(57)【要約】【課題】樹脂含浸繊維の樹脂量を精度よく定量的に測定することができる樹脂含浸量測定装置を提供する。【解決手段】樹脂含浸繊維Ｓの一端面から樹脂含浸繊維Ｓ内部に設定波長の光を入射させる光源部１０と、樹脂含浸繊維Ｓの他端面に対向するように配置され、透過光画像を撮影する受光素子部２０と、透過光画像における各画素の光強度を取得する制御部３０とを備えることにより、簡便かつ定量的に樹脂量が測定できて、樹脂含浸繊維Ｓの品質管理を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂含浸繊維の一端面から前記樹脂含浸繊維内部に設定波長の光を入射させる光源部と、
前記樹脂含浸繊維の他端面に対向するように配置され、透過光画像を撮影する受光素子部と、
前記透過光画像における各画素の光強度を取得する制御部とを備えることを特徴とする樹脂含浸量測定装置。
【請求項２】
前記光源部は、光源と分光器とを備え、
前記分光器は、前記光源からの光を入射させるための入口側スリットと、前記光から設定波長の光を取り出すための回折光学素子と、前記樹脂含浸繊維の他端面を固定する出口側コネクタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の樹脂含浸量測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記透過光画像における各画素の光強度に基づいて、前記樹脂含浸繊維の樹脂量を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂含浸量測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記透過光画像における各画素の光強度に基づいて、前記樹脂含浸繊維中の含浸層と未含浸層とを決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂含浸量測定装置。
【請求項５】
前記樹脂含浸繊維の一端面及び他端面は、研磨されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の樹脂含浸量測定装置。
【請求項６】
樹脂含浸繊維の一端面から前記樹脂含浸繊維内部に設定波長の光を入射させる入射ステップと、
前記樹脂含浸繊維の他端面の透過光画像を撮影する撮影ステップと、
前記透過光画像における各画素の光強度を取得する取得ステップとを含むことを特徴とする樹脂含浸量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントワインディング成形において、樹脂含浸繊維の樹脂含浸量を測定する樹脂含浸量測定装置及び樹脂含浸量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング装置は、繊維の供給部と、繊維に樹脂（シリコーンオイル）を含浸させる樹脂含浸部と、樹脂含浸繊維（ＦＲＰ）を被巻付部材に巻き付ける巻付部等から構成される。そして、樹脂含浸部と巻付部との間に、樹脂含浸繊維に対する樹脂量を測定する測定装置が設けられている。例えば、測定装置では、樹脂含浸部から所定長さの樹脂含浸繊維を引き出し、樹脂含浸繊維の両端部を支承した状態で、樹脂含浸繊維の重量を計測し、その計測結果に基づいて樹脂量を測定している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなフィラメントワインディング装置によれば、樹脂含浸繊維に対する樹脂量を一定範囲に維持して、良質な樹脂含浸繊維を安定的に得ることができる。
【０００４】
また、２枚の並行平板を有する静電容量センサと、これら２枚の並行平板の間を、非接触で樹脂含浸繊維を走行させる走行装置とを備え、走行装置で樹脂含浸繊維を走行させながら、樹脂含浸繊維に含浸されている樹脂量を連続的に測定する樹脂含浸量測定装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、樹脂含浸繊維の幅方向から樹脂含浸繊維に対して光を照射する投光素子と、投光素子と樹脂含浸繊維を挟んだ対向位置に設けられ、樹脂含浸繊維の表面形状に対応する画像を撮像する受光素子と、これら投光素子と受光素子との間を、非接触で樹脂含浸繊維を走行させる走行装置とを備え、走行装置で樹脂含浸繊維を走行させながら、表面形状に対応する画像を撮像することにより、樹脂含浸繊維に含浸されている樹脂量を連続的に測定する樹脂含浸量測定装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０９９２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１１９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、樹脂含浸繊維に含浸される樹脂量は０．５ｇ／ｍ程度と極めて微量であり、上述したようなフィラメントワインディング装置では、樹脂含浸繊維の両端部を常に一定の力で支承するのは極めて困難であるとともに、支承する力の僅かな誤差が樹脂量の測定値に多大な影響を及ぼすため、正確に樹脂量を測定することが困難であった。
