(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性波の発生と検知を兼ねた一つの圧電素子と電極を備えた樹脂フィルムからなる損傷センシングシートであって、当該樹脂フィルムの外面側に粘着層を形成し、その外面に剥離可能な保護層を設けたことを特徴とする損傷センシングシート。
【請求項２】
一方の樹脂フィルムに圧電素子を配置し、他方の樹脂フィルムに圧電素子と電極コネクターとを結ぶ電極回路を配置し、これらの樹脂フィルムを貼着したことを特徴とする請求項１に記載の損傷センシングシート。
【請求項３】
樹脂フィルムがポリイミド又はポリエーテルイミドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の損傷センシングシート。
【請求項４】
請求項１乃至３何れかに記載の損傷センシングシートを被検査体に埋設又は貼着したことを特徴とする損傷センシングシート複合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陸海空輸送機、車両および鉄骨構造体の経年変化や欠陥発生を常時モニタリングする損傷センシングシート（損傷検知装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機、自動車、および高速道路架橋支柱のような大型構造物の点検には、打音検査、蛍光探傷法による目視検査などの人的検査法が主流である。
また、形状の決まっている構造体には、超音波による損傷検査及びアコースティックエミッション法による損傷診断が用いられている。
また、稼動中の構造体における点検では光ファイバの損傷診断機能を活用した光ファイバ埋設法や圧電素子によるセンシング機能に着目した方法（例えば、特開平６−３０８０９９号公報参照）が用いられている。
【０００３】
打音検査、蛍光探傷法による目視検査などの人的検査法は、熟練者の勘にたよるだけでなく検査場所および検査時間も限定されるという欠点がある。
また、超音波による損傷検査は、超音波の発信機・受信機を材料の表面に沿って移動させながら検査するものであるから移動物体のようなものには適用出来ないものである。
また、アコースティックエミッション法による損傷診断では、アコースティックエミッション波形解析技術が材料内のクラックのミクロな進展を捕らえる技術であるため構造体に発生した損傷を数センチメートル単位で把握するには情報量が大きく即時の検査には不適切であった。
【０００４】
また、光ファイバ埋設法では、光ファイバ自体が脆性材料であるため、構造体への過負荷や衝撃力により光ファイバセンサが破断してしまうという欠点があった。
また、圧電素子のセンシング機能に着目した特開平６−３０８０９９号公報に示されたものでは、構造体の両側面に発信用の圧電素子と受信用の圧電素子とを押圧するようにしているため、装置が大型になり、また、損傷形態標定などの定量的な欠陥評価を得るまでには至っていない。
【０００５】
このような問題を解消するために、本発明者らは、先に、センサを構造体に埋め込むことなく、単に構造体に貼り付けるだけで、損傷位置・損傷形態を正確に把握できる非破壊検査手段、具体的には、樹脂製フィルム上に複数の圧電素子を配置したセンシングシートあるいは該センシングシートを複合材料に貼着したセンシングシート複合体を被検査体である構造体に貼り付けて使用することにより、損傷位置の標定精度と損傷形態把握機能を有効に発揮させる損傷センシングシートを提案した（特願２０００−３１１７８２）。
この損傷センシングシートは、被検査体に貼り付けるだけで使用できるので、鉄骨構造体、車体などセンサを埋設できない構造物や稼動している部材にも適用でき、構造体における損傷を断続的あるいは継続的に把握することが可能となるといった利点を有するものである。だが、その後の本発明者らの検討によれば、この損傷センシングシートは樹脂フィルムの間に弾性波の発生と検知に少なくとも３個以上の圧電素子が配置されているので、被検査体が凹凸や歪みなどの複雑な形状の場合には、被検査体への取り付けが難しく、また取り付けることができたとしてもその密着性に欠け、損傷波形を正確に検知できないといった問題が生じ、また、被検査体の歪み構造から応力集中を受け、損傷センシングシートが破壊し易くなり、破壊した場合には損傷センシングシート全体を交換しなければならないといった難点を包含することが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる発明の問題点を克服するためになされたものであり、被検査体が複雑な形状の場合であっても簡単に取り付けことができると共にその密着性に優れ、しかも破壊した場合にも簡便・廉価に交換可能で、優れた損傷位置の標定精度と損傷形態把握機能を発揮する損傷センシングシートを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成するため、鋭意検討した結果、弾性波の発生と検知を兼ねた一つの圧電素子と電極を備えた樹脂フィルムからなる損傷センシングシートであって、当該樹脂フィルムの外面側に粘着層を形成し、その外面に剥離可能な保護層を設けた損傷センシングシートを用いると、これらの課題が解決できることを見い出し本発明に到達した。
