(57)【要約】本発明は、圧電材料または伝導性材料が混合された接着剤を用いて接合された接合構造物の接合部安全性非破壊検査の検査敏感度を向上させるための検査方法を開示する。本発明に係る接合部安全性検査方法は、圧電材料または伝導性材料を接着剤に均一に混合するステップと、被接着剤間に圧電材料または伝導性材料が混合された接着剤を塗布して硬化させるステップと、被接着剤を導線を用いて電気的に連結するステップと、荷重が加えられるとき、接合部から放出される電荷量を測定するステップと、測定された電荷量に基づいて、被接着体と接着剤との間の接着損傷の有無を判断し、残存寿命を予測するステップと、を含む。
2008521240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤により接合された接合構造物の接合部の安全性を感度よく非破壊検査する接合部安全性検査方法において、
前記接合構造物は、圧電材料を混合し圧電特性を向上させた接着剤により接合されることを特徴とする接合部安全性検査方法。
【請求項２】
前記圧電材料は、圧電性結晶、圧電セラミック、圧電性高分子、圧電半導体等のいずれか一つの物質で構成されることを特徴とする請求項１に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項３】
前記圧電材料の形状が球状である圧電粉末であることを特徴とする請求項２に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項４】
前記圧電材料の形状が、外力が加えられる方向に長さが長い部分が整列される楕円形状、板状、または六面体状の一つで構成された圧電粉末であることを特徴とする請求項２に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項５】
前記圧電材料を混合した接着剤を用いて接合構造物を作製した後、分極過程を通じて任意の方法への圧電特性を向上させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項６】
前記圧電材料の体積分率が５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項７】
前記圧電粉末の平均直径が１０ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項３または４に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項８】
前記圧電材料の形状が単繊維形状であることを特徴とする請求項２に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項９】
前記圧電単繊維の長さが１０μｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１０】
前記圧電単繊維の直径が１０ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項８または９に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１１】
前記圧電材料を混合した接着剤を用いて接合構造物を作製した後、分極過程を通じて任意の方向への圧電特性を向上させることを特徴とする請求項８または９に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１２】
接着剤により接合された接合構造物の接合部の安全性を感度よく非破壊検査する接合部安全性検査方法において、
前記接合構造物は、伝導性材料を混合し電気伝導度を向上させた接着剤により接合されることを特徴とする接合部安全性検査方法。
【請求項１３】
前記伝導性材料は、電気伝導度が高い銅、銀、鉄、炭素、カーボンブラック等の材料のいずれか一つ以上の物質で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１４】
前記伝導性材料の体積分率が５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１５】
圧電材料を接着剤に均一に混合するステップと、
被接着剤間に前記圧電材料が混合された接着剤を硬化させるステップと、
前記被接着剤を電気的に連結するステップと、
前記被接着剤に力を加えて流れる電荷量を測定するステップと、
前記測定された電荷量に基づいて、前記被接着体と前記接着剤との間の接着損傷の有無を判断し、事前に得られた電荷量と疲労寿命の関係データにより、接着された構造物の残存寿命を予測するステップと、
を含むことを特徴とする接合構造物の接合部の安全性を感度よく検査する接合部安全性検査方法。
【請求項１６】
前記接着剤を硬化させるステップは、前記接着剤を加温して電流を通じさせ、前記圧電材料の電界方向を整列させて分極するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１７】
