(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を酸化してＴｉＯ2被膜を表面に形成したＴｉ連続繊維（以下「ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維」と記載する）を他の絶縁処理をせずに該ＴｉＯ2を電気絶縁被膜とした少なくとも１本の通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条と、該ＴｉＯ2の一部を絶縁破壊するか、またはＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の先端を絶縁破壊した少なくとも１本の温度測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条とを、
アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなる金属マトリックスに、
該通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、その両端部分を該金属マトリックスの外部に出し該ＴｉＯ2を除去してターミナルとして、該温度測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、該絶縁破壊部を該金属マトリックス内とし、かつ、その両端部分の少なくとも片方を該金属マトリックスの外部に出し該ＴｉＯ2を除去してターミナルとして、埋め込むとともに、
該金属マトリックスよりも熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を一方向直線状に埋め込んで接合させて複合化した加熱温度により曲率が変化する板状金属材料を、
金属系構造材料または機械要素自体として用いて、
該通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維に該ターミナルを介して通電してＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を通電発熱体として金属系構造材料または機械要素に発熱による曲げ駆動力を印加してアクチュエータ機能を発現させるとともに、
該温度測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維のターミナルと金属マトリックスとを測定器に電気的に接続して該絶縁破壊部を接点としてＴｉＯ2/Ｔｉ繊維と金属マトリックスとの間に形成される熱電対により該絶縁破壊部の温度を検知する検知回路を温度センサとして用いて、測定した温度と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることを特徴とする発熱可能な金属材料の使用方法。
【請求項２】
表面を酸化してＴｉＯ2被膜を表面に形成したＴｉ連続繊維（以下「ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維」と記載する）を他の絶縁処理をせずに該ＴｉＯ2を電気絶縁被膜とした少なくとも１本の通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条と、該ＴｉＯ2の一部を絶縁破壊するか、またはＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の先端を絶縁破壊した少なくとも１本の電気抵抗測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条とを、
アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなる金属マトリックスに、
該通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、その両端部分を該金属マトリックスの外部に出し該ＴｉＯ2を除去してターミナルとして、該電気抵抗測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、該絶縁破壊部を該金属マトリックス内とし、かつ、その両端部分の少なくとも片方を該金属マトリックスの外部に出し該ＴｉＯ2を除去してターミナルとして、埋め込むとともに、
該金属マトリックスよりも熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を一方向直線状に埋め込んで接合させて複合化した加熱温度により曲率が変化する板状金属材料を、
金属系構造材料または機械要素自体として用いて、
該通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維にターミナルを介して通電してＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を通電発熱体として金属系構造材料または機械要素に発熱による曲げ駆動力を印加してアクチュエータ機能を発現させるとともに、
該電気抵抗測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維のターミナルと金属マトリックスとを測定器に電気的に接続して該絶縁破壊部を通って流れる電流を測定し、該金属マトリックスに加わるひずみを電気抵抗変化として検知する検知回路をひずみセンサとして用いて、測定した電気抵抗と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることを特徴とする発熱可能な金属材料の使用方法。
【請求項３】
該ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維および該金属マトリックスより熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維は、該金属マトリックスに設けたＵ溝にホットプレスまたは鋳ぐるみにより埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２記載の発熱可能な金属材料の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱可能な金属材料、特に、発熱によるアクチュエータ機能を発現できる金属材料の使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造体材料は大きく変形させないことが設計の常識であり、可動部分は分割し、機械的に結合し、アクチュエータなどで機械的に動作させている。これに対して、本発明者らは、構造体材料の変形を積極的に起こさせてアクチュエータ機能を付与した材料、すなわちアクティブ材料の研究開発を進め、アクチュエータ機能をもつ積層複合材料を開発した（例えば、特開平１０−１３８３８０号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らが開発したアクティブ材料であるＣＦＲＰ／アルミニウム板積層体や連続ＳｉＣ繊維／アルミニウム複合材料を加熱するための通電にはニクロム線、タングステン線、モリブデン線等の従来の一般的な通電加熱用線条よりも軽量な炭素繊維、ＳｉＣ繊維などを用いている。
【０００４】
本発明は、高価な炭素繊維やＳｉＣ繊維を用いず、金属繊維を用いてマトリックス金属との接合性に優れ、軽量かつ低コストで製造できる発熱可能な金属材料、さらには優れたアクチュエータ機能を発現できる金属材料の使用方法と製造方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の鉄族金属やＡｌに比べて比抵抗が５５μΩ・ｃｍ（２０℃）と著しく大きく、かつ熱膨張係数が小さいＴｉを通電加熱用線条として利用し、このＴｉ線条表面を酸化させて形成した酸化膜（ＴｉＯ）を電気絶縁被膜として金属マトリックスに埋め込んでＴｉ繊維複合金属材料とすることによりＴｉを加熱用線条とした金属材料のみからなる発熱可能な金属材料が得られることを見いだした。
【０００６】
また、金属マトリックスより熱膨張係数が小さい連続繊維または不連続繊維をこの発熱可能な金属材料に埋め込めば、発熱にともなう金属マトリックスの熱膨張を規制することができ、これにより金属材料にアクチュエータ機能を付与できることを見いだした。
【０００７】
ところで、本発明者は、先に、金属材料に絶縁金属繊維を埋め込んで該絶縁金属繊維をひずみセンサおよび温度センサとして機能させる手段を開発した（特開２００１−１８８０２７号公報）。この手段は、絶縁金属繊維の一部を絶縁破壊するとその部分を接点とし、金属繊維とその周囲を包む金属材料マトリックスとの間で熱電対が形成されて温度測定ができるようになるとともに、絶縁破壊部を通って金属繊維とマトリックスとの間に電流を流して、マトリックスに加わるひずみによる絶縁金属繊維の伸縮を電気抵抗変化として検知することによって、金属系材料の温度変化とひずみ変化との同時測定を可能としたものである。
【０００８】
そこで、上記のＴｉ通電加熱用線条をこのひずみセンサおよび温度センサとしても機能するように利用すれば、発熱機能、アクチュエータ機能、ひずみセンサ機能および温度センサ機能を備えた、これまでにない多機能金属材料を提供することができる。
【０００９】
すなわち、まず、表面を酸化してＴｉＯ2被膜を表面に形成したＴｉ連続繊維（以下「ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維」と記載する）を他の絶縁処理をせずに該ＴｉＯ2を電気絶縁被膜とした少なくとも１本の通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条と、該ＴｉＯ2の一部を絶縁破壊するか、またはＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の先端を絶縁破壊した少なくとも１本の測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条とを、アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなる金属マトリックスに埋め込む。この際に、該通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、その両端部分を該金属マトリックスの外部に出し該ＴｉＯ2を除去してターミナルとなるように、該測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、該絶縁破壊部を該金属マトリックス内とし、かつ、その両端部分の少なくとも片方を該金属マトリックスの外部に出し該ＴｉＯ2を除去してターミナルとなるように、埋め込む。
また、同時に、該金属マトリックスよりも熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を一方向直線状に埋め込んで接合させて複合化した板状金属材料を製造する。
該板状金属材料は、加熱温度により曲率が変化するので、該板状金属材料を、金属系構造材料または機械要素自体として用いて、該通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維にターミナルを介して通電してＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を通電発熱体として金属系構造材料または機械要素に発熱による曲げ駆動力を印加してアクチュエータ機能を発現させるとともに、該測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維のターミナルと金属マトリックスとを測定器に電気的に接続して、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタする。
