JP5509470B2 - 感圧塗料、ならびに物体および物体の表面圧力の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、感圧塗料、ならびに物体の表面圧力の測定方法に関する。

航空機やロケット機体に及ぼす圧力分布を調べるために、航空機やロケット機体の模型の表面に感圧塗料（ＰＳＰ）を塗布して、該表面の圧力分布を風洞中で測定する技術が開発されている（特開２００５−２９７６７号公報）。

感圧塗料を用いた圧力分布測定では、白金またはパラジウムを中心金属とするポルフィリン（ＰｔＴＦＰＰ，ＰｔＯＥＰ，ＰｄＴＦＰＰ等）等の化学物質が感圧材として用いられる。上記化学物質は、酸素の存在によりルミネッセンス（蛍光・リン光）を放出し、周囲の酸素濃度に依存して発光強度が変化する性質を有する。したがって、感圧塗料を用いた圧力分布測定では、模型表面の感圧材が生成するルミネッセンスの強度を測定することにより、該ルミネッセンスに対応する圧力を検出する。これにより、模型の表面全体にわたって緻密な圧力分布を得ることができる。

感圧塗料を用いた圧力測定は、一般に用いられている半導体圧力センサによる圧力測定と比較して、３次元物体表面の圧力分布が簡便に得られ、かつ、非接触で測定できるという利点を有する。

特開２００５−２９７６７号公報には、バインダーとしてポリマーを含む感圧塗料を用いた表面圧力の測定が開示されている。しかしながら、この感圧塗料を用いて被膜を物体表面に形成した場合、物体表面の感圧材をポリマーが覆ってしまい、感圧材の応答速度が低い場合がある。
特開２００５−２９７６７号公報

本発明は、様々な物体表面に簡便にかつ均一にコーティングすることができ、付着性に優れかつ圧力感度が高い高速応答性の感圧塗料、ならびに物体および物体の表面圧力の測定方法を提供する。

本発明の一態様の感圧塗料は、感圧材および固体粒子を含むスラリーである。

上記感圧塗料において、前記固体粒子の平均粒径が１０ｎｍ〜１μｍであることができる。

上記感圧塗料において、前記固体粒子は、シリカ、アルミナ、酸化チタン、セリア、マグネシア、酸化亜鉛、および炭酸カルシウムから選ばれる少なくとも１種であることができる。

上記感圧塗料において、前記感圧材は、ポルフィリン系化合物、ルテニウム錯体、および芳香族炭化水素から選ばれる少なくとも１種であることができる。

本発明の別の一態様の物体の表面圧力の測定方法は、上記感圧塗料を用いて物体の表面に被膜を形成する工程と、前記被膜を含む前記物体の表面圧力を測定する工程と、を含む。

上記物体の表面圧力の測定方法において、前記被膜の膜厚は１μｍ〜２０μｍであることができる。

本発明の他の一態様の物体は、感圧材と平均粒径が１０ｎｍ〜１μｍである固体粒子とを含む被膜を有する。

上記物体において、前記被膜の膜厚は１μｍ〜２０μｍであることができる。

上記物体において、前記固体粒子は、シリカ、アルミナ、酸化チタン、セリア、マグネシア、酸化亜鉛、および炭酸カルシウムから選ばれる少なくとも１種であることができる。

上記物体において、前記感圧材は、ポルフィリン系化合物、ルテニウム錯体、および芳香族炭化水素から選ばれる少なくとも１種であることができる。

上記感圧塗料は、感圧材および固体粒子を含むスラリーであることにより、様々な物体表面に簡便にかつ均一にコーティングすることができ、付着性に優れかつ感度が高い被膜を形成することができるため、上記物体の表面圧力を測定する際には、高精度で高速応答性に優れた圧力測定が可能である。

また、上記感圧塗料によれば、感圧材と平均粒径が１０ｎｍ〜１μｍである固体粒子とを含む多孔質被膜を有するため、高精度で高速応答性に優れた表面圧力の測定が可能である。

さらに、上記物体の表面圧力の測定方法によれば、上記感圧塗料を用いて物体の表面に被膜を形成する工程により、付着性に優れかつ感度が高い被膜を様々な物体表面に簡便にかつ均一に形成することができ、かつ、前記被膜を含む前記物体の表面圧力を測定する工程により、様々な物体表面での圧力感度の測定を高精度かつ高速応答性で行なうことができる。