前記圧電材料を接着剤に均一に混合するステップは、単繊維形状の圧電材料を接着剤に均一に混合することを特徴とする請求項１５または１６に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１８】
前記圧電材料を接着剤に均一に混合するステップは、前記圧電材料の体積分率が５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％となるように混合することを特徴とする請求項１５または１６に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項１９】
前記圧電材料を接着剤に均一に混合するステップは、前記圧電材料の体積分率が５ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％となるように混合することを特徴とする請求項１５または１６に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項２０】
伝導性材料を接着剤に均一に混合するステップと、
被接着剤間に前記伝導性材料が混合された接着剤を硬化させるステップと、
前記被接着剤を電気的に連結するステップと、
前記被接着剤に力を加えて流れる電荷量を測定するステップと、
前記測定された電荷量に基づいて、前記被接着体と前記接着剤との間の接着損傷の有無を判断し、事前に得られた電荷量と疲労寿命の関係データにより、接着された構造物の残存寿命を予測するステップと、
を含むことを特徴とする接合構造物の接合部の安全性を感度よく検査する接合部安全性検査方法。
【請求項２１】
前記接着剤を硬化させるステップは、前記接着剤を加温して電流を通じさせ、前記伝導性材料の電界方向を整列させて分極するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項２２】
前記伝導性材料を接着剤に均一に混合するステップは、前記伝導性材料の体積分率が５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％となるように混合することを特徴とする請求項２０または２１に記載の接合部安全性検査方法。
【請求項２３】
前記伝導性材料を接着剤に均一に混合するステップは、前記伝導性材料の体積分率が５ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％となるように混合することを特徴とする請求項２０または２１に記載の接合部安全性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着剤で接合された接合構造物の接合部安全性非破壊検査方法に関し、特に、圧電材料または伝導性材料が混合された接着剤を用いて検査敏感度を向上させるための検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高強度鋼で作製された構造物が増えつつある趨勢に合わせて、鋼構造物が結合された部分の溶接状態点検および疲労亀裂を検査する多様な方法が提示されている。これらの方法には、構造物を破壊しない状態で接合状態を検査する非破壊方式が用いられており、その主要方式としては、放射線透過法、超音波探傷法、磁粉探傷法、染料浸透法、渦電流法等の技術が開発された。
【０００３】
しかしながら、これらの検査法は、それぞれ以下のような問題点を有している。先ず、放射線透過法は、人体に有害な放射線を用いるため、検査中、検査者の健康を害するのみならず、残留放射線により、検査された構造物に接近する者の健康を害する恐れがあった。また、放射線透過法は、探索速度が遅く、探索費用が高価であり、構造物の作動中は、実時間検査が不可能である。
【０００４】
超音波探傷法は、放射線透過法に比べて相対的に安全であり、経済的でもあるが、超音波で探知された結果を処理する信号を分析し難く、ノイズによる信号処理上の問題が生じ得る。また、超音波探傷法は、信号を受信し、これを分析しなければならないので、実時間検査が不可能である。
【０００５】
磁粉探傷法は、検査可能な材料が伝導体に限定され、磁場形成のための高圧電流が検査装備に影響を及ぼし、正確な検査結果を得ることができないのみならず、実時間検査が不可能である。
【０００６】
渦電流法は、磁粉探傷法と同様に、検査可能な材料が伝導体に限定され、検査結果が接合部の表面条件に敏感に変化するという短所があった。
【０００７】
音響検査法は、実時間で全体構造物の状態をモニタすることができ、検査され得る材料の範囲が広いものの、使用するセンサの感度により検査結果が左右され、音響が構造物の形状に多くの影響を受け、正確な欠陥位置の検出が困難であった。
【０００８】
さらには、放射線透過法、超音波探傷法、磁粉探傷法、染料浸透法、渦電流法等の既存の非破壊技術は、溶接接合で作製された鋼構造物の内部欠陥、表面傷、および損傷の検出に制限的に用いられている。それにより、最近、使用が増えている接合継手と新素材複合材料構造物には適用し難い。また、装備が高価であり、現在状態の検査のみが可能であり、構造物の残存寿命を予測することが不可能である。