【００１０】
これにより、該絶縁破壊部を接点としてＴｉＯ2/Ｔｉ繊維と金属マトリックスとの間に形成される熱電対により該絶縁破壊部の温度を検知する検知回路が構成されるので、この検知回路を温度センサとして用いて、前記発熱による温度上昇を測定し、測定した温度と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることができる。
また、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条と金属マトリックスとの間に絶縁破壊部を通って流れる電流を測定し、該金属マトリックスに加わるひずみを電気抵抗変化として検知する検知回路が構成されるので、この検知回路をひずみセンサとして用いて、前記発熱による電気抵抗変化を測定し、測定した抵抗と曲率の関係から、該金属系構造材料または機械要素の変形をモニタすることができる。
【００１１】
また、本発明において、前記発熱可能な金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金板からなるマトリックスにＵ溝を設け、該Ｕ溝に該ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維をホットプレスまたは鋳ぐるみにより埋め込むとともに、一方向直線状にＵ溝を設け、該Ｕ溝に金属マトリックスより熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維をホットプレスまたは鋳ぐるみにより埋め込むことにより金属マトリックスと複合化することにより製造できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の金属材料の使用方法において、通電加熱用線条並びに温度及びひずみ測定用線条として用いるＴｉ繊維の表面に形成させた酸化膜は薄くても優れた電気絶縁性を有し、金属マトリックスとの接合性も優れている。したがって、表面を酸化して絶縁性酸化被膜を形成したＴｉ連続繊維（以下「ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維」と記載）は他の絶縁処理をせずに金属マトリックスに埋め込むだけでマトリックスと強固に接合されて該酸化被膜（ＴｉＯ2）が電気絶縁層として機能する。
【００１３】
ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維はチタン線を大気中で酸化させることにより容易に得られる。例えば、純チタン線を電気炉により大気中、温度８７３〜１１７３Ｋ、保持時間０．９〜７．２ｋsで酸化させることができる。その他、電解酸化などの被膜形成手段を用いてもよい。チタン線としてはチタン金属単体に限らず、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金その他のチタン合金線でもよい。
【００１４】
金属マトリックス材料としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ニッケル、銅、鉄などの単体金属やそれらの合金材料、またはこれらの単体金属や合金を、炭化ケイ素、炭素、アルミナ、ボロン、ステンレス鋼などの繊維材料などで強化した繊維強化複合金属材料などが対象となる。
【００１５】
金属マトリックスとして、アルミニウム、チタン、マグネシウムなどの単体金属およびそれらの合金等の軽量・高強度（高比強度）材料を用いる場台には、航空宇宙用、高速車両用構造・機械要素をはじめとする用途に適し、導電性に優れる銅または銅合金材料を用いる場合には電気接点など用途はさらに拡大する。
【００１６】
発熱にともなう金属マトリックスの熱膨張を規制することにより金属材料にアクチュエータ機能を付与する（以下「アクティブ化」という）ための連続繊維または不連続繊維は金属マトリックスより熱膨張係数の小さいものであればその作用をするが、用途に応じて適宜選択する。例えば、低コストの場合は、鉄・鉄合金系繊維、軽量性の場合は、チタン・チタン合金系繊維、高比強度の場合は、炭素繊維、ＳｉＣ繊維などのセラミックス系繊維を選択すればよい。
【００１７】
本発明の使用方法に用いる金属材料を製造するには、板状の金属または合金マトリックスの表面にＵ溝を切削加工などにより設け、このＵ溝にＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を挿入し、その上に板状の金属または合金マトリックスを重ね合わせホットプレスするとよい。この際に、通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、その両端部分をマトリックスの外部に出してターミナルとなるように挿入し、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維線条は、絶縁破壊部をマトリックス内にし、かつ、両端部分の少なくとも片方をマトリックスの外部に出してターミナルとなるように挿入する。適切な条件下でホットプレスにより金属マトリックス中に損傷なく埋込み可能である。ホットプレスの代わりに鋳ぐるみなどの鋳造方法を用いることもできる。
【００１８】
