JP7165415B2 - 破壊可視化用センサおよびそれを用いた破壊可視化システム - Google Patents

Description

本発明は、複合材料の破壊挙動を可視化できる破壊可視化用センサおよびそれを用いた破壊可視化システムに関する。

航空機や自動車等の様々な産業において、複合材料の破壊挙動を理解することは数値解析手法の高度化および構造体の高度設計に繋がることから、複合材料の破壊挙動に関して近年種々の計測方法を用いた研究開発が行われている。

例えば、ひずみゲージやデジタル画像解析を用いた複合材料の破壊挙動解析が行われている。また、脆性を有する非破壊部を有する破壊部の破壊を基に、検出対象物の変形を検出する破壊センサが提案されている（特許文献１、非特許文献１参照）。

国際公開番号ＷＯ２０１２／１６１１９７

平野義鎭、可視化情報、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．１３８、２６、（２０１５）

しかしながら、ひずみゲージによる計測方法では、ひずみゲージが取り付けられた場所のみの計測された数値で破壊挙動を評価しているので、複合材料の不均一性等に起因した強度や物性のばらつきを正確に評価することができないという問題点や、ひずみゲージのフィルムと破断箇所が同一の場合には、ひずみゲージ自体が破壊挙動に影響を及ぼしてしまうという問題点があった。

また、デジタル画像解析による計測方法では、破壊直前までのひずみ分布を評価することはできるが、破壊直後は複合材料自体の変動が大きいため、破壊挙動を正確に評価することができないという問題点や、対象物表面に複数点のランダムパターンの変位量を計測する計測原理上、実際の３次元構造物等に奥行がある場合には、カメラの焦点が一つの面に対してのみに合うため、奥行きのある構造物全体を正確に計測できないという問題点があった。

さらに、上述した特許文献１に開示されている破壊センサでも、破壊直前までのひずみ分布を評価することはできるが、破壊挙動を正確に評価することができないという問題点があった。

特に、複合材料は、２種類以上の素材（材料）、積層構造体、織物等で構成されているため、破壊挙動が複雑となり、上述した計測方法では破壊挙動を正確に評価することが難しいという問題点があった。

本発明の発明者は、上述した問題点に関して鋭意研究を続けた結果、以下のような画期的な破壊可視化用センサおよび破壊可視化システムを見出した。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、複合材料の一方の表面に応力発光材料を含む第１の発光膜が設けられ、第１の発光膜の最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする破壊可視化用センサにある。

ここで、「複合材料」とは、繊維と樹脂との複合体をいい、繊維としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、ボロン繊維、セルロースナノファイバー等が挙げられ、樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。

また、「最大応力σ_ｍａｘ」とは、厚さ１１μｍのアルミニウム箔上に形成した発光膜の中央端部に、引張方向に対して垂直方向にＵ字状の切欠き（長さ２ｍｍ、幅０．１ｍｍ）を形成した後、引張試験機等を用いてその発光膜（アルミニウム箔を含む。）を引っ張り、その発光膜が破断した時に引張試験機等により計測された最大荷重Ｆ_ｍａｘから、次式を用いて算出した値である。なお、Ｓは、その発光膜の断面積である。

本発明の第１の発光膜は、後述する応力発光材料の濃度や作製に用いられる樹脂の種類やその濃度等の様々な条件によって、性質（感度、発光強度、複合材料への追随性（複合材料の変形に伴って発光膜が変形する性質）等）が大きく変わる。そのため、応力発光材料の濃度や樹脂の種類等では本発明の第１の発光膜を特定することはできない。そこで、本発明の発明者は、本発明における第１の発光膜を特定するために必要な特性について試行錯誤を繰り返し、適切に特定できる特性が最大応力σ_ｍａｘであることを見出した。これについては、後述する第２の発光膜についても同様である。

