JPH04353751A - 膨張率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は膨張率測定装置に関し、
特に被測定試料を無負荷にした状態で測定できる膨張率
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂材料等の線膨張率の測定方法は、例
えばＪＩＳＫ６７１４やＡＳＴＭ規格Ｄ−６９６等に規
定されているが、いずれの方法においても、膨張率伝達
棒やダイアルゲージ等による負荷が、試料に与えられた
状態で測定が行われている。図７は従来の膨張率測定装
置の概要を示す図である。図において、７１はダイアル
ゲージで、プランジャ７３を介して膨張率伝達棒７４に
接触している。７２は、このダイアルゲージ７１を支持
している支持具、７５はレベルプレートである。膨張率
伝達棒７４は、例えば石英ガラス等で形成され、同じく
石英ガラスで形成された支持具（ホルダ）７５内に試料
７７と共に収容され、試料７７の膨張量をダイアルゲー
ジ７１のプランジャ７３に伝達している。このようにし
て、ダイアルゲージ７１の目盛りを読み取ることにより
、試料７７の膨張量を測定することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、試料７７には膨張率伝達棒７４の重みとダイアルゲ
ージ７１のスプリングの反力が印加されているため、正
確な膨張率の測定が困難である。即ち、例えば自動車部
品の分野では、多くの樹脂材料が使用されており、それ
らは省エネルギーのために軽量であることが必須の要件
である。このため、試料７７は、実際に製品に使用され
るのと同様に、薄肉の試料片で膨張率を測定する必要が
ある。ところが、このような薄肉の試料片を、図７に示
すような膨張率測定装置を用いて測定すると、温度を上
げることにより試料が軟化、変形するが、このような試
料の変形が、試料の分子配向の緩和等の収縮によって生
じるのか、膨張率伝達棒７４及びダイアルゲージ７１の
スプリングの反力によって生じるのか判別できない。 又、このように試料７７に対して上側より負荷を加える
と、実際に試料７７が膨張しているのもかかわらず、膨
張率伝達棒７４やダイアルゲージ７１の押し付け力によ
り試料７７が曲げられてしまい、試料７７が膨張したと
判別できなくなくなる虞がある。

【０００４】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、測定時に、試料に対して負荷を加えることがなく、
試料の膨張率を正確に測定できる膨張率測定装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の膨張率測定装置は以下のような構成を備える
。即ち、試料に熱を印加或いは前記試料を冷却して前記
試料の膨張率／収縮率を測定する膨張率測定装置であっ
て、前記試料の膨張率／収縮率を測定するための温度値
を設定する温度設定手段と、前記温度設定手段により設
定された温度値になるように、前記試料を加熱或いは冷
却する加熱／冷却手段と、前記試料の一端を固定もしく
はそれを収容する容器に当接し、前記試料の他端の先端
及びその近傍に光を照射し、その通過光量により前記試
料の長さの変化量を光学的に検出する検出手段と、前記
温度設定手段により設定された温度値及び前記検出手段
により検出された前記試料の長さの変化量とから、前記
試料の膨張率／収縮率を計算する計算手段とを有する。

【０００６】

【作用】以上の構成において、試料の膨張率／収縮率を
測定するための温度値を設定する温度設定手段により設
定された温度値になるように、試料を加熱或いは冷却す
る。そして、その試料の一端を固定もしくはそれを収容
する容器に当接し、その加熱或いは冷却された試料の他
端の先端及びその近傍に光を照射し、その通過光量によ
り試料の長さの変化量を光学的に検出する。そして、そ
の設定された温度値及び検出された試料の長さの変化量
とから、その試料の膨張率／収縮率を計算するように動
作する。

