JP3647528B2 - 繊維補強樹脂製容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として航空機や船舶にて液体等の貯蔵用容器として利用される軽量で高強度の容器、特に繊維強化合成樹脂を用いた容器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機や船舶において液体等貯蔵のための容器としては、軽量・高強度の要求を満たすべく、従来より合成樹脂製の容器が利用されている。例えば特開昭57-114479 号公報には熱可塑性合成樹脂の内層をハニカムコアを補強層として一体に接着した構造の容器が開示されている。また、強度を更に高めるため補強繊維を外周に巻回することも行われており、例えば特開昭61-130036 号公報や特開昭64-35174号公報にも強化のためワインディングが施された容器が開示されている。こうした構造については後に例示する。
【０００３】
ところで、こうした容器内の貯蔵液体（多くの場合飲料水）の残量を知るための手段が各種こうじられているが、こうした方法の一つに、ある程度の導電度（一般の飲料水程度で可）を持った貯蔵液体の場合に適用される静電容量式のものがある。例えば、特開平6-26907 号公報には、対向して固定された２枚の長尺状の電極板を流体中に垂下・保持して、流体量の増減に応じて両電極板間に介在する流体層の増減に応じて変化する前記両電極板間の静電容量から流体量を知るようにした「レベル検出装置」が開示されている。図５は該提案にて開示されている電気回路のブロック図で（説明省略）、同図中で(6´) が上述の変動する静電容量に相当する。なお、この例のように、一定周波数、一定振幅の交流信号波を印加し、応答レベルから静電容量（従って、液量）を知る回路の他にも、静電容量を発振回路の発振条件として回路に接続し発振周波数変化より液量を知る回路構成も一般に知られている。
【０００４】
残液量を静電容量変化として取り出す液量センサ部の構成としては、図２〜図４に示すような構成、即ち、当該液体を一方の電極とし、容器外周側にて液体の外表面に対向配置された電極板とで形成されるキャパシタの静電容量を監視し、液体量の増減に応じて増減する対向面積の変化を静電容量の変化として検出し液体の残量を知るようにした構成が知られており、横置き使用の円筒状容器には広く適用されている。本発明も、このような形態の液量センサ部を備えた容器構造の改良に関するもので、特に液体残量検出精度の向上を目的としている。
【０００５】
以下、図２〜図４に示す従来のこの種容器についてその構成を説明する。
図において、符号(1) は、熱可塑性合成樹脂をインフレ−ト成形した厚み0.5 程度の薄膜中空の内層容器（インナーライナー）である。
この内層容器(1) の外周には繊維強化合成樹脂（例えば、エポキシ含浸ガラス繊維布）でなる補強層(4) が設けられている。ここで、両者の間で所定部位には液量センサ部(20)を構成している網状で所定形状の電極層(3) （メッシュ）が両面に絶縁フィルム(2,2) を配して介在させてありキャパシタ(C1)を構成する一方の電極としている。
【０００６】
即ち、図２の側面図に示すように容器の側筒面片側に高さ方向に中央部では幅が広く上下に向かって幅が狭くなった木の葉状の形状をした電極層(3) が設けられていて、電極(3) の形状は容器内部の液容積と液面以下になる電極面積が比例する様に形成されている。上記電極層(3) を外部と接続するために一端を該電極層(3) に接続固定した棒状のセンサ端子(3A)が他端を外方に突出して設けられている。(2A)は、センサ端子(3A)用の絶縁チューブである。
【０００７】
