(57)【要約】【課題】必要とされる歪範囲内で構造体に作用した歪の累積値を検出できる損傷センサを提供する。【解決手段】多数の空隙を有するセラミックスマトリックス１０と、該セラミックスマトリックス１０において一定の方向性を持って配置される絶縁性繊維１２と、該絶縁性繊維１２に沿う多数の導電性粒子４の連続的な接触構造による導電経路６と、を備え、これにより、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
損傷センサであって、
多数の空隙を有するセラミックスマトリックスと、
該セラミックスマトリックスにおいて一定の方向性を持って配置される絶縁性繊維と、
該絶縁性繊維に沿う多数の導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路と、
を備え、
これにより、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持する、損傷センサ。
【請求項２】
前記絶縁性繊維は少なくとも一つの方向に沿って前記セラミックスマトリックスにおいて連続的に存在している、請求項１に記載の損傷センサ。
【請求項３】
前記セラミックスマトリックスにおける前記多数の空隙は、導電性粒子と有機高分子材料とセラミックスマトリックス材料とを含有する前駆体を熱処理して得られる、請求項１又は２に記載の損傷センサ。
【請求項４】
前記セラミックスマトリックスの表層側には絶縁性被覆層を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の損傷センサ。
【請求項５】
前記導電性粒子は、金属、炭素もしくは金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物及び金属ホウ化物からなる群から選択される１種あるいは２種以上の導電性セラミックス粒子を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の損傷センサ。
【請求項６】
前記センサに作用した歪除去後において該歪の作用により生じた導電性変化量の８０％が残留保持される、請求項１〜５のいずれかに記載の損傷センサ。
【請求項７】
シート状体又は棒状体である、請求項１〜６のいずれかに記載の損傷センサ。
【請求項８】
損傷センシング材料であって、
多数の空隙を有するセラミックスマトリックスと、
該セラミックスマトリックスにおいて一定の方向性を持って配置される絶縁性繊維と、
該絶縁性繊維に沿う多数の導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路と、
を備え、
これにより、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持可能な損傷センシング材料。
【請求項９】
損傷センサの製造方法であって、
導電性粒子を含有するセラミックス原料を、該原料において絶縁性繊維が一定の方向性を持って配置されている状態で焼成する工程を備え、
該焼成工程においては、焼成して得られるセラミックスマトリックスに多数の空隙を形成するとともに前記絶縁性繊維に沿って導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路を形成する、製造方法。
【請求項１０】
前記セラミックス原料と前記絶縁性繊維とを備える成型体を焼成して前記有機高分子材料を消失させる第１の焼成工程と、
該第１の焼成工程後の成型体を焼成して前記セラミックス原料を焼結する第２の焼成工程と、
を備える、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁性繊維は少なくとも一つの方向で前記セラミックスマトリックスにおいて連続的に配置されている、請求項９または１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法によって得られる、損傷センサ。
【請求項１３】
構造体の損傷検出方法であって、
請求項１〜７のいずれかに記載の損傷センサを構造体に装着された構造体において、前記損傷センサにおける導電性を検出する工程、
を備える、検出方法。
【請求項１４】
前記構造体には検出可能な歪の最小値が異なる複数の前記損傷センサが装着され、それらセンサの導電性変化を比較することにより作用した歪の大きさと累積数とをそれぞれ検出する、請求項１３に記載の検出方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の損傷センシング材料が装着された構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体における歪又は損傷状態を検出する損傷センサに関し、詳しくは、構造体に作用する引張・圧縮等の応力・歪の累積状態を検出する損傷センサ、損傷センシング材料、損傷センサの製造方法および歪検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道や道路等の社会基盤構造物や輸送機などの構造体あるいはその部分における急速な劣化が顕在化してきている。このような状況下、これらの高い安全性が要求される重要構造体における疲労損傷、破壊、劣化を診断するための累積損傷、すなわち、繰返し作用する歪の大きさと累積数を検出できる健全性モニタリング技術が強く求められていた。
【０００３】
疲労損傷をモニタリング対象とし歪が作用した累積数を材料単体において診断できる知的材料として、Ｓｉ３Ｎ４を連続体、ＳｉＣを強化繊維としたセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）において、連続体中の一部に導電性のＴｉＮ粒子を分散させパーコレーション構造を形成させ、曲げサイクル試験における導電性変化より累積数を診断できる可能性が報告されている（非特許文献１）。
【非特許文献１】M. Takada, H. Matsubara, S.-G. Shin, T. Mitsuoka and H. Yanagida, “Self-Diagnosis Function in SiC-Fiber/Si3N4-Matrix Composites Containing Electrical Conductors”, J. Ceram. Soc. Jpn, 108 [4], 397-401 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この手法では、応力振幅比（＝最大応力／静的曲げ強度）は０．５および０．７のみであり、より低い応力振幅比での評価が課題として残されている。また、累積損傷の繰返し回数も１００回程度に留まっており、高サイクルでの評価は実施されていない。