【０００７】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の好適な実
施例を詳細に説明する。

【０００８】図１は本実施例の膨張率測定装置の概略構
成を示すブロック図、図２〜図４はこの実施例の膨張率
測定装置の主要部の形状を示す外観図である。

【０００９】まず最初に、図２を参照して、この実施例
の膨張率測定装置の測定部の構成を説明する。

【００１０】図２は本実施例の膨張率測定装置の概略図
である。

【００１１】図２において、２０１は加熱浴槽で、この
浴槽２０１の中には伝熱媒体が入っており、この伝熱媒
体の中に透明な石英ガラス管で構成され、被測定サンプ
ルである試料２０３が収容されたホルダ２０２が入れら
れている。このホルダ２０２は、長さ３０〜４０ｃｍで
、内径が１０〜１５ｍｍφの円筒管である。２０４は撹
拌機で、この伝熱媒体を撹拌することにより、浴槽２０
１内の温度を均一に保っている。２０６は光ファイバで
、この光束径は３〜１０ｍｍφで、発光部１０２よりの
光を変位検出部２０７に導き、その受光した光を受光部
１０３に伝達している。

【００１２】１０５は浴槽２０１内の温度を検出する温
度センサ、１０４は浴槽２０１内の伝熱媒体を加熱する
ためのヒータ、また１０６は浴槽２０１内の伝熱媒体を
冷却するための冷却管である。尚、前述した発光部１０
２、受光部１０３、温度センサ１０５及びヒータ１０４
等は、制御部１０１（図１）に接続されて制御されてい
る。

【００１３】図３は実施例の膨張率測定装置の変位測定
部２０７の詳細を示す側面図、図４はその上面図である
。

【００１４】発光部１０２で発光された光は、光ファイ
バ２０６を伝播してレンズ２０９を通り、透明なホルダ
２０２を通して試料２０３の端部を照射している。この
発光部１０２の光源としては、ハロゲンランプや炭素光
源、或いはレーザ光源等が用いられ、受光部１０３のＣ
ＣＤの受光素子面上に十分なコントラストを付けられる
ように、電圧調整器等を接続して、その発光する光量を
調節できるようにしている。２１０は、レンズ２０９よ
り試料２０３を照射した光のうち、試料２０３により遮
蔽されない、又は遮蔽された分の光を、ホルダ２０２の
ガラス管を通して集光するレンズで、このレンズ２０６
に入射された光は光ファイバ２０６を通して受光部１０
３に送られる。この受光部１０３には、ライン型の１次
元ラインセンサ（ＣＣＤ）１０３ａが備えられており、
このＣＣＤ１０３ａに入射される光の変位により、試料
２０３の伸縮を検出することができる。尚、２０８は、
この変位測定部２０７をホルダ２０２に固定するための
ネジで、試料２０３の長さに応じてホルダ２０２を上下
方向に移動して、変位測定部２０７を任意の位置に固定
することができる。

【００１５】尚、この変位測定部２０７は、約２５０°
Ｃまでの温度に耐えられる材質で構成されている。

【００１６】図５は、この実施例の膨張率測定装置の受
光部１０３のＣＣＤ１０３ａによる試料２０３の長さを
測定する原理を説明するための図である。

【００１７】図５において、例えばＣＣＤセンサ１０３
ａの解像度を４００ｄｐｉとすると、このＣＣＤセンサ
１０３ａの１つの受光素子５２１の長さは約０．０６２
５ｍｍとなる。いま、試料２０３に対して図５の下方よ
り矢示方向に光が照射されているとすると、ＣＣＤセン
サ１０３ａの受光素子のうち、斜線を付した部分が陰に
なって光が照射されず、残りの受光素子部分には光が照
射される。

【００１８】又、５０１は、このＣＣＤセンサ１０３ａ
に印加される水平同期信号を示し、５０２は、このＣＣ
Ｄセンサ１０３ａに印加される画素クロックを示してい
る。いま、試料２０３の長さが点線５１０で示す位置ま
でとすると、このときのＣＣＤセンサ１０３ａの出力波
形は、５０３の点線で示すようになる。これに対し、試
料２０３を加熱することにより試料２０３が膨張して長
くなり、試料２０３の長さが実線５１１で示す位置まで
伸びると、このときのＣＣＤセンサ１０３ａの出力波形
は５０３の実線で示すようになる。

