JPH02271227A

JPH02271227A - 被応力検出能を備えた繊維強化部材

Info

Publication number: JPH02271227A
Application number: JP1094079A
Authority: JP
Inventors: Jun Sasahara; 潤笹原; Mitsuru Noguchi; 満野口; Naomasa Kimura; 直正木村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-11-06
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2657316B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ０発明の目的（１）　　産業上の利用分野本発明は被応力検出能を備えた繊維強化部材に関する。

（２）従来の技術従来、強化用繊維は、主として部材の強度、特に、靭性
を向上させる目的で使用されている。

（３）　　発明が解決しようとする課題前記従来の繊維
強化部材、例えば、ＦＲＰ製弾性部材において、その使
用時の応力を測定する必要が生じた場合、前記弾性部材
自体は被応力検出能を備えていないので、測定作業上次
のような問題がある。

即ち、弾性部材に金属箔ひずみゲージを接着しなければ
ならない、金属箔ひずみゲージは電気抵抗を利用するも
のであるから温度の影響を受は易く、そのため測定値の
補正が必要である、金属箔ひずみゲージは弾性域の狭い
金属等のひずみには追随し得るとしても、比較的弾性域
の広いＦＲＰ製弾性部材のひずみには追随することがで
きず、その結果、測定作業中に金属箔ひすみゲージが弾
性部材から剥離するおそれがある、この剥離防止のため
に金属箔ひずみゲージを弾性部材に埋設することが考え
られるが、このように構成すると、測定部位が埋設位置
に限られ、また埋設位置が応力集中起点となり易い。

本発明は前記に鑑み、繊維強化能と共にその強化用繊維
を利用して被応力検出能を具備させた前記繊維強化部材
を捷供することを目的とする。

Ｂ１発明の構成（１）　　課題を解決するための手段本発明は、強化用繊維とマトリックスとよりなり、荷重
の作用に伴い引張応力および圧縮応力の少なくとも一方
が発生する部位を備えた繊維強化部材であって、前記部
位に存する前記強化用繊維の少なくとも一部を応カー磁
気特性を有する金属繊維にしたことを第１の特徴とする
。

本発明は、強化用繊維とマトリックスとよりなり、荷重
の作用に伴い引張応力および圧縮応力の少なくとも一方
が発生する部位を備・えた繊維強化部材であって、前記
部位の表層に存する前記強化用繊維の少なくとも一部を
応カー磁気特性を有する金属繊維にしたことを第２の特
徴とする。

（２）作　用第１の特徴によれば、繊維強化部材に、強化用繊維によ
る強化能と被応力検出能とを兼備させることができる。

第２の特徴によれば、繊維強化部材に発生する応力に対
して金属繊維の感度を良好にし、また応力測定範囲を広
げる°ことが可能となる。

（３）実施例第１図は、被応力検出能を備えた繊維強化部材としての
ＦＲＰ製板状弾性部材１を示す。その弾性部材１は二層
構造であり、厚い主層２と、その主層２の片面に一体に
積層された薄い表層３とよりなる０表Ｊｉ３の厚さＴＩ
は、弾性部材１の２分の１の厚さ、即ち、表面Ｓと中立
面ｎとの間の厚さＴよりも薄くなるように設定されてい
る（即ち、Ｔ　＋　＜　Ｔ　）　、弾性部材ｌの撓みに
伴いその表面Ｓと中立面ｎとの間に在って表層３を含む
部位１ａには交互に引張応力および圧縮応力が発生し、
したがって弾性部材ｌは、荷重の作用に伴い両応力が発
生する部位１ａを備える。

主層２は、強化用繊維としてのガラス繊維と、マトリッ
クスとしての合成樹脂とより構成される。

合成樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂また
はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の熱可塑
性樹脂が用いられる。ガラス繊維は長繊維であり、その
繊維軸が弾性部材ｌの長さ方向ａと平行に配向し、また
弾性部材ｌの全長に亘って延びている。ガラス繊維の繊
維体積率（■ｒ）は６０％である。