なお、単位断面積当たりの最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２よりも小さい場合には、第１の発光膜が複合材料の変形に追随できず、複合材料が破壊される前に第１の発光膜が破壊されてしまい、複合材料の破壊挙動を可視化することができない。一方、単位断面積当たりの最大応力が４３Ｎ／ｍｍ^２よりも大きい場合には、第１の発光膜が複合材料の機械的性質に影響を与えてしまうと共に、破壊挙動を正確に可視化することができない。これについては、後述する第２の発光膜についても同様である。

かかる第１の態様では、複合材料が破壊されるまで、複合材料の変形に伴って第１の発光膜が発光するので、複合材料の破壊挙動（破壊されるまでの複合材料の変形度合いの分布の経時的な変化）を可視化することができる。すなわち、複合材料の一方の表面の各領域の変形速度に応じて、その領域上に形成された第１の発光膜の部分が強く発光する（例えば複合材料の最も変形度合いの大きい部分に対応する第１の発光膜の部分が最も強く発光する）ので、複合材料の破壊挙動（破壊されるまでの複合材料の変形度合いの分布の経時的な変化）を正確に可視化することができる。そして、可視化された破壊挙動を分析することにより、強度等のような機械的性質をさらに向上させた複合材料の開発を加速させることができる。

また、本態様によれば、複合材料の他方の表面や内部から破壊が進展する場合であっても、他方の表面や内部の破壊挙動が複合材料の一方の表面に影響を与えるので、このような破壊挙動をも可視化することができる。

本発明の第２の態様は、第１の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が２０Ｎ／ｍｍ^２～４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする第１の態様に記載の破壊可視化用センサにある。

かかる第２の態様では、第１の発光膜は、複合材料の破壊挙動に影響を与えずに、かつ複合材料の変形に十分追随できるので、複合材料の破壊挙動をより正確に可視化することができる。

本発明の第３の態様は、複合材料の他方の表面に応力発光材料を含む第２の発光膜がさらに設けられ、第２の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする第１または第２の態様に記載の破壊可視化用センサにある。

かかる第３の態様では、複合材料が破壊されるまで、複合材料の変形に伴って第２の発光膜が発光するので、複合材料の破壊挙動をより正確に可視化することができる。

本発明の第４の態様は、第２の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が２０Ｎ／ｍｍ^２～４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする第３の態様に記載の破壊可視化用センサにある。

かかる第４の態様では、第２の発光膜は、複合材料の破壊挙動に影響を与えずに、かつ複合材料の変形に十分追随できるので、複合材料の破壊挙動をより正確に可視化することができる。

本発明の第５の態様は、複合材料が、炭素繊維複合材料またはガラス繊維複合材料であることを特徴とする第１～第４の態様の何れかに記載の破壊可視化用センサにある。

ここで、「炭素繊維複合材料」としては、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等が挙げられ、「ガラス繊維複合材料」としては、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等が挙げられる。

かかる第５の態様では、従来の技術では不可能であった、炭素繊維複合材料やガラス繊維複合材料の破壊挙動を可視化することができる。

本発明の第６の態様は、第１～第５の態様の何れかに記載の破壊可視化センサと、複合材料に荷重を付与する荷重付加手段と、を具備することを特徴とする複合材料の破壊挙動を可視化する破壊可視化システムにある。

かかる第６の態様では、複合材料の破壊挙動を容易に可視化することができる。

本発明の第７の態様は、複合材料の一方の表面側に配置され、第１の発光膜の発光状態を記録する第１の記録手段をさらに具備することを特徴とする第６の態様に記載の破壊可視化システムにある。

かかる第７の態様では、第１の発光膜の発光状態を記録することができるので、複合材料の破壊挙動をより明確に把握することができる。

また、複合材料は、複数の素材（第１階層の素材）で構成されているが、本態様によれば、得られた発光膜の発光状態を画像処理（拡大等）することによって、各第１階層の素材の破壊挙動（変形度合いの分布）を同時に可視化することもできる。

さらに、複合材料を構成する素材（第１階層の素材）自体がさらに複数の素材（第２階層の素材）で構成されている場合には、同様の画像処理（拡大等）を行うことによって、第２階層の素材の破壊挙動をも同時に可視化することができる。複合材料がさらに多くの階層の素材で構成されていた場合であっても、同様にして、各階層の素材の破壊現象を同時に可視化することができる。

