(57)【要約】【課題】複合材料に対して悪影響を及ぼすことなく、しかも複合材料の内部欠陥を早期に発見すべく、その内部欠陥を引き起こす虞のある衝撃を監視するシステムを提供する。【解決手段】複合材料（プロペラブレード１１）の外表面に貼り付けられかつ、受けた荷重の大きさに応じた検出信号を出力するシート状の衝撃検出手段１２と、人に対する報知を行う報知手段３７と、衝撃検出手段１２からの検出信号を受けたときに、報知手段３７に対して報知を実行させる制御手段２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造を有する複合材料の衝撃モニタリングシステムであって、
上記複合材料の外表面に貼り付けられかつ、受けた荷重の大きさに応じた検出信号を出力するシート状の衝撃検出手段と、
人に対する報知を行う報知手段と、
上記衝撃検出手段からの検出信号を受けたときに、上記報知手段に対して報知を実行させる制御手段と、を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
上記制御手段は、上記検出信号が、設定された閾値を超えたときに報知手段に対して報知を実行させるシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
上記衝撃検出手段は、シート状の静電容量センサであるシステム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のシステムにおいて、
上記衝撃検出手段は、シート状のピエゾセンサであるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造を有する複合材料に対して衝撃が加わったことを監視する衝撃モニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、繊維強化複合材等の積層構造を有する複合材料は、軽量かつ丈夫であり、しかも温度変化にも耐え得ることから、航空機、船舶、自動車、土木、建築等の構造材料として利用されている。しかし、複合材料は、外部から加わる衝撃によって層間剥離や内部クラックが生じる場合がある。こうした内部欠陥は、複合材料の強度を大幅に低下させるため、早期に発見することが望ましいが、内部欠陥は外部からの目視によって確認することができない。
【０００３】
そこで従来より、複合材料内部に予め埋め込んだ光ファイバや形状記憶合金線等によって複合材料の内部欠陥を検出する手法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）
【特許文献１】特開平８−１５２０８号公報
【特許文献２】特開平５−１６４７５５号公報
【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、複合材料内部に光ファイバや形状記憶合金線等を埋め込むことは、複合材料内部に異物を混入することになり、それが原因で層間剥離等の内部欠陥を引き起こす虞がある。
【０００５】
また、複合材料内部に埋め込んだ光ファイバや形状記憶合金線等に不具合が生じた場合でも、それらを交換することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複合材料に対して悪影響を及ぼすことなく、しかも複合材料の内部欠陥を早期に発見すべく、その内部欠陥を引き起こす虞のある衝撃を監視するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複合材料の内部欠陥を直接的に検出するのではなく、複合材料の内部欠陥が生じる虞のある状況を監視し、その監視結果に基づいて外部からの目視によって確認することのできない複合材料の内部欠陥を早期に発見し得るようにした。
【０００８】
具体的に本発明のシステムは、積層構造を有する複合材料の衝撃モニタリングシステムであって、上記複合材料の外表面に貼り付けられかつ、受けた荷重の大きさに応じた検出信号を出力するシート状の衝撃検出手段と、人に対する報知を行う報知手段と、上記衝撃検出手段からの検出信号を受けたときに、上記報知手段に対して報知を実行させる制御手段と、を備える。
【０００９】
この構成によると、複合材料の外表面に貼り付けられたシート状の衝撃検出手段は、その複合材料が衝撃荷重を受けたときに、その荷重の大きさに応じた検出信号を出力する。
