(57)【要約】【課題】  複合材の損傷を探知する光ファイバ（ＦＢＧセンサ）を備え、高い視認性を有して取扱い易い損傷探知用モジュール化センサ及びその製造方法を提供する。また、この損傷探知用モジュール化センサが埋め込まれた構造用複合材を提供する。【解決手段】  ＦＢＧセンサ４を有する光ファイバ１１の端部にコネクタ１２を取り付け、光ファイバ１１に部分的にフィルム１３を固着することにより、高い視認性を有し取扱い易い損傷探知用モジュール化センサ１０を構成する。そして、損傷探知用モジュール化センサ１０の光ファイバ１１（ＦＢＧセンサ４を含む）の露出部を構造用複合材１００の応力集中部を通るように埋設し、構造用複合材１００の端部にフィルム１３をその一部を突出させるようにして埋設する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＢＧセンサを有する光ファイバと、
前記光ファイバの端部に取り付けられるコネクタと、
前記光ファイバを部分的に被覆するチューブと、
を備えることを特徴とする損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項２】
前記チューブは、
前記光ファイバに対して相対移動自在とされることを特徴とする請求項１に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項３】
前記チューブは、
耐熱性を有する材料で構成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項４】
前記光ファイバに部分的に固着されるフィルムを備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項５】
ＦＢＧセンサを有する光ファイバと、
前記光ファイバの端部に取り付けられるコネクタと、
前記光ファイバに部分的に固着されるフィルムと、
を備えることを特徴とする損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項６】
前記フィルムは、
前記ＦＢＧセンサから一定の間隔をおいた位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項７】
前記フィルムは、
耐熱性を有する材料で構成されてなることを特徴とする請求項５又は６に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項８】
前記フィルムは、
その中央部から前記光ファイバとの境界部になるに従って漸次幅が減少するように形成されてなることを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項９】
前記光ファイバと前記コネクタとの接合部を補強する補強チューブを備えることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサ。
【請求項１０】
請求項１から４の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサの製造方法であって、
前記チューブの外径より若干大きい寸法の最小径部を有するとともに両端が拡大開口部とされる中空部が設けられた管状部材を準備する管状部材準備工程と、
前記管状部材の一方の前記拡大開口部に前記チューブの一方の端部を挿入し前記端部を前記最小径部近傍に配置して前記端部の径方向の動きを規制するチューブ挿入工程と、
前記管状部材の他方の前記拡大開口部に前記光ファイバを挿入するとともに前記チューブの前記端部に前記光ファイバを挿入する光ファイバ挿入工程と、
前記チューブ及び前記光ファイバから前記管状部材を取り外す管状部材取外工程と、
前記光ファイバの端部に前記コネクタを取り付けるコネクタ取付工程と、
を備えることを特徴とする損傷探知用モジュール化センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から９の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサの前記ＦＢＧセンサが埋設されてなることを特徴とする構造用複合材。
【請求項１２】
請求項１から４の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサが埋設されてなる構造用複合材であって、
前記ＦＢＧセンサが前記チューブで被覆されない状態で前記構造用複合材の応力集中部に埋設されるとともに、前記チューブが前記構造用複合材の端部に部分的に埋設されてなることを特徴とする構造用複合材。
【請求項１３】
請求項５から８の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサが埋設されてなる構造用複合材であって、
前記ＦＢＧセンサが前記構造用複合材の応力集中部に埋設されるとともに、前記フィルムが前記構造用複合材の端部に部分的に埋設されてなることを特徴とする構造用複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、損傷探知用モジュール化センサ及びその製造方法並びに構造用複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軽量で高い強度を有する繊維強化樹脂複合材（以下単に「複合材」という）が航空機、宇宙機器、超高層建築、公共インフラストラクチャ、高速車両等の種々の構造物に適用されている。かかる複合材は、金属と比較して損傷の進展挙動が明確でないため、従来は複合材構造物を構築する際に「安全寿命設計」を採用していた。しかし、かかる設計法を採用すると構造物の重量が大きくなり、複合材の特性（軽量・高強度）を充分に生かすことができない。