【０００９】
このような従来の検査方法が有する問題点に鑑み、接合継手の荷重伝達能力と実時間安全性検査技法についての多くの研究が行われており、構造物の安全性を実時間で診断する多様な方法が開発されてきた。米国特許第５、２４５、２９３号には、接合構造物の接合部安全性を実時間で検査する方法が開示されている。この米国特許では、接着剤で接着された被接着体に電流を流し、抵抗または静電容量の変化を測定して接合状態を検査する。しかしながら、この発明は、抵抗と静電容量の定量値により接合状態を検査するものではなく、これらの値の変化により接合状態を検査することにより、接合部の静電容量が周囲温度、湿度、導線の長さ、または、浮遊容量等に敏感に変化するので、接合状態を正確に判断することができないという短所があった。
【００１０】
他の例としては、韓国特許出願第１０−２００３−００６６６４０号には、接着剤の圧電特性を用いた接合構造物の接合部安全性検査方法が開示されている。この発明では、接着剤が圧力を受けると、電荷を放出する圧電特性を用いて、被接着体に導線を連結し、この導線から放出される電荷量をモニタすることにより、接合構造物の安全性を検査する方法である。
【００１１】
図１は、接着剤が特定の疲労荷重を受ける際に発生する電荷密度と疲労寿命の関係を示すグラフである。図１に示す電荷密度は、発生する電荷量を、被接着体が接着剤で接合された面積で割った値であり、疲労寿命は、特定の疲労荷重を１回加えた場合を、１サイクルとして示す値である。
【００１２】
同一の荷重下での接着剤に作用する応力は、接着面の面積に反比例し、電荷密度は応力に比例するので、接着面積が減少するほど電荷密度が増加する。それにより、電荷密度の増加は、接着面積が減少し、亀裂面積が増加することを示す。したがって、接着剤の種類による接着剤の物性（圧電定数、引張強度、圧縮強度、せん断強度等）を測定し、印加される荷重状態（引張、圧縮、せん断）を決定した後、電荷密度と疲労寿命の関係を事前に測定しておいた場合、任意の時点で接合部で発生する電荷量を測定し、接合構造物の安全性と残存寿命を直ちに評価することができる。また、放出される電荷量は、接合部全体にわたって測定されるので、接合部全体の安全性検査が可能である。このような接合構造物内の応力と電荷密度の関係は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．６，（２００３）学術誌ｐｐ．７７７〜７９６に収録された本出願発明者の論文「圧電特性を用いた接合継手の安全性モニタリング（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｊｏｉｎｔｓ）」に開示されている。
【００１３】
一般の接着剤として用いられ、極めて弱い圧電特性を有するエポキシ系接着剤を接合部安全性検査用として用いる技術が開示されている。その技術において、被接着体間で被接着体を接着させるエポキシ系接着剤は、圧力が加えられる場合、圧電特性により電荷を放出し、それにより、被接着体を電気的に連結する場合、その間に流れる電荷量が測定され得る。しかしながら、表１に示すように、一般に用いられている接着剤であるエポキシ系接着剤は、極めて低い圧電定数を有している。したがって、接合構造物の接合部安全性検査時に測定される電荷量が相対的に小さく、検査の敏感度が低いという短所があった。このように相対的に小さい電荷量の検査を容易に行うためには、必須的に増幅器等の手段が必要である。
【００１４】
【表１】
2008521240.tif 000003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、接着剤に圧電材料または伝導性材料を混合し、接着剤の圧電特性または電気伝導性を向上させ、接合構造物の接合部安全性検査時に検査の敏感度を向上させることができる検査方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、被接着体間に加えられる圧力に対して発生する電荷量が大きいので、信号増幅器等の別途の装置無しにも、接合構造物の接合部安全性を測定することができる検査方法を提供することにある。
【００１７】
本発明によると、熱膨張係数が相対的に小さい圧電材料または伝導性材料を接着剤に混合して使用することにより、残留熱応力による接合部損傷を減らすことができ、また、圧電材料または伝導性材料が亀裂伝播抑制剤としての役割を行い、接合構造物の疲労寿命を向上させることができるという効果が得られる。
【００１８】
本発明の上記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の以下の記述と添付図面から明らかにされるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するための本発明の特徴として、本発明に係る接合部安全性検査方法は、圧電特性を有する接着剤を用いた接合構造物の非破壊接合部安全性検査方法において、圧電材料または伝導性材料を接着剤と混合し、接着剤の圧電特性を向上させる。