キャパシタ(C1)の他方の電極に相当するのは、容器内部に貯留される飲料水等の液体であってこの内部液体を外部に電気的に接続するため、容器底面にはセンサ端子(10A) が設けられている。このセンサ端子(10A) は導電材料でなり、一端が内層容器(1) 内部に収容される液体(10)に接触可能に容器底部から内方に突出し、また他端が容器外部に突出した状態で容器に固着されている。上述構成により、キャパシタ(C1)の静電容量(c1)は、内部液体の収容時高さに応じて増減し、しかも図４(b) のグラフに示すように残液量に正比例する。
【０００８】
こうして電極層(3) を介在させて巻回された補強層(4) の外周には、更に容器の剛性を高めるためにフィラメント(5：補強繊維）がフープ巻きに、またフィラメント(6) がヘリカル巻きに連続的に密に巻回されており、更にＦＲＰ等の厚さ４mm程度の非金属薄板を用いた多数の中空六角柱を接着して蜂の巣状に形成したハニカムコア(7) が巻装され、更にフィラメント(8）をヘリカル巻きに、またフィラメント(9) をフープ巻きに巻回した後、全体を加熱・冷却することにより各部を固化させて例示の繊維補強樹脂製容器が完成する。
【０００９】
ウォータータンク等に用いる上述のフィラメントワインド製法による容器においては、従来は補強用のフィラメントにガラス繊維等の導電性が低いものが使われており、前述した液量センサ部の静電容量(c1)を例えば図５に示した回路その他の適宜回路(21)にて電圧に変換するのみで内部液量に対応した直線的電気出力が得られていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した補強用フィラメントとしてより軽量で強度の高いカーボン繊維を使用することが考えられるがこの場合には既述した液量センサ部の機能に支障が生じてしまう。即ち、カーボン繊維は、導電性が良好なため巻回されたカーボン繊維層自体が一種の電極板として機能し、内部の液体との間に新たにキャパシタ要素が形成されてしまう。図４(a) では、破線で示したように内側のカーボン繊維（フィラメント(5) ）と内部の液体(10)の最外表面との間でキャパシタ(C2)が形成され、またカーボン繊維(5) と前出の電極層(3) の間にもキャパシタ(C3)が形成される。結局、両キャパシタ(C2,C3) の直列接続されたものが、前述した容量測定用に設定さられたキャパシタ(C1)に並列に接続されてしまう。
【００１１】
ここで前記両キャパシタ(C2,C3) の合成静電容量値（c2・c3／（c2＋c3））も、内部液体の増加に対して変化するが、その変化は図４(c) のグラフに例示する如くに直線的な変化では無い。カーボン繊維をフィラメント(5) に用いた場合には上述の全キャパシタ要素を合成した総合静電容量値(cｔ´) も図４(d) のグラフに示すように直線性が無いものとなってしまう。このことは、従来通りの後続回路をそのまま接続した場合には、真の液体残量と測定手段の指示値がずれてしまい正確な残液量を知ることが出来ないことを意味する。
【００１２】
この対応として、上述の静電容量(cｔ´) の不規則な変化曲線を電気的に補正する補正回路を設けることも考えられるが、回路が格段に複雑になりコストが増加してしまい好ましくない。また、従前の繊維補強樹脂製容器との交換用途には付帯電気回路も同時に替えねばならなくなるため用い難い。更に、補正回路は繊維補強樹脂製容器の容量や形状毎に違った補正特性を付加しなければならず製造工程も複雑化してしまう。
【００１３】
本発明は、以上の実状を考慮してなされたもので、導電性の高いカーボン繊維等を補強用フィラメントとして用いながらも、静電容量形の従来の液体容量検出用の回路をそのまま用いることができるように巧妙に対処した繊維補強樹脂製容器を新規に提案することを目的としてなされたもので、これにより付帯回路の変更無しにいっそうの軽量化と高剛性化を図った繊維補強樹脂製容器が提供可能になる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では内層容器(1) と、該内層容器(1) の外周側に設けられたセンサ極板(3) と、容器内部の液体に接するセンサ端子(10A) で構成される液量センサ部(20)を具備し、外周にカーボン繊維(5,6,8,9) を巻回して補強され、内層容器(1) の内部に貯蔵される液体(10)と前記センサ極板(3) 間の液量に対応する静電容量に基づき内部の液体容量を知るようにした繊維補強樹脂性液体容器において、前記センサ端子(10A) と前記カーボン繊維中で最内方のカーボン繊維(5) とを短絡させた構成とする。
