JP2777088B2 - 布の引裂き強さを測定する装置と方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、布の引裂き強さを
測定する装置と方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】面状の繊維製品つまり織布、編成布、不
織布及びその他の弾性的な面状製品の引裂き強さの決定
は原則としてＤＩＮ５３８５７（「最大引張り力の決
定」）に基づいて行なわれる。この決定に当たって試料
片を引裂く力が測定される。その場合、試料片の面状結
束体を纏める力が外部からの力によって過補償されるの
で、試料は復元不能に破壊される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、布の
引裂き強さを非破壊式に測定する装置と方法を提供する
ことである。なお前記の面状の繊維製品、つまり織布、
編成布及び不織布は本明細書では以下略して「布」とい
う表現で総称される。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の装置上の構成手段は、請求項１に記載したよ
うに、測定系の電磁石が、鉛直方向に延びる５０ｍｍの
縦軸長さを有する上方へ向かって閉じられる円錐形の中
空室を形成する下向きに開いた開口を有し、測定系の自
由落下運動部分は、前記電磁石の開口に相応して円錐形
状に上方へ向かって収斂するように成形されて電磁石の
開口内に嵌合する磁気的に吸着される重さ１８０〜２５
０ｇでかつ鉛直方向に延びる少なくとも４７ｍｍの縦軸
長さを有する質量体と、該質量体の下位に位置していて
発生静電荷信号を電荷信号増幅器を介して力に比例した
電圧信号に変換して該電圧信号をコンピュータに供給す
る圧電式力受信器として構成された力センサと、該力セ
ンサを前記質量体に剛性結合する最大４０ｍｍの長さを
有する鉛直に延びる棒状の第１の結合部材と、前記力セ
ンサの下位に位置していて前記自由落下運動部分の質量
の、最大でも半分の質量を有する非弾性・非可塑性の材
料から成りかつ円錐面状又は球面状の下端を曲率半径
０．５ｍｍ〜２５ｍｍで丸くされた面取り部を有する測
定体と、該測定体を前記力センサに結合する最大４０ｍ
ｍの長さを有する鉛直に延びる剛性棒状の第２の結合部
材とによって構成されており、布の被測定面を、電磁石
に吸着された状態にある測定系の自由落下運動部分の下
で測定体から１０ｍｍの間隔をおいて水平に一定の張力
で張設する緊張装置が設けられており、該緊張装置は、
落下する測定体のポテンシャル衝突点の両側に位置して
互いに平行に延在していて布の被測定面を両側から緊締
することのできる細長い変向ガイド部材と、両側の変向
ガイド部材の中間で前記測定体のポテンシャル衝突点及
び前記布の被測定面の下位に位置していて該布の被測定
面を水平に支持しかつ前記測定体のポテンシャル衝突点
の領域では１つのギャップによって内法幅２０ｍｍにわ
たって断絶された測定台とから成り、かつ前記力センサ
にはコンピュータが接続されており、該コンピュータ
は、次式に従って： Ｆ＝２０Ｎ／１０Ｖ×Ｕ 但し式中：Ｆ＝ニュートン［Ｎ］単位の力 Ｕ＝ボルト［Ｖ］単位の測定最大電圧 入力されるボルト／ニュートン［Ｖ／Ｎ］単位の、力に
比例した最大電圧信号を、所定の布幅にわたって線形的
な回帰計算によってＮ／５ｃｍ単位の引裂き強さに換算
できるように構成されている点にある。

【０００５】また前記課題を解決するための本発明の方
法上の構成手段は、請求項３に記載したように、質量体
と力センサと測定体とから成る測定系可動部分を電磁石
の付勢によって該電磁石に吸着して位置決めし、次いで
布の被測定面を緊張装置によって自由落下可能な測定体
のポテンシャル衝突点の下１０ｍｍの部位で一定の張力
で水平に張設してセンタリングしかつ固定的に保持し、
次いで前記電磁石の滅勢によって測定系可動部分の前記
測定体を自由落下させて前記被測定面の中点に衝突さ
せ、次いで、前記力センサから送出されて電荷信号増幅
器において力に比例した電圧信号に変換される最大電荷
信号を用いてコンピュータの支援下で引裂き強さを決定
する点にある。