そこで、本発明は、必要とされる歪範囲内で構造体に作用した歪の累積値を検出できる損傷センサ、損傷センシング材料、損傷センサの製造方法、損傷検出方法および構造体を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、構造体に作用した歪の累積値を精度よく検出できる損傷センサ、損傷センシング材料、損傷センサの製造方法、損傷検出方法および構造体を提供することを他の一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題の少なくとも一部を解決するために、セラミックス材料の脆性的な破壊挙動を応用することに着目し、セラミックス基複合材料のマトリックスに導電性をもたせるとともに、繊維材料によってセラミックスマトリックスを強化する一方でセラミックスマトリックスを多孔質化することで損傷および累積損傷を検出できるという新たな知見を得た。さらに、この知見に基づいて、必要とされる歪範囲内で構造体に作用した歪の累積値を検出できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。
【０００６】
本発明の一つの形態によれば、損傷センサであって、多数の空隙を有するセラミックスマトリックスと、該セラミックスマトリックスにおいて一定の方向性を持って配置される絶縁性繊維と、該絶縁性繊維に沿う多数の導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路と、を備え、これにより、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持する、損傷センサが提供される。この形態においては、前記絶縁性繊維は少なくとも一つの方向に沿って前記セラミックスマトリックスにおいて連続的に存在していることが好ましい態様であり、また、前記セラミックスマトリックスにおける前記多数の空隙は、導電性粒子と有機高分子材料とセラミックスマトリックス材料とを含有する前駆体を熱処理して得られることが好ましい態様である。さらにまた、前記セラミックスマトリックスの表層側には絶縁性被覆層を備えることが好ましい態様である。さらに、前記導電性粒子は、金属、炭素もしくは金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物及び金属ホウ化物からなる群から選択される１種あるいは２種以上の導電性セラミックス粒子を含むことが好ましい態様であり、前記センサに作用した歪除去後において該歪の作用により生じた導電性変化量の８０％が残留保持されることが好ましい態様である。また、これらのいずれかの損傷センサはシート状体又は棒状体であることが好ましい態様である。
【０００７】
また、本発明の他の一つの形態によれば、損傷センサの製造方法であって、導電性粒子を含有するセラミックス原料を、該原料において絶縁性繊維が一定の方向性を持って配置されている状態で焼成する工程を備え、該焼成工程においては、焼成して得られるセラミックスマトリックスに多数の空隙を形成するとともに前記絶縁性繊維に沿って導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路を形成する、製造方法が提供される。この形態において、前記セラミックス原料と前記絶縁性繊維とを備える成型体を焼成して前記有機高分子材料を消失させる第１の焼成工程と、該第１の焼成工程後の成型体を焼成して前記セラミックス原料を焼結する第２の焼成工程と、を備えることが好ましい態様である。また、前記絶縁性繊維は少なくとも一つの方向で前記セラミックスマトリックスにおいて連続的に配置されていることも好ましい態様である。
【０００８】
本発明のさらに他の一つの形態によれば、損傷センシング材料であって、多数の空隙を有するセラミックスマトリックスと、該セラミックスマトリックスにおいて一定の方向性を持って配置される絶縁性繊維と、該絶縁性繊維に沿う多数の導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路と、を備え、これにより、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持可能な損傷センシング材料が提供される。
【０００９】
さらに、本発明の他の一つの形態によれば、上記いずれかの製造方法によって得られる損傷センサが提供され、さらに他の一つの形態によれば、構造体の損傷検出方法であって、上記いずれの損傷センサを構造体に装着された構造体において、前記損傷センサにおける導電性を検出する工程を備える、検出方法が提供される。この形態においては、前記構造体には検出可能な歪の最小値が異なる複数の前記損傷センサが装着され、それらセンサの導電性変化を比較することにより作用した歪の大きさと累積数とをそれぞれ検出することが好ましい態様である。本発明のさらに他の一つの形態によれば、上記損傷センシング材料がが装着された構造体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の損傷センサは、多数の空隙を有するセラミックスマトリックスと、該セラミックスマトリックス中において方向性を持って配置される絶縁性繊維と、該絶縁性繊維に沿う多数の導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路と、を備え、これにより、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持していることを特徴としている。本発明の損傷センサによれば、容易に高い残留率を示す残留抵抗現象が達成され、その残留抵抗値が歪の累積とともに漸増される。このため、必要とされる歪範囲内で構造体に作用した歪の累積値を検出できる損傷センサを提供できるとともに、構造体に作用した歪の累積値を精度よく検出できる損傷センサも提供できる。
【００１１】
なお、本発明の損傷センサにおける累積的歪の検出機構について以下のように考えることができる。一般に、セラミックス基複合材料では、引張変形に対して繊維は破断せずマトリックスに多くのクラック（マルチプルフラクチャー）を発生させる脆性的な破壊挙動を有する材料構造を構成できる。このような挙動を応用して、セラミックスマトリックスに導電性粒子を分散させ変形に対するその導電性変化をモニタリングすることによって、その変形状態を検出できる。ただし、通常のセラミックス基複合材料では、そのマトリックスにおけるクラックは変形回復時には強化繊維の弾性的な回復によって閉口する傾向を示すため、その導電性変化も初期状態へ可逆的に戻ると考えられる。
【００１２】
