(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械、構造物あるいは建造物に生じた亀裂の長さ方向の上下面に、表裏面に電極処理を施した２枚の圧電材料を、該圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置してフィルムに接着し、上下２枚の圧電材料が発生する電位差を計測することにより、亀裂の開口型応力拡大係数Ｋ1 と面内せん断型応力拡大係数ＫIIを分離して求めることを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法。
【請求項２】
請求項１記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、前記圧電材料が２枚の半円形の圧電材料であり、その円の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法。
【請求項３】
請求項２記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、前記２枚の半円形の圧電材料が、接着する向きによって発生する電荷が異なる異方性圧電材料であり、直交する方向に切り出した２枚の圧電材料を正極が向かい合うように重ねて接着することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法。
【請求項４】
請求項１記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、前記圧電材料が２枚の矩形の圧電材料であり、該２枚の矩形の圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法。
【請求項５】
（ａ）機械、構造物あるいは建造物に生じた亀裂の長さ方向の上下面に、表裏面に電極処理を施した２枚の圧電材料を、該圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置し接着するフィルムと、
（ｂ）電極処理を施した圧電材料の上面（正極）と金属箔（負極）にそれぞれ出力端子を取付けてなるセンサーを備え、
（ｃ）前記上下２枚の圧電材料が発生する電位差を計測することにより、亀裂の開口型応力拡大係数Ｋ1 と面内せん断型応力拡大係数ＫIIを分離して求める手段とを具備することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、前記圧電材料が２枚の半円形の圧電材料であり、その円の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置する構造を有することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置。
【請求項７】
請求項５記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、前記２枚の半円形の圧電材料が接着する向きによって発生する電荷が異なる異方性圧電材料であり、直交する方向に切り出した２枚の圧電材料を正極が向かい合うように重ねて接着する構造を有することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置。
【請求項８】
請求項５記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、前記圧電材料が２枚の矩形の圧電材料であり、該２枚の矩形の圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置する構造を有することを特徴とする圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電材料を用いて機械、構造物あるいは建造物に生じた亀裂の成長速度や成長方向、および亀裂先端からの破壊の危険性を診断する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属、コンクリートあるいは複合材料からなる橋梁、船舶、航空機、鉄橋、鉄塔、クレーン、海洋構造物、プラント設備、建設機械、道路路面および壁面などでは、使用期間中に種々の要因によって亀裂や割れを生じることがある。鋭い応力集中部を有する亀裂や割れは、それらの機械や構造物、建造物の安全性に重要な影響を及ぼすので、補修の緊急性の判断、余寿命予測などは、メンテナンスにおいて重要な課題である。
【０００３】
従来、割れや亀裂の強度評価は、線形破壊力学に基づいて行なわれるのが一般的である。
