(57)【要約】【課題】ピエゾ素子の引張方向の強度を高めることのできる圧電素子構造を提供する。【解決手段】ピエゾ素子２に電極３，４が接合されている。圧縮変形させた状態にあるピエゾ素子２を電極３，４が拘束していることによって、当該ピエゾ素子２に圧縮残留応力を作用させている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮残留応力が作用している圧電素子を備えていることを特徴とする圧電素子構造。
【請求項２】
前記圧電素子と接合されている接合部材を備え、圧縮させた状態にある前記圧電素子を前記接合部材が拘束していることによって、前記圧電素子に圧縮残留応力が作用している請求項１に記載の圧電素子構造。
【請求項３】
前記接合部材は電極材料によって構成されている請求項１又は２に記載の圧電素子構造。
【請求項４】
前記接合部材は前記圧電素子を両側から挟んで当該圧電素子と接合されている請求項２又は３に記載の圧電素子構造。
【請求項５】
前記接合部材の厚さは、前記圧電素子の厚さよりも薄い請求項２〜４のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
【請求項６】
前記接合部材と前記圧電素子とは熱硬化性の接着剤により接合している請求項２〜５のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
【請求項７】
前記接合部材と前記圧電素子とは圧接により接合している請求項２〜５のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
【請求項８】
前記圧電素子は、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量と、圧縮方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量とがほぼ同等となるように圧縮残留応力が作用している請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の複数の圧電素子構造と、この圧電素子構造の圧電効果によって出力される信号を処理する処理装置と、を備えたことを特徴とするモニタリング装置。
【請求項１０】
圧電素子と接合部材とを備えた圧電素子構造を製造する製造方法であって、
前記接合部材を膨張させ、膨張した状態の当該接合部材と前記圧電素子とを一体とし、当該接合部材を収縮させることを特徴とする圧電素子構造の製造方法。
【請求項１１】
加熱することによって前記接合部材を膨張させ、この加熱によって前記圧電素子と前記接合部材とを一体とする請求項１０に記載の圧電素子構造の製造方法。
【請求項１２】
加熱することによって、前記接合部材を膨張させると共に、熱硬化性の接着剤により当該接合部材と前記圧電素子とを接合する請求項１１に記載の圧電素子構造の製造方法。
【請求項１３】
前記圧電素子と前記接合部材とを圧接により一体とする請求項１０に記載の圧電素子構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子を備えている圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば圧力容器や航空機の機体等の構造物において、この構造物を構成している材料内部、継目部等に生じている欠陥が構造物全体の破壊の基点となり得ることが知られており、このような欠陥を迅速かつ正確に検出する技術の開発が望まれている。従来、欠陥の検出のために、Ｘ線や超音波を利用した非破壊検査技術が用いられてきたが、近年、リアルタイムに構造物の健全性を評価できるＳＨＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）技術が提案されている。このＳＨＭ技術では、光ファイバーを用いたもの、圧電素子を用いたものがある（例えば非特許文献１参照）。このうち圧電素子を用いたものは、少数の素子によって広範囲をモニタリングできるという利点がある。
【０００３】
