JP2002296162A - 繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定装置と，それを用いた繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は微少荷重，微少モーメントを与える事
が必要であるために，曲げ特性の測定が困難であるとい
う従来の欠点の改良された繊維状またはシート状物体の
曲げ特性測定装置及び繊維状及びシート状物体の曲げ特
性測定方法を提供することを目的とする。 【解決手段】繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定
装置において，被測定物を真空中で回転させ，その変形
量から繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定する。
力学的異方性をもち，微少負荷の必要性により測定が困
難であった繊維などの物体の曲げ特性が一度の試験で容
易に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は新規な繊維状またはシ
ート状物体の曲げ特性測定装置およびその測定方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来，繊維状またはシート状物体の曲げ
特性測定装置として，多くの方法が知られているが，単
繊維などの物体の測定には微少負荷及び微少モーメント
の計測が必要なため，それらの装置での測定は困難であ
った。他にも，引張試験によって測定された引張り弾性
率から，計算によって曲げ剛性を求める方法も考案され
ているが，厳密を要する場合には実測する必要があるた
め実用的ではなかった。

【０００３】繊維状物体及びシート状物体の曲げ剛性を
実測する方法として，振動リード法があるがその測定原
理から微少変形での曲げ剛性の測定しか行えなかった。
また，従来の方法では物体の平均的な曲げ剛性しか測定
できなかった。すなわち，従来の技術では曲げ剛性が微
少な物体への適用ができない，曲率の変化に伴った曲げ
剛性の変化を測定できない。また振動リード方について
は大変形についての測定への適用ができないなどの改善
には限界があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記の欠
点のない繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定装置
および方法，特に曲げ剛性が微少な物体への適用ができ
ないの改良された繊維状またはシート状物体の曲げ特性
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】本願は，被測定物への荷
重機構，被測定物セット機構，加わった応力すなわち荷
重とここでは表現するがその応力に対する変形量検出機
構を同時に構成することを特徴とする繊維状またはシー
ト状物体の曲げ特性測定装置及び被測定物への荷重手
段，被測定物セット手段，荷重に対する変形量検出手段
を同時に成立させる事を特徴とする繊維状またはシート
状物体の曲げ特性測定方法に関する。その骨子を列記す
ると次の通りである。

【０００６】（１）繊維状またはシート状物体の曲げ特
性測定装置において，被測定物への荷重機構，被測定物
セット機構，過重に対する変形量検出機構を同時に構成
する繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定装置。

【０００７】（２）繊維状またはシート状物体の曲げ特
性測定における特性検出方法において，被測定物への荷
重手段，被測定物セット手段，荷重に対する変形量検出
手段を組合わせる繊維状またはシート状物体の曲げ特性
測定方法。

【０００８】（３）繊維状またはシート状物体の曲げ特
性測定装置において，被測定物への荷重手段が被測定物
を回転させる事による遠心力を利用したものである繊維
状またはシート状物体の曲げ特性測定方法。

【０００９】（４）繊維状またはシート状物体の曲げ特
性測定装置において，荷重に対する変形量検出手段がモ
ータの回転数とストロボスコープの発光数の同期を利用
したものであることを特徴とする繊維状またはシート状
物体の曲げ特性測定方法。

【００１０】（５）被測定物への荷重機構，被測定物セ
ット機構，荷重に対する変形量検出機構を合わせもった
繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定装置を用いた
繊維状またはシート状物体の曲げ特性を測ることを特徴
する物性測定方法。

【００１１】先ず理解を容易にするために図を持ちて説
明する。第１図は，本願発明請求項１の繊維状またはシ
ート状物体の曲げ特性測定装置の被測定物への荷重機
構，被測定物セット機構，荷重に対する変形量検出機構
を示すもので，１は被測定物，２はモータ，３はターン
テーブル，４はモーターコントロールユニット，５は真
空ポンプ，６は真空槽，７は圧力計を示す。

【００１２】この，１，２，３，４，５，６，７が被測
定物への荷重機構である。８はストロボスコープ，９は
フォトセンサ，１０はデジタルカメラを示す。この，
８，９，１０が荷重に対する変形量検出機構である。

【００１３】第２図は繊維状またはシート状物体の曲げ
特性測定装置の被測定物セット機構をしめしたもので，
１１は繊維状の被測定物，１２はターンテーブル，１３
はモータ，１４は被測定物固定板，１５は被測定物固定
ネジ，１６は被測定物固定溝を示す。１２と１４の間に
１６に沿って１１をはさみ，１５をしめる事により１１
がセットされる。