【０００６】なお本発明の装置上の有利な構成手段は請
求項２に、また本発明の方法上の有利な構成手段は請求
項４に記載した通りである。

【０００７】殊に本発明の測定装置は、被測定布又は被
測定面を、該被測定面の中点の鉛直上方に位置している
落下体式測定系のポテンシャル衝突点の真下で水平に保
持する緊張装置を備えているのが有利である。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の方法を実施するため
の最良の形態を詳説する。

【０００９】測定系は、落下方向で見て上位の固定部分
と下位の可動部分とから成っている。前記固定部分は、
図２から判るように、下向きに開いた開口を有する付勢
・滅勢可能な電磁石７によって構成されており、前記開
口は、上方へ行くにつれて狭まる円錐形状の中空室を形
成し、該中空室の鉛直方向に延びる縦軸は長さ５０ｍｍ
である。

【００１０】図１及び図３に示すように測定系の前記可
動部分、つまり自由落下運動部分１は落下方向に鉛直に
配置されており、かつその上部部分では、重量１８０〜
２５０ｇの磁気的に吸着可能な質量体２から成ってい
る。該質量体２は、前記電磁石７の開口内に嵌合するよ
うに、上方へ向かって収斂する円錐形に成形されてい
る。この場合、前記質量体２の鉛直方向に延びる縦軸
は、電磁石７の中空室をその長さ方向でできるだけ完全
に満たすために少なくとも４７ｍｍの長さを有していな
ければならない。

【００１１】無視できる程度の質量を有する鉛直な第１
の結合部材３、例えば最大４０ｍｍの長さを有するアル
ミニウム棒が前記質量体２を、その下に位置する力セン
サ５と結合している。

【００１２】前記第１の結合部材３に相応して成形され
た鉛直な棒状の第２の結合部材４が前記力センサ５を、
その下に位置している測定体６と結合している。該測定
体６は、布ウェブ１０の被測定面の中点に衝突する。該
測定体６自体は、非弾性的な、勿論また非可塑性の材料
から成っている。測定体６の質量は、測定系の自由落下
運動部分１全体の質量の半分を超えてはならない。

【００１３】測定体６は、円錐頂端の丸められた面取り
部又は球面状面取り部を下端に有し、該面取り部の曲率
半径は０．５ｍｍ〜２５ｍｍである。

【００１４】力センサ５は圧電式の力受信器として働
き、該力受信器は、測定体６が布ウェブの被測定面に衝
突した際に、第２の結合部材４を介して伝達されて測定
体６に作用する力を静電荷信号に変換する。該静電荷信
号の最大値は電荷信号増幅器において、力に比例した電
圧信号（単位：Ｖ／Ｎ）に変換され、それ自体はコンピ
ュータに供給される。

【００１５】原則として前記圧電式の力センサ５は測定
用ワッシャから成り、該測定用ワッシャは２つの専用ナ
ット間に介在しておりかつ回動ボルトによって予荷重を
かけられている。これによって前記測定用ワッシャは高
いバイアスを有し、従って高い固有周波数を有してい
る。

【００１６】コンピュータは布ウェブ１０の引裂き強さ
を次のようにして求める。

【００１７】図５から判るように測定体６が被検布ウェ
ブ１０に接触する毎に電圧値は最大値にまで上昇し、次
いで再び降下する。コンピュータの役目は、読込まれた
電圧値から最大値を決定することである。力に比例した
電圧信号は０〜１０Ｖの単位信号として使用される。こ
のことは取りも直さず、０〜２０ニュートン［Ｎ］の力
信号が電荷信号増幅器によって０〜１０ボルト［Ｖ］の
比例電圧信号に変換されることを意味している。この電
圧信号はパソコンに供給される。コンピュータが当該信
号を処理できるようにするために、アナログ信号処理カ
ードがコンピュータ内に挿入されている。該アナログ信
号処理カードは例えばAnalog Device 社のTyp RTI 815
であり、電圧信号を１２ビット２進語に変換し、次いで
電圧信号はコンピュータ内で前記アナログ信号処理プロ
グラムに従って相応の力値に換算される。すなわち： Ｆ＝２０Ｎ／１０Ｖ×Ｕ 但し式中：Ｆ＝ニュートン［Ｎ］単位の力 Ｕ＝ボルト［Ｖ］単位の測定最大電圧 従って例えば５ｃｍ幅の被検布ウェブの全幅にわたって
複数回測定すれば複数の強度値から１つのプロフィール
が得られる。この強度値を、Ｎ／５ｃｍにおいて表示さ
れる引裂き強さと線形的に回帰計算することによって、
最大値と引裂き強さとの間に数学的相関関係が成立す
る。

