JP2006292563A - 補強繊維の密度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補強繊維の密度測定手段の機械化により、人手による測定作業に起因する測定誤差をなくすとともに、作業効率と作業環境を向上させることを可能にする補強繊維の密度測定装置を提供する。
【解決手段】排気手段を設けたハウジングの中に、複数個の補強繊維の試料を保持するホルダーと、該試料を次工程の空中重量測定手段へ運搬する手段と、試料の空中の重量を測定する空中重量測定手段と、試料中の気泡を脱泡する手段と、該脱泡された試料の液中の重量を測定する液中重量測定手段と、測定済み試料を取り出し廃棄する手段とを設けたことを特徴とする補強繊維の密度測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、液置換法によるマルチフィラメントからなる補強繊維の密度測定装置に関する。

液置換法により補強繊維の密度を測定する方法として、ＪＩＳ Ｒ ７６０１（１９８６）に基づいた方法が一般的に用いられている。

本発明者らは、これまでＪＩＳ Ｒ ７６０１（１９８６）に基づいて、補強繊維の空中重量を測定し、その補強繊維を特定の液体の中に浸漬し、液中で補強繊維を振り動かすなどの作業を行い、補強繊維の気泡を完全に追い出した後、補強繊維の液中重量の測定を行っていた。

上記測定で得られた補強繊維の空中重量と液中重量、および使用した浸漬液の密度を用い、次式から補強繊維の密度を算出していた。

Ｄ＝｛Ａ／（Ａ−Ｂ）｝×ρＬ
Ｄ：補強繊維の密度
Ａ：補強繊維の空中重量
Ｂ：補強繊維の液中重量
ρＬ：浸漬液の密度
上記の空中重量測定機、液中重量測定機は、例えば、株式会社島津製作所製の商品名ＡＥＧ−２２０改として改良市販されている。

本方法では、上述のとおり、浸漬液中の補強繊維の気泡を完全に追い出すため、浸漬液中で補強繊維を振り動かすなどの作業が必要となる。

また、同量であっても測定する補強繊維のフィラメント数が大きくなるほど気泡が抜けにくくなるため、作業者は補強繊維のフィラメント数によって振動速度、振動時間などを経験則に基づき変えて測定を行っていた。しかしながら、この方法では、振動速度、振動時間、作業者などが相違することによって、測定結果にバラツキが生じやすいという問題があった。

また、上記測定を全て人手で行うため１回に測定できる試料の数にも限度があり、作業効率が著しく低くなるという問題があった。さらに、測定作業には浸漬液に有機溶剤を扱うため、有機溶剤が作業室内に蒸発して、作業環境を悪化するという問題があった。

なお、補強繊維の密度測定において、このような問題を取り扱った従来技術は見あたらない。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題を解決することにあり、すなわち、補強繊維の密度測定手段の機械化により、人手による測定作業に起因する測定誤差をなくすとともに、作業効率と作業環境を向上させることを可能にする補強繊維の密度測定装置を提供することにある。

（１）排気手段を設けたハウジングの中に、複数個の補強繊維の試料を保持するホルダーと、該試料を運搬する手段と、試料の空中の重量を測定する手段と、試料中の気泡を脱泡する手段と、該脱泡された試料の液中の重量を測定する手段と、測定済み試料を取り出し廃棄する手段とを設けたことを特徴とする補強繊維の密度測定装置。

（２）前記複数個の試料が順次連続して測定されるものであることを特徴とする前記（１）に記載の補強繊維の密度測定装置。

（３）前記試料中の気泡を脱泡する手段が、振動させて脱泡させるものであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の補強繊維の測定装置。

（４）前記試料中の気泡を脱泡する手段が、補強繊維のフィラメント数に応じて振動数および振動時間を規定するようにしたことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の補強繊維の測定装置。

（５）前記補強繊維の試料が炭素繊維であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の補強繊維の測定装置。

（６）前記脱泡操作において、試料が輪状に結ばれていることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の補強繊維の密度測定装置。

