JP3406045B2 - 内部損傷検知可能なｆｒｐ部材 - Google Patents
内部損傷検知可能なｆｒｐ部材Info
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- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内部損傷検知可能なＦＲ
Ｐ（繊維強化プラスチック）部材、特に、軟磁性体の応
力−磁気特性を利用して内部損傷を検知し得るようにし
たＦＲＰ部材に関する。
Ｐ（繊維強化プラスチック）部材、特に、軟磁性体の応
力−磁気特性を利用して内部損傷を検知し得るようにし
たＦＲＰ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種ＦＲＰ部材としては、ＦＲ
Ｐ部材本体にカーボン長繊維を埋設したものが公知であ
る（例えば、特開昭６０−１１４７４１号公報参照）。
Ｐ部材本体にカーボン長繊維を埋設したものが公知であ
る（例えば、特開昭６０−１１４７４１号公報参照）。
【０００３】このＦＲＰ部材の内部損傷の検知は、カー
ボン長繊維の電気抵抗を測定し、内部損傷が生じればカ
ーボン長繊維が破断して電気抵抗値が変化する、という
ことに基づくものである。
ボン長繊維の電気抵抗を測定し、内部損傷が生じればカ
ーボン長繊維が破断して電気抵抗値が変化する、という
ことに基づくものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のＦ
ＲＰ部材においては、カーボン長繊維の破断まで至らな
い程度の微小内部損傷、例えばカーボン長繊維（したが
って強化用繊維）回りにおいてプラスチックマトリック
スに生じたヘアクラック、カーボン長繊維（したがって
強化用繊維）およびプラスチックマトリックス間の界面
剥離等を検知することができない、という問題がある。
ＲＰ部材においては、カーボン長繊維の破断まで至らな
い程度の微小内部損傷、例えばカーボン長繊維（したが
って強化用繊維）回りにおいてプラスチックマトリック
スに生じたヘアクラック、カーボン長繊維（したがって
強化用繊維）およびプラスチックマトリックス間の界面
剥離等を検知することができない、という問題がある。
【０００５】本発明は前記に鑑み、前記のような微小内
部損傷をも確実に検知することができるように構成され
た前記ＦＲＰ部材を提供することを目的とする。
部損傷をも確実に検知することができるように構成され
た前記ＦＲＰ部材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、軟磁性体の応
力−磁気特性を利用して内部損傷を検知し得るようにし
たＦＲＰ部材であって、板状をなすＦＲＰ部材本体と、
そのＦＲＰ部材本体内において、一方のＦＲＰ部材本体
表面に沿う１つの層をなすように埋設されて外力を付与
された状態に拘束される複数の前記軟磁性体と、他方の
ＦＲＰ部材本体表面に沿う１つの層をなすように埋設さ
れて外力を付与された状態に拘束される複数の前記軟磁
性体とより構成され、前記一方のＦＲＰ部材本体表面側
に在る複数の前記軟磁性体と、前記他方のＦＲＰ部材本
体表面側に在る複数の前記軟磁性体とが、前記ＦＲＰ部
材本体の厚さを２等分する仮想分割面を挟んで面対称の
関係に配設されていることを特徴とする。
力−磁気特性を利用して内部損傷を検知し得るようにし
たＦＲＰ部材であって、板状をなすＦＲＰ部材本体と、
そのＦＲＰ部材本体内において、一方のＦＲＰ部材本体
表面に沿う１つの層をなすように埋設されて外力を付与
された状態に拘束される複数の前記軟磁性体と、他方の
ＦＲＰ部材本体表面に沿う１つの層をなすように埋設さ
れて外力を付与された状態に拘束される複数の前記軟磁
性体とより構成され、前記一方のＦＲＰ部材本体表面側
に在る複数の前記軟磁性体と、前記他方のＦＲＰ部材本
体表面側に在る複数の前記軟磁性体とが、前記ＦＲＰ部
材本体の厚さを２等分する仮想分割面を挟んで面対称の
関係に配設されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】前記のように構成すると、ＦＲＰ部材本体の各
表面側より軟磁性体の応力を精度良く測定することがで
きる。
表面側より軟磁性体の応力を精度良く測定することがで
きる。
【０００８】ＦＲＰ部材本体内において、プラスチック
マトリックスにヘアクラックが生じたり、プラスチック
マトリックスおよび軟磁性体間に界面剥離が生じると、
その軟磁性体に対するプラスチックマトリックスの拘束
力、したがって当初付与された外力が低下するので、そ