以下に、本発明の一実施形態の感圧塗料、ならびに物体および物体の表面圧力の測定方法について詳細に説明する。

１．感圧塗料、ならびに物体および物体の表面圧力の測定方法
１．１．感圧塗料
本発明の一実施形態の感圧塗料は、感圧材および固体粒子を含むスラリーである。

１．１．１．感圧材
感圧材は、酸素分圧に応じてルミネッセンス（蛍光・リン光）を放出する化合物である。酸素濃度は雰囲気ガス中の分圧に比例するため、感圧材を用いた物体表面の圧力測定では、感圧材が存在する領域の発光強度を測定することにより、当該領域における圧力を得ることができる。

感圧材は、発光効率および光安定性が良好であり、かつ入手が容易である点で、例えば、ポルフィリン系化合物、ルテニウム錯体、および芳香族炭化水素から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

ポルフィリン系化合物としては、例えば、ＰｔＴＦＰＰ、ＰｔＯＥＰＰ等の白金−ポルフィリン錯体、ＰｄＴＦＰＰ等のパラジウム−ポルフィリン錯体が挙げられる。ルテニウム錯体としては、例えば、Ｒｕ（ｄｐｐ）_３等のルテニウム−ジフェニルホスフィン錯体が挙げられる。芳香族炭化水素としては、例えば、ピレン等の多環式芳香族炭化水素が挙げられる。

本実施形態の感圧塗料における感圧材の使用量は固体粒子に対して、０．１〜１０質量％であることが好ましく、０．３〜３質量％であることがより好ましい。感圧材の使用量が１０質量％を超えると、発光強度が飽和し，圧力感度が低下する場合があり、一方、０．１質量％未満であると、十分な発光強度が得られない場合がある。また、感圧材はスラリーに溶解した状態で存在することが好ましい。感圧材がスラリーに溶解していないと、スラリーを用いて物体表面に被膜を形成する際に、感圧材が物体表面に不均一に存在する結果、物体表面の圧力測定を高精度で行なうことができない場合がある。

１．１．２．固体粒子
固体粒子は、比表面積が大きいため、表面で酸素と接触する面積（単位体積あたり）が大きく、かつ、本実施形態の感圧塗料を塗布した物体の表面に感圧材を均一に配置することができる点で、平均粒径が１０ｎｍ〜１μｍであるのが好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましい。上記平均粒径が１μｍを超えると、スラリー中で固体粒子が沈殿しやすくなり、スラリーの分散性が低下する場合があり、さらには、物体表面での付着性が低下し、被膜が剥がれ易い場合がある。

固体粒子は、無機粒子、有機粒子、および無機有機複合粒子から選ばれる少なくとも１種であってもよい。例えば、固体粒子は、シリカ、アルミナ、セリア、マグネシア、酸化チタン（好ましくはルチル型結晶）、酸化亜鉛、および炭酸カルシウムから選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、シリカまたはアルミナであることがより好ましい。

本実施形態の感圧塗料における固体粒子の使用量はスラリーに対して、１〜３０質量％であることが好ましく、５〜２０質量％であることがより好ましく、１０〜１５質量％であることがさらに好ましい。固体粒子の使用量が３０質量％を超えると、塗料中の固体粒子の分散性が悪くなる場合があり、一方、１質量％未満であると、被膜を形成するために必要な塗布回数が非常に増える場合がある。

１．１．３．分散媒
本実施形態の感圧塗料は、固体粒子を分散させるための分散媒をさらに含む。この分散媒は、感圧材を溶解させる性質を有するものであることが好ましい。

分散媒は、本実施形態の感圧塗料を物体表面に塗布した後、分散媒を蒸発させて被膜を乾燥させることにより、被膜から除去することができる。したがって、分散媒は沸点が低い（例えば１５０℃以下）ことが好ましい。

分散媒としては、例えば、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒および非プロトン系溶媒の群から選ばれた少なくとも１種が挙げられ、例えば、感圧材の溶解性が高く、沸点が低く、塗り斑ができにくい点でトルエンが好ましい。分散媒は１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