【００１８】こうして例えば１１０グラムの或る布にと
っては、例えば５２の利得勾配（Ｇａｉｎ）と−３３８
のオフセット（Ｏｆｆｓｅｔ）が生じる。この場合の利
得勾配の単位はＮ／（５ｃｍ×Ｎ）であり、前記オフセ
ットの単位はＮ／５ｃｍである。利得勾配はΔＵ／ΔＦ
で表わされるので、この場合の利得勾配（Ｇａｉｎ）は
ΔＵ／ΔＦ＝５２となる。いま１０Ｎの力が測定される
場合、引裂き強さは次式によって算出される。すなわ
ち： 最大引張り力＝Ｆ×利得勾配＋オフセット ＝１０Ｎ×５２Ｎ／（５ｃｍ×Ｎ）−３３８Ｎ／５ｃｍ ＝１８２Ｎ／５ｃｍ 緊張装置は、布ウェブ１０の被測定面を水平に保ち、か
つ、電磁石７によって測定系の自由落下運動部分１を介
して吸着固定された測定体６の１０ｍｍ下でセンタリン
グする。その場合布ウェブ１０の表面は一定の張力下に
維持される。

【００１９】このために緊張装置は、自由落下する測定
体６のポテンシャル衝突点の両側に位置していて互いに
平行に延びる細長い２本の変向ガイド部材から成り、両
変向ガイド部材を介して布ウェブ１０の被測定面は両側
から一定の引張り力によって固定的に緊張される。この
定張力は極めて重要である。それというのは、測定体６
の衝突時における布ウェブ１０の被測定面の変形はこの
張力に関連しておりかつ力センサ５によって測定される
からである。

【００２０】両変向ガイド部材の中間でかつ両変向ガイ
ド部材から等しい距離をおいて測定台８が配置されてお
り（図３）、該測定台は被測定布ウェブ１０を、両変向
ガイド部材の中間に位置する測定体６のポテンシャル衝
突点の下位で水平に保持する。測定台８は、測定体６の
ポテンシャル衝突点の左右両側で計２０ｍｍの内法幅分
だけ断絶されており、この断絶によって、測定体６が測
定台８の平面の下へ侵入できるギャップ９が形成され
る。

【００２１】図４に示されている有利な実施形態の測定
装置は、任意の長さの布ウェブ１０における順次相前後
して位置している面域の引張り強度をステップ・バイ・
ステップ式に迅速に相次いで測定することを可能にす
る。このために前記緊張装置の測定系の入口側に位置し
ている変向ガイド部材は２本のカレンダローラ１１から
成り、該カレンダローラは表面に粗面化加工を施されて
おり、従って前記布ウェブ１０をスリップなく挟持す
る。両カレンダローラ１１は逆方向にステップ・バイ・
ステップ式に回転可能である。

【００２２】布ウェブ１０の搬送方向で見て測定台８及
びギャップ９よりも以遠の出口側の変向ガイド部材は、
水平方向で相互間隔をおいて互いに平行に延びる２本の
回転可能なローラ１２を有するローラ系によって構成さ
れており、前記ローラ１２を介して各布ウェブ１０がガ
イドされる。前記の両ローラ１２間には、１本のダンサ
ーローラ１３が鉛直方向に可動に位置しており、該ダン
サーローラは前記の両ローラ１２に対して平行にかつ該
ローラよりも下方の平面内に配置されており、しかも測
定系の自由落下運動部分１の３倍の質量を有している。

【００２３】ダンサーローラ１３を配設した前記の両ロ
ーラ１２には、ステップ・バイ・ステップ式に回転可能
なダブルローラ１４が後置されており、該ダブルローラ
は、互いに接触することのないローラユニットである。
該ダブルローラ１４は粗面化された表面を有し、かつＳ
字状に巻掛けられた布ウェブ１０をスリップなしにガイ
ドする。