れに伴い軟磁性体の応力も低下し、これによりＦＲＰ部
材の微小内部損傷を検知することができる。
マトリックスにヘアクラックが生じたり、プラスチック
マトリックスおよび軟磁性体間に界面剥離が生じると、
その軟磁性体に対するプラスチックマトリックスの拘束
力、したがって当初付与された外力が低下するので、そ
れに伴い軟磁性体の応力も低下し、これによりＦＲＰ部
材の微小内部損傷を検知することができる。
【０００９】この場合、ＦＲＰ部材本体の各表面と、そ
の表面に沿う各軟磁性体とが略等しい距離にあり、且つ
その距離が短いので、それら軟磁性体からもたらされる
ＦＲＰ部材の内部情報に関する出力レベルが高く、これ
により内部損傷の有無を高感度で検知することができ
る。またＦＲＰ部材本体の両表面側に複数の非晶質金属
線を層状に配設すると、ＦＲＰ部材の断面構造が両表面
側において同一となるので、そのＦＲＰ部材の反りを防
止することができる。
の表面に沿う各軟磁性体とが略等しい距離にあり、且つ
その距離が短いので、それら軟磁性体からもたらされる
ＦＲＰ部材の内部情報に関する出力レベルが高く、これ
により内部損傷の有無を高感度で検知することができ
る。またＦＲＰ部材本体の両表面側に複数の非晶質金属
線を層状に配設すると、ＦＲＰ部材の断面構造が両表面
側において同一となるので、そのＦＲＰ部材の反りを防
止することができる。
【００１０】なお、ＦＲＰ部材本体内に、その１つの表
面に沿って２つ以上の層をなすように複数の軟磁性体を
配設すると、曲げ等が発生したときの歪の大きさから、
ＦＲＰ部材表面付近に損傷が発生し易く、またＦＲＰ部
材表面付近に損傷が発生したとき、それよりも深い無損
傷領域に他の軟磁性体が存在すると、健全な情報も同時
に検知されてしまうため内部損傷情報があいまいにな
る。
面に沿って２つ以上の層をなすように複数の軟磁性体を
配設すると、曲げ等が発生したときの歪の大きさから、
ＦＲＰ部材表面付近に損傷が発生し易く、またＦＲＰ部
材表面付近に損傷が発生したとき、それよりも深い無損
傷領域に他の軟磁性体が存在すると、健全な情報も同時
に検知されてしまうため内部損傷情報があいまいにな
る。
【００１１】軟磁性体への外力の付与は、プラスチック
マトリックスの加熱硬化時における軟磁性体との熱膨張
率差により容易に実現されるが、軟磁性体を、それに張
力を与えた状態でプラスチックマトリックスに埋設す
る、といった手段を採用してもよい。
マトリックスの加熱硬化時における軟磁性体との熱膨張
率差により容易に実現されるが、軟磁性体を、それに張
力を与えた状態でプラスチックマトリックスに埋設す
る、といった手段を採用してもよい。
【００１２】
【実施例】図１に示す内部損傷検知可能な板状ＦＲＰ部
材Ｆの参考例において、その部材Ｆは、板状をなすＦＲ
Ｐ部材本体Ｆａと、そのＦＲＰ部材本体Ｆａ内におい
て、一方のＦＲＰ部材本体表面ｓ1 に沿う１つの層をな
すように埋設されて外力、この例では引張り荷重を付与
された状態に拘束される複数の軟磁性体ｗとより構成さ
れる。 図２に示す板状ＦＲＰ部材Ｆの実施例において、
その部材Ｆは、板状をなすＦＲＰ部材本体Ｆａと、その
ＦＲＰ部材本体Ｆａ内において、一方のＦＲＰ部材本体
表面ｓ 1 に沿う１つの層をなすように埋設されて外力、
前記同様に引張り荷重を付与された状態に拘束される複
数の前記軟磁性体ｗと、他方のＦＲＰ部材本体表面ｓ 2
に沿う１つの層をなすように埋設されて外力、前記同様
に引張り荷重を付与された状態に拘束される複数の前記
軟磁性体ｗとより構成される。一方のＦＲＰ部材本体表
面ｓ 1 側に在る複数の前記軟磁性体ｗと、他方のＦＲＰ
部材本体表面ｓ 2 側に在る複数の前記軟磁性体ｗとは、
ＦＲＰ部材本体Ｆａの厚さＴを２等分する仮想分割面ｓ
3 を挟んで面対称の関係に配設されている。
材Ｆの参考例において、その部材Ｆは、板状をなすＦＲ
Ｐ部材本体Ｆａと、そのＦＲＰ部材本体Ｆａ内におい
て、一方のＦＲＰ部材本体表面ｓ1 に沿う１つの層をな
すように埋設されて外力、この例では引張り荷重を付与
された状態に拘束される複数の軟磁性体ｗとより構成さ
れる。 図２に示す板状ＦＲＰ部材Ｆの実施例において、
その部材Ｆは、板状をなすＦＲＰ部材本体Ｆａと、その
ＦＲＰ部材本体Ｆａ内において、一方のＦＲＰ部材本体
表面ｓ 1 に沿う１つの層をなすように埋設されて外力、
前記同様に引張り荷重を付与された状態に拘束される複
数の前記軟磁性体ｗと、他方のＦＲＰ部材本体表面ｓ 2
に沿う１つの層をなすように埋設されて外力、前記同様
に引張り荷重を付与された状態に拘束される複数の前記