また、アクティブ化のためには、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を埋め込むＵ溝の他に金属マトリックスより熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維を埋め込むＵ溝を一方向直線状に複数本平行に設け、このＵ溝に該連続繊維または不連続繊維を挿入しておく。その結果、各連続繊維または不連続繊維と金属マトリックスとは一体化して板状となる。
【００１９】
この板状体のＴｉＯ2/Ｔｉ繊維にターミナルを介して通電することによる自己発熱または環境温度変化により金属マトリックスは熱膨張するが、一方向直線状に配列された熱膨張係数の小さい連続繊維または不連続繊維の長さ方向には金属マトリックスの熱膨張が規制され、長さ方向と直角方向には規制されない。この結果、金属マトリックスに曲げ駆動力が印加され、金属材料の加熱温度により曲率が変化する板状のアクチュエータ材料が得られる。
【００２０】
したがって、この金属材料を金属系構造材料、機械要素自体として用いて、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維に通電することによる自己発熱または環境温度変化による熱変形で所望の形状に変化させることができる。よって、アクチュエータなどの部品の除去による金属系構造材料、機械要素の軽量化、結合部の除去による摩擦・摩耗の問題を解決できる。
【００２１】
一方向直線状に配列された熱膨張係数の小さい連続繊維として通電加熱用線条として用いるＴｉ繊維自体を用いることもできる。この場合、一本の繊維が通電加熱と金属マトリックスの熱膨張の規制の両方の機能を果たすことになる。
【００２２】
さらに、金属マトリックスと接合されて複合された通電加熱用以外のＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の少なくとも一本を測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維として用いることにより通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維で加熱した金属材料のひずみおよび温度の検知回路を金属マトリックスとの間に構成することができる。この検知回路を構成するには、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の絶縁性酸化被膜の一部を絶縁破壊するか、またはＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の先端を絶縁破壊し、該絶縁破壊部が金属マトリックス内の所定の位置になり、繊維の両端部分の少なくとも片方がマトリックス外に位置するようにＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を金属マトリックスに埋め込んで金属マトリックスと接合させて複合化する。
【００２３】
絶縁破壊するには、絶縁性酸化被膜の一部を、例えば、円周方向にカッターで切り込みを入れるか、またはＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の先端部を切断するか、先端部から少しだけ剥離して酸化被膜に覆われていない金属を露出させればよい。また、酸化被膜を形成する前にマスキングを施し、酸化被膜形成後にマスキングを剥離しても良い。
【００２４】
該測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の金属マトリックス外に位置する部分をターミナルとし、ターミナルと金属マトリックスとの間にひずみおよび温度の検知回路を構成するために測定器に金属マトリックスを接続するには、導電性金属テープの一部が金属マトリックス外に位置するように金属マトリックスと接合されて複合されていることが好ましい。また、金属材料の本体をクリップのようなもので直接挟みこむだけでもよい。
【００２５】
これにより、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維によって通電加熱が可能であると同時に構造材料、機械要素の変形を温度測定、抵抗測定によりモニタすることが可能である。よって、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維は、発熱体として単独に機能するばかりでなく、温度センサ、ひずみセンサを同時に実現できる優れた多機能繊維であり、熱変形型アクティブ材料の発熱体・変形モニタ用センサとして極めて有用である。
【００２６】
上記の通り、本発明の方法で使用するアクチェータ機能を持つ金属材料は、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維に発熱機能の他に温度センサ機能、ひずみセンサ機能を付与することができ、金属系材料でありながら生物に近い機能を持つ。すなわち、熱膨張率の大きな金属は、筋肉に相当し、それより熱膨張率の小さい金属繊維あるいはセラミックス繊維は骨格に相当し、筋肉の膨張・収縮をさせるための刺激・エネルギーは加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維による加熱と筋肉自体の放熱性や使用環境による冷却により与えられ、金属材料の変形をモニタするための神経の役割も、測定用の同じＴｉＯ2/Ｔｉ繊維による熱起電力測定、抵抗変化測定によって果たすことができる。
【００２７】
機能評価試験
（１）ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の作製：φ０．１５ｍｍの純チタン線（純度９９．５％）を電気炉により大気中、温度１０７３Ｋ、保持時間 １．８ｋsの酸化条件で酸化した。Ｔｉ繊維の表面に損傷のない良好なＴｉＯ2の絶縁性酸化被膜が形成された。ＴｉＯ2の酸化被膜の厚さは２．５μmであった。
【００２８】