【０００３】
このため、現在においては、複合材の特性を充分に生かす「損傷許容設計」を実現させるために、複合材の損傷を探知するための技術の開発が進められている。例えば、箔状のピエゾ素子を挟み込んだポリイミドフィルムを複合材に埋め込み、複合材に加えられる振動に対するピエゾ素子の出力を検出することにより、その検出波形から複合材の損傷を探知する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、前記技術で採用されるポリイミドフィルムは、その埋設箇所が限定されるため、複合材の損傷が発生し易い部分にポリイミドフィルムを埋め込んで損傷を高精度で検知することが困難となっていた。そこで、近年においては、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサを有する光ファイバを複合材に埋め込み、このＦＢＧセンサで検出する反射光特性により複合材の損傷を高精度で探知する損傷探知システムが提案されている。
【特許文献１】米国特許第６３７０９６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記した損傷探知システムで採用される光ファイバは、一般的な線径が１２５μｍ〜１５０μｍとされ、複合材を構成するプリプレグ一層の厚さ（１２５μｍ〜２００μｍ）と略同一寸法となり、複合材の特性を低下させるおそれがある。このような問題を解決するために、近年においてはプリプレグ一層の厚さの１／２以下の寸法（５２μｍ程度）の線径を有する「細径」の光ファイバが開発されている。
【０００６】
しかし、かかる細径光ファイバは、非常に細いためにその取扱いがきわめて困難であり、視認性に支障を来たすこととなって複合材への埋め込み作業が著しく困難となるという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、複合材の損傷を探知する光ファイバ（ＦＢＧセンサ）を備え、高い視認性を有して取扱い易い損傷探知用モジュール化センサ及びその製造方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明の課題は、前記した損傷探知用モジュール化センサが埋め込まれた構造用複合材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、損傷探知用モジュール化センサであって、ＦＢＧセンサを有する光ファイバと、前記光ファイバの端部に取り付けられるコネクタと、前記光ファイバを部分的に被覆するチューブと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、光ファイバの端部にコネクタを取り付けるとともに、光ファイバを部分的にチューブで被覆して損傷探知用モジュール化センサを構成する。従って、本発明に係る損傷探知用モジュール化センサは、光ファイバ単独の場合と比較して高い視認性を有することとなり、きわめて取扱い易いという利点を有する。また、本発明に係る損傷探知用モジュール化センサを複合材に埋め込む際に、複合材の端部にチューブを配置することにより、複合材から引き出される部分における光ファイバへの応力集中を阻止して光ファイバの折損を防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記チューブは、前記光ファイバに対して相対移動自在とされることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、損傷探知用モジュール化センサを構成するチューブは光ファイバに対して相対移動自在とされているので、損傷探知用モジュール化センサを複合材に埋め込む際に、複合材の端部の位置に合わせてチューブを移動させることができる。従って、本発明に係る損傷探知用モジュール化センサは、種々の形状の複合材に適用することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記チューブは、耐熱性を有する材料で構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、損傷探知用モジュール化センサを構成するチューブは耐熱性を有する材料で構成されているので、このチューブの一部ないし全部を複合材に埋め込んだ状態で複合材の加熱成形を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記光ファイバに部分的に固着されるフィルムを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、光ファイバに部分的にフィルムが固着されるので、損傷探知用モジュール化センサの視認性がさらに向上し、より一層取扱い易くなる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、損傷探知用モジュール化センサであって、ＦＢＧセンサを有する光ファイバと、前記光ファイバの端部に取り付けられるコネクタと、前記光ファイバに部分的に固着されるフィルムと、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、光ファイバの端部にコネクタを取り付けるとともに、光ファイバに部分的にフィルムを固着して損傷探知用モジュール化センサを構成する。