JP5275473B2 - 水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の水蒸気透過量を測定するための水蒸気透過量測定装置及び水蒸気透過量測定方法に関するに関する。

食品包装用のフィルム等の評価要件の一つに水蒸気透過量がある。水蒸気透過量は水蒸気が測定対象物を透過する速度であり、単位時間、単位面積当たりの水蒸気の透過量（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）で表される。水蒸気透過量は、特に水蒸気が測定対象物を透過する速度が小さい場合等には非常に小さい値になり、また水蒸気は空気中に存在することもあって、高精度に測定されることが求められている。

水蒸気透過量を測定するための測定装置及び測定方法には種々の形態のものが存在する。例えば、特許文献１には、「水蒸気透過度を測定するための装置とその方法」が記載されている。当該装置では、測定対象物によって第１の室と第２の室とが区画され、第２の室には循環路が接続されている。循環路にはポンプと露点計が設けられている。測定前に、循環路にパージガスが流通され、水分が除去される。測定では、第１の室に水蒸気が導入され、測定対象物を透過して第２の室に到達した水蒸気はポンプによって循環路を循環する。露点計によって循環路を流通する水蒸気の量が測定され、測定対象物の水蒸気透過性が判断される。

国際公開ＷＯ ２００９／０４１６３２号公報（段落[００１０]、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、測定中にパージガスが循環路中を流通するため、第２の室から除去された水分が循環路に設けられた露点計に付着する。この水分によって測定値に誤差が生じ、特に測定対象物の水蒸気透過性が小さい場合には正確な水蒸気透過量の測定できないおそれがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、水蒸気透過量を高精度に測定するための水蒸気透過量測定装置及びその測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る水蒸気透過量測定装置は、チャンバと、乾燥ガス導入経路と、乾燥ガス排出経路と、水蒸気量測定器とを具備する。
上記チャンバは、測定対象物により第１の室と第２の室とに区画される。
上記乾燥ガス導入経路は、第１のバルブを有し、チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室に乾燥ガスを導入する。
上記乾燥ガス排出経路は、第２のバルブを有し、上記チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室から上記乾燥ガスを排出する。
上記水蒸気量測定器は、上記第１のバルブと上記第２の室の間に配置され、上記第１の室から、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブが閉止されることで形成される測定空間に向けて上記測定対象物を透過した水蒸気の量を測定する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る水蒸気透過量測定方法は、チャンバを第１の室と第２の室との２室に区画するように測定対象物を配置する。
乾燥ガスは、乾燥ガス導入経路に設けられた第１のバルブを開放することで上記第２の室に導入され、乾燥ガス排出経路に設けられた第２のバルブを開放することで上記第２の室から排出される。
上記第２の室への乾燥ガスの導入及び上記第２の室からの乾燥ガスの排出は、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブを閉止することで停止される。
上記第１の室から、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブが閉止されることで形成される測定空間に向けて上記測定対象物を透過した水蒸気の量は、上記第１のバルブと上記第２の室の間に配置された水蒸気量測定器によって測定される。

本発明の実施形態に係る水蒸気量測定装置の概略構成を示す図である。 当該水蒸気量測定装置のチャンバの構成を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係る水蒸気透過量測定装置は、チャンバと、乾燥ガス導入経路と、乾燥ガス排出経路と、水蒸気量測定器とを具備する。
上記チャンバは、測定対象物により第１の室と第２の室とに区画される。
上記乾燥ガス導入経路は、第１のバルブを有し、チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室に乾燥ガスを導入する。
上記乾燥ガス排出経路は、第２のバルブを有し、上記チャンバの上記第２の室に接続され、上記第２の室から上記乾燥ガスを排出する。
上記水蒸気量測定器は、上記第１のバルブと上記第２の室の間に配置され、上記第１の室から、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブが閉止されることで形成される測定空間に向けて上記測定対象物を透過した水蒸気の量を測定する。

測定前の乾燥工程において、第１のバルブ及び第２のバルブが開放されて第２の室に乾燥ガス導入経路から乾燥ガスが導入され、乾燥ガス排出経路によって排出される。水蒸気量測定器は乾燥ガス導入経路に設けられ、即ち、乾燥ガスの流通経路において第２の室より上流に位置するため、第２の室から除去された水分が水蒸気量測定器に付着することが防止される。
測定では、第１のバルブ及び第２のバルブが閉止されて第１の室に水蒸気が導入され、第１の室から測定空間に向けて測定対象物を透過した水蒸気の量（水蒸気透過量）が水蒸気量測定器によって測定される。ここで、水蒸気量測定器には、乾燥工程において第２の室から除去された水分が付着していないため、水蒸気透過量を高精度に測定することが可能である。

