JPWO2002082056A1 - 低水圧用耐水度試験装置及びその試験方法 - Google Patents

Abstract

連結管の揺れ動きによる急激な角度の変動、管路内抵抗量の変動、管路内圧力の急激な変動などを防止し、加えて、周囲環境における音圧による影響を考慮しながら精密な測定を行うことができる低水圧用耐水度試験技術である。水収容タンク１と、試験片（防水膜９）をクランプ３により上面に設置させるようにした試料固定体２とを備え、水収容タンクから試料固定体に設けた固定管路２１に至るように可撓性の連結管４が連結され、水収容タンクが昇降可能に設けられると共に、水収容タンクの昇降に伴なう水面位置Ｈを測定する測定目盛１２が設けられている低水圧用耐水度試験装置であって、連結管における水収容タンクからの垂下部分を垂直に規制するように、連結管を水収容タンクの昇降に連動して牽引させる牽引装置５が設けられ、かつ固定管路の途中に振動膜６０を介して音圧発生器６が設けられている。

Description

技術分野
本発明は、ＪＩＳ・Ｌ−１０９２−１９９８に規定された繊維製品の防水性試験方法に対応した低水圧用耐水度試験技術に関し、特に、除湿装置、例えば、日本国特開平５−３２２０６０号等において使用されている防水性を有する透湿膜を検査対象とした低水圧用耐水度試験装置及びその試験方法に関する。
背景の技術
ＪＩＳ・Ｌ−１０９２に規定された低水圧用耐水度試験方法で用いられる装置の基本構成は、図４で示すように、内部に水を収容させる水収容タンク１００と、試験片１０１をクランプ１０２により上面に設置させるようにした試料固定体１０３とを可撓性の連結管１０４により連結したものになっている。
そして、前記水収容タンク１００を徐々に上昇させていくことにより、試験片１０１への水圧を緩やかに昇圧させ、試験片１０１を水が透過した時の水面位置（位置エネルギー）Ｈを測定目盛１０５により測定し、これを水圧に置換して試験片１０１である防水膜の防水性を測定する試験方法となっている。
しかしながら、このようなＪＩＳ・Ｌ−１０９２の防水性試験方法に対応するように製作された従来の低水圧用耐水度試験装置にあっては、水収容タンク１００と試料固定体１０３との間に配管した連結管１０４の垂直移動に関して何ら対処がなされておらず、測定の設定条件によっては、微妙な測定誤差が発生することがあった。
即ち、水収容タンク１００の昇降に伴ない、連結管１０４が図４の実線と仮想線で示すように揺れ動き、これにより連結管１０４の急激な角度の変動、屈曲状態の不均一な変化による管路内抵抗量の変動、管路の落下や衝突などによる管路内圧力の急激な変動などが発生し、これらが原因で防水性を評価する上での測定誤差につながるという問題があった。
又、従来の低水圧用耐水度試験装置において、水温による影響、周囲環境における音圧による影響を考慮して測定するようにしたものは見受けられない。
本発明は、上記のような問題を解決すると共に、加えて水温による影響、周囲環境における音圧による影響を考慮することにより、精密な測定を行うことができるようにした低水圧用耐水度試験装置及びその試験方法を提供することを課題としている。
発明の開示
上記の課題を解決するために、本発明の低水圧用耐水度試験装置（請求項１）は、
内部に水を収容させる水収容タンクと、試験片としての繊維製品をクランプにより上面に設置させるようにした試料固定体とを備え、この水収容タンクから試料固定体に設けた固定管路に至るように可撓性の連結管が連結され、前記水収容タンクが昇降可能に設けられると共に、この水収容タンクの昇降に伴なう水面位置を測定する測定目盛が設けられている低水圧用耐水度試験装置であって、
前記連結管における水収容タンクからの垂下部分を垂直に規制するように、連結管を水収容タンクの昇降に連動して牽引させる牽引装置が設けられている構成とした。
この低水圧用耐水度試験装置（請求項１）では、水収容タンクが昇降しても、連結管における水収容タンクからの垂下部分を牽引装置によって垂直に規制することができる。