従って、本発明に係る損傷探知用モジュール化センサは、光ファイバ単独の場合と比較して高い視認性を有することとなり、きわめて取扱い易いという利点を有する。また、本発明に係る損傷探知用モジュール化センサを複合材に埋め込む際に、複合材の端部にフィルムを配置することにより、光ファイバへの応力集中を阻止して光ファイバの折損を防止することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記フィルムは、前記ＦＢＧセンサから一定の間隔をおいた位置に配置されることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、損傷探知用モジュール化センサを構成するフィルムがＦＢＧセンサから一定の間隔をおいた位置に配置され、ＦＢＧセンサとフィルムとの間の距離が一定とされているので、フィルムの位置に基づいてＦＢＧセンサの位置を容易に把握することができる。この結果、ＦＢＧセンサを的確な位置に配置することができるので、損傷探知精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記フィルムは、耐熱性を有する材料で構成されてなることを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、損傷探知用モジュール化センサを構成するフィルムは耐熱性を有する材料で構成されてなるので、このフィルムの一部ないし全部を複合材に埋め込んだ状態で複合材の加熱成形を行うことができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項５から７の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記フィルムは、その中央部から前記光ファイバとの境界部になるに従って漸次幅が減少するように形成されてなることを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、損傷探知用モジュール化センサのフィルムは、その中央部から光ファイバとの境界部になるに従って漸次幅が減少するように（光ファイバとの境界部から中央部になるに従って漸次幅が増大するように）形成されており、中央部が最も高い強度及び剛性を有するように構成されている。従って、損傷探知用モジュール化センサを複合材に埋め込む際に、フィルムの中央部を複合材端部に配置することにより、光ファイバの折損を効果的に防止することができる。また、フィルムは、その中央部から光ファイバとの境界部になるに従って漸次幅が減少するように形成されているので、その中央部から光ファイバとの境界部に近付くに従って剛性が漸次低減して曲がり易くなるため、複合材に埋め込む際の自由度が高くなる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサにおいて、前記光ファイバと前記コネクタとの接合部を補強する補強チューブを備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、光ファイバとコネクタとの接合部が補強チューブによって補強されるので、コネクタを所定のアダプタに接続する際における光ファイバへの応力集中を阻止して光ファイバの折損を抑制ないし阻止することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサの製造方法であって、前記チューブの外径より若干大きい寸法の最小径部を有するとともに両端が拡大開口部とされる中空部が設けられた管状部材を準備する管状部材準備工程と、前記管状部材の一方の前記拡大開口部に前記チューブの一方の端部を挿入し前記端部を前記最小径部近傍に配置して前記端部の径方向の動きを規制するチューブ挿入工程と、前記管状部材の他方の前記拡大開口部に前記光ファイバを挿入するとともに前記チューブの前記端部に前記光ファイバを挿入する光ファイバ挿入工程と、前記チューブ及び前記光ファイバから前記管状部材を取り外す管状部材取外工程と、前記光ファイバの端部に前記コネクタを取り付けるコネクタ取付工程と、を備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の発明によれば、チューブや光ファイバを挿入し易い拡大開口部を有し、チューブの端部の径方向における動きを規制する特定の管状部材を採用することにより、光ファイバをチューブにきわめて容易に挿入することができる。従って、損傷探知用モジュール化センサを短期間で効率良く製造することが可能となる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、構造用複合材であって、請求項１から９の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサの前記ＦＢＧセンサが埋設されてなることを特徴とする。
【００３０】