１．１．４．その他の成分
本実施形態の感圧塗料は、ポリマーを含んでいてもよいが、ポリマー含有率は小さいことが好ましい。本実施形態の感圧塗料のポリマー含有率が小さいことにより、空隙のある塗料層を形成することで、高い時間応答性を得ることができる。ここで、「ポリマー含有率が小さい」とは、感圧塗料中のポリマーの含有率が２０質量％未満であることをいう。本実施形態の感圧塗料は感圧材および固体粒子を含むスラリーであるため、ポリマー含有率が小さくても、固体粒子を介して十分な量の感圧材を物体表面に付着させることができる。

１．１．５．用途
本実施形態の感圧塗料は、物体表面に塗布して得られた被膜表面の圧力を測定するために使用される。より具体的には、本実施形態の感圧塗料は、例えばエアーブラシ等を用いたスプレー塗装により、被膜を簡便に形成することができる。

本実施形態の感圧塗料は、塗布する物体表面の材質を選ばないため、例えば、金属、プラスチック、木材等の表面に被膜を形成することができる。したがって、様々な材質の物体表面での圧力測定が可能である。

なお、本実施形態の感圧塗料は、感圧材および固体粒子を含むスラリーとして製造されたものでもよいし、あるいは、感圧材および固体粒子をそれぞれ別個のユニットとし、使用直前にこれらを混合することにより、本実施形態の感圧塗料を調製してもよい。

１．２．物体の表面圧力の測定方法
本発明の一実施形態の物体の表面圧力の測定方法は、上記感圧塗料を用いて物体の表面に被膜を形成する工程と、前記被膜を含む前記物体の表面圧力を測定する工程と、を含む。

物体の表面圧力は、本実施形態の感圧塗料を用いて形成された被膜を有する物体（被検体、例えば模型）を超音波風洞に取り付けて風洞実験を行なうことにより測定することができる。なお、風洞実験の具体的な手法は例えば、特開２００５−２９７６７号公報および特開２００６−１０５１７号公報に開示されている。

風洞実験では、まず、被膜を有する物体の表面を撮像装置（ＣＣＤカメラ）でカラー撮像して画像情報を得、この画像情報における感圧材の発光波長の強度分布から表面温度分布情報を得る。次に、その表面温度分布情報に基づいて感圧材の発光情報に、必要に応じて感温材に基づく温度による変化分の補正を加えることにより、被膜を有する物体表面全体について、精度が高い圧力分布情報が得られる。

より高精度の物体表面の圧力測定を行なうためには、形成される被膜の膜厚は１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、２μｍ〜１５μｍであることがより好ましく、５μｍ〜１０μｍであることがさらに好ましい。被膜の膜厚が１μｍ未満であると、塗料の発光量が低い場合があり、一方、被膜の膜厚が２０μｍを超えると、時間応答性が劣化し，被膜が剥がれやすくなる。

１．３．物体
本発明の一実施形態の物体は、上記感圧材と平均粒径が１０ｎｍ〜１μｍである上記固体粒子とを含む被膜を有する。この被膜は、上記感圧塗料を用いて形成することができる。また、精度の高い圧力測定を行なうために、物体の被膜中では、感圧材が固体粒子の表面に存在しているのが好ましい。

ここで、物体としては、表面圧力の測定が必要とされるものであれば特に限定されないが、例えば、車両（自動車、二輪車、電車等）、航空機、船舶等の輸送機器が挙げられる。一般的には、これらの輸送機器の模型が表面圧力の測定に使用される。

２．実施例
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

２．１．調製例
２．１．１．感圧塗料の調製
本実施例においては、２種類（バソフェンルテニウム(Ｒｕ（ｄｐｐ）_３、白金ポルフィリン（ＰｔＴＦＰＰ）)の感圧材を採用し、固体粒子として、３種類（（１）ＳｉＯ_２（平均粒径２５ｎｍ）、（２）Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径３１ｎｍ）、（３）Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径７００ｎｍ））を採用した。

感圧材および固体粒子を有機溶剤（トルエン）と混合して、スラリー（感圧塗料）を調製した。すなわち、作成したスラリーはそれぞれ、（１）１０質量％のＳｉＯ_２（平均粒径２５ｎｍ）およびトルエンを含むスラリー、（２）１５質量％のＡｌ_２Ｏ_３（平均粒径３１ｎｍ）およびトルエンを含むスラリー、（３）１５質量％のＡｌ_２Ｏ_３（平均粒径７００ｎｍ）およびトルエンを含むスラリーである。次に、スプレーを用いてスラリーを基板に塗布して被膜を形成した。