本発明者らは、負荷除荷後にこの導電性変化を残留させ、その残留抵抗値をもとに累積損傷を記憶させるためには、そのマトリックスクラックを閉口させないなど導電性変化を生じた構造変化をなんらかの形態で残留させる工夫が必要となると考え、セラミックスマトリックスへの多数の空隙の導入という手段を新たに見出すに至った。本発明を理論的に拘束するものではないが、セラミックスマトリックスに多数の空隙を導入することにより、これらの空隙に導電性粒子が移動して一旦開口したクラックの閉口が阻害されること等により導電性粒子の連続的な接触構造の変化を初期状態へ復帰させないことが可能となったものと推論される。さらに、この結果、非常に高い残留率を示す残留抵抗現象が達成され、さらにその残留抵抗値が歪の累積とともに漸増する現象の発現に至った、と推論される。
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、損傷センサについて説明するとともに、その製造方法、損傷センサによる歪の検出方法等について詳細に説明する。
【００１４】
図１には、センシング材料３の構造の一例および損傷センサ２の概略図を示す。損傷センサ２は、センシング材料３と電極２０とを備えている。センシング材料３は、導電性粒子４の連続的な接触構造（パーコレーション構造ともいう。）による導電経路６を有している。この導電経路６は、それ自体がセラミックスマトリックス１０を構成しあるいはセラミックスマトリックス１０に保持されてその接触構造を保持している。このようなセンシング材料３が、損傷センサ２の中核であるセンシング部位を構成している。
【００１５】
（センシング材料）
センシング材料３は、導電性粒子４の連続的な接触構造による導電経路６を有している。導電性粒子の連続的な接触構造とは、導電性粒子が形成するパーコレーション構造を意味している。
【００１６】
導電性粒子４は、その材質として特に限定しないで使用できる。その代表的なものは導電性セラミックスであり、金属や炭素単体も使用することができる。導電性粒子４として導電性セラミックス粒子を用いる場合、該導電性セラミックス粒子の連続的な接触構造によって、セラミックスマトリックス１０の一部あるいは全体を構成できる。
【００１７】
この導電性セラミックスとしては、金属元素を酸化、窒化、炭化、ホウ化して得られる金属酸化物、窒化物、炭化物、硫化物もしくはホウ化物等のセラミックスであり、その金属元素には、遷移金属、典型金属及び半金属を用いることができる。具体的には、インジウム、錫、チタン、ニオブ、アンチモン、タンタル、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデン、バナジウム、シリコン、ルテニウム、レニウム、銅等の金属を酸化、窒化、炭化、ホウ化して得られる金属酸化物、窒化物、炭化物、硫化物もしくはホウ化物等のセラミックスであり、あるいはこれらの複合物を使用することができる。さらに、これらは１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。かかる化合物としては、金属及び得られるその金属化合物とがいずれも高い導電性を有していることが好ましい。この導電性セラミックスとしては、酸化インジウムと酸化錫の複合粒子を使用することが好ましい一形態である。なお、導電性粒子４における結晶性は問わないで用いることができ、その粒子径も特に限定しないで使用することができる。
【００１８】
セラミックスマトリックス１０中における導電性粒子の配合比率は、任意に設定できるが、マトリックス全体として導電性が得られる配合比率とする。好ましくは、導電性粒子４を含むセラミックス１０の全体として、導電性粒子４が５ｖｏｌ％以上とする。５ｖｏｌ％未満では、十分な導電性を得ることが困難だからである。より好ましくは、２０ｖｏｌ％以上である。２０ｖｏｌ％以上であれば、良好な導電性を得やすいからである。また、導電性粒子４として導電性セラミックス粒子を用いる場合には、１００ｖｏｌ％とすることもできる。すなわち、導電性セラミックス粒子のみによってセラミックスマトリックス１０を形成することもできる。また、セラミックスマトリックス１０中の導電性粒子の濃度を空間的に傾斜させることもできる。
【００１９】
（セラミックスマトリックス）
本発明において、セラミックスマトリックス１０は、脆性材料であって、脆性的破壊挙動を示す連続体を意味している。一般的に、固体が外力に対して塑性ひずみを生じて連続的に変形する性質を塑性といい、これが欠如した状態が脆性とされており、本明細書における脆性も同様の定義とする。
【００２０】
セラミックスマトリックスとしては、上記導電性粒子４として導電性セラミックス粒子を用い、導電性セラミックス粒子のみでセラミックスマトリックス１０を構成する場合を除いて、上記導電性粒子４との関係で導電性粒子の導電経に対して十分抵抗率が高いセラミックス材料であればよい。このようなセラミックス材料は、金属元素を酸化、窒化、炭化、ホウ化して得られる金属酸化物、窒化物、炭化物、硫化物もしくはホウ化物等のセラミックスであり、その金属元素には、遷移金属、典型金属及び半金属を用いることができる。具体的には、珪素、アルミニウム、ジルコニア、カルシウム、バリウム、マグネシウム、タングステン、モリブデン、ストロンチウム、亜鉛、鉄、鉛等の金属を酸化、窒化、炭化、ホウ化して得られる金属酸化物、窒化物、炭化物、硫化物もしくはホウ化物等のセラミックスであり、あるいはこれらの複合物を使用することができる。さらに、これらは１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、酸化珪素および／または酸化アルミニウムを使用することが好ましい一形態である。
【００２１】
さらに、セラミックスマトリックスには、ホウ酸、リン酸、アルカリ原料、カリ原料などを添加し、そのマトリックスの融点を制御し、もしくはガラス状態のセラミックスとすることもできる。例えば、このような化合物としては、硝酸ナトリウムや酸化ホウ素を用いることができる。なお、セラミックスマトリックス材料の結晶性は問わないで使用することができ、また、その粒子径も特に限定しないで使用できる。
【００２２】
セラミックスマトリックスは、多数の空隙を備えることができる。空隙の形態は特に限定されないが、空隙の数や形状は、残留抵抗現象と脆性的破壊現象の発現およびその程度に寄与しており、これらを調整することで、検出可能な歪の最小値や累積損傷の検出感度を調整できる。多数の空隙は、一般的な多孔質セラミックスの製造方法によって得られるものであるが、その形成方法には後段において詳述する。
【００２３】
（絶縁性繊維）
セラミックスマトリックス１０は、絶縁性繊維１２を有することができる。絶縁性繊維は、セラミックスマトリックス１０において一定の方向性を持って配置されていることが好ましい。こうして配置されることで、セラミックスマトリックス１０を一定の方向性で支持および強化でき、絶縁性繊維１２に沿う導電経路６は、この方向に沿って歪を検出するのが容易になる。セラミックスマトリックス１０における導電性変化を抽出するために、絶縁性繊維１２は、導電経路６との関係において十分な抵抗性を持っていればよい。このような絶縁性繊維１２としては、酸化ケイ素を主成分としたガラス繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維もしくは窒化ホウ素繊維などを利用することができる。好ましくは、炭化ケイ素繊維を用いることができる。
