(57)【要約】【課題】導電性複合材料の例えば試験体における繊維の蛇行の有無を確認するに際して、部分的に切断したり、細かく裁断したりすることなく、試験体全体における繊維の状況を把握し得る導電性複合材料の繊維蛇行検出方法及び繊維蛇行検出装置を提供する。【解決手段】導電性複合材料から成る試験体Ｓを構成する複数のプリプレグＳ1〜Ｓnの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグＳ2，Ｓ4，…，Ｓnの導電性繊維織布ＳＳにおける導電性繊維ＳＥの方向に電流を流すべく試験体Ｓに一対の電極１１，１２を接続した後、一対の電極１１，１２間に電流を流しつつ、試験体Ｓに対して磁界センサ３を相対的に走査させ、磁界センサ３の走査によって磁界の変化を検出した部位を蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグＳ2，Ｓ4，…，Ｓnの導電性繊維織布ＳＳにおける導電性繊維ＳＥに蛇行が生じている部位として判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性繊維織布に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る導電性複合材料の前記導電性繊維織布における導電性繊維の蛇行を検出する導電性複合材料の繊維蛇行検出方法であって、
前記導電性複合材料を構成する前記複数のプリプレグの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維の方向に電流を流すべく前記導電性複合材料に一対の電極を接続した後、
前記一対の電極間に電流を流しつつ、前記導電性複合材料に対して磁界検出手段を相対的に走査させ、
前記磁界検出手段の走査によって該磁界検出手段が磁界の変化を検出した部位を蛇行有無確認対象としての前記複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維に蛇行が生じている部位として判定する導電性複合材料の繊維蛇行検出方法。
【請求項２】
前記導電性複合材料を構成する前記複数のプリプレグの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維の方向に電流を流すべく、蛇行有無確認対象としての前記複数のプリプレグ毎に一対の電極をそれぞれ接続する請求項１に記載の導電性複合材料の繊維蛇行検出方法。
【請求項３】
導電性繊維織布に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る導電性複合材料の前記導電性繊維織布における導電性繊維の蛇行を検出する導電性複合材料の繊維蛇行検出装置であって、
前記導電性複合材料を構成する前記複数のプリプレグの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維の方向に電流を流すべく前記導電性複合材料に接続される一対の電極と、
前記一対の電極を介して前記導電性複合材料に通電する電流印加部と、
前記一対の電極間に電流を流した状態の前記導電性複合材料に対して相対的に走査される磁界検出手段と、
前記磁界検出手段の走査によって該磁界検出手段が磁界の変化を検出した部位を蛇行有無確認対象としての前記複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維に蛇行が生じている部位として判定する制御部と、
を備えている導電性複合材料の繊維蛇行検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性繊維織布に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る導電性複合材料の前記導電性繊維織布における導電性繊維の蛇行を検出するのに用いられる導電性複合材料の繊維蛇行検出方法及び繊維蛇行検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導電性繊維織布、例えば、炭素繊維織布に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層してＣＦＲＰ（導電性複合材料）を成型する場合、既にオートクレーブを用いた成型法が確立されているが、近年、このオートクレーブを用いた成型法に代わる成型法、例えば、金型プレス成型法が構築されつつある。
【０００３】
このようなオートクレーブを用いた成型法に代わる成型法で成型されたＣＦＲＰに対しては、機械的性質に影響を及ぼし兼ねない炭素繊維の蛇行についての新たな検証が必要である。
