(57)【要約】【課題】観察する液体が透明であってもその挙動を観察することが可能な液体観察装置を提供する。【解決手段】観察窓３を通して内部に存在する液体の挙動を観察する液体観察装置１であって、観察窓３は観察光に対して透過性を有する窓材３１を有し、窓材３１の液体と接触する側の面粗さが、その反対面のそれより大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察窓を通して内部に存在する液体の挙動を観察する液体観察装置であって、前記観察窓は観察光に対して透過性を有する窓材を有し、該窓材の前記液体と接触する側の面粗さが、その反対面のそれより大きいことを特徴とする液体観察装置。
【請求項２】
前記窓材の前記液体と接触する側の面粗さが、Ｒｚにして０．４以上５０以下の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の液体観察装置。
【請求項３】
前記窓材の前記液体と接触する側と反対側の面粗さが、Ｒｚにして０．３以下の範囲であることを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の液体観察装置。
【請求項４】
前記液体観察装置は、多孔質体中における前記液体の挙動を観察するものであり、前記窓材が前記多孔質体と圧接するものであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の液体観察装置。
【請求項５】
前記多孔質体が繊維編組体であることを特徴とする請求項４に記載の液体観察装置。
【請求項６】
前記繊維編組体が炭素繊維を有するものであることを特徴とする請求項５に記載の液体観察装置。
【請求項７】
前記窓材が、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂のいずれか、或いはそれらの組み合わせから成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体観察装置。
【請求項８】
前記液体観察装置が前記液体界面の挙動を観察するものである事を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液体観察装置。
【請求項９】
前記窓材が前記液体観察装置に対し交換可能に設けられたものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液体観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体挙動の観察装置に関わるものであり、特に、繊維編組体などの多孔質材料中の液体の挙動を観察するのに好適な液体挙動観察装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばカーボンファイバーといった繊維編組体など多孔質材（被含浸物）に樹脂などの液体を含浸させて繊維強化樹脂（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ、ＦＲＰ）を成形する方法の一つに、ＲＴＭ（Ｒｅｇｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法がある。このＲＴＭ成形法は、液体がまだ含浸されていない被含浸物を成形する形状に整えたもの（プリフォームと呼ぶ）を成形型に配置した後、樹脂を加圧してプリフォーム内に注入、含浸させる方法であり、自動車のボンネット部を形成するＦＲＰを成形する場合などに使用される。
【０００３】
ここで、被含浸物への液体の含浸の挙動は、液体の注入圧力、被含浸物のカバーファクター値（被含浸物の単位面積に占める繊維面積の割合）などの含浸条件の変化により大きく変化するため、良好な品質の成形品を得るためには、適切な含浸条件の下で含浸を行う必要がある。そこで、実際に成形品を形成する前の段階で含浸の挙動のシミュレーション手段による挙動の予測が行われ、この予測から得られた最適な含浸条件で含浸が行われる。
【０００４】
ここで、このシミュレーション手段による予測は精度が高いことが当然必要となるが、精度が高いことの実証には、特許文献１に示すような含浸係数測定装置（液体観察装置）が用いられる。この液体観察装置で含浸試験を行い、その得られる含浸の挙動とシミュレーション手段により予測された含浸の挙動とを対比させることにより、シミュレーション手段による予測の精度を評価することができる。
【０００５】