【００２４】
なお、絶縁性繊維１２の選択については、セラミックスマトリックス１０の反応を抑制できる種類とすることが好ましい。例えば、セラミックスマトリックス１０として酸化ケイ素マトリックスを選定した場合、炭化ケイ素繊維を選定することが好ましい一形態である。絶縁性繊維１２は、連続繊維を用いることもできるが、これに限定せず短繊維やウィスカー状の繊維を用いることもできる。絶縁性繊維１２は、セラミックスマトリックス１０を支持して所定の一方向の歪を検出する観点からは、セラミックスマトリックス１０において少なくとも一つの方向に沿って連続的に存在していることが好ましい。ここで、連続的に存在するとは、セラミックスマトリックス１０の範囲にわたって連続繊維が存在する他、より短い繊維が集合して連続状に存在する場合を包含している。なお、絶縁性繊維１２は、一方向性の繊維だけでなく、二次元的・三次元的な織加工を施したクロス材を用いることもでき、この結果、セラミックスマトリックス１０中に二次元的あるいは三次元的に配置することもできる。
【００２５】
絶縁性繊維１２がセラミックスマトリックス１０における配合比率（体積比率）は、セラミックスマトリックス１０におけるマルチプルフラクチャーを発生させるためには、ある臨界値以上の体積割合にて導入する必要がある。この臨界値は、セラミックスマトリックス１０や絶縁性繊維１２の強度などによって決まる。好ましい絶縁性繊維の割合は５ｖｏｌ％以上であり、より好ましくは１０ｖｏｌ％以上である。５ｖｏｌ％以下とした場合、マトリックスでの局所的な破壊に対して絶縁性繊維１２が応力負担に耐えられず、その局所的な破壊点から複合材料全体すなわちセンシング材料３の破断に至ってしまう危険性がある。この場合、セラミックスマトリックス１０におけるマルチプルフラクチャーが発生しないため、歪の累積数を記憶するために有効な脆性的破壊挙動および残留抵抗現象の発現ができない。したがって、歪の累積数を記憶するためには５ｖｏｌ％以上の絶縁性繊維１２を導入することが好ましく、マトリックスの強度が高い場合においても歪の累積数を記憶するためには、１０ｖｏｌ％以上の絶縁性繊維１２を導入することがより好ましい。
【００２６】
（被覆層）
センシング材料３は、それ単体としてのセンシング材料３として使用できるが、セラミックスマトリックス１０の外周を被覆する被覆層１４を備える形態とすることが好ましい。被覆層は、センシング材料３に対して延性付与あるいは強度を付与し、あるいは損傷センサ２を装着する構造体との絶縁性や耐水性を確保するのに好ましい。センシング材料３に延性あるいは強度を付与する構成することで、応力集中による低累積数・低歪域での破断を防ぎ累積数および歪範囲の拡大を図り、さらには構造体の変形を適確にセンシング材料に伝達させることができるようになる。また、損傷センサ３と構造体との絶縁や耐水性を確保する構成とすることで、損傷センサ２、すなわち、センシング材料３における導電性変化のみを計測することが可能となる。
【００２７】
被覆層１４としては、絶縁性セラミックス基複合材料や、絶縁性高分子材料と絶縁性長繊維からなる複合材料（長繊維強化プラスチックス：ＦＲＰなど）もしくは長繊維を含まない絶縁性高分子材料などを選択することができる。絶縁性のセラミックス基複合材料は、導電性粒子４を含まない場合のセラミックスマトリックス１０とすることができ、上記したセラミックス材料を用いることができる。
【００２８】
長繊維強化プラスチックスを被覆層１４とする場合、長繊維材料としては、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維などの無機系繊維だけでなく、ケブラー繊維、ビニロン繊維、ザイロン（ＰＢＯ）繊維などの有機系繊維も適用できる。被覆層１４におけるこれらの繊維１６の方向性は、一方向として損傷センサ２の導電率の計測方向もしくは適用構造体に作用する歪方向に対して、平行方向もしくは垂直方向とすることができ、さらに繊維を織り込んだクロス材を用いることもできるが、歪方向に対して垂直方向に繊維を配置した場合、歪作用時に樹脂成形体内部において繊維方向にひび割れ等が発生し応力集中によりセラミックスマトリックス１０が局所破断に至る危険性が高いため、好ましくは歪方向に対して平行方向とするかクロス材を用いる。この繊維と複合化させる高分子材料としては、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリホマール、ポリブチラール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、上記ポリマー２種以上の共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等が使用できる。なお、繊維１６を含まない絶縁性高分子材料は、上記した高分子材料のみで構成される。
【００２９】
こうしたセンシング材料３は、セラミックスマトリックス１０や絶縁性繊維１２の形態、さらに適宜被覆層１４により各種形態を備えることになる。センシング材料３の形態は、特に限定しない。図２に例示する形態によれば、断面円形状のセラミックスマトリックス１０を備え、被覆層１４によりシート状体となっているが、断面形状もこれに限定されない。センシング材料３は、例えば、線状、棒状、板状、フィルム（シート）状、チューブ状、あるいはデザインされた二次元あるいは三次元形状をとることができる。こうしたセンシング材料３によれば、該センシング材料３が装着された構造体も提供される。
【００３０】
このように導電経路６を有するセラミックスマトリックス１０は、それ自体累積損傷のセンシング機能を有する導電性複合材料であるセンシング材料３を構成している。したがって、本発明の別の形態によれば、導電経路６とマトリックス１０、あるいはこれらに加えて被覆層１４とを備えるセンシング機能を有する導電性複合材料も提供される。
【００３１】
（センシング材料の製造方法）
センシング材料の製造方法は、特に限定しないで、通常の固相反応法、液相反応法、気相反応法を用いることができる。本発明においてはそのマトリックスを多孔質として空隙を導入することを特徴の一つとするため、固相反応法を採用することが好ましい。また、この固相反応法においても、常圧焼成や加圧焼成などを選択できるが、加圧環境下では緻密化が進む可能性があるため、常圧焼成もしくは減圧下での焼成が好ましい。
【００３２】