【０００４】
例えば、金型プレス成型法で直方体形状に成型されたＣＦＲＰの試験体について炭素繊維の蛇行の有無を検査する場合、試験体の平面に沿う方向を面内方向とすると共に試験体のプリプレグ積層方向を面外方向とすると、これまでの超音波探傷試験（例えば、特許文献１参照。）では、炭素繊維が面外方向に蛇行している状況を見つけ出すことができるものの、炭素繊維が面内方向に蛇行している状況を把握することができない。
【０００５】
したがって、現状では、ＣＦＲＰの試験体の切断面観察を行って、この切断面ないしその近傍に繊維の蛇行が生じているか否かを確認したり、細かく裁断したＣＦＲＰの試験体にＸ線ＣＴ検査を行って、裁断片毎に炭素繊維の蛇行の有無を確認したりするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−１５０７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したＣＦＲＰの試験体の切断面観察では、その断面ないしその近傍の情報しか得られないので、試験体全体における繊維の状況を把握することができない。一方、Ｘ線ＣＴ検査を行う場合も、ＣＦＲＰの試験体を細かく裁断する必要があることから、切断面観察と同様に、試験体全体における繊維の状況を把握することができないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。
【０００８】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、導電性複合材料における繊維の蛇行の有無を確認するに際して、部分的に切断したり、細かく裁断したりすることなく、繊維の蛇行を検出することができ、その結果、導電性複合材料の例えば試験体全体における繊維の状況を把握することが可能である導電性複合材料の繊維蛇行検出方法及び繊維蛇行検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、導電性複合材料を構成する導電性繊維織布の導電性に着目して、導電性繊維織布の導電性繊維に電流を印加することを思い立った。そして、蛇行の有無を確認したい導電性繊維の方向に電流を印加した際に、繊維の面内方向の蛇行が存在している部分で生じる磁束の乱れを磁界センサで捉え得ることを見出し、本発明をするに至った。
【００１０】
上記した目的を達成するべく、本発明の請求項１に係る発明は、導電性繊維織布に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る導電性複合材料の前記導電性繊維織布における導電性繊維の蛇行を検出する導電性複合材料の繊維蛇行検出方法であって、前記導電性複合材料を構成する前記複数のプリプレグの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維の方向に電流を流すべく前記導電性複合材料に一対の電極を接続した後、前記一対の電極間に電流を流しつつ、前記導電性複合材料に対して磁界検出手段を相対的に走査させ、前記磁界検出手段の走査によって該磁界検出手段が磁界の変化を検出した部位を蛇行有無確認対象としての前記複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維に蛇行が生じている部位として判定する構成としたことを特徴としており、この構成の導電性複合材料の繊維蛇行検出方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
本発明の請求項２に係る導電性複合材料の繊維蛇行検出方法は、前記導電性複合材料を構成する前記複数のプリプレグの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維の方向に電流を流すべく、蛇行有無確認対象としての前記複数のプリプレグ毎に一対の電極をそれぞれ接続する構成としている。
【００１２】
一方、本発明の請求項３に係る発明は、導電性繊維織布に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る導電性複合材料の前記導電性繊維織布における導電性繊維の蛇行を検出する導電性複合材料の繊維蛇行検出装置であって、前記導電性複合材料を構成する前記複数のプリプレグの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維の方向に電流を流すべく前記導電性複合材料に接続される一対の電極と、前記一対の電極を介して前記導電性複合材料に通電する電流印加部と、前記一対の電極間に電流を流した状態の前記導電性複合材料に対して相対的に走査される磁界検出手段と、前記磁界検出手段の走査によって該磁界検出手段が磁界の変化を検出した部位を蛇行有無確認対象としての前記複数のプリプレグの前記導電性繊維織布における前記導電性繊維に蛇行が生じている部位として判定する制御部と、を備えている構成としている。