２．１．２．基板（サンプル）の作成
本実施例においては、基板として、１０ｍｍ角で厚さ１ｍｍのアルミニウム板（Ａ５０５２）を用いた。

スラリーを塗布する前にまず、基板の脱脂処理を行った。最初に、基板の表面をエタノールで拭き、水酸化ナトリウム溶液（２ｗｔ％）に５分間基板を浸漬させた。その後、蒸留水で洗浄して、真空オーブン内(約１０ｋＰａ，６０℃)で１５分間簡易乾燥させた。この手順を３回施した後、基板をエタノールで拭いた。

スラリーの塗布にはエアーブラシ（型名：ＨＰ−８３Ｃ、ノズル径０．３ｍｍ、ＯＬＹＭＰＯＳ社製）を用いた。その際、塗布量を調整するニードルアジャスターは約１回転、空気圧は静止時０．８ａｔｍ、塗布時は０．５ａｔｍに設定した。噴出量の目安として、噴出跡が約５ｍｍ幅の線となるようにアジャスターを設定するとよい。また、スラリーは、基板から５０ｍｍ程度離れた位置から塗布した。

塗布により得られたサンプルは特記しない限り、真空オーブン（型名：ＡＶＯ−２５０Ｎ、アズワン社製、６０℃）内で保管して溶剤を蒸発させ乾燥させることにより、表面に被膜を有する基板を得た。この基板を下記試験用のサンプルとして用いた。

２．２．試験方法
２．２．１．静的評価試験
発光特性、圧力特性、および温度特性を評価するため、図１に示す較正試験装置２０を用いた。較正試験装置２０は図１に示すように、暗室１０中に設置され、撮像装置である冷却ＣＣＤカメラ１１（型名：Ｃ４８８０−５０２４Ｗ、浜松ホトニクス（株）製）、光源１２と、圧力および温度が制御可能なチャンバ１３とを含む。光源１２は、感圧材の励起波長にあわせて、バンドパス付きキセノンランプ(Ｒｕ（ｄｐｐ）_３用、透過波長：４６０±５０ｎｍ)と、レーザダイオード（ＰｔＴＦＰＰ用、波長：４００ｎｍ、型名：ＲＶ−１０００、リコー光学社製）とを使い分けた。また、ＣＣＤカメラ１１の前方にバンドパスフィルタ１９（６２０±５０ｎｍ）を設置し、感圧材の発光波長帯付近以外の光を遮断した。温度および圧力をそれぞれ１０〜４０℃および１０〜１００ｋＰａの間で変化させて、それぞれの条件での発光強度を測定した。

２．２．２．時間応答性試験
ステップ圧力変化に対する時間応答性を評価するため、図２に示す衝撃波管３０を用いた。衝撃波管３０は図２に示すように、高圧室２４（１ｍ、Φ３８ｍｍ）と、低圧室２５（２ｍ、Φ３８ｍｍ）と、テストセクション２９（０．２ｍ、流路３４ｍｍ×３４ｍｍ）から主に構成される。衝撃波管３０では、高圧室２４と低圧室２５との間に設置した隔膜２１（ルミラ膜(１２μｍ×２)、（株）東レ製）を、膜間にはさんだニクロム線の通電加熱によって破膜させて、低圧室２５に衝撃波を発生させる。テストセクション２９はアクリル製であり、サンプル（被膜を有する基板）１４および半導体圧力センサ２８（型名：ＸＴＬ−１４０、Ｋｕｌｉｔｅ社製）が管端に設置されている。また、テストセクション２９の外部には、感圧材を励起するための光源２２と、受光素子２６（ＰＭＴ（光電子増倍管）、型名：Ｃ６７８０、浜松ホトニクス（株）製）とが設置されている。なお、ここで、応答時間とは、ステップ圧力変化後の発光強度を基準として、該発光強度の９０％の強度に達するまでの時間と定義する。

２．３．試験例１（特性評価試験）
２．３．１．感圧材および固体粒子依存性
試験例１においては、スラリーは上述のスラリー（１）〜（３）を用いた。すなわち、使用した固体粒子はそれぞれ、（１）ＳｉＯ_２（平均粒径２１ｎｍ、１０質量％）、（２）Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径３１ｎｍ、１５質量％）、（３）Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径７００ｎｍ、１５質量％）である（後述する図４および図５においても同様である。）。