請求項１１に記載の発明によれば、構造用複合材は、損傷探知用モジュール化センサのＦＢＧセンサが埋設されるので、このＦＢＧセンサを含む損傷探知システムを採用することにより、その損傷が高精度で探知されることとなる。従って、本発明に係る構造用複合材を採用すると、複合材の特性（軽量・高強度）を充分に生かす「損傷許容設計」が可能となるので、構造物の劇的な軽量化を実現させることができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサが埋設されてなる構造用複合材であって、前記ＦＢＧセンサが前記チューブで被覆されない状態で前記構造用複合材の応力集中部に埋設されるとともに、前記チューブが前記構造用複合材の端部に部分的に埋設されてなることを特徴とする。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、請求項５から８の何れか一項に記載の損傷探知用モジュール化センサが埋設されてなる構造用複合材であって、前記ＦＢＧセンサが前記構造用複合材の応力集中部に埋設されるとともに、前記フィルムが前記構造用複合材の端部に部分的に埋設されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、光ファイバの端部にコネクタを取り付け、光ファイバの一部にチューブ及び／又はフィルムを取り付けることにより、光ファイバ単独の場合と比較して高い視認性を有しきわめて取扱い易い損傷探知用モジュール化センサを構成することができる。また、本発明に係る損傷探知用モジュール化センサのＦＢＧセンサが埋設された構造用複合材は、その損傷が高精度で探知されることとなるため、複合材の特性（軽量・高強度）を充分に生かす「損傷許容設計」が可能となる。この結果、構造物の劇的な軽量化を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
【００３５】
[第１の実施の形態]
まず、図１から図５を用いて、本発明の第１の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態においては、外板１１０と断面ハット型のストリンガ１２０とをリベット１３０で結合した航空機主翼用の複合材１００（図２参照）の損傷を探知する「損傷探知システム」に、損傷探知用モジュール化センサを適用した例について説明する。
【００３６】
まず、図１及び図２を用いて、損傷探知システム１の構成について説明する。
【００３７】
損傷探知システム１は、図１及び図２に示すように、複合材１００の面部に貼着される複数のピエゾアクチュエータ２、電圧を加えて各ピエゾアクチュエータ２を駆動する振動発生装置３、複合材１００に埋設される複数のＦＢＧセンサ４、各ＦＢＧセンサ４から得られる反射光の特性変化を検出する反射光波長検出装置５、各ピエゾアクチュエータ２及び反射光波長検出装置５の出力から損傷の有無を判断する検出処理装置６、等を備えて構成されている。損傷探知システム１には、図１に示すように、ＦＢＧセンサ４等から構成される損傷探知用モジュール化センサ１０が組み込まれている。かかる損傷探知用モジュール化センサ１０については後に詳述することとする。
【００３８】
各ピエゾアクチュエータ２は、図２に示すように複合材１００の損傷探知を行うべき箇所の近傍の面部に貼着され、図１に示すように配線７を介して振動発生装置３に電気的に接続されている。各ピエゾアクチュエータ２は、外部から駆動電圧を印加されるとその厚さ方向に厚み変化を生じるという特性を有している。
【００３９】
振動発生装置３は、検出処理装置６により特定されたピエゾアクチュエータ２に対して駆動用のパルス電圧を印加して特定のピエゾアクチュエータ２を駆動することにより、複合材１００に対して瞬間的な振動を付与するように機能する。
【００４０】
ＦＢＧセンサ４は、損傷探知用モジュール化センサ１０を構成する光ファイバ１１（図２参照）に設けられており、コア部と、このコア部に設けられたグレーティング部（コア部の屈折率を周期的に変化させた部分）と、から構成されている。ＦＢＧセンサ４のグレーティング部は、特定の波長（Bragg波長）の光のみを選択的に反射させる。ＦＢＧセンサ４は、図１に示すように、コネクタ１２及び配線８を介して反射光波長検出装置５に接続されている。
【００４１】
ＦＢＧセンサ４に振動等が加えられると、ＦＢＧセンサ４の歪みによりBragg波長がシフトする。例えば、振動が振動源からＦＢＧセンサ４に良好に伝達されると、ＦＢＧセンサ４は大きく歪み、Bragg波長の変化量は大きくなる。一方、損傷等に起因して振動が振動源からＦＢＧセンサ４に良好に伝達されない場合には、ＦＢＧセンサ４は小さく歪み、Bragg波長の変化量は小さくなる。かかる特性を利用して、複合材１００の損傷を検出することが可能となる。
【００４２】
反射光波長検出装置５は、所定の光源からＦＢＧセンサ４のコア部に照射光を照射するとともに、ＦＢＧセンサ４で反射した反射光の所定の波長帯域における光強度分布を検出して、反射光の変化量を算出する。反射光波長検出装置５で算出された反射光の変化量は検出処理装置６に出力され、損傷の検出に用いられる。
【００４３】
検出処理装置６は、所定のプログラムに従って演算処理を行うＣＰＵ、各種処理及び制御を行うためのプログラムを記憶するＲＯＭ、各種処理において一時的にデータ等を格納する作業領域となるＲＡＭ、検出結果を画像表示するモニタ、上記各構成間での各種指令又はデータの伝送を行うデータバス、等を備えている。
【００４４】
検出処理装置６のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行することにより振動発生装置３を制御して、複合材１００に貼着した特定のピエゾアクチュエータ２を駆動して複合材１００に対して振動を付与する。また、検出処理装置６のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行することにより反射光波長検出装置５を制御して、ＦＢＧセンサ４により検出される反射光の変化量に基づいて複合材１００に損傷が発生しているか否かを探知する。
【００４５】
次に、図２及び図３を用いて、本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０の構成について説明する。