【０００８】
また、上述したような樹脂含浸量測定装置でも、正確に樹脂量を測定する点においては未だ不充分であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件発明者は、上記課題を解決するために、樹脂含浸繊維の樹脂量を精度よく定量的に測定することができる樹脂含浸量測定方法について検討を行った。そこで、樹脂含浸繊維の一部を抜き取り、その抜き取った樹脂含浸繊維の一端面に単色光を照射し、樹脂含浸繊維の内部を通過して他端面から出射する光の強度分布（透過光画像）をカメラで検出してみた。
【００１０】
ここで、図２は、上記した方法によってカメラで検出された透過光画像の一例を模式的に示した図である。この透過光画像における樹脂含浸繊維画像は、光強度が高い円形部分５１と、光強度が中程度となる第一円環部分５２と、光強度が弱い第二円環部分５３とで構成されていた。これにより、含浸層の単色光の透過率と未含浸層の単色光の透過率との違いから樹脂含浸繊維中の含浸層相当部分（含浸層の厚み）を決定し、樹脂量を測定することを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明の樹脂含浸量測定装置は、樹脂含浸繊維の一端面から前記樹脂含浸繊維内部に設定波長の光を入射させる光源部と、前記樹脂含浸繊維の他端面に対向するように配置され、透過光画像を撮影する受光素子部と、前記透過光画像における各画素の光強度を取得する制御部とを備えるようにしている。
【００１２】
ここで、「設定波長」とは、使用者等によって決められる任意の波長であり、繊維に含浸される樹脂に対して１００％の透過率とならない波長となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の樹脂含浸量測定装置によれば、樹脂含浸繊維の一端面に単色光（設定波長の光）を入射し、樹脂含浸繊維の内部を通過した後の含浸層の光の透過率と未含浸層の光の透過率との違いから含浸層の厚みを測定することで、簡便かつ定量的に樹脂量を測定することができ、樹脂含浸繊維の品質管理が可能となる。
【００１４】
（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記光源部は、光源と分光器とを備え、前記分光器は、前記光源からの光を入射させるための入口側スリットと、前記光から設定波長の光を取り出すための回折光学素子と、前記樹脂含浸繊維の他端面を固定する出口側コネクタとを備えるようにしてもよい。
本発明の樹脂含浸量測定装置によれば、複数種類の樹脂を含浸した樹脂含浸繊維中の各樹脂層の厚み（樹脂含浸量）も測定することができ、複数の含浸層の品質管理が可能となる。
【００１５】
また、上記の発明において、前記制御部は、前記透過光画像における各画素の光強度に基づいて、前記樹脂含浸繊維の樹脂量を算出するようにしてもよい。
【００１６】
また、上記の発明において、前記制御部は、前記透過光画像における各画素の光強度に基づいて、前記樹脂含浸繊維中の含浸層と未含浸層とを決定するようにしてもよい。
【００１７】
また、上記の発明において、前記樹脂含浸繊維の一端面及び他端面は、研磨されたものであるようにしてもよい。
【００１８】
そして、本発明の樹脂含浸量測定方法は、樹脂含浸繊維の一端面から前記樹脂含浸繊維内部に設定波長の光を入射させる入射ステップと、前記樹脂含浸繊維の他端面の透過光画像を撮影する撮影ステップと、前記透過光画像における各画素の光強度を取得する取得ステップとを含むようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態である樹脂含浸量測定装置を示す概略構成図。
【図２】カメラで検出された透過光画像の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態である樹脂含浸量測定装置を示す概略構成図である。
樹脂含浸量測定装置１は、単色光Ｌを出射する光源部１０と、Ｍ行Ｎ列の画素からなる画像を撮影する受光素子部２０と、樹脂含浸量測定装置１全体の制御を行うコンピュータ（制御部）３０とを備える。
なお、本実施形態において樹脂含浸繊維Ｓは、フィラメントワインディング装置等で作製されたものから所定長さを抜き取り、その両端面が研磨されたものとなる。
【００２２】
光源部１０は、３００Ｗキセノンランプや水銀ランプ等である光源１１と、分光器１２とを備える。分光器１２は、直方体の筐体１５を備え、筐体１５の内部には回折光学素子１６が配置され、筐体１５の側壁には、光源１１からの光を入射させるための入口側スリット１３と出口側コネクタ１４とが配置されている。そして、出口側コネクタ１４には、樹脂含浸繊維Ｓの一端部が使用者によって取り付け取り外し可能となっている。