【非特許文献１】Takayuki kusaka, Peter X.Qing and Fu-Kuo Chang, "Effect Of Mechanical Loading On The Performance Of Piezo Effect Transducer For The Health Monitoring Of Composite Pressure Vessels" Elevated Temperature Design And Analysis , Nonlinear analysis, And Plastic Components, 472(2004), 119-124.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のようなＳＨＭ技術に使用される代表的な圧電素子としてピエゾ素子がある。ピエゾ素子を構造物の各部に埋め込んでセンサとして使用した場合に、ピエゾ素子は脆性な材料であるために、構造物に生じた外力（負荷）の影響によって素子そのものが破損してしまうことが考えられる。一般的に、ピエゾ素子（ＰＺＴ素子）は、圧縮方向の破断ひずみが０．３％程度であるのに対して、引張方向の破断ひずみは０．１％であり、特に引張方向に大きな外力が作用すると破損しやすい傾向にある。
【０００５】
そこで、この発明は、圧電素子の引張方向の強度を高めることのできる圧電素子構造、この圧電素子構造を備えたモニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するためのこの発明の圧電素子構造は、圧縮残留応力が作用している圧電素子を備えているものである。前記のとおり、一般的に、圧電素子の引張方向の破断ひずみは圧縮方向の破断ひずみよりも小さい。そこで、この圧電素子構造によれば、圧電素子に予め圧縮残留応力が作用しているため、圧電素子において、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量を大きくすることができる。すなわち、圧電素子の引張方向の強度を高めることができる。
【０００７】
また、前記圧電素子構造は、前記圧電素子と接合されている接合部材を備え、圧縮させた状態にある前記圧電素子を前記接合部材が拘束していることによって、前記圧電素子に圧縮残留応力が作用している構成とすることができる。これによれば、圧電素子と接合されている接合部材が、圧縮させた状態にある圧電素子を拘束していることによって、圧電素子に圧縮残留応力を作用させた状態とすることができる。
【０００８】
また、この圧電素子構造において、前記接合部材は電極材料によって構成されているのが好ましい。これによれば、接合部材は、電極として機能すると共に、圧電素子に圧縮残留応力を付与するための部材としても機能している構造となる。
また、前記接合部材は前記圧電素子を両側から挟んで当該圧電素子と接合されているのが好ましい。これによれば、接合部材は、圧縮させた状態にある圧電素子を両側から拘束することができるので、圧電素子に反り（偏った変形）が生じることを防止できる。
【０００９】
また、前記接合部材の厚さは、前記圧電素子の厚さよりも薄いのが好ましい。これによれば、接合部材の剛性が高くなることによって圧電素子が変形しにくくなり、当該圧電素子の圧電効果（感度）が低くなることを防止できる。
また、前記圧電素子構造において、前記接合部材と前記圧電素子とは熱硬化性の接着剤により接合しているのが好ましい。これによれば、加熱することによって接合部材と圧電素子とを接着剤により接合することができる。このように加熱によって接合部材と圧電素子とを接合することができると共に、その加熱により接合部材を熱膨張させることができる。そして、圧電素子と接合され熱膨張していた接合部材が冷えることにより、当該接合部材が収縮することで圧電素子を圧縮させ、圧電素子に圧縮残留応力を付与することができる。または、前記接合部材と前記圧電素子とは圧接により接合しているのが好ましい。
【００１０】
また、前記圧電素子は、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量と、圧縮方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量とがほぼ同等となるように圧縮残留応力が作用しているのが好ましい。前記のとおり、圧電素子の引張方向の破断ひずみは圧縮方向の破断ひずみよりも小さいが、圧電素子にこのような圧縮残留応力を作用させることにより、引張方向と圧縮方向の破断ひずみをほぼ同等とすることができる。
【００１１】
また、この発明のモニタリング装置は、複数の前記圧電素子構造と、この圧電素子構造の圧電効果によって出力される信号を処理する処理装置とを備えたものである。この構成によれば、複数の圧電素子構造を検査対象物（構造物）に取り付け、処理装置はこれら圧電素子からの出力を処理することで、圧電素子構造をセンサとして機能させ、検査対象物の解析を行うことができる。
【００１２】
また、この発明の圧電素子構造の製造方法は、圧電素子と接合部材とを備えた圧電素子構造を製造する製造方法であって、前記接合部材を膨張させ、膨張した状態の当該接合部材と前記圧電素子とを一体とし、当該接合部材を収縮させる。この製造方法によれば、膨張した接合部材を収縮させると、この接合部材と一体となっている圧電素子に圧縮残留応力が作用した状態となる。
