(57)【要約】【課題】積層材料の剥離進行情報を取得する。【解決手段】積層材料Ａの層ａ〜ｃ間に複数の光ファイバセンサ２ａを一次元状あるいは二次元状に配置し、各光ファイバセンサ２ａの検出状態に基づいて剥離の進行状態を示す情報を取得する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層材料の層間に複数の光ファイバセンサを一次元状あるいは二次元状に配置し、各光ファイバセンサの検出状態に基づいて剥離の進行状態を示す情報を取得することを特徴とする積層材料の層間剥離検出方法。
【請求項２】
剥離を検出している光ファイバセンサと剥離を検出していない光ファイバセンサとに基づいて剥離領域と非剥離領域との境界位置を剥離の進行状態を示す情報として取得することを特徴とする請求項１記載の積層材料の層間剥離検出方法。
【請求項３】
各光ファイバセンサの隔離検出時間に基づいて剥離の伝搬速度を剥離の進行状態を示す情報として取得することを特徴とする請求項１または２記載の積層材料の層間剥離検出方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層材料の層間剥離検出方法における光ファイバセンサの層間への埋め込み方法であって、
第１の層を構成する第１の材料片上に第２の層を構成する第２の材料片を重ねる際に、第２の材料片を複数に分割した分割材料片で各光ファイバセンサが設けられた光ファイバを挟み込むように配置し、さらに第３の層を構成する第３の材料片を重ね、第１〜第３の材料片を接合することを特徴とする光ファイバセンサの埋込方法。
【請求項５】
第２の材料片の厚さは光ファイバの直径と同等であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバセンサの埋込方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層材料の層間剥離検出方法及び光ファイバセンサの埋込方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、繊維強化プラスチック積層板の層間剥離検出方法が開示されている。この層間剥離検出方法は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の積層板を検出対象とするものであり、積層板の層間に光ファイバを予め埋め込み、層間に剥離が発生したときに光ファイバセンサの光透過率が変化することを利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３４０８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術は、層間剥離の発生を単純に検出するものであり、剥離のメカニズムを究明するために必要な剥離の進行状態を示す情報（以下、剥離進行情報という。）を提供するものではない。積層材料の機械的な特性を評価するためには、積層材料における剥離のメカニズムを究明する必要があり、剥離進行情報が不可欠である。繊維強化プラスチック積層板等の積層材料の技術分野では、剥離進行情報を取得する技術の開発が強く切望されている。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、積層材料の剥離進行情報を取得することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、積層材料の層間剥離検出方法に係る第１の解決手段として、積層材料の層間に複数の光ファイバセンサを一次元状あるいは二次元状に配置し、各光ファイバセンサの検出状態に基づいて剥離の進行状態を示す情報を取得する、という手段を採用する。
【０００７】
積層材料の層間剥離検出方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、剥離を検出している光ファイバセンサと剥離を検出していない光ファイバセンサとに基づいて剥離領域と非剥離領域との境界位置を剥離の進行状態を示す情報として取得する、という手段を採用する。
【０００８】
積層材料の層間剥離検出方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、各光ファイバセンサの隔離検出時間に基づいて剥離の伝搬速度を剥離の進行状態を示す情報として取得する、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、光ファイバセンサの埋込方法に係る第１の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段に係る積層材料の層間剥離検出方法における光ファイバセンサの層間への埋め込み方法であって、第１の層を構成する第１の材料片上に第２の層を構成する第２の材料片を重ねる際に、第２の材料片を複数に分割した分割材料片で各光ファイバセンサが設けられた光ファイバを挟み込むように配置し、さらに第３の層を構成する第３の材料片を重ね、第１〜第３の材料片を接合する、という手段を採用する。
【００１０】