図３は、液体観察装置の一例である。図３に示す側面図のように、液体観察装置９０は、凹部９４を有する本体部９１および観察窓９２を備えている。そして、凹部９４に被含浸物Ｗを載置した後、本体部９１の上に観察窓９２を載置することにより被含浸物Ｗを収納し、この状態において液供給手段９３から液体を本体部９１へ圧送することにより、液体は供給口９５、マニホールド９６、スリット９７を経由して被含浸物Ｗに含浸する。このとき、含浸は図３に矢印で示す通りＸ軸方向に進行し、この液体の挙動がたとえばビデオカメラといった撮像装置９８により観察窓９２ごしに観察されることにより、その含浸の速度などが測定され、その結果がシミュレーション手段によって予測された含浸の挙動と対比される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６９０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の液体観察装置では、たとえば液体が透明である場合に観察窓ごしに液体の先端（含浸フロント）を観察することが困難であり、含浸速度などの測定が困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、観察する液体が透明であってもその挙動を観察することが可能な液体観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の液体観察装置は、観察窓を通して内部に存在する液体の挙動を観察する液体観察装置であって、前記観察窓は観察光に対して透過性を有する窓材を有し、該窓材の前記液体と接触する側の面粗さが、その反対面のそれより大きいことを特徴としている。
【００１０】
上記液体観察装置によれば、観察窓の液体と接触する側の面粗さがその反対面より大きいことにより液体が到達していない部分では液体観察装置の内部は観察窓の外側から曇って見え、一方、液体が到達して観察窓と接触している部分は液体観察装置の内部が観察窓の外側から鮮明に見えるようになるため、液体が透明であってもその挙動を観察することができる。
【００１１】
また、前記窓材の前記液体と接触する側の面粗さが、Ｒｚにして０．４以上５０以下の範囲であると良い。
【００１２】
こうすることにより、窓材において液体が接触している部位と接触していない部位とのコントラストが良好に表れ、液体の挙動の観察を容易に行うことができる。
【００１３】
また、前記窓材の前記液体と接触する側と反対側の面粗さが、Ｒｚにして０．３以下の範囲であると良い。
【００１４】
また、前記液体観察装置は、多孔質体中における前記液体の挙動を観察するものであり、前記窓材が前記多孔質体と圧接する場合に好適に用いられる。
【００１５】
また、前記多孔質体が繊維編組体である場合に好適に用いられる。
【００１６】
また、前記繊維編組体が炭素繊維を有するものである場合に好適に用いられる。
【００１７】
また前記窓材が、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂のいずれか、或いはそれらの組み合わせから成ると良い。
【００１８】
また、前記液体観察装置が前記液体界面の挙動を観察するものである場合に好適に用いられる。
【００１９】
また、前記窓材が前記液体観察装置に対し交換可能に設けられたものであると良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の液体観察装置によれば、観察する液体が透明であってもその挙動を観察することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態における液体観察装置を示す側面断面図および上面図である。
【図２】本実施形態の液体観察装置に液体の供給を行い、その挙動を観察窓を通して観察した様子を表す図である。
【図３】従来の液体観察装置を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の液体観察装置の実施の形態について図１を用いて説明する。
【００２３】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態における液体観察装置を示す側面断面図である。液体観察装置１は、本実施形態ではＲＴＭ成形法によって得られるＦＲＰなどの成形品において、より良質なものを得ることを目的とし、当該成形品を成形するために最適な含浸条件（液体の粘度、液体の送液圧力、被含浸物の圧縮率など）を決定するために試験的に被含浸物へ液体を含浸させて含浸速度などを評価する装置であり、本体部２と観察窓３を有している。液体観察装置１を用いて被含浸物へ液体を含浸させる際は、本体部２に被含浸物Ｗを収納した後、図２の上に本体部２の上に観察窓３を載置させる。そして、観察窓３ごしに液体の含浸の挙動を液体観察装置１の外部から観察する。
【００２４】
ここで、本説明では、液体の主たる進行方向をＸ軸方向、水平面上でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方と直交する方向、すなわち鉛直方向をＺ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向が液体の進行方向であるのに対し、Ｙ軸方向を幅方向とも呼ぶ。