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
（１）弾性波の発生と検知を兼ねた一つの圧電素子と電極を備えた樹脂フィルムからなる損傷センシングシートであって、当該樹脂フィルムの外面側に粘着層を形成し、その外面に剥離可能な保護層を設けたことを特徴とする損傷センシングシート。
（２）一方の樹脂フィルムに圧電素子を配置し、他方の樹脂フィルムに圧電素子と電極コネクターとを結ぶ電極回路を配置し、これらの樹脂フィルムを貼着したことを特徴とする上記（１）に記載の損傷センシングシート。
（３）樹脂フィルムがポリイミド又はポリエーテルイミドであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の損傷センシングシート。
（４）上記（１）乃至（３）何れかに記載の損傷センシングシートを被検査体に埋設又は貼着したことを特徴とする損傷センシングシート複合体。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る損傷センシングシートを用いて、被検査体である構造体の損傷を検知するには、たとえば、これを被検査体である構造体に必要な数だけ貼り付け若しくは埋設しておき、それぞれの損傷センシングシートに駆動電圧を印加して発振させ、発振に伴って発生する弾性波を検出すればよい。
この場合、検出された弾性波の出力信号をプリアンプで増幅し、コンピュータで解析すれば被検査体である構造体内部の不連続部分等を欠陥として検出することが可能となる。
【０００９】
また、予め既知の損傷状態におけるパルス出力波形をデータベース化しておき、位置標定された部位の損傷センジングシートの圧電素子に駆動電圧を印加して発振させ、他の損傷センシングシートの圧電素子における出力波形をモニタリングすることにより構造体の劣化診断を行うこともできる。
【００１０】
波形検出はできるだけ広範囲な検出面積を得るために少なくとも３枚の損傷センシングシートは必要であり、検出精度や損傷の位置標定のためにカバーする面積を考慮すると損傷センシングシートはできるだけ多い方が有効であるが、計算時間が長くなるため３〜８枚が妥当な数である。
従って、本発明においては、損傷センシングシートを少なくとも３枚を用い、これらのシートを被検査体の所定部位に貼着若しくは埋設しておくことが必要である。
【００１１】
次に、本発明に係る損傷センシングシートを図面に沿って説明する。
図１は、粘着層と剥離可能な保護層を設ける前の損傷センシングシートの一例の説明図であり、樹脂フィルム内に、弾性波の発生と検知を兼ねた一つの圧電素子を配置されている。図１において、１は圧電素子、２は電極回路、３は樹脂フィルム、３−１は電極コネクター接続部位である。一方の樹脂フィルム３に圧電素子１と電極回路２を配置し、その上面を他方の樹脂フィルム３覆った構成としている。
【００１２】
図２は、粘着層と剥離可能な保護層を設ける前の他の損傷センシングシートの一例を示したものである。一方の樹脂フィルム３の上面に圧電素子１を配置し、他方の樹脂フィルム３に電極回路３をたとえば導電ペーストなどで印刷乾燥して、形成し、その後、圧電素子１が配置された面と電極回路３が配置された面とが接合するようにして二つの樹脂フィルムを貼り合わせたものである。このような構造とすることにより、圧電素子１及び電極回路２は樹脂フィルム３で覆われるため、外部の水分、塵芥等で汚染されることがなく、また機能を損なうこともない。
【００１３】
図３は、本発明に係る損傷センシングシートの代表例であり、図２の損傷センシングシートの樹脂フィルム３の外面側に粘着層４を設け、その表面に剥離可能な保護層５を貼着したものである。このものは、大量生産可能で保管も容易であり、しかも、その使用にあたっては、保護層５を粘着層４から剥がし、粘着層４を非検査体である構造体の所定箇所に貼りつけるという簡便なものであるから、その取り扱い作業性の面からみて極めて有利なものである。
