(57)【要約】【課題】強化繊維が複数方向に配向している状態で、内部に光ファイバセンサを埋め込んだ場合であっても、強化繊維の屈曲を制御して抑制するとともに、高密度かつ高精度に歪みを評価することのできる繊維強化複合材料構造体および繊維強化複合材料構造体の製造方法を得る。【解決手段】プリプレグの層間（繊維強化プラスチック（１）の層間）に、光ファイバ（３）の周囲にテーパー樹脂層（５）が成形された光ファイバセンサ構造体（２）を埋め込むことにより、光ファイバの周囲の強化繊維の配向が連続的に緩やかに変化するようにする。【選択図】図２
2014202627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪みを検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバと、前記光ファイバの周囲を覆う樹脂層とを備えた、光ファイバセンサ構造体が内部に埋め込まれ、前記光ファイバの配向方向に直交する面における前記樹脂層の断面形状が前記光ファイバの位置で最高点となり、前記光ファイバから離れるにしたがい、テーパー状に層厚が減少している
繊維強化複合材料構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料構造体において、
前記センサ部が位置する前記光ファイバの周囲は、被覆で覆われておらず、前記センサ部が位置しない前記光ファイバの周囲は、被覆で覆われている
繊維強化複合材料構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維強化複合材料構造体において、
前記光ファイバは、前記センサ部として、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサ部が１個以上形成されている
繊維強化複合材料構造体。
【請求項４】
歪みを検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバと、前記光ファイバの周囲を覆う樹脂層とを備えた、光ファイバセンサ構造体が内部に埋め込まれた繊維強化複合材料構造体を製造する繊維強化複合材料構造体の製造方法であって、
前記光ファイバを未硬化の樹脂で覆い、加圧下で加熱することにより、前記光ファイバの配向方向に直交する面における前記樹脂層の断面形状が前記光ファイバの位置で最高点となり、前記光ファイバから離れるにしたがい、テーパー状に層厚が減少するように、前記光ファイバの周囲を前記樹脂層で覆う第１ステップと、
前記樹脂層で周囲が覆われた前記光ファイバを、複数のプリプレグの所望の層間位置に設置するとともに、前記複数のプリプレグを順次積層し、加圧下で加熱する第２ステップと、
を備えた繊維強化複合材料構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の繊維強化複合材料構造体の製造方法において、
前記第１ステップの実行の前に、前記センサ部が位置する前記光ファイバの周囲に被覆がある場合に、前記被覆を除去する第３ステップをさらに備えた
繊維強化複合材料構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の繊維強化複合材料構造体の製造方法において、
前記光ファイバは、前記センサ部として、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサ部が１個以上形成されている
繊維強化複合材料構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みセンサである光ファイバセンサを備えた、繊維強化複合材料構造体および繊維強化複合材料構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星の構造には、軽量かつ高剛性な繊維強化複合材料構造体が一般的に用いられている。特に、ミッション搭載構造には、繊維強化複合材料構造体として、繊維強化プラスチック製の表皮材と、ハニカムコアとから構成される、高剛性なハニカムサンドイッチ構造が用いられている。
【０００３】
しかしながら、太陽光入熱および搭載機器発熱等の軌道上の熱環境変化によって、繊維強化複合材料構造体に熱変形が発生するので、搭載されたカメラおよびアンテナ等のミッション機器における地球指向軸の角度が変動してしまう。特に、地球から約３万６千ｋｍの遠方に位置している静止衛星においては、指向軸角度がわずかに変動するだけでも、地球観測および測位の精度が著しく低下することとなる。
【０００４】