【００２５】
液体観察装置１は、本体部２と観察窓３のほかに液供給手段４を備えており、本体部２が有する凹部２１に被含浸物Ｗを載置し、被含浸物Ｗを押さえつけるように本体部２へ観察窓３を載置した後、液供給手段４から凹部２１に向かって液体を送液することにより、液体は被含浸物Ｗの内部に含浸していく。この含浸の進行の様子は、観察手段であるたとえばビデオカメラといった撮像装置５によって撮影され、たとえば含浸速度の測定といった含浸の挙動の評価が行われる。また、この評価結果は、別個設けられたシミュレーション手段による含浸の挙動の予測の精度を実証するために、このシミュレーション手段による予測の結果との対比に用いられる場合もある。
【００２６】
ここで、液体としてたとえばポリアミド、ポリイミドなどの樹脂が用いられ、被含浸物Ｗとしてたとえば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの繊維編組体が用いられる。
【００２７】
本体部２は、本実施形態ではアクリルで形成された略直方体の物体であり、被含浸物Ｗを載置するものである。また、図１（ｂ）は、本体部２の上面図である。
【００２８】
この本体部２は、凹部２１、供給口２２、マニホールド２３、およびスリット２４を有している。
【００２９】
凹部２１は、本体部２の上面中央部に設けられた窪みであり、Ｘ軸方向の寸法およびＹ軸方向の寸法は、被含浸物ＷのＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法とくらべて同等もしくは若干大きく、被含浸物Ｗはこの凹部２１の内側に載置される。
【００３０】
また、本体部２上面の凹部２１以外の部分（凹部２１の外側の部分）は、本体部２に観察窓３を載置した際に観察窓３と近接する部分である上蓋載置部２５となっている。また、この上蓋載置部２５には凹部２１を囲むように溝が設けられ、この溝にＯリング２６が配置されている。本体部２に観察窓３を載置した際には、このＯリング２６が観察窓３と当接して変形し、凹部２１が気密性を有した状態となる。
【００３１】
凹部２１の深さ（Ｚ軸方向の寸法）は、本実施形態では無負荷時の被含浸物ＷのＺ軸方向の寸法よりも小さく、凹部２１に被含浸物Ｗを載置し、その上から観察窓３を載置した際には本体部２と観察窓３によって被含浸物ＷがＺ軸方向に圧縮される、すなわち、観察窓３が被含浸物Ｗに圧接するようにしている。また、凹部２１の底面にシート状のスペーサを敷くことにより、凹部２１の実質的な深さを調節することができ、これによって観察窓３を載置した時の被含浸物ＷのＺ軸方向の圧縮率を調節することができる。
【００３２】
供給口２２は、凹部２１に液体を供給するために本体部２の下面に設けられた貫通穴であり、配管２８を通じて液供給手段４と接続されている。
【００３３】
マニホールド２３は、供給口２２と連通し、凹部２１に対して液体の含浸方向（Ｘ軸方向）の上流側に設けられ、Ｙ軸方向の寸法が凹部２１のＹ軸方向の寸法と略同一であり、本体部２の上面に設けられた窪みもしくは本体部２の内部に形成された空洞部であり、供給口２２を経由して供給された液体を凹部２１に到達するまでにＹ軸方向に広げる働きを有する。なお、マニホールド２３が本体部２の上面に設けられた窪みの形態である場合、観察窓３における当該マニホールド２３と対向する面（本実施形態では窓材３１の液体接触面３３）と合わさることにより、空洞状の形態をとる。
【００３４】
スリット２４は、マニホールド２３および凹部２１に連通し、Ｙ軸方向の寸法がマニホールド２３および凹部２１のＹ軸方向の寸法と略同一であり、Ｚ軸方向の寸法がマニホールド２３および凹部２１のＺ軸方向の寸法よりも小さい、本体部２の上面に設けられた窪みもしくは本体部２の内部に形成された空洞部であり、このスリット２４を通って液体はマニホールド２３から凹部２１へ移動する。なお、スリット２４が本体部２の上面に設けられた窪みの形態である場合、観察窓３における当該スリット２４と対向する面（本実施形態では窓材３１の液体接触面３３）と合わさることにより、空洞状の形態をとる。
【００３５】
ここで、マニホールド２３に比べてスリット２４はＺ軸方向の寸法が小さいことから、スリット２４内で液体にかかる流動抵抗は、マニホールド２３内でのものより大きくなる。そのため、供給口２２から供給される液体は、マニホールド２３内でＹ軸方向に広がり、その後マニホールド２３全体に充填されてから、スリット２４内への浸入を開始する。その結果、スリット２４内において幅方向（Ｙ軸方向）にわたって液体の先頭部分を結んだ線分は、Ｙ軸と略平行となる。すなわち、スリット２４により液体が整流される。このように整流されることにより、被含浸物Ｗへの含浸を幅方向にわたって同時に開始することができる。