本発明の第８の態様は、複合材料の他方の表面側に配置され、第２の発光膜の発光状態を記録する第２の記録手段をさらに具備することを特徴とする第７の態様に記載の破壊可視化システムにある。

かかる第８の態様では、第２の発光膜の発光状態を記録することができるので、複合材料の破壊挙動をさらに明確に把握することができる。また、第７の態様の第１の発光膜と同様に、第２の記録手段で記録された第２の発光膜の発光状態を画像処理（拡大等）することにより、第７の態様の第１の発光膜と同様に、各階層の素材の破壊現象を同時に可視化することができる。

図１は実施形態１に係る破壊可視化システムの概略側面図である。 図２は実施形態１に係る破壊可視化システムの動作を示すフローチャートである。 図３は実施例１において破壊挙動が可視化できたと判断した各発光膜の発光状態を示す写真である。 図４は実施例１において破壊挙動が可視化できないと判断した発光膜の発光状態を示す写真である。 図５は実施例２において複合材料を上下方向に引っ張った時の所定の時間経過後の発光膜の発光状態の写真である。 図６は実施例３において複合材料を上下方向に引っ張った時の所定の時間経過後の発光膜の発光状態の写真である。 図７は実施形態２に係る破壊可視化システムの概略側面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る破壊可視化用センサおよびそれを用いた破壊可視化システムの実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）

図１は、本実施形態に係る破壊可視化システムの概略側面図である。この図に示すように、本実施形態に係る破壊可視化システム１は、応力発光材料を含む第１の発光膜２０が一方面に設けられた矩形板状の複合材料１０と、複合材料１０の一方の表面に対向する方向に設置された第１の記録手段３０と、複合材料１０の上部と下部とをそれぞれ挟持し、複合材料１０を上下方向に引っ張る（荷重をかける）ことができる荷重付加手段（図示しない）とで構成されている。なお、本実施形態では、第１の発光膜２０が破壊可視化用センサとなる。

複合材料１０は、２種類以上の素材（材料）で構成されているものであれば特に限定されず、形状や大きさも特に限定されない。複合材料としては、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、合板、合板と鉄筋コンクリートとで構成されたもの、コンクリート、鉄筋コンクリート、セラミックス基複合材料（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）、パイクリート（ｐｙｋｒｅｔｅ）等が挙げられる。

第１の発光膜２０は、複合材料１０の変形に伴って発光する応力発光材料を含み、単位断面積当たりの最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあるものであれば特に限定されず、２０Ｎ／ｍｍ^２～４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあるものが好ましい。第１の発光膜２０としては、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂と、これらの樹脂の架橋・硬化反応を制御するための硬化剤および溶剤と、応力発光材料および応力発光材料を均一に分散させるための分散剤・補助剤とを均一に混合し、この混合液を複合材料１０の一方の表面に塗布・硬化させて作製したものでもよい。

応力発光材料としては、機械的な外力により生じる変形（ひずみ）によって発光（可視光、紫外光、近赤外光を含む。）するものであれば特に限定されない。応力発光材料としては、例えば母体材料が、スタフドトリジマイト構造、三次元ネットワーク構造、長石構造、格子欠陥制御をした結晶構造、ウルツ構造、スピネル構造、コランダム構造またはβアルミナ構造を有する酸化物、硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、炭化物または窒化物からなり、発光中心として、例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの希土類イオン、およびＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗの遷移金属イオンからなるものが挙げられる。

これらのうち、母体材料として、例えばストロンチウムおよびアルミニウム含有複合酸化物を用いる場合は、応力発光材料としてｘＳｒＯ・ｙＡｌ_２Ｏ_３・ｚＭＯや、ｘＳｒＯ・ｙＡｌ_２Ｏ_３・ｚＳｉＯ_２を用いたものが好ましく（Ｍは二価金属であれば特に限定されないが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａが好ましい。また、ｘ、ｙ、ｚは、１以上の整数を示す。）、ＳｒＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、（Ｓｒ_ｘＢａ_１－ｘ）Ａｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ（０＜ｘ＜１）、ＢａＡｌ_２ＳｉＯ_８：Ｅｕがより好ましい。そして、本実施形態では、応力発光材料としてα－ＳｒＡｌ_２Ｏ_４構造を有し、発光中心をＥｕとしたものが最も好ましい。