【００１４】
更に、本発明の損傷センシングシートにおいては、適宜箇所に圧電素子などの検出素子の破損や損傷の防止のためのクッション層や中間層を、また本体の耐久性を維持するために、クッション層や中間層を介して耐久層を設けることも可能である。このような耐久層の材料としては、例えばガラス繊維系複合材料やカーボン繊維系複合材料などの耐久材料が使用できる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
【００１６】
実施例１
図１に示される樹脂フィルム３−１間に電極コネクターを取り付けた損傷センシングシートを作製した。圧電素子としては、Sr2-xCaxNaNb5O15 （ 0.05＜x＜0.25）を、樹脂フィルムとしてはポリイミド樹脂を用いた。電極回路２は銅箔を樹脂フィルム３に貼着することにより形成した。この損傷センシングシートを、図４に示されるように、平板状の被検査体６の外面に等間隔に４枚（７−１〜４）貼着した。
まず、各損傷センシングシートの位置を検出するために、センシングシート７−１に矩形パルスを駆動させセンシングシート７−２〜４でその弾性波を測定する。ついで駆動させるセンシングシートを７−２〜４と順次切り替え個々に弾性波の測定を行い、測定結果を解析することでセンシングシートの位置の算出を行う。参考のため、図５に、センシングシート７−１に矩形パルスを駆動させた場合に観測されるセンシングシート７−２〜４の弾性波の測定結果を示す。
この被検査体４の表面にφ１０のスチール球を１０ｃｍの高さから落下させ衝撃を加え、各シートに伝わる弾性波をそれぞれ観測し、各シートに到達する弾性波の時間差等を解析することで衝撃位置、衝撃エネルギーの評定した。
図６に被検査体６の構造材料としてアクリル樹脂を用いた場合の各シートに到達する弾性波の観測結果を示す。
【００１７】
実施例２
実施例１において、被検査体６の材質をＣＦＲＰに代え、損傷センシングシートを図７に示されるように、被検査体４に所定間隔で４枚埋設した以外は実施例１と同様に各シートに伝わる弾性波を観察した。その弾性波の観測結果を図８に示す。
【００１８】
実施例３
実施例１において、損傷センシングシートを図９に示されるような円柱状の被検査体に所定の間隔で４枚貼着した以外は実施例１と同様に各シートに伝わる弾性波を観察した。その弾性波の観測結果を図１０に示す。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の損傷センシングシートは、被検査体が複雑な形状の場合であっても簡単に取り付けことができると共にその密着性に優れ、しかも破壊した場合にも簡便・廉価に交換可能で、優れた損傷位置の標定精度と損傷形態把握機能を発揮する。
また、本発明に係る損傷センシングシートは被検査体に貼り付けるだけで使用できるので、鉄骨構造体、車体などセンサを埋設できない構造物や稼動している部材にも適用でき、構造体における損傷を断続的あるいは継続的に把握することが可能となる。
特に、本発明の損傷センシングシートは、被検査体への取り付け作業性・密着性に優れているため、円筒状、角柱状、楔状などの複雑な形状の被検査体に簡単に取り付けることができ、また過負荷や衝撃により圧電素子が仮に破壊した場合でも、その修復作業はシート全体ではなく、相応するシート単体のみを交換するだけで完了するので、利便性の極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】粘着層と保護層を設ける前の代表的な損傷センシングシートの説明図である。
【図２】粘着層と保護層を設ける前の代表的な損傷センシングシートの説明図である。
【図３】本発明に係る代表的な損傷センシングシートの説明図である。
【図４】本発明の損傷センシングシートの代表的な使用例の説明図である。
【図５】図４の使用態様において、各損傷センシングシートで検知される弾性波の観測グラフである。
【図６】実施例１に係る損傷センシングシートによって検知される弾性波の観測グラフである。
【図７】本発明の損傷センシングシートの他の代表的な使用例の説明図である。
【図８】実施例２に係る損傷センシングシートによって検知される弾性波の観測グラフである。
【図９】本発明の損傷センシングシートの他の代表的な使用例の説明図である。
【図１０】実施例３に係る損傷センシングシートによって検知される弾性波の観測グラフである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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