【００３６】
また、液体の含浸方向（Ｘ軸方向）において下流側の凹部２１の端部には、排出口２７が設けられており、含浸が完了して被含浸物Ｗから流出した液体は、この排出口２７から排出される。
【００３７】
観察窓３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の寸法が本体部２のＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法と略同一である直方体状の物体であり、窓材３１と窓材３１を囲う枠材３２とを有している。本体部２の凹部２１に被含浸物Ｗが載置された状態で本体部２上に載置されることにより、窓材３１にあたる部分が被含浸物Ｗと圧接し、液体観察装置１内に被含浸物Ｗを圧縮しながら収納する形態をとる。
【００３８】
窓材３１は、本実施形態ではアクリル樹脂で形成されており、観察光に対して透過性を有し、液体観察装置１の内部の液体の挙動はこの窓材３１ごしに観察可能である。なお、窓材３１の材料は、アクリル樹脂のほかにガラス、ポリカーボネート樹脂、あるいはこれら３つの材料の組合わせであるものが光透過性、剛性、重量の観点から好適に用いられる。
【００３９】
窓材３１のＸ軸方向寸法およびＹ軸寸法は、本体部２の凹部２１のＸ軸方向寸法およびＹ軸寸法と同等、もしくはそれ以上であり、本体部２に観察窓３を載置したときに少なくとも凹部２１の全体が観察可能となっている。
【００４０】
また、窓材３１において、本体部２に載置したときに本体部２と対向し凹部２１内を移動する液体と接触する面である液体接触面３３（図１（ａ）でハッチングで示した部分）と、その反対側の面であって撮像装置３５と対向する面である観察面３４とは平行に設けられており、ともに面精度１００ｕｍ程度で略平坦な形状を有している。
【００４１】
ここで、本発明の液体観察装置１における窓材３１において、液体接触面３３の面粗さは観察面３４の面粗さよりも大きい（粗い）。具体的には観察面３４の面粗さがＲｚにして０．３ｕｍ以下（言い換えれば、Ｒａにして０．０７５ｕｍ以下）であるのに対し、液体接触面３３の面粗さはＲｚにして０．４ｕｍ〜５０ｕｍ（言い換えれば、Ｒａにして０．１ｕｍ〜１２．５ｕｍ）であり、砂番でいうところの＃２０００以下の磨りガラス程度の面粗さとなっている。
【００４２】
なお、面粗さが粗いガラスの一例として、フッ素処理を用いたフロストガラスというのもあるが、これは光透過性が乏しく、本発明には適さない。
【００４３】
枠材３２は、窓材３１の枠に相当して窓材３１の周囲を囲う部位であり、観察窓３が本体部２に載置される際に観察窓載置部２５と当接する。なお、本実施形態では、枠材３２は窓材３１と同じ材料で構成されており、枠材３２と窓材３１とが一体で形成されている。
【００４４】
ここで、液体観察装置１は観察窓３が本体部２に載置可能、すなわち本体部２と観察窓３とが分離した構成となっているため、上記窓材３１に傷や汚れが生じて液体の挙動の観察に支障をきたした場合には、液体観察装置１全体を更新する必要無く観察窓３もしくは窓材３１のみを交換することによって復旧させることが可能である。
【００４５】
液供給手段４は、本実施形態ではポンプであり、配管２８、供給口２２、マニホールド２３、スリット２４を通じて凹部２１へ液体を圧送する。このポンプの圧力を調節することにより、液体の送液圧力を調節することが可能である。
【００４６】
以上の液体観察装置１に被含浸物Ｗを収納して液体の供給を行い、その挙動を観察窓３を通して観察した様子を、図２に示す。図２（ａ）は送液前の様子であり、図２（ｂ）、図２（ｃ）の順に送液および被含浸物Ｗへの含浸が進行していく様子を示している。
【００４７】
供給口２２を通じて本体部２に入った液体は、マニホールド２３でＹ軸方向に広がり、スリット２４で整流された後、凹部２１に配置された被含浸物Ｗに浸入し、Ｘ軸方向へ含浸が進行する。そして含浸が完了した後、被含浸物Ｗから流出した液体は、凹部２１の排出口２７から排出される。これらマニホールド２３、スリット２４、および凹部２１は観察窓３の窓材３１の奥側に位置しているが、本発明では前述の通り窓材３１の液体接触面３３の面粗さが粗く、液体接触面３３で光が乱反射するため、液体が供給されていない状態では図２（ａ）に示す通り窓材３１の奥側は曇った状態でしか観察できない。このように曇った状態でしか観察できない様子は、図２（ａ）乃至（ｃ）においてハッチングで表されている。
【００４８】
これに対し、供給口２２から液体が供給され、液体が液体接触面３３と接触した場合、液体接触面３３の細かい凹凸が液体によって埋められるため、液体接触面３３における光の乱反射が軽減される。また、窓材３１の観察面３４はもとより液体接触面３３より面粗さが小さいため、液体接触面３３における光の乱反射が軽減されることにより窓材３１を通して窓材３１の奥側が観察しやすくなる。
