(57)【要約】【課題】被観察物の圧縮率を所定の値に維持して被観察物の観察を行うことができる観察装置を提供する。【解決手段】圧縮可能な被観察物Ｗを収納する凹部２１を有する本体部２と、本体部２に載置されて被観察物Ｗを圧縮しながら凹部２１に蓋をする上蓋部３と、を備え、本体部２に収納された被観察物Ｗは上蓋部３を通して視認可能であり、上蓋部３は、被観察物Ｗを圧縮する際に被観察物Ｗと接触する平板状の接触板部３１と、接触板部３１の被観察物Ｗと接触する面の反対側の面を囲うことにより閉じた空間３５を形成する外周部３２と、を有し、閉じた空間３５の内圧は被観察物Ｗが本体部２に収納されて上蓋部３が本体部２に載置された際の被観察物Ｗによる接触板部３１への押圧力と略等しい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮可能な被観察物を収納する凹部を有する本体部と、
前記本体部に載置されて前記被観察物を圧縮しながら前記凹部に蓋をする上蓋部と、
を備え、
前記本体部に収納された前記被観察物は上蓋部を通して視認可能であり、
前記上蓋部は、前記被観察物を圧縮する際に前記被観察物と接触する平板状の接触板部と、当該接触板部の前記被観察物と接触する面の反対側の面を囲うことにより閉じた空間を形成する外周部と、を有し、
前記閉じた空間の内圧は前記被観察物が前記本体部に収納されて前記上蓋部が前記本体部に載置された際の前記被観察物による前記接触板部への押圧力と略等しいことを特徴とする、観察装置。
【請求項２】
前記閉じた空間は、前記閉じた空間の内圧を調節する内圧調節部と接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記被観察物は繊維束であり、前記本体部は収納された前記被観察物に含浸液を供給する含浸液供給部を有することを特徴とする、請求項１もしくは２のいずれかに記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＴＭ成形法などによる製品製造に先立って含浸の挙動を評価するための観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばカーボンファイバーなどの被含浸物に樹脂などの含浸液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、含浸液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、被含浸物への含浸液の含浸の挙動は、含浸液の注入圧力、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（含浸試験装置）が用いられる。この含浸試験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４は、含浸試験装置の一例である。図４（ａ）に示す上面図のように、含浸試験装置９０は、凹部９４を有する本体部９１および上蓋部９２を備えている。そして、図４（ｂ）に示す正面断面図において表したように凹部９４に被含浸物１００を載置した後、本体部９１の上に上蓋部９２を載置することにより所定のカバーファクター値となるように被含浸物１００を圧縮して収納し、この状態において液供給手段９３から含浸液を本体部９１へ圧送することにより、含浸液は供給口９５、マニホールド９６、スリット９７を経由して被含浸物１００に含浸する。このとき、含浸は図４（ｂ）に矢印で示す通りＸ軸方向に進行するが、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。ここで、上蓋部９２はたとえばアクリルなどの略透明な材料によって構成され、被含浸物１００への含浸液の含浸の挙動は、上蓋部９２を通して視認可能であり、含浸の速度などが測定される。すなわち、含浸試験装置９０は一種の観察装置として機能する。
【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、上記の観察装置では、シミュレーション手段による予測の結果と対比しうる含浸の挙動を正確に生じさせることができなかった。具体的には、図４に示すように含浸試験装置９０（観察装置）内で圧縮された被観察物である被含浸物１００の反力（押圧力）により、本体部９１よりヤング率が低く構成された上蓋部９２がたわむように変形してしまい、その結果被含浸物１００のカバーファクター値が変化してしまっていた。そのため、シミュレーションの設定条件と異なる条件で含浸試験装置９０内で含浸が進行してしまい、正しい含浸速度が測定できないという問題があった。
【０００８】
また、上蓋部９２の剛性を高めるために上蓋部９２の一部にたとえば金属製のリブを設けた場合、このリブが設けられた部分においては含浸の挙動を観察することができず、正確な含浸速度の測定が困難になっていた。
【０００９】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、被観察物の圧縮率を所定の値に維持して被観察物の観察を行うことができる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】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の観察装置は、圧縮可能な被観察物を収納する凹部を有する本体部と、前記本体部に載置されて前記被観察物を圧縮しながら前記凹部に蓋をする上蓋部と、を備え、前記本体部に収納された前記被観察物は上蓋部を通して視認可能であり、前記上蓋部は、前記被観察物を圧縮する際に前記被観察物と接触する平板状の接触板部と、当該接触板部の前記被観察物と接触する面の反対側の面を囲うことにより閉じた空間を形成する外周部と、を有し、前記閉じた空間の内圧は前記被観察物が前記本体部に収納されて前記上蓋部が前記本体部に載置された際の前記被観察物による前記接触板部への押圧力と略等しいことを特徴としている。