【００４６】
損傷探知用モジュール化センサ１０は、図２及び図３に示すように、２つのＦＢＧセンサ４が設けられた光ファイバ１１、光ファイバ１１の端部に取り付けられたコネクタ１２、光ファイバ１１のＦＢＧセンサ４に近い部分に固着されたポリイミドフィルム１３等を備えて構成されている。
【００４７】
光ファイバ１１は、コア部及びクラッド部を有するガラスファイバと、このガラスファイバを被覆する耐熱被覆層と、から構成されている。本実施の形態においては、外径５２μｍ（クラッド線径４０μｍ）の細径の光ファイバ１１を採用するとともに、耐熱被覆層としてポリイミド樹脂層を採用している。光ファイバ１１には、コネクタ１２及び配線８を介して、反射光波長検出装置５（図１参照）が接続される。
【００４８】
コネクタ１２は、反射光波長検出装置５に接続された配線８と光ファイバ１１とを接続するものであるとともに、損傷探知用モジュール化センサ１０の視認性の向上に寄与し、損傷探知用モジュールを取扱い易くするという機能を果たす。本実施の形態においては、コネクタ１２として、きわめて軽量でかつ耐熱性を有し、光ファイバ１１の線径に対応する大きさ（外径１．２５ｍｍ内径４０μｍ）を有するジルコニア製フェルールを採用している。コネクタ１２は、複合材１００の硬化成形時の加熱に耐え得る耐熱性材料で構成されているため、複合材１００を構成するプリプレグや繊維織物に埋め込むことができるとともに、硬化成形時の高温・高圧負荷後も問題なく機能する特性を有している。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、細径（外径５２μｍ）の光ファイバ１１を採用しているため、光ファイバ１１とコネクタ１２との接合部において光ファイバ１１に応力が集中すると、光ファイバ１１が折損するおそれがある。このため、図３に示すように、光ファイバ１１とコネクタ１２との接合部に外径０．９ｍｍの補強チューブ（ポリイミドチューブ）１４を取り付けている。
【００５０】
ポリイミドフィルム１３は、図３に示すように、その中央部から光ファイバ１１との境界部になるに従って漸次幅が減少するように形成された六角形状を呈し、損傷探知用モジュール化センサ１０の視認性の向上に寄与するとともに損傷探知用モジュール化センサ１０を取扱い易くするという機能を果たす。また、ポリイミドフィルム１３は、ＦＢＧセンサ４に対して一定の距離をおいた位置に配置されている。このため、外部からは把握し難いＦＢＧセンサ４の位置を、ポリイミドフィルム１３の位置に基づいて容易に把握することができるようになっている。
【００５１】
また、ポリイミドフィルム１３は、複合材１００の硬化成形時の加熱に耐え得る耐熱性を有しているため、複合材１００を構成するプリプレグや繊維織物に埋め込むことができる。ポリイミドフィルム１３の面積は、損傷探知用モジュール化センサ１０が埋設される構造用複合材の大きさに応じて適宜設定することができる。また、ポリイミドフィルム１３の枚数は、損傷探知用モジュール化センサ１０が埋設される複合材１００の端部の個数に応じて適宜決定することができる。
【００５２】
次に、図４を用いて、本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０の製造方法について説明する。
【００５３】
まず、外径５２μｍの光ファイバ１１と、厚さ約２５μｍで粘着剤付きの２枚１組のポリイミドフィルム１３と、を用意し、これら２枚のポリイミドフィルム１３を光ファイバ１１を挟むように配置して貼り合わせることにより、光ファイバ１１にポリイミドフィルム１３を取り付ける（フィルム取付工程）。次いで、ポリイミドフィルム１３の平面形状が図４（ａ）に示すような六角形状になるようにポリイミドフィルム１３の端部を切り取る（フィルム形状調整工程）。
【００５４】
次いで、図４に示すように、光ファイバ１１の先端部分（先端から所定長の部分）を所定長の補強チューブ１４で被覆して保護した後、光ファイバ１１の先端にコネクタ１２を接着剤で固定する（コネクタ取付工程）。コネクタ取付工程においては、光ファイバ１１の軸とコネクタ１２の軸とを一致させて、コネクタ１２における光の損失を抑制するようにする。以上の各工程を得ることにより、損傷探知用モジュール化センサ１０が得られる。
【００５５】
次に、図２及び図５を用いて、航空機主翼用の複合材１００に本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０を埋め込む際の手順について説明する。
【００５６】
航空機主翼用の複合材１００は、図２に示すように、外板１１０とストリンガ１２０とをリベット１３０で結合したものであるが、本実施の形態においては、損傷が発生し易い外板１１０とストリンガ１２０の接合面近傍に損傷探知用モジュール化センサ１０を埋め込んでいる。
【００５７】
外板１１０の接合面近傍に損傷探知用モジュール化センサ１０を埋め込む際の手順について説明する。プリプレグ（厚さ約１２５μｍ）を複数枚積層して外板１１０を成形する場合には、損傷探知用モジュール化センサ１０の光ファイバ１１（ＦＢＧセンサ４を含む）とポリイミドフィルム１３の一部とをプリプレグの間に挟み込んだ上で加熱・加圧して外板１１０の硬化成形を行う。一方、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法を採用して外板１１０を成形する場合には、損傷探知用モジュール化センサ１０の光ファイバ１１（ＦＢＧセンサ４を含む）とポリイミドフィルム１３の一部とを外板成形用の繊維織物に埋め込み、この繊維織物に樹脂を含浸させ加熱・加圧して外板１１０の硬化成形を行うようにする。