【００２０】
本発明の他の特徴として、本発明に係る接合部安全性検査方法は、圧電材料または伝導性材料を接着剤に均一に混合するステップと、被接着剤間に圧電材料または伝導性材料が混合された接着剤を塗布して硬化させるステップと、被接着剤を導線を用いて電気的に連結するステップと、荷重が加えられるとき、接合部から放出される電荷量を測定するステップと、測定された電荷量に基づいて、被接着体と接着剤との間の接着損傷の有無を判断し、事前に得られた電荷量と疲労寿命の関係データにより、残存寿命を予測するステップと、で構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施例に係る接合構造物検査方法の概念図である。図２に示すように、本発明に係る接着剤１１は、２つの被接着体１４間に介在される。
【００２２】
接着剤１１は、接着性を有する高分子樹脂材料１２に圧電材料１３が混合されてなる。高分子樹脂材料１２は、小量の圧電特性と接着力を有するエポキシ樹脂等で構成される。圧電材料１３は、電気を加えると圧力が発生し、または圧力を加えると電気を発生させる材料である。圧電材料１３は、圧電性結晶、圧電セラミック、圧電性高分子、または圧電半導体等の圧電定数が大きい材料で構成される。
【００２３】
表１には、このような材料の圧電定数が示されている。圧電特性を有するセラミック剤であるＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｎ−Ｔｉ）Ｏ３，Ｌｅａｄ Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ Ｔｉｔａｎａｔｅ）は、１２０ｐＣ／Ｎの圧電応力定数と１８×１０−３Ｃ／ｍ２の圧電ひずみ定数を有し、表に示した物質のうち、最も大きな圧電定数を有する。圧電特性を有する高分子材料であるＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ＰＶＣ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、Ｎｙｌｏｎ１１は、ＰＺＴに比べて相対的に低い圧電定数を有するが、エポキシ樹脂に比べては、相対的に高い圧電定数を有することがわかる。
【００２４】
このように圧電定数が大きい圧電材料１３をエポキシ系高分子樹脂材料１２に混合して、接着剤１１が作製される場合、接着剤１１の圧電定数が圧電材料１３を混合する前よりも増加する。それにより、同一の外力が加えられても、接合部で発生する電荷量の大きさが大きくなり、結果的に検査敏感度が向上する。
【００２５】
圧電材料１３は、圧電特性を有する材料の粉末で構成されることが好ましい。これは、接着特性を測定するにあたって発生する電荷量を、全体の接着面に対して均一に測定可能にする。圧電材料１３の粒子は、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲内の大きさを有することが好ましい。圧電材料１３の粒径が１０ｎｍよりも小さい場合は、圧電の効果が殆ど発生しないという問題点があり、圧電材料１３の粒径が１０μｍよりも大きい場合は、測定しようとする接着剤１１の厚さｔ１に比べて相対的にその大きさが大きくなり過ぎ、均一に分布させることができないという短所があった。このような圧電材料１３の粒径が、接着剤１１の厚さｔ１に比べて相対的に小さい大きさであれば、その大きさに特別な制限を置かない。
【００２６】
圧電材料１３は、球状、楕円形状、板状、または六面体状の多様な形状に作製され得る。圧電材料１３が球状である場合は、圧力が加えられるとき、圧電材料１３自体の圧電特性が等方性となる。しかし、接合構造物に一定の方向の外力が作用する場合、その方向への圧電特性または機械的な特性を向上させるために楕円形状、板状、または六面体状の圧電材料１３を外力の方向に整列させ、接着剤１１と混合して用いることが好ましい。
【００２７】
２つの被接着体１４の両端は、被接着体１４間に流れる電荷量を測定可能に導線１６に連結される。導線１６の各他端は電荷量測定装置１８に連結される。それにより、電荷量測定装置１８は、２つの被接着体１４を接着させるように、その間に介在された接着剤１１に流れる電荷量を測定することができる。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施例に係る接合構造物検査方法の概念図である。図３に示すように、本発明に係る接着剤２１は、２つの被接着体２４間に介在される。本発明の第２の実施例は、第１の実施例の圧電材料１３が圧電単繊維２３で構成されることを除いては、残りの構成は同一であるので、その他の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００２９】