【００４９】
したがって、供給口２２から液体が供給されてマニホールド２３、スリット２４を経由して液体の被含浸物Ｗへの含浸が進行していくと、被含浸物Ｗの表面近傍を通る液体が液体接触面３３と接触して液体観察装置１の内部、すなわち液体が含浸した被含浸物Ｗが観察窓３の外側から鮮明に見えるようになる。
【００５０】
このとき、図２（ｂ）に示すように含浸が進行している液体の界面である含浸フロントＦを境界として液体観察装置１の内部が鮮明に見える部分と曇って見える部分とに分かれる。そして時間が経過して含浸が進行するにつれ、図２（ｃ）に示すように液体観察装置１の内部が鮮明に見える部分と曇って見える部分の境界が液体の進行方向に移動する。この境界の挙動を確認することにより、液体観察装置１の内部を通る液体が透明であっても、含浸フロントＦの挙動を観察することが可能である。
【００５１】
そして、この含浸フロントＦの挙動の観察結果をもとに含浸の速度などが測定され、その結果がシミュレーション手段によって予測された含浸の挙動と対比されることも可能である。
【００５２】
ここで、前述の通り被含浸物Ｗは窓材３１に圧接されているので、圧接されずに被含浸物Ｗが載置されている場合と比べ、被含浸物Ｗに含浸して被含浸物Ｗの表面近傍を通る液体は確実に液体接触面３３と接触するため、液体の挙動の観察が容易となっている。
【００５３】
また、前述の通り液体接触面３３の面粗さがＲｚにして０．４ｕｍ〜５０ｕｍ程度であることにより、液体接触面３３において液体が接触している部位と接触していない部位とのコントラストが良好に表れ、含浸フロントＦの挙動の観察をさらに容易に行うことができる。
【００５４】
なお、前述では観察面３４の面粗さがＲｚにして０．３ｕｍ以下となっているが、特に、Ｒｚにして約０．０８ｕｍ〜０．１ｕｍ（言い換えれば、Ｒａにして約０．０２ｕｍ〜０．０２５ｕｍ）とさらに平面度の高い面であり、液体接触面３３の面粗さとの差がさらに大きくなることにより、液体接触面３３において液体が接触している部位と接触していない部位とのコントラストがさらに良好に表れる。
【００５５】
以上の液体観察装置により、観察する液体が透明であってもその挙動を観察することが可能である。
【００５６】
ここで、本発明の液体観察装置１は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、供給口２２は本体部２ではなく観察窓３に設けられていても良い。
【００５７】
また、供給口２２は凹部２１の中央に設けられていても良い。
【００５８】
また、液供給手段４は本実施形態ではポンプであり、本体部２の凹部２１へ液体を圧送しているが、これに限らず、被含浸物Ｗを収納している部分の内部圧力を真空ポンプにより低くし、外気圧との差圧により外部に設けられたタンクから液体を引き込むものであっても良い。
【００５９】
また、液体接触面３３の面粗さは本説明ではＲｚにして０．４ｕｍ〜５０ｕｍとしているが、それ以上、もしくはそれ以下であっても良い。
【００６０】
また、被含浸物Ｗは繊維編組体以外の形態であってもよい。たとえばスポンジ状の多孔質体であっても良い。この多孔質体が本体部２の凹部２１に載置されて観察窓３に圧接されることにより、多孔質体中を通る液体の挙動を上記と同様に観察することができる。
【００６１】
また、被含浸物Ｗは無くても良い。凹部２１には何も配置されていない状態において液体が供給され、凹部２１を通る液体単体の挙動が本説明の液体観察装置１により観察されるようにしても良い。
【００６２】
また、上記の説明では観察手段として撮像装置５が用いられているが、必ずしも撮像装置が用いられる必要は無く、目視が観察手段であっても良い。その場合、観察窓３に目盛りなど計測補助手段が設けられているとさらに良い。
【００６３】
また、本発明の液体観察装置では透明な液体の挙動を観察することが可能であるが、透明以外の色の液体の挙動を観察する場合にも当該液体観察装置は好適に使用されうる。
【符号の説明】
【００６４】
１  液体観察装置
２  本体部
３  観察窓
４  液供給手段
５  撮像装置
２１  凹部
２２  供給口
２３  マニホールド
２４  スリット
２５  上蓋載置部
２６  Ｏリング
２７  排出口
２８  配管
３１  窓材
３２  枠材
３３  液体接触面
３４  観察面
９０  液体観察装置
９１  本体部
９２  観察窓
９３  液供給手段
９４  凹部
９５  供給口
９６  マニホールド
９７  スリット
９８  撮像装置
Ｆ  含浸フロント
Ｗ  被含浸物
【図１】
2018192759.tif 000003
【図２】
2018192759.tif 000004
【図３】
2018192759.tif 000005