【００１３】
また、この製造方法において、加熱することによって前記接合部材を膨張させ、この加熱によって前記圧電素子と前記接合部材とを一体とするのが好ましい。これによれば、加熱によって、接合部材を膨張させることができると共に、圧電素子と接合部材とを熱によって接合することができる。つまり、加熱によって、接合部材の膨張、及び、接合部材と圧電素子との一体化を複合的に行うことができる。
また、この場合において、加熱することによって、前記接合部材を膨張させると共に、熱硬化性の接着剤により当該接合部材と前記圧電素子とを接合するのが好ましい。これによれば、加熱によって接合部材を膨張させると、熱硬化性の接着剤によってこの接合部材と圧電素子とが接着され一体となる。そして、圧電素子と一体となった接合部材が冷えることによって接合部材は収縮し圧電素子を圧縮させ、圧電素子に圧縮残留応力を付与することができる。
または、前記製造方法において、前記圧電素子と前記接合部材とを圧接により一体とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、圧電素子に予め圧縮残留応力が作用しているため、圧電素子において、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量を大きくすることができ、圧電素子の引張方向の強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明のモニタリング装置の実施の一形態を示している概略構成図である。この発明のモニタリング装置は、タンク等の圧力容器や航空機の機体等の構造物（例えばＣＦＲＰ材）における応力分布等を検出することができるものであり、構造物の健全性をリアルタイムに評価できるＳＨＭ技術に適用することができる。図１は構造物Ｓとして圧力容器の健全性を評価する場合を示している。このモニタリング装置Ｍは、複数の圧電素子構造１と、この圧電素子構造１の圧電効果によって出力される信号を処理する処理装置１０とを備えている。
【００１６】
図２は、図１のモニタリング装置Ｍが備えている圧電素子構造１及び処理装置１０を示している概略構成図である。図１と図２とにおいて、各圧電素子構造１は、構造物Ｓを構成している部材に取り付けられており、圧電素子（以下、ピエゾ素子という）２と、このピエゾ素子２と接合している一対の接合部材とを備えている。ピエゾ素子２としてはジルコン酸チタン酸鉛セラミック（ＰＺＴ）がある。接合部材は、電極材料によって構成されており、ピエゾ素子２を両側から挟んで当該ピエゾ素子２と接合されている電極３，４である。つまり、この圧電素子構造１は、一対の電極３，４とこれらに挟まれたピエゾ素子２とを有しており、構造物Ｓに生じている力（変位）を圧電効果により電圧に変換することによって、その力（変位）を電気的に検出するセンサを構成している。
【００１７】
電極３，４のそれぞれにはリード線３ａ，４ａが繋がっており、これらリード線３ａ，４ａは処理装置１０と繋がっている。処理装置１０は、各圧電素子構造１からの信号を受信し処理する計算機（コンピュータ）１１と、この計算機１１によって処理した情報を表示する表示部（モニタ）１２とを有している。計算機１１は、アンプ１１ａ、電圧測定部１１ｂ及び解析部１１ｃを有している。計算機１１（解析部１１ｃ）は、複数の圧電素子構造１からの信号により当該圧電素子構造１がそれぞれ取り付けられている部分に作用している力（変位）を求め、当該電素子構造１がそれぞれ取り付けられている部分の位置情報に基づいて、構造物Ｓに作用している応力又はひずみを、表示部１２を利用してリアルタイムでモニタリングすることができる。なお、前記位置情報は、予め計算機１１に入力され記憶されている。
【００１８】
図２は、構造物Ｓに貼り付けた圧電素子構造１について側方から見た概略の構成図であり、図２の圧電素子構造１において、ピエゾ素子２と一対の電極３，４とリード線３ａ，４ａの一部とは支持体５によって支持されている。支持体５は例えばポリイミド等の樹脂からなり圧電素子構造１の基板及び保護材としても機能している。この支持体５が構造物Ｓの各部分に貼り付けられている。電極３，４の材料は従来利用されている金属製とすることができ、例えば、銅、白金等である。なお、支持体５を省略し、ピエゾ素子２と一対の電極３，４とを構造物Ｓの各部材に直接貼り付けてもよい。
【００１９】
