(57)【要約】【課題】  非破壊かつ連続測定に適していながら、高い繰り返し精度、及び厳しい周囲環境下での使用においても、高い信頼性を有するケーブル型伸長センサ、及びそのケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法を提供すること。【解決手段】  芯材の外周部に、導電体が捲回されたケーブル型伸長センサであって、芯材が長さ方向に分子が配向した高分子材料であり、導電体から電気信号を検出することを特徴とするケーブル型伸長センサ。さらには、芯材が合成繊維であることや、芯材の引張クリープひずみ（２５℃）が１％以下であることが好ましい。さらに、上記の本発明のケーブル型伸長センサを配置したロープや、本発明のケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材の外周部に、導電体が捲回されたケーブル型伸長センサであって、芯材が長さ方向に分子が配向した高分子材料であり、導電体から電気信号を検出することを特徴とするケーブル型伸長センサ。
【請求項２】
芯材が合成繊維である請求項１記載のケーブル型伸長センサ。
【請求項３】
芯材の引張クリープひずみ（２５℃）が１％以下である請求項１または２記載のケーブル型伸長センサ。
【請求項４】
電気信号がインダクタンス変化である請求項１〜３のいずれか１項記載のケーブル型伸長センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のケーブル型伸長センサを配置したロープ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項記載のケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体の伸長変形を測定するためのケーブル型伸長センサに関し、さらに詳しくは、海水中、屋外等の厳しい使用環境下で用いられるロープや、漁網、ケーブルブレースに適したケーブル型伸長センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロープ、スリング、漁網、ケーブルブレース等の用途においては、継続的な外力の繰り返し負荷による疲労劣化による破壊や、一時的に大きな応力負荷による破壊の危険性が指摘されている。中でも人命に関わる用途に関しては、安全性の担保や保守管理の徹底は非常に重要である。
【０００３】
しかしこのような保守管理作業としては、目視検査や抜き取り検査等のみでは不十分であり、非破壊かつ常時モニターすることによって、対象物の劣化変化を把握できるセンサに対するニーズは、非常に高いものがある。
【０００４】
そこで例えば、特許文献１には、非導電性エラストマーからなるマトリックス材料に導電性粒子を配合、分散し、伸長に伴うセンサの電気抵抗率の変化を利用する伸長感知素子の発明が提案されている。しかし、伸長の長期的な継続や、伸長緩和の繰り返しによって、エラストマーに塑性変形や応力低下が発生し、導電性粒子間の相対位置や、導電経路に変化を生じ、伸長率は一定であるに関わらず、出力である電気抵抗の値が大きく変動するという問題があった。さらに導電性粒子には、紫外線や熱、環境中の水分、塩分等の存在下で、例えば金属導電性粒子の表面酸化により電気抵抗率が経時的に変化するため、測定の安定性や信頼性に欠けるという問題があった。
【０００５】
また特許文献２では、ゴム弾性を有する細板状等の基材に、金属導電膜を表面に形成し、電気抵抗率の変化を利用するセンサも提案されているが、上記特許文献１と同様に表面酸化等に伴う性能低下や、伸長の繰り返しによって金属導電膜自身の破壊が起こることもあり、測定の安定性や信頼性に欠ける点は同じである。
さらに、これら電気抵抗値の変化を利用するセンサでは、伸長率と電気抵抗値間の線形性に乏しく、急激に電気抵抗値が変化したり、有効な測定範囲が狭いものが多かった。
【０００６】
そこで例えば特許文献３では、電気抵抗値の変化に代えて、インダクタンス値の変化を利用したセンサが提案されている。しかしこれらは基本構造として、固定されたコイル巻線と、相対的位置を移動できる磁芯等からなるメカニカルな構造を有しており、精度は高くなるものの、装置は大きく又は重くなり、ロープ等の軽量な材料のモニタリングを行う目的には、適したものではなかった。
対象物の伸長変形率を高い繰り返し精度で測定でき、かつ海水中や海辺などの屋外の厳しい環境下でも、高い精度と耐久信頼性を有するセンサは、まだ提案されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５０７０６号公報
【特許文献２】特開平４−２８３６０２号公報
【特許文献３】特表２００７−５１５６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、非破壊かつ連続測定に適していながら、高い繰り返し精度、及び厳しい周囲環境下での使用においても、高い信頼性を有するケーブル型伸長センサ、及びそのケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のケーブル型伸長センサは、芯材の外周部に、導電体が捲回されたケーブル型伸長センサであって、芯材が長さ方向に分子が配向した高分子材料であり、導電体から電気信号を検出することを特徴とする。
さらには、芯材が合成繊維であることや、芯材の引張クリープひずみ（２５℃）が１％以下であること、電気信号がインダクタンス変化であることが好ましい。
またもう一つの本発明のロープは、上記の本発明のケーブル型伸長センサを配置したロープである。
