JPH0421812B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、多孔性物質に存在する細孔の分布を
測定する装置に関し、更に詳しくは、多孔性物質
を水銀内に浸漬し、その水銀の圧力を低圧から高
圧まで変化させて細孔内への水銀侵入量を変化せ
しめ、水銀が侵入し得る最小の細孔直径がその圧
力に反比例する性質を利用して、適宜その圧力と
水銀侵入量を計測することによつて物質に存在す
る細孔の直径分布を測定する、いわゆる水銀圧入
式細孔分布測定装置に関する。

(ロ) 従来技術 一般に、この種装置においては、水銀圧入の為
の圧力を、大気圧よりも低い真空に近い状態から
大気圧よりも高い高圧状態にまで変化させる必要
がある。その為、通常、大気圧以下の減圧領域
は、供試試料および水銀を収容する試料セルを、
排気ポンプによつて減圧される減圧ステージ内に
載置して計測を行い、大気圧以上の加圧領域は、
試料セルをオイル等の圧力媒体によつて加圧され
る加圧ステージ内に載置して計測が行われる。

減圧ステージにおいては、試料セル内の水銀の
自重による水銀頭の影響をなくす為、試料セルは
横向きに置かれて計測が行なわれ、加圧ステージ
に移設すると試料セルは縦向きに置かれる。この
とき、水銀自重によつて発生する水銀頭が供試試
料に圧力を作用させるが、従来装置においては、
水銀圧入の為の圧力の計測を圧力計等により各ス
テージ内圧力値によつていた為、測定結果には上
述の水銀頭による圧力の誤差を含んでいた。

(ハ) 目的 本発明は上記に鑑みなされたもので、上述の水
銀頭による圧力の誤差を含まない精密な測定を行
い得る細孔分布測定装置の提供を目的とする。

(ニ) 構成 本発明の特徴とするところは、試料セルに少な
くとも水平状態から垂直状態までの任意の傾斜を
与える手段と、その傾斜角度を検出する手段を備
え、水銀自重に起因して発生する圧力を上記角度
から算出し、その圧力による水銀侵入量を計測し
て供試試料の細孔分布測定に供し得るよう構成し
たことにある。

(ホ) 実施例 以下、図面に基づいて本発明実施例を説明す
る。

第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク図
である。

試料Ｗは試料セル１の試料室部１ａ内に収容さ
れ、大気圧より低い減圧領域の計測時には減圧ス
テージ２内に載置される。このとき、試料セル１
のステム部１ｂは減圧ステージ２内のセル取付部
３に０リング３ａを介して挿入され、外気に対し
て気密が保たれる。セル取付部３はエア配管４に
よつてセル排気バルブ５を介して真空ポンプ６に
連通しており、エア配管４には圧力計７、リーク
バルブ８が接続されている。セル取付部３はま
た、水銀用配管９によつて水銀脱泡器１０と連通
しており、これらは水銀ドレンバルブ１１を介し
水銀溜１２に連通している。水銀溜１２はまた、
水銀用配管９によつて水銀注入バルブ１３を介し
て水銀脱泡器１０と連通するとともに、エア配管
４によつて水気溜排気バルブ１４を介して真空ポ
ンプ６と連通し、更に水銀溜開放バルブ１５によ
つて大気と連通することができる。

試料セル１内は水銀脱泡器１０内とともに、セ
ル排気バルブ５を開けリークバルブ８を閉じた状
態で真空ポンプ６によつて排気され、その圧力
（真空度）は圧力計７によつて測定される。排気
後、リークバルブ８を断続的に開放することによ
つて真空に近い減圧状態から大気圧にまで連続的
に昇圧することができる。

水銀溜１２内は、セル排気バルブ５、水銀溜開
放バルブ１５および水銀ドレンバルブ１１を閉
じ、水銀溜排気バルブ１４を開けた状態で真空ポ
ンプ６によつて排気され、水銀溜開放バルブ１５
を開ければ大気圧にさらされる。また、水銀溜１
２は、水銀脱泡器１０とともに試料セル１を満た
すに充分な水銀を貯蔵する為のもので、試料セル
１および水銀脱泡器１０が排気された状態で、水
銀溜開放バルブ１５を開放し、水銀注入バルブ１
３を開ければ、水銀はノズル９ａから水銀脱泡器
１０内に噴出し、このとき水銀中に存在する気泡
は減圧状態にある水銀脱泡器１０内に拡散し、そ
の下部に溜まる水銀内には気泡は存在しない。な
お、このときセル排気バルブ５を開けて排気を続
けるので、気泡拡散による真空度の低下はない。