【００１４】第３図は，繊維状またはシート状物体の曲
げ特性測定装置の被測定物への荷重による変形模式図で
ある。１７は繊維状の被測定物，１８はターンテーブ
ル，１９はモータ，２０の矢印は１７への荷重方向，２
１の矢印は１２の回転方向を示す。１９の回転に伴った
１８の回転により１７に１９方向の遠心力が負荷されて
おり，１７は変形状態にあることを示している。１７は
１８の回転により２０の示す方向に荷重を受け，たわみ
変形した状態を示している。

【００１５】第４図は繊維状またはシート状物体の曲げ
特性測定装置の荷重に対する変形量検出機構を示してお
り，２２は繊維状の被測定物，２３はターンテーブル，
２４はモータ，２５はストロボスコープ，２６はフォト
センサ，２７は突起，２８はカメラ，２９の太い矢印は
２８の撮影方向を示す。

【００１６】被測定物への荷重機構としては公知のモー
タ及びコントロールユニット及び真空ポンプ及び真空槽
及びターンテーブルが挙げられる。

【００１７】荷重量の調節はモータの回転数の調節，及
びターンテーブルの全長の調節によって行われる。荷重
量の調節はモータの回転数を調節することにより行う事
が好ましい。ターンテーブルの全長の調節による荷重量
の調節は，ターンテーブル取り替え及び被測定物取り替
えの作業を行う必要があり，被測定物セットの初期条件
を一様に保つことが難しいという点で劣る。

【００１８】ターンテーブルの形状は，回転による振動
を軽減するためにモータの軸に対して対照になるものが
優れる。例として直方体状の物や円盤状の物が挙げら
れ，被測定物のセット及び荷重量と変形量の関係の検出
における簡便性から直方体状のものが優れる。回転の安
定性では円盤状の物が優れるが，被測定物をセットする
のが困難であるという点，また，荷重に対する変形量検
出の複雑化の点で劣る。

【００１９】被測定物への荷重量を設定する際の基準と
なるのは被測定物の変形量である。被測定物の変形量は
少なすぎると曲率が大きい時の曲げ剛性を測定できな
い。また，変形量が過度に大きなものになると，荷重量
の変化による変形量変化率が少なくなり，これも検出率
が悪くなる。荷重量とは，応力と読みかえることが出き
ることは申すまでもない。応力を受けたことに対する変
形量が求められる。

【００２０】荷重成分としては，回転による遠心力，重
力，空気抵抗が考えられるが，変形量と荷重量の関係の
次元を少なくし検出をより簡便化するために，モータ及
びターンテーブルを真空槽の中に設置する事により空気
抵抗をなくし，変形量と荷重量の関係を２次元の変形か
ら検出することが好ましい。

【００２１】被測定物への荷重手段としては，被測定物
を直立させた状態で回転させ被測定物へ荷重する手段の
他に，被測定物を吊り下げた状態で回転させ，被測定物
へ荷重する手段も行われる。

【００２２】被測定物セット機構は，被測定物固定用
溝，被測定物固定板，固定ネジで構成される。被測定物
が繊維状物体の場合は，被測定物固定用溝に沿って被測
定物を置き，軸方向と重力方向が平行になるように被測
定物固定板とターンテーブルとではさみ，固定ネジを締
める事により被測定物セットは行われる。

【００２３】シート状物体の場合は，被測定物を短冊状
に切断しその長軸が重力方向と平行になるように，被測
定物固定板とターンテーブルの間にはさみ，固定ネジを
締めて被測定物をセットする。

【００２４】荷重に対する変形量検出機構は，デジタル
ストロボスコープ及びフォトセンサ及びカメラが挙げら
れる。被測定物が変形した状態での像より各測定点の座
標を決定し，数値計算を行うことにより荷重量と変形量
の関係が検出される。その像を得るための手段の一つを
例に挙げる。被測定物の変形状態での像はターンテーブ
ルの回転数とストロボスコープの発光数を同期させカメ
ラで写す事により得る事が出来る。

【００２５】同期の方法はまず，ターンテーブルの側面
に突起を取り付けフォトセンサをターンテーブルの回転
面とほぼ同じ高さに設置する。回転の際にフォトセンサ
のセンサ部の間をこの突起が通過するように調節し，フ
ォトセンサの反応信号毎にストロボスコープが発光する
ように設定することによりターンテーブルの回転数とス
トロボスコープの発光数の同期が行われる。この時の回
転方向は問わない。

【００２６】これにより，被測定物は変形したまま停止
しているように観察されるようになる。この像をカメラ
で真横から写し，変形を座標上の数値に変換し数値計算
を行うことにより，被測定物の各測定点における荷重に
対する変形量の検出が行われる。