表層３は強化用繊維と、マトリックスとしての合成樹脂
とより構成される。合成樹脂としては主層２と同種のも
のが用いられる。

強化用繊維としては、繊維体積率３０％のガラス繊維お
よび繊維体積率５％のアモルファス合金繊維よりなる混
合繊維が用いられる。このアモルファス合金繊維は、応
カー磁気特性を有する金属繊維の一例に該当する６両繊
維は長繊維であって、各繊維軸が弾性部材ｌの長さ方向
ａと平行に配向し、また弾性部材ｌの全長に亘って延び
ている。

さらにアモルファス合金繊維は弾性部材１の幅方向すに
平均的に分散している。

アモルファス合金繊維は、直径ｌＯ〜２００μｍで、Ｆ
ｅ　　６５〜６７原子％、Ｓｉ　８〜９原子％、Ｂ１１
〜１３原子％、Ｃｏ１０〜１２原子％、Ｃｒ　　１〜３
原子％の組成を有し、また応カー磁気特性を備えている
。この応カー磁気特性とは、正の磁歪を持つ強磁性材料
であるアモルファス合金に、荷重の作用に伴い引張応力
（または圧縮応力）が発生したとき、その引張り方向（
または圧縮方向）の磁気弾性エネルギが低下してその方
向での磁化が容易になる現象をいう。

前記のように各化学成分の含有量を設定すると、アモル
ファス合金繊維の応カー磁気特性を増し、また耐食性を
向上させることができる。この耐食性の向上は、ＦＲＰ
がかなりの吸湿性を有することからアモルファス合金繊
維の延命化を図る上で有効である。

本実施例において用いられたアモルファス合金繊維は、
Ｆｅ６６．５原子％、５１８．５原子％、Ｂ　　１２原
子％、Ｃｏ　　１１原子％、Ｃｒ　　２原子％の組成を
有し、また直径は１２０μｍである。

なお、アモルファス合金繊維の直径が１０８ｍを下回る
と、繊維化が困難となり、一方、２００μｍを上回ると
アモルファス化が不可能になる。

弾性部材１の長さ方向ａ中央部にセンシングコイル４が
隙間無く嵌着される。そのセンシングコイル４は、第２
図に示すように内側の励磁コイル５と、外側の検出コイ
ル６と、両コイル５．６を被覆する可撓性カバ一部材７
とよりなる。

弾性部材１は、センシングコイル４を備えた状態で所定
の装置の緩衝部に組込まれ、これにより緩衝作用時にお
ける弾性部材ｌに発生する応力の測定が可能となる。

その応力の測定は、第２図に示すように励磁コイル５に
高周波電流用電源８より貰周波電流を供給して、相互イ
ンダクタンスに基づき検出コイル６に誘起された誘起電
圧を検出器９により検出することによって行われる。即
ち、弾性部材ｌが第２図示のように上方へ撓むと、その
撓みに応じて表Ｎ３に引張応力が発生し、また逆に、下
方へ撓むと、表層３に圧縮応力が発生する。この場合、
引張応力を応力測定要素に選定すると、前記誘起電圧は
アモルファス合金繊維の透磁率の変化、したがって表層
３における引張応力の大小によって変化し、そこで、予
めアモルファス合金繊維の引張応力と誘起電圧との関係
を調べておくことにより、誘起電圧を検出することによ
って弾性部材ｌの応力を測定することができる。