さらに本発明の伸長変形の測定方法は、上記の本発明のケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非破壊かつ連続測定に適していながら、高い繰り返し精度、及び厳しい周囲環境下での使用においても、高い信頼性を有するケーブル型伸長センサ、及びそのケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のケーブル型伸長センサの概念図である。
【図２】本発明のケーブル型伸長センサを用いた測定方法の原理を示す概念図である。
【図３】実施例１のケーブル型伸長センサの変位増分とインダクタンスの減少率のグラフである。
【図４】実施例２のロープにおける、変位増分とインダクタンスの減少率のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のケーブル型伸長センサは、芯材の外周部に、導電体が捲回されたケーブル型伸長センサであって、芯材が長さ方向に分子が配向した高分子材料であり、導電体から電気信号を検出するケーブル型伸長センサである。そして電気信号がケーブルの伸長率に対応したものであって、その変化を検出するものであることが好ましい。さらに検出される電気信号が、インダクタンス変化であることが好ましい。
【００１３】
ここで本発明に用いられる、長さ方向に分子が配向した高分子材料である芯材としては、溶融又は溶解した高分子を長さ方向に延伸したり、液晶状態の高分子から得た、繊維、フィルム又はテープ等を挙げることができる。そして物性面から考えると、芯材が合成繊維であることが好ましい。また中心に空洞や別材料が存在する筒状の芯材であることも好ましい。
【００１４】
そして本発明で用いられる芯材は、２５℃で測定した引張強度が０．１ＧＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは１〜１００ＧＰａの範囲、さらに好ましくは３〜１００ＧＰａの範囲、最も好ましくは５〜１００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。より好ましくは熱的に厳しい条件である６０℃で測定した引張強度が０．１ＧＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１〜１００ＧＰａの範囲、特に好ましくは３〜１００ＧＰａの範囲、最も好ましくは５〜１００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。引張強度が前記範囲を外れる場合には実使用において、ケーブル型伸長センサが破壊されたり、脆化する懸念が大きくなり、実用性に劣るものになる。尚、実用においては、屋外環境の直射日光による温度上昇や、外力、摩擦等によって、本発明のケーブル型伸長センサの温度は容易に上昇する。
【００１５】
また芯材は、２５℃で測定した引張クリープ（ひずみ変形率）が１％以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．００１〜０．５％の範囲、さらに好ましくは０．００１〜０．２％の範囲、特に好ましくは０．００１〜０．１％の範囲にあることが好ましい。またこの芯材は、より好ましくは熱的に厳しい条件である６０℃で測定した引張クリープ（ひずみ変形率）が１％以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．００１〜０．５％の範囲、さらに好ましくは０．００１〜０．２％の範囲、特に好ましくは０．００１〜０．１％の範囲にあることが好ましい。引張クリープの値が前記範囲を外れる場合には、実使用において、センサの繰り返しの測定精度や、経時安定性が低下し、実用性が低くなる。前述の通り、実用においては、屋外環境の直射日光による温度上昇や、外力、摩擦等によって、本発明のケーブル型伸長センサの温度は容易に上昇する。
【００１６】
尚、この芯材の引張弾性率は０．１ＧＰａ以上である事が好ましく、より好ましくは１〜１０００ＧＰａの範囲、更に好ましくは１０〜１０００ＧＰａ、最も好ましくは５０〜１０００ＧＰａの範囲である。引張弾性率が前記範囲を外れる場合には実使用において、ケーブル型伸長センサが外力変形により破壊したり、脆化する懸念が大きくなり、実用性に劣るものになる。
【００１７】
また芯材の直径は０．０２〜３００ｍｍの範囲にある事が好ましく、より好ましくは０．０４〜３０ｍｍの範囲、さらに好ましくは０．０６〜３ｍｍの範囲、最も好ましくは０．０８〜０．６ｍｍの範囲である。尚、ここでの直径は近似直径であって、断面の面積からその面積に該当する真円の直径に換算した値である。芯材の直径が小さすぎると、芯材の周りに導電体を巻回する上で、導電体の均一な巻回が難しくなり、巻回時に導電体が重なり合う等の不良が発生しやすい。一方、芯材の直径が大きすぎると屈曲性や屈曲耐久性が低下する。
【００１８】
また芯材の２５℃で測定した引張破断伸度は、１〜１００％の範囲にある事が好ましく、より好ましくは２〜５０％、更に好ましくは４〜３０％の範囲であることが好ましい。より好ましくは６０℃で測定した引張破断伸度が１〜１００％の範囲にある事が好ましく、より好ましくは２〜５０％、更に好ましくは４〜３０％の範囲であることが好ましい。このような適度な伸度を有することによって、ケーブルの微細な動きによる物性の劣化を有効に防ぐことが可能となる。また本発明のセンサでは、電気信号として、芯材が伸びることによって測定値が変動するインダクタンス変化等を測定することが好ましい。そのような場合には、例えばこの芯材に金属を用いた場合は伸度が低く、たとえ表面を絶縁したとしても有効な測定値を得ることができない。一方、伸度が大きすぎる場合には、センサの安定した設置が困難になるばかりか、製造工程でのハンドリングが悪化する傾向にある。