【０００４】
強度評価に用いる破壊力学的指標としては、亀裂先端の応力の特異性を表す応力拡大係数Ｋ、または、応力が変動している場合には応力拡大係数範囲ΔＫを用いることが多い。この応力拡大係数や応力拡大係数範囲は、種々の材料の疲労破壊強度、脆性破壊強度などの評価に使用されているが、実機の構造に生じた割れや亀裂の応力拡大係数を計測する良い方法が無いのが現状である。
【０００５】
亀裂先端近傍に応力集中用の歪ゲージを貼りつけて応力分布を計測し、応力拡大係数を推定する方法もあるが、計測精度の問題からあまり使用されていない。
【０００６】
また、有限要素法や境界要素法などの数値解析法によって、応力拡大係数を推定する方法もあるが、荷重条件の複雑さ、溶接残留応力や初期変形の影響、構造の複雑さなどが影響して、実機の応力拡大係数を精度良く推定することが困難なことが多い。
【０００７】
図７は亀裂の態様を示す斜視図であり、図７（ａ）は亀裂の開口型変形（モードＩ）、図７（ｂ）は亀裂の面内せん断型変形（モードII）、図７（ｃ）は亀裂の面外せん断型変形（モードIII ）をそれぞれ示す図である。
【０００８】
応力拡大係数には、図７に示すように、亀裂開口型の応力拡大係数ＫI 、面内せん断型の応力拡大係数ＫII、面外せん断型の応力拡大係数ＫIII があり、従来の方法では、応力計測結果からこれらを分離して求めるのが容易でなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
圧電材料は、歪が負荷されると電荷を発生させるという性質（圧電効果）を持つ材料で、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する機能を持つ。
【００１０】
図８は圧電材料を用いた歪み計測装置の模式図であり、図８（ａ）はその斜視図、図８（ｂ）はその側面図である。
【００１１】
この図に示すように、ｘ，ｙ方向に等方性を有する薄い圧電材料１０１を、平滑な母材１０２上に、正極が上面を、負極が母材１０２面を向くように接着して母材１０２に応力σx ，σy を加えると、圧電方程式により圧電材料１０１の上面と下面の間には（σx ＋σy ）に比例する電位差を生じる。
【００１２】
この電位差は母材１０２に金属箔１０３などを貼り付けて、その上に圧電材料１０１を接着し、圧電材料１０１の上面（正極）に電気端子１０４を、また金属箔１０３（負極）に電気端子１０５を取付け、電気配線１０７を介して計測すると、応力速度ｄ（σx ＋σy ）／ｄｔに比例した電圧として得ることができる。次に、この電圧を電気回路で積分（以降、積分回路１０６と呼ぶ）して、もとの（σx ＋σy ）に比例する電圧に戻すと、２方向応力の和（σx ＋σy ）を計測することができる。このことは、チタン酸ジルコン酸鉛を材料とするセラミクス圧電材料およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を材料とする高分子圧電フィルムを用いた先行技術文献（１）〔新宅英司、藤本由紀夫、濱田邦裕「圧電素子による簡易応力履歴センサーの開発、第１報および第２報」（日本造船学会論文集第１８４号、３４３−３５０．１９９８および第１８６号、４０１−４１１．１９９９〕の実験に示されている。
【００１３】
積分回路１０６からの出力電圧をＶとすると、出力電圧Ｖと部材表面の直交する２方向応力σx ，σy の間には次式が成り立つ。
【００１４】
【数１】
0003857032.tif 000002
ここで、ｃ1 は圧電材料の誘電率、圧電歪定数、応力−歪関係、母材の応力−歪関係および接着材の歪伝達率に関係する定数である。Ａは圧電材料を接着した面積である。出力電圧Ｖは、部材の応力σx ，σy が圧電材料を接着した領域内部で一様な場合には圧電材料の面積に比例するが、σx ，σy が分布する場合には応力分布を領域内部で積分したものになる。
【００１５】
図９は亀裂先端付近の応力を表す座標系を示す図である。
【００１６】
ところで、機械や構造物の部材に生じた亀裂の先端近傍の応力分布（近似解）は、図９に示す座標系において次式で表せることが先行技術文献（２）「岡村弘之著「線形破壊力学入門」（培風館、２２頁から２６頁、１９７６）」に示されている。
【００１７】
【数２】
0003857032.tif 000003
上式では開口型（モードＩ）の応力拡大係数ＫI と面内せん断型（モードII）の応力拡大係数ＫIIのみを考慮し、面外せん断型（モードIII ）の応力拡大係数ＫIII を考慮していないが、機械や構造物に生じた亀裂の多くはモードＩあるいはIIの様式で成長することが多い。
【００１８】