図３は、大気圧での感圧材の発光強度（２０℃）を基準値Ｉｒｅｆとした場合の相対発光強度（Ｉ／Ｉｒｅｆ）の逆数と圧力との関係を示すグラフ（Ｓｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロット）である。ＰＳＰの圧力感度は、このグラフの傾きに基づいて評価することができる。図３において、実線の○・△・□は感圧材としてＰｔＴＦＰＰを用いたスラリーを用いた場合を示し、網掛け線の○・△は感圧材としてＲｕ（ｄｐｐ）_３を用いたスラリーを用いた場合を示す（後述する図４および図５においても同様である。）。

図３によれば、感圧材および固体粒子によって圧力感度が異なることがわかった。また、感圧材としてＰｔＴＦＰＰを用いた場合、感圧材としてＲｕ（ｄｐｐ）_３を用いた場合と比較して圧力感度が高いことがわかった。

図４は、所定温度（２０℃）における感圧材の発光強度と圧力との関係を示すグラフである。図４においては、膜厚の影響をなくすため、縦軸は、発光強度をそれぞれの計測膜厚値で除した値とした。

図４によれば、感圧材がＰｔＴＦＰＰおよびＲｕ（ｄｐｐ）_３のいずれにおいても、固体粒子としてＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合、固体粒子としてＳｉＯ_２を用いた場合と比較して約２倍の発光強度を示すことがわかる。

図５は、所定圧力（１００ｋＰａ）における感圧材の相対発光強度と温度との関係を示すグラフ（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓプロット）である。図５は、１０℃の時の発光強度を基準値Ｉｒｅｆとし、各温度での相対発光強度（Ｉ／Ｉｒｅｆ）をプロットしたものである。圧力は１００ｋＰａで一定とした。

図５によれば、いずれのスラリーを使用した場合においても、比較的大きな温度感度（１％／℃）を示す。また、固体粒子としてＳｉＯ_２を含むスラリーから形成された被膜は、感圧材としてＰｔＴＦＰＰおよびＲｕ（ｄｐｐ）_３のいずれを用いた場合においても温度感度はほぼ一定となったが、固体粒子としてＡｌ_２Ｏ_３を含むスラリーから形成された被膜は、感圧材の種類によって温度感度に差が生じた。

図６は、ステップ圧力上昇に対する感圧材の応答特性を示す。図６で用いたサンプルにおける被膜の膜厚は５μｍ程度に統一した。図６によれば、固体粒子の違いが時間応答性に大きな影響を与えることがわかる。すなわち、固体粒子として（２）Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径３１ｎｍ）を用いた場合、圧力ステップ後も圧力が一定の値にならず、応答時間は１ｍｓ以上であった。これに対して、固体粒子として（１）ＳｉＯ_２（平均粒径２５ｎｍ）を用いた場合、感圧材がＲｕ（ｄｐｐ）_３である場合の応答時間は８０μｓであり、感圧材がＰｔＴＦＰＰである場合の応答時間は４０μｓとなり、高速応答性を有することが確認された。

２．３．２．膜厚依存性
図７は、被膜の膜厚が２．５μｍ、５．１μｍ、１１．５μｍ、および２１．０μｍである場合の圧力の変化に対する発光強度の変化（一定温度条件下）を示すグラフである。また、図８は、被膜の膜厚が２．５μｍ、５．１μｍ、１１．５μｍ、および２１．０μｍである場合の圧力の変化に対する相対発光強度の逆数の変化を示すグラフである。

図７は、ＰｔＴＦＰＰ（感圧材）および（１）ＳｉＯ_２（平均粒径２５ｎｍ）（固体粒子）を含むスラリーを用いて形成された被膜について評価を行なった結果である。

図７によれば、被膜の膜厚の増加に伴い発光強度が増加することがわかる。その原因としては、被膜の膜厚が大きくなるほど、基板上に存在する感圧材の量が増加することが考えられる。

図７によれば、被膜の膜厚が２．０倍、４．６倍、８．４倍と増加するのに対して、発光強度は２倍、３．６倍、５倍しか変化していない。すなわち、膜厚が大きくなるにつれて発光強度が上昇する傾向はあるが、膜厚と発光強度との間に線形比例関係はみられなかった。これに対して、図８よれば、圧力の変化に対する相対発光強度の逆数の変化は、被膜の膜厚によらず一定である。