【００１９】
また、この芯材は少なくともその表面が電気絶縁性を有していることが好ましい。芯材には導電体が巻回され、導電体とその周囲との電気的短絡の発生を防ぐ事が好ましい為である。なお、芯材に導電性を有する材料を用いる場合には、芯材と導電体の両者の界面に電気絶縁層が形成することが必須である。
【００２０】
このような芯材としては先に述べたように分子が配向した高分子であるが、特に強力等の物性に優れた、例えば芳香族ポリアミド樹脂であることが好ましい。特には長さ方向に分子が配向した繊維である合成繊維であることが好ましく、さらには延伸を行って分子の配向を進めることも好ましい。
【００２１】
また合成繊維としては、高物性の芳香族ポリアミド繊維（以下「アラミド繊維」ということがある）であることが好ましい。さらにはパラ型の芳香族ポリアミド繊維（例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、帝人株式会社製、「トワロン」）であることや、共重合タイプのパラ系アラミド繊維（例えば、コポリパラフェニレン‐３、４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維、帝人株式会社製、「テクノーラ」）等が好ましく例示される。
【００２２】
さらに本発明では、電気信号を検出して伸長度を測定するのであるが、ケーブルの伸長率に対応した電気信号の変化を検出するものであることが好ましい。さらには電気信号としてインダクタンス変化を用いることが好ましい。そしてその場合、芯材としては透磁率が高いことが好ましい。透磁率の値としては、真空の透磁率との比で示される比透磁率の値として定義することができ、１〜１００００の範囲、より好ましくは１〜１０００の範囲、さらに好ましくは１〜１００の範囲、最も好ましくは１〜１０の範囲とする事が好ましい。このようにコイルの芯に相当する芯材の透磁率が上昇すると、測定されるインダクタンスの値も相対的に高まる。本発明のセンサにおいて、そのインダクタンスの変化を測定原理とする場合に、その測定精度がより高まることになる。センサ信号の大きさとノイズの大きさの比（Ｓ／Ｎ比）もこれにより向上するからである。ただし透磁率が高くなりすぎると、インダクタンスの絶対値が大きくなり、交流インピーダンスが増大して、センサ信号の電気的処理に、大きな負荷がかかり、連続測定が困難になる懸念がある。
【００２３】
このように芯材の透磁率を高めるためには、高透磁率の材料の微粒子を、芯材を構成する高分子中に分散複合する方法が好ましく例示される。このような高透磁率の材料としては、パーマロイ、ニッケル、鉄、フェライト、ケイ素鋼、炭素鋼等が挙げられるが、特にフェライト微粒子はハンドリング性も良く、好ましく挙げられる。
【００２４】
さて本発明のケーブル型伸長センサは、芯材が上記のような長さ方向に分子が配向した高分子材料であって、その芯材の外周部に導電体が捲回されたケーブル型伸長センサであるものである。そして、本発明のセンサは、そのセンサ内部の導電体から電気信号、特に好ましくはインダクタンス変化、を検出することを特徴とする。
【００２５】
このような本発明のケーブル型伸長センサに用いられる導電体の材質としては、導電性のある各種金属が好ましくは例示され、例えば銅、銅合金、アルミニウムなどを挙げることができる。またはさらにその表面にめっきを施した金属でもよい。なおこれらは以下、導電体以外に導電線、導電箔線、導体線と表記することもある。
【００２６】
導電体としては、電気を伝導することが必要であるが、その電気的な抵抗が低いことが好ましい。具体的には導電体の電気抵抗値は０．５〜１００μΩｃｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは１．０〜１０μΩｃｍの範囲であることが好ましい。このような範囲を満足することにより、センサの精度を高め、消費電力を下げ、導電体の繰り返し伸長変形や屈曲変形に対する耐疲労性を高めることが可能となる。
【００２７】
このような導電体の形状としては、円形に近い場合にはその直径が０．０１〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．０１５〜１ｍｍの範囲、更に好ましくは０．０２〜０．２ｍｍの範囲にあることが好ましい。また断面が円形でない場合は、その断面積が同じ円の直径を近似直径として上記の範囲内であることが好ましい。また箔状の形状であることも好ましく、その場合は厚みが０．０１〜０．５ｍｍの範囲、幅が０．１〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。このような形状を取ることにより、屈曲変形等への耐性を、より向上させることが可能となる。
【００２８】
さらにその表面に銀メッキ、ニッケル等のメッキを施すことも好ましく、そのようにめっき処理された導電体は、表面酸化防止や耐摩耗性をさらに高めることが可能となる。特に好ましくは、電気絶縁性の樹脂被覆が導電体の表面になされた、いわゆるエナメル線を用いることが好ましい。
【００２９】
もっとも本発明のセンサの電気信号として、インダクタンスの変化を用いる測定原理を用いた場合には、導電体の表面酸化や傷付き等による電気抵抗値の経時的変化の影響を受けにくく、これらのメッキは施さなくとも、通常の環境下では、十分に安定した信頼性の高い測定が可能である。
【００３０】
また本発明の導電体としては、巻線を束ねて、撚り加工したものを用いることも好ましい。このように、センサの内部構造として撚り線を用いることによって、屈曲等への耐久性をより高めることが可能となる。ただし各巻線の相互間で導通が起こらないように、エナメル線等の電気絶縁層のコーティングが施された導電体を用いる事が好ましい。