また、応力発光材料としては、ひずみに対する発光感度を高めるために、応力発光材料を製造する際に格子欠陥を生じさせる物質を添加したものが好ましく、特にＨｏを添加したものが好ましい。このような格子欠陥を生じさせる物質を添加することにより、大きいひずみエネルギーに対する発光感度を向上させることができる。なお、応力発光材料の平均粒径（レーザー回析法により測定）としては、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。

なお、第１の発光膜２０に含まれる応力発光材料の濃度（重量比率）は、特に限定されないが、２０ｗｔ％～８０ｗｔ％の範囲であれば、十分な発光強度（輝度）で発光させることができるので好ましく、４０ｗｔ％～８０ｗｔ％の範囲であれば、より高い発光強度で発光させることができるのでより好ましい。また、第１の発光膜２０の厚さも、特に限定されないが、厚さが１μｍ～１ｍｍの範囲が発光強度および取り扱い易さの点から好ましく、厚さが１０μｍ～５００μｍの範囲が発光強度および取り扱い易さの点からより好ましい。

さらに、複合材料１０の破壊挙動を可視化する前に、第１の発光膜２０に紫外線を照射してもよい。紫外線を照射することにより、第１の発光膜２０の発光強度（輝度）を向上させることができる。また、紫外線を照射しながら破壊挙動を可視化してもよい。紫外線を照射し続けることにより、第１の発光膜２０の発光強度を高く保持することができる。

第１の記録手段３０は、第１の発光膜２０の発光状態を記録することができるものであれば特に限定されない。第１の記録手段３０としては、例えば市販のデジタルカメラやデジタルビデオカメラ、高感度ビデオカメラ等が挙げられる。

荷重付加手段は、複合材料１０を上下方向に引っ張ることができ、かつ荷重（応力）を計測できるものであれば特に限定されない。荷重付加手段としては、例えば引張試験機等が挙げられる。

次に、図２を参照しながら、本実施形態に係る破壊可視化システム１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係る破壊可視化システム１の動作を示すフローチャートである。

まず、複合材料１０の一方の表面に第１の発光膜２０を形成した後、複合材料１０の上下方向中央部の左側端部にＵ字状の切欠きを形成する（Ｓ１）。そして、その複合材料１０を荷重付加手段に取り付ける（Ｓ２）。次に、第１の記録手段３０を稼働させる（Ｓ３）。

そして、荷重付加手段を用いて、複合材料１０を上下方向に引っ張る（Ｓ４）。すると、複合材料１０の一方の表面の状況に応じて第１の発光膜２０が発光する。すなわち、複合材料１０が上下方向に引っ張られると、複合材料１０と共に第１の発光膜２０も上下方向に引き伸ばされる。その結果、第１の発光膜２０は、引き伸ばされる変形量と変形速度に応じて強く発光する。その発光状態を画像データ等として第１の記録手段３０を用いて記録する。この時、第１の記録手段３０は、第１の発光膜２０の発光状態を連続的に記録してもよいし、こま撮りのように一定時間経過ごとに記録するようにしてもよい。

そして、このような操作を複合材料１０が破壊されるまで繰り返し（Ｓ５）、複合材料１０が破壊された時点で計測を終了する（Ｓ６）。なお、Ｓ４～Ｓ６の操作は、連続して行ってもよいし、逐次的に行ってもよい。