【００１５】
また、熱可塑性合成樹脂からなる薄膜中空体の内層容器(1) と、該内層容器(1) 内部に収容される液体(10)に一端が接触可能に配置され他端は外部まで引き出された導電材料でなるセンサ端子(10A) と，前記内層容器(1) の外周の所定部位に絶縁体(2,2) に挟んで介在させた所定形状の導体でなる液量測定用のセンサ極板(3) と、更に外方に導電性の補強繊維(5,6,8,9) を巻回して形成した強化合成樹脂からなる補強層を配し、加熱・冷却により全体を固化させてなる繊維補強樹脂製容器において、上記補強繊維(5,6) の巻回過程中に短絡端子(11)を介在させて補強繊維(6) を巻回することで前記短絡端子(11)と最内方の補強繊維(5) とを接触させ且つ前記短絡端子(11)の先端部(11a) を外部に突出させて固定保持し、前記短絡端子(11)と前記センサ端子(10A) とを導電接続した構成とする。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の繊維補強樹脂製容器について実施例に基づき添付図面を用いて更に詳しく説明する。
図１の(a) 〜(e) の各図は、本発明の一実施例に係る図で、(a) は実施例容器(30A) の側面図、(b) はカーボン繊維(6) を外部と電気接続（短絡）するための短絡端子(11)の取り付け部分の拡大断面図、(c) は、液体容量測定回路各部の接続を示す図、(d) はその等価回路図、(e) は実施例における静電容量変化及び電気出力を示すグラフである。
【００１７】
実施例の主要構成は既に図２及び図３で示した繊維補強樹脂製容器(30)と同一であり、短絡端子(11)が付加されている点のみが異なっている。以下では、重複部分の説明は省略もしくは簡略に留める。
図において、符号(1) は内層容器（インナーライナー）で、その外周に設けられた(4) は繊維強化合成樹脂製の補強層、(3) は両者の間に設けられ静電容量式の液量センサ部(20)を構成する一方の電極となる網状で所定形状の電極層で両面には絶縁フィルム(2,2) を配してある。電極層(3) の形状は、既述したと全く同様に容器の側筒面片側に高さ方向に中央部では幅が広く上下に向かって幅が狭くなった木の葉状の形状をしていて、電極(3) の形状は容器内部の液容積と液面以下になる電極面積が比例する様に形成されている。
【００１８】
符号(3A)は、上記電極層(3) を外部と接続するための棒状のセンサ端子で、一端は電極層(3) に接続固定され他端は外方まで突出して設けられている。(2A)は、センサ端子(3A)用の絶縁チューブである。容器下面の(10A) は、キャパシタ(C1)の他方の電極（相当）となる容器内部に貯留される飲料水等の内部液体を電気的に外部に接続するためのセンサ端子で導電材料でなり、一端は内層容器(1) 内部に収容される液体(10)に接触可能に内方に突出し、他端は容器外部に突出して固着されている。これらの構成は、従来のものと同一でキャパシタ(C1)の静電容量(c1)は、内部の液量と直線関係になる（図１(e) 参照）。
【００１９】
こうして、電極層(3) を部分的に介在させて巻回された補強層(4) の外周には、容器の剛性を高めるためにフィラメントとしてのカーボン繊維(5) が巻回（フープ巻き）されその上からカーボン繊維(6) が短絡端子(11)の基部を巻き込んで巻回されている。この短絡端子(11)は、銅その他の導電材料でなり一端は基部として円板状の台座に形成され中央部からはスタッドが突出した形状であり、カーボン繊維(6) のフィラメントワインド（巻回）過程では台座底面をカーボン繊維(5) に着けたままカーボン繊維(6) が台座上面を通るように巻回がされる。カーボン繊維(6) の巻回はヘリカル巻きによる。