【００１０】
衝撃検出手段から出力された検出信号は制御手段に入力され、制御手段は、検出信号を受けて報知手段に対し報知を実行させる。そうして、報知手段が人に対する報知を行う。
【００１１】
このように、複合材料が衝撃荷重を受けたときには複合材料に内部欠陥が生じた虞があるが、報知手段による報知が行われることになる。そのため、報知がなされたときには別途の方法で複合材料の検査すればよく、それによって内部欠陥を早期に発見することが期待できる。
【００１２】
また、このシステムでは、シート状の衝撃検出手段を複合材料の外表面に貼り付けるため、複合材料に悪影響を及ぼすことがなく、また既存の複合材料からなる構造材料に対して容易に後付けすることができる。つまり、本モニタリングシステムは、既存の構造物に対して後付けすることができる。
【００１３】
さらに、衝撃検出手段に不具合が生じた場合でも、複合材料の外表面に貼り付けられた衝撃検出手段は容易に交換が可能である。
【００１４】
ここで、上記制御手段は、上記検出信号が、設定された閾値を超えたときに報知手段に対して報知を実行させる、としてもよい。ここで、上記閾値は、複合材料に応じて、その内部に欠陥が生じ得る程度の荷重に対応する値として適宜設定すればよい。
【００１５】
こうすることで、複合材料の内部欠陥が生じる虞のある状況がより的確に監視され、内部欠陥を早期かつ的確に発見する上で有利になる。
【００１６】
上記衝撃検出手段は、シート状の静電容量センサである、としてもよいし、シート状のピエゾセンサである、としてもよい。
【００１７】
これらのセンサは、荷重の大きさに応じた電圧信号（検出信号）を出力することができ、本発明のシステムに利用可能であると共に、複合材料の外表面に貼り付けて使用することができ、本発明のシステムの衝撃検出手段として適している。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の複合材料の衝撃モニタリングシステムによれば、複合材料が衝撃荷重を受けたことを報知手段による報知によって認識することができ、内部欠陥の早期発見が可能になる。また、シート状の衝撃検出手段を複合材料の外表面に貼り付けるため、複合材料に悪影響を及ぼすことがなく、しかも、シート状の衝撃検出手段を容易に交換することができ、メンテナンス性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の衝撃モニタリングシステムを、複合材料製プロペラブレードの衝撃モニタリングシステムＳ１に適用した例を示している。同図において、符号１１は、航空機のプロペラブレードであり（図例では一つのみを示すが複数存在する）、本システムＳ１では各プロペラブレード１１の外表面に、シート状の衝撃検出手段としてのセンサシート１２が貼り付けられている。
【００２１】
このセンサシート１２は、受けた荷重の大きさに応じた検出信号を出力するセンサであればよく、例えば、受けた荷重の大きさに応じた電圧信号を出力するシート状の静電容量センサ又はシート状のピエゾセンサとすればよい。センサシート１２をプロペラブレード１１の外表面に貼り付ける手法は種々の手法を採用することができる。尚、以下において「センサシート１２」と呼ぶ際には、そのセンサの駆動回路を含む場合がある。
【００２２】
本衝撃モニタリングシステムＳ１は、プロペラ回転部２０と、機体部３０とを含んで構成され、プロペラ回転部２０と機体部３０との間は無線によってデータの送受信を行うよう構成される。
【００２３】
上記プロペラ回転部２０には、各センサシート１２からの検出信号（電圧信号）を増幅するチャージアンプ２１と、チャージアンプ２１で増幅された検出信号が入力されるプロペラ回転部側のコントロールユニット（制御手段）２２と、コントロールユニット２２からの信号を機体部３０に送信するためのトランスミッター２３及び送信アンテナ２４と、機体部３０から送信された信号を受信し、それをコントロールユニット２２に出力するための受信アンテナ２５及び受信回路２６と、を含む。
【００２４】
上記コントロールユニット２２は、後述するように、設定された警報閾値を記憶すると共に、チャージアンプ２１からの検出信号と記憶している警報閾値とを比較し、検出信号が警報閾値を超えたときに、警報信号をトランスミッター２３及び送信アンテナ２４を介して機体部３０へと送信する機能を有する。
【００２５】
