(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサに電荷を高電圧で蓄積し、該電荷を電極で挟んだ試料に通電するとともに、該電極に直列に抵抗器を接続し、該抵抗器で分圧した小電圧を測定し、該電圧を、予め作成した電圧と水分量との検量線に対応させることにより試料中の水分量を算出することを特徴とするガラス繊維の含有微量水分の測定方法。
【請求項２】
水分を測定する試料の束を挟み込む電極と、該電極を保持する絶縁性の保持板及び一定圧力で該試料を挟み込む加圧装置から構成される測定用電極部と、該測定用電極部に一定量の電荷を通電するためのコンデンサの両極間に、電源とスイッチを直列に接続した充電回路と、前記スイッチとは逆に作動するスイッチと前記試料を挟持する電極および抵抗器を直列に接続し、さらに該抵抗器に電流測定装置を並列接続して構成した通電回路とからなる電気的測定部とを備えてなることを特徴とするガラス繊維の含有微量水分の測定用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、断熱吸音材、エアフィルタ用濾材、鉛蓄電池用セパレータ及びガラスマット等のガラス繊維加工製品に使用されるガラス繊維に含有される微量水分の測定方法と測定用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば鉛蓄電池に使用されるガラスマットを製造するためのガラス繊維の水分量がガラスマットの品質に大きく影響することは経験的に知られている。ところが、ガラスマットの品質にとって最適とされる水分量は、重量比で約０．２％以下と非常に微量であるため、正確に測定するには、ガラス繊維を絶対乾燥させる以外に適当な手段はなく、従って、測定結果を得るまでに時間がかかり、製造工程をリアルタイムに制御管理することが困難であった。しかも、試料の重量も大きくなり、また絶対乾燥させるために、測定に使用した試料は、以後原料として使用することができなかった。
【０００３】
このような事情から、製造工程をリアルタイムに制御管理する観点で、米、麦等の穀物に使用されている水分計、例えば、直流抵抗式、静電容量式、高周波抵抗式、マイクロ波式、赤外線式等の、ガラス繊維の含有微量水分の測定への適用性について検討した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の水分計では、いずれも３％以下の微量水分を測定することができなかった。
本発明は、このような事情に鑑み、ガラス繊維を破壊することなく、簡易な手段で、しかもリアルタイムに微量水分を測定することが可能な測定方法と測定用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】
すなわち、本発明のガラス繊維の含有微量水分の測定方法は、コンデンサに電荷を高電圧で蓄積し、該電荷を電極で挟んだ試料に通電するとともに、該電極に直列に抵抗器を接続し、該抵抗器で分圧した小電圧を測定し、該電圧を、予め作成した電圧と水分量との検量線に対応させることにより試料中の水分量を算出することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のガラス繊維の含有微量水分の測定用装置は、水分を測定する試料の束を挟み込む電極と、該電極を保持する絶縁性の保持板及び一定圧力で該試料を挟み込む加圧装置から構成される測定用電極部と、該測定用電極部に一定量の電荷を通電するためのコンデンサの両極間に、電源とスイッチを直列に接続した充電回路と、前記スイッチとは逆に作動するスイッチと前記試料を挟持する電極および抵抗器を直列に接続し、さらに該抵抗器に電流測定装置を並列接続して構成した通電回路とからなる電気的測定部とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、上記のような特徴を有する構成により、試料を破壊することなく、一定の厚さに保持でき、しかも信頼性の高い測定データを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明について説明する。
図１は本発明の一実施例を示す回路図、図２は本発明により得られたデジタルオシロスコープの代表的な電圧波形図、図３は本発明の電流値と水分量の検量線図、図４は本発明の測定の態様を示す説明図、図５は本発明測定用装置の測定用電極部の説明図である。
図１において、１は電源、２は該電源１と接続したコンデンサ４との間に設けたスイッチで、これらによりコンデンサ４への充電回路が形成される。さらに該コンデンサ４には、前記スイッチ２とはオン・オフが逆に作動するスイッチ３を介して電極６、６と、該電極６、６間に挟持される試料５及び抵抗器７を直列に接続し、さらに該抵抗器７にオシロスコープを具備する電流測定装置８を並列に接続した通電回路を接続して電気的測定部Ａを構成した。
また、測定用電極部Ｂを示す図５において、１０は電極６の保持板１１を固定する固定具１０ａと間隔保持具１０ｂとを有する加圧装置、１２は電極６と保持板１１との間に介在させた調整板、１３は電極６と測定装置９とを接続するシールドケーブルである。なお、本発明における電極６の材質は、銅、鉄、アルミニウム、真鍮、金、白金等が使用され、また、電極６を保持する保持板１１には、絶縁性の良好なプラスチック、木材、ガラス等の材料が使用される。
【０００９】
図１において、先ず、スイッチ２をオン、スイッチ３をオフにして、電源１により約４００μＦの容量をもつコンデンサ４を、高電圧（約７５００Ｖ）で充分に充電する。そこで、スイッチ２をオフ、スイッチ３をオンにするとコンデンサ４に充電された電荷は、前記通電回路を流れ、電極６，６に挟持されたガラス繊維からなる試料５を通して通電（中和）する。このとき、該回路の電流値Ｉは、該試料５の抵抗値をＲｘ、帯電されたコンデンサ４の両端の電圧をＶｃとすれば、オームの法則により下記の（１）式で表される。
Ｉ＝Ｖｃ／Ｒｘ              （１）