【００３１】
そしてこれら導電体は本発明では、芯材の周囲にコイル状に巻回されるのであるが、より精度の高い測定を行う上では、隣接する導電体が重ならないように配置する事が好ましい。ただし、隣接する導電体と導電体の間隙が大き過ぎると、インダクタンス等の絶対値が低下して信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が不十分になったり、大きな間隙からコイルで発生する磁束が漏れることで精度良い測定ができなくなる傾向にある。本発明のセンサを用いた測定では、原理として、巻回ピッチ（もしくは一定長あたりの巻数）の変化によるインダクタンス値の相対変化を用いることが好ましいのであるが、導電体の重なりは、巻回ピッチや巻数の変化を阻害して測定の誤差要因となる傾向にある。
【００３２】
本発明のケーブル型伸長センサでは、芯材の外周部に上記の導電体が捲回されているのであるが、捲回する際に隣接する導電体間の間隙は、導電体にエナメル加工等の電気絶縁層の表面被覆が為されていない、いわゆる裸線の場合は、０．０１〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．０２〜０．５ｍｍ、更に好ましくは０．０３〜０．３ｍｍの範囲である事が好ましい。一方、導電体にエナメル線等の電気絶縁層の形成された導電体を用いた場合には、下限をゼロ（相互に接触する状態）とすることも可能である。このような範囲とする事によって、隣接する導電体間の相互接触による短絡を防ぎ、コイル巻線として機能させる事ができる。
【００３３】
また導電体の巻回の密度としては、１００〜１００００Ｔ／ｍの範囲とすることが好ましい。より好ましくは３００〜６０００Ｔ／ｍ、さらに好ましくは６００〜３０００Ｔ／ｍ、最も好ましくは１０００〜２０００Ｔ／ｍの範囲とすることが好ましい。ここでこのケーブル型伸長センサにおける１ｍ長あたりの巻数（Ｔ／ｍ）については、特にインダクタンス値と比例関係にあるため、センサの感度を高めるためには、巻数を大きくすることが一般に好ましい。ただしで巻数を大きくしすぎるとインダクタンス値の上昇に伴い、交流インピーダンスが増大して、電気処理回路に大きな負荷をかける傾向となる。
【００３４】
本発明のケーブル型伸長センサは、上記のように芯材の外周部に導電体が捲回されたものであるが、さらにはその外層に電磁波遮断層を有することが好ましい。電磁波遮断層を設けることにより、交流電磁波（強度が時間変化する電磁波）の外部空間からの侵入を阻止することができ、センサの信号検出用の導体線コイルに誘導電流が流れることや、信号誤差の発生をより少なくすることが可能となる。
【００３５】
このような電磁波遮断層としては、捲回された導電体の外側に電気絶縁層を介して、電磁波遮蔽の機能を有する導電層を配置したものであることが好ましい。また電磁波遮蔽層の外側に、更に同種もしくは別種の電気絶縁層を設ける事も好ましい。このように外層に電気絶縁層を積層する事により、電気絶縁の信頼性が増すのみならず、外部との摩擦の耐性を高めたり、耐水性、防水性を高めたり、もしくは周辺との固定に寄与し、接着力を高める効果を得たりする事ができる。
【００３６】
電気絶縁層としてはエナメル層や合成ゴム、ポリイミド、エポキシ、シリコーン、ポリウレタン、４フッ化エチレン、３フッ化エチレン等の樹脂からなるものであることが好ましい。これらの樹脂を導電体上にコーティングすることによって、電気絶縁層を形成することが可能である。コーティング厚みについては、その材質にも依存するが、０．０１〜３ｍｍの範囲とする事が好ましく、より好ましくは０．０５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜１ｍｍ、最も好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。薄すぎると、必要な電気絶縁機能を安定的に果たすことが困難となる傾向にあり、逆に厚すぎるとケーブル型伸長センサの屈曲性や屈曲耐久性が低下する傾向にある。
【００３７】
この電気絶縁層のコーティング方法としては、ディップコーティング（樹脂を溶剤に溶かした層に導体線を浸せきしてコーティングする方法）や、溶融コーティング法（溶融樹脂を充填した孔の中に導体線を通してコーティングする方法）等が好ましく挙げられる。
【００３８】
そして電磁波遮断層としては、この電気絶縁層の上に導電層を配置することが必要である。この導電層は、外来電磁波を十分遮断できるよう、導体線を空間が生じないように隙間なくなく巻回する事が好ましい。
【００３９】
導電層の厚みとしては、０．０１〜０．２ｍｍの範囲とする事が好ましく、より好ましくは０．０１５〜０．１５ｍｍ、更に好ましくは０．０２〜０．１ｍｍ、最も好ましくは０．０２５〜０．７５ｍｍの範囲であることが好ましい。導電層の厚みが薄すぎると遮蔽性能が低下する懸念があり、逆に厚みが厚すぎるとケーブル型伸長センサの全体直径も大きくなるため、屈曲性や屈曲耐久性の低下を招く傾向にある。
【００４０】
さらに、電磁波遮蔽層の外側には、保護層を設けることが好ましい。電磁波遮蔽層の傷付き防止、ほつれ防止、耐酸化性等の性能が向上する。また、本発明のケーブル型伸長センサの表面保護、摩耗対策、電気絶縁性の確保、耐水性向上等ももたらされる。
【００４１】
保護層としては、上記の電気絶縁層と同様の物を用いることができ、保護層の厚みは０．０１〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。より好ましくは０．０５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜１ｍｍ、最も好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４２】