以上説明したように、破壊可視化システム１を構成することにより、複合材料１０が破壊されるまで、複合材料１０の変形に伴って第１の発光膜２０が発光するので、複合材料１０の破壊挙動（破壊されるまでの複合材料１０の変形度合いの分布の経時的な変化）を可視化して記録することができる。すなわち、複合材料１０の一方の表面の各領域の変形速度に応じて、その領域上に形成された第１の発光膜２０の部分が強く発光する（複合材料１０の最も変形する部分に対応する第１の発光膜２０の部分が最も強く発光する）ので、複合材料１０の破壊挙動を正確に可視化することができ、かつそれらを第１の記録手段３０で記録することができる。

また、複合材料１０は、複数の素材（第１階層の素材）で構成されているが、本発明では得られた第１の発光膜２０の発光状態を画像処理（拡大等）することによって、第１階層の素材の破壊挙動（変形度合いの分布）を同時に可視化することもできる。

さらには、複合材料を構成する素材（第１階層の素材）自体がさらに複数の素材（第２階層の素材）で構成されている場合には、同様の画像処理（拡大等）を行うことによって、第２階層の素材の破壊挙動をも同時に可視化することができる。複合材料がさらに多くの階層の素材で構成されていても、同様にして、各階層の素材の破壊現象を同時に可視化することができる。
（実施例１）

発光膜の最大応力と複合材料の破壊挙動の可視化との関係を調べるために、以下の実験を行った。

まず、厚さ１１μｍのアルミニウム箔上に、表１に示すＡ～Ｆの発光膜を形成した。応力発光材料としてはＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋（堺化学工業株式会社製）を用い、樹脂としてはエポキシ樹脂（大日本塗料株式会社製）を用いた。発光膜は応力発光材料と樹脂により作製したペーストを用いて、スクリーン印刷機によりアルミニウム箔上に成膜して形成した。続いて、破壊される部分となる破壊部の位置を固定するために、作製した各膜（長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ）の上下方向中央部の左側端部にＵ字状の切欠き（長さ２ｍｍ、幅０．１ｍｍ）を形成した。そして、引張試験機に取り付け、破断時の最大荷重を測定した。その後、各発光膜の断面積を計測し、上述した数１を用いて最大応力を算出した。

また、引張試験から得られたひずみ値（引張距離を、試験機の初期固定冶具間の距離で除した値）に対して、応力値（発光膜に負荷した引張荷重を、発光膜の断面積で除した値）をプロットしたグラフを作成した。そして、得られた曲線の原点０から、ある特定のひずみ値までの直線となる領域を用いて、その直線の傾き（応力の変化量/ひずみの変化量）から見かけ上の弾性率（ヤング率）を算出した。その結果を表１に示す。

次に、アルミニウム箔上に形成したときと同様にして、複合材料であるＢｏｎｄ－ｌａｍｉｎａｔｅｓ社製の炭素繊維強化プラスチック（商品名ＴＥＰＥＸ（登録商標） Ｏｐｔｉｌｉｔｅ ２０１－Ｃ２００（４）／４５％：長さ１０５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍ）の表面上に、表１の各発光膜を形成した。その後、破壊部の位置を固定するために、各発光膜の中央部左側に、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍのＵ字状の切り込みを形成した。

発光膜が形成された各複合材料を引張試験機に取り付け、毎秒１ｍｍの速度で、複合材料が破壊されるまで発光膜の発光状態をビデオカメラで撮影し、複合材料の破壊挙動が可視化できたかどうかを確認した。その結果を表２に示す。

ここで、「良品判定」が「○」とは、図３に示すように、破壊挙動が可視化できたと判断できるような発光膜の発光状態であったことを示し、「良品判定」が「×」とは、図４に示すように、破壊挙動が可視化できたと判断できないような発光膜の発光状態であったことを示す。

表２から分かるように、発光膜Ａ（Ｆｉｌｍ－Ａ）～発光膜Ｅ（Ｆｉｌｍ－Ｅ）までは、複合材料の破壊挙動を可視化することができた。すなわち、最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の発光膜を用いると、複合材料の破壊挙動を可視化できることが分かった。
（実施例２）