第３図は、弾性部材１の応力測定に当り、その測定要素
として引張応力および圧縮応力を選定した場合を示す。

この弾性部材ｌは、三層構造であり、厚い主層２と、そ
の主層２の両面に一体に積層された薄い第１．第２表層
３１．３ｚとよりなる。画表層３５，３ｔの厚さは、前
記同様に弾性部材１の２分の１の厚さ、即ち、両表面Ｓ
＋＋Ｓｚと中立面ｎとの間の厚さよりも薄くなるように
設定されている１弾性部材１の撓みに伴い、その両表面
Ｓ１゜Ｓｔと中立面ｎとの開に在って画表層３．，３ｔ
を含む部位１ａ、ｌｂには交互に引張応力および圧縮応
力が発生し、したがって弾性部材ｌは、荷重の作用に伴
い両心力が発生ずる部位１ａ、ｌｂを備える。主層２お
よび画表層３６，３□の構成は、前記主層２および表層
３のそれとそれぞれ同一である。

弾性部材ｌの画表層３１，３□に近接させたカバ一部材
ＩＩ、１を内にＵ字形第１．第２フェライトコア１０＋
、Ｌｏｚがそれぞれ埋封される。

第１フェライトコア１０．に第１励磁コイル５１および
第１検出コイル６１が別々に巻装され、また第２フエラ
イトコアｌＯ！に第２励磁コイル５８および第２検出コ
イル６２が別々に巻装される。

第１．第２励磁コイル５．、Ｌは高周波電流用電源８に
接続され、また第１．第２検出コイル６４．６□は検出
器９．に接続される。この場合検出器９．は、第１検出
コイル６、により検出された、例えば引張応力に伴う誘
起電圧（＋ｅ）と第２検出コイル６□により検出された
、例えば圧縮応力に伴う誘起電圧（−ｅ）との差、即ち
ｅ−（−ｅ）＝２ｅを検出するようになっている。

このように引張応力および圧縮応力を併用して弾性部材
ｌに発生する応力を測定するようにすると、その応力の
微少変化をも検出することが可能であり、また測定可能
な応力の範囲も広がり、その上測定値もリニアリティの
優れたものとなる。

第４．第５図は、弾性部材１におけるアモルファス合金
繊維の厚さ方向埋設位置と、応力（ひずみ）および誘起
電圧との関係を示す。

この場合、アモルファス合金繊維を縦糸に、またガラス
繊維を横糸にした一枚の網状物１１が用いられ、その縦
糸は弾性部材１の長さ方向ａと平行に配向している。こ
のように網状物１１を用いると、両繊維の取扱い性が容
易になる。

第４図において、網状物１１は中立面ｎから表面Ｓまで
の間に埋設されるもので、中立面ｎと表面Ｓとの間の厚
さをＴとし、また中立面ｎと埋設位置との間の厚さをＴ
ａｍとすると次のことが言える。

Ｔａｍ＝０では、網状物１１が中立面ｎに在り、したが
って第５図線（ひずみ軸）χ１のようにひずみ（ε）は
零で、誘起電圧も零である。

Ｔａｍ！＝ｉＴでは、綱状物１１が略表面Ｓに在り、し
たがって第５図線ｘ、のようにひずみ（ε）は最大とな
るので感度は良好となるが、アモルファス合金の特性か
ら大きなひずみに対しては誘起電圧が飽和状態とな怪、
したがってリニアリティな測定値が得られない場合があ
る。

０＜Ｔａｍ＜Ｔ、例えばＴａｍ＝％Ｔでは、網状物１１
が表面Ｓと中立面ｎとの中間位置に在り、これにより第
５図線Ｘ、のようにひずみに対し誘起電圧が略直線状に
変化する範囲が長くなり、また感度も良好となる。た＼
゛し、Ｏ＜Ｔａｍ＜％Ｔではアモルファス合金繊維の感
度が低下する傾向がある。

上記のことから、綱状物１１、したがってアモ、　　ル
ファス合金繊維を表面Ｓから′ＡＴの範囲に存する表層
３（第４図点描領域）に配設するのがよい。

この表層３に対応するひずみ一誘起電圧特性は５、　　
第５図斜線示の領域に存する。

前記のように検出素子をアモルファス合金繊維にすると
、その埋設作業が容易であり、また埋設位置が正確に設
定され、その上、弾性部材１の撓みに対しアモルファス
合金繊維を、それを損傷することなく追随させることが
できる。

