JP2013053858A - 複合材の電気特性測定装置及び電気特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 繊維方向が多方向となった複合材においても、電気特性の検査の正確性を高める。
【解決手段】 複合材の電気特性測定装置は、グラウンド板と、正ｎ角形（ｎは５以上の整数）の板状に形成された複合材をグラウンド板に対して所定の間隔を空けて配置されるように支持する絶縁性の支持部材と、複合材の各辺に沿うように、当該各辺に個別に取り付けられた複数の電極と、複数の電極のそれぞれとグラウンド板とを電気的に接続する複数の電線と、複合材の中央部に設けられた入力電極と、入力電極及びグラウンド板に接続され、入力電極に電流を付与する電流発生部と、複数の電線のそれぞれの電流を測定する電流センサとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複合材の電気特性測定装置及び電気特性測定方法に関する。

航空機に用いられる炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）等の繊維強化樹脂の複合材に対しては、雷撃・帯電による影響を検査すべく予め電気特性が測定されている。従来では、例えば複合材からなる四角板状の供試体に対して仮想的な雷電流を付与することで電気特性を測定する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
また、これ以外にも、例えば図９に示すように、四角板状の複合材１０１（供試体）の各辺に対して電極１０２を取り付け、その電極１０２の下端部をグラウンド１０５に接続し、電流発生部１０３によって複合材１０１の中央部に電流を付与する電気特性測定装置１００が知られている。この電気特性測定装置１００の場合、各電極１０２に流れる電流を電流センサ１０４で測定することで複合材１０１の電気特性を検査できるようになっている。

米国特許第５７７７４７９号明細書

ところで、近年においては、複合材の繊維方向がより多方向となるように繊維が編み込まれており、四角板状に形成した複合材の各辺に電極を設けて各電極に流れる電流を測定したとしても測定箇所毎に測定値に偏りが生じてしまい、電気特性の検査が正確に行えないおそれがあった。
このため、本発明の課題は、繊維方向が多方向となった複合材においても、電気特性の検査の正確性を高めることである。

請求項１記載の発明に係る複合材の電気特性測定装置は、
グラウンド板と、
正ｎ角形（ｎは５以上の整数）の板状に形成された複合材を前記グラウンド板に対して所定の間隔を空けて配置されるように支持する絶縁性の支持部材と、
前記複合材の各辺に沿うように、当該各辺に個別に取り付けられた複数の電極と、
前記複数の電極のそれぞれと前記グラウンド板とを電気的に接続する複数の電線と、
前記複合材の中央部に設けられた入力電極と、
前記入力電極及び前記グラウンド板に接続され、前記入力電極に電流を付与する電流発生部と、
前記複数の電線のそれぞれの電流を測定する電流センサとを備えることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合材の電気特性測定装置において、
前記複合材に編み込まれる繊維の各方向についてそれぞれ垂直に前記正ｎ角形の一辺が存在することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の複合材の電気特性測定装置において、
前記ｎは８の整数倍であることを特徴としている。

請求項４記載の発明に係る複合材の電気特性測定方法は、
正ｎ角形（ｎは５以上の整数）の板状に形成された複合材をグラウンド板に対して所定の間隔を空けて配置し、前記複合材の各辺に沿うように、当該各辺に個別に複数の電極を取り付けるとともに、前記複数の電極のそれぞれと前記グラウンド板とを電気的に接続する複数の電線を取り付け、さらに、前記複合材の中央部に入力電極を取り付けてから、前記入力電極及び前記グラウンド板に接続された電流発生部を稼働させて、前記入力電極に電流を付与した状態で、前記複数の電線のそれぞれの電流を電流センサにより測定することを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の複合材の電気特性測定方法において、
前記複合材に編み込まれる繊維の各方向についてそれぞれ垂直に前記正ｎ角形の一辺が存在することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の複合材の電気特性測定方法において、
前記ｎは８の整数倍であることを特徴としている。