【００１１】
上記観察装置によれば、被観察物の圧縮率を所定の値に維持して被観察物の観察を行うことができる。具体的には、閉じた空間の内圧は被観察物が本体部に収納されて上蓋部が本体部に載置された際の被観察物による接触板部への押圧力と略等しいことにより、上蓋部によって被観察物を圧縮した際に上蓋部の接触板部の両面において閉じた空間の内圧と被観察物による押圧力とが釣り合って接触板部のたわみ変形を抑制することができるため、被観察物の圧縮率を所定の値に維持することができる。
【００１２】
また、前記閉じた空間は、前記閉じた空間の内圧を調節する内圧調節部と接続されていても良い。
【００１３】
こうすることにより、圧縮率の異なる様々な条件で被観察物の観察を行う場合に、その都度閉じた空間の内圧を適した圧力に調節することができる。
【００１４】
また、前記被観察物は繊維束であり、前記本体部は収納された前記被観察物に含浸液を供給する含浸液供給部を有するようにしても良い。
【００１５】
被観察物である繊維束への含浸液の含浸速度などを正確に測定するためには被観察物の全体が視認できることが望ましいが、本発明の観察装置によれば、上蓋部にリブなど設けて剛性を高めることなく少なくとも接触板部のたわみ変形を抑制することができるため、被観察物の全体を視認することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の観察装置によれば、被観察物の圧縮率を所定の値に維持して被観察物の観察を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態における観察装置を示す上面図である。
【図２】本実施形態の観察装置を示す正面断面図および側面断面図である。
【図３】被観察物を収納した状態の本実施形態の観察装置を示す断面図である。
【図４】従来の観察装置を示す上面図および側面図である。
【図５】被観察物を収納した状態の従来の観察装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の観察装置の実施の形態について図１、図２を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態における観察装置を示す上面図である。観察装置１は、本実施形態では含浸試験装置であり、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（含浸液の粘度、含浸液の送液圧力、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含浸液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と上蓋部３を有している。図１では本体部２と上蓋部３を上下に並べて表示しているが、観察装置１を用いて被含浸物へ含浸液を含浸させる際は、本体部２に被含浸物を収納した状態で本体部２の上に上蓋部３を載置させる。
【００２０】
また、本体部２と上蓋部３とで閉じ込められた被含浸物は上蓋部３を通して視認可能であり、上蓋部３を挟んで被含浸物の反対側に図示しないビデオカメラなどの撮像装置を配置して含浸の挙動を撮像することにより、含浸速度の評価などが可能となる。すなわち、本実施形態において被含浸物は被観察物にあたる。
【００２１】
また、本実施形態のようにＲＴＭ成形法において被観察物である被含浸物を圧縮する場合の圧縮率について、被含浸物の単位面積に占める繊維面積の割合を特にカバーファクター値と呼ぶ。
【００２２】
図２は観察装置１の断面図であり、図２（ａ）は正面断面図、図２（ｂ）は側面断面図である。なお、図２（ａ）と図２（ｂ）とは縮尺が異なり、図２（ｂ）は図２（ａ）よりも大きく表されている。また、図２（ａ）および図２（ｂ）において上蓋部３は本体部２から離して図示しているが、本体部２に載置された状態の上蓋部３の底面も鎖線にて示している。
【００２３】
ここで、本説明では、被観察物Ｗ内における含浸液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。
【００２４】
観察装置１は、本体部２と上蓋部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に被観察物Ｗを収納し、被観察物Ｗを押さえつけて圧縮するように本体部２へ上蓋部３を載置した後、液供給手段４から凹部２１に向かって含浸液を送液することにより、含浸液は被観察物Ｗの内部に含浸していく。この含浸の進行の様子を図示しない撮像装置などで撮影し、たとえば含浸速度の測定といった含浸の挙動の評価を行う。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。
【００２５】
ここで、含浸液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、被観察物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束が用いられる。
【００２６】
本体部２は、本実施形態ではアルミニウムなどの金属で形成された略直方体の物体であり、被観察物Ｗを収納するものである。この本体部２は、凹部２１、供給口２２、マニホールド２３を有している。
【００２７】