光ファイバセンサの埋込方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、第２の材料片の厚さは光ファイバの直径と同等である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、積層材料の層間に複数の光ファイバセンサを一次元状あるいは二次元状に配置し、各光ファイバセンサの検出状態に基づいて剥離の進行状態を示す情報を取得するので、剥離のメカニズムを究明に必要な知見を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る繊維強化プラスチック（積層材料）の層間剥離検出方法において、材料本体１に複数のＦＢＧセンサ２ａを有する光ファイバ２が埋め込まれた繊維強化プラスチックＡを示す斜視図及び光ファイバ１の配線方向における断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る繊維強化プラスチック（積層材料）の層間剥離検出方法において、繊維強化プラスチックＡにて剥離が進展していく状態を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る繊維強化プラスチック（積層材料）の層間剥離検出方法において、各ＦＢＧセンサ１ａの検出信号の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサの埋込方法を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサの埋込方法において、繊維強化プラスチックＡの光ファイバ１の配線方向における断面図及び光ファイバ１の配線方向に直交する方向における断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサの埋込方法において、繊維強化プラスチックＡの光ファイバ１の配線方向に直交する方向の断面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に、本実施形態に係る繊維強化プラスチックＡ（積層材料）の層間剥離検出方法について、上記図１〜図３を参照して説明する。繊維強化プラスチックＡは、図示するように材料本体１に複数のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサ２ａ（光ファイバセンサ）を有する光ファイバ２が埋め込まれたものである。材料本体１は、例えば第１〜第３の層ａ〜ｃからなる３層構造であり、光ファイバ２は、第２の層ｂ内に直線状に埋め込まれている。第１〜第３の層ａ〜ｃは、強化繊維の配向方向が交互に直交する関係にある。
【００１４】
光ファイバ２には、一定間隔で複数のＦＢＧセンサ２ａが設けられている。なお、図２では、便宜的に３つのＦＢＧセンサ２ａが設けられた状態を示している。このような光ファイバ２の一端は、光計測装置３の出射・受光端に接続されている。ＦＢＧセンサ２ａは、光ファイバ２の軸線に沿って形成された一次元の回折格子（ブラッグ回折格子）であり、ブラッグ回折格子の格子間隔に応じた波長（ブラッグ波長）の反射光を発生させる。このブラッグ波長は、層間剥離が発生して内部応力が変化すると格子間隔が変化するので、内部応力に依存して変移するものである。なお、光ファイバ２の一端は、反射が発生しないように無反射処理が施されている。
【００１５】
本実施形態における複数のＦＢＧセンサ２ａは、各々に異なる格子間隔を有するものであり、よってブラッグ波長もそれぞれ異なる。材料本体１において層間剥離が発生して内部応力が変化すると、層間剥離の発生部位近傍のＦＢＧセンサ２ａのブラッグ波長は変移する。
【００１６】
光計測装置３は、出射・受光端から光ファイバ２の一端に測定光（レーザ光または自然放射光（ＡＳＥ光））を出射すると共に、ＦＢＧセンサ２ａで反射して出射・受光端に戻ってきた反射光を受光してブラッグ波長を測定する。層間剥離によってブラッグ波長が変異しても各ＦＢＧセンサ２ａのブラッグ波長が重なり合うことがないように、各ＦＢＧセンサ２ａのブラッグ波長は十分に離間して設定されているので、光計測装置３は、ブラッグ波長の変異を各ＦＢＧセンサ２ａ毎に個別に測定することができる。このような光計測装置３は、各ＦＢＧセンサ２ａ毎にブラッグ波長を時系列データとして取得・記憶する。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態における繊維強化プラスチックＡ（積層材料）は、材料本体１の第２の層ｂ内に、一定間隔で設けられると共にブラッグ波長が互いに異なる複数のＦＢＧセンサ２ａが光ファイバ２が直線状に設けられたものである。したがって、光計測装置３によって光ファイバ２の一端から入射される反射光のブラッグ波長を測定することによって複数のＦＢＧセンサ２ａのうち、何れのＦＢＧセンサ２ａのブラッグ波長が変化し、また何れのＦＢＧセンサ２ａのブラッグ波長が変化していないかを容易に判定することができる。
【００１８】
材料本体１に発生する層間剥離は、ある箇所を起点として周囲に伝搬してある面積を有する領域として発生するものと考えられる。例えば、図２に模式的に示すように、材料本体１の左端で発生した層間剥離が左側に向けて広がったと場合、ＦＢＧ１〜ＦＢＧ３で示す３つのＦＢＧセンサ２ａについて光計測装置３が取得するブラッグ波長の時系列データは、図３に示すように、順次時刻が遅れて層間剥離（つまり合材本体１のひずみ＝ブラッグ波長の変移）を示すものとなる。すなわち、ＦＢＧ１は時刻ｔ1で層間剥離を検出し、ＦＢＧ２は時刻ｔ1よりも遅れた時刻ｔ2で層間剥離を検出し、またＦＢＧ３は時刻ｔ2よりも遅れた時刻ｔ3で層間剥離を検出する。
【００１９】
材料本体１において、ブラッグ波長が変化したＦＢＧセンサ２ａの近傍領域は層間剥離が発生した剥離領域であり、一方、ブラッグ波長が変化していないＦＢＧセンサ２ａの近傍領域は層間剥離が発生していない非剥離領域である。したがって、各ＦＢＧセンサ２ａの層間剥離の検出／未検出は、剥離領域の境界位置や大きさを示す情報である。また、上記層間剥離の検出時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3は、各ＦＢＧセンサ２ａの間隔が既知（固定値）なので、層間剥離の伝搬速度を与える情報である。