複合材料の破壊挙動を可視化できるかを確認するために、以下の実験を行った。複合材料として、Ｂｏｎｄ－ｌａｍｉｎａｔｅｓ社製の炭素繊維強化プラスチック（商品名ＴＥＰＥＸ（登録商標） Ｏｐｔｉｌｉｔｅ ２０１－Ｃ２００（４）／４５％：長さ１０５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、その表面上に全面に亘って、第１の発光膜としてＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋（堺化学工業株式会社製）とエポキシ樹脂（大日本塗料株式会社製）との混合物を塗布・硬化させたもの（厚さ３７μｍで最大応力σ_ｍａｘが３２Ｎ／ｍｍ^２）を設けた。なお、この複合材料の上下方向中央部の左側端部に、長さ約５ｍｍ、幅が約０．５ｍｍのＵ字状の切り込みを形成した。

そして、この複合材料を引張試験機に取り付け、毎秒１ｍｍで上下方向に引っ張った時の所定の時間経過後の第１の発光膜の発光状態の写真を図５に示す。なお、図５における各写真の左上に記載された表示は、複合材料の破壊時を０秒（基準）としたときの数十μ秒～数千μ秒前の発光膜の発光状態であることを示す。

これらの図から分かるように、引張試験機で複合材料を引っ張ると、まず切り込みの右側に位置する領域から発光し始め、切り込みが右側に広がる（破壊が進む）に連れて、最も明るく光る部分が右側に移動して行くように発光していることが分かる。このようにして、複合材料の破壊挙動を可視化できることが分かった。

また、複合材料のように繊維を破断しながら破壊される材料の場合、発光膜がない状態では破壊の起点や破壊の進み方を撮影した画像とすることが難しく、従来の測定方法では、試験を中断して該当部分を拡大して撮影した顕微鏡像から破壊部を特定する必要があった。それに対し、本発明では、試験中にリアルタイムで破壊部を特定し、破壊の進み方を撮影できることが分かった。
（実施例３）

次に、ガラス繊維複合材料に対しても実施例２と同様の実験を行った。ガラス繊維複合材料として、Ｂｏｎｄ－ｌａｍｉｎａｔｅｓ社製のガラス繊維強化プラスチック（商品名ＴＥＰＥＸ（登録商標） Ｏｐｔｉｌｉｔｅ １０１－ＲＧ６００（２）／４５％：長さ１０５ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を用い、その表面上に全面に亘って、第１の発光膜としてＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋（堺化学工業株式会社製）とエポキシ樹脂（大日本塗料株式会社製）との混合物を塗布・硬化させたもの（厚さ３８μｍで最大応力σ_ｍａｘが３１Ｎ／ｍｍ^２）を設けた。なお、この複合材料の上下方向中央部の左側端部にも、長さ約５ｍｍ、幅が約０．５ｍｍのＵ字状の切り込みを形成した。

そして、この複合材料を引張試験機に取り付け、毎秒１ｍｍで上下方向に引っ張った時の所定の時間経過後の第１の発光膜の発光状態の写真を図６に示す。なお、図６における各写真の左上に記載された表示は、実施例２と同様に、複合材料の破壊時を０秒（基準）としたとき０．数ｍ秒～数百ｍ秒前の発光膜の発光状態であることを示す。

これら図から分かるように、炭素繊維複合材料と同様に、引張試験機で複合材料を引っ張ると、まず切り込みの右側に位置する領域から発光し始め、切り込みが右側に広がる（破壊が進む）に連れて、最も明るく光る部分が移動して行くように発光していることが分かった。なお、図５に示す炭素繊維複合材料の発光分布と、図６に示すガラス繊維複合材料の発光分布の大きさが異なるのは、それぞれの複合材料を構成する繊維束の幅が炭素繊維では約２ｍｍ、ガラス繊維では約４ｍｍであるためである。以上のことから、複合材料を構成する繊維束の荷重分担をリアルタイムで可視化しながら、複合材料の破壊挙動を可視化できることが分かった。
（実施形態２）