凹部２１は、本体部２の上面中央部に設けられた底面が平坦な窪みであり、Ｘ軸方向の寸法およびＹ軸方向の寸法は、被観察物ＷのＸ軸方向およびＹ軸方向の寸法とくらべて略同等もしくは若干大きく、被観察物Ｗはこの凹部２１の内側に収納される。
【００２８】
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に上蓋部３を載置した際に上蓋部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に上蓋部３を載置した際には、このＯリング２６が上蓋部３と当接し、上蓋部３を支持する。
【００２９】
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観察物ＷのＺ軸方向の寸法よりも小さく、凹部２１に被観察物Ｗを収納し、その上から上蓋部３を載置した際には本体部２と上蓋部３によって被観察物ＷがＺ軸方向に圧縮されるようにしている。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、これによって上蓋部３を載置した時の被観察物ＷのＺ軸方向のカバーファクター値を調節することができる。
【００３０】
供給口２２は、凹部２１に含浸液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。
【００３１】
マニホールド２３は、供給口２２と連通し、凹部２１に対して含浸液の含浸方向（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含浸液を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、上蓋部３と合わさることにより、空洞状の形態をとる。
【００３２】
また、凹部２１とマニホールド２３との間の部分は、上蓋載置部２５より若干低くなっており、上蓋部３が載置されることによりスリット２４が形成される。このスリット２４を通って含浸液はマニホールド２３から凹部２１へ移動する。ここで、マニホールド２３に比べてスリット２４のＺ軸方向の寸法を小さくすることにより、スリット２４内で含浸液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から供給される含浸液は、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）にわたって含浸液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により含浸液が整流される。このように整流されることにより、被観察物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。
【００３３】
また、含浸液の含浸方向（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、含浸が完了して被観察物Ｗから流出した含浸液は、この排出口２７から排出される。
【００３４】
上蓋部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中空の略直方体状の物体であり、本体部２の上方から本体部２に接近することにより、本体部２に載置される。本体部２の凹部２１に被観察物Ｗが収納された状態で図２（ａ）、図２（ｂ）に鎖線で示すように本体部２上に載置されることにより凹部２１に蓋をし、被観察物Ｗを圧縮しつつ観察装置１内に被観察物Ｗを閉じ込める形態をとる。
【００３５】
また、上蓋部３を通して観察装置１内の被観察物Ｗの上蓋部３と対向する面の全体を視認できるよう、上蓋部３は略透明な材料によって形成されている。なお、本実施形態では上蓋部３全体がアクリルで構成され、略透明となっているが、たとえば後述する側板部３３など被観察物Ｗの上蓋部３と対向する面の全体の視認に影響の無い部分は透明でなくても構わない。
【００３６】
また、上蓋部３は、本体部２への取り付けおよび取り外しが頻繁に行われるため、できるだけ軽量であることが望ましく、本実施形態ではアクリルにより形成されている。
【００３７】
上蓋部３は、接触板部３１および外周部３２を有し、この接触板部３１と外周部３２とで中空の略直方体を形成している。
【００３８】
接触板部３１は、本体部２に収納された被観察物Ｗを圧縮する際に被観察物Ｗと接触する平板状の部材であり、被観察物Ｗと接触する面は平坦であり、この面と反対側の面も平坦である。この接触板部３１の被観察物Ｗと接触する面の面積は、被観察物Ｗの接触板部３１と接触する面の面積よりも大きく、接触板部３１は被観察物Ｗの接触板部３１と接触する面の全体と接する。また、平坦な底面の凹部２１に収納され、平坦な接触板部３１によって圧縮される被観察物Ｗのカバーファクター値は、圧縮される面全体で均一になる。
【００３９】
外周部３２は、図２（ｂ）に示すように接触板部３１の外周部と接合される側板部３３と、側板部３３の接触板部３１と接合される面と反対側の面に載置されて接合される天板部３４とを備えており、接触板部３１の被観察物Ｗと接触する面の反対側の面を囲う形態をとり、接触板部３１の被観察物Ｗと接触する面の反対側の面を含む閉じた空間３５を形成する。
【００４０】
この閉じた空間３５は、配管３６を介してポンプ３７に接続されており、ポンプ３７が動作することによって閉じた空間３５が加圧もしくは減圧される。すなわち、ポンプ３７は閉じた空間３５の内圧を調節する内圧調節部として機能する。
【００４１】
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へ含浸液を圧送する。このポンプの圧力を調節することにより、含浸液の送液圧力を調節することが可能である。
【００４２】