このピエゾ素子２には圧縮残留応力（圧縮残留ひずみ）が作用している。この圧縮残留応力は、圧縮（圧縮変形）させた状態にあるピエゾ素子２を、当該ピエゾ素子２と接合している電極３，４が拘束していることによって、当該ピエゾ素子２に付与（導入）されている。この圧電素子構造１を、構造物Ｓの各部分に作用している引張又は圧縮の応力（ひずみ）を検出するセンサとして利用するために、ピエゾ素子２に作用している圧縮残留応力の方向（圧縮方向）は、構造物Ｓの各部分に作用している応力（ひずみ）を検出するために意図する検出方向（センシング方向）と一致している。
【００２０】
この圧電素子構造１の製造方法について図３により説明する。
この製造方法は、ピエゾ素子２の両面に電極３，４を接合して圧電素子構造１を製造する方法である。シート状（薄い板状）の電極３，４がピエゾ素子２を両側から挟んだ状態で（図３（ａ））、これら電極３，４をその面方向に膨張させ（図３（ｂ））、膨張した状態の当該電極３，４とピエゾ素子２とを一体とし（図３（ｃ））、電極３，４を収縮させる（圧縮させる）ことによって行われる（図３（ｄ））。このように、面方向に膨張した電極３，４とピエゾ素子２とを一体としてから、その電極３，４を収縮させることで、この電極３，４と一体となっているピエゾ素子２を圧縮し、ピエゾ素子２に圧縮残留応力が作用した状態とする。この圧縮残留応力が生じている方向は電極３，４の面方向（面方向に平行な方向）となる。また、図３（ｄ）の状態で、ピエゾ素子２と電極３，４との輪郭形状は略同じ大きさである円形となっている。
【００２１】
この製造方法をさらに説明すると、電極３，４の膨張は当該電極３，４を加熱することによって行われ、さらに、この加熱によってピエゾ素子２と電極３，４とを一体としている。加熱によってピエゾ素子２と電極３，４とを一体とする具体的な方法は、図３（ａ）の状態とする際に、ピエゾ素子２と電極３，４とのそれぞれの間に熱硬化性の接着剤６を介在させている。なお、加熱前の状態ではピエゾ素子２と電極３，４とは接着剤６により接合されていない。そして、これを加熱することによって、電極３，４をその面方向に膨張させる（図３（ｂ））と共に、その加熱によって熱硬化性の接着剤６により電極３，４とピエゾ素子２とを一体とする（接合する）。そして電極３，４を冷却することにより収縮させる（圧縮させる）。なお、図３（ｂ）において、説明を容易とするために、電極３，４とピエゾ素子２とを離して記載している。
【００２２】
この製造方法では、シート状の電極３，４（金属板）がピエゾ素子２を両側から挟んでいる状態とし、これら電極３，４を加熱するとピエゾ素子２も同時に加熱される。なお、金属製である電極３，４の線膨張係数は、ピエゾ素子２の線膨張係数よりも大きいことから、前記加熱によって電極３，４はピエゾ素子２よりも膨張度が大きくなっている（図３（ｂ）参照）。ピエゾ素子２よりも大きく膨張した電極３，４が、当該ピエゾ素子２と熱硬化性の接着剤６によって一体とされているため、電極３，４とピエゾ素子２とは冷えると収縮するが、電極３，４がピエゾ素子２を圧縮させ、ピエゾ素子２を圧縮させた状態で電極３，４が拘束し、ピエゾ素子２に圧縮残留応力を付与することができる。
【００２３】
なお、前記製造方法では、ピエゾ素子２と電極３，４との接合を熱硬化性の接着剤６を利用したが、この他に、ピエゾ素子２と電極３，４とを圧接により接合するのが好ましい。具体的には、圧力、熱を利用して固体同士、つまりピエゾ素子２と電極３，４とを溶融させることなく接合する方法としての固相接合がある。
この製造方法では、シート状の電極３，４（金属板）がピエゾ素子２を両側から挟んでいる状態とし、これら電極３，４とピエゾ素子２とを、その厚さ方向に加圧、加熱し圧接する。金属製である電極３，４の線膨張係数は、ピエゾ素子２の線膨張係数よりも大きいことから、加熱によって電極３，４はピエゾ素子２よりも膨張度が大きくなる。ピエゾ素子２よりも大きく膨張した電極３，４と当該ピエゾ素子２とは、圧接により一体とされるため、電極３，４とピエゾ素子２とは冷えると収縮するが、電極３，４がピエゾ素子２を圧縮させ、ピエゾ素子２を圧縮させた状態で電極３，４が拘束し、ピエゾ素子２に圧縮残留応力を付与することができる。
【００２４】
また、この各製造方法によって製造される圧電素子構造１において、電極３，４のそれぞれの厚さｔ２，ｔ３は、ピエゾ素子２の厚さｔ１よりも薄く設定されている（ｔ２＜ｔ１、ｔ３＜ｔ１）。特に、対をなす電極３，４の合計厚さ（ｔ２＋ｔ３）が、ピエゾ素子２の厚さｔ１よりも薄く設定されているのが好ましい（ｔ２＋ｔ３＜ｔ１）。また、図示している圧電素子構造１では、一方の電極３と他方の電極４とは同じ厚さであり、この場合、電極３，４のそれぞれの厚さｔ２，ｔ３は、ピエゾ素子２の厚さｔ１の半分よりも薄く設定されている（ｔ２＜ｔ１／２、ｔ３＜ｔ１／２）。具体的には、電極３，４の厚さｔ２，ｔ３を０．０５ｍｍとし、ピエゾ素子２の厚さｔ１を０．２ｍｍとすることができる。このように電極３，４をピエゾ素子２よりも薄くすることにより、電極３，４自身の剛性が高くなることを防ぎ、ピエゾ素子２が変形しにくくなって当該ピエゾ素子２の圧電効果（感度）が低くなることを防止できる。なお、電極３，４のそれぞれの厚さｔ２，ｔ３の下限値は、取り扱いを考慮すると０．０３ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２５】