（２）金属材料の作製：図１に示すように、厚さｔ＝０．４ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのアルミニウム板１に設けた深さ約０．１８ｍｍの２本のＵ溝２にそれぞれ通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３'を挿入配列し、その上に厚さｔ＝０．２ｍｍのアルミニウム板を重ね合わせ、大気中、温度７９８Ｋ、圧力１６．４ＭＰａ、時間１．８ｋｓでホットプレスし、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維複合金属材料を形成した。なお、１本の測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３'の中央部（両端から１５ｍｍの距離）Ａの箇所に酸化被膜を除去して絶縁破壊した切欠き部を設けた。さらに、Ｕ溝２上の左端から１０ｍｍの距離まで熱起電力測定用に２本のアルミニウムテープ５を介在させた。
【００２９】
（３）発熱機能の評価：通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維に通電したときの表面温度と時間との関係を調べた結果、通電開始直後に表面温度は急上昇し、その後ほぼ一定になることが分かった。電流値が０．９Ａ以下では２．４ｋs後も表面温度はほぼ一定で、この通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維は複合化した金属材料を発熱させる通電加熱体として安定して機能した。
【００３０】
（４）温度測定：金属材料から図２に示す厚さｔ＝０．６ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片６を切り出し、その一端を加熱し他端を冷却することにより温度勾配を与えた。金属材料のマトリックスの外に延びたアルミニウムテープ５と測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３’を測定器７に接続し、埋込んだ測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の切欠き部Ａ（試験片中央部）と金属マトリックスとの間に発生する熱起電力を測定し、予め求めた熱起電力特性から温度を算出した。また、試験片６の表面温度をＫ熱電対８で測定し、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の切欠き部Ａの直上の温度を求め、両者を比較した。
【００３１】
（５）ひずみ測定：図３に示すように、金属材料から切り出した厚さｔ＝０．６ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの引張試験片６の中央部の幅１０ｍｍをはずしてその両端にアルミニウムタブ９を取り付け、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３’の電気抵抗をモニタしながら歪みゲージ１０を用いて引張速度１×１０-4ｍｍ/sで矢印←→方向に引張試験した。
【００３２】
（６）発熱機能の評価：通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を長さ１１０ｍｍに切断し、両端１０ｍｍの酸化被膜を除去しターミナルとした。これに０．６〜１．２Ａの電流を２．４ｋs通電し、この時の通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維中央部の表面温度をＫ熱電対８で測定した。
【００３３】
（７）温度測定機能の評価：測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維のアルミニウムに対する熱起電力を測定した結果、温度上昇とともに熱起電力が単調に増加し温度センサとして機能すること、および温度測定限界は７００Ｋ付近であることが分かった。
【００３４】
この特性を用い、アルミニウム板中に埋め込んだ測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の切欠き部Ａの位置における熱起電力から温度を求めた結果は３７３Ｋであり、その直上における試験片の表面温度の測定結果の３７０Ｋとほぼ一致しており、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維は切欠き部Ａの温度を正しく測定していることが分かった。
【００３５】
（８）ひずみ測定機能の評価：測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を埋込んだアルミニウムの引張試験を行ったときの試験片７のひずみと測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の電気抵抗の関係を調べた結果、電気抵抗はひずみの増加に伴ってほぼ直線的に増加することがわかり、ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維はひずみセンサとして機能することが分かった。
【００３６】
【実施例】
実施例１
アクティブ複合材料の作製：図４に示すように、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム板１に１ｍｍ間隔に深さ約０．１８ｍｍのＵ溝２を付け、４本のＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３とアルミニウムに比べ熱膨張率の小さい直径１４０μｍの３本のステンレス鋼線１１を交互に挿入配列した。４本のＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３のうち内側の１本は、周切欠き部をもつＴｉＯ2/Ｔｉ繊維とした。