接着剤２１は、エポキシ系高分子樹脂材料２２に細長い形状の圧電単繊維２３が混合されて作製される。高分子樹脂材料２２は、上述した本発明の第１の実施例と同様に、微小な圧電特性を有するとともに、接着力を有する材料で構成される。接着剤２１が、厚さｔ２に比べて長さｌ２が相対的にさらに長いので、大部分の圧電単繊維２３が接着剤２１の長さｌ２方向に長く配列される。
【００３０】
したがって、接着剤２１に加えられる外力のうち、圧電単繊維２３の長さｌ２方向に作用する力により発生する電荷量が、厚さｔ２方向に作用する力により発生する電荷量よりも相対的にさらに大きい。それにより、外力が被接着体２４の長さ方向に作用する場合が、被接着体２４間に圧縮応力が作用する場合に比べて発生する電化量がさらに大きい。また、接着剤２１の強度等の機械的特性は、圧電単繊維２３の長さｌ２方向が、厚さｔ２方向に比べてさらに優れている。したがって、圧電単繊維２３は、外力が厚さｔ２方向よりは、長さｌ２方向に作用する場合に用いることが好ましい。
【００３１】
圧電単繊維２３は、好ましくは、１０μｍ〜１０ｍｍの範囲内の長さと、１０ｎｍ〜１０μｍ間の直径を有するように作製されることが好ましい。圧電単繊維２３の長さが、１０μｍよりも小さい場合は、圧電単繊維２３の長さ対直径比の値が小さくなり過ぎ、特定の一方向の測定効果を大きく向上させることができないのに対して、圧電単繊維１２の長さが１０ｎｍよりも大きい場合は、実際に測定しようとする接着剤２１の長さに近い長さとなり得、均一な分布が困難である。圧電単繊維２３の直径が１０ｎｍよりも小さい場合は、圧電の効果が殆ど発生しないという問題点があり、圧電単繊維２３の直径が１０μｍよりも大きい場合は、測定しようとする接着剤２１の厚さｔ２に比べて相対的にその大きさが大きくなり過ぎ、均一に分布させることができないという短所がある。
【００３２】
しかし、圧電単繊維２３の長さは、接着剤２１の長さｌ２に比べて相対的に小さく、圧電単繊維２３の直径は、接着剤２１の厚さｔ２に比べて相対的に小さい大きさであれば、その大きさに制限を置かない。
【００３３】
図４は、本発明の第３の実施例に係る接合構造物検査方法の概念図である。図４に示すように、本発明に係る接着剤３１は、２つの被接着体３４間に介在される。本発明の第３の実施例は、第１の実施例の圧電材料１３が圧電単繊維３３で構成されることを除いては、残りの構成は同一であるので、その他の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００３４】
接着剤３１は、接着性を有する高分子樹脂材料３２に伝導性材料３３が混合されてなる。高分子樹脂材料３２は、上述した本発明の第１および第２の実施例と同様に、小量の圧電特性と接着力を有するエポキシ樹脂等で構成される。伝導性材料３３は、電気伝導性に優れた粉末粒子で構成される。このような伝導性材料としては、銅、銀、鉄等の金属または炭素、カーボンブラック等がある。以下の表２は、このような材料の電気伝導性を示す。
【００３５】
【表２】
2008521240.tif 000004
【００３６】
表２に示す伝導性材料は、エポキシに比べて相対的に相当高い電気伝導性を有する。それにより、伝導性材料３３が混合された接着剤３１は、伝導性材料が混合されていない接着剤に比べて相対的に電気伝導性が遥かに大きい。それにより、接着剤の局部的な亀裂の周囲で発生する電荷を被接着体３４にさらによく伝達し、結果的に電荷量測定の敏感度が向上する。
【００３７】
伝導性材料３３は、電気伝導性に優れた材料の粉末で構成されることが好ましい。これは、接合部安全性を測定するにあたって発生する電荷量を、全体の接着面について均一に測定可能にする。それにより、伝導性材料３３の粒子は、数十ｎｍ〜数μｍの範囲内の大きさを有する。また、伝導性材料３３の粒径は、接着剤３１の厚さｔ３に比べて相対的に小さな大きさに作製される。これは、伝導性材料３３の粒径が、接着剤３１の厚さｔ３を制限しないようにするためである。
【００３８】
伝導性材料３３は、本発明の第１の実施例に係る圧電材料１３と同様に、球状、楕円形状、板状、または六面体状の多様な形状に作製されてもよい。特に、伝導性材料３３が球状である場合は、伝導性材料３３自体の電気伝導性が等方性となる。
【００３９】
図５は、本発明の第１の実施例に係る接着剤を用いた円筒形ねじり疲労試験片を示す断面図であり、図６は、図５の試験片により測定された接着剤内の圧電材料体積分率と１０００サイクルでの電荷密度との関係を示すグラフであり、図７は、図５の試験片により測定された接着財内の圧電材料体積分率と疲労寿命の関係を示すグラフである。
【００４０】
接着剤４１は、エポキシ系高分子樹脂材料４２と、その高分子樹脂材料４２と混合された圧電材料４３とで構成される。図５の実験において、圧電材料４３は、平均粒径が０．８μｍである石英が用いられた。実験における平均力は、８ＭＰａのせん断応力が作用された。
【００４１】
ねじり力による接合部安全性をテストするために、被接着体４４、４５は、所定の部分が接着された状態の円筒状に形成される。被接着体４４、４５は、縦断面が円形である単面重ね継ぎで接着されている。被接着体４４、４５は、外部被接着体４４と、外部被接着体４４の一端面に長さＬだけ接着された内部被接着体４５とで構成される。外部被接着体４４と内部被接着体４５の接着されていない部分の間は、テフロンスペーサ４７で間隔が維持される。これは、外部被接着体４４と内部被接着体４５の長さＬで接着される部分による電荷量データのみを得るためである。