そして、本発明の芯材の外周部に、導電体が捲回されたケーブル型伸長センサの全体の太さとしては、直径が０．１〜３０００ｍｍ（０．１ｍｍ〜３ｍ）の範囲にある事が好ましく、より好ましくは０．３〜３０ｍｍの範囲、更に好ましくは０．５〜１０ｍｍの範囲、最も好ましくは０．８〜５ｍｍの範囲にあることが好ましい。このような範囲とする事により、耐久性や安定性、組み込み性に優れたセンサケーブルとして用いる事ができる。
【００４３】
また本発明のケーブル型伸長センサの長さは、測定用途に応じ適宜決定することが可能であり、多くの場合、１〜１０００万ｍｍ（１ｍｍ〜１０ｋｍ）の範囲で使用される。例えば、ロープに全体を組み込む用途においては１０００〜１０００００００ｍｍ（１ｍ〜１０ｋｍ）の範囲が一般的には好ましい。ロープの一部分に組み込む用途の場合は１０〜１０００００ｍｍ（１０ｍｍ〜１００ｍ）の範囲であることが好ましい。
【００４４】
このような本発明のケーブル型伸長センサは、伸長を測定したい対象物（被測定体、例えばケーブル）の内部の全体または一部分に組み込んで、もしくは対象物（被測定体）全体またはの一部分の表層に固定して、配置することにより、対象物（被測定体）の伸長の度合を、測定する（モニターする）ことができる。
【００４５】
なお、ここで「対象物の一部分」としては、対象物（被測定体）の当該一部分（もしくは代表的部分）の伸長度合を測定する目的で本発明のケーブル型伸長センサが用いられる場合には、目的上、必要とされる測定対象部分のみに伸長センサケーブルを組み込むこと、または表層固定することで測定される。また、対象物（被測定体）の全体（全域）を測定対象とする場合は、対象物の「全体」（全域）に、１本もしくは複数本のセンサが適切な方位で組み込まれる、もしくは表層固定して測定することが可能なことは言うまでもない。
【００４６】
対象物（被測定体）への本発明のケーブル型伸長センサの組み込み方法、もしくは表層固定方法としては、被測定体の伸長変形とケーブル型伸長センサの伸長度合を一致もしくはほぼ一致させることが好ましい。具体的には両者の界面に接着機能を有する接着樹脂層を設ける方法、固定用金具による締結、結束力を持つ繊維による締結等の方法が挙げられる。
【００４７】
また特に、対象物（被測定体）が、ケーブル等の繊維もしくは繊維の集合構造を有する場合では、その内部にケーブル型伸長センサを組み込む方法としては、例えば、ケーブル型伸長センサを繊維もしくは繊維集合構造の内部に相互に接触した状態で配した上で、撚り加工を行い、撚り加工の捻じれ力により、センサと繊維もしくは繊維集合体間に大きな圧着力と摩擦力を発生させることで、実質的に相互固定された状態を作り出すことができる。相互固定を更に確かなものとする為にはセンサと繊維もしくは繊維集合体の界面に接着機能をする接着樹脂層を設けることが好ましい。
【００４８】
本発明のケーブル型伸長センサを対象物（被測定体）に固定する際に用いる接着樹脂層には大きな制約はないが、ケーブルセンサの層構成に含まれる芯線や被覆樹脂層の耐熱温度を考慮して選定する事が好ましく、２２０℃以下の温度で硬化する熱硬化性樹脂や、軟化温度が２２０℃以下の熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂を用いることにより、加熱によって樹脂が軟化もしくは溶融して、それらの界面において、接着もしくは融着させることが容易となる。ここで好ましい樹脂を例示すると、熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン、不飽和ポリエスエル、ビニルエステル、アクリル系、フェノール系、エポキシ系、シリコーン系の樹脂等を挙げることができ、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリカーボネート、およびそれらの変性樹脂等を、好ましく用いられる例として挙げることができる。
【００４９】
これらの接着樹脂層を配置する方法としては、例えば、組み込みの前に本発明のケーブル型伸長センサや、対象物（被測定体）の繊維もしくは繊維集合体の最表層に予めコーティングしておく方法、または組み込みの後に必要な部位に外側から注入、含浸させる方法等が挙げられる。
そしてもう一つの本発明のロープは、この本発明のケーブル型伸長センサを配置したロープである。
次に本発明のケーブル型伸長センサを用いた伸長変形の測定方法を述べる。
【００５０】
この本発明の一つである伸長変形の測定方法は、上記のようにして本発明のケーブル型伸長センサを対象物（被測定体）に設置した後、ケーブル型伸長センサ内のコイル状の導電体から検出される電気信号の変化から、対象物（被測定体）の伸長変形を測定する。より具体的には、電気信号としてはインダクタンス変化であることが最適である。導電体の巻線のインダクタンス変化と、ケーブル型伸長センサの伸長率の変化とは、安定した線形性（直線的変化）を有するため、測定精度を高めることが可能となるからである。
【００５１】
さて、コイル状の導電体の伸長と、インダクタンスの減少との関係については、図１を用いて説明することができる。なおここでは、コイル初期長をＤ（ｍ）、電流をＩ（Ａ）、コイル断面積をＳ（ｍ２）、総巻き数をＮ、そして単位長さあたりの巻数がｎ＝Ｎ／Ｄとした。
【００５２】
コイルの自己インダクタンスＬ（Ｈ）は、透磁率をμ（Ｎ／Ａ２）としたとき、
Ｌ＝μＮ２Ｓ／Ｄ
とあらわされる。
（コイル内部の磁場Ｈ（Ｎ／Ｗｂ）は、電流Ｉとして、
Ｈ＝ｎＩ
コイル内部の磁束密度Ｂ（Ｗｂ／ｍ２）は
Ｂ＝μＨ＝μｎＩ
コイル断面積Ｓ（ｍ２）を貫く磁束Φ０（Ｗｂ）は、