本製造方法は、セラミックスマトリックス１０に空隙を導入するためのプロセスが加えられる。セラミックスマトリックス１０に多数の空隙を形成するには、例えば、セラミックス原料のスラリー中に気泡を導入して形成した成型体を焼成する方法や、セラミックス原料中に有機高分子材料を導入して成型後にその高分子を焼散させて形成する方法などを用いることができる。後者の方法は、その高分子の硬化作用によってセラミックス基複合材料を成型させる役割も付与できるため、より好ましい。
【００３３】
以下、本製造方法として好ましい固相反応法によるセンシング材料３の製造方法について説明する。この製造方法のフローを図３に示す。この製造方法は、導電性粒子を含有するセラミックス原料を、該原料において絶縁性繊維が一定の方向性を持って配置されている状態で焼成する工程を備え、該焼成工程においては、焼成して得られるセラミックスマトリックスに多数の空隙を形成するとともに前記絶縁性繊維に沿って導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路を形成することを特徴としている。
【００３４】
有機高分子材料の消失によって空隙を形成する場合、用いる有機高分子材料やその焼散条件については特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂を用いれば、成型時の硬化媒体としての役割も担うことができ、さらに、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリホマール、ポリブチラール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、上記ポリマー２種以上の共重合体等も使用できる。その焼散条件については、例えば大気中での加熱処理することによって、高分子中の構成元素と大気中の酸素との反応によって飛散させることができる。
【００３５】
有機高分子材料と導電性粒子４と絶縁性繊維１２とを含むセラミックス原料の成型体は、含侵法や型枠法など通常のセラミックス複合材料の成型体の製造方法に準じて得ることができる。型枠成形法は、繊維体積割合の制御が可能である点において好ましい。型枠成形法の一例として、例えば、次のように成型体を得ることができる。まず、未硬化の有機高分子材料と導電性粒子４およびマトリックス原料を分散させたスラリーを調製し（ステップＳ１）、かかるスラリーを絶縁性繊維１２の繊維束などにディッピング等公知の方法で供給して含浸保持させたうえ（ステップＳ２）、型を使用して有機高分子材料の種類に応じて条件で硬化させることにより成型体を得ることができる（ステップＳ３）。この方法によれば、簡易な構成で前駆体を得ることができ、成形形状など成形自由度が高いという利点がある。また、この方法によれば、絶縁性繊維１２に沿って有機高分子材料と導電性粒子４とを付与した前駆体を容易に作製できる。
【００３６】
なお、気泡の導入によってセラミックスマトリックス１０中に空隙を形成する場合には、原料スラリーの調製時において、界面活性剤などを導入して得られるミセル構造によって気泡を導入することができる。こういったスラリーを脱水して所定形状の成型体とすることができる。
【００３７】
セラミックスマトリックス１０における導電性粒子４の配合比率を調整するには、スラリーにおける導電性粒子４とセラミックスマトリックス原料との配合比率で調整することができる。この配合比率は、導電性粒子４とセラミックスマトリックス１０の全体に対して導電性粒子が５ｖｏｌ％以上となるように配合する。より好ましくは、２０ｖｏｌ％以上である。導電性粒子４として導電性セラミックス粒子を用いる場合には、１００ｖｏｌ％とすることもできる。
【００３８】
次に、こうして作製した、導電性粒子を含有し絶縁性繊維が一定の方向性を持って配置されているセラミックス原料の成型体、あるいはさらに有機高分子材料を含有する成型体を焼成工程（ステップＳ４）を実施する。焼成工程は、有機高分子材料を含有する場合には、これを消失させるように行う。このような加熱条件は、使用する有機高分子系材料の種類によって異なる。焼成工程は、一段階で行うこともできるし、二段階以上で行うこともできる。すなわち、有機高分子材料の消失とともにセラミックス原料を焼結させることができる条件で一段階で行うこともできるし、有機高分子材料を消失させる条件で行った（ステップＳ５）あと、さらにセラミックス原料を焼結させる条件で行う（ステップＳ６）こととして二段階で行うこともできる。好ましくは、有機高分子材料の消失とセラミックス原料の焼結とを二段階で行う。こうすることで、それぞれに適した加熱条件を設定することができる。セラミックスマトリックス１０を形成する場合、セラミックスマトリックス１０は焼結されていることが必ずしも必要でない場合もあるが、強度等の観点からは焼結されていることが好ましい。焼成工程を二段階以上の加熱条件で行う場合、連続的に昇温等して行ってもよいが、必ずしも連続的に行う必要はなく、有機高分子材料消失後に一旦冷却し後段の焼成工程を行うこともできる。なお、既に述べたように、有機高分子材料消失のための焼成工程については、酸素含有雰囲気で行うことが好ましい。
【００３９】
なお、気泡が導入されて形成された成型体の焼成に関しては、有機高分子材料を消失させる必要がないため、セラミックスマトリックス１０の形成に適した条件を設定すればよい。
【００４０】
こうした焼成工程によって、多数の空隙を有するセラミックスマトリックス１０が形成される。同時に、絶縁性繊維１２に沿って導電性粒子４の連続的接触構造による導電経路６が形成される。
【００４１】
なお、センシング材料３に被覆層１４を備える場合には、被覆層材料をセンシング材料３表面に供給して、硬化させることによって得ることができる。被覆層１４の付与に際しては、材料にもよるが、高分子材料の場合、引抜き成形法、型枠成形法、ホットプレス法、オートクレーブ法、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）法等の成形方法を採用することができる。例えば、被覆層１４に絶縁性繊維１６を含める場合には、例えば、絶縁繊維１６の繊維束あるいはクロス等を高分子材料にディッピングし高分子材料を保持させたあと、これをセンシング材料３の周囲に被覆し、その後加熱硬化させることができる。
【００４２】
なお、セラミックス系材料の被覆層１４を備える場合には、前記成型体を形成後に焼成前にその表面に被覆層材料を付与して、成型体の焼成工程と同時に被覆層１４を形成することもできる。
【００４３】
こうした前駆体の熱処理工程によれば、有機高分子材料相が熱処理されて得られるマトリックスに多数の導電性粒子の連続的な接触構造による導電経路を保持させることができ、累積損傷を検出するセンシング機能を有するセンシング材料３を得ることができる。
【００４４】
（損傷センサ）