軟磁性体ｗとより構成される。一方のＦＲＰ部材本体表
面ｓ 1 側に在る複数の前記軟磁性体ｗと、他方のＦＲＰ
部材本体表面ｓ 2 側に在る複数の前記軟磁性体ｗとは、
ＦＲＰ部材本体Ｆａの厚さＴを２等分する仮想分割面ｓ
3 を挟んで面対称の関係に配設されている。
【００１３】ＦＲＰ部材本体Ｆａは、強化用繊維として
のカーボン繊維と、プラスチックマトリックスとしての
エポキシ樹脂とより構成される。
のカーボン繊維と、プラスチックマトリックスとしての
エポキシ樹脂とより構成される。
【００１４】軟磁性体ｗは非晶質金属線より構成され、
ＦＲＰ部材本体Ｆａ内において、複数の非晶質金属線ｗ
が一定間隔で並列している。
ＦＲＰ部材本体Ｆａ内において、複数の非晶質金属線ｗ
が一定間隔で並列している。
【００１５】
【００１６】前記のようにＦＲＰ部材本体Ｆａの両表面
ｓ1 ，ｓ2 側に複数の非晶質金属線ｗを層状に配設する
と、ＦＲＰ部材Ｆの断面構造が両表面ｓ1 ，ｓ2 側にお
いて同一となるので、そのＦＲＰ部材Ｆの反りを防止す
ることができる。
ｓ1 ，ｓ2 側に複数の非晶質金属線ｗを層状に配設する
と、ＦＲＰ部材Ｆの断面構造が両表面ｓ1 ，ｓ2 側にお
いて同一となるので、そのＦＲＰ部材Ｆの反りを防止す
ることができる。
【００１７】図１，図２において、非晶質金属線ｗを、
その外周面の一部がＦＲＰ部材本体Ｆａの表面ｓ1 ，ｓ
2 から露出するようにそのＦＲＰ部材本体Ｆａに埋設し
てもよい。
その外周面の一部がＦＲＰ部材本体Ｆａの表面ｓ1 ，ｓ
2 から露出するようにそのＦＲＰ部材本体Ｆａに埋設し
てもよい。
【００１８】ＦＲＰ部材Ｆにおける非晶質金属線ｗの応
力測定を行う場合には、励磁コイルを用いて測定対象で
ある非晶質金属線ｗに、その金属線ｗの保磁力を超える
交流磁界を付与して、検知コイルに非晶質金属線ｗを介
し交流起電力を誘起させ、その交流起電力の波形におい
て、非晶質金属線ｗの応力情報を含む１つ以上の高調波
成分の実効値Ｅを測定量とする、といった方法が採用さ
れる。
力測定を行う場合には、励磁コイルを用いて測定対象で
ある非晶質金属線ｗに、その金属線ｗの保磁力を超える
交流磁界を付与して、検知コイルに非晶質金属線ｗを介
し交流起電力を誘起させ、その交流起電力の波形におい
て、非晶質金属線ｗの応力情報を含む１つ以上の高調波
成分の実効値Ｅを測定量とする、といった方法が採用さ
れる。
【００１９】このように、非晶質金属線ｗの応力情報を
含む１つ以上の高調波成分の実効値Ｅを測定量とする、
即ち、前記高調波成分を量として捕らえると、非晶質金
属線ｗの応力を高精度で測定することができ、したがっ
て微小応力変化を正確に検知することができる。
含む１つ以上の高調波成分の実効値Ｅを測定量とする、
即ち、前記高調波成分を量として捕らえると、非晶質金
属線ｗの応力を高精度で測定することができ、したがっ
て微小応力変化を正確に検知することができる。
【００２０】次に、前記応力測定方法の原理について説
明する。
明する。
【００２１】図３において、発振器１に接続された励磁
コイル２と、検知コイル３とに非晶質金属線ｗが挿通さ
れ、その金属線ｗには所定の引張り荷重が付与される。
コイル２と、検知コイル３とに非晶質金属線ｗが挿通さ
れ、その金属線ｗには所定の引張り荷重が付与される。
【００２２】発振器１を作動させて励磁コイル２により
非晶質金属線ｗに、その金属線ｗの保磁力Ｈｃを超え
る、直流磁界成分を含まない交流磁界Ｈを付与すると、
検知コイル３には非晶質金属線ｗを介し正負対称の交流
起電力Ｖ2 が誘起される。
非晶質金属線ｗに、その金属線ｗの保磁力Ｈｃを超え
る、直流磁界成分を含まない交流磁界Ｈを付与すると、
検知コイル３には非晶質金属線ｗを介し正負対称の交流
起電力Ｖ2 が誘起される。
【００２３】ここで、交流起電力Ｖ2 は［数１］に示す
ように、
ように、
【００２４】
【数１】
と表わされる。ただし、φは磁束、ｔは時間、αは係
数、Ｉは非晶質金属線ｗの磁化の強さ、Ｈは交流磁界の
強さである。
数、Ｉは非晶質金属線ｗの磁化の強さ、Ｈは交流磁界の
強さである。
【００２５】また交流磁界Ｈは［数２］に示すように、
【００２６】
【数２】
と表わされる。ただし、Ｈｍは交流磁界の振幅、ｆ0 は
周波数、ψ0 は位相角である。
周波数、ψ0 は位相角である。
【００２７】ここで、［数２］を時間ｔについて微分す
ると、［数３］に示すように、
ると、［数３］に示すように、
【００２８】
【数３】
となる。
【００２９】そこで、［数３］のｄＨ／ｄｔを［数１］
に代入すると、交流起電力Ｖ2 は［数４］に示すよう
に、