【００５８】
ストリンガ１２０の接合面近傍に損傷探知用モジュール化センサ１０を埋め込む際にも、前記と同様の手順を採用することができる。プリプレグを複数枚積層してストリンガ１２０を成形する場合には、損傷探知用モジュール化センサ１０の光ファイバ１１とポリイミドフィルム１３の一部とをプリプレグの間に挟み込んだ上で加熱・加圧してストリンガ１２０の硬化成形を行う。一方、ＲＴＭ法を採用してストリンガ１２０を成形する場合には、損傷探知用モジュール化センサ１０の光ファイバ１１とポリイミドフィルム１３の一部とをストリンガ成形用の繊維織物に埋め込み、この繊維織物に樹脂を含浸させ加熱・加圧してストリンガ１２０の硬化成形を行うようにする。
【００５９】
また、外板１１０又はストリンガ１２０に損傷探知用モジュール化センサ１０を埋め込む際には、図２及び図５に示すように、ポリイミドフィルム１３の中央部（幅広部）を、外板１１０又はストリンガ１２０の端部に配置するようにする。ポリイミドフィルム１３の中央部は幅が広く、高い強度及び剛性を有するため、この中央部を外板１１０又はストリンガ１２０の端部に配置することにより、細径の光ファイバ１１が複合材端部で急激に曲がらないようにして応力集中を阻止することができる。
【００６０】
以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０は、光ファイバ１１の端部にコネクタ１２を取り付けるとともに、光ファイバ１１にポリイミドフィルム１３を部分的に固着して構成したものであるので、光ファイバ１１単独の場合と比較して高い視認性を有することとなり、きわめて取扱い易いという利点を有する。また、損傷探知用モジュール化センサ１０を複合材１００に埋め込む際に、外板１１０の端部又はストリンガ１２０の端部にポリイミドフィルム１３を配置することにより、光ファイバ１１への応力集中を阻止して光ファイバ１１の折損を防止することができる。
【００６１】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０においては、ＦＢＧセンサ４とポリイミドフィルム１３との間の距離が一定とされているので、ポリイミドフィルム１３の位置に基づいてＦＢＧセンサ４の位置を容易に把握することができる。この結果、ＦＢＧセンサ４を的確な位置に配置することができるので、損傷探知精度を向上させることができる。
【００６２】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０を構成するポリイミドフィルム１３は、耐熱性を有するため、このポリイミドフィルム１３の一部を埋め込んだ状態で複合材１００（外板１１０及びストリンガ１２０）の加熱成形を行うことができる。
【００６３】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０を構成するポリイミドフィルム１３は、その中央部から光ファイバ１１との境界部になるに従って漸次幅が減少するように（光ファイバ１１との境界部から中央部になるに従って漸次幅が増大するように）形成されており、中央部が最も高い強度及び剛性を有するように構成されている。従って、損傷探知用モジュール化センサ１０を複合材１００に埋め込む際に、ポリイミドフィルム１３の中央部を外板１１０の端部又はストリンガ１２０の端部に配置することにより、光ファイバ１１の折損を効果的に防止することができる。また、ポリイミドフィルム１３は、その中央部から光ファイバ１１との境界部になるに従って漸次幅が減少するように形成されているので、その中央部から光ファイバ１１との境界部に近付くに従って剛性が漸次低減して曲がり易くなるため、複合材１００に埋め込む際の自由度が高くなる。
【００６４】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０においては、細径の光ファイバ１１を採用しており、プリプレグ１枚の厚さ寸法（約１２５μｍ）よりも光ファイバ１１の外径寸法（５２μｍ）が小さく設定されているので、損傷探知用モジュール化センサ１０が埋め込まれた状態における複合材１００の強度低下を防ぐことができる。
【００６５】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０においては、光ファイバ１１とコネクタ１２との接合部が補強チューブ１４によって補強されるので、コネクタ１２を所定のアダプタに接続する際における光ファイバ１１への応力集中を阻止して光ファイバ１１の折損を抑制ないし阻止することができる。
【００６６】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０においては、コネクタ１２が耐熱性を有する材料で構成されてなるので、損傷探知用モジュール化センサ１０を複合材１００に埋め込んだ状態での加熱成形が可能となる。また、コネクタ１２はきわめて軽量かつ小型とされているので、コネクタ１２の自重による光ファイバ１１の折損を防止することができる。
【００６７】
また、以上説明した実施の形態に係る複合材１００は、損傷探知用モジュール化センサ１０のＦＢＧセンサ４が埋設されるので、このＦＢＧセンサ４を含む損傷探知システム１を採用することにより、その損傷が高精度で探知されることとなる。従って、本実施の形態に係る複合材１００を採用すると、複合材の特性（軽量・高強度）を充分に生かす「損傷許容設計」が可能となるので、構造物（航空機主翼）の劇的な軽量化を実現させることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態においては、ポリイミドフィルム１３の平面形状を六角形状に設定した例を示したが、フィルム中央部から光ファイバ１１との境界部になるに従って漸次幅が減少するような他の形状（例えば菱形等）を採用することもできる。