図１に示すように、センシング材料３に電極２０を設置することで損傷センサ２を得ることができる。導電性計測のために設置される電極２０は、その材質および固定方法について限定されず、例えば、電極材として銅、銀等の金属の線が選択でき、その固定方法としてハンダ付け、導電性ペーストによる固定、圧着端子による固定が可能である。また、導電性複合材料が薄膜状であった場合等は、その電極の設置方法としても金属の蒸着やスパッタリング法等による薄膜形成も採用することができる。ただし、導電性複合材料は、高分子材料を含む場合も想定されるためその耐熱温度以下にて固定可能な方法が好ましい。
【００４５】
本センサは、上記した構成を有することから、センシング材料３に作用した歪（典型的には引張り歪）に対して導電性の変化を発現するという特徴を有している。また、同時に、歪除去後も当該歪除去前の変化した導電性変化量の少なくとも一部を残留保持し、歪の累積数に応じて残留保持する導電性変化量が増加するという特徴を備えている。この結果、損傷センサは、自身に累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持することができる。したがって、構造体に作用した累積損傷は、装着された損傷センサ自身にその情報が蓄積・記憶される。このため、計測機器を常時このセンサに接続しての連続計測、データ保存および解析を実施する必要性はない。したがって、定期的もしくは必要に応じてセンサの導電率を計測することのみにより、過去に作用した歪の累積に関する情報を得ることができる。さらに、これにより、計測機器設置に関する空間的・重量的制限を受けることなく汎用性の高い技術として展開できるだけでなく、大幅な運用コストの低減を図ることが可能となる。
【００４６】
加えて、損傷センサは、この累積される損傷に対して残留する導電性変化の割合、すなわち、歪作用時の導電性変化に比べて歪除去後に残留した導電性変化の割合が高いため、構造体に応力・歪が作用したままの状況下もしくは応力が除かれて塑性変形による歪が残留した状況下においても累積損傷の情報を正確に検出し、モニタリングすることができる。この累積損傷の記憶性能を示す指標として残留率を定義する。この残留率とは、損傷センサ２に歪を作用させてその後その歪を除く一連の負荷除荷過程において、導電性変化量の最大値（ΔＲｍａｘ）に対する最小値（ΔＲｍｉｎ）の割合、ΔＲｍａｘ／ΔＲｍｉｎと定義され、この残留率が１００％に近いほど記憶精度が高いこととなる。損傷センサ２においては、導電性変化量の残留率は、６０％以上であることが好ましく、より好ましくは８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上である。最も好ましくは９５％以上である。
【００４７】
また、損傷センサは、センシングの中枢となるセラミックスマトリックスの構造制御が容易である。例えば、分散させる粒子、強化繊維、さらに出発原料の段階にて導入する高分子材料（樹脂）の体積割合を調整することによって、マトリックスに導入する空隙率などを制御することが可能である。また、焼成温度を調整することによって、マトリックスを構成する粒子間の結合性および空隙の体積割合を変化させ、残留抵抗現象の発現歪を制御することもできる。例えば、原料組成を調整することによりあるいは焼成温度を調整することにより、脆性的な破壊挙動を示す歪範囲を適合させることが可能となる他、空隙率やセラミックスマトリックスにおける結合性を変化させ、歪の累積数の増加に対する抵抗変化の度合い（傾斜）を制御できる。したがって、対象となる構造体の歪範囲および累積サイクル数などに応じた応答性能を有するセンサを提供することができる。結果として、正確で精密なセンシングが可能となる。例えば、鉄鋼系構造体においては弾性範囲内の２０００με以下、コンクリート構造体においてはひび割れ歪５００με以下、航空機尾翼等の構造体では５０００με以下というように、それぞれ想定される歪範囲が異なっているが、本センサを用いることにより、これら歪範囲に合致させた精度の高いセンシング及びモニタリングが可能となる。
【００４８】
損傷センサ２は、センシング材料３の形態等に基づいて各種形態を採ることができる。例えば、棒状、板状、フィルム（シート）状、チューブ状、あるいはデザインされた二次元あるいは三次元形状を採ることができる。好ましい形態の一つとして、シート状体を挙げることができる。シート状の損傷センサ２とすることで、新設構造物を構築する際に鉄骨構造体やコンクリート構造体の表面に装着できるだけでなく、既設の構造体においてもそれらの表面に装着するだけで、その構造体の累積損傷を計測可能となる。なお、構造体への表面装着のためには、接着剤による手法もしくはビス止め等機械的な治具による手法が選択できる。シート状の損傷センサ２は、特に、既設構造体への適用において好ましい形態である。
【００４９】
また、損傷センサ２の好ましい他の形態としては、棒状体を挙げることができる。棒状体の損傷センサ２とすることで、容易に構造体内部に埋設できる。すなわち、新設構造物を構築する際に例えばコンクリート構造体中に埋設できるとともに、被覆層１４に高弾性・高強度の長繊維強化プラスチックスを用いることにより、構造体の補強機能を兼ね備える損傷センサ２を提供できる。
【００５０】
（損傷の検出方法）
構造体に作用した累積損傷を検出するには、損傷センサ２を計測対象となる構造体に設置し、損傷センサにおける導電性を検出する。対象となる構造体の材質は特に限定されないが、社会基盤構造物ではコンクリート構造体や鉄骨構造体などの鉄鋼系構造体がその一例として挙げられる。また、計測対象たる構造体は、建築物に限らず、歪の計測により安全性や機能を確認できるなどの有用性があるものであれば限定されない。したがって、航空機等の胴体や尾翼を構成する金属材料や複合材料をはじめとして、船舶、車両などの移動体における駆動関連部材、各種工業装置における駆動関連部材についても好ましい計測対象構造体となる。なお、本発明の別の形態として損傷センサ２が装着された構造体も提供される。
【００５１】
コンクリート中に埋設する際においては、センシング材料へ予備張力を与えた状態にて構造体へ適用することも可能である。この予備張力は累積損傷メモリ機能の向上にも繋がる可能性があるとともに、コンクリート構造体の強度特性の向上に貢献する。コンクリート構造体は圧縮変形には高い強度を有するが引張変形に対する強度が低いという課題がある。一般的に、コンクリート構造体に鉄筋を導入するという手法による引張強度の向上が図られているが、この埋設する鉄筋に予備張力を与えた状態にて埋設し、コンクリートの硬化後にその張力を開放することにより、コンクリートには圧縮応力が作用し、引張変形に対する強度を向上させることができる。
【００５２】
なお、損傷センサ２を計測対象に設置する方向としては、導電性複合材料の導電率の計測方向と構造体に作用すると想定される歪方向を一致させることにより、より高感度な計測を可能とすることが期待できる。