【００２３】
このような光源部１０において、光源１１は２５０ｎｍ〜１０５０ｎｍの光を出射することが可能となっており、コンピュータ３０によって回折光学素子１６が制御されることで、設定波長λ、光強度Ｉの単色光Ｌを、出口側コネクタ１４に取り付けられた樹脂含浸繊維Ｓの一端面から樹脂含浸繊維Ｓの内部に入射させるようになっている。
【００２４】
受光素子部２０は、ＣＣＤやＣＭＯＳであり、一直線状に配置された樹脂含浸繊維Ｓの他端面に対向するように配置される。これにより、樹脂含浸繊維Ｓの他端面から出射された光の強度ｉを、Ｍ行Ｎ列の画素によって検出するようになっている。そして、各画素で検出された光強度を示す光強度検出信号ｉｍｎがコンピュータ３０に出力される。
【００２５】
コンピュータ３０においては、ＣＰＵ（制御部）３１とメモリ（記憶部）３２とを備え、さらに入力装置３３と表示装置３４とが連結されている。ここで、ＣＰＵ３１が処理する機能をブロック化して説明すると、光源部１０を制御する光源部制御部３１ａと、各画素からの光強度検出信号ｉｍｎを取得する光強度取得制御部３１ｂと、樹脂含浸繊維Ｓの樹脂量を測定する測定部３１ｃとを有する。
【００２６】
また、メモリ３２には、データベースが記憶されている。データベースは、繊維と樹脂との組み合わせと、波長λ及び樹脂量との関係を示すものである。そして、各々の組み合わせにおいて、既知の様々な樹脂量となる樹脂含浸繊維Ｓ’を予め測定しておくことで、未含浸層と半含浸層とに区分するための第一光強度閾値ｉｔｈ１と、半含浸層と含浸層とに区分するための第二光強度閾値ｉｔｈ２とが決定されており、さらに未含浸層の厚さと半含浸層の厚さと含浸層の厚さとの関係から樹脂量が算出されるようになっている。
【００２７】
光源部制御部３１ａは、入力装置３３を用いて入力された繊維と樹脂との組み合わせと、メモリ３２に記憶されたデータベースとに基づいて、光源部１０から波長λ、光強度Ｉの単色光Ｌが出射されるように光源部１０を制御する。例えば、使用者が、入力装置３３を用いて所望の繊維と樹脂の組み合わせを入力すると、光源部制御部３１ａは、メモリ３２に記憶されたデータベースに基づいて、光源部１０から所定の単色光Ｌを出射させる。
【００２８】
光強度取得制御部３１ｂは、受光素子部２０の各画素からの光強度検出信号ｉｍｎに基づいて、図２に示すようなＭ行Ｎ列の画素からなる透過光画像を作成して、表示装置３４に表示する制御を行う。なお、繊維に第一の樹脂と第二の樹脂とが含浸されている場合には、第一の樹脂の樹脂量を測定するための第一の透過光画像と、第二の樹脂の樹脂量を測定するための第二の透過光画像とを取得する。
【００２９】
測定部３１ｃは、入力装置３３を用いて入力された繊維と樹脂との組み合わせと、メモリ３２に記憶されたデータベースとに基づいて、樹脂含浸繊維Ｓの樹脂量を測定する制御を行う。例えば、光強度検出信号ｉｍｎが第一光強度閾値ｉｔｈ１以上であれば、ｍ行ｎ列目の画素に対応する部分は未含浸層であると判定し、光強度検出信号ｉｍｎが第一光強度閾値ｉｔｈ１未満かつ第二光強度閾値ｉｔｈ２以上であれば、ｍ行ｎ列目の画素に対応する部分は半含浸層であると判定し、光強度検出信号ｉｍｎが第二光強度閾値ｉｔｈ２未満であれば、ｍ行ｎ列目の画素に対応する部分は含浸層であると判定するように、（Ｍ×Ｎ）個の光強度検出信号ｉｍｎについて判定する。そして、透過光画像における未含浸層と半含浸層と含浸層との配置状態から、未含浸層の厚さと半含浸層の厚さと含浸層の厚さとを算出して、樹脂含浸繊維Ｓの樹脂量を決定する。
【００３０】
以上のように、本発明の樹脂含浸量測定装置１によれば、樹脂含浸繊維Ｓの一端面に単色光（設定波長λの光）を入射し、樹脂含浸繊維Ｓの内部を通過した後の含浸層の光の透過率と半含浸層の光の透過率と未含浸層の光の透過率との違いから含浸層の厚みと半含浸層の厚みとを測定することで、簡便かつ定量的に樹脂量を測定することができ、樹脂含浸繊維Ｓの品質管理が可能となる。また、複数種類の樹脂を含浸した樹脂含浸繊維Ｓ中の各樹脂層の厚み（樹脂含浸量）も測定することができる。
【００３１】
＜他の実施形態＞
上述した樹脂含浸量測定装置１では、第一光強度閾値ｉｔｈ１と第二光強度閾値ｉｔｈ２とに基づいて、未含浸層と半含浸層と含浸層とに区分する構成を示したが、光強度値と樹脂量との関係を示す検量線を作成しておき、各画素に対応する部分について樹脂量をそれぞれ算出し、その合計値を全樹脂量として算出するような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、フィラメントワインディング成形において、樹脂含浸繊維の樹脂含浸量を測定する樹脂含浸量測定装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ  樹脂含浸繊維
１  樹脂含浸量測定装置
１０  光源部
２０  受光素子部
３０  コンピュータ（制御部）
【図１】
2019015650.tif 000003
【図２】
2019015650.tif 000004