補強繊維の密度測定手段の機械化により、人手による測定作業に起因する測定誤差をなくすとともに、作業効率と作業環境を向上させることができる。

本発明の密度測定装置は、排気手段を設けたハウジングの中に、複数個の試料を保持できる試料保持手段、その保持手段を次工程の空中秤量部へ運搬する運搬手段、運搬された複数個の試料から１個の試料を取り出し上記空中秤量部へ移載する移載手段、その試料の空中重量を測定する空中秤量手段、空中秤量された試料を次の脱泡手段に移送する手段、試料を液中で脱泡させるための脱泡手段、液槽の中で液中重量を測定する液中秤量手段、測定した重量を計算機に自動的に取り込む手段、および液中重量測定後の試料を取り出し廃棄する手段を設け、さらにその測定が完了すると、自動的に次の試料を測定する手段を設けたことを特徴とするものである。

さらに好ましくは、脱泡手段の振動速度および振動時間が補強繊維のフィラメント数によって、変動可能であることを特徴とするものである。

上記手段を全て機械化したためバラツキの少ない測定が可能になり、かつ作業効率を向上することができる。

また、測定操作を全て密閉されたハウジング内で行うため、有機溶剤が作業室外に漏れることがなく、作業環境を向上することができる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明の自動秤量装置による補強繊維の密度測定を炭素繊維を用いた工程フロー図を示す図１に基づいて説明する。

図１は本発明の自動秤量装置による補強繊維の密度測定を炭素繊維を用いた工程フロー図を示す。この自動秤量装置によれば、サンプル登録・サンプル挿入を人が操作することで、その後の工程（空中重量秤量・繊度計算・液中脱泡・液中重量秤量・密度計算・サンプル廃却・データ送信）は自動秤量装置が自動作動することにより、補強繊維の密度測定を行うものである。

図１において、サンプル登録からホルダーを取り出すまですべてパソコンで管理されている。ｎはサンプル登録数本数で、ｎがサンプルの手前の位置に戻るのはｎ数分秤量するからである。また、図１において、自動機が動作するのは点線で囲っている部分である。

本発明の密度測定装置は、以下の手段を有する。
（Ａ）排気手段を設けたハウジング
（Ｂ）複数個の試料を保持できる試料保持手段
（Ｃ）その試料保持手段を次工程の空中秤量部へ運搬する運搬手段
（Ｄ）運搬手段により運搬された複数個の試料から１個の試料を取り出し空中秤量部へ運搬する運搬手段
（Ｅ）試料の空中重量を測定する空中秤量手段
（Ｆ）空中秤量された試料を脱泡手段に移送する手段
（Ｇ）試料を液中で脱泡させるための脱泡手段
（Ｈ）液槽の中で液中重量を測定する液中秤量手段
（Ｉ）測定した重量を計算機に自動的に取り込む手段
（Ｊ）液中重量測定後の試料を取り出し廃棄する手段
（Ｋ）さらにその測定が完了すると、自動的に次の試料を測定する手段
以下、これらの手段について説明する。

（Ａ）排気手段を設けたハウジング
本発明においては、測定操作は密閉されたハウジング内で行われるが、脱泡槽の有機溶剤として、Ｏ−ジクロロベンゼンを用い、該有機溶剤が作業室外に漏れるのを防止するため、該ハウジングには排気手段が設けられている。排気手段は上記脱泡槽の近傍に設けられており、ホースによりハウジング外部へ排気するようになっている。

また使用有機溶剤が人体によくないため排気用にはドラフトを設置し常時吸引している構造になっている。ドラフト吸引口は一番良く臭う場所に設置する。たとえば液槽横に設置する。

ハウジングは、基本的には外壁は鉄板で回りが囲われているが、外部から内部の測定状況を把握出来るように透明の塩ビなどのプラスチック板が部分的に取り入れられている。

（Ｂ）複数個の試料を保持できる試料保持手段
次に、本発明における複数個の試料を保持できる試料保持手段であるホルダーについて説明する。図２は本発明で用いる試料保持手段であるホルダーを備えた試料セット部の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は下面図である。図２に示すように、本発明で用いるホルダー１は複数個の試料を仕掛けられる構造となっている。

すなわち、図２の例においては１３個の試料をしかけられるようになっているが、仕掛ける試料本数はいくつであっても良い。図２の例では最大１３個に設定している。
ホルダー１には、輪状に束ねられた補強繊維の試料Ｓをつり下げられるようになっている（図２（Ｃ）参照）。

ホルダーの材質については、密度測定時に有機溶剤が付着するおそれがあるため、ステンレスなどおよびそれに代用できる金属、プラスチックなどの素材を使用することができる。