また前記埋設手段の採用によって、アモルファス合金繊
維への温度および湿度変化の影響を少なくし、その上、
水による腐食からアモルファス合金繊維を保護すること
ができる。

各表層３，３Ｉ、３ｔにおける強化用繊維として、前記
のように混合繊維を用いると、その配合割合によってそ
れら表層３，３．．３．のヤング率の調整が容易となり
、また破損時の限界付近における挙動を緩慢にすること
が可能となる。

なお、表Ｎ３、第１．第２表層３．．３□の強化用繊維
としてはアモルファス合金繊維のみを用いることもある
。またアモルファス合金繊維を、前記実施例のように弾
性部材１全長に配設せずに、応力測定要求箇所にのみ配
設してもよい。さらにセンシングコイル４等は弾性部材
Ｉの長さ方向ａに沿って複数用いることもあり、またセ
ンシングコイル４等と弾性部材ｌとの間には隙間が存在
してもよい。

さらに本発明は、合成樹脂をマトリックスとする、弾性
部材以外の繊維強化部材、金属をマトリックスとする繊
維強化部材等にも適用される。

繊維強化部材のひずみとアモルファス合金繊維による出
力（誘起電圧）との関係をリニアリティ域に収めるべく
、マトリックスがゴム等より構成されて繊維強化部材の
撓みが大きい場合にはアモルファス合金繊維は中立面側
に、またマトリックスが金属より構成されて繊維強化部
材の撓みが小さい場合にはアモルファス合金繊維は表面
側にそれぞれ配設される。

前記のような弾性°部材１の応力測定技術は、その弾性
部材１がリーフスプリングである場合、車両における車
高調整、リーフスプリングの破損検出等に適用される。

この場合、アモルファス合金繊維はリーフスプリング内
に埋設されているので、その繊維を、飛来した石等の衝
撃等から保護することができる。

Ｃ１発明の効果第（１）項記載の発明によれば、極めて簡単な構成によ
り、繊維強化能および被応力検出能を兼備した前記繊維
強化部材を提供することができ、これにより前記部材の
応力測定作業の簡素化を図ることが可能となる。

第（２）項記載の発明によれば、前記効果に加え、広い
測定範囲を有すると共に感度が良好で、リニアリティの
優れた測定値を得ることが可能な前記繊維強化部材を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】第１図はセンシングコイルを備えた弾性部材の斜視図、
第２．第３図は弾性部材の応力を測定する二種の方式を
示す概略図、第４図は弾性部材の側面図、第５図はひず
みと誘起電圧との関係を示すグラフである。ｌ・・・弾性部材（繊維強化部材）、Ｉａ、ｌｂ・・・
引張応力および圧縮応力を受ける部位、３．３゜、３□
・・・表層、第１．第２表層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）強化用繊維とマトリックスとよりなり、荷重の作
用に伴い引張応力および圧縮応力の少なくとも一方が発
生する部位を備えた繊維強化部材であって、前記部位に
存する前記強化用繊維の少なくとも一部を応カー磁気特
性を有する金属繊維にしたことを特徴とする、被応力検
出能を備えた繊維強化部材。
（２）強化用繊維とマトリックスとよりなり、荷重の作
用に伴い引張応力および圧縮応力の少なくとも一方が発
生する部位を備えた繊維強化部材であって、前記部位の
表層に存する前記強化用繊維の少なくとも一部を応力−
磁気特性を有する金属繊維にしたことを特徴とする、被
応力検出能を備えた繊維強化部材。
（３）前記繊維強化部材は板状部材であり、該板状部材
の表面と中立面との間の厚さをＴとしたとき、前記表層
は前記表面から厚さ１／２Ｔの範囲に存する、第（２）
項記載の被応力検出能を備えた繊維強化部材。