【００４２】
図６を参照すると、圧電材料４３として石英が混合された接着剤４１で結合された被接着体４４、４５が、石英が混合されていない接着剤で結合された被接着体に比べて、さらに大きな電荷密度を発生させることが確認される。接着剤中の圧電材料４３の体積分率が５ｖｏｌ％である場合、電荷密度が４．３ｎＣ／ｍ２程度に測定され、接着剤中の圧電材料４３の体積分率が１０ｖｏｌ％である場合、電荷密度が３．９ｎＣ／ｍ２程度に測定されたことが確認される。これに対して、圧電材料が全く混合されていない場合である圧電材料の体積分率が０ｖｏｌ％である場合は、電荷密度が１．０ｎＣ／ｍ２を少し超える数値で測定されたことが確認される。
【００４３】
したがって、圧電材料が接着剤の所定の体積を占める場合、接着剤から発生する電荷密度の敏感度が、圧電材料が全く混合されていない場合に比べて遥かに大きい。特に、接着剤４１に圧電材料４３が５ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％の体積分率で混合された場合、電荷密度の大きさが３．９ｎＣ／ｍ２〜４．３ｎＣ／ｍ２の範囲内で測定され、他の範囲の体積分率で混合された場合に比べて、さらに高い電荷密度を示した。
【００４４】
より詳しくは、図７を参照すると、圧電材料４３として石英が混合された接着剤４１で結合された被接着体４４、４５が、石英が混合されていない接着剤で結合された被接着体に比べて、さらに大きい疲労寿命を有するということが確認される。特に、接着剤４１に圧電材料４３が５ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％の体積分率で混合された場合、他の範囲の体積分率で混合された場合に比べて、さらに高い疲労寿命を有するものと確認された。
【００４５】
接着剤４１への圧電材料４３の体積分率は、周囲のパラメータに応じて異なり、５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％であることが好ましい。圧電材料４３の体積分率が５ｖｏｌ％以下である場合は、圧電材料４３の圧電率が顕著に落ちるのに対して、圧電材料４３の体積分率が３０ｖｏｌ％以上である場合は、圧電材料４３の含有が多過ぎ、均一な圧電材料４３の分布が得られ難くなる。伝導性材料１１、２１、３１もまた、このような理由で、体積分率が５ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００４６】
図８は、本発明に係る接合部安全性検査方法のフローチャートである。接合部安全性を検査するために、先ず、圧電材料または伝導性材料を接着剤に均一に混合する（Ｓ５０）。圧電材料１３、２３は、上述した所定の形状を有し、圧電特性を有する所定の材料で構成される。伝導性材料３３は、粉末状の電動特性を有する材料であってもよい。
【００４７】
圧電材料１３、２３または伝導性材料３３を接着剤１１、２１、３１に均一に混合するために多様な手段が適用され得る。均一な混合のために、接着剤１１、２１、３１に圧電材料１３、２３または伝導性材料３３を容器に収容し、機械的な撹拌機でこれらを混合させることができる。それだけではなく、容器に一緒に収容された圧電材料１３、２３または伝導性材料３３を超音波発振器による超音波振動により混合させることができる。
【００４８】
圧電材料１３、２３または伝導性材料３３を接着剤１１、２１、３１に均一に混合した後、被接着体１４、２４、３４間に混合された接着剤１１、２１、３１を硬化させる（Ｓ５２）。接着剤の硬化のために、接着剤１１、２１、３１は、被接着体１４、２４、３４間に塗布された後、加熱される。加熱後、接着剤１１、２１、３１を挟んで被接着体１４、２４、３４が加圧されながら、接着剤１１、２１、３１が冷却される。それにより、被接着体１４、２４、３４間で接着剤１１、２１、３１が固着される。接着剤１１、２１、３１を硬化させた後、接着剤１１、２１、３１を加温しながら、電流を通じさせることにより、圧電材料１３、２３または伝導性材料３３の電界方向を整列させることができる。このような整列工程を分極といい、この段階では、実験時に加えられる力の方向に沿って、圧電材料１３、２３または伝導性材料３３が向かうように電流を流す。
【００４９】
接着剤１１、２１、３１が、被接着体１４、２４、３４間で硬化され固着された後、被接着体１４、２４、３４を電気的に連結する（Ｓ５４）。被接着体１４、２４、３４間の電気的連結は、導線１６、２６、３６等を介して連結される。この場合、各導線１６、２６、３６は、電荷量測定装置１８、２８、３８の端子にそれぞれ連結される。
【００５０】