【００５３】
損傷センサ２の導電率もしくは抵抗率の計測方法については特に限定しないが、二端子法もしくは四端子法を挙げることができる。センシング材料３の抵抗率はその材質や合成条件により様々であるが、比較的高抵抗率の場合には二端子法での計測が可能となり、比較的低抵抗率の場合には四端子法での計測が必要とされる場合もある。
【００５４】
損傷センサ２を設置した構造体におけるモニタリングの実施形態としては、定期的な計測もしくは必要時に応じた計測が想定される。従来技術としての歪ゲージ等により、累積損傷のモニタリングを試みる場合、この損傷センサを構造体に設置し、さらに計測システム、データ保存装置および電源装置（配線）を常時設置し、連続的にデータを継続し続ける必要があった。これに対して、本累積損傷記憶型センサを設置した場合においては、このセンサ自身が累積損傷の情報を記憶する機能を有しているため、このセンサ以外に計測システムやデータ保存装置など何も常時設置する必要はなく、定期的もしくは必要時のみに計測機器を携帯する等によるモニタリングが可能である。これにより、電力エネルギーを節約できるだけでなくモニタリングに要するランニングコストを大幅に削減でき、さらには計測機器を常備させておくスペースの制限や設置環境の制限にしばられることなく、汎用性の極めて高い技術を構築できる。
【００５５】
既に述べたように、損傷センサは、検出できる歪の最少値を容易に異ならせることができる。したがって、検出できる最少の歪値が異なる複数の損傷を構造体に装着し、これらの導電性変化を比較することで作用した歪の大きさと累積損傷値との双方を知ることができる。
このように、例えば、ある歪以上では漸増現象を示すという歪の臨界値を設定したセンサを合成し、その臨界値をいくつかのレベルに設定することで、それらのセンサを並列に構造体に設置することによって、作用する歪の大きさがランダムな診断対象においても、その歪の大きさと累積数を分離することができる。
【００５６】
したがって、損傷センサ２によれば、定期的もしくは必要に応じてセンサの導電率を計測することのみにより、過去に作用した累積損傷に関する情報を得ることができる。さらに、この累積された各損傷に対して残留する導電性変化の割合、すなわち、歪作用時の導電性変化に比べて歪除去後に残留した導電性変化の割合が高いため、構造体に応力・歪が作用したままの状況下もしくは応力が除かれて塑性変形による歪が残留した状況下においても累積損傷の情報を正確に検出することができる。以上のことから、損傷センサによれば、疲労破壊が問題となる社会基盤構造物全般および航空機胴体等の重要構造体における安全維持管理のため、鉄鋼系構造体等の金属材料における弾性範囲内、コンクリート構造体等の無機材料におけるひび割れ歪範囲内もしくは航空機胴体等に適用される複合材料の歪範囲内を想定した、実用的な、損傷及び損傷履歴センシングならびにモニタリングが提供される。
【００５７】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を具現化した実施例について図１〜図７に基づいて説明する。なお、これらの実施例は、本発明を具体的に説明することを意図するものであって、これらの実施例によって本願発明を限定するものでは決してない。
【００５９】
本発明に至る経緯として、導電性粒子分散層を含むマトリックスからなるセラミックス基複合材料の合成を経て、本センサの引張試験による実証試験を実施しており、以下、これらについて順に示す。
【００６０】
（１）累積損傷センサの作製
【００６１】
図１には、損傷センサ２の構造模式図を示す。センシング材料３となるセンシング材料３はロッド状体（棒状体）となっており、損傷センサ２の全体的な形状は構造体への貼付が容易なシート状体となっている。このセンシング材料３は導電性粒子４を含むセラミックスマトリックス１０および繊維強化材料１２から構成され、このセラミックスマトリックス１０に空隙が導入されている。なお、本実施例における損傷センサ２には、被覆層１４を付与してはいない。
【００６２】
このセンシング材料３の合成では、まず成型方法として型枠成型法を用いた。まず、所定量のセラミックス粒子（ＳｉＯ２：３２ｖｏｌ．％、ＮａＮＯ３：８ｖｏｌ．％、Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２：１０ｖｏｌ．％、いずれもマトリックス全体に対する体積割合）を乳鉢にて乾式混合し、その紛体をエポキシ樹脂中に分散させる。硝酸ナトリウムはＳｉＯ２の融点を低下させ低温でのマトリックス焼結を進行させるために添加している。本実施例では、このセラミックス粒子と樹脂の体積割合を１：１割合とした。このマトリックスと複合化させる強化繊維材料としては炭化ケイ素繊維：ＳｉＣを選定した。この炭化ケイ素のモノフィラメント繊維にセラミックス粒子分散樹脂（スラリー）を含浸し、型枠としてのテフロン（登録商標）チューブ（２ｍｍφ）内に導入して、１６０℃、９０分の熱処理にて硬化させた。硬化後、型枠から外した成型体を１５０ｍｍの長さに切断し、脱脂炉にて、大気中、４００℃、２時間という条件にて熱処理を行い、大気中の酸素との反応により樹脂を焼散させた。この熱処理後の複合材料は、その成型状態を保持していたものの、ハンドリングが容易でないほど脆い状態であり、さらにその後、熱処理温度を上げて焼結させることとした。焼結プロセスにおいても雰囲気は大気中とし、温度は８００〜１２００℃に設定し、熱処理温度が電気物性応答に与える影響等を検討することとした。
【００６３】
焼結後のロッド形状を有する複合材料は、図２に示すように、引張試験に供するために電気抵抗値計測用の電極２０とグリップ部３０とを設置した。電極２０については、センシング材料３の両端に設置したグリップの内側２箇所に電極端子を設置した。これは、グリップ部ではチャッキング時に圧縮応力が作用するが、それによる抵抗変化を排除するためである。また、グリップ部３０は、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）を複合材料の端部に巻き付けて硬化させる方法を新たに取り入れた。この方法は、膨張剤による圧縮力によって複合材料自身が破損することを防ぎ、さらに、グリップ部３０の中央に必ず複合材料を位置させることができるため、偏芯によってグリップ時に応力が作用することはないという利点が得られる。
【００６４】
（２）引張試験による評価方法