【００２０】
このカーボン繊維(6) は、容器を補強すると共に容器中央部に位置させた短絡端子(11)を固定する役目も兼ねさせており短絡端子(11)の台座部を巻き込むことで強固に固定すると同時に互いを確実に電気的に接続する。このように短絡端子(11)を内側に巻き込む製法により従来と略同様の工程で短絡端子(11)の配置固定が行え、フィラメント(6) は分断されることも無いので容器の剛性低下も無く、短絡端子(11)の取り付けは強固であり電気接続は確実になされる。
【００２１】
以降の工程については、従来と同様で、更にＦＲＰ製のハニカムコア(7) を巻装し、再度カーボン繊維(8) （ヘリカル巻き) 及びカーボン繊維(9) （フープ巻き）を巻回した後、全体を加熱・冷却することにより各部を固化させた後、上記短絡端子(11)と前記センサ端子(3A)とをハーネス等で短絡して繊維補強樹脂製容器(30A) が完成する。この容器では図１(d) の等価回路図にて示すように、先の説明においては容器内液体量に応じて変化していた静電容量値(C2)が、短絡により無効となり、センサ端子(3A)とセンサ端子(10A) から見た（合成）静電容量(Ct)は、常に一定値の静電容量(C3)と液体残量に応じて直線的に変化する静電容量値(C1)の並列回路となり、図１(e) に示されるように直線性が保たれるから補正は定数の減算のみとなり補正回路は極めて簡単なもので良い。指針式の読み取り回路であれば、単に目盛り標記の変更のみで済む。
【００２２】
上述のように、実施例の繊維補強樹脂製容器(30A) は、導電性の強化用フィラメント（炭素繊維）を巻回しているが、内部液体残量を検出するための液量センサ部の静電容量値が残液量に対応し直線的に変化するから、補正回路は不要若しくは極めて簡単なもので済む。従って、ガラス繊維等の絶縁性の強化用フィラメントを用いた容器に置き替えて軽量化を図っても付帯回路の変更が不要もしくは軽微で済み低価格化につながる。また、絶縁性フィラメントを用いた既存容器の補修・代替え需要にもそのまま使うことができるという利点もある。
【００２３】
なお、実施例においては、短絡端子(11)は側面中央部に設けたが、最内層のカーボン繊維により巻き込み・接触が可能であれば容器のどの部位に設けても良い。本発明にては、要は、容器内部の液体に接するセンサ端子(10A) と、内層容器(1) の外周に設けられたセンサ極板(3) より更に外周側に最初に巻回されたカーボン繊維等の導電性の容器補強用フィラメント(5) とを短絡させた構造となっていれば足りる。補強繊維の巻き方等は、問わず容器が必要とされる性能に応じて適宜採用すれば良い。なお、導電性のある容器補強用フィラメントとしてはカーボン繊維が好適なものとして挙げられるが、その他の複合材料でも導電性が高く既述液量センサ部の静電容量に一定以上の影響を与えるものに対しては本発明は同様に有効である。なお、一部の粉体については上述容器に収容してその残量を静電容量式で知ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、内層容器と、該内層容器の外周側に設けられたセンサ極板と、容器内部の液体に接するセンサ端子で構成される液量センサ部を具備して外周にカーボン繊維を巻回して補強され、内層容器の内部に貯蔵される液体と前記センサ極板間の液量に対応する静電容量に基づき内部の液体容量を知るようにした繊維補強樹脂性液体容器において、前記センサ端子と前記カーボン繊維中で最内方のカーボン繊維とを短絡させた構成としたので、導電性のカーボン繊維を補強用に用いて軽量化を達成しながら、同時に本来なら新たに形成され液量センサ部の特性に悪影響を与えるキャパシタを無効化させてセンサ部の直線性を保つことができる。これは、付帯電気回路の変更を無用にし、容器の低価格化を可能とし、また、従来の容器との置き換え需要も可能となる顕著な効果を奏する。