【００２０】
次に、本実施形態に係る各光ファイバセンサ２ａの埋込方法、つまり材料本体１に光ファイバ２が埋め込まれた繊維強化プラスチックＡの製造方法について、図４〜図６を参照して説明する。なお、図５（ｂ）における第２の層ｂは、断面構造が分かり易くなるように、便宜的に第１、第３の層ａ、ｃに対する大きさを誇張して示している。
【００２１】
繊維強化プラスチックＡは、上述したように３層構造の材料本体１に複数のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサ２ａ（光ファイバセンサ）を有する光ファイバ２が埋め込まれたものであるが、このような繊維強化プラスチックＡは、第１の層ａを構成する第１の材料片ａ１上に第２の層ｂを構成する２つの第２の材料片ｂ1，ｂ2を光ファイバ２を挟み込むように配置（載置）し、さらに第３の層ｃを構成する第３の材料片ｃ1を重ねた状態に配置（載置）し、さらに第１〜第３の材料片ａ１，ｂ1，ｂ2，ｃ1を全体として加熱して接合することによって製造される。
【００２２】
ここで、第２の層ｂを構成する２つの第２の材料片ｂ1，ｂ2は、図５（ｂ）に示されているように、第１の材料片ａ１の幅から光ファイバ２の直径を差し引いた寸法を２等分した幅の分割材料片であり、両側から光ファイバ２を挟み込んでいる。このような第２の材料片ｂ1，ｂ2と光ファイバ２とを第１の材料片ａ１上に（載置）する場合、図４、図５（ａ）に示すように、第１の材料片ａ１の両側にダム材Ｄ１，Ｄ2を載置して光ファイバ２の両端を支持することが好ましい。
【００２３】
このようなダム材Ｄ１，Ｄ2が配置された状態で第２の材料片ｂ1，ｂ2及び光ファイバ２の上に第１の材料片ａ１と同一形状の第３の材料片ｃ1を重ねる。上記ダム材Ｄ１，Ｄ2がない場合には、光ファイバ２の両端が垂れ下がることによって光ファイバ２が上下方向に湾曲して中央近傍が持ち上がるので、第３の材料片ｃ1を密着状態に第２の材料片ｂ1，ｂ2上に配置（載置）することが困難である。
【００２４】
なお、第１の材料片ａ１と第２の材料片ｂ1，ｂ2とは内装される強化繊維の配向方向（繊維方向）が互いに直交関係にあり、また第２の材料片ｂ1，ｂ2と第３の材料片ｃ１とは、内装される強化繊維の配向方向（繊維方向）が互いに直交関係にある。すなわち、第２の材料片ｂ1，ｂ2における強化繊維の配向方向は、光ファイバ２の延在方向と同一であり、第１の材料片ａ１及び第３の材料片ｃ１における強化繊維の配向方向は、光ファイバ２の延在方向に直交する方向である。
【００２５】
このようにして第３の材料片ｃ1の配置が完了すると、図５（ａ）に示すように、さらに光ファイバ２の両端をダム材Ｄ１，Ｄ2と一緒に挟み込むようにダム材Ｄ3，Ｄ4を配置する。そして、このような状態において、加熱炉で加熱することにより繊維強化プラスチックＡを製造する。
【００２６】
このような各光ファイバセンサ２ａの埋込方法によれば、図６（ａ）に示すように、光ファイバ２の周縁近傍に形成される樹脂リッチ部の面積が極めて小さい。従来では第１の材料片と同形の第２の材料片とによって光ファイバを単純に挟むことによって埋め込んでいるので、加熱する前の状態において光ファイバの周りに空隙が発生しており、この空隙に強化繊維よりも移動し易い樹脂が流れ込むことによって、図６（ｂ）に示すような大きな樹脂リッチ部が形成されている。
【００２７】
これに対して、本実施形態に係る光ファイバセンサ２ａの埋込方法によれば、樹脂リッチ部の面積を従来よりも大幅に縮小させることができるので、光ファイバセンサ２ａの埋込に起因する繊維強化プラスチックＡの強度低下を抑制することが可能であり、よって本来の強度に近い繊維強化プラスチックＡについて層間剥離の進行状態を示す剥離進行情報を取得することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、第２の層ｂを構成する第２の材料片ｂ1，ｂ2の繊維方向と同方向となるように光ファイバ２を一次元的に配線したが、本発明はこれに限定されない。光ファイバ２を２次元状、例えば光ファイバ２を第２の層ｂ内における直交する２方向に配線したり、あるいは同心円状に複数配線しても良い。図６を見ても分かるように、光ファイバ２の直径は、現状では強化繊維の直径に比較してかなり大きい。しかしながら、光ファイバ２の直径を強化繊維の直径に近づけることにより、より多くの本数の光ファイバ２を材料本体１内に埋め込むことが可能となる。
【００２９】
（２）上記実施形態では、ＦＢＧセンサ２ａ（光ファイバセンサ）を一定間隔で設けたが、本発明はこれに限定されない。ＦＢＧセンサ２ａの間隔は、層間剥離の進行状態を高分解能で検出したい個所には密に配置し、比較的分解能で良い箇所には祖に配置しても良い。
【００３０】
（３）上記実施形態では繊維強化プラスチックの層間剥離検出方法において説明したが、検出対象となる積層材料、繊維強化プラスチックに限定されない。また、上記実施形態では第１の材料片ａ１及び第３の材料片ｃ１における強化繊維の配向方向を光ファイバ２の延在方向に直交する方向としたが、直交（９０°）以外の角度であっても良い。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ…繊維強化プラスチック、１…材料本体、２…光ファイバ、２ａ…ＦＢＧセンサ（光ファイバセンサ）、３…光計測装置、ａ…第１の層、ａ1…第１の材料片、ｂ…第２の層、ｂ1，ｂ2…第２の材料片、ｃ…第３の層、ｃ1…第３の材料片
【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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