水銀脱泡器１０とセル取付部３は水銀配管９に
よつてその下部で連通しているので、水銀脱泡器
１０内の水銀液面の上昇と同時にセル取付部３お
よび試料セル１内でも水銀液面が上昇する。水銀
脱泡器１０には、水銀注入完了検出接点１６と水
銀排出完了検出接点１７が設けられ、これらは水
銀脱泡器１０内の水銀の注入又は排水の完了を報
知して、注入又は排出を停止する為の信号とな
す。水銀注入完了検出接点１６の配設位置は、試
料セル１の配設位置より充分高くしてあるので、
真空に近い減圧状態にある試料セル１内には、ス
テム１ｂを経て試料室部１ａを完全に満たすまで
水銀が注入されるよう構成されている。

水銀注入完了検出接点１６が作動した後、水銀
溜開放バルブ１５とセル排気バルブ５を閉じ、水
銀溜排気バルブ１４を開けて水銀溜１２内を排気
し、水銀ドレンバルブ１１を開放すると水銀脱泡
器１０およびセル取付部３内から水銀が自重によ
つて落下し、水銀溜１２内に戻される。

減圧ステージ２に装着された回転軸１８は、ス
テージ駆動装置１９によつて回転駆動され、これ
によつて試料セル１は減圧ステージ２ごと、ステ
ム部１ｂが水平の状態からステム部１ｂを上方に
向けた垂直の状態まで任意の角度で停止され、傾
斜が与えられるように構成され、その傾斜角度は
傾斜角度読取装置２０によつて検出される。な
お、エア配管４および水銀用配管９の減圧ステー
ジ２近傍部分は、減圧ステージ２の傾斜を妨げな
いようフレキシブルチユーブ２１が採用されてい
る。

試料セル１は、そのステム部１ｂに配設された
シース電極２２と試料セル１内部の水銀とによつ
てコンデンサを形成し、ステム部１ｂにおける水
銀液面の変位は、このコンデンサの容量変化を静
電容量検出器２３でとらえることによつて計測さ
れる。

大気圧より高圧の加圧領域の計測に当つては、
試料セル１は加圧ステージ２４内に移設される。
加圧ステージ２４は油圧バルブ２５を介して圧力
発生器２６と連通しており、オイルを圧力媒体と
して加圧ステージ２４内に高圧力が加えられる。
その圧力は媒体圧力計２７によつて検出され、ま
た、試料セル１のステム部１ｂにおける水銀液面
の変位は、減圧ステージ２と同様シース電極２２
と水銀とによるコンデンサの容量を静電容量検出
器２３′によつてとらえられて計測される。

次に本発明実施例の作用を、使用方法とともに
述べる。

先ず、供試試料Ｗを試料セル１内に収容し、減
圧ステージ２内に置く。このとき、減圧２はステ
ージ駆動装置１９および回転軸１８によつて、試
料セル１が水平の状態になるような位置で停止さ
れている。各バルブを操作して試料セル１内の排
気を行い、水銀を水銀注入完了検出接点１６が作
動するまで注入し、水銀溜１２の排気を行う。次
に、水銀ドレンバルブ１１を開け、水銀を自重に
よつて水銀溜１２内に落下させるが、このとき、
試料セル１内の水銀まで落下させない為に、試料
セル１内に水銀が満たされた時点でセル排気バル
ブ５を閉じ、リークバルブ８を一瞬開けることに
よりエア配管４を通じて若干の空気圧（通常0.05
Kg／cm²abs.程度）をかけておく。こうすれば水銀
がセル取付部３から落下するに当り、試料セル１
内の水銀は試料セル１内部にとどまる。水銀排出
完了検出接点１７が作動して水銀の排出完了が検
出された時点において、試料セル１には水銀が充
填された状態でその圧力は上述の0.05Kg／cm²abs.
程度であつて、その圧力から減圧域の測定が行な
われることになる。減圧域の測定は、リークバル
ブ８を短時間づつ断続的に開放することにより空
気に断続的に大気圧にまで上昇させることによつ
て行なわれ、その各圧力と対応する水銀侵入量が
計測される。

大気圧までな測定が完了すれば、ステージ駆動
装置１９によつて回転軸１８を所定量づつ回転せ
しめ、試料セル１を水平状態から所定角度づつ垂
直状態にまで回動させ、水平線に対する試料セル
１の傾斜角度αと、各傾斜角度における水銀液面
の変位量（水銀侵入量）が計測される。

垂直状態までの計測が終了すれば、試料セル１
は加圧ステージ２４に移設されるが、当然このと
き試料セル１は垂直状態に置かれる。加圧ステー
ジ２４では、内部にオイルを充填した後、圧力発
生器２６によつて所定の高圧力にまで圧力を順次
上昇させ、その圧力と対応して水銀侵入量が計測
される。