に代入すると、交流起電力Ｖ2 は［数４］に示すよう
に、
【００３０】
【数４】
と表わされる。
【００３１】非晶質金属線ｗの磁化過程においては、図
４、線ａで示すような磁化曲線が得られるので、［数
４］は瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／ｄＨを用いて［数５］に
示すように、
４、線ａで示すような磁化曲線が得られるので、［数
４］は瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／ｄＨを用いて［数５］に
示すように、
【００３２】
【数５】
と表わされる。
【００３３】この交流起電力Ｖ2 は、その波形が図５に
示すようにひずみ波であることから高調波成分を含んで
いる。この場合、交流磁界Ｈは前記のように直流磁界成
分を含まないので、交流起電力Ｖ2 の前記高調波成分
は、原理上、奇数調波成分のみからなり、偶数調波成分
を含むことはない。
示すようにひずみ波であることから高調波成分を含んで
いる。この場合、交流磁界Ｈは前記のように直流磁界成
分を含まないので、交流起電力Ｖ2 の前記高調波成分
は、原理上、奇数調波成分のみからなり、偶数調波成分
を含むことはない。
【００３４】前記高調波成分は瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／
ｄＨに依存し、またその瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／ｄＨは
非晶質金属線ｗの応力に依存する。したがって高調波成
分は非晶質金属線ｗの応力情報を含んでいる。
ｄＨに依存し、またその瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／ｄＨは
非晶質金属線ｗの応力に依存する。したがって高調波成
分は非晶質金属線ｗの応力情報を含んでいる。
【００３５】そこで、交流起電力Ｖ2 の波形をスペクト
ルアナライザを用い周波数解析して基本波成分と高調波
成分とに分け、一つ以上の高調波成分の実効値Ｅを非晶
質金属線ｗの応力測定量とする。
ルアナライザを用い周波数解析して基本波成分と高調波
成分とに分け、一つ以上の高調波成分の実効値Ｅを非晶
質金属線ｗの応力測定量とする。
【００３６】例えば、高調波成分が第３，第５，第７，
第９調波成分である場合、その実効値Ｅは、第３，第
５，第７，第９調波成分の実効値をそれぞれＥ3 ，
Ｅ5 ，Ｅ7，Ｅ9 とすると、［数６］に示すように、
第９調波成分である場合、その実効値Ｅは、第３，第
５，第７，第９調波成分の実効値をそれぞれＥ3 ，
Ｅ5 ，Ｅ7，Ｅ9 とすると、［数６］に示すように、
【００３７】
【数６】
と表わされる。この実効値Ｅの演算には演算器が用いら
れる。
れる。
【００３８】一方、非晶質金属線ｗの磁気特性は、その
金属線ｗが置かれている状態の変化に伴って変化する、
つまり、非晶質金属線ｗの瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／ｄＨ
は、その金属線ｗに対する引張り荷重が大から小に変化
すると、図４，線ｃ→線ｂ→線ａのように大から小に変
化し、その結果、周期関数であるＶ2 （ｔ）が変化する
ので高調波成分の実効値も変化する。
金属線ｗが置かれている状態の変化に伴って変化する、
つまり、非晶質金属線ｗの瞬間磁化率ｄＩ（Ｈ）／ｄＨ
は、その金属線ｗに対する引張り荷重が大から小に変化
すると、図４，線ｃ→線ｂ→線ａのように大から小に変
化し、その結果、周期関数であるＶ2 （ｔ）が変化する
ので高調波成分の実効値も変化する。
【００３９】したがって、前記のように高調波成分の実
効値Ｅを測定量とすることによって、図６に示すように
非晶質金属線ｗの微小応力変化を正確に測定することが
できる。
効値Ｅを測定量とすることによって、図６に示すように
非晶質金属線ｗの微小応力変化を正確に測定することが
できる。
【００４０】以下、具体例について説明する。
【００４１】ＦＲＰ部材Ｆの疲労による内部損傷の有無
を検知すべく、非晶質金属線ｗを埋設したＦＲＰ部材Ｆ
を次のような方法で製作した。先ず、図２に示す実施例
として、図７に示すように、直径６μｍのカーボン繊維
よりなる８枚のクロス５1 〜５8 を、相隣る両クロス５
1 ，５2 等のカーボン繊維の配向性が４５°変化するよ
うに積層し、また第１のクロス５1 と第２のクロス５2
との間、および第７のクロス５7 と第８のクロス５8 と
の間に、それぞれ直径１２５μｍの複数の非晶質金属線