【００２７】

【実施例】以下の実施例により，本発明を更に詳細に説
明する。しかし，本実施例により，本発明の有効性が，
限定解釈されるものではない。

【００２８】実施例１ モータの回転数は０〜２０００ｒｐｍに制御可能である
ものを用い，ストロボスコープも発光数がその範囲で制
御可能なものを使用した。ターンテーブルは試料の変形
量を観察し，モータが３００〜１８００ｒｐｍの回転数
の間で測定が行えるように長さを調節した。

【００２９】また，モータを３００ｒｐｍから１８００
ｒｐｍまで１００ｒｐｍづつ増加させていき，１００ｒ
ｐｍ毎の測定試料の先端移動距離を測定し，最も移動距
離が長い部分辺りで曲げ剛性を測定した。得られたデジ
タルカメラの画像から曲げ剛性を算出するために，今回
用いた理論式を次に示す。

【００３０】測定試料の微少区間について考えると，局
所的な曲げモーメントの関係より次の式が成り立つ。 これは変形前の測定試料の軸方向上向きをＹ軸としそれ
に垂直に遠心力方向をＸ軸として導出されたものであ
る。また，Ｍは曲げモーメント，ρは測定試料の線密
度，ωはモータ回転の角速度，ｘはその点でのｘ座標，
Ｓ’は自由端からの測定試料に沿った長さ，θはＳ’の
点における接線がＹ軸となす角度，ｇは重力加速度を意
味する。

【００３１】式を変形すると となる。

【００３２】ＥＩが曲げ剛性である。デジタルカメラに
よって得られた画像を解析し，測定点の座標を入手す
る。そして，それより必要な数値を算出し式に代入す
ることによりＥＩが測定される。今回は式左辺をθと
Ｓ’関係を３次式で近似したものを微分することにより
求めた。

【００３３】測定試料はナイロンで繊維断面の直径が
０．１５ｍｍ，０．１７ｍｍ，０．２０ｍｍで，それぞ
れの長さを５０ｍｍとして試験を行った。また，ターン
テーブルの全長を６０ｍｍとし，測定試料にあわせてモ
ータの回転数を８００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍ，１７０
０ｒｐｍにあわせてその画像を解析し，各測定点におけ
る曲げ剛性を算出した。今回は，それぞれの試料を５個
づつ試験しその平均を計算した。

【００３４】結果として，図５のようなそれぞれの測定
試料について，測定点ごとの曲率の変化に伴った曲げ剛
性を得ることが出来た。このことから，曲げ特性を解明
するための有効的な数値が得られたと言える。

【００３５】比較例１ 実施例１で用いた同じ３種の太さのナイロンで，振動リ
ード法により曲げ剛性を測定した。１種の測定試料につ
き長さを３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍの３段階に設定
しそれぞれの長さで３回測定し，計９回の平均を計算し
た。

【００３６】その結果，繊維断面の直径が０．１５ｍｍ
のときＥＩが０．１１Ｎｍｍ^２，直径が０．１７ｍｍの
とき０．１８Ｎｍｍ^２，直径が０．２０ｍｍのとき０．
４４Ｎｍｍ^２であった。振動リード法はその測定原理か
ら，得られる数値は微少変形内での曲げ剛性であり，た
だ一つの数値しか得られず曲率との関係などは測定でき
ない。

【００３７】本願発明の繊維状またはシート状物体の曲
げ特性測定装置は，振動リード法では測定できない大変
形における曲げ剛性や曲率と曲げ剛性の関係を測定する
ことができ，測定試料が本来持つ適正な曲げ特性を明確
に示していることが分かる。

【００３８】

【変更可能な範囲】本発明の繊維状及びシート状物体の
曲げ特性測定装置において，被測定物のセット方向及び
方法，荷重に対する変形量検出機構において，荷重量と
変形量の検出方法，モータとストロボスコープの同期方
法，数値計算方法は測定の用途によって変更可能であ
る。

【００３９】本願発明では被測定物への荷重手段は，被
測定物を回転させることによる遠心力を利用したもので
あり，被測定物への微少な荷重の調節をもたらす。な
お，本発明には，次の各構成を発明の内容として，選択
的に含むものである。

【００４０】Ａ．被測定物への荷重手段において，被測
定物を回転させることによる遠心力を利用すること。 Ｂ．荷重に対する変形量検出手段において，ストロボス
コープの発光とモータの回転を同期させ，荷重量と変形
量を数値計算によって導出すること。 Ｃ．被測定物セット機構において被測定物をターンテー
ブルより下方向に吊り下げること。