【００１９】ここで、画素クロック５０２の１クロック
周期は、前述したように４００ｄｐｉのセンサの場合で
は、０．０６２５ｍｍに相当しているため、この場合の
試料２０３が膨張して長くなった量（膨張量）は、６ク
ロック分、即ち、６×０．０６２５＝０．３７５ｍｍと
して検出される。尚、この膨張した試料の長さの検出感
度は、より解像度の高いＣＣＤセンサを用いればより高
くなることは容易に想到できる。また、レンズ２１０を
含む光学系の倍率を変更することにより、ＣＣＤセンサ
１０３ａにより検出できる試料２０３の長さの解像度を
変更することもできる。

【００２０】次に、図１に示す膨張率測定装置のブロッ
ク図を参照して、その構成を説明する。

【００２１】図１において、１０１は装置全体を制御す
る制御部で、例えばマイクロプロセッサ等のＣＰＵ１１
１、ＣＰＵ１１１の制御プログラムや各種データを記憶
しているＲＯＭ１１２、ＣＰＵ１１１のワークエリアと
して使用され、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１
１３などを備えている。発光部１０２は、前述したよう
にハロゲンランプやレーザなどを備えており、制御部１
０１の制御により、例えば駆動電圧等を変更して、その
発光量を調整することができる。これにより例えば、試
料２０３が比較的光を通しやすいサンプルである時は、
発光部１０２より試料２０３を照射する光の量を少なく
して、試料２０３により遮蔽された光を検出しやすくす
ることができる。

【００２２】受光部１０３は、２０００個以上、望まし
くは４００００個以上の受光素子を備えたＣＣＤセンサ
１０３ａを有し、入射した光に応じたパルス信号を制御
部１０１に出力している。制御部１０１は、このパルス
信号を入力し、適当なスレッショホルド信号により２値
化して入力している。１０９は、この受光部１０３のＣ
ＣＤセンサの駆動回路で、図５を参照して前述した水平
同期信号、画素クロック信号等を出力しており、これら
クロック信号や水平同期信号は制御部１０１にも入力さ
れている。これにより、図５を参照して前述したように
して、試料２０３の伸縮量を測定することができる。

【００２３】１０４はヒータで、浴槽２０１内の伝熱媒
体を加熱している。１１０は冷却器で、設定された温度
が現在の浴槽２０１内の伝熱媒体の温度よりも低い時は
、前述した冷却管１０６を通して伝熱媒体を冷却するこ
とができる。１０５は浴槽２０１内の伝熱媒体の温度を
検知するための温度センサである。１０７は表示部で、
現在の浴槽２０１内の温度及び試料２０３の膨張率等を
表示する。１０８は操作パネルで、浴槽２０１内の温度
設定用スイッチ、膨張率の測定開始指示スイッチなどを
備えている。

【００２４】以上の構成を備える膨張率測定装置の動作
を図６のフローチャートを参照して説明する。この処理
を実行する制御プログラムはＲＯＭ１１２に記憶されて
おり、この処理は操作パネル１０８より膨張率の測定指
示が入力されることにより開始される。

【００２５】まずステップＳ１では、温度センサ１０５
よりの信号をもとに、浴槽２０１内の現在の温度を検出
し、この時の温度データをＲＡＭ１１３の現在温度エリ
ア１２１に記憶する。次にステップＳ２に進み、ＣＣＤ
センサ１０３ａにより検知されている信号をもとに、現
在の試料２０３の長さに応じたＣＣＤセンサ１０３ａの
出力データを検出してＲＡＭ１１３のＣＣＤ値１２２に
記憶する。次にステップＳ３に進み、操作パネル１０８
より入力された設定温度値を読取り、ＲＡＭ１１３に記
憶されている現在の温度値と比較して、それよりも上で
あればヒータ１０４により加熱し、以下であれば冷却器
１１０により伝熱媒体を冷却する。こうしてステップＳ
５で、その設定された温度値と、伝熱媒体の温度値とが
一致するかどうかを調べ、一致するまでステップＳ３〜
Ｓ５を実行する。