上記（２）式は複雑な関数形をしているが、そのσx とσy を上記（１）式に代入すると、比較的簡単な関数として次の（３）式が得られる。
【００１９】
【数３】
0003857032.tif 000004
上記（３）式が、本発明で割れや亀裂の応力拡大係数の推定に使用する式である。
【００２０】
積分回路１０６からの出力電圧Ｖを計測することにより、上記（３）式のモードＩの応力拡大係数ＫI とモードIIの応力拡大係数ＫIIを求めることが課題であるが、２つの未知量ＫI ，ＫIIを分離して求めるには、亀裂先端近傍に圧電材料１０１を２個所設置して積分回路１０６からの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 をそれぞれ計測し、上記（３）式を連立させて解く必要がある。
【００２１】
応力拡大係数は材料強度の分野では幅広く使用されている。疲労亀裂の伝播の問題では、パリス則に代表される亀裂伝播速度式によって亀裂の成長速度を推定できる。脆性破壊の評価では、モードＩの応力拡大係数ＫI が破壊の評価に使用されている。また、ＫI とＫIIの大きさを比較することにより、亀裂の成長方向をほぼ推定できることが、例えば、先行技術文献（３）〔村上敬宣「き裂伝播経路の予知について」（日本機械学会論文集（Ａ編）第４６巻４０７号、７２９−７３７．１９８０）〕に示されている。
【００２２】
しかし、実機械や構造物の現場で上記した計測方法を精度良く実施することは容易でない。
【００２３】
本発明は、上記状況に鑑みて、亀裂先端の応力を求め、疲労度を検知し、破壊の危険性を診断する、圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
〔１〕圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、機械、構造物あるいは建造物に生じた亀裂の長さ方向の上下面に、表裏面に電極処理を施した２枚の圧電材料を、この圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置してフィルムに接着し、上下２枚の圧電材料が発生する電位差を計測することにより、亀裂の開口型応力拡大係数Ｋ1 と面内せん断型応力拡大係数ＫIIを分離して求めることを特徴とする。
【００２５】
〔２〕上記〔１〕記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、前記圧電材料が２枚の半円形の圧電材料であり、その円の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置することを特徴とする。
【００２６】
〔３〕上記〔２〕記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、前記２枚の半円形の圧電材料が、接着する向きによって発生する電荷が異なる異方性圧電材料であり、直交する方向に切り出した２枚の圧電材料を正極が向かい合うように重ねて接着することを特徴とする。
【００２７】
〔４〕上記〔１〕記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断方法において、前記圧電材料が２枚の矩形の圧電材料であり、その２枚の矩形の圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置することを特徴とする。
【００２８】
〔５〕圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、機械、構造物あるいは建造物に生じた亀裂の長さ方向の上下面に、表裏面に電極処理を施した２枚の圧電材料を、この圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置し接着するフィルムと、電極処理を施した圧電材料の上面（正極）と金属箔（負極）にそれぞれ出力端子を取付けてなるセンサーを備え、前記上下２枚の圧電材料が発生する電位差を計測することにより、亀裂の開口型応力拡大係数Ｋ1 と面内せん断型応力拡大係数ＫIIを分離して求める手段とを具備することを特徴とする。
【００２９】
〔６〕上記〔５〕記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、前記圧電材料が２枚の半円形の圧電材料であり、その円の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置する構造を有することを特徴とする。
【００３０】