尚、プロペラブレード１１と共に回転するセンサシート１２への給電は、図示は省略するが、スリップリングによる接触給電、トランスによる非接触給電、又は電池による給電が可能であり、いずれを採用してもよい。
【００２６】
一方、機体部３０には、コントロールユニット３１と、プロペラ回転部２０から送信された信号を受信し、それをコントロールユニット３１に出力するための受信アンテナ３２及び受信回路３３と、コントロールユニット３１からの信号をプロペラ回転部２０に送信するためのトランスミッター３４及び送信アンテナ３５と、コントロールユニット３１に接続されかつ、本衝撃モニタリングシステムＳ１における各種の設定操作等を行うためのマン・マシンインタフェースとして機能する衝撃モニタリングシステム制御器３６と、本航空機の操縦員室内に配置されかつ、コントロールユニット３１からの信号に基づいて各種の警報ランプ３７ａ，３７ｂを点灯することにより操縦員に対する警報を行う警報装置３７と、を備える。尚、図例では警報ランプとしてマスターコーション（Master Caution）３７ａ、インパクトディテクト（Impact Detect）３７ｂのみを示すが、後述するように、本警報装置３７は航空機全体の警報装置であり、警報ランプとしてはこれら以外のランプも有している。
【００２７】
上記衝撃モニタリングシステム制御器３６は、上述したようにマン・マシンインタフェースであり、担当者が衝撃モニタリングシステム制御器３６を操作することによって、インパクトディテクト警報を行うための閾値（警報閾値）を設定することができる。つまり本システムＳ１では、警報閾値を適宜設定・変更することが可能に構成されている。また、担当者が衝撃モニタリングシステム制御器３６を操作することによって、本衝撃モニタリングシステムＳ１の自己診断を実行させることができるようにも構成されている。
【００２８】
上記コントロールユニット３１は、上記プロペラ回転部２０からの警報信号を受けたときには、警報装置３７に対して警報（インパクトディテクト）を行わせる機能を有している。また、上記衝撃モニタリングシステム制御器３６の操作によって警報閾値が設定されたときには、その警報閾値をトランスミッター３４及び送信アンテナ３５を介してプロペラ回転部２０へと送信する機能を有する。
【００２９】
尚、プロペラ回転部２０におけるコントロールユニット２２、トランスミッター２３、送信アンテナ２４、受信アンテナ２５、受信回路２６、及び信号電圧チャージアンプ２１、並びに機体部３０におけるコントロールユニット３１、受信アンテナ３２、受信回路３３、トランスミッター３４、送信アンテナ３５、及び警報装置３７は、それぞれ既存の航空機にも備えられているシステムであり（つまり、コントロールユニット２２，３１はそれぞれ本衝撃モニタリングシステムＳ１専用のコントロールユニットではない）、本衝撃モニタリングシステムＳ１は、この既存のシステムに対してセンサシート１２と衝撃モニタリングシステム制御器３６とを追加することによって構成されている。
【００３０】
次に、上記構成の衝撃モニタリングシステムＳ１の動作について説明する。先ず、担当者が衝撃モニタリングシステム制御器３６を操作することによって警報閾値を設定すれば、その警報閾値は、機体部３０のコントロールユニット３１、トランスミッター３４及び送信アンテナ３５を介してプロペラ回転部２０に送信される。プロペラ回転部２０では、受信アンテナ２５及び受信回路２６を介してその警報閾値がコントロールユニット２２に入力され、コントロールユニット２２はその警報閾値を記憶しておく。
【００３１】
ここで、本衝撃モニタリングシステムＳ１は、各プロペラブレード１１に加わる衝撃を監視するシステムである。従って、例えば雹、石、動物、部品、工具や、本航空機が飛行艇である場合には、波等の水塊がいずれかのプロペラブレード１１に衝突した際に、そのプロペラブレード１１に衝撃が加わることになり、プロペラブレード１１に内部欠陥が生じる虞がある。
【００３２】
そして例えば飛行中に、いずれかのプロペラブレード１１にそうした衝撃荷重が加わった際には、その外表面に貼り付けられたセンサシート１２から、荷重の大きさに応じた検出信号が出力され、それがチャージアンプ２１で増幅された後にコントロールユニット２２に入力される。
【００３３】
コントロールユニット２２は、記憶している閾値と、入力された検出信号とを比較し、検出信号が閾値を超えているときに、警報信号をトランスミッター２３及び送信アンテナ２４を介して機体部３０に送信する。
