JPH09142572A

JPH09142572A - 繊維補強樹脂製容器

Info

Publication number: JPH09142572A
Application number: JP7319666A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hagiwara; 洋萩原
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-06-03
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: JP3647528B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カーボン繊維等の導電性補強繊維用いて軽量
化を達成しながら、同時に静電容量式の液量センサ部の
特性の直線性を保った繊維補強樹脂製容器を提案する。
これにより、付帯電気回路の変更を無用にし、容器の低
価格化を図り又従来容器との置き換え需要に対応可能と
する。【解決手段】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。

Description

【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61-1
30036 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(1
0A) 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(1
1)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(2
0)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。(2
A)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】(a) 図は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。

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【手続補正書】

【提出日】平成８年３月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｂ２９Ｌ 22:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。