（Ｃ）試料保持手段を次工程の空中秤量部へ運搬する運搬手段
図３はホルダーに試料を保持する位置からホルダーを空中秤量装置まで自動で運搬移動させる手段であるベルトコンベアーからなるホルダー運搬装置の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は後面図である。

また、図４はホルダーを上記ホルダー運搬装置にセットした状態を示す運搬装置の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は後面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）はホルダーセット図である。

本発明においては、ホルダーをベルトコンベアー上に仕掛けることができるようになっている。仕掛けるホルダー個数はいくつでも良いが、図の例では、該ベルトコンベアーにに最大８ホルダー仕掛けられる構造になっている。すなわち、本発明測定装置の全体図を示す図１０のホルダー搬入口２０からホルダーを入れ、ベルトコンベアー１９上に最高８ホルダー待機できるようになっている。順次測定可能な天秤に搬送するようになっている。

ホルダーから試料Ｓを空中重量測定部に移動させるのは、すべて自動で運搬移動する。すなわち、試料を仕掛けるとその後人が触ることはない。

本発明においては、ベルトコンベアー４を装置内に設置し、該ベルトコンベアー４により運搬されるホルダー運搬機２に設けられた２本のフォーク５，５を前進させホルダー下部に刺し込み（図２（Ｄ）、図４（Ｄ）参照）、エアーシリンダー１８によりホルダー全体を持ち上げて後進させ、図３に示すベルトコンベアーにより空中重量測定部まで移動させるものである。

（Ｄ）運搬手段により運搬された複数個の試料から１個の試料を取り出し空中秤量部へ運搬する運搬手段
図５は運搬手段により運搬された複数個の試料から１個の試料を取り出し空中秤量部へ移載する空中ハンドの一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。

図５に示すように、空中ハンド１０は、くの字型に屈曲した左右一対の空中ハンド１０が運搬手段により運搬された試料Ｓを掴むときには左右に開き、掴んだ後には閉じるようになっていて、図８に示すように、空中ハンド１０はロータリアクチュエータにより１８０度回転させられる自動機本体アーム１２の先端に取り付けられ、該アーム１２を、ベルトコンベアーにより運搬された試料Ｓを掴む位置から、空中秤量部位置まで回転駆動させて、試料Ｓを空中秤量部に運搬するようになっている。

（Ｅ）試料の空中重量を測定する空中秤量手段
図６は本発明の空中秤量および液中秤量する秤量部の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。

図６において、図５に示す空中ハンド１０により掴まれた試料Ｓを図６の上側にあるフック６に載せて秤量部８により空中秤量する。

図１２は秤量部で試料を載せるためのフックの構造を例示する拡大概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図１２に示すように、フック６は試料を載せるために中央にくぼみが形成された２つの間隔を開けて配置された針金で形成され、該くぼみの部分に試料を載せやすく、かつ試料を安定保持しやすい構造を有している。
図５のハンド１０でホルダーから試料を掴み天秤部に試料を乗せ秤量した後、再度天秤部から試料を掴みホルダーに戻す。

（Ｆ）空中秤量された試料を脱泡手段に移送する手段
空中秤量された試料Ｓは図５に示す空中ハンド１０で試料Ｓを掴み空中秤量部からホルダーに戻される。液中測定のために、ホルダーを載せている台１７が下降し、ホルダーに戻された試料は液中ハンド１１で掴み脱泡槽に運搬される。

図７は液中ハンド１１の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。

図７に示すように、液中ハンド１１は、くの字型に屈曲した左右一対の液中ハンド１１が試料Ｓを掴むときには左右に開き、掴んだ後には閉じるようになっていて、図８に示すように、液中ハンド１１は自動機本体アーム１２の先端に取り付けられ、ホルダーに戻された試料位置から、脱泡槽１５の位置まで、ロータリアクチュエータにより１８０度回転させ、試料Ｓを脱泡槽１５に運搬するようになっている。