前記製造方法において、熱硬化性の接着剤６を使用する場合は、その接着剤６を従来使用されているものとすることができ、例えばエポキシ系接着剤がある。また、加熱して接合するための加熱温度は１２０℃〜１５０℃とすることができる。
【００２６】
以上の製造方法は、薄い金属板からなる電極３，４は、ピエゾ素子２よりも熱膨張特性が大きく、電極３，４（これと共にピエゾ素子２）に熱的処理を施し、熱膨張特性の差違により電極３，４がピエゾ素子２に対して圧縮残留応力を付与している方法であると言える。
以上の製造方法によれば、ピエゾ素子２及び電極３，４を加熱することにより、ピエゾ素子２に圧縮残留応力を付与するための電極３，４の膨張、及び、電極３，４とピエゾ素子２との一体化を複合的に行うことができる。そして、ピエゾ素子２と一体となった電極３，４が冷えることによって電極３，４は収縮し、電極３，４はピエゾ素子２を圧縮し、ピエゾ素子２に圧縮残留応力を簡単に付与することができる。
【００２７】
また、この圧電素子構造１において、ピエゾ素子２に残留圧縮応力を付与するための電極３，４を、当該ピエゾ素子２の両面に設け、これら電極３，４を同時に加熱して膨張させ、同時に冷却することにより、ピエゾ素子２を圧縮させ、この圧縮させた状態にあるピエゾ素子２を電極３，４が両側から拘束することができる。これにより、ピエゾ素子２のうちの一方の電極３側の部分と他方の電極４側の部分とは、同じ大きさの変形が生じ、ピエゾ素子２に反りが生じることを防止できる。
【００２８】
また、一般的に、ピエゾ素子２の引張方向の破断ひずみは＋０．１％程度であり圧縮方向の破断ひずみは−０．３％程度である。そこで、この製造方法によって製造された圧電素子構造１において、引張方向のひずみを＋（プラス）とし圧縮方向のひずみを−（マイナス）とすると、ピエゾ素子２の圧縮残留ひずみを、−０．０５％〜−０．２％と設定するのが好ましい。
特に、ピエゾ素子２に、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量と、圧縮方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量とがほぼ同等となるように圧縮残留応力（圧縮残留ひずみ）が作用している状態とするのが好ましい。具体的に説明すると、圧縮残留ひずみを−０．１％とする圧縮残留応力が、ピエゾ素子２に作用している状態とするのが好ましい。これは、前記のとおり、ピエゾ素子２の引張方向の破断ひずみは圧縮方向の破断ひずみよりも小さいため、引張方向の圧電効果（感度のレンジ）は圧縮方向に比べて小さくなるが、前記製造方法によって、圧縮残留ひずみを−０．１％とする圧縮残留応力が、ピエゾ素子２に作用している状態とすることにより、引張方向の圧電効果（感度のレンジ）を、圧縮方向の圧電効果と同等とすることができる。
【００２９】
また、前記のとおり、ピエゾ素子２の引張方向の破断ひずみは圧縮方向の破断ひずみよりも小さいため、引張方向に大きな負荷が作用することによってピエゾ素子２は破損しやすい傾向にあり、また、このピエゾ素子２をセンサとして使用した場合に、引張方向の負荷に対する測定レンジが狭くなり感度が低くなる。しかし、この発明の圧電素子構造１によれば、ピエゾ素子２に圧縮残留応力を作用させた状態としていることにより、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量を大きくすることができる。このため、ピエゾ素子２の引張方向の強度を高めることができ、さらに、引張方向の負荷に対する測定レンジが広くなり感度が向上する。つまり、引張方向の負荷に対する感度特性の低下の臨界ひずみを向上させることができる。そして、ピエゾ素子２に圧縮残留応力を付与するための部材（接合部材）を電極３，４としているため、部材数を増やさないで済む。つまり、電極３，４はピエゾ素子２に残留応力を付与する付与部材を兼ねている。
【００３０】