実施形態１では、上下方向に複合材料を引っ張ることができる荷重付加手段を用いて、複合材料を上下方向に引っ張った際の複合素材の破壊挙動を可視化したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、図７に示すように、本発明は、複合材料１０をＡ方向に屈曲させた場合における複合材料１０の破壊挙動を可視化する際にも用いることができる。ただし、この場合には、実施形態１の荷重付加手段とは異なり、複合材料１０をＡ方向に屈曲させることができる荷重付加手段（図示しない）を用いて破壊可視化システム１Ａを構成する必要があるのは言うまでもない。

本実施形態における荷重付加手段としては、例えば複合材料１０をＡ方向に屈曲させることができる屈曲試験機等が挙げられる。なお、その他の構成は、実施形態１に係る破壊可視化システムと同様である。

そして、実施形態１の破壊可視化システムと同様に動作させることにより、複合材料１０をＡ方向に屈曲させた場合の破壊挙動を可視化することができる。
（他の実施形態）

実施形態１では、複合材料の一方の表面に第１の発光膜（破壊可視化用センサ）を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複合材料の他方の表面に第２の発光膜（破壊可視化用センサ）をさらに設け、複合材料の他方の表面に対向する方向に第２の記録手段をさらに配置してもよい。このように破壊可視化システムを構成することにより、第２の発光膜の発光状態も計測・記録することができる。すなわち、複合材料の両面の発光状態を計測・記録することができるので、複合材料の破壊挙動をより正確に可視化することができる。

ここで、第２の発光膜としては、第１の発光膜と同様に、複合材料の変形に伴って発光する応力発光材料を含み、単位断面積当たりの最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあるものであれば特に限定されず、２０Ｎ／ｍｍ^２～４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあるものが好ましい。

また、上述した実施形態では、複合材料の一方の表面に第１の発光膜を直接形成するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、既に形成されている発光膜を複合材料の一方の表面に貼り付けることによって、複合材料の一方の表面に第１の発光膜を形成してもよい。

さらに、上述した実施形態では、複合材料として矩形板状のものを用いたが、本発明はこれに限定されない。その表面に第１の発光膜や第２の発光膜を設けることができれば、複合材料の形状は限定されず、例えば複雑な三次元形状を有する複合材料であってもよい。本発明によれば、このような複雑な形状の複合材料の破壊挙動をも可視化することができる。

また、上述した実施形態では、荷重付加手段として、複合材料を上下方向に引っ張るものや、屈曲させるものを用いたが、荷重付加手段は複合材料に荷重をかけて破壊し、かつ荷重（応力）を計測できるものであれば特に限定されない。

１、１Ａ 破壊可視化システム
１０ 複合材料
２０ 第１の発光膜
３０ 記録手段

Claims (7)

1. 複合材料の破壊現象を可視化できる破壊可視化用センサであって、
   前記複合材料が、炭素繊維複合材料またはガラス繊維複合材料であり、
   前記複合材料の一方の表面に応力発光材料を含む第１の発光膜が設けられ、
   前記第１の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあること
   を特徴とする破壊可視化用センサ。
2. 前記第１の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が２０Ｎ／ｍｍ^２～４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の破壊可視化用センサ。
3. 前記複合材料の他方の表面に応力発光材料を含む第２の発光膜がさらに設けられ、
   前記第２の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が１９Ｎ／ｍｍ^２～４３Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあること
   を特徴とする請求項１または２に記載の破壊可視化用センサ。
4. 前記第２の発光膜の単位断面積当たりの最大応力が２０Ｎ／ｍｍ^２～４０Ｎ／ｍｍ^２の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の破壊可視化用センサ。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載の破壊可視化センサと、
   前記複合材料に荷重を付与する荷重付加手段と、
   を具備することを特徴とする複合材料の破壊挙動を可視化する破壊可視化システム。
6. 前記複合材料の一方の表面側に配置され、前記第１の発光膜の発光状態を記録する第１の記録手段をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の破壊可視化システム。
7. 前記複合材料の他方の表面側に配置され、前記第２の発光膜の発光状態を記録する第２の記録手段をさらに具備することを特徴とする請求項６に記載の破壊可視化システム。
   

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