〔７〕上記〔５〕記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、前記２枚の半円形の圧電材料が接着する向きによって発生する電荷が異なる異方性圧電材料であり、直交する方向に切り出した２枚の圧電材料を正極が向かい合うように重ねて接着する構造を有することを特徴とする。
【００３１】
〔８〕上記〔５〕記載の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置において、前記圧電材料が２枚の矩形の圧電材料であり、その２枚の矩形の圧電材料の中心が亀裂先端に位置するように微小な間隔で向かい合わせて配置する構造を有することを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明にかかる第１の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置の構成図である。
【００３４】
この図に示すように、半径Ｒの半円形の圧電材料の中心に微小な半径Ｒ0 の半円を加工した２枚の半円形の圧電材料１Ａ，１Ｂを準備し、これを構造部材８に生じた亀裂９を挟むように向かい合わせて近接させて置き、圧電材料の半径の中心に亀裂先端１０が位置するようにフィルム１１上に接着する。圧電材料には前述の方法で上面に正極の出力端子４Ａ，４Ｂと下面に負極の出力端子５Ａ，５Ｂを取付けて電気配線７を経て積分回路６に接続する。積分回路６から得られる圧電材料１Ａ，１Ｂの出力電圧ＶA ，ＶB は、
【００３５】
【数４】
0003857032.tif 000005
なお、圧電材料の中心の微小な半径Ｒ0 の半円の加工を行なわない場合には、（４）式でＲ0 ＝０とする。
【００３６】
いま、実機において、ＶA とＶB を計測すれば、それらを上記（４）式に代入して連立方程式を解き、ＫI とＫIIを次のように得ることができる。
【００３７】
【数５】
0003857032.tif 000006
なお、上式の定数ｃ1 は、亀裂に設置するのと同じ形状寸法の圧電材料を平滑な母材に設置して、σx ＝σ、σy ＝０の単軸の正弦波応力を負荷した実験を行ない、上記（１）式から事前に求めておくことができる。
【００３８】
図２は本発明にかかる第２の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置の構成図である。
【００３９】
図１に示したように、圧電材料の形状が半円形でない場合にも上述の方法は適用可能である。例えば、図２に示すように、長さＬ、高さＨの長方形の圧電材料１Ｃ，１Ｄをフィルム１１上に設置した場合には、積分回路からの出力電圧ＶC ，ＶD は上記（３）式を用いるとそれぞれ次のようになる。
【００４０】
【数６】
0003857032.tif 000007
ここで、Ｇは圧電素子の寸法（幅Ｌと高さＨ）と接着位置に関連する寸法（亀裂からの微小距離）Ｈ0 によって決まる値であり、次式を事前に数値積分して求めておくことができる。
【００４１】
【数７】
0003857032.tif 000008
使用する圧電材料がポリフッ化ビニリデンのような高分子材料からなる場合は、圧電材料がｘ，ｙ方向に異方性を示すので、圧電材料を接着する向きによって積分回路からの出力電圧が異なったものになる。この場合には、図３（ａ）に示すように、同一形状の圧電材料１Ｅ，１Ｆを直交する２方向から切り出し、図３（ｂ）に示すように、正極が互いに向かい合うように重ねて接着して使用することにより、２つの圧電材料の出力電圧に生じる異方性を打ち消すことができる。すなわち、圧電材料１Ｅの出力電圧をＶE ＝ｃ2 σx ＋ｃ3 σy とし、圧電材料１Ｆの出力電圧をＶF ＝ｃ3 σx ＋ｃ2 σy とすると、両方の出力電圧が加え合わされて、（σx ＋σy ）に比例する出力電圧を得ることができる。
【００４２】
【数８】
0003857032.tif 000009
この（８）式を上記（１）式の代わりに使用すると、同じ方法で応力拡大係数ＫI ，ＫIIを分離して求めることができる。なお、この場合の出力端子４，５は図３（ｂ）に示すように、向かい合う圧電材料１Ｅ，１Ｆの正極の間に金属箔などを挟んで正極端子４を取付け、反対側の両面の負極を短絡させて負極端子５を取付ける。
【００４３】
ところで、圧電材料を設置するにあたって、亀裂先端近傍に精度良く圧電材料を接着する必要がある。しかし、実機械や構造物の現場で精度良く接着作業を行なうのは容易でない。このため予め金属の箔や蒸着による電気配線を施した薄い樹脂などのフィルム１１をべースとし、この表面に圧電材料を精度良く接着して出力端子を取付けたものをセンサーとして構成し、これを機械や構造物に接着する方法が有効である。
