し、針の先端と試料容器中の試料表面を接触させる。その後、針の留金具を開放して、針を落下させ、自重で試料に、５分間針入させ、その時の針入距離をダイヤルゲージで読み取る、針入距離のｍｍを１０倍して、針入度の試験値とする。
【００２８】
なお、本発明試験方法においては、光源として、一般光源を用いることもできるが、散乱光により影を投じさせることが鮮明な影の形成のために好ましい。この散乱光としては、たとえば、通常の光源からの光を乱反射体に反射させることで調整できる。すなわち、凹凸の強い白紙などを透明容器のカメラの反対側に立てかけるなどの方法を採用できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の針入度試験器およびちょう度試験器は、従来のＪＩＳに規定された試験規格を実質的に変更することなく、鮮明な拡大像を目視しながら針先と試料表面の接触点を調整できる。このため、試験者の技量、経験、視力、体調などに影響されることなく、正確に、迅速に、位置調整が行われる。その結果、同一系試料での試験において、バラツキなく安定した結果が得られ、省力化、無駄が排除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の針入度またはちょう度試験器の一実施態様を示す概念図である。
【図２】試験容器中の試料の表面と針先端との接触状況の説明図である。
【図３】本発明の試験台上の一実施態様を示す平面概念図である。
【図４】図３の一部切断正面概略図である。
【図５】ＪＩＳに規定された針入度試験器の一例を示す正面概念図である。
【符号の説明】
１：架台
２：支柱
３：試験台
４：昇降ハンドル
５：ガラス容器
６：試験容器
７：針
８：留金具
９：ダイヤルゲージ
１０：拡大装置
１５：透明容器
２０：ＣＣＤカメラ
２１：支軸取付板
２２：カメラ回動支持板
２３：カメラ回動用アーム
２４：カメラ固定台
２５：固定支軸
２６：カメラ回動用溝
２７：カメラ固定ハンドル
２８：映像モニター

Claims (6)

1. 試験容器を入れる透明容器、この透明容器を載置する昇降可能な試験台、及び針の落下、針入距離測定部を有する針入度またはちょう度試験器において、
   前記透明容器の少なくとも一部が平面壁で形成され、
   前記針の先端部分を挟む状態で前記試験台に平行に設けられた固定支軸を支点として回動自在に設けられた回動アームと、この回動アームに支持された光学系と、を有する拡大装置を備え、
   前記拡大装置は、前記試験容器中の試料表面と針先端との接触部分を前記透明容器の前記平面壁を通して拡大することを特徴とする針入度またはちょう度試験器。
2. 前記回動アームの回動範囲は、前記固定支軸を支点として水平面より円周方向に５０度である請求項１記載の針入度またはちょう度試験器。
3. 前記拡大装置はＣＣＤカメラと映像モニターを有する請求項１または２記載の針入度またはちょう度試験器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の試験器を用い、試料表面に針の影を投じさせ、拡大像を目視しながら、針の先端と針の影の先端とが接触するように、試験台の高さを調節して、針の先端を試料表面に接触後、針を落下させる針入度またはちょう度の試験方法。
5. 散乱光により影を投じさせる請求項４記載の針入度またはちょう度の試験方法。
6. 散乱光を乱反射体により形成させる請求項４または５記載の針入度またはちょう度の試験方法。

Images