Φ０＝Ｂ・Ｓ＝μｎＩＳ
初期長Ｄ、総巻き数Ｎのコイルにおいては、磁束Φ０が総巻き数Ｎのコイルと交わるため、
Φ＝Ｎ・Φ０＝Ｎ・μｎＩＳ＝Ｎ・μ（Ｎ／Ｄ）ＩＳ＝μＮ２ＳＩ／Ｄ
コイルの自己インダクタンスＬ（Ｈ）は、
Ｌ＝Φ／Ｉ＝μＮ２Ｓ／Ｄ）
【００５３】
ここで、伸長率ｅで伸長後のコイルの自己インダクタンスＬ’（Ｈ）は、
Ｌ’＝μＮ２Ｓ／Ｄ（１＋ｅ）
とあらわされる。
【００５４】
したがって伸長率ｅに対し、自己インダクタンスは１／（１＋ｅ）で減少し、ｅが十分に小さいときは１／（１＋ｅ）は、１−ｅに近似できる（なお、断面積Ｓはコイル内部に芯材（繊維）が存在し、コイル内側への変形が抑えられるため、ほぼＳ≒Ｓ’である。）。
【００５５】
すなわち、本発明のケーブル型伸長センサにて検出される、導電体の巻線のインダクタンス変化は、伸長率ｅが十分に小さいとき、ケーブル型伸長センサの伸長率の変化と電気抵抗値の変化との間に安定した線形性（比例関係に近い直線的変化）を有し、測定値が伸長変形率とリニアに相関し、測定精度が非常に高いものとなるのである。
【００５６】
したがって本発明の具体的な測定法としては、伸長縮変形率を電気的に測定可能な本発明のケーブル型伸長センサを、被測定体に隣接配置し（例えば、両者を異なる２点以上の位置で固定することにより、被測定体とケーブル型伸長センサの伸長縮変形率を相等させるようにし）、ケーブル型伸長センサの伸長縮変形率の測定データから、被測定体の伸縮変形率を測定する方法である。ここで伸長縮変形率を電気的に測定する方法としては、センサ内の導電体の巻線長さ方向の伸長縮変形率を巻線の巻回ピッチの変化（一定長あたりの巻数の変化）に伴うインダクタンス変化と相関させて算出する方法であることが好ましい。センサ外部に設けられた電気処理回路により、センサ内の導電体の巻線のインダクタンス変化を測定することができる。
【００５７】
ここで用いられる電気処理回路としては、本発明のケーブル型伸長センサにおいて、検出対象である巻線のインダクタンス等の変化を電気的パラメータとして測定する装置である。そして電気的信号の測定のために、センサ内の導電体の巻線の両端と電気的に接続された電気処理回路が、巻線の外部（一般にはセンサの外部）に設けられる。この電気処理回路では、２端子法等その他の方法も利用できるが、定法に基づく４端子法に基づくインダクタンスの測定、処理を行うことが好ましい。より具体的には、交流電圧をセンサの巻線に印加し、センサの巻線の電流応答を調べる方法、または交流電流をセンサの巻線に印加し、センサの巻線の電圧応答を調べる方法により、インダクタンスを測定する方法であることが好ましい。
【００５８】
さらに本発明のケーブル型伸長センサが電磁波遮蔽層を有する場合に、その電磁波遮断層を電気処理回路の接地端子に電気的に接続することが好ましい。センサの巻線に侵入する外部電磁波（ノイズ）を、より効果的に遮断することが可能となる。
【００５９】
この測定に用いる交流信号の周波数については特に限定はないものの、１００ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲の周波数帯が特に好ましく、よりインピーダンス変化をＳ／Ｎ比良く測定することが可能となる。
【００６０】
このような電気処理回路に関しては、本目的に合わせた回路設計を行うことが好ましいが、簡易的には市販のインピーダンスアナライザー等の測定機器を利用することも可能である。
【００６１】
このような測定法によって得られたインピーダンス変化等の情報から、前述の原理等に基づき、巻線の伸長変形率を容易に算出する事が可能となった。得られたインピーダンス情報や巻線の伸長変形率の算出データは、必要に応じ、有線、無線等を通じて遠隔送信することも好ましく、各種用途におけるモニター管理や制御目的に利用することが可能である。
【００６２】
また本発明のケーブル型伸長センサは、このように導電体の巻回構造を必須とすることから、センサの伸長時の応力（張力）を、センサにおいて測定の中心となる導電体自体が直接的に受けることがなく、導電体の破断や繰り返し疲労による破壊等が起こりにくいため、本発明のケーブル型伸長センサの長期的信頼性を高める要因となっている。
【００６３】
また、本発明のケーブル型伸長センサは並列に複数配置することも好ましい。このような平行配置にセンサを構成した場合、測定点の複数チャネル選択が可能になり、必要に応じてチャネルを自由選択できるようになる。また、センサの並列回路化により測定値であるインダクタンス値等の平均化が可能となり、データの安定性が向上し、電気信号の行き／帰りの往復回路の一体化等の運用が可能となる。このように本発明の伸長センサを複数、相互並行に配してなるケーブル一体構造を採用することによって、より実用的な電気回路設計や、測定の信頼性を高めることが可能となる。
【００６４】
そしてこのような本発明のケーブル型伸長センサは、高分子材料からなる芯材の周囲に導電体をコイル状に巻回した構造を有し、当該構造の伸長時の導電体の巻回ピッチ変化（一定長あたりの巻数の変化）を、電気信号の変化として測定する原理に基づく、経時的信頼性や繰り返し測定精度に優れたケーブル型伸長センサである。そしてこのケーブル型伸長センサは、それを内部に配置したロープ、スリング、漁網、ケーブルブレース、各種建築構造物、各種輸送機器の構造材等々として用いることができ、高耐久信頼性に優れるため海水中や海辺での使用や、風雨、太陽光の当たる屋外等の厳しい使用環境下で用いる場合に特に有用である。
【００６５】