【００２４】布ウェブ１０の引裂き強さを測定する方法
は、請求項１に記載の測定装置の使用の下に、先ず電磁
石７を付勢することによって測定系の自由落下運動部分
１を電磁石７に吸着して位置決めすることから始まる
（図１〜図３）。

【００２５】次いで被測定布ウェブ１０は緊張装置によ
って水平に測定体６のポテンシャル衝突点の真下１０ｍ
ｍの部位でセンタリングされると共に、一定の張力で把
持される。その場合測定台８の２０ｍｍ内法幅のギャッ
プ９は、測定体６の衝突する被測定面を解放している。

【００２６】次いで電磁石７が滅勢されると、測定系の
自由落下運動部分１の下向きの測定体６は自由落下して
規定の衝撃速度で布の被測定面の中点に衝突する。その
衝撃により力センサ５と電荷信号増幅器とを介して、力
に比例した電圧信号が発生し、該電圧信号は、引裂き強
さを求めるためにコンピュータに供給される。

【００２７】電磁石７と、該電磁石に正確に対応した質
量体２とを円錐形に構成したことによって、布の被測定
面に対して正確にセンタリングされる初期位置へ測定体
６を反復再現可能にもたらすことが可能になる。測定系
の自由落下運動部分１の自由落下によって摩擦力及びそ
の他の外乱量が効果的に除かれる。測定後に測定体６が
布の被測定面上に載った場合に、電磁石７の中空円錐部
つまり円錐凹面部は、測定系の自由落下運動部分１の落
下高さと該部分の長さ並びに電磁石７の円錐部の縦軸線
及び質量体２の円錐部の縦軸線について規定の寸法を厳
守する限り、質量体２の傾倒を防止する。

【００２８】本発明の方法上の有利な実施態様は、任意
の長さの布ウェブ１０の順次に続く等面積の面域をステ
ップ・バイ・ステップ式に前記測定系の自由落下運動部
分１の下を通過させ、従ってステップ送り毎に隣接した
別の面域で夫々測定を実施する（図４）点にある。この
ようにすれば、多数の個別測定によって、比較的長い布
試料の引裂き強さ（場合によっては布試料の区域に応じ
た異なった引裂き強さ）を短時間で決定することが可能
である。

【００２９】その場合、請求項３に記載の緊張装置が使
用され、しかも測定と測定との合間に被測定ウェブとし
ての布ウェブ１０は、入口側と出口側の締付け部位を介
してステップ送りされ、かつ停止位相中に落下測定が行
なわれる。

【００３０】要するに布ウェブ１０は先ずカレンダーロ
ーラ１１間のニップ部に噛み込まれ、かつカレンダロー
ラの粗面に基づいて保持される。カレンダローラ対が更
に回転することによって布ウェブは、測定体６を衝突さ
せるために規定されたギャップ９を超えて測定台８上に
張られる。

【００３１】前記布ウェブ１０は次いで、殊に有利には
移動可能な、並列的に位置している２本の出口側の２本
のローラ１２を介して移送され、かつ両ローラ１２間
で、鉛直方向に運動可能な重い１本のダンサーローラ１
３によって下方へ引張られる。この手段によって、測定
装置の何れかの側で例えば短時間加えられる引張り力に
は無関係に、測定台８のギャップ９を覆う布ウェブ１０
を一定の張力下に維持することが可能になる。

【００３２】２本のローラ１２と１本のダンサーローラ
１３とから成る前記ローラユニットに続いて布ウェブ１
０は、互いに逆方向に無接触状態で回転する２本の粗面
ローラから成るダブルローラ１４にＳ字状に巻掛けられ
て走行する。該ダブルローラ１４に続いて布巻取り装置
を配置することも可能である。

【００３３】カレンダローラ１１、測定台８、ダンサー
ローラ１３及びダブルローラ１４を介して布ウェブ１０
をステップ・バイ・ステップ式に引張ることによって、
布の、相前後して位置している多数の被測定面域が、自
由落下する測定体６に対して順々に提供される。