以上の観察装置１に被観察物Ｗを収納し、含浸液の送液を行った場合、図２（ａ）に矢印で示すように、供給口２２を通じて本体部２に入った含浸液は、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、被観察物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、被観察物Ｗから流出した含浸液は、排出口２７から排出される。この含浸の挙動を上蓋部３を通して図示しない撮像装置で撮像することにより、含浸速度の測定などができる。
【００４３】
次に、被観察物を収納した状態の本実施形態の観察装置の側面断面図を図３に示す。
【００４４】
本体部２に収納された被観察物Ｗを圧縮するように上蓋部３を本体部２に載置した際、被観察物Ｗが元に戻ろうとする力（反力）が生じる。
【００４５】
ここで、本発明では、図３に示すように被観察物Ｗの反力による上蓋部３の接触板部３１への押圧力をＰ１とした場合に、閉じた空間３５の内圧がこの押圧力と略等しい圧力（≒Ｐ１）となるようにポンプ３７が動作する。このように閉じた空間３５の内圧が大気圧よりも高い圧力Ｐ１になることにより、外周部３２の天板部３４は若干変形する可能性はあるものの、接触板部３１に関しては、被観察物Ｗが接触する面において被観察物Ｗが接触板部３１を押す力と反対面において閉じた空間３５の内圧が接触板部３１を押す力とが略等しい圧力で釣り合うため、接触板部３１のたわみ変形が抑制され、平坦な形状を維持することができる。したがって、被観察物Ｗのカバーファクター値が所定の値から変化することを抑えることができる。
【００４６】
被観察物Ｗである繊維束への含浸液の含浸速度などを正確に測定するためには被観察物Ｗの全体が視認できることが望ましいが、本発明の観察装置１によれば、上蓋部３にリブなど設けて剛性を高めることなく少なくとも接触板部３１のたわみ変形を抑制することができるため、被観察物Ｗの全体を視認することが可能である。
【００４７】
また、このように接触板部３１が平坦な形状で維持された状態における天板部３４のＺ軸方向のたわみは、本実施形態では天板部３４のＹ軸方向の寸法が３００ｍｍであるのに対して約９００ｕｍと非常に小さいため、図示しない撮像装置により撮像された画像の天板部３４のたわみによるひずみは無視することができる。そして、この状態において被観察物Ｗに含浸液を含浸させ、この挙動を撮像装置で撮像することにより、正確な含浸速度の測定などを行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態ではポンプ３７によって閉じた空間３５の内圧を制御することができる。これにより、カバーファクター値の異なる様々な条件で被観察物Ｗの観察を行う場合に、その都度閉じた空間３５の内圧を適した圧力に調節することができる。ここで、被観察物Ｗによる押圧力と閉じた空間３５の内圧とを等しくし、接触板部３１を平坦な形状で維持するためには、あらかじめ被観察物Ｗによる押圧力の値が分かっている場合は、たとえば閉じた空間３５の内圧を測定する圧力計を設け、閉じた空間３５の内圧が上記押圧力の値となるようにポンプ３７の動作を制御すれば良く、また、被観察物Ｗによる押圧力の値が不明な場合は、たとえば接触板部３１の形状を側方（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向など）から認識するための撮像装置もしくはセンサを設け、接触板部３１の形状が平坦だと認識できるまでポンプ３７により閉じた空間３５の内圧を調節すれば良い。
【００４９】
以上の観察装置により、被観察物の圧縮率を所定の値に維持して被観察物の観察を行うことが可能である。
【００５０】
ここで、本発明の観察装置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は上蓋部３側に設けられていても良い。
【００５１】
また、供給口２２は凹部２１の中央に設けられていても良い。
【００５２】
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へ含浸液を圧送しているが、これに限らず、被観察物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含浸液を引き込むものであっても良い。
【００５３】
また、被観察物Ｗは圧縮および含浸が可能な形態であれば、繊維束以外の形態であってもよい。
【００５４】
また、閉じた空間３５は、空洞であるほかに空気以外の気体や略透明な液体などが充填されていても良い。
【００５５】
また、内圧調節部であるポンプ３７を無くし、閉じた空間３５の内圧が常に所定の圧力になっていても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１  観察装置
２  本体部
３  上蓋部
４  液供給手段
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  接触板部
３２  外周部
３３  側板部
３４  天板部
３５  閉じた空間
３６  配管
３７  ポンプ
９０  含浸試験装置（観察装置）
９１  本体部
９２  上蓋部
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
１００  被含浸物
Ｗ  被観察物
【図１】
2017144604.tif 000003
【図２】
2017144604.tif 000004
【図３】
2017144604.tif 000005
【図４】
2017144604.tif 000006
【図５】
2017144604.tif 000007