本発明によれば、繊維方向が多方向となった複合材においても、電気特性の検査の正確性を高めることができる。

本発明に係る電気特性測定装置の概略構成を示す説明図である。 図１の電気特性測定装置の概略構成を模式的に示す上面図である。 図１の電気特性測定装置に備わる複合材の概略形状を示す上面図である。 図３の複合材の繊維方向を模式的に示す斜視図である。 図１の電気特性測定装置に備わる入力電極の概略構成を示す正面図である。 本実施形態に係る入力電極と複合材との関係を示す断面図である。 図５の入力電極の変形例を示す斜視図である。 図５の入力電極の変形例を示す斜視図である。 従来の電気特性測定装置の概略構成を示す説明図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は本発明に係る電気特性測定装置の概略構成を示す説明図であり、図２は電気特性測定装置の概略構成を模式的に示す上面図である。
図１及び図２に示すように、電気特性測定装置１は、導電性を有するグラウンド板２と、板状の複合材３を支持する支持部材４と、複合材３に取り付けられた複数の電極５と、複合材３及びグラウンド板２を電気的に接続する複数の電線６と、複合材３の中央部に設けられた入力電極７と、入力電極７に電流を付与する電流発生部８と、複数の電線６のそれぞれの電流を測定する電流センサ９とを備えている。

図３は複合材３の概略形状を示す上面図である。図３に示すように、複合材３は正八角形の板状に形成されている。また、複合材３の上面には、磁気センサ１０が４つ設けられている。各磁気センサ１０は、複合材３の中心と、連続する４辺のそれぞれの真ん中とを結ぶ線Ｌ上に配置されている。そして、全ての磁気センサ１０は、複合材３の中心から同じ距離となる位置に配置されている。
図４は複合材３の繊維方向を模式的に示す斜視図である。図４に示すように炭素繊維が一方向に沿って並べられた樹脂板３１を複数枚積層することで形成されている。例えば、本実施形態では樹脂板３１を６枚積層しているが、一番上の樹脂板３１の繊維方向を０度とすると、それより下の樹脂板３１の繊維方向は４５度ずつずれている。そして、全ての繊維方向に対して、正八角形をなす複合材３の各辺の中に直交するものが存在している。

支持部材４は、絶縁体からなる棒状部材であり、一端部がグラウンド板２に取り付けられ、他端部が複合材３の各角部に取り付けられている。この支持部材４によって、複合材３がグラウンド板２に対して所定の間隔を空けて配置されることになる。

複数の電極５は、四角板状の金属板であり、それぞれ複合材３の各辺に沿うように当該各辺に個別に取り付けられている。そして、各電極５の略中央部に電線６が接続されている。

図５は入力電極７の概略構成を示す正面図である。図５に示すように入力電極７は、ファスナであり、その頭部に金属線１１が溶接によって取り付けられている。入力電極７は、複合材３を貫通するように、複合材３の中央部に取り付けられている。
図６は、入力電極７と複合材３との関係を示す断面図である。この図６に示すように、入力電極７に電流が付与されると、入力電極７の側面から複合材３の各層に同時に電流が付与されることになる（図５中矢印Ｙ１参照）。つまり、ファスナに落雷した場合の複合材３に対する雷電流の影響を測定することが可能となっている。

電流発生部８は、金属線１１，１２を介して入力電極７とグラウンド板２とに電気的に接続されており、入力電極７に対して電流を付与する。
電流センサ９は、磁気センサ１０に対向する電極５に接続された電線６に取り付けられており、当該電線６に流れる電流を測定するものである。

次に、本実施形態に係る複合材の電気特性測定方法について説明する。
まず、正八角形の板状に形成された複合材３を支持部材４によって支持し、グラウンド板に対して所定の間隔を空けて配置する。その後、複合材３の各辺に沿うように、当該各辺に個別に複数の電極５を取り付ける。また、複数の電極５のそれぞれとグラウンド板２とを電気的に接続する複数の電線６を取り付ける。そして、複合材３の中央部に入力電極７を取り付け、入力電極７及びグラウンド板２に金属線１１，１２を介して電流発生部８を取り付ける。その後、電流発生部８を稼働させて、入力電極７に電流を付与した状態で、複数の電線６のそれぞれの電流を電流センサ９により測定する。さらに、磁気センサ１０によって当該部分で流れる電流の向きを測定している。
そして、材質や寸法等の各種条件を異ならせた複合材３に対しても同様の測定方法を行うことで航空機に対して好適な複合材を見出すことができる。