そして、これらの被測定体の伸長変形の測定を、非破壊かつリアルタイムに、高い繰り返し精度、高い信頼性にて測定することができる方法であって、被測定体の変形あるいは破壊現象等に関するデータを、常時、高精度で採取することができる方法である。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、実施例における測定は次の方法で求めたものである。
【００６７】
（１）引張クリープひずみ
引張クリープひずみはプラスチック成型品を対象とした規格であるＪＩＳ  Ｋ  ７１１５に定める測定手法に準じて行った。ただし、一般にクリープ評価用の引張測定機を用いて、繊維やケーブル形状の試験片を測定する場合には、チャック／試験片間の接触面積（摩擦固定面積）の確保が難しいため、試験片チャッキングに係る不安定性（試験片のすべりの影響や力学的支点の不安定性）が発生する場合が多い。これを考慮して、本実施例の試験測定においては、下記の手順を採用している。
【００６８】
すなわち、試験片に試験荷重を印加する前には、試験片が試験機のチャック間に弛みなく張った状態とできる最低限の荷重を、予備荷重として加えて測定した。この予備荷重はクリープ試験中も印加し続けた。試験片が繊維材料である場合は、ＪＩＳ  Ｌ  １０１３に準じ、引張試験中に試験片と試験機の把持具間に、チャッキングで滑りが生じないように試験した。
【００６９】
また試験荷重（全負荷）は、繊維フィラメントの場合はＪＩＳ  Ｌ１０１３、プラスチック成型品の場合は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１６１に準じて測定した試験片の引張強度（破断強度）の３０％に相当する荷重とした。
【００７０】
予備荷重をかけた状態で、試験機の試験温度、湿度条件を設定し、設定値に達した後、２時間放置し、試験片が試験温度、湿度条件に十分になじむようにしてから、試験荷重を印加した。本実施例においては前述の理由により、試験荷重印加の５分後を、引っ張りクリープひずみ変位測定の開始点時間（ｔ＝０）として、すべての試験を行った。
【００７１】
（２）経時安定性
上記（１）で求めた引張強度（破断強度）の３０％に相当する荷重を試験荷重（全負荷）として印加するとの条件で行った。そしてこの全負荷の継続時間を最大１０時間とした（ただし、試験片の破断が起こった場合は、その時点で終了とした。）。
測定時の試験雰囲気温度は２５℃および６０℃で行った。なお、湿度については試験機の置かれた測定室の温度湿度条件として、２５±３℃、５０±５％ＲＨの範囲に管理した。
【００７２】
［実施例１］
（ケーブル型伸長センサの作成）
芯材として、繊度１１０ｄｔｅｘの共重合芳香族ポリアミド繊維糸条（コポリパラフェニレン‐３、４‘−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維糸条、帝人株式会社製、「テクノーラ」、長繊維フィラメント構成繊維本数４８本、繊維束の近似直径０．１ｍｍ、引張弾性率７４ＧＰａ、引張強度３．４ＧＰａ、破断伸度４．５％、透磁率約１．０）を用いた。このものの１０時間後の引張クリープひずみは、室温２５℃、高温６０℃のどちらの条件においても、０．３％以下であった。
【００７３】
一方、導電材として厚み０．０３５ｍｍの銀メッキ銅箔を約０．５ｍｍ幅にスリットしたテープ状の銅箔線を用意した。本導電材の電気抵抗値は１．５μΩｃｍであった。
繊維糸条を芯材にして、カバーリングマシーンを用いて、銀メッキした銅箔線を導電体として、１５００Ｔ／ｍの巻数条件で捲回した巻線を得た。得られた巻線の直径は１８０μｍ、銅箔線はらせん状に芯のまわりを捲回しており、その銅箔間には０．１３３ｍｍの間隙があった。
【００７４】
次に得られた巻線の周囲に、電気絶縁層として、厚さ０．２ｍｍのシリコーン樹脂による樹脂被覆層をコーティング形成し、さらに電気絶縁層の表面に、厚さ０．０３５ｍｍ、０．５ｍｍ幅のニッケルメッキ銅箔線を、巻き数２５００回／ｍの条件で２重に捲回した電磁波シールド層とした。この電磁波シールド層では、樹脂被覆した電気絶縁層の全表面を、ニッケルメッキ銅箔線が隙間なく捲回している。
このようにして、芯材の外周部に、導電体が捲回され、最表面に電気絶縁層を有する直径０．９ｍｍのケーブルを得た。
次にこの得られたケーブルを全長３５００ｍｍで切断しケーブル型伸長センサとした。
【００７５】
（ケーブル型伸長センサの性能評価）
そしてこのケーブル型伸長センサの両端部から巻線に用いた銀メッキ銅箔線を取り出し、インピーダンスメーター（キーサイトテクノロジー合同会社製）の測定端子に接続した。次に両端部から電磁波シールド層に用いたニッケルメッキ銅箔線も別途引き出し、インピーダンスメーターのグラウンド電位端子に接続した。
【００７６】
そしてケーブル型伸長センサの全長３５００ｍｍの中心部分５００ｍｍ長について、万能試験機による引張試験を行い、引張変位に対するインダクタンスの変化を調べた。インダクタンスは周波数２ＭＨｚの条件で測定を行った。
【００７７】
なお、試験機のサンプルのチャッキングに関しては、緩衝材を挟んで固定する事により、サンプルの傷付きや、引張に対するチャック部での滑りを防止し、安定な測定を可能とした。またサンプルのセッティング後、測定開始前に、万能試験機チャックとインピーダンスメーター端子間の配線部分を人為的に複数回大きく動かして、測定線の閉回路面積を約２倍に変化させ、インダクタンスの変化を確認したところ、０．１％未満の変動であった。すなわち閉回路面積を変化させてもインダクタンスの有意な変化は観られず、外来電磁波ノイズの影響をほとんど受けておらず、電磁波シールド層が外来電磁波ノイズを遮断していることを確認した。
【００７８】