【００４４】
図４は本発明にかかるセンサーの構成図であり、図４（ａ）はその平面図、図４（ｂ）はその側面図である。
【００４５】
これらの図に示すように、フィルムのべース１１としては、例えばポリイミドフイルムを使用し、これに金属箔を接着あるいは蒸着させて負極の出力端子５Ａ，５Ｂを取付けておく。亀裂開口によって上下面のポリイミドフイルムが容易に切断されるように、フイルムの一部にスリット１２を加工しておく。これに圧電材料１Ａ，１Ｂを精度よく接着して、上面に正極の出力端子４Ａ，４Ｂを取付ける。このようにセンサー１４を構成することによって、現場での接着作業を容易かつ精度良く行なうことができる。
【００４６】
図５は本発明の第１の適用例を示すセンサーの模式図である。
【００４７】
この図に示すように、圧電材料を用いて構成したセンサー１４を、構造物に生じた亀裂９の先端１０に設置し、積分回路６、電圧記録計１５および電源１６などを平板１３に一緒に取付けておく。橋梁や鉄橋などでは、通常の使用環境下で自動車や貨物車両あるいは鉄道車両などを走らせて計測すると、実使用下での亀裂の応力拡大係数を求めることができる。
【００４８】
船舶や建設機械などにおいても、使用環境下で計測を行なうことにより実使用下の応力拡大係数を求めることができる。また、亀裂が発見された場合に、使用を続行することができない機械や構造物では、特殊な荷重を負荷して、圧電材料の発生する応答を調べることにより、実機の応力拡大係数を推定することもできる。
【００４９】
本発明によって応力拡大係数が計測可能なことを検証するため、実験を行な
った。まず、平滑な試験片にチタン酸ジルコン酸鉛の圧電材料（長さ１７ｍｍ、幅１１ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、村田製作所製）をエポキシ樹脂で接着し、平滑試験片に応力範囲４０Ｍｐａ、１Ｈｚの正弦波の完全両振り軸応力を繰り返し負荷した。
【００５０】
出力端子は導電性の接着剤で取付けた。実験の結果、積分回路からは電圧範囲が０．４０Ｖの正弦波の出力電圧が得られた。圧電材料の寸法は１８７ｍｍ2 である。
【００５１】
上記（１）式を解くと、次のように、ｃ1 ＝５．３×１０-5（Ｖ／Ｎ）が得られる。
【００５２】
【数９】
0003857032.tif 000010
図６は本発明にかかる試験片の構成図であり、図６（ａ）はコンパクト試験片を示す図、図６（ｂ）は４５°亀裂付平板試験片を示す図である。
【００５３】
図６（ａ）に示す形状のコンパクト試験片（ピン穴の中心をつなぐ線から亀裂先端までの距離が４０ｍｍ）と、４５度方向に長さ８５ｍｍの傾斜亀裂を有する平板試験片にチタン酸ジルコン酸鉛の圧電材料を貼り付けて実験を行った。圧電材料は長さ１７ｍｍ、幅１１ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ（村田製作所製）の長方形で、亀裂からＨ0 ＝０．５ｍｍの位置に貼り付けた。
【００５４】
図６（ａ）に示すコンパクト試験片では、ピンＰに荷重範囲が１ｋＮ、荷重繰り返し速度１Ｈｚの片振り引っ張り荷重を負荷した。図６（ｂ）に示す４５度方向に傾斜亀裂を加工した平板試験片では応力範囲が２０Ｍｐａ、繰り返し速度１Ｈｚの両振り軸応力を負荷した。
【００５５】
図６（ａ）に示すコンパクト試験片では亀裂開口型（モードＩ）の応力拡大係数が、図６（ｂ）に示す４５度方向に亀裂を有する平板試験片では亀裂開口型（モードＩ）と面内せん断型（モードII）の応力拡大係数が計測できる。なお、この形状の圧電材料のＧを上記（７）式を数値積分して計算すると、Ｇ＝３７．７ｍｍ1.5 となる。
【００５６】
実験の結果、図６（ａ）に示すコンパクト試験片では積分回路から出力電圧範囲がＶC ＝０．３９（Ｖ）、ＶD ＝０．４０（Ｖ）、周期１秒の正弦波が得られた。上記（６）式にこれらの出力電圧ＶC 、ＶD を代入して応力拡大係数範囲を求めると次の値が得られる。
【００５７】
【数１０】
0003857032.tif 000011
また、図６（ｂ）に示す４５度方向に傾斜亀裂を有する平板試験片では出力電圧範囲がＶC ＝０．０１（Ｖ）、ＶD ＝０．５１（Ｖ）、周期１秒の正弦波が得られた。上記（６）式にこれらを代入すると次の値が得られる。
【００５８】
【数１１】
0003857032.tif 000012
これらの試験片では、亀裂の応力拡大係数範囲ΔＫが従来の研究により明らかにされている。図６（ａ）に示すコンパクト試験片では上記先行技術文献（２）の２１９ぺージに示された方法で、また、図６（ｂ）に示す４５度方向の傾斜亀裂を有する平板試験片では上記先行技術（３）の７３１ぺージの方法で応力拡大係数が計算できる。与えられた荷重条件下で応力拡大係数を計算すると、図６（ａ）に示すコンパクト試験片ではΔＫI ＝２１５ＭＰａ√ｍｍ、ΔＫII＝０．０ＭＰａ√ｍｍとなる。