ｗを０．３mmピッチで並列させて配設した。非晶質金属
線ｗの組成はＦｅ66.5Ｓｉ8.5 Ｂ12Ｃｏ11Ｃｒ2 （数値
は原子％）、保磁力Ｈｃは０．６エルステッドである。
を検知すべく、非晶質金属線ｗを埋設したＦＲＰ部材Ｆ
を次のような方法で製作した。先ず、図２に示す実施例
として、図７に示すように、直径６μｍのカーボン繊維
よりなる８枚のクロス５1 〜５8 を、相隣る両クロス５
1 ，５2 等のカーボン繊維の配向性が４５°変化するよ
うに積層し、また第１のクロス５1 と第２のクロス５2
との間、および第７のクロス５7 と第８のクロス５8 と
の間に、それぞれ直径１２５μｍの複数の非晶質金属線
ｗを０．３mmピッチで並列させて配設した。非晶質金属
線ｗの組成はＦｅ66.5Ｓｉ8.5 Ｂ12Ｃｏ11Ｃｒ2 （数値
は原子％）、保磁力Ｈｃは０．６エルステッドである。
【００４２】クロス５1 〜５8 と非晶質金属線ｗとの積
層体６にエポキシ樹脂液を含浸させ、次いで、その積層
体６に１８０℃、２時間の加熱処理を施してエポキシ樹
脂を硬化させ、これにより、図２に示すように、エポキ
シ樹脂マトリックスおよびカーボン繊維を持つＦＲＰ部
材本体Ｆａと、そのＦＲＰ部材本体Ｆａに、その各表面
ｓ1 ，ｓ2 につき１つの層をなすように埋設された複数
の非晶質金属線ｗとよりなるＦＲＰ部材Ｆを得た。
層体６にエポキシ樹脂液を含浸させ、次いで、その積層
体６に１８０℃、２時間の加熱処理を施してエポキシ樹
脂を硬化させ、これにより、図２に示すように、エポキ
シ樹脂マトリックスおよびカーボン繊維を持つＦＲＰ部
材本体Ｆａと、そのＦＲＰ部材本体Ｆａに、その各表面
ｓ1 ，ｓ2 につき１つの層をなすように埋設された複数
の非晶質金属線ｗとよりなるＦＲＰ部材Ｆを得た。
【００４３】この場合、非晶質金属線ｗの熱膨脹率は
７．３×１０-6／℃であり、一方、ＦＲＰ部材本体Ｆａ
のそれは４．０×１０-6／℃であることからエポキシ樹
脂の加熱硬化後、常温においては、各非晶質金属線ｗは
引張り荷重を付与された状態に拘束される。また非晶質
金属線ｗを磁化させると、その金属線ｗに伸びが生じ
る、つまり磁歪現象が発生するが、交流磁界下での磁歪
振動現象は、カーボン繊維および硬化したエポキシ樹脂
によって抑制される。
７．３×１０-6／℃であり、一方、ＦＲＰ部材本体Ｆａ
のそれは４．０×１０-6／℃であることからエポキシ樹
脂の加熱硬化後、常温においては、各非晶質金属線ｗは
引張り荷重を付与された状態に拘束される。また非晶質
金属線ｗを磁化させると、その金属線ｗに伸びが生じ
る、つまり磁歪現象が発生するが、交流磁界下での磁歪
振動現象は、カーボン繊維および硬化したエポキシ樹脂
によって抑制される。
【００４４】このＦＲＰ部材Ｆにおいて、カーボン繊維
の体積分率Ｖｆは５８．３％、エポキシ樹脂の体積分率
Ｖｆは３７．５％、非晶質金属線ｗの体積分率Ｖｆは
４．２％であった。
の体積分率Ｖｆは５８．３％、エポキシ樹脂の体積分率
Ｖｆは３７．５％、非晶質金属線ｗの体積分率Ｖｆは
４．２％であった。
【００４５】比較例１として、図８に示すように、第１
のクロス５1 と第２のクロス５2 との間、第３のクロス
５3 と第４のクロス５4 との間、第５のクロス５5 と第
６のクロス５6 との間、および第７のクロス５7 と第８
のクロス５8 との間にそれぞれ前記同様の複数の非晶質
金属線ｗを０．６mmピッチで並列させて配設し、前記同
様の方法でＦＲＰ部材を製作した。このＦＲＰ部材にお
いては、各表面ｓ1 ，ｓ2 につき２つの層をなすように
複数の非晶質金属線ｗが埋設されている。
のクロス５1 と第２のクロス５2 との間、第３のクロス
５3 と第４のクロス５4 との間、第５のクロス５5 と第
６のクロス５6 との間、および第７のクロス５7 と第８
のクロス５8 との間にそれぞれ前記同様の複数の非晶質
金属線ｗを０．６mmピッチで並列させて配設し、前記同
様の方法でＦＲＰ部材を製作した。このＦＲＰ部材にお
いては、各表面ｓ1 ，ｓ2 につき２つの層をなすように
複数の非晶質金属線ｗが埋設されている。
【００４６】比較例２として、図９に示すように、第１
のクロス５1 と第２のクロス５2 との間、第２のクロス
５2 と第３のクロス５3 との間、第３のクロス５3 と第
４のクロス５4 との間、第５のクロス５5 と第６のクロ
ス５6 との間、第６のクロス５6 と第７のクロス５7 と
の間、および第７のクロス５7 と第８のクロス５8 との
間にそれぞれ前記同様の複数の非晶質金属線ｗを０．９
mmピッチで並列させて配設し、前記同様の方法でＦＲＰ
部材を製作した。このＦＲＰ部材においては、各表面ｓ