上記水蒸気量測定器は露点計であってもよい。

露点計によって、微少な水蒸気透過量を高精度に測定することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る水蒸気透過量測定方法は、チャンバを第１の室と第２の室との２室に区画するように測定対象物を配置する。
乾燥ガスは、乾燥ガス導入経路に設けられた第１のバルブを開放することで上記第２の室に導入され、乾燥ガス排出経路に設けられた第２のバルブを開放することで上記第２の室から排出される。
上記第２の室への乾燥ガスの導入及び上記第２の室からの乾燥ガスの排出は、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブを閉止することで停止される。
上記第１の室から、上記第１のバルブ及び上記第２のバルブが閉止されることで形成される測定空間に向けて上記測定対象物を透過した水蒸気の量は、上記第１のバルブと上記第２の室の間に配置された水蒸気量測定器によって測定される。

水蒸気量測定器は乾燥ガス導入経路に設けられ、即ち、乾燥ガスの流通経路において第２の室より上流にあるため、第２の室から除去された水分が水蒸気量測定器に付着することを防止し、水蒸気透過量を高精度に測定することが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る水蒸気透過量測定装置１の概略構成示す図である。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水蒸気透過量測定装置１の概略構成を示す模式図である。

同図に示すように、水蒸気透過量測定装置１は、チャンバ２、ガス供給系３、試料ガス導入経路４、乾燥ガス導入経路５、試料ガス排出経路６、乾燥ガス排出経路７、水蒸気量測定器８を有する。
試料ガス導入経路４、乾燥ガス導入経路５、試料ガス排出経路６及び乾燥ガス排出経路７はそれぞれチャンバ２に接続されている。ガス供給系３は、試料ガス導入経路４及び乾燥ガス導入経路５に接続されている。水蒸気量測定器８は乾燥ガス導入経路５上に配置されている。チャンバ２には、測定対象物であるフィルムＦが取り付けられている。

図２はチャンバ２の構成を示す断面図である。
同図に示すように、チャンバ２は、第１チャンバ部９、第２チャンバ部１０、締結具１１及びガスケット１２を有する。第１チャンバ部９と第２チャンバ部１０とが締結具１１により締結され、ガスケット１２は第１チャンバ部９と第２チャンバ部１０の接合箇所に配置される。

第１チャンバ部９はステンレス等の材料からなり、凹部９ａと、フランジ部９ｂとが形成されている。凹部９ａは開口を有する凹状部分である。凹部９ａの開口縁にフランジ部９ｂが形成され、フランジ部９ｂに、凹部９ａの開口に沿って溝が形成されている。また凹部９ａには試料ガス導入経路４の配管１８及び試料ガス排出経路６の配管２６が接続される孔が形成されている。

第２チャンバ部１０はステンレス等の水蒸気に対する吸着性、透過性が低い材料からなり、凹部１０ａと、フランジ部１０ｂとが形成されている。凹部１０ａは開口を有する凹状部分である。凹部１０ａの開口縁にフランジ部１０ｂが形成され、フランジ部１０ｂに、凹部１０ａの開口に沿って溝が形成されている。また、凹部１０ａには乾燥ガス導入経路５の配管２２及び乾燥ガス排出経路７の配管２８が接続される孔が形成されている。

第１チャンバ部９と第２チャンバ部１０とは同一形状に形成されてもよく、異なる形状に形成されてもよい。ただし、凹部９ａと凹部１０ａの開口形状及びフランジ部９ｂとフランジ部１０ｂの接合面は対応する必要がある。なお、凹部１０ａの容積が小さくなるように第２チャンバ部１０を形成することにより、フィルムＦを透過した水蒸気が拡散するのに必要な時間を低減することができる。

締結具１１はフランジ部９ｂとフランジ部１０ｂを締結する。締結具１１は例えばボルトとナット、クランプ等、着脱が容易なものが用いられる。
ガスケット１２は、チャンバ２の内部と外部とをシールする。ガスケット１２は例えばゴムからなるＯリング等である。ガスケット１２は、フランジ部９ｂの溝、フランジ部１０ｂの溝にそれぞれ一つずつ嵌めこまれる。ガスケット１２はフランジ部９ｂとフランジ部１０ｂが締結されるとフィルムＦを介して対向し、フィルムＦとフランジ部９ｂ、フィルムＦとフランジ部１０ｂとの間のガスの連通を遮断する。