【００３４】
プロペラ回転部２０から警報信号が送信されたときには、その警報信号が機体部３０の受信アンテナ３２及び受信回路３３を介してコントロールユニット３１に入力される。
【００３５】
コントロールユニット３１は、その警報信号を受けて警報装置３７に対し警報を実行させる。それによって警報装置３７は、マスターコーションランプ３７ａと、インパクトディテクトランプ３７ｂとを点灯させる。
【００３６】
こうして、いずれかのプロペラブレード１１に所定以上の荷重が加わったとき（閾値以上の荷重が加わったとき）には、操縦員室内の警報装置３７によって警報がなされるため、操縦員はプロペラブレード１１に所定以上の荷重が加わったことを認識することができる。これにより、プロペラブレード１１の内部欠陥を検査する必要があることが認識され、例えば飛行後等に別途の方法でプロペラブレード１１の検査を速やかに行うことができる。そうして、複合材料製のプロペラブレード１１の内部欠陥を早期に発見することが期待できる。
【００３７】
この衝撃モニタリングシステムＳ１では、センサシート１２をプロペラブレード１１の外表面に貼り付けており、複合材料の内部にセンサを埋め込む構成ではないため、複合材料に悪影響を及ぼす虞はない。また、既存のプロペラブレード１１に対しても容易に後付けすることができる。さらに、センサシート１２に不具合が発生した場合には、そのセンサシート１２を容易に交換することができ、メンテナンス性に優れている。
【００３８】
尚、上記システムＳ１では、複数のプロペラブレード１１を個別認識していないが、例えばプロペラブレード１１毎に検出信号の周波数を異ならせる等によって、各プロペラブレード１１を個別認識するようにしてもよい。そうすることで、衝撃が加わったプロペラブレード１１を個別に特定することができるため、検査時間の短縮化及び内部欠陥の検出精度の向上を図ることができる。
【００３９】
また、上記衝撃モニタリングシステムＳ１では、プロペラ回転部２０において、検出信号と警報閾値とを比較し、検出信号が警報閾値を超えたときには、プロペラ回転部２０から機体部３０に警報信号を出力する構成としていたが、これとは逆に衝撃が検出されたときには、その検出信号をプロペラ回転部２０から機体部３０に常に送信し、機体部３０において検出信号と警報閾値とを比較するように構成してもよい。但し、上記システムＳ１のようにプロペラ回転部２０で比較を行った方が、プロペラ回転部２０と機体部３０との間の通信データ量は少なくなるため、好ましい。
【００４０】
また、上記衝撃モニタリングシステムＳ１では、検出信号を警報閾値を超えた場合にのみ警報を行うように構成しているが、検出信号と警報閾値との比較を行わず、検出信号が出力されたときには常時警報（報知）を行うように構成してもよい。
【００４１】
（実施形態２）
図２は、本発明の衝撃モニタリングシステムを、複合材料製船底の衝撃モニタリングシステムＳ２に適用した例を示している。同図において、符号４１は、船舶の船底であり、本システムＳ２では船底４１の外表面に、シート状の衝撃検出手段としてのセンサシート４２が貼り付けられている。このセンサシート４２も、実施形態１と同様、受けた荷重の大きさに応じた検出信号を出力するセンサであればよく、例えばシート状の静電容量センサ又はシート状のピエゾセンサとすればよい。また、センサシート４２を船底の外表面に貼り付ける手法は種々の手法を採用することができる。
【００４２】
本衝撃モニタリングシステムＳ２は、センサシート４２からの検出信号（電圧信号）を増幅するチャージアンプ５１と、チャージアンプ５１で増幅された検出信号が入力されるコントロールユニット（制御手段）５２と、コントロールユニット５２に接続されかつ、本衝撃モニタリングシステムＳ２における各種の設定操作等を行うためのマン・マシンインタフェースとして機能する衝撃モニタリングシステム制御器５３と、船舶のブリッジ（操縦室）内に配置されかつ、コントロールユニット５２からの信号に基づいて各種の警報ランプ５４ａ，５４ｂを点灯することにより操縦員に対する警報を行う警報装置５４と、を備える。
【００４３】
上記衝撃モニタリングシステム制御器５３は、実施形態１のシステムＳ１と同様であり、担当者が衝撃モニタリングシステム制御器５３を操作することによって、インパクトディテクト警報を行うための閾値（警報閾値）を設定することができる。つまり本システムＳ２でも、警報閾値を適宜設定・変更することが可能に構成されている。また、担当者が衝撃モニタリングシステム制御器５３を操作することによって、本衝撃モニタリングシステムＳ２の自己診断を実行させることができるようにも構成されている。