このような精度の著しい低下を防止するために、熱変形を抑制するとともに、熱変形による指向軸角度の変動を予測し、指向軸の補正を行うことが重要となる。そして、熱変形による指向軸角度の変動を予測するために、軌道上における繊維強化複合材料構造体の歪みを、高密度かつ高精度に計測することが必要である。
【０００５】
ここで、繊維強化プラスチック製またはプラスチック製の構造体の歪みを評価するセンサの１つとして、光ファイバセンサが提案されている。この光ファイバセンサは、小型かつ軽量な温度センサまたは歪みセンサであり、繊維強化プラスチック製またはプラスチック製の構造体に埋め込まれた状態で使用されたり、構造体の表面に接着された状態で使用されたりする。
【０００６】
このような光ファイバセンサを備えた繊維強化複合材料構造体の一例として、反射スペクトルのブラッグ波長が温度または歪みに応じて変化するＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）が形成された光ファイバセンサが内部に埋め込まれた繊維強化プラスチック製リブ構造体がある（例えば、特許文献１参照）。このように、繊維強化プラスチック製リブ構造体の内部に光ファイバセンサが埋め込まれた構造を備えることで、構造体内の歪み分布を測定することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２１６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術においては、前述したように、光ファイバセンサを埋め込んで構造体内の歪み分布を測定している。また、リブ構造体における繊維強化プラスチックは、強化繊維が一方向に配向しており、この強化繊維の配向方向と、光ファイバの配向方向とが平行である。
【０００９】
ここで、例えば、人工衛星の構造に用いられる繊維強化複合材料構造体（繊維強化プラスチック構造体）においては、構造体の熱・機械特性を制御するために、強化繊維が一方向ではなく、複数方向に配向している場合が多い。
【００１０】
このように、強化繊維が複数方向に配向している場合に、従来技術と同様に、光ファイバセンサを内部に埋め込むと、少なくとも１方向以上の強化繊維が光ファイバと交差することとなる。結果として、光ファイバ周りで強化繊維が屈曲してしまうという問題点があった。また、強化繊維が屈曲すると、屈曲部（強化繊維が屈曲した箇所）の強化繊維が荷重を負担することができないので、構造体全体として、所望の機械特性が得られないという問題点があった。
【００１１】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、強化繊維が複数方向に配向している状態で、内部に光ファイバセンサを埋め込んだ場合であっても、強化繊維の屈曲を制御して抑制するとともに、高密度かつ高精度に歪みを評価することのできる繊維強化複合材料構造体および繊維強化複合材料構造体の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における繊維強化複合材料構造体は、歪みを検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバと、光ファイバの周囲を覆う樹脂層とを備えた、光ファイバセンサ構造体が内部に埋め込まれ、光ファイバの配向方向に直交する面における樹脂層の断面形状が光ファイバの位置で最高点となり、光ファイバから離れるにしたがい、テーパー状に層厚が減少しているものである。
【００１３】
また、本発明における繊維強化複合材料構造体の製造方法は、歪みを検出するためのセンサ部が１個以上形成される光ファイバと、光ファイバの周囲を覆う樹脂層とを備えた、光ファイバセンサ構造体が内部に埋め込まれた繊維強化複合材料構造体を製造する繊維強化複合材料構造体の製造方法であって、光ファイバを未硬化の樹脂で覆い、加圧下で加熱することにより、光ファイバの配向方向に直交する面における樹脂層の断面形状が光ファイバの位置で最高点となり、光ファイバから離れるにしたがい、テーパー状に層厚が減少するように、光ファイバの周囲を樹脂層で覆う第１ステップと、樹脂層で周囲が覆われた光ファイバを、複数のプリプレグの所望の層間位置に設置するとともに、複数のプリプレグを順次積層し、加圧下で加熱する第２ステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プリプレグ（繊維強化プラスチック）の層間に、光ファイバの周囲にテーパー樹脂層が成形された光ファイバセンサ構造体を埋め込むことにより、光ファイバの周囲の強化繊維の配向が連続的に緩やかに変化するようにする。