フィルムＦが取り付けられた状態で第１チャンバ部９と第２チャンバ部１０が結合されると、チャンバ２内に、凹部９ａとフィルムＦで囲まれた第１の室１３と、凹部１０ａとフィルムＦで囲まれた第２の室１４の二室が形成される。

図１に示すように、ガス供給系３はガス源１５と配管１６を有する。ガス源１５は配管１６によって試料ガス導入経路４の加湿器１７及び乾燥ガス導入経路５の純化器２０に接続されている。ガス源１５はガスボンベ等であり、試料ガス導入経路４及び乾燥ガス導入経路５に試料ガス及び乾燥ガスの元となる原料ガスを供給する。原料ガスは例えば窒素である。

試料ガス導入経路４は、加湿器１７、配管１８及び第３のバルブ１９を有する。加湿器１７は配管１８によってチャンバ２の第１の室１３に接続されている。加湿器１７はガス供給系３から供給される原料ガスに水蒸気を含有させ試料ガスを生成する。第３のバルブ１９は配管１８に設けられ、配管１８を開閉する。

乾燥ガス導入経路５は、純化器２０、配管２２、第１のバルブ２４及び第４のバルブ２５を有する。純化器２０は、配管２２によって、後述する水蒸気量測定器８を介してチャンバ２の第２の室１４に接続されている。純化器２０はフィルター等であり、ガス供給系３から供給される原料ガスから水分及び不純物を除去する。純化器２０によって原料ガスから乾燥ガスが生成される。第１のバルブ２４は配管２２の純化器２０と水蒸気量測定器８の間に設けられ、配管２２を開閉する。第４のバルブ２５は配管２２の水蒸気量測定器８とチャンバ２の間に設けられ、配管２２を開閉する。

試料ガス排出経路６は、配管２６及び第５のバルブ２７を有する。配管２６は一端がチャンバ２の第１の室１３に接続され、他端は図示しない排気系に接続されている。排気系は、真空ポンプ等の排気機構であってもよく、また大気開放であってもよい。第５のバルブ２７は配管２６に設けられ、配管２６を開閉する。

乾燥ガス排出経路７は、配管２８及び第２のバルブ２９を有する。配管２８は一端がチャンバ２の第２の室１４に接続され、他端は排気系に接続されている。排気系は、真空ポンプ等の排気機構であってもよく、また大気開放であってもよい。第２のバルブ２９は配管２８に設けられ、配管２８を開閉する。

水蒸気量測定器８は、乾燥ガス導入経路５の配管２２の、第１のバルブ２４とチャンバ２の第２の室１４の間に配置されている。水蒸気量測定器８は、水蒸気量（湿度）を測定することが可能なものから適宜選択することが可能である。例えば高分子抵抗式湿度計、高分子容量式湿度計、酸化アルミ容量式湿度計、赤外線湿度計、マイクロ波湿度計、塩化リチウム露点計、鏡面冷却式露点計、アルファ線露点計等を用いることが可能である。このうち、露点計を用いることにより、微少な水蒸気量を高精度に測定することが可能である。

水蒸気透過量測定装置１は以上のように構成される。第１のバルブ２４及び第２のバルブ２９が閉止されると、第２の室１４、配管２２の第１のバルブ２４よりチャンバ２側及び配管２８の第２のバルブ２９よりチャンバ２側によって測定空間が形成される。なお、水蒸気透過量測定装置１は、チャンバ２及び各配管の温度をそれぞれ所定の温度に維持する図示しないヒータを備える。

以下、水蒸気透過量測定装置１の動作を説明する。
フィルムＦの水蒸気透過量を測定する前に、当初から測定空間に存在する水蒸気を除去する必要があるため、以下のようにして測定空間の乾燥工程が行われる。

第１チャンバ部９のフランジ部９ｂと、第２チャンバ部１０のフランジ部１０ｂの間に測定対象物であるフィルムＦがセットされ、水蒸気透過量測定装置１の温度が一定に維持される。例えば、チャンバ２の温度は８０℃、各配管の温度は５０℃とされる。