従って、連結管が揺れ動いたり、弛みが生じたりすることがないため、連結管の急激な角度の変動、管路内抵抗量の変動、管路内圧力の急激な変動などの発生を防止でき、管路の状態を一定に維持させて精密な防水度試験結果を確保することができる。
又、本発明の低水圧用耐水度試験装置において、連結管の両端が着脱コネクタを介して水収容タンク及び固定管路に連結されている態様（請求項２）がある。
このように連結管の両端を着脱コネクタを介して水収容タンク及び固定管路に連結させると、この着脱コネクタによって連結管を簡単に取り外すことができ、連結管の内部清掃が容易になり、連結管内の汚損による測定誤差を防止できる。
又、本発明の低水圧用耐水度試験装置において、固定管路の途中に気泡溜め部が設けられている態様（請求項３）がある。
このように、固定管路の途中に気泡溜め部を設けると、連結管や固定管路の内部に発生した気泡を、この気泡溜め部に捕集することができ、気泡よる測定誤差を防止できる。
又、本発明の低水圧用耐水度試験装置において、固定管路の途中に水温センサが設けられている態様（請求項４）がある。
従来、水収容タンクと試料固定体との間の温度伝達や水の熱膨張は無視されていた。
この予防のために水温センサにより水温を監視すれば、気泡の発生を予測できるし、水の熱膨張を把握でき、理論的な数量解析における適用を容易にして測定誤差を防止させることができる。
又、本発明の低水圧用耐水度試験装置において、固定管路の途中に振動膜を介して音圧発生器が設けられている態様（請求項５）がある。
又、本発明の低水圧用耐水度試験方法は、上記の低水圧用耐水度試験装置（請求項５）を用いた試験方法であって、この低水圧用耐水度試験装置を設置した測定空間で検出した空気振動の逆相の波形を、前記音圧発生器によって水中に伝搬させて、空気振動により水中に生じている振動を、音圧発生器によって水中に生じさせた振動によって相殺させるようにした構成としている。
ＪＩＳ・Ｌ−１０９２に規定された低水圧用耐水度試験装置の使用にあたっては、一定条件のもとに測定を行なうことが必要とされるため、この装置を恒温恒湿室（測定空間）内などに配置して測定を行なうが、この場合、周囲環境における音圧による影響を無視することは、試験片が薄い場合には特にできない。
このような場合、固定管路の途中に振動膜を介して音圧発生器を配置し、この音圧発生器から振動膜を介して水中に音圧を付与するようにすれば、音圧下または試験片の振動下において行われた試験結果に対する評価を検討する参考試料として、最終的に測定時において試験片に付与された振動の有無を検証することができる。
このとき、例えば、恒温恒湿室などの測定空間内で検出される音圧を検出するために、この測定空間内に音圧センサーを配置しておけば、試験片が大気側から受ける振動要素を検証することができる。
このようにして音圧センサーにより大気中において検出した空気振動の逆相の波形を、前記音圧発生器によって水中に伝搬させれば、測定空間の雰囲気中で観測される空気振動による影響との相殺効果を検討でき、もって測定空間内の空気振動が試験結果に及ぼす影響を精密に測定することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明の実施の１形態である低水圧用耐水度試験装置の概略模式図である。
この低水圧用耐水度試験装置は、内部に水を収容させる水収容タンク１と、繊維製品としての試験片をクランプ３により挟持して上面に設置させるようにした試料固定体２とを備えている。
この場合、試験片としては、水蒸気移動制御装置（ＰＣＴ／ＪＰ００／０６８５５参照）に用いられるような、防水膜９を導電性メッキで表面加工されたプラスチックによる支持フレームやアルミ等の金属による支持フレーム９１の外周に張設した筒状の分離膜回転体９０を用いているが、図２に示すように、その他の調湿装置（例えば、日本国特開平５−３２２０６０号等）に用いられるような円形に成形された平膜による防水膜９ａを試験片とすることができるもので、この場合、導電性多孔体９２を防水膜９ａに重合させた状態でクランプ３により挟持させるようにしている。