これにより、強化繊維が複数方向に配向している状態で、内部に光ファイバセンサを埋め込んだ場合であっても、強化繊維の屈曲を制御して抑制するとともに、高密度かつ高精度に歪みを評価することのできる繊維強化複合材料構造体および繊維強化複合材料構造体の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における光ファイバ内のＦＢＧセンサ部付近の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部の構造を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部の反射スペクトルの特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体を用いた歪み計測システムの構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ構造体にテーパー樹脂層が成形される様子を示した説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ構造体内のテーパー樹脂層の厚みを示した説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において、繊維強化プラスチックの層間に光ファイバセンサ構造体を埋め込んで繊維強化複合材料構造体が成形される様子を示した説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の一連の製造工程を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による繊維強化複合材料構造体および繊維強化複合材料構造体の製造方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
ここで、本発明における繊維強化複合材料構造体は、光ファイバの周囲がテーパー状の樹脂層で覆われた光ファイバセンサ構造体がプリプレグの層間に埋め込まれた状態で成形されているので、強化繊維の屈曲を制御して抑制することができるとともに、高密度かつ高精度に歪みを評価することができるという技術的特徴を有する。したがって、本願では、繊維強化複合材料構造体がこのような構造をとることに意味があり、以下の実施の形態１で示す具体的な数値等は、一例であって、権利範囲に影響を及ぼすものではない。
【００１８】
実施の形態１．
まず始めに、以下の説明において用いる座標系について説明する。本実施の形態１の繊維強化複合材料構造体を示す場合、面内方向における任意の一方向をＸ方向として、これに直交する、面内方向をＹ方向、面外方向をＺ方向とする。また、繊維強化複合材料構造体における強化繊維の配向方向を示す場合、Ｘ方向を０度方向とし、Ｙ方向を９０度方向とする。
【００１９】
次に、本実施の形態１における繊維強化複合材料構造体について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の断面図である。なお、図２における繊維強化複合材料構造体の断面図は、図１における繊維強化複合材料構造体の光ファイバの配向方向（Ｘ方向）に対して直交する断面（すなわち、Ｙ−Ｚ面に平行である断面）の図を示している。
【００２０】
図１に示すように、繊維強化複合材料構造体は、繊維強化プラスチック１および光ファイバセンサ構造体２を備えて構成されている。より具体的には、繊維強化プラスチック１の層間に、歪みを検出する光ファイバセンサ構造体２が埋め込まれている。なお、光ファイバセンサ構造体２は、図１に示すように、Ｘ方向（０度方向）に配向しているものとする。
【００２１】
また、繊維強化プラスチック１の層間に埋め込まれている光ファイバセンサ構造体２は、光ファイバ３、被覆４およびテーパー樹脂層５を有する。なお、図２では具体的に説明するために、４層積層された繊維強化プラスチック１の２層目と、３層目との間に埋め込まれた場合を例示している。
【００２２】
また、図２に示すように、光ファイバセンサ構造体２内の光ファイバ３は、被覆４で外周部を覆われており、さらに、光ファイバ３（被覆４）は、テーパー樹脂層５で周囲を覆われている。なお、テーパー樹脂層５のテーパー角度θが実用的にとりうる範囲は、例えば、０°＜θ＜１５°であるが、これに限定されない。
【００２３】
また、光ファイバ３よりも上部に位置する、繊維強化プラスチック１の層（図２では、３層目および４層目）は、テーパー樹脂層５に沿って緩やかに屈曲しており、層内の強化繊維も同様に屈曲する。すなわち、光ファイバ３の周囲の強化繊維の配向が連続的に緩やかに変化していることになり、強化繊維の屈曲が抑制される。