1 ，ｓ2 につき３つの層をなすように複数の非晶質金属
線ｗが埋設されている。
のクロス５1 と第２のクロス５2 との間、第２のクロス
５2 と第３のクロス５3 との間、第３のクロス５3 と第
４のクロス５4 との間、第５のクロス５5 と第６のクロ
ス５6 との間、第６のクロス５6 と第７のクロス５7 と
の間、および第７のクロス５7 と第８のクロス５8 との
間にそれぞれ前記同様の複数の非晶質金属線ｗを０．９
mmピッチで並列させて配設し、前記同様の方法でＦＲＰ
部材を製作した。このＦＲＰ部材においては、各表面ｓ
1 ，ｓ2 につき３つの層をなすように複数の非晶質金属
線ｗが埋設されている。
【００４７】図１０は応力測定装置８の一例を示し、そ
の装置８は次のように構成される。即ち、フェライト製
コア９は、一対の脚部９ａと、両脚部９ａの一端を連結
する連結部９ｂとよりコ字形に形成される。連結部９ｂ
に検知コイル３が１００ターン（１０ターン／mm）巻装
され、その検知コイル３の外周に励磁コイル２が１００
ターン（１０ターン／mm）巻装される。励磁コイル２は
発振器１に接続される。また検知コイル３はスペクトル
アナライザ１０に、そのスペクトルアナライザ１０は演
算器１１にそれぞれ接続される。
の装置８は次のように構成される。即ち、フェライト製
コア９は、一対の脚部９ａと、両脚部９ａの一端を連結
する連結部９ｂとよりコ字形に形成される。連結部９ｂ
に検知コイル３が１００ターン（１０ターン／mm）巻装
され、その検知コイル３の外周に励磁コイル２が１００
ターン（１０ターン／mm）巻装される。励磁コイル２は
発振器１に接続される。また検知コイル３はスペクトル
アナライザ１０に、そのスペクトルアナライザ１０は演
算器１１にそれぞれ接続される。
【００４８】先ず、実施例および比較例１，２の非晶質
金属線ｗについて応力測定を行った。その非晶質金属線
ｗの応力測定に当っては、図１０に示すようにコア９の
両脚部９ａ端面をＦＲＰ部材Ｆの一方の表面ｓ1 に当
て、発振器１を、直流磁界成分を含まないサイン波、周
波数１ｋＨｚ、ピーク間電圧、つまり１周期におけるピ
ークおよびピーク間の電圧１５Ｖp-p の発振条件で作動
させて励磁コイル２に非晶質金属線ｗの保磁力Ｈｃを超
える交流磁界Ｈを付与した。これによりコア９および非
晶質金属線ｗ間に磁路が形成され、検知コイル３に交流
起電力Ｖ2 が誘起される。この交流起電力Ｖ2 をスペク
トルアナライザ１０に入力し、次いで演算器１１より、
高調波成分である第３，第５，第７，第９調波成分の実
効値Ｅ、即ち、［数７］に示すように、
金属線ｗについて応力測定を行った。その非晶質金属線
ｗの応力測定に当っては、図１０に示すようにコア９の
両脚部９ａ端面をＦＲＰ部材Ｆの一方の表面ｓ1 に当
て、発振器１を、直流磁界成分を含まないサイン波、周
波数１ｋＨｚ、ピーク間電圧、つまり１周期におけるピ
ークおよびピーク間の電圧１５Ｖp-p の発振条件で作動
させて励磁コイル２に非晶質金属線ｗの保磁力Ｈｃを超
える交流磁界Ｈを付与した。これによりコア９および非
晶質金属線ｗ間に磁路が形成され、検知コイル３に交流
起電力Ｖ2 が誘起される。この交流起電力Ｖ2 をスペク
トルアナライザ１０に入力し、次いで演算器１１より、
高調波成分である第３，第５，第７，第９調波成分の実
効値Ｅ、即ち、［数７］に示すように、
【００４９】
【数７】
を出力させ、これを非晶質金属線ｗの応力測定量とし
た。
た。
【００５０】次に、実施例等について引張り−引張り疲
労試験を行い、所定の応力サイクル繰返し数毎に非晶質
金属線ｗの応力を測定した。この疲労試験条件は、最小
引張り歪８００με（マイクロストレイン）、最大引張
り歪８０００με、繰返し周波数２０Ｈｚである。
労試験を行い、所定の応力サイクル繰返し数毎に非晶質
金属線ｗの応力を測定した。この疲労試験条件は、最小
引張り歪８００με（マイクロストレイン）、最大引張
り歪８０００με、繰返し周波数２０Ｈｚである。
【００５１】そして、応力サイクル繰返し数と実効値Ｅ
との関係を求めたところ、図１１，線ｄ1 〜ｄ3 の結果
を得た。図中、線ｄ1 は実施例に、線ｄ2 は比較例１
に、線ｄ3 は比較例２にそれぞれ対応する。
との関係を求めたところ、図１１，線ｄ1 〜ｄ3 の結果
を得た。図中、線ｄ1 は実施例に、線ｄ2 は比較例１
に、線ｄ3 は比較例２にそれぞれ対応する。
【００５２】図１１，線ｄ1 の実施例において、実効値
Ｅは、応力サイクル繰返し数６×１０3 回まで一定であ
り、これによりＦＲＰ部材Ｆは無損傷であることが判
る。そして応力サイクル繰返し数が６×１０3 回を超え