（Ｇ）試料を液中で脱泡させるための脱泡手段
図９は、本発明の脱泡装置の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。図９の脱泡装置は試料に振動を与えるタイプのものである。図９において、脱泡装置は振動駆動源につながる振動付与アーム１４と、該振動付与アーム１４に取り付けられた試料Ｓを支持する４本のフォーク１３よりなる。フォーク１３は２本に見えるが、実際は４本ある。振動付与アーム１４には輪状の試料Ｓがはまりこむほどの大きさの枠状の溝が設けられており、振動しても試料Ｓの輪の形状を崩さないように、ぱさつきを防止するために、図７の液中ハンド１１で試料Ｓが掴まれた状態で、試料Ｓを該溝の下側および上側にそれぞれ半分づつほど出るようにくぐらせ、別に設けられた４本のフォーク１３を上側２本、下側２本試料Ｓが輪状に広がるように試料Ｓの輪の中に突き刺して支持し、図８に示す秤量部の下側に設置された液槽１５（Ｏ−ジクロロベンゼン）に入れて試料を振動させて脱泡するようになっている。

脱泡装置は試料のフィラメント数によって振動速度・振動時間を決めている。

振動速度が遅すぎると、炭素繊維の脱泡が不十分となり、測定データが低目にでる。

また、振動速度が速すぎると、炭素繊維のサンプル形状が崩れ、連続運転ができなくなる。

また、振動時間が短かすぎると、炭素繊維の脱泡が不十分となり、測定データが低目にでる。

また、振動時間が長すぎると、炭素繊維のサンプル形状が崩れ、連続運転ができなくなる。

実施例で示すように、適時な振動速度・振動時間が存在する。

また、脱泡に用いる有機溶剤は水（比重１）より重く・試験片より軽く湿潤性の高い物が好ましい。例えばＯ−ジクロロベンゼン、エチルアルコール、トリクロロエチレンを使うことが可能である。

また、脱泡槽は、有機溶剤による腐食しない材質を使用している。たとえば、ステンレスを使用することが好ましい。

（Ｈ）液槽の中で液中重量を測定する液中秤量手段
脱泡が終了した試料はフォーク１３を元の位置に後退させ、試料Ｓを振動付与アーム１４の溝から出して液中ハンド１１により図６の秤量部８につながるワイヤ９に取り付けられたフック７に試料をつり下げて試料Ｓを液槽１５に入れたまま液中秤量する。

液中重量を測定する特徴としては、天秤下部から液中専用アームが出て秤量している。

構造は、ワイヤーが複数本付いていてその下に液中フックがある。たとえば、ワイヤーは３本程度で良い。またワイヤー規格は液面でなるべく抵抗を少なくするために、例えば、０．１ｍｍ程度のものを使用する。

すなわち、０．１ｍｍ以上のステン線を使用すると液面での抵抗が大きく槽内の有機溶剤が安定しないためフックが何時までも安定しなくなる。また腐食防止として腐食しない材質を使用する。たとえばステンを使用する。

フックについては測定サンプルが脱泡後天秤に載せやすく、かつ試料を安定保持しやすい構造を有している（図６の符号７，図１３の符号７）。また腐食防止のために腐食しない材質を使用する。たとえば銅を使用する。

（Ｉ）測定した重量を計算機に自動的に取り込む手段
測定した値をシーケンサからパソコンに取り込み、前記した式から補強繊維の密度を自動的に算出する。

データ伝送については、空中重量・液中重量のデータが常時見えるように１サンプル測定完了後、パソコンに送信される構造になっている。そのため人の読み取りが不要になり、本測定が行われることで人手が不要になる。

（Ｊ）液中重量測定後の試料を取り出し廃棄する手段
測定後の試料は、液中ハンド１１により再度掴まれ、液槽１５から出されて、図８に示す液槽１５の下側に設けられた廃棄容器１６に落とされて廃棄される。

（Ｋ）さらにその測定が完了すると、自動的に次の試料を測定する手段
測定は空気中重量測定を全部秤量した後に液中重量測定を実施するので作業は繰り返しでおこなう。

また、連続運転を行うことができるように自動機本体アーム１２が試料を掴んでセンター位置にくると、シーケンサーのプログラムにより自動的に秤量装置がゼロ点に戻る構造になっている。これにより試料の空中重量を連続して測定することを可能としている。

自動機本体アーム１２は、ホルダーからサンプルを掴む位置と、アーム１２の回転支点であるセンター位置と、天秤にサンプルを乗せる位置との３カ所の位置を回動し、ハンドが回転する前にゼロ点に戻る構造になっている。

液中重量測定から廃棄作業の移動まで、すべて自動で運搬移動する。

本測定に用いる繊維としては、炭素繊維などの補強繊維であることが好ましいが、炭素繊維以外でも使用可能であり、ガラス繊維、アラミド繊維、あるいはシリコーンカーバイト繊維などの無機繊維、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリルなどの有機繊維であってもよい。