【００２４】
次に、光ファイバ３に形成されるＦＢＧセンサ部６について、図３〜図６を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体２の断面図である。図４は、本発明の実施の形態１における光ファイバ３に形成されるＦＢＧセンサ部６付近の拡大断面図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の構造を示す説明図である。図６は、本発明の実施の形態１におけるＦＢＧセンサ部６の反射スペクトルの特性を示すグラフである。
【００２５】
なお、図３における光ファイバセンサ構造体２の断面図は、先の図１における光ファイバセンサ構造体２の光ファイバの配向方向（Ｘ方向）に対して平行である（すなわち、Ｘ−Ｚ面に平行である）断面の図を示している。また、図３には、光ファイバ３、被覆４およびテーパー樹脂層５に加え、さらに、前述したＦＢＧセンサ部６も併せて示されている。
【００２６】
また、図４におけるＦＢＧセンサ部６付近の拡大断面図は、図３における光ファイバセンサ構造体２の断面図に示されているＦＢＧセンサ部６付近を拡大した図を示している。
【００２７】
ここで、ＦＢＧセンサ部６とは、光ファイバ３に形成されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）部のことであり、光ファイバ３によって直列に接続されるように、それぞれが互いに間隔をおいて１個以上設けられている。なお、図３では具体的に説明するために、３つのＦＢＧセンサ部６が互いに間隔をおいて設けられている場合を例示している。
【００２８】
そして、図３に示すように、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ３の周囲は、被覆４で覆われておらず（被覆４が除去されており）、これに対して、ＦＢＧセンサ部６が形成されない光ファイバ３の周囲は、被覆４で覆われている。
【００２９】
具体的には、図４に示すように、光ファイバ３は、コア７と、コア７の外周を覆うクラッド８とを有しており、コア７中にＦＢＧセンサ部６が形成されている。そして、クラッド８の外周が被覆４で覆われており、ＦＢＧセンサ部６付近では、被覆４が除去されており、クラッド８が露出した状態となっている。
【００３０】
なお、光ファイバ３内の各部のサイズについては、例えば、被覆４を含めた光ファイバ３全体の直径が２５０μｍ程度、クラッド８の直径が１２５μｍ程度、コア７の直径が１０μｍ程度とすることができるが、これらの大きさに限定されない。また、複数設けられているＦＢＧセンサ部６のそれぞれは、例えば、５ｍｍ程度の範囲に渡ってコア７中に形成することができるが、この範囲に限定されない。このように、ここで示す数値に係る光ファイバは、一例であって、本願発明は、ここで示した数値以外の他の数値に係る光ファイバに対しても適用可能である。
【００３１】
また、ＦＢＧセンサ部６は、屈折率が光ファイバ３の長手方向（配向方向）に周期的に変化するように、コア７中に形成されており、急峻な反射スペクトル特性が得られるという特徴を有する。具体的には、図５に示すように、コア７の屈折率が周期Λで変化し、図６に示すように、急峻な反射スペクトル特性が得られ、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λＢ）の光強度が最も大きくなる。
【００３２】
ここで、反射スペクトルの中心波長（ブラッグ波長：λＢ）、周期Λおよび屈折率ｎの関係は、次式（１）で表される。また、屈折率ｎは、温度に依存し、周期Λは、温度および歪みに依存する。
λＢ＝２ｎΛ                                                        （１）
【００３３】
したがって、繊維強化プラスチック１の層間に光ファイバセンサ構造体２を埋め込んだ状態でブラッグ波長λＢを計測する。そして、公知の別の手段を用いて測定した繊維強化複合材料構造体の温度の影響を考慮すれば、上式（１）から温度を求めることができ、繊維強化複合材料構造体に生じた歪みを高密度かつ高精度に評価することができる。このように、光ファイバ３に形成されるＦＢＧセンサ部６は、歪みセンサとして使用することが可能となる。
【００３４】