前記試験片としての分離膜回転体９０は、試料固定体２の上面２ａとクランプ３との間に水密シール２９（スクイーズパッキン）を介して挟持されるもので、このクランプ３は、トルクリミッタを備えた締め付けネジ３０によって一定圧力で締め付けられるようになっている。
又、クランプ３には、分離膜回転体９０の内部に連通する空気抜き管３１が形成され、この空気抜き管３１に電磁開閉弁３２が設けられている。
この電磁開閉弁３２は、試験片としての分離膜回転体９０をセットする準備段階では開放してセット時におけるクランプ３の締め付けによって試料固定体２の内部に圧力が加わるのを防止し、そして、電磁開閉弁３２を開放したまま一旦、分離膜回転体９０の内部に水を満たし、分離膜回転体９０の内部に空気が溜まっていないことを確かめた位置が測定開始位置となり、電磁開閉弁３２を閉鎖して試料固定体２の内部を密閉する。
ただ、この準備段階の経過中において水が防水膜９から漏出することが見られた場合には、その高さが測定結果となる。
前記水収容タンク１はバケツ形状に形成され、上面開口部には、上から音圧が水に付与されるのを防止するために防音蓋１０が設けられている。
この水収容タンク１は、昇降装置（図示せず）によって垂直方向に昇降するように支持され、その昇降に伴なう水面位置Ｈを測定するための測定目盛１２が設けられている。
前記試料固定体２の内部には、通水空間２０が形成され、この通水空間２０に連通するように固定管路２１が下面から延長され、そして、前記水収容タンク１から固定管路２１に至るように可撓性の連結管４が連結されている。
この連結管４は、屈曲自在でありながら長さ方向の伸縮を規制するために、管壁に合成繊維を包埋させて伸展予防を施した材質を採用し、かつ音圧などの外乱による悪作用を予防できる樹脂チューブが用いられている。
そして、この連結管４の両端がワンタッチ式の着脱コネクタ４０，４０を介して水収容タンク１及び固定管路２１に連結されており、このように連結管４の両端を着脱コネクタ４０，４０を介して水収容タンク１及び固定管路２１に連結させると、この着脱コネクタ４０，４０によって連結管４を簡単に取り外すことができる。従って、連結管４の内部清掃が容易になり、連結管４内の汚損による測定誤差を防止できる。
前記連結管４には、水収容タンク１の真下に取り付けられたガイドローラ５０と、水収容タンク１の昇降に連動して、水収容タンク１の昇降速度の半分の速度で水平方向に往復移動する牽引ローラ５１とを備えた牽引装置５が設けられている。
そして、連結管４を前記ガイドローラ５０に掛け回すことにより、水収容タンク１の昇降時において、水収容タンク１からの垂下部分が垂直になるように規制し、また、このガイドローラ５０の先方において連結管４を一定張力で牽引ローラ５１に掛け回すことにより、連結管４に弛みや張り過ぎが生じないようにしている。
従って、連結管４は、牽引装置５によって、水収容タンク１からの垂下部分が垂直に保持されるため、連結管４が揺れ動いたり、弛みや張り過ぎが生じたりすることがなく、よって、連結管４の急激な角度の変動、管路内抵抗量の変動、管路内圧力の急激な変動などの発生を防止でき、管路の状態を一定に維持させて精密な防水度試験結果を確保することができる。
また、前記固定管路２１の途中には、気泡溜め部２２が設けられている。
この気泡溜め部２２は、連結管４と固定管路２１による管水路４ａの内部に発生した気泡を捕集するためのもので、これにより管水路４ａ内に気泡が散在することが少なくなるため、測定誤差を減少させることができる。
又、固定管路２１には、ドレン抜き穴２４及び清掃用口２５が設けられており、このドレン抜き穴２４及び清掃用口２５によって管路内の水抜き及び清掃を容易にして、管路内の汚損による測定誤差をなくすようにしている。
また、本発明の低水圧用耐水度試験装置は恒温恒湿室（測定空間８）に配置されるもので、この恒温恒湿室には、風速計８０、温度計８１、湿度計８２ならびに音圧計８３が配置され、これらにより測定空間８の雰囲気を把握することにより測定時の環境を一定に制御することができるようにしている。
