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ひずみ測定センサー

国内特許コード P04A006927
整理番号 KN000509
掲載日 2005年3月18日
出願番号 特願2001-105971
公開番号 特開2002-303504
登録番号 特許第3482468号
出願日 平成13年4月4日(2001.4.4)
公開日 平成14年10月18日(2002.10.18)
登録日 平成15年10月17日(2003.10.17)
発明者
  • 小笠原 俊夫
  • 石川 隆司
出願人
  • 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
発明の名称 ひずみ測定センサー
発明の概要 【目的】 小型、軽量で、取り扱い性に優れた高性能な繊維破断検出型ひずみ測定センサーを提供する
【解決手段】 炭化ケイ素系繊維等の連続繊維を、空気中で酸化処理を行い、表面に酸化物皮膜を形成する。さらに、熱差処理や化学処理を施して単繊維強度分布を調節する。このようにして得られた連続繊維束2を一方向に配列し、これを絶縁材料である繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックス等の母材で一体化・複合して成形する。そして、得られた一方向の複合材に電極を施して、ひずみ測定センサー1を作成する。炭化ケイ素系繊維は、破断前にも、ひずみの増大とともに電気抵抗が大きくなり、低ひずみ領域で、緩やかな電気抵抗変化率の増加が認められるが、繊維破断が開始すると、電気抵抗変化率は著しく増大する。
従来技術、競合技術の概要


従来の金属箔式ひずみゲージや、光ファイバを用いたひずみ測定センサーは、構造物、もしくは材料にセンサーを貼付、あるいは埋め込んで、特殊な計測器を用いて、ひずみをリアルタイムで計測するものである。このようなひずみ測定センサーは、過渡的なひずみの履歴を計測するのに適しており、広く産業に供されている。しかしながら、これらのセンサーは、リアルタイム計測が基本であり、構造物、もしくは材料が、実際の使用環境下で受けた最大ひずみの履歴を測定することが困難であるという課題があった。また、従来の金属箔式ひずみゲージや、光ファィバ式ひずみ測定センサーは、FRPのような材料に埋め込むためには、寸法が大きく、且つ機械的な特性や、製造加工性を阻害する可能性があるという問題があった。
一方、複合材料が、実際の使用環境下で受けた最大ひずみ履歴を測定するための方法として、例えば、繊維強化複合材料における微視的損傷進展に伴う繊維破断と電気抵抗変化を利用した測定方法に関する研究が報告されている。(例えば、特開平11-217893号公報、N.Mutoetal.,J.Am.Cream.Soc.,76[4],875―79(1993),朴 宰範他、日本機械学会第8回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集 p.2l9―220 等参照)
これは、応力の増大に伴う炭素繊維の電気抵抗増大と、繊維の逐次破断に伴う電気抵抗の変化から、ひずみ、もしくは微視的損傷を測定する方法である。ところが、この方法では、炭素繊維間の接触による導電パス形成により、センサーの測定精度、測定ばらつき、再現性、分解能が低く、且つ、電気抵抗と繊維破断率との関係を決定付けるための理論的な解析が複雑であるという問題があった。また、炭素繊維の破断が発生するのは、高ひずみ領域であることから、ひずみの測定可能な範囲が、高ひずみ領域に限定されてしまうという問題があった。

産業上の利用分野


本発明は、構造物、もしくは材料のひずみを測定するためのひずみ測定センサーに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
連続繊維を複数束ねた繊維束を、繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックスなどの母材によって一体化、複合化した構造のひずみ測定センサーであって、前記連続繊維は、各々その表面に絶縁皮膜層が形成され、前記繊維束中の各繊維間を絶縁してなり、ひずみの増大に伴う前記連続繊維の逐次破断を、電気抵抗の変化により測定することによって、ひずみを、計測、且つ記憶することを特徴とするひずみ測定センサー。

【請求項2】
前記繊維束を母材となる繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックスなどの材料中に、埋め込むことによって一体化したことを特徴とする請求項1記載のひずみ測定センサー。

【請求項3】
前記繊維束を母材となる繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックスなどの材料で挟み込み、ホットプレスにより成形することにより一体化、複合化した特徴とする請求項1記載のひずみ測定センサー。

【請求項4】
前記連続繊維に、熱処理又は化学処理を施すことによって、短繊維の絶縁被覆及び繊維束の強度分布を調節し、且つ、該連続繊維を束ねた繊維束を、単数、もしくは複数組み合わせることによって、全体の連続繊維の強度分布を制御することを特徴とする請求項1~何れか記載のひずみ測定センサー。

【請求項5】
前記連続繊維が炭化ケイ素系繊維である請求項1~何れか記載のひずみ測定センサー。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001105971thum.jpg
出願権利状態 登録
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