ると、実効値Ｅは下降し始める。これは、ＦＲＰ部材Ｆ
内にヘアクラック、界面剥離等が発生したため、非晶質
金属線ｗに対する拘束力が低下し、それに起因して非晶
質金属線ｗの応力が低下すると共に交流磁界下での磁歪
振動現象に対する抑制が緩和されたことに因る。この場
合、実効値Ｅの下降開始点ｐは極めて明瞭であることか
ら、ＦＲＰ部材Ｆに内部損傷が発生したことが確実に判
る。
Ｅは、応力サイクル繰返し数６×１０3 回まで一定であ
り、これによりＦＲＰ部材Ｆは無損傷であることが判
る。そして応力サイクル繰返し数が６×１０3 回を超え
ると、実効値Ｅは下降し始める。これは、ＦＲＰ部材Ｆ
内にヘアクラック、界面剥離等が発生したため、非晶質
金属線ｗに対する拘束力が低下し、それに起因して非晶
質金属線ｗの応力が低下すると共に交流磁界下での磁歪
振動現象に対する抑制が緩和されたことに因る。この場
合、実効値Ｅの下降開始点ｐは極めて明瞭であることか
ら、ＦＲＰ部材Ｆに内部損傷が発生したことが確実に判
る。
【００５３】図１１，線ｄ2 ，ｄ3 の比較例１，２にお
いては、ＦＲＰ部材が無損傷であるときの出力が低く、
その結果、前記下降開始点ｐが応力サイクル繰返し数１
０4回にあるけれども、その下降開始点ｐは不明瞭であ
って、内部損傷の検知感度が実施例に比べて大幅に低
い。
いては、ＦＲＰ部材が無損傷であるときの出力が低く、
その結果、前記下降開始点ｐが応力サイクル繰返し数１
０4回にあるけれども、その下降開始点ｐは不明瞭であ
って、内部損傷の検知感度が実施例に比べて大幅に低
い。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことによって、軟磁性体の応力を精度良く測定して、内
部損傷を高感度で検知し得るＦＲＰ部材を提供すること
ができる。
ことによって、軟磁性体の応力を精度良く測定して、内
部損傷を高感度で検知し得るＦＲＰ部材を提供すること
ができる。
【図１】非晶質金属線を埋設したＦＲＰ部材の参考例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】非晶質金属線を埋設したＦＲＰ部材の実施例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図３】応力測定方法の原理図である。
【図４】非晶質金属線の磁化曲線図である。
【図５】交流起電力Ｖ2 の波形図である。
【図６】応力と高調波成分の実効値Ｅとの関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図７】ＦＲＰ部材の実施例において、カーボン繊維ク
ロスと非晶質金属線との関係を示す説明図である。
ロスと非晶質金属線との関係を示す説明図である。
【図８】ＦＲＰ部材の比較例において、カーボン繊維ク
ロスと非晶質金属線との関係を示す説明図である。
ロスと非晶質金属線との関係を示す説明図である。
【図９】ＦＲＰ部材の他の比較例において、カーボン繊
維クロスと非晶質金属線との関係を示す説明図である。
維クロスと非晶質金属線との関係を示す説明図である。
【図１０】応力測定装置の概略図である。
【図１１】応力サイクル繰返し数と、高調波成分の実効
値Ｅとの関係を示すグラフである。
値Ｅとの関係を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−126848（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B32B 7/00 - 7/14
B29C 70/00 - 70/88
B32B 27/04
Claims (2)
- 【請求項１】 軟磁性体（ｗ）の応力−磁気特性を利用
して内部損傷を検知し得るようにしたＦＲＰ部材であっ
て、板状をなすＦＲＰ部材本体（Ｆａ）と、そのＦＲＰ
部材本体（Ｆａ）内において、一方のＦＲＰ部材本体表
面（ｓ 1 ）に沿う１つの層をなすように埋設されて外力
を付与された状態に拘束される複数の前記軟磁性体
（ｗ）と、他方のＦＲＰ部材本体表面（ｓ 2 ）に沿う１
つの層をなすように埋設されて外力を付与された状態に
拘束される複数の前記軟磁性体（ｗ）とより構成され、
前記一方のＦＲＰ部材本体表面（ｓ 1 ）側に在る複数の
前記軟磁性体（ｗ）と、前記他方のＦＲＰ部材本体表面
（ｓ 2 ）側に在る複数の前記軟磁性体（ｗ）とが、前記
ＦＲＰ部材本体（Ｆａ）の厚さ（Ｔ）を２等分する仮想
分割面（ｓ 3 ）を挟んで面対称の関係に配設されている
ことを特徴とする、内部損傷検知可能なＦＲＰ部材。 - 【請求項２】 前記軟磁性体（ｗ）は非晶質金属線であ