尚、図中８４は、それぞれ監視カメラであり、恒温恒湿室内に設置された低水圧用耐水度試験装置の防水膜９部分並びに、水収容タンク１の水面位置Ｈ及び測定目盛１２を外部から監視できるようにしている。
また、前記固定管路２１の途中に水温センサ２３（水温計）が配置されており、この水温センサ２３によって、測定空間８内の温度管理が正確に行なわれているかということを検証することができるし、また、水温センサ２３により水温を監視すれば、気泡溜め部２２と共に気泡の発生を監視できるし、水の熱膨張を把握でき、理論的な数量解析における適用を容易にして測定誤差を防止させることができる。
また、固定管路２１の途中に振動膜６０を介して音圧発生器６が設けられている。
この音圧発生器６は、固定管路２１との隔膜となる振動膜６０（ダイヤフラム）を介して共振室６１を形成し、この共振室６１内に振動子６２（スピーカ）及び振動センサ６３（マイク）を設けたものである。又、試料固定体２の通水空間２０内にも水密ネジ６４によって水中マイク６５が設けられている。
ＪＩＳ・Ｌ−１０９２により規定された防水性試験方法では、この防水性試験方法に対応した低水圧用耐水度試験装置を恒温恒湿室内に配置し、一定温度ならびに一定湿度の環境下において試験片（防水膜）の防水性評価試験を行なう場合、再現性を求めることができる環境を規定する要素には音圧は含まれてはいない。
ところが、実際には通常使用されている恒温恒湿室内は、温度ならびに湿度を微細に調整するために、比較的大風量のファンが配置され、内部の音響による防水膜の振動の影響が発生しているか否かを検定することはできなかった。
音響の位相において、現在の技術レベルでは逆相の波形を試験的に発生させることができる〔現場実務者と設計者のための実用騒音・振動制御ハンドブック、第５章騒音のアクティブ制御・ｐ３９４〜ｐ４０５微小空間の制御（株式会社エヌ・ティー・エス発行、発刊日２０００年５月１０日、初版第１刷発行、発行者吉田隆）参照〕。
従って、大気側から加えられる音圧による影響を考察するために、測定空間８となる恒温恒湿室内において収集した音響を瞬時に解析し、この逆相の同レベルの振動エネルギーを有する音圧を管水路４ａ内に加えて、測定空間８の影響を受けて発生している試験片（防水膜９）の振動が相殺されるに近似した条件を与えるようにすれば、測定空間８による音圧による影響を精密に測定することができるし、振動により影響を受ける可能性の高い防水膜９の防水性を精密に評価することができる。
膜の振動については、〔機械系の音響工学〕（コロナ社発行・１９９２／２／２５初版第１刷・ｐ４７・３．２膜の振動）により、円形膜に関する詳細な模擬状況が説明されているが、本発明にかかる試験装置の場合、振動の問題は防水膜９と、共振室６１の隔膜となる振動膜６０の振動を主な対象とする。
水の中では音圧は非圧縮性に伝搬するので、単純に周波数と周期の関係に水温による水の密度が関与する数量として概算することができる。
これを式で表せば、
周期Ｔ＝１／周波数ｆ［Ｈｚ］
水中の伝搬速度＝水の密度による補正係数×波長×周波数
となり、圧力・管路内体積・音圧レベル・周波数特性などを水と空気について、仕事量に概算される。
隔膜としての振動膜６０には、吸水性の低い材料を使用し、高調な音響を中心として管水路４ａへの伝搬または管水路４ａからの振動検出を目的とする場合には、硬度が高く弾性が低い材料、たとえば、アルミ薄膜や銅薄膜、ステンレス薄膜などを使用する。この場合、金属などを使用する場合には防錆加工を事前に施したものを使用する。
また、低調な音響を中心として管水路４ａへの伝搬または管水路４ａからの振動検出を目的とする場合には、硬度が低く弾性が高い材料、たとえば、ラバーシート薄膜、塩化ビニールシート薄膜、ポリエチレン製シート薄膜などを使用する。
また、管水路４ａ内は水収容タンク１の上昇に伴ない次第に緩やかに与圧され、測定空間８となる恒温恒湿室内の音響は、管水路４ａ内にも伝搬される。
静的な環境におかれた場合には、水の移動に伴う振動などが発生する場合や機器の不具合による異常振動は振動センサ６３及び水中マイク６５により検出される。