【００４４】
上記コントロールユニット５２は、衝撃モニタリングシステム制御器５３の操作によって警報閾値が設定されたときには、その警報閾値を記憶すると共に、チャージアンプ５１からの検出信号と記憶している警報閾値とを比較し、検出信号が警報閾値を超えたときに、警報装置５４に対して警報（インパクトディテクト）を行わせる機能を有している。
【００４５】
尚、このシステムＳ２においても、コントロールユニット５２、警報装置５４、及び信号電圧チャージアンプ５１は、既存の船舶にも備えられているシステムであって、この既存のシステムに対してセンサシート４２と衝撃モニタリングシステム制御器５３とを追加することによって、本衝撃モニタリングシステムＳ２は構成されている。
【００４６】
次に、上記構成の衝撃モニタリングシステムＳ２の動作について説明する。先ず、担当者が衝撃モニタリングシステム制御器５３を操作することによって警報閾値を設定すれば、その警報閾値は、コントロールユニット５２に記憶される。
【００４７】
そして例えば航行中に、船底４１に対して衝撃荷重が加わった際には、その外表面に貼り付けられたセンサシート４２から、荷重の大きさに応じた検出信号が出力され、それがチャージアンプ５１で増幅された後にコントロールユニット５２に入力される。
【００４８】
コントロールユニット５２は、記憶している警報閾値と、入力された検出信号とを比較し、検出信号が警報閾値を超えているときに、警報装置５４に対し警報を実行させる。それによって警報装置５４は、マスターコーションランプ５４ａと、インパクトディテクトランプ５４ｂとを点灯させる。
【００４９】
こうして、船底４１に所定以上の荷重が加わったとき（閾値以上の荷重が加わったとき）には、ブリッジ内の警報装置５４によって警報がなされるため、操縦員は船底４１に所定以上の荷重が加わったことを認識することができる。これにより、船底４１の内部欠陥を検査する必要があることが認識され、例えば航行後等に別途の方法で船底の検査を速やかに行うことができる。そうして、複合材料製船底４１の内部欠陥を早期に発見することが期待できる。
【００５０】
また、本衝撃モニタリングシステムＳ２においても、実施形態１のシステムＳ１と同様の作用効果を奏することはいうまでもない。
【００５１】
（他の実施形態）
本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を含むものである。つまり、上記実施形態では、本発明を、航空機のプロペラブレード１１及び船舶の船底４１に対する衝撃を監視するシステムとして構成したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば航空機や船舶において、複合材料によって構成される他の部分の衝撃を監視するシステムに適用してもよい。また、航空機や船舶に限らず、自動車等の移動体に適用してもよいし、さらには土木、建築等に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、本発明は、複合材料に加わる衝撃を監視することによって、その監視結果を基に複合材料の内部欠陥を早期に発見することができるため、構造材料として複合材料を用いる、航空機、船舶及び自動車等を含む移動体や、土木、建築等における衝撃モニタリングシステムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のシステムをプロペラブレードの衝撃モニタリングシステムに適用した場合の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のシステムを船底の衝撃モニタリングシステムに適用した場合の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  プロペラブレード（複合材料）
１２，４２  センサシート（衝撃検出手段）
２２，５２  コントロールユニット（制御手段）
３７，５４  警報装置（報知手段）
４１  船底（複合材料）
【図１】
2007163229.tif 000003
【図２】
2007163229.tif 000004