【００１３】
本発明に係る導電性複合材料の繊維蛇行検出方法及び繊維蛇行検出装置において、繊維蛇行の検出対象となる導電性複合材料としては、例えば、導電性繊維織布の母材としての導電性繊維に、炭素繊維を用いたものを挙げることができるが、これに限定されない。
【００１４】
この際、導電性繊維織布のマトリックスとしての樹脂には、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂には、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂），ＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂），ＰＩＸＡ（熱可塑性ポリイミド樹脂）が用いられ、熱硬化性樹脂には、例えば、エポキシ樹脂，ＰＥＴＩ−５，ＰＭＲ−１５が用いられる。
【００１５】
本発明に係る導電性複合材料の繊維蛇行検出方法及び繊維蛇行検出装置では、導電性複合材料に接続した一対の電極間に電流を流すと、蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの導電性繊維織布における導電性繊維の方向に電流が流れる。
【００１６】
そして、この状態で導電性複合材料に対して磁界検出手段を相対的に走査させ、この磁界検出手段が磁界の変化を検出した部位を、蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグの導電性繊維に蛇行が生じている部位として判定するので、導電性複合材料から成る、例えば試験体を部分的に切断したり、細かく裁断したりすることなく、繊維の蛇行を検出し得ることとなって、試験体全体における繊維の状況を把握し得ることとなる。
【００１７】
この際、蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグ毎に一対の電極をそれぞれ接続するように成すと、繊維の蛇行をより的確に検出し得ることとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る導電性複合材料の繊維蛇行検出方法では、導電性複合材料における繊維の蛇行の有無を確認するに際して、部分的に切断したり、細かく裁断したりすることなく、繊維の蛇行を検出することが可能であり、したがって、導電性複合材料の例えば試験体全体における繊維の状況を把握することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による導電性複合材料の繊維蛇行検出装置の概略構成説明図（ａ）及び導電性複合材料の試験体を示す斜視説明図（ｂ）である。
【図２】図１における導電性複合材料の繊維蛇行検出装置の磁界センサによる走査要領を示す試験体の平面説明図（ａ）及び試験体と磁界センサとの位置関係を示す試験体の部分側面図（ｂ）である。
【図３】図２（ａ）の磁界センサにより走査を行った際の蛇行がない場合の磁界を示す説明図（ａ）及び図２（ａ）の磁界センサにより走査を行った際の蛇行がある場合の磁界を示す説明図（ｂ）である。
【図４】図１における導電性複合材料の繊維蛇行検出装置により試験体に対して蛇行検出の実証試験を行った際の走査範囲説明図（ａ），試験体の裏面走査時の蛇行検出結果を示すグラフ（ｂ）及び試験体の表面走査時の蛇行検出結果を示すグラフ（ｃ）である。
【図５】図１における導電性複合材料の繊維蛇行検出装置の磁界センサにより感磁軸を９０°ずらして走査を行った際の蛇行がある場合の磁界を示す説明図（ａ）及び本発明の他の実施例による導電性複合材料の繊維蛇行検出装置の電極を示す試験体の部分側面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係る導電性複合材料の繊維蛇行検出方法及び繊維蛇行検出装置の一実施例を示している。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、この繊維蛇行検出装置１は、導電性複合材料の試験体Ｓを載せるステージ２と、ステージ２上の試験体Ｓの上方において適宜間隔をもって保持される磁界センサ（磁界検出手段）３と、試験体Ｓに後述するように通電する電流印加部４と、ステージ２を駆動するドライバ５と、制御部６を備えており、この制御部６からの指令により試験体Ｓに対する電流印加部４による通電がなされ、同じく、ドライバ５に対する制御部６からの指令によりステージ２を駆動することで、試験体Ｓに対して磁界センサ３を走査させるようになっている。