測定空間８内の振動に対して、逆相の位相波を共振室６１内に設けた振動子６２を用いて管水路４ａ内に伝搬させると、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のように、互いに相殺しようとして、音圧などの空気の振動による試験片の振動が最小限に抑制される状況が得られる。尚、図３（Ａ）は波長が大の場合、図３（Ｂ）は波長が小の場合、図３（Ｃ）は逆相ずれの場合を示している。
ただし、水の伝搬では圧縮率はほとんどゼロに等しいが、空気の伝搬では圧縮率は大きいので、ほぼ管水路４ａ内の水の振動により防水膜９の振動を制御することが可能となる。
異常振動が恒温恒湿室内に著しく存在する場合には、この特性を活用して防水膜９への測定時の外乱因子として、除去しようとする操作を付与できる。
又、本試験装置により、試験片の表面に付与された防水加工の評価を精密に行なうことができるが、そもそも膜表面の防水加工は、表面張力による影響が強い。
従って、試験片の挟持に用いるクランプ３や、分離膜回転体９０のような立体的な形状の試験片においては図１で示した支持フレーム９１や、図２で示した導電性多孔体９２を接地回路７によって電気的に接地し、静電気による影響を抑制した状況下で測定を行なう。
尚、水は純水を使用し、試験片に対する不純物の付着を最小限にとどめ、再試験に備え、試験の安定性ならびに再現性にすぐれた手法を確保する。
又、管路内にｐＨセンサを設けるようにすると、純水が空気中の炭酸ガスを吸収することによる水中のガス分圧を予測することができ、より正確な測定が可能になる。
表面張力は、毛管現象が液体表面粒子に、液体自身がおよぼす引力と圧力に抗して、表面に作用している均一な張力によって、液体表面が一定の形をとるために生ずる現象であって、圧力により影響を受ける。
防水膜９に対する表面張力の影響を考慮する場合には、この現象は繊維間に形成された撥水材（剤）による影響を考慮するとともに、三次元的な膜の構造を影響要素として考慮しなければならない。
毛管現象のうち、例えば、細いガラス管の中に形成される液面の曲面をメニスカスと称するが、メニスカスの凸面と凹面では圧力が異なり、メニスカスのすぐ下にある液体の圧力と液面に作用している圧力との関係は次の式により表される。
液体の圧力＝（液面に作用している圧力）−密度×重力加速度×高さ
この概算は、例えば、筒状の分離回転体９０は、試料固定体２の上面２ａの高さから上方に位置するので、上面２ａの高さから分離回転体９０の高さは誤差となり得るが、このとき、表面張力の液体の圧力を誤差要素として、各試料につき概算し、補正を行う。即ち、分離回転体９０の表面による水への表面張力を概算する。
また、測定空間とこれらの関係はギプズの吸着式ならびに、ギプズ・ディエムの方程式ならびに表面エントロピーと測定空間の蒸気圧、大気圧などから概算され、測定された防水圧の試験結果による数値などを使用して補正する。
またＪＩＳ・Ｌ−１９０６に従う保水率試験などの各種の保水性または吸水性試験により、試験片の表面の湿潤状況を参考として、これらの影響を試験結果と相関評価し、振動による外乱要素を一定のものとして、精密な測定値として異種間における試験片の評価に用いることができる。
産業上の利用可能性
以上、説明したように、本発明の低水圧用耐水度試験装置（請求項１）にあっては、連結管における水収容タンクからの垂下部分を牽引装置によって垂直に規制することができるため、連結管が揺れ動いたり、弛みが生じたりすることがない。従って、連結管の急激な角度の変動、管路内抵抗量の変動、管路内圧力の急激な変動などの発生を防止でき、管路の状態を一定に維持させて精密な防水度試験結果を確保することができる。
又、連結管の両端を着脱コネクタを介して水収容タンク及び固定管路に連結させるようにすると（請求項２）、この着脱コネクタによって連結管を簡単に取り外すことができ、連結管の内部清掃が容易になり、連結管内の汚損による測定誤差を防止できる。
又、固定管路の途中に気泡溜め部を設けると（請求項３）、連結管や固定管路の内部に発生した気泡を、この気泡溜め部に捕集することができ、気泡による測定誤差を防止できる。