【００２６】こうして浴槽２０１内の温度が設定された
温度と等しくなるとステップＳ６に進み、その時の試料
２０３の長さを検出するためにＣＣＤセンサ１０３ａの
出力データを入力する。このステップＳ６で読み取った
ＣＣＤセンサ１０３ａの出力値と、ＲＡＭ１１３に記憶
されているＣＣＤ値１２２との間のパルス数の差分を求
め、図５を参照して前述したようにして、これに応じた
試料２０３の伸縮量を求める（ステップＳ８）。

【００２７】次にステップＳ９に進み、この時の印加温
度差と、その膨張／収縮量とから膨張係数または収縮計
数を求め、その結果を表示部１０７に表示する。

【００２８】尚、この実施例の膨張率測定装置では、室
温から６０°Ｃ〜１６０°Ｃまでの昇温が可能である。

【００２９】又、この実施例では、試料２０３を収容す
るホルダ２０２を垂直方向にして、その中に試料２０３
を入れる構成としたが、本発明はこれに限定されるもの
でなく、例えばホルダ２０２を水平方向に設置し、その
中に試料２０３を収容して膨張率を測定しても良い。 尚、この場合には、試料２０３の一端をホルダ２０２の
底部に接触させておくか、或いは試料２０３の一端をホ
ルダ２０２内に固定させる必要がある。

【００３０】以上説明したように本実施例によれば、試
料を無負荷状態にして、試料の膨張率或いは収縮率を測
定することができるため、精度良く試料の膨張率或いは
収縮率を測定することができる。

【００３１】また、本実施例によれば、設定された温度
に自動的に調整して膨張率（収縮率）が測定できるため
、測定処理を省力化できる効果がある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
定時に、試料に対して負荷を加えることがないため、試
料の膨張率を正確に測定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の膨張率測定装置の概略構成を示すブ
ロック図である。

【図２】本実施例の膨張率測定装置の構成を示す概略図
である。

【図３】本実施例の膨張率測定装置の変位測定部の詳細
を示す側面図である。

【図４】本実施例の膨張率測定装置の変位測定部の詳細
を示す上面図である。

【図５】本実施例の膨張率測定装置におけるＣＣＤセン
サによる試料の長さの変化量の検出法を説明するための
図である。

【図６】本実施例の膨張率測定装置の測定処理を示すフ
ローチャートである。

【図７】従来の膨張率測定装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０１　　制御部 １０２　　発光部 １０３　　受光部 １０３ａ　　ＣＣＤセンサ １０４　　ヒータ １０５　　温度センサ １０６　　冷却管 １０７　　表示部 １０８　　操作パネル １１１　　ＣＰＵ １１２　　ＲＯＭ １１３　　ＲＡＭ ２０１　　浴槽 ２０２　　ホルダ ２０３　　試料 ２０６　　光ファイバ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　試料に熱を印加或いは前記試料を冷却
   して前記試料の膨張率／収縮率を測定する膨張率測定装
   置であって、前記試料の膨張率／収縮率を測定するため
   の温度値を設定する温度設定手段と、前記温度設定手段
   により設定された温度値になるように、前記試料を加熱
   或いは冷却する加熱／冷却手段と、前記試料の一端を固
   定もしくはそれを収容する容器に当接し、前記試料の他
   端の先端及びその近傍に光を照射して、その通過光変化
   により前記試料の長さの変化量を光学的に検出する検出
   手段と、前記温度設定手段により設定された温度値及び
   前記検出手段により検出された前記試料の長さの変化量
   とから、前記試料の膨張率／収縮率を計算する計算手段
   と、を有することを特徴とする膨張率測定装置。
2. 【請求項２】　　前記検出手段は前記試料に光を照射す
   る光照射部と、前記試料により遮蔽された光部分と、前
   記試料により遮蔽されない光部分を入射するＣＣＤライ
   ンセンサを備え、前記ＣＣＤラインセンサより出力され
   る光検知パルス信号により前記試料の長さの変化量を検
   出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の膨
   張率測定装置。