【００２２】
この場合、図１（ｂ）に示すように、試験体Ｓは、導電性繊維織布ＳＳに熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含浸させた互いに繊維配向方向が９０°異なる複数枚のプリプレグ（Ｓ1，Ｓ3，…，Ｓn-1），（Ｓ2，Ｓ4，…，Ｓn）を交互に積層して直方体形状に成型されており、この実施例では、試験体Ｓにおける複数のプリプレグＳ1〜Ｓnの中で蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグＳ2，Ｓ4，…，Ｓnの導電性繊維織布ＳＳにおける導電性繊維ＳＥの方向（図示長手方向）に電流を流すべく、図２（ａ）に示すように、試験体Ｓの両端部に一対の電極１１，１２を接続するようにしている。
【００２３】
なお、蛇行有無確認対象を複数のプリプレグＳ1，Ｓ3，…，Ｓn-1とする場合には、各々の導電性繊維織布ＳＳにおける導電性繊維ＳＥの方向（図示長手方向と直交する方向）に電流を流すべく、試験体Ｓの両側部に一対の電極１１，１２を接続する。
【００２４】
この繊維蛇行検出装置１により試験体Ｓにおける導電性繊維ＳＥの蛇行の有無を確認するに際しては、まず、電流印加部４により試験体Ｓに接続した一対の電極１１，１２間に電流を流すと、蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグＳ2，Ｓ4，…，Ｓnの導電性繊維織布ＳＳにおける導電性繊維ＳＥの方向（図２（ａ）白抜き矢印方向）に電流が流れる。
【００２５】
この状態で試験体Ｓを載せたステージ２を動作させて、図２（ａ）の太い矢印方向に磁界検出方向を合わせた磁界センサ３を試験体Ｓに対して矢印に沿って走査させる。この際、図２（ｂ）に示すように、磁界センサ３を試験体Ｓから距離ＬＦだけ離して（リフトオフ量ＬＦをもたせて）走査させる。
【００２６】
この走査において、導電性繊維ＳＥの蛇行が存在しない場合には、図３（ａ）に示すように、磁界検出方向の異常（磁束の乱れ）を示す磁界の変化は検出されないが、導電性繊維ＳＥの蛇行が存在する場合には、図３（ｂ）に示すように、磁界検出方向の異常を示す磁界の変化が検出される。
【００２７】
そして、制御部６において、磁界センサ３が磁界の変化を検出した部位を、蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグＳ2，Ｓ4，…，Ｓnの導電性繊維ＳＥに蛇行が生じている部位として判定する。
【００２８】
したがって、試験体Ｓを部分的に切断したり、細かく裁断したりすることなく、導電性繊維ＳＥの蛇行を検出し得ることとなって、試験体Ｓ全体における導電性繊維ＳＥの状況を把握し得ることとなる。
【００２９】
そこで、この実施例による繊維蛇行検出装置１によって、試験体Ｓにおける導電性繊維ＳＥの蛇行の有無を確認する実証試験を行った。
【００３０】
この際、磁界センサ３には、ＭＩセンサを用いた。また、試験体Ｓとして、母材である導電性繊維に炭素繊維を用い、マトリックスである樹脂に熱可塑性樹脂であるＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂）を用いて成るものを採用し、炭素繊維の面内方向における蛇行の存在がＸ線ＣＴ検査によって既に確認されているものを採用した。なお、磁界センサ３は、ＭＩセンサに限定されるものではなく、ＧＭＲセンサやＦＧセンサも用いることができる。
【００３１】
そして、一対の電極１１，１２間に印加する電流に周波数１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの交流電流を用い、その電流密度を１２５Ａ／ｍ2以上とし、上記リフトオフ量を１０ｍｍ以下とすることを試験時の条件とした。
【００３２】
ここで、交流電流の周波数を１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚとする理由は、周波数が１ｋＨｚに満たないと、蛇行の検出性能が低下し、一方、周波数が１０ＭＨｚを超えると、いわゆる表皮効果により試験体Ｓの表面Ｓａ又は裏面Ｓｂ（表皮）に渦電流が集中してしまって蛇行を検出することができないからである。
【００３３】