以上の結果より、圧力感度は膜厚に依存せず、発光強度のみに影響を与えることが推察される。また、図示しないが、Ｒｕ（ｄｐｐ）_３を用いた場合にも同様の傾向を示すことを確認した。

２．３．３．考察
試験例１において、固体粒子の種類によって発光強度、圧力感度、および時間応答性に違いが生じた要因の一つとして、固体粒子の結晶構造の違いが考えられる。例えば、ＳｉＯ_２は通常、Ａｌ_２Ｏ_３より疎な結晶構造を有するため、固体粒子としてＳｉＯ_２を用いる場合のほうがＡｌ_２Ｏ_３を用いる場合よりも、単位体積あたりの感光材の吸着量が多く、かつ酸素透過性が高いと考えられる。このため、固体粒子としてＳｉＯ_２を用いる場合、Ａｌ_２Ｏ_３を用いる場合よりも優れた圧力感度および時間応答性を有すると考えられる。

２．４．試験例２（実証試験）
２．４．１．実験装置および方法
本試験例においては、本発明のスラリーを用いて形成された被膜が非定常圧力流れに適応するかを確認するため、独立行政法人宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究本部(ＪＡＸＡ／ＩＳＡＳ)所有の６０ｃｍ×６０ｃｍ遷音速風洞で実証試験を行った。

図９は、本発明の実施例で用いた風洞測定装置の構成を模式的に示す図であり、図１０は、風洞測定の対象である模型５０を模式的に示す図である（（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は側面図を示す）。

遷音速中にデルタ翼の模型５０（図１０参照）を設置し、バフェット（ｂｕｆｆｅｔ）と呼ばれる非定常空力現象を発生させた。図１０に示すように、模型５０の半分にＰＳＰ（感圧塗料）を塗布し、もう半分にＴＳＰ（感温塗料）を塗布して、ＰＳＰとＴＳＰとを同時に計測して得られた値により、温度感度の補正を行なった。また、図１０の模型５０の静圧孔を設け、半導体圧力センサ５１〜５４（型名：ＸＣＱ−０６２、Ｋｕｌｉｔｅ社製）を設けて、かかるセンサ５１〜５４によって静圧計測を行なうことにより、ＰＳＰの感度を確認した。なお、センサ５１〜５４はそれぞれ、図１０の（１）〜（４）で示される位置に設置された。

通風試験条件はマッハ数０．９、総圧１５０ｋＰａ、および迎角２０°とし、高速度ビデオカメラ３８はサンプリング周波数１ｋＨｚおよび露光時間９９８μｓであり、半導体圧力センサ５１〜５４のデータは１０ｋＨｚで取得した。

なお、本試験例においては、感圧材（Ｒｕ（ｄｐｐ）_３）、固体粒子（ＳｉＯ_２、平均粒径：２５ｎｍ、１０質量％）、有機溶剤（トルエン）、および脂肪酸（Ｃ１８）を含むスラリーを用いて模型５０に被膜を形成した。

２．４．２．実験結果
風洞実験で得られたデータを処理する場合、空力による模型の移動や、ＰＳＰの温度依存性により誤差が生じることがある。この誤差をなくすために、東京農工大学亀田研究室が所有する画像処理プログラム（馬越太郎, 関仁志, 亀田正治, 中北和之, “遷音速デルタ翼面非定常圧力のPSP計測”, 第40回流体力学講演会講演集（2008), pp. 369-372））を用いて処理を行った。

図１１は、本試験例において風洞測定を行なった模型５０の翼面上の圧力場変動を２ｍｓ（ミリ秒）間隔で示した図である（図１１は、模型５０のうちＰＳＰが塗布された側の翼面のみを示す。）。図１１には、衝撃波により前縁から生じる剥離渦が変動する様子が捉えられている。なお、図１１は本来カラー画像であって、データの分布状態がより明確な画像であるが、特許明細書にはカラー画像を示すことができないため、グレースケールの明度階調画像として示したものである。

図１２は、半導体圧力センサ５１〜５４とセンサ周りのＰＳＰデータの時間変動値との比較である。図１２において、センサ（１）およびセンサ（４）はそれぞれ、圧力センサ５１およびセンサ５４により測定されたデータを示し、ＰＳＰ（１）およびＰＳＰ（４）はそれぞれ、圧力センサ５１および圧力センサ５４の近傍におけるＰＳＰによる表面圧力測定により得られたデータを示す。