又、固定管路の途中に水温センサを設けると（請求項４）、測定空間としての恒温恒湿室内の温度管理が正確に行なわれているかということを検証することができるし、また、水温センサによって気泡の発生、水の熱膨張を把握でき、理論的な数量解析における適用を容易にして測定誤差を防止させることができる。
又、固定管路の途中に振動膜を介して音圧発生器を設け（請求項５）、測定空間で検出した空気振動の逆相の波形を、前記音圧発生器によって水中に伝搬させて、空気振動により水中に生じている振動を、音圧発生器によって水中に生じさせた振動によって相殺させるようにすると（請求項６）、測定空間の雰囲気中で観測される空気振動による影響との相殺効果を検討でき、もって測定空間内の空気振動が試験結果に及ぼす影響を精密に測定することができる。
即ち、ＪＩＳ・Ｌ−１０９２により規定された防水性の評価を行なうにあたって、異常な音圧または急激な圧力の変動により影響を受けたか否かを実際に水中に伝わる諸種の音響を検出しながら、精密な防水性の評価を行なうことができるし、音圧発生器によって急激な振動を水中に付与し、振動により変化しうる防水性の影響を精密に評価することができる。
このように、本装置及び方法の使用により、従来のＪＩＳ・Ｌ−１０９２により規定された防水性試験ではできなかった精密な評価を、試験片としての防水膜の振動を考慮にいれた評価結果として測定することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施の１形態であって、試料として筒状の分離膜回転体を用いた場合の低水圧用耐水度試験装置の概略模式図である。
図２は試料として平膜による膜体を用いた場合の低水圧用耐水度試験装置の概略模式図である。
図３は測定空間内の振動と逆相の位相波を共振室内に設けた振動子を用いて水中に伝搬させる場合の例を示す説明図である。
図４は従来技術の説明図である。

Claims (6)

1. 内部に水を収容させる水収容タンクと、試験片としての繊維製品をクランプにより上面に設置させるようにした試料固定体とを備え、この水収容タンクから試料固定体に設けた固定管路に至るように可撓性の連結管が連結され、前記水収容タンクが昇降可能に設けられると共に、この水収容タンクの昇降に伴なう水面位置を測定する測定目盛が設けられている低水圧用耐水度試験装置であって、
   前記連結管における水収容タンクからの垂下部分を垂直に規制するように、連結管を水収容タンクの昇降に連動して牽引させる牽引装置が設けられていることを特徴とした低水圧用耐水度試験装置。
2. 連結管の両端が着脱コネクタを介して水収容タンク及び固定管路に連結されている請求項１記載の低水圧用耐水度試験装置。
3. 固定管路の途中に気泡溜め部が設けられている請求項１又は２記載の低水圧用耐水度試験装置。
4. 固定管路の途中に水温センサが設けられている請求項１〜３のいずれか１項記載の低水圧用耐水度試験装置。
5. 固定管路の途中に振動膜を介して音圧発生器が設けられている請求項１〜４のいずれか１項記載の低水圧用耐水度試験装置。
6. 内部に水を収容させる水収容タンクと、試験片としての繊維製品をクランプにより上面に設置させるようにした試料固定体とを備え、この水収容タンクから試料固定体に設けた固定管路に至るように可撓性の連結管が連結され、前記水収容タンクが昇降可能に設けられると共に、この水収容タンクの昇降に伴なう水面位置を測定する測定目盛が設けられ、かつ固定管路の途中に振動膜を介して音圧発生器が設けられている低水圧用耐水度試験装置を用いた試験方法であって、
   この低水圧用耐水度試験装置を設置した測定空間で検出した空気振動の逆相の波形を、前記音圧発生器によって水中に伝搬させて、空気振動により水中に生じている振動を、音圧発生器によって水中に生じさせた振動によって相殺させるようにしたことを特徴とする低水圧用耐水度試験方法。

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