また、電流密度を１２５Ａ／ｍ2以上とした理由は、電流密度が小さいと、磁界信号が微小となって蛇行の検出性能が低下するからである。なお、電流密度が大きすぎると、樹脂に発熱によるダメージが及ぶことから、電流密度の上限値は、マトリックスとして使用する樹脂の種類により個々に決定される。
【００３４】
この実証試験のように、マトリックスである樹脂が熱可塑性樹脂であるＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂）である場合には、耐熱温度２２０℃に基づいて電流密度の上限値を３．２×１０5Ａ／ｍ2に定める。
【００３５】
マトリックスが、例えば、熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）である場合には、耐熱温度１４４℃に基づいて電流密度の上限値を２．１×１０5Ａ／ｍ2に定め、ＰＩＸＡ（熱可塑性ポリイミド樹脂）である場合には、耐熱温度２３５℃に基づいて電流密度の上限値を３．４×１０5Ａ／ｍ2に定める。また、マトリックスが、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂である場合には、耐熱温度１２０℃に基づいて電流密度の上限値を１．８×１０5Ａ／ｍ2に定め、ＰＥＴＩ−５である場合には、耐熱温度２７０℃に基づいて電流密度の上限値を４．０×１０5Ａ／ｍ2に定め、ＰＭＲ−１５である場合には、耐熱温度３４０℃に基づいて電流密度の上限値を５．２×１０5Ａ／ｍ2に定める。
【００３６】
さらに、リフトオフ量を１０ｍｍ以下とした理由は、リフトオフ量が１０ｍｍを超えると蛇行の検出性能が低下するからである。
【００３７】
上記の条件を満たしたうえで、図４（ａ）に示す走査範囲内において、走査速度を３３ｍｍ／ｓ、走査ピッチを０．５ｍｍとして、電流をＹ軸方向に流して、磁界センサ３による走査を行ったところ、図４（ｂ），（ｃ）のグラフに示す結果を得た。
【００３８】
図４（ｂ）に示す試験体Ｓの裏面Ｓｂにおける走査時の蛇行検出結果、及び、図４（ｃ）に示す試験体Ｓの表面Ｓａにおける走査時の蛇行検出結果から、磁界センサ３の走査によるＹ軸方向の磁界強度が、試験体Ｓの既知の蛇行部分で明らか大きくなっていることが判る。
したがって、この実施例に係る繊維蛇行検出装置１により、試験体Ｓにおける導電性繊維ＳＥの面内方向の蛇行の有無を確認し得ることが実証できた。
【００３９】
上記した実施例では、繊維蛇行検出装置１の磁界センサ３の感磁軸（磁界検出方向）を電流方向に沿わせた場合を示したが、これに限定されるものではなく、図５（ａ）に示すように、磁界センサ３の感磁軸を９０°ずらして（電流方向と直交させて）走査を行ってもよい。
【００４０】
また、上記した実施例では、磁界検出手段として磁界センサ３を用いた場合をしたが、これに限定されるものではなく、磁界検出手段としてコイルを用いることができる。
【００４１】
さらに、上記した実施例では、互いに繊維配向方向が９０°異なる複数枚のプリプレグ（Ｓ1，Ｓ3，…，Ｓn-1），（Ｓ2，Ｓ4，…，Ｓn）を交互に積層して成る試験体Ｓを示したが、例えば、繊維配向方向が±４５°の複数枚のプリプレグを交互に積層して成る試験体であってもよいし、繊維配向方向がすべて同じ方向の複数枚のプリプレグを積層して成る試験体であってもよい。
【００４２】
本発明に係る繊維蛇行検出装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、他の構成として、図５（ｂ）に示すように、蛇行有無確認対象としての複数のプリプレグ毎に一対の電極１１（分割電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）をそれぞれ接続するようにしてもよく、この場合には、導電性繊維の蛇行をより的確に検出し得ることとなる。
【符号の説明】
【００４３】
１  導電性複合材料の繊維蛇行検出装置
３  磁界センサ（磁界検出手段）
４  電流印加部
６  制御部
１１，１２  一対の電極
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  分割電極
Ｓ  試験体（導電性複合材料）
ＳＥ  導電性繊維
ＳＳ  導電性繊維織布
Ｓ1〜Ｓn プリプレグ
【図１】
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【図２】
2015075447.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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