試料は空中重量・液中重量の脱泡時に形状が崩れると連続運転ができなくなるため、輪状にして測定するが、その結び目については、図１１に示すように、１．ＣＦを数回巻き、２，その上側に輪を作り、３．その輪の中を２回通して縛るようにすればよい。

結び目が弱い時の発生する問題点は、炭素繊維の形状が崩れ、連続運転ができなくなる。

結び目が強い時の発生する問題点は、炭素繊維の脱泡が不十分になるため測定データが低目になる。

本発明においては、空中重量測定のみの工程を利用することで、別作業の炭素繊維のパサツキを防止するために付着されているエポキシ樹脂でその樹脂の付着量を測定するＳＺ付着量測定も実施可能となっている。

以下、本発明を実施例を用いてさらに具体的に説明する。

（実施例１）
密度が通常１．７９０のフィラメント数 １２０００本のＣＦサンプルを採取した。

ＣＦ自動秤量装置に振動時間２５秒・振動速度：速いで試験を行った。

振動速度の速いとは約５０回／１０秒の振動（図９の１４が左右に移動する）であり、また遅いとは約２５回／１０秒の振動である。

評価結果を表１に示す。

（実施例２）
振動時間２０秒・振動速度：速い以外は、実施例１と同様にて試験を行った。

評価結果を表１に示す。

（実施例３）
振動時間３０秒・振動速度：速い以外は、実施例１と同様にて試験を行った。

評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１は密度データも炭素繊維の形状も良かった。

実施例２は密度データが低かったが炭素繊維の状態は良かった。また実施例３は密度データも少く炭素繊維の形状が乱れていて連続運転できなかった。このように、実施例１を除いては、いずれも正しい密度データ・炭素繊維の状況とはいかなかった。

本発明の自動秤量装置による補強繊維の密度測定を炭素繊維（ＣＦ）を用いた工程フロー図を示す。 本発明で用いる試料保持手段であるホルダーを備えた試料セット部の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は下面図である。 ホルダーに試料を保持する位置からホルダーを空中秤量装置まで自動で運搬移動させる手段であるベルトコンベアーからなるホルダー運搬装置の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は後面図である。 ホルダーを上記ホルダー運搬装置にセットした状態を示す運搬装置の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は後面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）はホルダーセット図である。 空中ハンドの一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 本発明の空中秤量および液中秤量する秤量部の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 液中ハンド１１の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 本発明の測定装置の一例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の脱泡装置の一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 本発明測定装置の全体図の一例を示す図であり、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は後面図である。 輪状に結んだ試料の一例を示す図である。 図６の試料を載せるための空中フック６の構造を例示する拡大概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図６の試料を載せるための液中フック７の拡大図の構造を例示する拡大概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）上面図である。

符号の説明

１：ホルダー
２：ホルダー運搬機
３：運搬モータ
４：ベルトコンベアー
５：フォーク
６：フック
７：液中試料秤量部
８：秤量部
９：ワイヤー
１０：空中ハンド
１１：液中ハンド
１２：自動機本体アーム
１３：脱泡装置フォーク
１４：振動付与アーム
１５：液槽
１６：廃棄容器
１７：ホルダー置き台
１８：エアーシリンダー
Ｓ：試料

Claims (6)

1. 排気手段を設けたハウジングの中に、複数個の補強繊維の試料を保持するホルダーと、該試料を次工程の空中重量測定手段へ運搬する手段と、試料の空中の重量を測定する空中重量測定手段と、試料中の気泡を脱泡する手段と、該脱泡された試料の液中の重量を測定する液中重量測定手段と、測定済み試料を取り出し廃棄する手段とを設けたことを特徴とする補強繊維の密度測定装置。
2. 前記複数個の試料が順次連続して測定されるものであることを特徴とする請求項１に記載の補強繊維の密度測定装置。
3. 前記試料中の気泡を脱泡する手段が、振動させて脱泡させるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の補強繊維の測定装置。
4. 前記試料中の気泡を脱泡する手段が、補強繊維のフィラメント数に応じて振動数および振動時間を規定するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の補強繊維の測定装置。
5. 前記補強繊維の試料が炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の補強繊維の測定装置。
6. 前記脱泡操作において、試料が輪状に結ばれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の補強繊維の密度測定装置。
   

Images