以上の測定において、細孔直径Ｄと試料に作用
する圧力Ｐの関係は、水銀の表面張力をσ、試料
と水銀との接触角をθとすれば Ｄ＝−（１／Ｐ）・4σ・cosθ ……(1) で表わされ、試料に作用する圧力Ｐは、水銀が侵
入し得る最大の細孔直径Ｄに換算することがで
き、また侵入した水銀の体積は、そき時点の圧力
に対応する細孔直径よりも大きいすべての細孔容
積を表わすので、順次圧力を変化せしめて各圧力
における水銀侵入量を計測することによつて、供
試試料の細孔分布が求められる。(1)式において、
圧力Ｐは、空気圧あるいは油圧の圧力を計測して
得られる圧力P₁と、水平状態以外の試料セル１
内の試料に作用するステム部１ｂの水銀自重によ
る水銀頭P₂が含まれ、P₂は、ステム部１ｂの全
長をＬ、圧力Ｐにおける水銀の変化量をＶ、ステ
ムの断面積をＡ、水平線に対するステム部１ｂの
傾斜角をαとすれば、 P₂＝（Ｌ−Ｖ／Ａ）・sinα〔cmHg〕 ……(2) と表わされることができる。従つて(1)、(2)式よ
り、試料セル１の傾斜角度αと水銀侵入量Ｖを測
定することによつて、水銀自重による水銀頭P₂
を算出することができる。

以上のことは、第２図に本発明実施例による細
孔分布曲線を示す如く、図中に示す減圧ステー
ジにおける測定領域と、に示す加圧ステージに
おける測定領域とに挟まれたに示す領域の測定
を、試料セル１の傾斜により水銀頭P₂を変化せ
しめることによつて可能とするばかりでなく、従
来、の領域において含まれていた圧力あるいは
水銀侵入量の誤差を解消し得ることを示してい
る。

なお、試料セル１の傾斜を、水平状態から垂直
状態に変化させるに当り、途中で停止させず、変
化直前直後の水銀侵入量を計測し、垂直状態に変
化された以後の圧力Ｐについて、油圧圧力P₁に
上述の水銀頭P₂（α＝90°）を加味して計算しても
よいことは云うまでもない。また、上述の実施例
の説明では、圧力を増圧する方向の測定について
述べたが、増圧後の圧力を順次降圧して、計測を
行う、ヒステリシス測定をも行い得ることは勿論
であり、この場合、加圧ステージでの計測終了後
に試料セルを垂直の状態で１気圧の減圧ステージ
に置き、減圧ステージを水平状態にまで適宜傾斜
せしめて計測を行つた後、減圧ステージでの低圧
測定を行う。

(ヘ) 効果 以上説明したように、本発明によれば、従来装
置では含まれていた、試料セルを立てることによ
り発生する水銀頭による誤差を解消し、更にその
傾斜量を任意に変化せしめて水銀頭を変化せし
め、その各傾斜における水銀侵入量を計測して、
従来装置では計測不可能の領域での細孔分布曲線
をも求めることができ、厳密な細孔分布の測定が
可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク
図、第２図は本発明実施例によつて測定された細
孔分布曲線である。 １……試料セル、１ｂ……ステム部、２……減
圧ステージ、６……真空ポンプ、７……圧力計、
１０……水銀脱泡器、１２……水銀溜、１８……
回転軸、１９……ステージ駆動装置、２０……傾
斜角度読取装置、２２……シース電極、２３，２
３′……静電容量検出器、２４……圧力ステージ、
２６……圧力発生器、２７……媒体圧力計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多孔性の供試試料が載置された試料セル内に
   水銀を充填、上記試料セル内の水銀に作用する圧
   力を大気圧より低圧の領域と大気圧より高圧の領
   域で変化させて、供試試料に存在する細孔内への
   水銀侵入量を変化せしめ、上記圧力と水銀侵入量
   を順次計測して各圧力に対応する水銀侵入量を求
   め、上記各圧力を水銀が侵入し得る細孔直径に換
   算することによつて供試試料に存在する細孔の直
   径分布を測定する装置において、上記試料セルに
   少なくとも水平状態から垂直状態までの傾斜を与
   える手段と、その傾斜の角度を検出する手段とを
   備え、水銀自重に起因して発生する圧力を上記角
   度から算出し、その圧力による水銀侵入量を計測
   して供試試料の細孔分布測定に供し得るよう構成
   したことを特徴とする細孔分布測定装置。