【００３４】円錐形状又は楕円形状の測定体６の下端に
０．１ｍｍ〜２５ｍｍの曲率半径で丸く面取りを施すこ
とは、被検繊維材料に関連して選ばれる。測定体６の有
利な落下高さが１０ｍｍである場合、布の被測定面には
３％の弾性変形が少なくとも直線的に発生しなければな
らない。すなわち布ウェブ１０において下方へ向かって
衝撃面が最大に変形した場合の衝撃面の変形最深点は、
なお未変形の布試料と接触するに至るまでの測定体６の
正確な落下距離の少なくとも３％分だけ測定前の起点か
ら隔たっていなければならない。更にまた当然のことな
がら、測定体下端部の丸められた面取り部の曲率半径
は、測定体６が、例えばメッシュの粗い布材料を貫通せ
ず、常に破壊させずにただ弾性変形させるにすぎないよ
うな大きさでなければならない。適正な面取り部の曲率
半径と適正な落下高さを求めるためのこのような予備実
験は簡単に実施でき、かつ経験的な方式で数分以内に使
用可能なパラメータが得られる。

【００３５】前記パラメータを確定したのち測定系の自
由落下運動部分１の質量が求められ、しかも一連の系列
実験において、いかなる質量値の場合に、布ウェブ１０
の被検材料を破壊することなしに被測定面に少なくとも
３％の変形が得られるかを確認することができる。この
ような予備実験に要する時間も極く短時間でしかない。

【００３６】

【発明の効果】本発明の測定装置及び本発明の測定法の
特に有利な態様を用いれば、布試料の引裂き強さの迅速
な非破壊式測定が可能になるばかりでなく、試料交換に
よる測定値の統計的なばらつきもなくなる。測定系の鉛
直方向の自由落下運動部分を反復再現可能な初期位置へ
再び持ち上げて、次いで直ちに測定体の同一の衝撃を被
検体（試料）に与えるようにすることによって、各測定
の終わる毎に同一の試料を同一の部位で短い間隔で順次
改めて検査することが可能になる。そればかりでなく自
由落下原理の活用によって測定装置に及ぼす摩擦による
不都合な影響が避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定系の自由落下運動部分の側面図である。