第２のバルブ２９、第４のバルブ２５及び第１のバルブ２４がこの順に開放される。原料ガスがガス源１５から配管１６を通って純化器２０に供給され、純化器２０によって乾燥及び不純物除去され、乾燥ガスが生成される。乾燥ガスは配管２２及び水蒸気量測定器８を通って第２の室１４に導入される。第２の室１４に導入された乾燥ガスは、配管２８を通って排出される。なお、乾燥ガスは、例えば流量５Ｌ／ｍｉｎとされる。水蒸気透過量測定装置１は、この状態で所定時間、例えば２０時間維持される。所定時間経過後、第１のバルブ２４及び第２のバルブ２９がこの順で閉止され、乾燥ガスの流通が停止される。この際、加湿器１７が作動していない状態で第３のバルブ１９及び第５のバルブ２７が開放され、原料ガスが第１の室に流通されてもよい。

このように行われる乾燥ガスの流通により、測定空間に存在する水蒸気が除去される。ここで、水蒸気量測定器８は、第２の室１４の上流にあたる配管２２に設けられているため、第２の室１４から放出された水蒸気が水蒸気量測定器８に付着することがない。

乾燥工程に続いて、測定対象物であるフィルムＦの水蒸気透過量が以下のようにして測定される。チャンバ２及び配管の温度が４０℃に変更される。

第５のバルブ２７及び第３のバルブ１９がこの順で開放される。原料ガスがガス源１５から配管１６を通って加湿器１７によって加湿され、試料ガスが生成される。試料ガスは配管１８を徒って第１の室１３に導入される。第１の室１３に導入された試料ガスは、配管２６を通って排出される。

第１の室１３に導入された試料ガスに含まれる水蒸気の一部は、測定対象物であるフィルムＦから測定空間に透過する。透過した水蒸気は測定空間内を拡散し、水蒸気量測定器８によって測定される。水蒸気量測定器８により測定された水蒸気量と、フィルムＦの面積と、測定経過時間から、水蒸気透過量（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）が得られる。

以上のようにして、フィルムＦの水蒸気透過量が測定される。乾燥工程において、第２の室１４から放出された水蒸気が水蒸気量測定器８に付着することがないため、このような水蒸気による測定値への影響が排除され、高精度に水蒸気透過量を測定することが可能となる。

乾燥ガスは測定中は流通されないため、測定中に乾燥ガスを常時流通させる場合に比べてその必要量を少ないものとすることが可能である。また、フィルムＦを透過した水蒸気は排出されることなく測定空間内に留まるため、水蒸気がフィルムＦを透過する速度が小さい場合であっても測定することが可能となる。

本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。

例えば、ガス供給系は乾燥ガス供給経路及び試料ガス供給経路に原料ガスを供給するガス源を有するものとしたがこれに限られず、乾燥ガス供給経路に原料ガスを供給するガス源と試料ガス供給経路に原料ガスを供給する別のガス源とを有していてもよい。

１ 水蒸気透過量測定装置
２ チャンバ
５ 乾燥ガス導入経路
７ 乾燥ガス排出経路
８ 水蒸気量測定器
１３ 第１の室
１４ 第２の室
２４ 第１のバルブ
２９ 第２のバルブ

Claims (3)

1. 測定対象物により第１の室と第２の室とに区画されるチャンバと、
   第１のバルブを有し、前記チャンバの前記第２の室に接続され、前記第２の室に乾燥ガスを導入する乾燥ガス導入経路と、
   第２のバルブを有し、前記チャンバの前記第２の室に接続され、前記第２の室から前記乾燥ガスを排出する乾燥ガス排出経路と、
   前記第１の室から、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブが閉止されることで形成される測定空間に向けて前記測定対象物を透過した水蒸気の量を測定する、前記第１のバルブと前記第２の室の間に配置された水蒸気量測定器と
   を具備する水蒸気透過量測定装置。
2. 請求項１に記載の水蒸気透過量測定装置であって、
   前記水蒸気量測定器は露点計である
   水蒸気透過量測定装置。
3. チャンバを第１の室と第２の室との２室に区画するように測定対象物を配置し、
   乾燥ガス導入経路に設けられた第１のバルブを開放することで前記第２の室に乾燥ガスを導入し、乾燥ガス排出経路に設けられた第２のバルブを開放することで前記第２の室から乾燥ガスを排出し、
   前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉止することで前記第２の室への乾燥ガスの導入及び前記第２の室からの乾燥ガスの排出を停止し、
   前記第１の室から、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブが閉止されることで形成される測定空間に向けて前記測定対象物を透過した水蒸気の量を、前記第１のバルブと前記第２の室の間に配置された水蒸気量測定器によって測定する
   水蒸気透過量測定方法。

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