【００３７】
この上に厚さｔ＝０．２ｍｍのアルミニウム板４を重ね合わせ、機能評価試験と同じ条件でホットプレスして４本のＴｉＯ2/Ｔｉ繊維３とともに３本のステンレス鋼線１１を埋め込んだ繊維複合金属材料を形成した。ホットプレス時の平らな状態から冷却されるにつれて曲げ変形し、室温で曲率の大きな金属材料が得られた。この金属材料から、図５に示す長さ３０ｍｍ、幅８ｍｍの試験片６を切り出し、外側２本のＴｉＯ2/Ｔｉ繊維を通電用としてそのターミナルを両側の銅箔１２に接続し、その内側の１本の周切欠き部をもつ測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維のターミナルとアルミニウムテープ５を測定器１３に接続し熱起電力および電気抵抗測定用とした。
【００３８】
まず、通電の電流値を０．２Ａに設定し、通電開始０．３ｋs後から０．０６ｋsの間に全ての測定（試験片の曲率、試験片の中央の表面温度、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の電気抵抗、マトリックスに対する熱起電力）を行い、終了後に電流値を０．２Ａ増加させ、測定を繰り返した。
【００３９】
図６には、埋込んだ通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維に通電した時の金属材料の表面温度と曲率（ｍ-1）との関係を示す。図６に示されるように、曲率は室温で最大であり、温度上昇とともに次第に減少し、約５２０Ｋで曲率０、すなわち平らに戻る。よって、通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維は金属材料に曲げ駆動力、すなわちアクチュエータ機能を印加するヒータとして機能することが分かる。
【００４０】
図７には、金属材料に通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維で通電した時の測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維による温度測定結果とＫ熱電対による表面温度の測定結果の関係を示す。図７より、温度が５００Ｋ付近まで上昇し、試験片はほぼ平らになるまで変形しているにもかかわらず、両者は良く一致しており、測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維は試験片の変形時にも温度センサとしての機能を維持していることが分かる。
【００４１】
さらに、金属材料の曲率の値はこの測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維で測定された温度によりモニタ可能である。図８には、金属材料に通電加熱用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維で通電した時の表面温度と埋込んだ測定用ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の電気抵抗値との関係を示す。同図より、測定された温度上昇とともに電気抵抗値もほぼ直線的に増加することが分かる。この電気抵抗値の増加は金属材料の温度上昇と曲率変化によるひずみの増加の２つの要因によるものであるから、測定された温度により曲率の値のモニタが可能であるが、この電気抵抗値そのものを測定しても金属材料の曲率の値のモニタに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、機能評価試験の金属材料のアルミニウム板とＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の配置を示す斜視図である。
【図２】図２は、機能評価試験の金属材料から切り出した試験片を用いる温度測定方法を概念的に示す斜視図である
【図３】図３は、機能評価試験の金属材料から切り出した試験片を用いるひずみ測定方法を示す概念斜視図である。
【図４】図４は、実施例１の金属材料のアルミニウム板とＴｉＯ2/Ｔｉ繊維およびステンレス鋼繊維の配置を示す断面図である。
【図５】図５は、実施例１の金属材料から切り出した試験片を用いる熱起電力および電気抵抗測定方法を概念的に示す斜視図である。
【図６】図６は、実施例１の金属材料に通電した時の金属材料の表面温度と曲率との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例１の金属材料に通電した時の表面温度とＴｉＯ2/Ｔｉ繊維により得られた温度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１の金属材料に通電した時の表面温度と埋込みＴｉＯ2/Ｔｉ繊維の電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  アルミニウム板
２  Ｕ溝
３、３’ＴｉＯ2/Ｔｉ繊維
４  アルミニウム板
５  アルミニウムテープ
６  試験片
７  測定器
８  Ｋ熱電対
９  アルミニウムタブ
１０  歪ゲージ
１１  ステンレス鋼線
１２  銅箔
１３  測定器
Ａ  切欠き部
【図１】
0004436018.tif 000002
【図２】
0004436018.tif 000003
【図３】
0004436018.tif 000004
【図４】
0004436018.tif 000005
【図５】
0004436018.tif 000006
【図６】
0004436018.tif 000007
【図７】
0004436018.tif 000008
【図８】
0004436018.tif 000009