図４は、この発明の圧電素子構造（実施例）におけるひずみと感度との関係を示しているグラフである。この実施例は、図２に示している構成のものあって、この発明の製造方法によって、圧縮残留応力が作用しているピエゾ素子２を備えている。実施例の圧電素子構造１（図２参照）は、直径が１０ｍｍであり厚さｔ１が０．２ｍｍである円板形状のピエゾ素子２の両面に、直径が１０ｍｍであり厚さｔ２，ｔ３が０．０５ｍｍである円板形状の銅板を、エポキシ系の熱硬化性接着剤６を利用し、１３５℃で加熱して接合したものである。このようにして得た圧電素子構造１を試験片（ＣＦＲＰ）に貼り付け、これに万能材料試験器を使用して外力（引張力）を負荷し、試験片の平均ひずみにして０．０５％のインターバルで負荷と除荷とを繰り返し、負荷時と除荷時との感度特性を測定した結果が図４である。図４の横軸は試験片の平均ひずみであり、縦軸は、実施例の圧電素子構造１の出力電圧ηであり、無負荷時の出力電圧η０で無次元化（規格化）している。また、図４の○は負荷中の測定結果であり、●は除荷後の測定結果である。
【００３１】
図５は、従来の圧電素子構造（従来例）におけるひずみと感度との関係を示しているグラフである。この従来例は、前記実施例と同じ形状のピエゾ素子と電極を有しているが、電極を形成するために金属ペーストを利用したものである。したがって、ピエゾ素子には残留圧縮応力は作用していない。この従来例の圧電素子構造を実施例と同じ試験片に貼り付け、同じ試験を行った結果が図５である。
【００３２】
図５において、従来例では、ひずみ（ε）＝０．０５％までは感度（η／η０）が略一定であるが、この値を超えると感度は大幅に低下している。つまり、従来例の感度低下の臨界点はε＝０．０５％となっている。
これに対して、図４の実施例では、感度低下の臨界点はε＝０．２％であり、従来例に比べて、引張方向の強度特性が大幅に向上していることが確認できる。つまり、引張方向の負荷に対する感度特性の低下の臨界ひずみが向上している。なお、ε＝０．２％を越えると感度は低下しているが、一般的な鋼の永久ひずみが０．２％であることから、この圧電素子構造１を前記ＳＨＭ技術に適用するためのセンサとする場合、ε＝０．２％を越える部分については問題とならない。以上より、この発明によれば、ピエゾ素子２の強度特性と感度特性との両立が可能となる。
【００３３】
そして、この発明の圧電素子構造１を備えているモニタリング装置Ｍ（図１）によれば、複数の圧電素子構造１を検査対象物である構造物Ｓに取り付け、処理装置１０はこれら圧電素子１からの出力を処理することで、圧電素子構造１をセンサとして機能させ、構造物Ｓの解析を行うことができる。そして、構造物Ｓにおける圧電素子構造１の取り付け位置は、継目部（材質が金属である場合の溶接部）乃至その近傍部、断面の形状が大きく変化する断面変化部とするのが好ましい。これは、継目部に欠陥が生じやすく、継目部に生じた欠陥が構造物全体の破壊の基点になることが知られているためである。また、断面変化部では大きな応力が生じやすいためである。圧電素子構造１の数を少なくしても、このように複数の圧電素子構造１を配置して構造物Ｓに貼り付けることにより、正確かつ迅速な欠陥の検出が可能となる。
【００３４】
また、本発明は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。前記実施形態では、圧電素子構造１を、変位から電圧を得るセンサとして説明したが、電圧から変位を得るアクチュエータとしても使用できる。この場合、ピエゾ素子２に作用している圧縮残留応力の方向（圧縮方向）は、アクチュエータとして動作させる方向と一致している。
また、この圧電素子構造１を備えたモニタリング装置Ｍは、金属製の構造物Ｓ以外に、ＦＲＰ（ＣＦＲＰ）等の複合材料からなる構造物Ｓに対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明のモニタリング装置の実施の一形態を示している概略構成図である。
【図２】モニタリング装置が備えている圧電素子構造及び処理装置を示している概略構成図である。
【図３】圧電素子構造の製造方法を説明している説明図である。
【図４】この発明の圧電素子構造におけるひずみと感度との関係を示しているグラフである。
【図５】従来の圧電素子構造におけるひずみと感度との関係を示しているグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１  圧電素子構造
２  ピエゾ素子（圧電素子）
３  電極（接合部材）
４  電極（接合部材）
６  接着剤
１０  処理装置
Ｓ  構造物
Ｍ  モニタリング装置
【図１】
2008218783.tif 000003
【図２】
2008218783.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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