作製したセンシング材料の評価として、引張試験における機械的特性ならびに電気的特性について評価を実施した。この引張試験では油圧式強度試験機を使用してコンピュータ上での載荷パターンプログラム制御により、ピーク荷重一定での繰返し負荷除荷サイクル試験を実施し、複合材料に作用する荷重（応力）・歪・変位を計測した。この歪の計測には伸び計を用いた。なお、この繰返し負荷除荷サイクル試験では、周期を２０ｓとしたランプ（三角波）波形の応力を与え、０．５ｓ間隔にてデータの取り込みを連続的に行った。これらの載荷パターンにおいて、センシング材料の電気物性応答評価として抵抗変化を計測した。この抵抗値の計測にはデータ収集スイッチユニットを用い二端子法により計測した。さらに、このデータ収集スイッチユニットでは、強度試験機から転送される荷重、歪、変位等のデータも同時に計測し、ＰＣにデータを収集できる評価システムとした。この評価システムの構成図を図４に示す。
【００６５】
（３）結果
上記のセンシング材料３に対してこの繰返し負荷除荷引張試験を実施し、その残留抵抗現象の挙動について評価した結果を図５に示す。この繰返し負荷除荷引張試験では、与えるピーク荷重を５０Ｎとして、複合材料に作用させるピーク歪を約５００μ（０．０５％）に設定した。このピーク歪の設定値は、鋼材の疲労特性診断を考慮して設定したものである。この載荷の１ｃｙｃｌｅ目において、このセンシング材料３は引張歪の作用に応じて抵抗変化の増加を示し、さらに、除荷過程においても抵抗値の増加傾向を示した。その後、２ｃｙｃｌｅ目以降では、負荷時には若干の抵抗減少を示し、除荷時にその減少分よりも大きい抵抗増加を示し、結果として、歪の累積数に応じて抵抗値が漸増していく傾向を得ることに成功した。以降、１７００ｃｙｃｌｅまでのサイクル数の増加とともに残留抵抗率が漸増する傾向は維持され、飽和現象などもみられなかったことから、高サイクルの累積的な歪作用に対しても追従できる可能性を得た。
【００６６】
さらに、この結果において、負荷時の抵抗変化率と除荷後の残留抵抗変化率の差に着目すると、低サイクルの段階から高サイクルに至るまで、その差が極めて小さいことが明らかとなった。低サイクル（２ｃｙｃｌｅ）および高サイクル（１７００ｃｙｃｌｅ）におけるその差を残留率に換算すると、それぞれ８９％および９８％以上という理想的な値（１００％）に近い極めて高い値が得られた。この残留率は歪の累積数の記憶性能を決める因子であり、ある抵抗値が記憶・計測されたとき、その値から歪の累積数を求める精度を決定する。したがって、本発明により得られた高い残留率を示すセンサは、累積損傷記憶型センサとして優れた性能を実現できることを明らかとした。
【００６７】
この抵抗変化の挙動については詳細な構造観察などさらなる検討が必要であるが、一つのモデルとしては、セラミックスの繰返し疲労に関していくつものメカニズムが提案されているが、その中で、引張変形時における粒子間の亀裂面に脱落などによって移動した粒子（Ｄｅｂｒｉｓ粒子）が入り込み、除荷過程での変形回復時にＷｅｄｇｅ効果によって亀裂が進展するといったモデルもある。今回の抵抗変化の挙動は、これを反映している可能性があることが示唆された。
【００６８】
このような機構を支持する結果として、図６に、焼成温度を８００〜１２００℃とした複合材料について繰返し引張試験を実施した結果を示す。この焼成温度の増加は、マトリックスを構成する粒子間の結合性を高めるとともに焼結時の収縮により、導入した空隙の体積割合を低下させる方向に作用する。この結果において、焼成温度を増加させたセンシング材料３において、累積的な歪の作用に対する残留抵抗現象の発現は抑制されるという傾向を示した。すなわち、焼成温度の増加により、ＳｉＯ２粒子間の結合性が高まり変形時の脆性的な破壊挙動が抑制され、さらに、導入した空隙が失われることにより変形時に粒子が移動できる空間を提供できず、Ｄｅｂｒｉｓ粒子として変形回復時に圧縮応力を亀裂面に作用させることができず、可逆的な抵抗変化を示したと捉えることができる。換言すれば、焼成温度を低く抑えて空隙を維持することにより、その脆性的な破壊挙動と粒子移動の機構が効率的に作用して抵抗変化の漸増現象が得られたと考えられる。以上のことは、セラミックスマトリックスにおける空隙の存在によって、前記損傷センサに累積的に作用した歪に対応する導電性変化量を保持するという本発明の損傷センサの累積損傷のメモリ機能を強く支持している。また、この結果において残留抵抗現象の発現が非常に安定しているという点である。この安定した抵抗変化を示しているという点は実用化を推進させる上で非常に有用である。
【００６９】
図７には、与える荷重の振幅を変化させて作用させる歪の大きさを約１００μおよび約５００μの２段階とした場合について、累積的な歪作用に対するセンシング材料の応答性を示す。この両者の場合についてセンシング材料は明確な残留抵抗現象を示し、まず、１００μという極めて小さな歪振幅の累積的な作用に対してもメモリ機能を発現できるという結果は、その高感度性能を示すものとして重要である。さらに、作用させる歪振幅の大きさに応じてその残留抵抗値の漸増傾向における変化率（傾き）が明確に異なるという知見を得ることができた。この結果は、上記にて推察した機構において、歪の振幅の増加に対してマトリックスを構成する粒子間の脆性的な破壊がより進行し、これによって空隙に粒子が移動する確率も増加することによって、残留抵抗値の漸増傾向が強く現れたということを反映している。このように残留抵抗現象が作用する歪振幅と相関性を示すという結果は、累積損傷メモリ機能の観点からも重要である。構造体に作用する歪の振幅が大きいほど疲労現象の進行は早い。したがって、この残留抵抗現象の進行も歪振幅に対して依存性を示すという結果は、疲労現象を反映した情報をセンサに記憶できることを支持している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】センシング材料の構造および損傷センサの概略図。
【図２】引張試験に用いたセンシング材料の模式図。
【図３】センシング材料の合成プロセスに関するフロー図。
【図４】実施例１において試験に用いた評価システムの模式図。
【図５】実施例１において実施した試験結果のうち、ピーク荷重を一定とした繰返し引張試験の結果である。
【図６】実施例１において実施した試験結果のうち、焼成温度を変えて合成したセンサについて、ピーク荷重を一定とした繰返し引張試験の結果である。
【図７】実施例１において実施した試験結果のうち、繰返し作用させる荷重サイクルにおける荷重振幅を変化させた繰返し引張試験の結果である。
【符号の説明】
【００７１】
２  損傷センサ、３  センシング材料、４  導電性粒子、６  導電経路、１０  セラミックスマトリックス、１２  絶縁性繊維、１４  被覆層、２０  電極、３０  グリップ部
【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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【図７】
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