以上のように、本実施形態によれば、正八角形の板状に形成された複合材３の各辺にそれぞれ電極５を取り付け、その電極５とグラウンド板２とを電線６により電気的に接続した状態で、複合材３の中央部に設けられた入力電極７に対して電流発生部８で電線に流れる電流を測定しているので、繊維方向が８方向以上の複合材３に対しても、測定箇所毎に偏りの抑えた電流の測定を行うことができる。具体的には、各電極５と、入力電極７との距離が一定であり、なおかつ入力電極７から各電極５に向かって複合材３内部の各繊維の方向が設定されているので、入力電極７から入力された電流は、各電極５に向かって最短距離で進むことになる。これにより、測定箇所毎の偏りが抑えられている。したがって、繊維方向が多方向となった複合材３においても、電気特性の検査の正確性を高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。以下の説明において上記実施形態と同一部分においては同一符号を付してその説明を省略する。
例えば上記実施形態では複合材３が正八角形の板状である場合を例示して説明したが、五角形以上の正多角形、つまり正ｎ角形（ｎは５以上の整数）の板状であればこれに限定されない。ただ、一般的に、編み込まれた繊維の方向が中心から４５度ずつ８方向にずれた複合材が航空機には多く用いられるので、その場合においては正八角形あるいは８の整数倍の正多角形である板状の複合材３を用いることが、電流の偏りを抑制するうえでも好ましい。
また、円板状の複合材を用いることも考えられるが、複合材の辺に取り付ける電極を円弧に合わせて湾曲させ、かつ測定精度確保のため電極を複合材へ均等に密着させなければならず、製造コスト的な面で好ましくない。

また、上記実施形態では、入力電極７の頭部に金属線１１を直接溶接する場合を例示して説明したが、例えば図７に示すように、ファスナからなる入力電極７によって、金属製のＬ字状部材を複合材３に取り付け、その上端部に金属線１１を溶接又はファスナ等で接続して入力電極７ａを形成してもよい。

また、上記実施形態では、複合材３を貫通するように入力電極７を取り付けることで、ファスナに落雷した場合を再現しているが、例えば図８に示すように複合材３の中央部の表面をメッキすることで入力電極７ｂを形成してもよい。この場合、電流発生部８から付与された電流は、メッキである入力電極７ｂから複合材３の表層に流れ、徐々に複合材３の内部へと浸透することになる（図８中矢印Ｙ２参照。）これにより、複合材の表面に落雷した場合の複合材３に対する雷電流の影響を測定することが可能となる。

１ 電気特性測定装置
２ グラウンド板
３ 複合材
４ 支持部材
５ 電極
６ 電線
７ 入力電極
８ 電流発生部
９ 電流センサ
１０ 磁気センサ
１１，１２ 金属線
３１ 樹脂板

Claims (6)

1. グラウンド板と、
   正ｎ角形（ｎは５以上の整数）の板状に形成された複合材を前記グラウンド板に対して所定の間隔を空けて配置されるように支持する絶縁性の支持部材と、
   前記複合材の各辺に沿うように、当該各辺に個別に取り付けられた複数の電極と、
   前記複数の電極のそれぞれと前記グラウンド板とを電気的に接続する複数の電線と、
   前記複合材の中央部に設けられた入力電極と、
   前記入力電極及び前記グラウンド板に接続され、前記入力電極に電流を付与する電流発生部と、
   前記複数の電線のそれぞれの電流を測定する電流センサとを備えることを特徴とする複合材の電気特性測定装置。
2. 請求項１記載の複合材の電気特性測定装置において、
   前記複合材に編み込まれる繊維の各方向についてそれぞれ垂直に前記正ｎ角形の一辺が存在することを特徴とする複合材の電気特性測定装置。
3. 請求項１又は２記載の複合材の電気特性測定装置において、
   前記ｎは８の整数倍であることを特徴とする複合材の電気特性測定装置。
4. 正ｎ角形（ｎは５以上の整数）の板状に形成された複合材をグラウンド板に対して所定の間隔を空けて配置し、前記複合材の各辺に沿うように、当該各辺に個別に複数の電極を取り付けるとともに、前記複数の電極のそれぞれと前記グラウンド板とを電気的に接続する複数の電線を取り付け、さらに、前記複合材の中央部に入力電極を取り付けてから、前記入力電極及び前記グラウンド板に接続された電流発生部を稼働させて、前記入力電極に電流を付与した状態で、前記複数の電線のそれぞれの電流を電流センサにより測定することを特徴とする複合材の電気特性測定方法。
5. 請求項４記載の複合材の電気特性測定方法において、
   前記複合材に編み込まれる繊維の各方向についてそれぞれ垂直に前記正ｎ角形の一辺が存在することを特徴とする複合材の電気特性測定方法。
6. 請求項４又は５記載の複合材の電気特性測定方法において、
   前記ｎは８の整数倍であることを特徴とする複合材の電気特性測定方法。

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