被接着体１４、２４、３４の両端を電荷量測定装置１８、２８、３８の端子にそれぞれ連結した後、被接着体１４、２４、３４に力を加え、流れる電荷量を測定する（Ｓ５６）。被接着体１４、２４、３４に力を加える場合、接着剤１１、２１、３１は、圧電特性を有するので、それ自体から電荷が放出される。特に、接着剤１１、２１、３１は、圧電特性が強化するように、圧電材料１３、２３または微細な圧電特性を有する材料に伝導性材料３３と混合され、圧電による信号伝達の敏感度が高い材料で構成される。それにより、被接着体１４、２４、３４に力が加えられる場合、導線１６、２６、３６間に流れる電荷量、すなわち、被接着体１４、２４、３４間に流れる電荷量を測定することができる。
【００５１】
被接着体１４、２４、３４に加えられる加圧力は、作製しようとする接合構造物の用途に応じて異なる力が適用される。それにより、加圧力は、圧縮応力またはせん断応力等の多様な形態で適用され得る。加圧力がせん断応力で作用する場合、圧電単繊維を接着剤に混合させることが好ましい。
【００５２】
電荷量が測定された後、測定された電荷量に基づいて、被接着体と接着剤との間の接合損傷の有無を判断し、事前に得られた電荷量と疲労寿命の関係データにより残存寿命を予測する（Ｓ５８）。被接着体１４、２４、３４と接着剤１１、２１、３１との間の接着状態が悪い場合、すなわち、接着面が小さくなった場合は、荷重を支持する接着有効断面積が減少する。有効断面積の減少は、同じ力に対しても、作用する応力の大きさを大きくし、接着状態が良好な場合に比べて、相対的に大きい値の電荷量が検出されるようにする。したがって、検出された電荷量の大きさが大きいほど、接着面の接着状態がよくないと判断することができる。
【００５３】
また、残存寿命を予測するために、所定の応力が作用する場合において、事前に測定した電荷密度と疲労寿命との関係を、図１に示すようにデータ化する。それにより、一定の時間で被接着体１４、２４、３４に力を加える場合の測定された電荷量に基づいて電荷密度を計算することができ、計算された電荷密度での疲労寿命を事前に整理されたデータにより予測することができる。
【００５４】
上述した実施例は、本発明の好適な実施例を説明したものに過ぎず、本発明の権利範囲は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と特許請求の範囲内において、この分野の当業者により、様々な変更、変形または置換が可能であり、このような実施例は、本発明の範囲に属するものと理解されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、圧電材料または伝導性材料が混合された接着剤を用いて接合構造物を作製することにより、接合部の安全性検査の際に作用する力に対して大きな電荷量が検出でき、検査の敏感度を向上させることができるという顕著な効果がある。また、本発明は、大きな電荷量が検出され、別途の増幅器等の装置が必要でない。さらには、本発明は、圧電材料または伝導性材料を混合して熱膨張係数を低くすることにより、残留熱応力を減少させ、強度を増加させ、接合構造物の疲労特性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、接着剤が特定の疲労荷重を受ける際に発生する電荷密度と疲労寿命の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施例に係る接合構造物の構成および検査方法の概念図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施例に係る接合構造物の構成および検査方法の概念図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施例に係る接合構造物の構成および検査方法の概念図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施例に係る接着剤を用いた円筒形ねじり疲労試験片を示す断面図である。
【図６】図６は、図５の試験片により測定された接着剤内の圧電材料体積分率と１０００サイクルでの電荷密度との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、図５の試験片により測定された接着財内の圧電材料体積分率と疲労寿命の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明に係る接合部安全性検査方法のフローチャートである。
【図１】
2008521240.tif 000005
【図２】
2008521240.tif 000006
【図３】
2008521240.tif 000007
【図４】
2008521240.tif 000008
【図５】
2008521240.tif 000009
【図６】
2008521240.tif 000010
【図７】
2008521240.tif 000011
【図８】
2008521240.tif 000012
【国際調査報告】
2008521240.tif 000013
2008521240.tif 000014
2008521240.tif 000015