【００２５】
また、熱可塑性合成樹脂からなる薄膜中空体の内層容器と、該内層容器内部に収容される液体に一端が接触可能に配置され他端は外部まで引き出された導電材料でなるセンサ端子と，前記内層容器の外周の所定部位に絶縁体に挟んで介在させた所定形状の導体でなる液量測定用のセンサ極板と、更に外方に導電性の補強繊維を巻回して形成した強化合成樹脂からなる補強層を配し、加熱・冷却により全体を固化させてなる繊維補強樹脂製容器において、上記補強繊維の巻回過程中に短絡端子を介在させて繊維を巻回することで前記短絡端子と最内方の繊維とを接触させ且つ前記短絡端子の先端を外部に突出させて固定保持し、前記短絡端子と前記センサ端子とを導電接続して繊維補強樹脂製容器構成すれば、上述発明と同一の効果が得られるのは当然ながら、更に加えて前記短絡端子を強固に固定し確実な接続ができ、しかも容器の剛性低下を招くこともない。製造工程の増加も殆ど無く低価格化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】各図は夫々、本発明一実施例である繊維補強樹脂製容器の側面図(a) 、同じくその要部断面図(b) 、内部液量検出を説明する回路図(c) 、同じくその等価回路(d) 及び検出回路の出力等を示すグラフ(e) である。
【図２】 従来の繊維補強樹脂製容器の一例を示す側面図である。
【図３】図２の容器の要部拡大断面図(a) 、及び内部液量検出を説明する模式回路図(b) である。
【図４】従来の繊維補強樹脂製容器の電気的等価回路図(a) 、測定用電極板−内部液体間の静電容量変化を示すグラフ(b) 、導電フィラメント使用により生じる静電容量の液量による変化を示すグラフ(c) 、及びセンサ端子での合成静電容量の変化を示すグラフ(d) である。
【図５】静電容量式液量検出用の既知回路の一例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
(1) …内層容器、
(2,2) …絶縁体、
(3) …センサ極板、
(5,6,8,9) …補強繊維（カーボン繊維）、
(10)…液体、
(10A) …センサ端子、
(11)…短絡端子、
(11a) …先端部、
(20)…液量センサ部。

Claims (2)

1. 内層容器(1) と、該内層容器(1) の外周側に設けられたセンサ極板(3) と、容器内部の液体に接するセンサ端子(10A) で構成される液量センサ部(20)を具備し、外周にカーボン繊維(5,6,8,9) を巻回して補強され、内層容器(1) の内部に貯蔵される液体(10)と前記センサ極板(3) 間の液量に対応する静電容量に基づき内部の液体容量を知るようにした繊維補強樹脂性液体容器において、
   前記センサ端子(10A) と前記カーボン繊維中で最内方のカーボン繊維(5) とを短絡させたことを特徴とする繊維補強樹脂製容器。
2. 熱可塑性合成樹脂からなる薄膜中空体の内層容器(1) と、該内層容器(1) 内部に収容される液体(10)に一端が接触可能に配置され他端は外部まで引き出された導電材料でなるセンサ端子(10A) と，前記内層容器(1) の外周の所定部位に絶縁体(2,2) に挟んで介在させた所定形状の導体でなる液量測定用のセンサ極板(3) と、更に外方に導電性の補強繊維(5,6,8,9) を巻回して形成した強化合成樹脂からなる補強層を配し、加熱・冷却により全体を固化させてなる繊維補強樹脂製容器において、
   上記補強繊維(5,6) の巻回過程中に短絡端子(11)を介在させて補強繊維(6) を巻回することで前記短絡端子(11)と最内方の補強繊維(5) とを接触させ且つ前記短絡端子(11)の先端部(11a) を外部に突出させて固定保持し、前記短絡端子(11)と前記センサ端子(10A) とを導電接続してなる繊維補強樹脂製容器。

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