また引張試験は最大引張変位を２１ｍｍとして、引張力印加⇒除荷（緩和）⇒引張力印加⇒除荷（緩和）のサイクルを４回繰り返し、引張試験機の指示する変位増分（ケーブル型伸長センサの全長３５００ｍｍに対する変位増分（％））に対する２ＭＨｚにおけるインダクタンスの減少率（％）を測定した。図３に変位増分が０．５％以下の領域についてのグラフを記した。この領域においては、図３に示すように変位増分（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃａｂｌｅ）（％）とインダクタンスの減少率（Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃａｂｌｅ）（％）は線形変化を示し、引張、緩和の繰り返しに対しても安定性が高かった。
【００７９】
さらに、本ケーブル型伸長センサの経時的安定を調べるべく、芯材の引張強度（破断強度）の３０％荷重を印加した状態で１０時間保持して、引張ひずみとインダクタンスの値の変化を観察した。２５℃測定では、引張ひずみが０．２％増加（１．７％から１．９％に増加）し、インダクタンス値は０．２％低下した。また６０℃測定でも引張ひずみは０．２％増加（１．９％から２．１％に増加）し、インダクタンス値は０．２％低下した。
これらの結果より、ケーブル型伸長センサとしての性能は非常に安定しており、信頼性高いと判断される。
【００８０】
［実施例２］
実施例１で得られたケーブル型伸長センサを、直径約５ｍｍの繊維ロープの中心部に配置し、被測定体とした。
【００８１】
被測定体のロープは、繊度１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント構成繊維本数１０００本、近似直径約０．４ｍｍの繊維糸条１００本から構成されるものである。繊維糸条を構成する繊維としては、芯材に用いたものと同じ共重合芳香族ポリアミド繊維（コポリパラフェニレン‐３、４‘−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維、帝人株式会社製、「テクノーラ」）を使用した。
【００８２】
この繊度１６７０ｄｔｅｘの繊維糸条をクリルスタンドに配し、計１００本の繊維ボビンより、各糸条を引き出した。そしてケーブル型伸長センサが被測定体のロープの中心に配されるように位置をコントロールしてクリルスタンドから引き出し、計１００本の繊度１６７０ｄｔｅｘの繊維糸条がこのケーブル型伸長センサの周囲を覆うように引き揃えた上、２５ターン／ｍの条件で片撚りをかけて巻き取り、ケーブル型伸長センサが内部に配置された試験用ロープを作成した。この時、ケーブル型伸長センサは、他の１００本の繊維糸条によって、繊維ロープ内に実質的に固定された状態であった。
【００８３】
この被測定体のロープを全長３５００ｍｍに切断後、その端部より伸長センサケーブルを引き出し、実施例１と同様のやり方で、ロープの全長３５００ｍｍに対する引張変位増分（％）と２ＭＨｚにおけるインダクタンスの減少率（％）の相関関係を測定したところ、図４のようになった。引張変位の小さい初期引張領域でインダクタンス減少が殆ど観られなかった以外は、前記同様に線形に近い相関関係が得られ、引張、緩和の繰り返しに対しても安定であった。
【００８４】
［実施例３］
実施例１にて得られたケーブル型伸長センサの電磁波シールド層の外側に、さらに厚さ０．２ｍｍのシリコーン樹脂による絶縁被覆層を再度コーティング形成し、直径１．３ｍｍのケーブル型伸長センサとした。
このケーブル型伸長センサを用いて実施例２と同様にしてロープを作成し、性能評価を行ったところ、実施例２と同様に線形に近い相関関係が得られ、引張、緩和の繰り返しに対しても、センサ出力は安定で、耐久性に優れていた。
【００８５】
［実施例４］
芯材として実施例１の共重合芳香族ポリアミド繊維糸条に代えて、繊度１７６０ｄｔｅｘの超高分子量ポリエチレン繊維糸条（フィラメント糸条の近似直径０．５ｍｍ、引張弾性率８８ＧＰａ、引張強度２．７ＧＰａ、破断伸度３．５％、フィラメント構成繊維本数２０００本）を用いた以外は、実施例１と全く同様にして、ケーブル型伸長センサを作成し、実施例１と同様にして性能評価を行った。なお、芯材に用いた超高分子量ポリエチレン繊維の引張クリープひずみは室温において０．９％、６０℃測定において３０％であった。
センサとしての評価に関しては、ケーブルの変位増分（％）とインダクタンスの減少率（％）は線形変化を示し、ケーブル型伸長センサとしては使用可能なものであった。
【００８６】
ただし、このケーブル型伸長センサの経時的安定を調べるべく、実施例１と同様に芯材の引張強度（破断強度）の３０％荷重を印加した状態で１０時間保持して、引張ひずみとインダクタンスの値の変化を観察した。この結果、２５℃測定では、引張ひずみは０．９％増加し（１．６％から２．５％に増加）、インダクタンス値は１．０％低下した。
【００８７】
一方、６０℃測定では、試験中に肉眼でも確認できる大きな伸長が発生し、５時間経過後にケーブルの破断が発生し、ケーブル型伸長センサとしての信頼性は実施例１と比較すると相対的に低かった。
【符号の説明】
【００８８】
１．導電材  
２．芯材
３．電気絶縁層（樹脂被覆層）
４．電磁波シールド層
【図１】
2019015534.tif 000003
【図２】
2019015534.tif 000004
【図３】
2019015534.tif 000005
【図４】
2019015534.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月10日(2017.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2019015534.tif 000007
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2019015534.tif 000008