【００１０】
また、電流Ｉは、コンデンサ４の両端の電圧Ｖｃ（Ｖｃ＝Ｑ／Ｃ、但し、Ｃはコンデンサの容量、Ｑは電荷量）によって異なるが、通電によって瞬時に電荷が中和される。ところが、このような、高圧かつ高速で変化する電圧を直接測定することはできないので、本発明においては、例えば試料５に直列に接続した抵抗器７（比較的小さな抵抗値ｒ、ｒ<<Ｒｘ）で分圧し、その両端の小さな電圧Ｖｔを電流測定装置８のデジタルストレージオシロスコープで測定するようにする。
【００１１】
この電流Ｉは、この電圧Ｖｔに正比例するので、該電圧Ｖｔの大きさからガラス繊維からなる試料５の中の水分量を推定できる。なお、抵抗７の抵抗値ｒはガラス繊維からなる試料５中の水分量によって流れる電流Ｉが大きく異なるため、数十Ωから数百Ωまで適宜変えたものを用いるようにする。
【００１２】
但し、前記（１）式におけるガラス繊維試料の抵抗Ｒｘは、ガラス繊維中の微量水分自身の抵抗と、該試料を電極で挟み込んだときのその接触抵抗との和であるので、これを常に一定にするためには、挟み込むときの圧力を一定にすることと、銅電極板やガラス繊維の表面状態を一定にすること、測定するガラス繊維の厚さを一定にすることが望ましい。
【００１３】
一方、図３に示すガラス繊維の水分重量％の検量線は、通電電圧測定直後の重量を測定し、上記方法で測定した試料を挟んだ電極をまるごと乾燥機で完全乾燥させたときの重量差から求めたものである。すなわち、図示のように電流値と水分量が正比例関係になる。このとき、水分分布の不均一性を避けるため、電極の面積は０．０１５ｍ2 以上とすることが好ましい。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明の実施例を示す。
図４及び図５に示す説明図において、鉛電池用のガラスマットに使用される直径１９μｍのガラス長繊維の紡糸直後と乾燥・養生したガラス糸（厚さ１０ｍｍ、単重６３００ｇ／ｍ2 ）を試料５として、測定用装置で測定した。
この測定用装置の測定用電極部Ｂは、電極面積１００ｍｍ×１５０ｍｍの銅板電極６を保持した絶縁性の良好なプラスチック製保持板１１、試料５としてのガラス糸を銅板電極６で一定圧力で挟み込むための加圧装置１０から構成される。具体的には、この加圧装置１０は、２枚の保持板１１を間隔保持具１０ｂを介して合わせ固定具１０ａで固定するとともに、銅板電極６、６同士が試料５に平行に接触するように、該電極６、６の少なくとも一方に調整板１２を介在させておく。
次に、図１に示す回路からなる電気的測定部Ａのスイッチ２をオンにするとともにスイッチ３をオフにし、電源１からコンデンサ４に高電圧を加えて電荷を蓄積した後、スイッチ２をオフにし、一方スイッチ３をオンにして、シールドケーブル１３を通して銅板電極６、６間に、コンデンサ４に蓄積された一定量の電荷を通電し、電流測定装置８で測定した。
【００１５】
上記の方法で通電した瞬間（電極を挟んだ瞬間）にのみ電流測定装置８のディジタルオシロスコープに記録された電圧波形の例を図２に示した。これらの電圧波形から計算される電流値Ｉとガラス繊維重量に対する水分重量％との関係を求めると図３に示す直線関係の検量線が得られた。
【００１６】
例えば、電圧Ｖｃ＝７５００Ｖをコンデンサ４００μＦに蓄積し、５００ｍｓ間ガラス糸の試料５に荷電した。このとき、該試料５に直列した抵抗器７の値ｒを１００ｋΩとすると、該試料５に印加する電圧Ｖｔが１．２Ｖであれば、前記（１）式より電流値１２μＡが測定され、図３の検量線から水分０．１％を算出できた。
【００１７】
以上説明したように、本発明方法によれば、紡糸直後の水分の多い状態の糸状の優劣判定と、更に乾燥、養生した展開工程向けの糸状の優劣を判定できる。このため設定値に入らない場合は、例えば、水分が多すぎる場合には、乾燥を充分に行い設定値にまで下げ、また、水分が少な過ぎる場合には、後工程の糸状乾燥を短時間に押さえる等の操作を行うことで水分量を制御管理することができる。
【００１８】
なお、ガラス繊維の水分量がある限界を超えると殆ど導通状態になり、上記の直線関係は成立しなくなるので、１．２％以下の水分量が望ましい。
【００１９】
上記の実施例においては、ガラス繊維の含有微量水分の測定を説明したが、本発明は、その他の無機繊維、有機繊維、あるいは布、紙等においても同様な測定を行うことが可能であることは勿論である。また、通電する電荷は３５００Ｖ以上の高電圧で、その通電時間は５００ｍｓ程度が好ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、コンデンサに帯電した電荷を、１．２％以下の僅かな水分を含んだ試料に短時間通電したときの電流値から、該試料の水分量を測定するという極めて簡易な手段および装置により、試料を破壊することなくリアルタイムで正確に測定することが可能となり、断熱吸音材、エアフィルタ用濾材、鉛蓄電池用セパレータ及びガラスマット等のガラス繊維加工製品に使用される微量水分を含有するガラス繊維の水分の測定に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】本発明により得られたデジタルオシロスコープの代表的な電圧波形図。
【図３】本発明の電流値と水分の検量線図。
【図４】本発明の測定の態様を示す説明図。
【図５】本発明測定用装置の測定用電極部の説明図。
【符号の説明】
Ａ    電気的測定部
Ｂ    測定用電極部
１    電源
２    スイッチ
３    スイッチ
４    コンデンサ
５    試料
６    電極
７    抵抗器
８    電流測定装置
１０    加圧装置
１０ａ  固定具
１０ｂ  間隔保持具
１１    保持板
１２    調整板
１３    シールドケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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