【図２】測定系の自由落下運動部分の質量体を保持する
電磁石の概略側面図である。

【図３】測定台の概略断面図である。

【図４】被測定布ウェブ用の緊張装置の有利な実施形態
を示す測定ユニットの原理的な全体図である。

【図５】本発明の方法による時間を関数とした力（ニュ
ートン単位）を表す関係線図である。

【符号の説明】

１ 自由落下運動部分、 ２ 質量体、 ３ 第
１の結合部材、 ４第２の結合部材、 ５ 力セン
サ、 ６ 測定体、 ７ 電磁石、 ８測定台、
９ ギャップ、 １０ 布ウェブ、 １１ カレ
ンダローラ、 １２ 回転可能なローラ、 １３
ダンサーローラ、 １４ ダブルローラ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 布用の緊張装置と、該布の鉛直上方に位
   置している落下体式測定系とから成り、該測定系が、落
   下方向で見て、付勢・滅勢可能な定置の電磁石（７）と
   自由落下運動部分（１）とから成る形式の、布の引裂き
   強さを測定する装置において、 電磁石（７）が、鉛直方向に延びる５０ｍｍの縦軸長さ
   を有する上方へ向かって閉じられる円錐形の中空室を形
   成する下向きに開いた開口を有し、 自由落下運動部分（１）は、前記電磁石（７）の開口に
   相応して円錐形状に上方へ向かって収斂するように成形
   されて前記電磁石（７）の開口内に嵌合する磁気的に吸
   着される重さ１８０〜２５０ｇでかつ鉛直方向に延びる
   少なくとも４７ｍｍの縦軸長さを有する質量体（２）
   と、該質量体の下位に位置していて発生する静電荷信号
   を電荷信号増幅器を介して力に比例した電圧信号に変換
   して該電圧信号をコンピュータに供給する圧電式力受信
   器として構成された力センサ（５）と、該力センサ
   （５）を前記質量体（２）に剛性結合する最大４０ｍｍ
   の長さを有する鉛直に延びる棒状の第１の結合部材
   （３）と、前記力センサ（５）の下位に位置していて前
   記自由落下運動部分（１）の質量の、最大でも半分の質
   量を有する非弾性・非可塑性の材料から成りかつ円錐面
   状又は球面状の下端を曲率半径０．５ｍｍ〜２５ｍｍで
   丸くされた面取り部を有する測定体（６）と、該測定体
   （６）を前記力センサ（５）に結合する最大４０ｍｍの
   長さを有する鉛直に延びる剛性棒状の第２の結合部材
   （４）とによって構成されており、 布（１０）の被測定面を、電磁石（７）に吸着された状
   態にある測定系の自由落下運動部分（１）の下で測定体
   （６）から１０ｍｍの間隔をおいて水平に一定の張力で
   張設する緊張装置が設けられており、 該緊張装置は、落下する測定体（６）のポテンシャル衝
   突点の両側に位置して互いに平行に延在していて布（１
   ０）の被測定面を両側から緊締することのできる細長い
   変向ガイド部材と、両側の変向ガイド部材の中間で前記
   測定体（６）のポテンシャル衝突点及び前記布（１０）
   の被測定面の下位に位置していて該布（１０）の被測定
   面を水平に支持しかつ前記測定体（６）のポテンシャル
   衝突点の領域では１つのギャップ（９）によって内法幅
   ２０ｍｍにわたって断絶された測定台（８）とから成
   り、かつ前記力センサ（５）にはコンピュータが接続さ
   れており、かつ該コンピュータは、次式に従って： Ｆ＝２０Ｎ／１０Ｖ×Ｕ 但し式中：Ｆ＝ニュートン［Ｎ］単位の力 Ｕ＝ボルト［Ｖ］単位の測定最大電圧 入力されるボルト／ニュートン［Ｖ／Ｎ］単位の、力に
   比例した最大電圧信号を、所定の布幅にわたって線形的
   な回帰計算によってＮ／５ｃｍ単位の引裂き強さに換算
   できるように構成されていることを特徴とする、布の引
   裂き強さを測定する装置。
2. 【請求項２】 緊張装置の入口側の変向ガイド部材が、
   任意の長さの布ウェブ（１０）を表面の粗面化された２
   本のローラ（１１）間にスリップなしに挟持しつつステ
   ップ・バイ・ステップ式に回転可能なカレンダから成
   り、また出口側の変向ガイド部材が、水平方向で相互間
   隔をおいて互いに平行に延びる２本の回転可能なローラ
   （１２）と、該２本のローラ（１２）間で両ローラに対
   して平行な方向に延びていて鉛直方向に運動可能に配置
   された、測定系の質量の少なくとも３倍の質量を有する
   ダンサーローラ（１３）とを有するローラユニット（１
   ２，１３）並びに、該ローラユニットに後置されていて
   前記布ウェブ（１０）をＳ字状に巻掛けてスリップなし
   にステップ・バイステップ式にガイドすることのできる
   表面の粗面化された回転可能なダブルローラ（１４）か
   ら成るガイド機構によって構成されている、請求項１記
   載の装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置を使用して布の引裂
   き強さを測定する方法において、質量体（２）と力セン
   サ（５）と測定体（６）とから成る測定系可動部分
   （１）を電磁石（７）の付勢によって該電磁石に吸着し
   て位置決めし、次いで布（１０）の被測定面を緊張装置
   によって自由落下可能な測定体（６）のポテンシャル衝
   突点の下１０ｍｍの部位で一定の張力で水平に張設して
   センタリングしかつ固定的に保持し、次いで前記電磁石
   （７）の滅勢によって測定系可動部分（１）の前記測定
   体（６）を自由落下させて前記被測定面の中点に衝突さ
   せ、次いで、前記力センサ（５）から送出されて電荷信
   号増幅器において力に比例した電圧信号に変換される最
   大電荷信号を用いてコンピュータの支援下で引裂き強さ
   を決定することを特徴とする、布の引裂き強さを測定す
   る方法。
4. 【請求項４】 任意の長さの布ウェブの形の被測定布を
   請求項２に記載の装置において張設して該装置を介して
   ステップ・バイ・ステップ式にガイドし、かつ各停止位
   相中に測定を行なう、請求項３記載の方法。