【００６９】
[第２の実施の形態]
次に、図６及び図７を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００７０】
本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａは、第１の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０のポリイミドフィルム１３をポリイミドチューブ１５に変更したものであり、その他の構成は第１の実施の形態と実質的に同一である。このため、変更した構成についてのみ説明することとし、第１の実施の形態と重複する構成については、第１の実施の形態と同一の符号を付すこととする。また、本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａが組み込まれる損傷探知システムは、第１の実施の形態で説明した損傷探知システム１と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００７１】
本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａは、図６に示すように、ＦＢＧセンサ４が設けられた光ファイバ１１、光ファイバ１１の端部に取り付けられたコネクタ１２、光ファイバ１１を部分的に被覆するポリイミドチューブ１５等を備えて構成されている。
【００７２】
ポリイミドチューブ１５は、図７に示すように、光ファイバ１１の外径（５２μｍ）より大きい外径（約１００μｍ）を有しており、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａの視認性の向上に寄与し、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａを取扱い易くするという機能を果たす。また、ポリイミドチューブ１５は、光ファイバ１１の外径（５２μｍ）より大きい内径（８０μｍ）を有しているため、その内部に光ファイバ１１を挿入して移動させることができる。換言すると、ポリイミドチューブ１５は光ファイバ１１に対して相対移動自在とされている。
【００７３】
また、ポリイミドチューブ１５は、複合材の硬化成形時の加熱に耐え得る耐熱性を有しているため、複合材を構成するプリプレグや繊維織物に埋め込むことができる。ポリイミドチューブ１５の長さは、光ファイバ１１の長さや、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａが埋設される構造用複合材の大きさ・形状等に応じて適宜設定することができる。また、ポリイミドチューブ１５の個数は、ＦＢＧセンサ４の個数や、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａが埋設される構造用複合材の端部の個数に応じて適宜決定することができる。
【００７４】
次に、本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａの製造方法について説明する。
【００７５】
まず、外径５２μｍの光ファイバ１１と、外径１０６μｍ内径８０μｍのポリイミドチューブ１５と、を用意する。また。図７に示すように、ポリイミドチューブ１５の外径（１０６μｍ）より若干大きい寸法の最小径部２３を有するとともに両端が拡大開口部２１、２２とされる中空部が設けられたガラスキャピラリ２０（管状部材）を準備する（管状部材準備工程）。ガラスキャピラリ２０の最小径部２３の寸法は、ポリイミドチューブ１５の外径（１０６μｍ）より大きく、かつ、ポリイミドチューブ１５の径方向の動きを制限することができる範囲（例えば１１０μｍ〜２５０μｍ）に設定するようにする。また、ガラスキャピラリ２０の拡大開口部２１、２２の寸法は、光ファイバ１１及びポリイミドチューブ１５が挿入し易い値（例えば１ｍｍ）に設定する。
【００７６】
次いで、図７に示すように、ガラスキャピラリ２０の一方の拡大開口部２１にポリイミドチューブ１５の一方の端部１５ａを挿入し、この端部１５ａを最小径部２３近傍に配置することにより、この端部１５ａの径方向の動きを規制する（チューブ挿入工程）。また、ガラスキャピラリ２０の他方の拡大開口部２２に光ファイバ１１を挿入するとともにポリイミドチューブ１５の端部１５ａに光ファイバ１１を挿入する（光ファイバ挿入工程）。そして、ポリイミドチューブ１５側からガラスキャピラリ２０を抜き取る（管状部材取外工程）。ポリイミドチューブ１５に挿入された光ファイバ１１は、ポリイミドチューブ１５の内部で移動自在となっている。
【００７７】
次いで、図６に示すように、光ファイバ１１の先端部分（先端から所定長の部分）を所定長のポリイミドチューブ１４で被覆して保護した後、光ファイバ１１の先端にコネクタ１２を接着剤で固定する（コネクタ取付工程）。コネクタ取付工程においては、光ファイバ１１の軸とコネクタ１２の軸とを一致させて、コネクタ１２における光の損失を抑制するようにする。以上の各工程を得ることにより、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａが得られる。
【００７８】