【００４１】

【用途】本願書で言う繊維状物体及びシート状物体と
は，単繊維・糸・紐・コード・ワイヤー・ケーブル・毛
髪・毛・棒・織物・編物・不織布・フィルム・膜・金属
板・箔等，またはそれらの複合材で，本出願発明によ
り，衣料材料，産業資材，インテリア材料，紙等の曲げ
特性の測定ができる。

【００４２】本願発明に係る繊維状またはシート状物体
の曲げ特性測定装置は一度の測定で被測定物の曲げ特性
を測定できる簡便性，繊維状またはシート状の様々な物
体について曲げ特性が測定できる汎用性などに優れ，繊
維状またはシート状物体の曲げ特性の簡易な測定，糸・
コード・ケーブル・毛髪・毛・棒・織物・編物・不織布
・フィルム・膜・金属板・箔等，またはそれらの複合体
の様々な繊維状またはシート状物体の測定等に用いられ
る。

【００４３】

【発明の効果】本発明では，次の効果がある。 （１）被測定物への荷重量の微少調節が優れている。 （２）一度の測定で被測定物の曲げ特性を測定する事が
できる。 （３）様々な被測定物に対応できる汎用性に優れてい
る。 （４）小な変形量に対する特性が測定可能となった。 （５）微小なサンプルの測定ができる。 （６）柔軟なものでも吊り下げ固定により可能である。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

図１は本願発明に係る繊維状またはシート状物体の曲げ
特性測定装置の被測定物への荷重機構，被測定物セット
機構，荷重に対する変形量検出機構の全体図である。図
２は繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定装置の被
測定物セット機構の図である。図３は繊維状またはシー
ト状物体の曲げ特性測定装置の被測定物への荷重機構の
図である。図４は繊維状またはシート状物体の曲げ特性
測定装置の荷重に対する変形量検出機構の図である。図
５は実施例１で得られた測定結果の１例である。

【００４５】

【符号の説明】

１ は繊維状の被測定物を示す。 ２ はモータを示す。 ３ はターンテーブルを示す。 ４ はモーターコントロールユニットを示す。 ５ は真空ポンプを示す。 ６ は真空槽を示す。 ７ は圧力計を示す。 ８ はストロボスコープを示す。 ９ はフォトセンサを示す。 １０はカメラを示す。

【００４６】１１は繊維状の被測定物を示す。 １２はターンテーブルを示す。 １３はモータを示す。 １４は被測定物固定版を示す。 １５は被測定物固定ネジを示す。 １６は被測定物固定溝を示す。 １７は繊維状の被測定物を示す。 １８はターンテーブルを示す。 １９はモータを示す。

【００４７】２０の矢印は１７への荷重方向を示す。 ２１の矢印は１８の回転方向を示す。 ２２は被測定物を示す。 ２３はターンテーブルを示す。 ２４はモータを示す。 ２５はストロボスコープを示す。 ２６はフォトセンサを示す。 ２７は突起を示す。 ２８はカメラを示す。 ２９の太い矢印は，２８の撮影方向を示す。

フロントページの続き (72)発明者 高寺 政行 長野県上田市常田３町目15番１号 信州大 学繊維学部感性工学科内 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA65 BB12 CC00 CC02 FF04 GG08 JJ26 2G061 AA07 AB01 BA20 CA09 CB01 CB05 DA01 EA01 EA02 EB07 EC02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定
   装置において，被測定物への荷重機構，被測定物セット
   機構，荷重に対する変形量検出機構を同時に構成するこ
   とを特徴とする繊維状またはシート状物体の曲げ特性測
   定装置。
2. 【請求項２】繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定
   における特性検出方法において，被測定物への荷重手
   段，被測定物セット手段，荷重に対する変形量検出手段
   を組み合わせることを特徴とする繊維状またはシート状
   物体の曲げ特性測定方法。
3. 【請求項３】繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定
   装置において，被測定物への荷重手段が被測定物を回転
   させる事による遠心力を利用したものであることを特徴
   とする繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定方法。
4. 【請求項４】繊維状またはシート状物体の曲げ特性測定
   装置において，荷重に対する変形量の関係を検出する手
   段がモータの回転数とストロボスコープの発光数の同期
   を利用したものであることを特徴とする繊維状またはシ
   ート状物体の曲げ特性測定方法。
5. 【請求項５】被測定物への荷重機構，被測定物セット機
   構，荷重に対する変形量検出機構を合わせもった繊維状
   またはシート状物体の曲げ特性測定装置を用いて繊維状
   またはシート状物体の曲げ特性を測ることを特徴する物
   性測定方法。