図１２において、センサ（１）の３０ｋＰａ程度の大きな振幅は衝撃波振動の影響であることがわかる。このことから、圧力センサ５１〜５４と同様の変動をＰＳＰが捉えていることがわかる。

２．５．結論
以上に説明したように、本発明によれば、感圧材および固体粒子を含むスラリーを物体の表面に塗布して被膜を形成し、この物体の表面圧力を測定することにより、物体の表面圧力を簡便な方法にて高感度で測定することができた。なかでも、固体粒子としてＳｉＯ_２を、感圧材としてＰｔＴＦＰＰをそれぞれ含む被膜は、圧力感度および時間応答性が高いことがわかった。

本実施の形態に係る説明は以上である。本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、さらなる種々の変形が可能である。また本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本発明は、例えば輸送機器（車両（自動車、二輪車、電車等）、航空機、船舶等）の表面圧力の測定をはじめとする広範な分野において利用することができる。

本発明の実施例で使用した較正試験装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例で使用した衝撃波管の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施例の感圧塗料を用いた圧力応答性試験により得られた結果（相対発光強度の逆数と圧力の関係）を示すグラフである。 本発明の一実施例の感圧塗料を用いた圧力応答性試験により得られた結果（発光強度に対する圧力依存性）を示すグラフである。 本発明の一実施例の感圧塗料を用いた温度応答性試験により得られた結果（温度と発光強度との関係）を示すグラフである。 本発明の一実施例の感圧塗料を用いた時間応答性試験により得られた結果（圧力の経時変化）を示すグラフである。 本発明の一実施例の感圧塗料を用いた圧力応答性試験により得られた結果（膜厚と発光強度との関係）を示すグラフである。 本発明の一実施例の感圧塗料を用いた圧力応答性試験により得られた結果（膜厚と相対発光強度の逆数との関係）を示すグラフである。 本発明の実施例で用いた風洞測定装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施例の風洞測定の対象である模型を模式的に示す図である（（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は側面図を示す）。 本発明の一実施例の風洞測定の対象である模型の翼面上の圧力場変動を２ｍｓ間隔で示した図である。 図１０に示す模型に設置された半導体圧力センサにより測定された圧力と、前記センサ近傍で感圧試験により得られた圧力との経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１０，４０…暗室、１１…撮像装置（ＣＣＤカメラ）、１２，２２…光源、１３…チャンバ、１４…試料、１５…圧力制御装置、１６…温度制御装置、１７，２７…コンピュータ（ＰＣ）、１９，３９…バンドパスフィルタ、２０…較正試験装置、２１…ダイヤフラム、２３…バルブ、２４…高圧室、２５…低圧室、２６…ＰＭＴ、２８…半導体圧力センサ、２９…テストセクション、３０…衝撃波管、３１…流れ、３３，５０…模型、３４…伝達信号、３５…メモリ、３６…遅延発生装置、３８…高速ビデオカメラ、３９…針、４１…ビーム拡大装置、４２…アルゴンイオンレーザ、４３…プレナムルーム、５１〜５４…圧力センサ

Claims (5)

1. 感圧材、平均粒径が１０ｎｍ〜７００ｎｍの固体粒子、および感圧材を溶解可能な分散媒からなるスラリーであり、
   前記感圧材は、ポルフィリン系化合物、ルテニウム錯体、および多環式芳香族炭化水素から選ばれる少なくとも１種であり、その含有量が前記固体粒子に対して０．１〜１０質量％であり、
   前記固体粒子は、シリカまたはアルミナであり、その含有量が前記スラリーに対して１〜３０質量％であり、
   前記分散媒および前記スラリーは、ポリマーを含有しない、風洞実験用の感圧塗料。
2. 請求項１に記載の感圧塗料を用いて物体の表面に被膜を形成する工程と、
   前記被膜を含む前記物体の表面圧力を風洞実験により測定する工程と、
   を含む、物体の表面圧力の測定方法。
3. 前記被膜の膜厚は１μｍ〜２０μｍである、請求項２に記載の物体の表面圧力の測定方法。
4. 請求項１に記載の風洞実験用の感圧塗料を用いて形成された被膜を有する、風洞実験用の物体。
5. 前記被膜の膜厚は１μｍ〜２０μｍである、請求項４に記載の風洞実験用の物体。