【００５９】
一方、図６（ｂ）に示す４５度方向に傾斜亀裂を有する平板試験片ではΔＫI ＝１４９ＭＰａ√ｍｍ、ΔＫII＝１３０ＭＰａ√ｍｍとなる。実験で求めた応力拡大係数範囲の方が理論値に比べて多少小さい値を示しているが、両者はほぼ近い値が得られている。
【００６０】
次に、同じ材質で長さＬ＝１１ｍｍ、幅Ｈ＝６ｍｍ、厚さｔ＝０．３ｍｍ（村田製作所製）の小型の圧電材料を、Ｈ0 ＝０．５ｍｍの位置に接着して同じ荷重条件で実験したところ、表１に示すように、コンパクト試験片では、ＶC ＝０．１９（Ｖ）、ＶD ＝０．２０（Ｖ）の電圧範囲が得られた。
【００６１】
【表１】
0003857032.tif 000013
また、表２に示すように、４５度方向に傾斜亀裂を有する平板試験片では、ＶC ＝０．０１（Ｖ）、ＶD ＝０．２４（Ｖ）の電圧範囲が得られた。この寸法の圧電材料のＧは数値積分により、Ｇ＝１６．９ｍｍ1.5 となる。これらを、上記（６）式に代入すると、次のような応力拡大係数範囲が得られる。
【００６２】
【表２】
0003857032.tif 000014
【００６３】
【数１２】
0003857032.tif 000015
これらの実験結果を理論値と比較して、表１と表２にまとめているが、寸法の小さい圧電材料を用いると、理論値により近い応力拡大係数範囲が計測できていることが分かる。
【００６４】
以上から亀裂長さに応じて適切な寸法の圧電材料を用いることにより、本発明に基づいて、構造物などに生じた亀裂の応力拡大係数範囲が計測できることが分かる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、２枚の圧電材料を構造物などに生じた亀裂先端部に、微小な間隔で亀裂を挟むように向かい合わせて接着し、圧電材料の表裏面間の電位差をそれぞれ計測して、亀裂の開口型の応力拡大係数ＫI と面内せん断型の応力拡大係数ＫIIを分離して求めることができる。このようにして得られたＫI 、ＫIIは、機械、構造、材料分野で多数蓄積されている応力拡大係数を用いた疲労亀裂成長速度や成長方向、さらに脆性破壊強度のデータと見比べることにより、機械、構造物の安全性の判断やメンテナンスに利用することができる。
【００６７】
また、圧電材料を樹脂フィルムなどに予め精度良く接着し、出力端子などを取付けて構成した装置は、実機械や構造物への適用を容易にするものとなり、実用的センサーとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる第１の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置の構成図である。
【図２】  本発明にかかる第２の圧電材料を用いた亀裂の危険度診断装置の構成図である。
【図３】  本発明にかかる異方性を有する圧電材料を用いて、等方性の圧電材料と同じ機能を持たせる方法の説明図である。
【図４】  本発明にかかるセンサーの構成図である。
【図５】  本発明の第１の適用例を示すセンサーの模式図である。
【図６】  本発明にかかる試験片の構成図である。
【図７】  亀裂の態様を示す斜視図である。
【図８】  圧電材料を用いた歪み計測装置の模式図である。
【図９】  亀裂先端付近の応力を表す座標系を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ    半円形の圧電材料
１Ｃ，１Ｄ    長方形の圧電材料
１Ｅ，１Ｆ    同一形状の圧電材料
４，４Ａ，４Ｂ    正極の出力端子
５，５Ａ，５Ｂ    負極の出力端子
６    積分回路
７    電気配線
８    構造部材
９    亀裂
１０    亀裂先端
１１    フィルム
１２    スリット
１３    平板
１４    圧電材料を用いて構成したセンサー
１５    電圧記録計
１６    電源
【図１】
0003857032.tif 000016
【図２】
0003857032.tif 000017
【図３】
0003857032.tif 000018
【図４】
0003857032.tif 000019
【図５】
0003857032.tif 000020
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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