以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａは、光ファイバ１１の端部にコネクタ１２を取り付けるとともに、光ファイバ１１をポリイミドチューブ１５で部分的に被覆して構成したものであるので、光ファイバ１１単独の場合と比較して高い視認性を有することとなり、きわめて取扱い易いという利点を有する。また、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａを構造用複合材に埋め込む際に、構造用複合材の端部にポリイミドチューブ１５を配置することにより、光ファイバ１１への応力集中を阻止して光ファイバ１１の折損を防止することができる。
【００７９】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａにおいては、ポリイミドチューブ１５が光ファイバ１１に対して相対移動自在とされているので、構造用複合材の端部の位置に合わせてポリイミドチューブ１５を移動させることができる。従って、本実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａは、種々の形状の構造用複合材に適用することができる。
【００８０】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａを構成するポリイミドチューブ１５は、耐熱性を有するため、このポリイミドチューブ１５の一部を埋め込んだ状態で複合材の加熱成形を行うことができる。
【００８１】
また、以上説明した実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサ１０Ａの製造方法においては、ポリイミドチューブ１５や光ファイバ１１を挿入し易い拡大開口部２１、２２を有しポリイミドチューブ１５の端部１５ａの径方向における動きを制限する特定の管状部材（ガラスキャピラリ２０）を採用するため、ポリイミドチューブ１５に光ファイバ１１をきわめて容易に挿入することができる。従って、損傷探知用モジュール化センサ１０Ａを短期間で効率良く製造することが可能となる。
【００８２】
なお、以上の実施の形態においては、光ファイバ１１にポリイミドフィルム１３を取り付けた例と、光ファイバ１１にポリイミドチューブ１５を取り付けた例と、を示したが、図８に示すように、光ファイバ１１にポリイミドフィルム１３及びポリイミドチューブ１５の双方を取り付けて損傷探知用モジュール化センサを構成することもできる（第３の実施の形態）。
【００８３】
また、以上の実施の形態においては、細径（外径５２μｍ）の光ファイバを採用した例を示したが、通常径（外径１２５μｍ〜１４５μｍ）の光ファイバを採用することもできる。また、細径の光ファイバと通常径の光ファイバとを接続することにより、視認性を若干向上させて取扱い易くしてもよい。
【００８４】
また、以上の実施の形態においては、損傷探知用モジュール化センサを構成するチューブ及びフィルムとして、ポリイミド製のチューブ及びフィルムを採用した例を示したが、他の耐熱性材料で構成されたチューブ及びフィルムを採用することもできる。
【００８５】
また、以上の実施の形態においては、構造用複合材として、外板１１０と断面ハット型のストリンガ１２０とからなる航空機主翼用の複合材１００を例示したが、その他の構造用複合材にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサを組み込んだ損傷探知システムの機能的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】航空機主翼用の複合材に本発明の第１の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサを埋め込んだ状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサの概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサを製造する方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサのポリイミドフィルムが複合材端部に配置された状態を示すものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサの概念図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサの製造方法を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る損傷探知用モジュール化センサの概念図である。
【符号の説明】
【００８７】
４      ＦＢＧセンサ
１０    損傷探知用モジュール化センサ
１０Ａ  損傷探知用モジュール化センサ
１１    光ファイバ
１２    コネクタ
１３    ポリイミドフィルム
１４    補強チューブ
１５    ポリイミドチューブ
１５ａ  端部
２０    ガラスキャピラリ（管状部材）
２１    拡大開口部
２２    拡大開口部
２３    最小径部
１００  航空機主翼用の複合材（構造用複合材）
【図１】
2006170767.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006170767.tif 000007
【図６】
2006170767.tif 000008
【図７】
2006170767.tif 000009
【図８】
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