なお、ＦＢＧセンサ部６付近が被覆４で覆われていてもよいが、前述したように、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ３の周囲が被覆４で覆われないように被覆４を除去すれば、繊維強化複合材料構造体に生じた歪みの情報を、ＦＢＧセンサ部６へより正確に伝達することができる。したがって、歪みをより精度よく測定するためには、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ３の周囲が被覆４で覆われないようにすることが好ましい。また、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ３の周囲を覆うテーパー樹脂層５は、繊維強化プラスチック１と一体化しているため、繊維強化複合材料構造体に生じた歪みの情報をＦＢＧセンサ部６へ正確に伝達し、歪みの測定精度にほとんど影響を及ぼさない。
【００３５】
次に、繊維強化複合材料構造体の歪みを評価するための歪み計測システムの一例について、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態１における光ファイバセンサ構造体２を用いた歪み計測システムの構成図である。
【００３６】
図７に示すように、歪み計測システムは、光ファイバ３、光サーキュレータ９、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源１０および光波長計１１を備える。
【００３７】
繊維強化複合材料構造体の温度を計測する場合、光ファイバ３の基端部に、光路を変換する光サーキュレータ９が接続される。また、光サーキュレータ９には、広帯域光源であるＡＳＥ光源１０と、波長計測装置である光波長計１１とが接続される。
【００３８】
このようなシステムを構成することにより、ブラッグ波長λＢを具体的に計測することができる。そして、前述したように、ブラッグ波長λＢを計測し、公知の別の手段を用いて測定した繊維強化複合材料構造体の温度の影響を考慮すれば、上式（１）から温度を求めることができ、繊維強化複合材料構造体に生じた歪みを高密度かつ高精度に評価することができる。
【００３９】
次に、本実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の製造方法について、図８〜図１１を参照しながら説明する。
【００４０】
まず始めに、光ファイバ３の周囲にテーパー樹脂層５を成形して光ファイバセンサ構造体２を製造する場合について、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態１において、光ファイバ３にテーパー樹脂層５が成形される様子を示した説明図である。図９は、本発明の実施の形態１において、光ファイバセンサ構造体２内のテーパー樹脂層５の厚みを示した説明図である。ここで、図９（ａ）は、先の図３における光ファイバセンサ構造体２の断面図を示し、図９（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を示し、図９（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００４１】
ここで、繊維強化複合材料構造体の歪みをより精度よく測定できるようにするため、前述したように、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ３の周囲が被覆４で覆われないように被覆４を除去し、あらかじめＦＢＧセンサ部６付近を露出した状態にしている。
【００４２】
図８に示すように、光ファイバ３の周囲を、未硬化の樹脂（具体的には、２枚のテープ状樹脂フィルム１２）で挟み込み、溝付き成形型１３の溝に設置し、定盤１４で上部を押さえる。そして、プレス機（図示せず）を用いて、溝付き成形型１３および定盤１４を介して、テープ状樹脂フィルム１２のそれぞれに所定の成形圧を加えて加圧下で加熱する。
【００４３】
なお、テープ状樹脂フィルム１２として、例えば、厚さが６０μｍであり、１８０℃で硬化するエポキシ接着剤を用いることができるが、これに限定されず、熱硬化性樹脂であればよく、液状の接着剤を用いてもよい。また、テーパー樹脂層５を成形する際に、２枚のテープ状樹脂フィルム１２で光ファイバ３を挟み込んだが、これに限定されず、例えば、光ファイバ３に液状の接着剤を塗布して、フィルム接着剤で接着してもよい。
【００４４】
このように、光ファイバ３の周囲にテーパー樹脂層５を成形することにより、光ファイバセンサ構造体２を製造することができる。具体的には、図９（ａ）に示すように、光ファイバセンサ構造体２において、光ファイバ３の周囲をテーパー樹脂層５が覆っている。
【００４５】
また、図９（ｂ）に示すように、被覆４が覆われていない光ファイバ３（すなわち、ＦＢＧセンサ部６が形成される光ファイバ３は、テーパー樹脂層５の中心に位置しており、この位置に対応した樹脂層の厚み（層厚）が最も大きく、光ファイバ３の位置からテーパー樹脂層５の下部に対して平行方向に（紙面左右方向）に離れるにしたがい、樹脂層の厚み（層厚）が減少していく。同様に、図９（ｃ）に示すように、被覆４が覆われている光ファイバ３も、テーパー樹脂層５の中心に位置しており、この位置に対応した樹脂層の厚みが最も大きく、光ファイバ３の位置からテーパー樹脂層５の下部に対して平行方向に（紙面左右方向）に離れるにしたがい、樹脂層の厚みが減少していく。
【００４６】
換言すると、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、光ファイバ３の配向方向に直交する面におけるテーパー樹脂層５の断面形状が光ファイバ３の位置で最高点となり、光ファイバ３から離れるにしたがいテーパー状に層厚が減少している。
【００４７】
なお、光ファイバ３の周囲の強化繊維の配向を連続的に緩やかに変化させることを可能とするテーパー樹脂層５の断面形状およびテーパー角度θの一例を、図９（ｂ）、（ｃ）に例示したがこれに限定されない。すなわち、溝付き成形型１３の溝の形状を所望の形状に加工することにより、適宜変更することができる。このように、テーパー樹脂層５の断面形状およびテーパー角度θを変更することにより、光ファイバ３の周囲の強化繊維の屈曲度合いが所望の屈曲度合いになるように制御することができる。また、光ファイバ３の周囲の強化繊維の配向を連続的に緩やかに変化させることができる。
【００４８】
次に、繊維強化プラスチック１の層間に光ファイバセンサ構造体２を埋め込んで繊維強化複合材料構造体を成形する場合について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明の実施の形態１において、繊維強化プラスチック１の層間に光ファイバセンサ構造体２を埋め込んで繊維強化複合材料構造体が成形される様子を示した説明図である。
【００４９】
図１０に示すように、定盤１４上に、繊維強化プラスチック１の層として複数のプリプレグ１５を順次積層していく。なお、プリプレグ１５は、樹脂をあらかじめ繊維間へ含浸させて半硬化させた状態であることが好ましい。また、プリプレグ１５の所望の層間位置に配置され、さらに、ＦＢＧセンサ部６がこのプリプレグ１５上の所望の面内位置に配置されるように光ファイバセンサ構造体２が設置される。
【００５０】
次に、光ファイバセンサ構造体２が設置された上で、所定枚数だけプリプレグ１５が積層された後、バギングフィルム１６で全体を覆い、シール材１７で密閉して、内部（密閉空間）をポンプ（図示せず）で真空状態にする。また、この状態で、バギングフィルム１６の上部から加圧下（例えば、１気圧程度で加圧する）で加熱することにより、成形材料１８が成形される。そして、この成形材料１８内のプリプレグ１５に含まれる樹脂を硬化させることにより、繊維強化複合材料構造体が成形される。
【００５１】
なお、繊維強化プラスチック１の素材となるプリプレグ１５として、例えば、炭素繊維Ｍ６０Ｊ（東レ株式会社製）と、１７０℃で硬化するエポキシ樹脂とから構成される炭素繊維プリプレグを用いることができるが、これに限定されない。すなわち、ここで用いることのできるプリプレグ１５の構成は、炭素繊維Ｍ６０Ｊと、１７０℃で硬化するエポキシ樹脂との組み合わせに限定されず、どのような組み合わせであってもよい。このように、ここで示すプリプレグを構成する繊維と、樹脂との組合せは、一例であって、本願発明は、他の組合せから構成されるプリプレグに対しても適用可能である。
【００５２】
また、ＦＢＧセンサ部６のグレーティング長として、例えば、長さを５ｍｍにすることができるが、これに限定されず、１ｍｍから１０ｍｍ程度の範囲内の長さであれば、どのような長さであってもよい。
【００５３】
次に、ここまで詳述した繊維強化複合材料構造体の一連の製造工程について、図１１を参照しながらより具体的に説明する。図１１は、本発明の実施の形態１における繊維強化複合材料構造体の一連の製造工程を説明するための説明図である。なお、光ファイバ３の周囲にテーパー樹脂層５を成形することにより、光ファイバセンサ構造体２を製造する工程については、前述したので、説明を省略する。
【００５４】
まず、第１ステップとして、前述したように、定盤１４上に、１枚以上のプリプレグ１５を順次積層する。なお、第１ステップで積層された１枚以上のプリプレグ１５から成るプリプレグのグループを、第１プリプレグ群１９と称す。
【００５５】
次に、第２ステップとして、第１ステップで積層された第１プリプレグ群１９の上に、光ファイバセンサ構造体２を設置する。
【００５６】
次に、第３ステップとして、光ファイバセンサ構造体２を上部に設置した第１プリプレグ群１９の上に、さらに、１枚以上のプリプレグ１５を順次積層する。なお、第３ステップで積層された１枚以上のプリプレグ１５から成るプリプレグのグループを第２プリプレグ群２０と称す。
【００５７】
次に、第４ステップとして、第１プリプレグ群１９および第２プリプレグ群２０を加圧下で加熱することにより、プリプレグ１５中の樹脂を硬化させる。これにより、本実施の形態１における繊維強化複合材料構造体（光ファイバセンサ構造体２を備えた繊維強化複合材料構造体）が製造されることとなる。
【００５８】
ここで、光ファイバ３（被覆４）がテーパー樹脂層５で覆われていない状態の光ファイバセンサ構造体２を、繊維強化プラスチック１の層間（プリプレグ１５の層間）に埋め込むと、光ファイバセンサ構造体２の周囲で強化繊維が大きく屈曲してしまう。
【００５９】
また、大きく屈曲した屈曲部の強化繊維が荷重を負担することができないので、繊維強化複合材料構造体としての機械特性が低下し、所望の機械特性が得られない。さらに、強化繊維がどの程度屈曲するかを示す屈曲度合いを制御することができないので、所望の機械特性から実際の機械特性がどの程度減少するかを示す減少度合いを見積もることができない。これらの結果として、所望の機械特性が得られるようにするため、プリプレグ１５を余分に積層することとなり、繊維強化複合材料構造体の重量増につながってしまうこととなる。
【００６０】
これに対して、本願発明では、光ファイバ３（被覆４）がテーパー樹脂層５で覆われている状態の光ファイバセンサ構造体２を、繊維強化プラスチック１の層間（プリプレグ１５の層間）に埋め込むので、強化繊維が緩やかに屈曲し、繊維強化複合材料構造体としての機械特性の低下が抑制される。
【００６１】
また、テーパー角度θを変更することができるので、強化繊維の屈曲度合いを制御することができる。すなわち、テーパー樹脂層５により、強化繊維の配向方向に対する傾きが決定されるので、光ファイバセンサ構造体２の周囲における強化繊維の屈曲を抑制するとともに制御することを可能とし、結果として、繊維強化複合材料構造体としての機械特性の低下を最小限とすることができる。
【００６２】
さらに、本願発明では、脆く破壊されやすいＦＢＧセンサ部６をテーパー樹脂層５で覆うことになるので、ＦＢＧセンサ部６が保護されることとなる。結果として、ＦＢＧセンサ部６の強度が向上し、光ファイバセンサ構造体２を設置する際の作業性を向上させることができる。また、テーパー樹脂層５をプリプレグ１５と同種の樹脂フィルムで成形すれば、異種材料を挿入することなく成形でき、層間強度を向上させることができる。
【００６３】
以上、本実施の形態１によれば、繊維強化複合材料構造体は、繊維強化プラスチックの層間（プリプレグの層間）に、光ファイバの周囲にテーパー樹脂層が成形された光ファイバセンサが埋め込まれた構造となっている。これにより、強化繊維が複数方向に配向している場合であっても、強化繊維の屈曲を制御して抑制するとともに、高密度かつ高精度に歪みを評価することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態１では、テーパー樹脂層５で覆われる光ファイバ３の一例として、ＦＢＧセンサ部６が１個以上形成されている光ファイバを例示したが、これに限定されず、本願発明は、構造体の歪みを評価することのできる他の光ファイバに対しても適用可能である。また、他の光ファイバにおいても同様に、歪みを検出するためのセンサ部が形成されている周囲が被覆で覆われないようにすれば、歪みをより精度よく測定することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  繊維強化プラスチック、２  光ファイバセンサ構造体、３  光ファイバ、４  被覆、５  テーパー樹脂層、６  ＦＢＧセンサ部、７  コア、８  クラッド、９  光サーキュレータ、１０  ＡＳＥ光源、１１  光波長計、１２  テープ状樹脂フィルム、１３  溝付き成形型、１４  定盤、１５  プリプレグ、１６  バギングフィルム、１７  シール材、１８  成形材料、１９  第１プリプレグ群、２０  第２プリプレグ群。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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