り、前記ＦＲＰ部材本体（Ｆａ）内において、複数の前
記非晶質金属線が一定間隔で並列している、請求項１記
載の内部損傷検知可能なＦＲＰ部材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02282694A JP3406045B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 内部損傷検知可能なｆｒｐ部材 |
| DE69520608T DE69520608T2 (de) | 1994-01-26 | 1995-01-26 | Messung der Zugspannung eines magnetischen Materials und Fehlererkennung in von magnetischem Material versehenen faserverstärkten Kunststoffstrukturen und Klebeelementen |
| US08/381,687 US5640088A (en) | 1994-01-26 | 1995-01-26 | Process for measuring stress of magnetic materials, FRP member whose internal damage is detectable, and adhesive layer forming adhesive member whose internal defection is detectable |
| EP95300469A EP0666470B1 (en) | 1994-01-26 | 1995-01-26 | Stress measurement of magnetic materials, and FRP and adhesive members with such material for defect detection |
| US08/815,471 US6127822A (en) | 1994-01-26 | 1997-03-11 | Adhesive member for forming an adhesive layer between two members and capable of detecting an internal defect in the adhesive layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02282694A JP3406045B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 内部損傷検知可能なｆｒｐ部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07227912A JPH07227912A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3406045B2 true JP3406045B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=12093505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02282694A Expired - Fee Related JP3406045B2 (ja) | 1994-01-26 | 1994-02-21 | 内部損傷検知可能なｆｒｐ部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3406045B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8250928B2 (en) * | 2008-07-09 | 2012-08-28 | The Boeing Company | Measurement of strain in an adhesively bonded joint including magnetostrictive material |
-
1994
- 1994-02-21 JP JP02282694A patent/JP3406045B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07227912A (ja) | 1995-08-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |