被破壊センサ
【課題】破壊に至らない検出対象物の変形を検出可能で、検出感度を容易に調整することが可能な被破壊センサを提供することを課題とする。
【解決手段】被破壊センサ１は、脆性材料製の基材２０と、基材２０に積層され導電性を有するセンサ膜２１と、を有する被破壊部材２と、被破壊部材２の一方に配置され、荷重伝達時に被破壊部材２に部分的に当接する第一当接部３０を有する第一当接部材３と、被破壊部材２の他方に配置され、荷重伝達時に被破壊部材２に部分的に当接する第二当接部４０Ｌ、４０Ｒを有する第二当接部材４と、を備える。荷重伝達方向から見て、第一当接部３０と第二当接部と４０Ｌ、４０Ｒとは、ずれて配置される。被破壊部材２の破壊前後において、センサ膜２１の電気抵抗が変化することを基に、検出対象物８０の変形を検出する。
【解決手段】被破壊センサ１は、脆性材料製の基材２０と、基材２０に積層され導電性を有するセンサ膜２１と、を有する被破壊部材２と、被破壊部材２の一方に配置され、荷重伝達時に被破壊部材２に部分的に当接する第一当接部３０を有する第一当接部材３と、被破壊部材２の他方に配置され、荷重伝達時に被破壊部材２に部分的に当接する第二当接部４０Ｌ、４０Ｒを有する第二当接部材４と、を備える。荷重伝達方向から見て、第一当接部３０と第二当接部と４０Ｌ、４０Ｒとは、ずれて配置される。被破壊部材２の破壊前後において、センサ膜２１の電気抵抗が変化することを基に、検出対象物８０の変形を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破壊されることにより検出対象物の変形を検出する被破壊センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガラスの破壊を検出可能な破壊検出センサが開示されている。同文献記載の破壊検出センサは、脆弱な基板と、基板の表面に配置された導電層と、を備えている。同文献の段落［００４０］、［００４２］に記載されているように、破壊検出センサは、ガラスなどの検出対象物に接着して使用される。すなわち、基板は、検出対象物に、全面的に貼り付けられている。検出対象物が破壊されると、導電層が断線する。当該断線により、検出対象物の破壊を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の破壊検出センサによると、基板が検出対象物に全面的に貼り付けられている。導電層が断線するためには基板が破壊されればよい。しかしながら、破壊検出センサには、基板破壊用のストロークが確保されていない。このため、検出対象物から独立して、選択的に基板だけを破壊することは困難である。したがって、導電層が断線するためには、基板のみならず、検出対象物も破壊される必要がある。よって、破壊に至らない検出対象物の変形を検出することが困難である。
【０００５】
また、基板の壊れやすさではなく、結局は検出対象物自体の壊れやすさに、導電層の断線しやすさ、すなわち破壊検出センサの検出感度が支配されてしまう。このため、検出感度を調整することが困難である。
【０００６】
本発明の被破壊センサは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、破壊に至らない検出対象物の変形を検出可能で、検出感度を容易に調整することが可能な被破壊センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明の被破壊センサは、脆性材料製の基材と、該基材に積層され導電性を有するセンサ膜と、を有する被破壊部材と、該被破壊部材に荷重が伝達される方向を荷重伝達方向、該荷重伝達方向に直交する方向を直交方向として、該被破壊部材の該荷重伝達方向の一方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第一当接部を有する第一当接部材と、該被破壊部材の該荷重伝達方向の他方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第二当接部を有する第二当接部材と、を備え、該荷重伝達方向から見て、該第一当接部と該第二当接部とは、該直交方向にずれて配置され、該被破壊部材の破壊前後において、該センサ膜の電気抵抗が変化することを基に、検出対象物の変形を検出することを特徴とする。ここで、検出対象物の「変形」には、検出対象物の変位（移動）も含まれる。
【０００８】
本発明の被破壊センサは、被破壊部材を備えている。検出対象物が変形する際、被破壊部材は、第一当接部材、第二当接部材からの荷重の入力により破壊される。このため、検出対象物の、破壊に至る変形は勿論、破壊に至らない変形も検出することができる。
【０００９】
また、被破壊部材の壊れやすさを調整することで、センサ膜の断線（導通状態から絶縁状態になること）のしやすさを容易に調整することができる。被破壊部材を壊れやすくすると、検出対象物の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。被破壊部材を壊れにくくすると、検出対象物の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。このように、本発明の被破壊センサによると、検出対象物の変形の有無を判別するための、検出感度を自在に調整することができる。
【００１０】
また、本発明の被破壊センサは、第一当接部材と第二当接部材とを備えている。第一当接部材、第二当接部材は、各々、少なくとも荷重伝達時において、被破壊部材に当接している。なお、第一当接部材、第二当接部材は、各々、荷重伝達時以外は、被破壊部材に当接していなくてもよい。荷重伝達方向から見て、第一当接部と第二当接部とは、直交方向にずれて配置されている。このため、荷重が伝達される際、被破壊部材において、荷重伝達方向一方から荷重が入力される部分（第一当接部が当接する部分）と、荷重伝達方向他方から荷重が入力される部分（第二当接部が当接する部分）と、が直交方向にずれることになる。したがって、被破壊部材に破壊を誘起することができる。また、荷重伝達方向から見て第一当接部と第二当接部とが直交方向にずれて配置されているため、被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保することができる。また、被破壊部材は、脆性材料（ガラス、セラミック、樹脂、コンクリートなどを含む）製である。このため、破壊に必要なストロークが短くて済む。したがって、被破壊センサの荷重伝達方向の肉厚を薄くすることができる。
【００１１】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記第一当接部材は、前記被破壊部材に部分的に荷重を入力することにより、該被破壊部材に破壊を誘起する前記第一当接部を有する破壊誘起部材であり、前記第二当接部材は、荷重伝達時に該被破壊部材を部分的に支持する複数の前記第二当接部と、複数の該第二当接部間に区画され、該被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保する凹部と、を有する支持部材である構成とする方がよい。
【００１２】
破壊誘起部材は、第一当接部を有している。一方、支持部材は、複数の第二当接部と、凹部と、を有している。荷重が伝達される際、被破壊部材において、第一当接部が当接する部分は、凹部に進入する。このため、凹部の荷重伝達方向の全長（深さ）により、被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保することができる。
【００１３】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記第一当接部は、前記被破壊部材に部分的に前記荷重を入力することにより剪断力を発生させる構成とする方がよい。本構成によると、被破壊部材において、第一当接部が当接する部分と第一当接部が当接しない部分との間、または第一当接部が当接する部分と第二当接部が当接する部分との間で、剪断力を発生させることができる。このため、被破壊部材の破壊に必要なストロークが短くなる。
【００１４】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記センサ膜は、樹脂製の母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有する構成とする方がよい。本構成によると、母材がエラストマー製である場合（この場合も勿論上記（１）の構成に含まれる）と比較して、センサ膜の脆性を高くすることができる。このため、より検出感度を高くすることができる。
【００１５】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記センサ膜は、前記基材に印刷される構成とする方がよい。本構成によると、センサ膜を所定の位置に正確に配置することができる。また、センサ膜の寸法精度が高くなる。また、センサ膜の荷重伝達方向の肉厚を薄くすることができる。このため、センサ膜の脆性を高くすることができる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【００１６】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記センサ膜は、前記基材よりも、破断伸び量が小さい構成とする方がよい。本構成によると、センサ膜は、基材よりも、脆性が高くなる。このため、センサ膜が破壊されやすくなる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、破壊に至らない検出対象物の変形を検出可能で、検出感度を容易に調整することが可能な被破壊センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態の被破壊センサの斜視図である。
【図２】同被破壊センサの左右方向断面図である。
【図３】同被破壊センサの回路図である。
【図４】同被破壊センサの荷重伝達時の左右方向断面図である。
【図５】同被破壊センサの破壊完了時の左右方向断面図である。
【図６】破壊誘起部材の移動量と同被破壊センサの応答電圧との関係を示すグラフである。
【図７】第二実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図８】第三実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図９】第四実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図１０】第五実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図１１】第六実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図１２】第七実施形態の被破壊センサの斜視図である。
【図１３】第八実施形態の被破壊センサの斜視図である。
【図１４】被破壊センサの破壊誘起部材付近の断面図である。
【図１５】変形検出実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の被破壊センサの実施の形態について説明する。
【００２０】
＜第一実施形態＞
［被破壊センサの構成］
まず、本実施形態の被破壊センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の被破壊センサの斜視図を示す。図２に、同被破壊センサの左右方向（長手方向）断面図を示す。以下に示す図中、前後方向は、本発明の「荷重伝達方向」に対応している。左右方向は、本発明の「直交方向」に対応している。前方は、本発明の「荷重伝達方向の一方」に対応している。後方は、本発明の「荷重伝達方向の他方」に対応している。
【００２１】
図１、図２に示すように、本実施形態の被破壊センサ１は、被破壊部材２と破壊誘起部材３と支持部材４とを備えている。支持部材４は、ステンレス鋼製であって、直方体状を呈している。支持部材４の前面には、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒと、凹部４１と、が配置されている。凹部４１は、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの間に配置されている。
【００２２】
被破壊部材２は、基材２０とセンサ膜２１とを備えている。基材２０は、ガラス製であって、長方形薄板状を呈している。ガラスは、本発明の「脆性材料」の概念に含まれる。基材２０は、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの間に架設された状態で、支持部材４の前面に積層されている
センサ膜２１は、導電性を有している。センサ膜２１は、長方形薄膜状を呈している。センサ膜２１は、基材２０の前面に印刷されている。センサ膜２１は、基材２０の前面の全体に亘って配置されている。
【００２３】
センサ膜２１は、以下の方法により、基材２０に配置される。まず、脂環式エポキシとアミン系硬化剤とに、センサ膜２１全体を１００体積％として、カーボンビーズを４５体積％混合したセンサ膜用塗料を、スクリーン印刷機により、基材２０の前面に印刷する。次に、塗膜を１１０℃で硬化させる。このようにして、センサ膜２１は、基材２０に配置される。エポキシは、本発明の「樹脂」の概念に含まれる。カーボンビーズは、本発明の「導電性フィラー」の概念に含まれる。
【００２４】
センサ膜２１の左右両端には、各々、配線（図略）が接続されている。一対の配線は、制御装置（図略）に電気的に接続されている。制御装置の記憶部には、検出しきい値（電圧）が格納されている。
【００２５】
破壊誘起部材３は、ステンレス鋼製であって、直方体状を呈している。破壊誘起部材３の後面には、長方形状の第一当接部３０が配置されている。第一当接部３０は、センサ膜２１の前面の左右方向中央部分に当接している。破壊誘起部材３の左面、右面、上面、下面と、後面である第一当接部３０と、の間の挟角は、９０°である。
【００２６】
図２に示すように、前方または後方から見て、第一当接部３０と、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒと、は左右方向にずれて配置されている。すなわち、第一当接部３０は、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの間に、配置されている。また、前方または後方から見て、第一当接部３０と凹部４１とは重複して配置されている。検出対象物（図略）は、破壊誘起部材３の前方に配置されている。
【００２７】
次に、本実施形態の被破壊センサの回路構成について説明する。図３に、本実施形態の被破壊センサの回路図を示す。図３に示すように、回路９０は、電源９００と第一抵抗体９０１と第二抵抗体９０２とを備えている。回路９０は、制御装置に配置されている。
【００２８】
第一抵抗体９０１の電気抵抗Ｒ１、第二抵抗体９０２の電気抵抗Ｒ２、電源９００の電圧Ｅは、各々一定である。センサ膜２１の左右方向（長手方向）両端間の電気抵抗をＲｓとして、検出点Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗Ｒｔは、次式（１）により算出される。
Ｒｔ＝（Ｒｓ・Ｒ２）／（Ｒｓ＋Ｒ２） ・・・・・式（１）
また、検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔは、次式（２）により算出される。
Ｖｔ＝（Ｒｔ／（Ｒｔ＋Ｒ１））・Ｅ ・・・・・式（２）
【００２９】
［被破壊センサの動き］
次に、本実施形態の被破壊センサ１の動きについて説明する。図４に、本実施形態の被破壊センサの荷重伝達時の左右方向断面図を示す。図５に、同被破壊センサの破壊完了時の左右方向断面図を示す。図６に、破壊誘起部材の移動量と同被破壊センサの応答電圧との関係をグラフで示す。
【００３０】
荷重は、前方から検出対象物に入力される。図４に白抜き矢印で示すように、検出対象物は、前方から破壊誘起部材３を押圧する。押圧された破壊誘起部材３は、前方から被破壊部材２を押圧する。
【００３１】
図４に誇張して示すように、押圧された被破壊部材２は、第二当接部４０Ｌの右縁４０Ｌｒと、第二当接部４０Ｒの左縁４０Ｒｌと、の間で、後方に膨らむように撓む。つまり、被破壊部材２は、凹部４１に没入するように撓む。被破壊部材２と比較して、破壊誘起部材３の第一当接部３０は、撓みにくい。このため、第一当接部３０の左縁３０Ｌ（破壊誘起部材３の後面左角部）と右縁３０Ｒ（破壊誘起部材３の後面右角部）とは、被破壊部材２の前面に線接触する。したがって、被破壊部材２の前面のうち、第一当接部３０の左縁３０Ｌ、右縁３０Ｒが線接触する部分には、荷重が集中する。このように、被破壊部材２は、あたかも四点曲げ試験機にセットされた試験片のように、第二当接部４０Ｌの右縁４０Ｌｒと、第二当接部４０Ｒの左縁４０Ｒｌと、の間で、第一当接部３０の左縁３０Ｌ、右縁３０Ｒにより、前方から押圧される。
【００３２】
ここで、被破壊部材２の基材２０はガラス製である。このため、脆い。したがって、第一当接部３０の左縁３０Ｌ、右縁３０Ｒから集中的に入力される荷重により、被破壊部材２の前面には、左縁３０Ｌおよび右縁３０Ｒのうち少なくとも一方から、クラックが発生する。クラックが被破壊部材２の後面まで進展すると、図５に示すように、被破壊部材２が破断する。被破壊部材２は、ほとんど弾性変形することなく破断する。被破壊部材２のうち、破断した部分は、凹部４１に没入する。
【００３３】
被破壊部材２が破断すると、センサ膜２１も破断する。このため、センサ膜２１の左右両端間の電気抵抗Ｒｓが無限大になる。したがって、式（１）からＲｔ＝Ｒ２になる。また、式（２）からＶｔ＝（Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ１））・Ｅになる。すなわち、図６に示すように、応答電圧Ｖｔが上昇し、検出しきい値Ｖｔｈを超える。応答電圧Ｖｔが検出しきい値を超えると、制御装置の演算部は、センサ膜２１が導通状態から絶縁状態に切り替わったと判別する。つまり、検出対象物が変形したと判別する。このようにして、本実施形態の被破壊センサは、自身が破壊されることにより、検出対象物の変形を検出している。
【００３４】
また、センサ膜２１が短絡すると、センサ膜２１の左右両端間の電気抵抗Ｒｓが０になる。したがって、式（１）からＲｔ＝０になる。また、式（２）からＶｔ＝０になる。すなわち、図６に点線で示すように、応答電圧Ｖｔが０になると、制御装置の演算部は、センサ膜２１が導通状態から短絡状態に切り替わったと判別する。
【００３５】
［作用効果］
次に、本実施形態の被破壊センサ１の作用効果について説明する。図２に示すように、本実施形態の被破壊センサ１は、被破壊部材２を備えている。図４、図５に示すように、検出対象物が変形する際、被破壊部材２は、第一当接部３０からの荷重の入力により破壊される。このため、検出対象物の、破壊に至る変形は勿論、破壊に至らない変形も検出することができる。
【００３６】
また、被破壊部材２の壊れやすさを調整することで、センサ膜２１の断線（導通状態から絶縁状態になること）しやすさを容易に調整することができる。被破壊部材２を壊れやすくすると、検出対象物の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。被破壊部材２を壊れにくくすると、検出対象物の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。このように、本実施形態の被破壊センサ１によると、検出対象物の変形の有無を判別するための、検出感度を自在に調整することができる。
【００３７】
また、被破壊部材２は、脆性の高いガラス製である。このため、破壊に必要なストロークが短くて済む。したがって、被破壊センサ１の前後方向の肉厚を薄くすることができる。また、凹部４１の前後方向深さを浅くすることができる。
【００３８】
また、図２に示すように、本実施形態の被破壊センサ１によると、前方または後方から見て、第一当接部３０と第二当接部４０Ｌ、４０Ｒとは、左右方向にずれて配置されている。このため、荷重が伝達される際、被破壊部材２において、前方から荷重が入力される部分（第一当接部３０が当接する部分）と、後方から荷重が入力される部分（第二当接部４０Ｌ、４０Ｒが当接する部分）と、が左右方向にずれることになる。したがって、被破壊部材２に破壊を誘起することができる。
【００３９】
また、図４、図５に示すように、本実施形態の被破壊センサ１によると、荷重が伝達される際、被破壊部材２において、第一当接部３０が当接する部分は、凹部４１に進入する。このため、被破壊部材２の破壊に必要なストロークを確保することができる。また、第一当接部３０は、被破壊部材２を、主に剪断力により破壊している。このため、被破壊部材２の破壊に必要なストロークが短くなる。
【００４０】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、図６に示すように、導通状態から絶縁状態への変化のみならず、導通状態から短絡状態への変化を検出することができる。このため、被破壊センサ１の自己診断性が高い。
【００４１】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、センサ膜２１は、エポキシ樹脂製の母材とカーボンフィラーとを有している。このため、母材がエラストマー製である場合と比較して、センサ膜２１の脆性を高くすることができる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【００４２】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、スクリーン印刷法により、センサ膜２１は、基材２０に印刷されている。このため、センサ膜２１を所定の位置に正確に配置することができる。また、センサ膜２１の寸法精度が高くなる。また、センサ膜２１の前後方向の肉厚を薄くすることができる。このため、センサ膜２１の脆性を高くすることができる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【００４３】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、センサ膜２１は、基材２０よりも、破断伸び量が小さい。このため、センサ膜２１は、基材２０よりも、脆性が高くなる。したがって、センサ膜２１が破壊されやすい。
【００４４】
＜第二実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、被破壊部材の構成だけである。ここでは、相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図７に示すように、センサ膜２１は、基材２０の後方に配置されている。すなわち、センサ膜２１は、外部（前方）に露出していない。
【００４５】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、センサ膜２１が外部に露出していない。このため、検出対象物に被破壊センサ１を取り付ける際など、隣接部材にセンサ膜２１が干渉しにくい。したがって、誤ってセンサ膜２１が断線しにくい。
【００４６】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、前出図４に示すように、凹部４１に没入するように被破壊部材２が膨らむ際、基材２０の径方向外側にセンサ膜２１が配置されることになる。このため、剪断力に加えて、左右方向からの引張力がセンサ膜２１に加わる。したがって、センサ膜２１が断線しやすい。
【００４７】
＜第三実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、破壊誘起部材と、被破壊部材および支持部材と、が別々に配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００４８】
図８に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図８に示すように、破壊誘起部材３は、検出対象物８０の後面に取り付けられている。一方、被破壊部材２および支持部材４は、固定部材８１に取り付けられている。
【００４９】
取付状態（検出対象物８０が変形していない状態）においては、第一当接部３０は、被破壊部材２から距離Ｌ１だけ離間している。検出対象物８０が後方に向かって変形すると、第一当接部３０が被破壊部材２に衝突する。そして、被破壊部材２を破壊する。
【００５０】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、破壊誘起部材３と、被破壊部材２および支持部材４と、が別々の部材（検出対象物８０、固定部材８１）に取り付けられている。このため、被破壊センサ１を構成する各部材の配置の自由度が高くなる。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、加速された状態で、第一当接部３０が被破壊部材２に衝突する。このため、被破壊部材２が破壊されやすくなる。
【００５１】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、第一当接部３０とセンサ膜２１前面との間の距離Ｌ１を調整することで、検出感度を調整することができる。距離Ｌ１を短くすると、検出対象物８０の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。距離Ｌ１を長くすると、検出対象物８０の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。
【００５２】
＜第四実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第三実施形態の被破壊センサとの相違点は、破壊誘起部材および被破壊部材と、支持部材と、が別々に配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００５３】
図９に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。図９に示すように、破壊誘起部材３および被破壊部材２は、検出対象物８０の後面に取り付けられている。一方、支持部材４は、固定部材８１に取り付けられている。
【００５４】
取付状態（検出対象物８０が変形していない状態）においては、被破壊部材２は、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒから距離Ｌ２だけ離間している。検出対象物８０が後方に向かって変形すると、相対的に、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒが被破壊部材２に衝突する。そして、被破壊部材２を破壊する。
【００５５】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第三実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、破壊誘起部材３および被破壊部材２と、支持部材４と、が別々の部材（検出対象物８０、固定部材８１）に取り付けられている。このため、被破壊センサ１を構成する各部材の配置の自由度が高くなる。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、加速された状態で、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒが被破壊部材２に衝突する。このため、被破壊部材２が破壊されやすくなる。
【００５６】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒと基材２０後面との間の距離Ｌ２を調整することで、検出感度を調整することができる。距離Ｌ２を短くすると、検出対象物８０の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。距離Ｌ２を長くすると、検出対象物８０の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。
【００５７】
＜第五実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、支持部材が一対の支持片を有する点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１０に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１０に示すように、支持部材４は、左右一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒを備えている。左右一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒは、各々、ステンレス鋼製であって、直方体状を呈している。左右一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒは、固定部材８２の前面に固定されている。支持片４１Ｌの第二当接部４０Ｌは、被破壊部材２の左端後面に当接している。支持片４１Ｒの第二当接部４０Ｒは、被破壊部材２の右端後面に当接している。凹部４１は、一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒ間に区画されている。
【００５８】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、支持部材４の構造が簡単になる。
【００５９】
＜第六実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、被破壊部材に一対のスリットが形成されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１１に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１１に示すように、被破壊部材２の基材２０の後面には、左右一対のスリット２００Ｌ、２００Ｒが凹設されている。スリット２００Ｌ、２００Ｒは、各々、Ｖ字溝状を呈している。スリット２００Ｌは、第一当接部３０の左縁３０Ｌに、前後方向に対向している。スリット２００Ｒは、第一当接部３０の右縁３０Ｒに、前後方向に対向している。
【００６０】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、より被破壊部材２が破壊されやすくなる。このため、検出感度を高くすることができる。また、被破壊部材２の被破壊箇所を、左縁３０Ｌとスリット２００Ｌとの間の部分、または右縁３０Ｒとスリット２００Ｒと間の部分に、誘導することができる。このため、複数の被破壊センサ１間において、検出感度のばらつきが小さくなる。
【００６１】
＜第七実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、センサ膜が基材に一筆書き状に印刷されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１２に、本実施形態の被破壊センサの斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。また、説明の便宜上、破壊誘起部材３を透過して示す。また、センサ膜２１にハッチングを施す。
【００６２】
図１２に示すように、基材２０の前面には、センサ膜２１が、一筆書き状にジグザグに蛇行して印刷されている。センサ膜２１の右上端および左下端には、各々、配線（図略）が接続されている。本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の被破壊センサ１のように、基材２０の前面に、部分的にかつ冗長的にセンサ膜２１を配置してもよい。
【００６３】
＜第八実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第七実施形態の被破壊センサとの相違点は、五本のセンサ膜が基材に印刷されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１３に、本実施形態の被破壊センサの斜視図を示す。なお、図１２と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００６４】
図１３に示すように、基材２０の前面には、左右方向に延在する五本のセンサ膜２１が、互いに平行に印刷されている。センサ膜２１の左右両端には、各々、配線（図略）が接続されている。すなわち、五本のセンサ膜２１は、互いに電気的に並列に接続されている。本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第七実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の被破壊センサ１のように、基材２０の前面に、複数のセンサ膜２１を配置してもよい。
【００６５】
＜その他＞
以上、本発明の被破壊センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００６６】
上記実施形態においては、前後方向を本発明の「荷重伝達方向」に、左右方向を本発明の「直交方向」に、それぞれ対応させた。しかしながら、これらの対応関係は特に限定しない。上下方向、左右方向を本発明の「荷重伝達方向」に対応させてもよい。また、上下方向、前後方向を本発明の「直交方向」に対応させてもよい。
【００６７】
破壊誘起部材３の形状は特に限定しない。図１４（ａ）〜（ｅ）に、被破壊センサの破壊誘起部材付近の断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１４（ａ）に示すように、破壊誘起部材３は、被破壊部材２に、長方形枠状に当接してもよい。すなわち、第一当接部３０が長方形枠状を呈していてもよい。図１４（ｂ）に示すように、破壊誘起部材３が三角柱状（楔状）を呈していてもよい。図１４（ｃ）に示すように、破壊誘起部材３が半円柱状を呈していてもよい。すなわち、第一当接部３０が線状を呈していてもよい。また、図１４（ｄ）に示すように、破壊誘起部材３がカミソリの刃状を呈していてもよい。また、図１４（ｅ）に示すように、破壊誘起部材３が針状を呈していてもよい。また、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒを、上記第一当接部３０のような形状にしてもよい。第一当接部３０、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの配置数は特に限定しない。
【００６８】
上記実施形態においては、被破壊センサ１により、検出対象物８０の変形の有無を検出した。しかしながら、検出対象物８０の変位（検出対象物８０の変形を伴わない変位を含む）の有無を検出してもよい。また、検出対象物８０の変形の原因が、検出対象物８０に入力される荷重の場合は、検出対象物８０の変形を介して、検出対象物８０に入力される荷重の有無を検出してもよい。
【００６９】
上記実施形態においては、図３に示す回路９０を制御装置に配置したが、被破壊センサ１に配置してもよい。また、回路９０のうち、電源９００を制御装置に、第一抵抗体９０１、第二抵抗体９０２を被破壊センサ１に、分離して配置してもよい。
【００７０】
センサ膜２１の形状、大きさなどは特に限定しない。これらは、被破壊センサ１の用途などに応じて適宜決定すればよい。例えば、センサ膜２１の前後方向の肉厚は、被破壊センサ１の小型化、薄型化などの観点から、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。２５０μｍ以下がより好適である。センサ膜２１の肉厚を小さくすると、センサ膜２１が破壊されやすくなる。
【００７１】
センサ膜２１の材質は特に限定しない。母材は、樹脂、エラストマーの中から、導電性フィラーとの相溶性などを考慮して、適宜選択すればよい。特に、センサ膜用塗料からセンサ膜２１を形成する場合には、塗料化が可能な材料を選択することが望ましい。すなわち、自身が液状の材料、あるいは溶剤などに可溶な材料を選択するとよい。
【００７２】
例えば、熱可塑性樹脂として、ＰＥ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、溶剤に可溶であるという理由から、ポリアミド、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが好適である。
【００７３】
また、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ＰＩなどが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多い。よって、溶剤を使用せずに塗料化可能である。また、導電性フィラーとの相溶性も良好である。このため、導電性フィラーを、略単粒子状態でかつ高充填率で配合しやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂（Ａ型、Ｆ型、ＡＤ型）、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。
【００７４】
また、エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム（エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）など）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲなど）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックスなどが挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が良好なＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムが好適である。また、液状ＩＲ、液状ＢＲ、ＲＴＶ型（室温硬化型）シリコーンゴムは、硬化前に液状であり、溶剤を使用せずに塗料化可能である点で、好適である。
【００７５】
導電性フィラーは、導電性を有するものであれば、特に限定しない。例えば、炭素材料、金属などの微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。センサ膜２１の破断伸び量を、より小さくするという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。
【００７６】
また、導電性フィラーの充填率は、センサ膜２１の体積を１００体積％とした場合の３０体積％以上であることが望ましい。３０体積％未満の場合には、導電性フィラーが導電パスを形成しにくく、所望の導電性が発現しにくい。３５体積％以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、センサ膜２１の体積を１００体積％とした場合の６５体積％以下であることが望ましい。６５体積％を超えると、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、センサ膜用塗料を調製しにくくなる。５５体積％以下であるとより好適である。
【００７７】
母材中、導電性フィラーは、できるだけ凝集せず一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や母材との相溶性などを考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。０．０５μｍ未満の場合には、凝集して二次粒子を形成しやすい。０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上であると好適である。反対に、平均粒子径が１００μｍを超えると、センサ膜２１の肉厚を小さくしにくくなる。６０μｍ以下、さらには３０μｍ以下であると好適である。
【００７８】
導電性フィラーとしては、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金、カーボン等から適宜選択すればよい。とりわけ、カーボンビーズが好適である。カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ６−２８（平均粒子径約６μｍ）、ＭＣＭＢ１０−２８（平均粒子径約１０μｍ）、ＭＣＭＢ２５−２８（平均粒子径約２５μｍ））、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ：ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ、ニカビーズＰＣ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＭＳＢ（ＩＣＢ０３２０（平均粒子径約３μｍ）、ＩＣＢ０５２０（平均粒子径約５μｍ）、ＩＣＢ１０２０（平均粒子径約１０μｍ）、ＰＣ０７２０（平均粒子径約７μｍ）、ＭＣ０５２０（平均粒子径約５μｍ））、日清紡社製のカーボンビーズ（平均粒子径約１０μｍ）などが挙げられる。
【００７９】
センサ膜２１は、例えば、次のようにして製造することができる。母材に熱可塑性樹脂を選択した場合には、加熱溶融した熱可塑性樹脂に、導電性フィラー、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形、射出成形などを行う。また、母材に熱硬化性樹脂を選択した場合には、硬化前樹脂に、硬化剤、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形などにより硬化させる。一方、母材にエラストマーを選択した場合は、まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤などの添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填してプレス加硫する。
【００８０】
センサ膜２１の肉厚を小さくするためには、センサ膜用塗料からセンサ膜２１を形成することが望ましい。すなわち、まず、樹脂またはエラストマーなどの母材の形成成分を含むセンサ膜用塗料を調製する。次に、調製したセンサ膜用塗料を、基材２０に塗布し、乾燥させる。なお、熱硬化樹脂を使用した場合は、センサ膜用塗料を塗布した後、硬化させればよい。また、エラストマーを使用した場合は、乾燥と同時に、あるいは乾燥後に、架橋反応を進行させればよい。
【００８１】
センサ膜用塗料の塗布方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどの印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法、ディスペンサー法などが挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、センサ膜２１以外の配線などを同様の方法で形成することができるため、各部品を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜の肉厚の調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。また、センサ膜２１の材質として、市販の銀ペースト、銅ペーストなどを用いてもよい。
【実施例１】
【００８２】
以下、本発明の被破壊センサに対して行った変形検出実験について説明する。実験に用いた被破壊センサの構成は、第一実施形態の被破壊センサの構成と同様である。まず、実験に用いた被破壊センサの寸法について、図１、図２を援用しながら説明する。
【００８３】
図１、図２に示すように、破壊誘起部材３の第一当接部３０の左右方向全長は５２ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍとした。被破壊部材２の基材２０の左右方向全長は１２０ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍ、前後方向肉厚は１．１５ｍｍとした。センサ膜２１の左右方向全長は１２０ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍ、前後方向肉厚は０．５ｍｍとした。支持部材４の凹部４１の左右方向全長は７６ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍ、前後方向深さは３ｍｍとした。
【００８４】
次に、実験方法について説明する。実験においては、図１、図２の前後方向が上下方向になるように、つまり破壊誘起部材３が上に、支持部材４が下に、それぞれ配置されるように、被破壊センサ１を配置した。そして、破壊誘起部材３を１ｍｍ／分の速度で下降させた。図１５に、変形検出実験の結果をグラフで示す。図１５中、横軸は時間を示す。左縦軸は、破壊誘起部材３が被破壊部材２に加える荷重を示す。右縦軸は、破壊誘起部材３の下方への移動量、および式（２）から算出される、図３の検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔを示す。
【００８５】
図１５に示すように、破壊誘起部材３が移動するのに従って、破壊誘起部材３が被破壊部材２に加える荷重は徐々に大きくなる。そして、被破壊部材２が一気に破断する。この際、応答電圧Ｖｔは、２．５Ｖから一気に３．３Ｖに変化する。２．５Ｖと３．３Ｖとの間（例えば２．９Ｖ）に検出しきい値Ｖｔｈを設定することで、応答電圧Ｖｔの変化から、検出対象物の変形を検出することができる。
【００８６】
本実施例の場合、図３の電源９００の電圧Ｅは５Ｖである。また、センサ膜２１の初期の電気抵抗Ｒｓは、Ｒｓ＝２・Ｒ１＝Ｒ２となるように、設定されている。このため、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗Ｒｔは、式（１）から、Ｒｔ＝Ｒｓ／２となる。また、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔは、式（２）から、Ｖｔ＝２．５Ｖとなる。
【００８７】
また、被破壊部材２が破断すると、センサ膜２１も破断する。このため、センサ膜２１の電気抵抗Ｒｓが無限大になる。したがって、式（１）からＲｔ＝Ｒ２になる。また、式（２）から、Ｖｔ＝３．３Ｖとなる。よって、被破壊センサ１の検出レンジのフルスケールはΔＶｔ＝０．８Ｖ（＝３．３Ｖ−２．５Ｖ）となる。
【００８８】
これに対して、センサ膜の初期の電気抵抗Ｒｓを、Ｒｓ＝（１／２）・Ｒ１＝（１／５）・Ｒ２となるように、設定する。この場合、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗Ｒｔは、式（１）から、Ｒｔ＝５Ｒｓ／６となる。また、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔは、式（２）から、Ｖｔ＝１．５Ｖとなる。
【００８９】
また、被破壊部材２が破断すると、センサ膜２１も破断する。このため、センサ膜２１の電気抵抗Ｒｓが無限大になる。したがって、式（１）からＲｔ＝Ｒ２になる。また、式（２）から、Ｖｔ＝３．６Ｖとなる。よって、被破壊センサ１の検出レンジのフルスケールはΔＶｔ＝２．１Ｖ（＝３．６Ｖ−１．５Ｖ）となる。このように、図３の回路９０の回路定数を調整することにより、被破壊センサ１の検出レンジのフルスケールを調整することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１：被破壊センサ、２：被破壊部材、３：破壊誘起部材、４：支持部材。
２０：基材、２１：センサ膜、３０：第一当接部、３０Ｌ：左縁、３０Ｒ：右縁、４０Ｌ：第二当接部、４０Ｌｒ：右縁、４０Ｒ：第二当接部、４０Ｒｌ：左縁、４１：凹部、４１Ｌ：支持片、４１Ｒ：支持片、８０：検出対象物、８１：固定部材、８２：固定部材、９０：回路。
２００Ｌ：スリット、２００Ｒ：スリット、９００：電源、９０１：第一抵抗体、９０２：第二抵抗体。
Ｐ１：検出点、Ｐ２：検出点、Ｖｔ：応答電圧、Ｖｔｈ：検出しきい値。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破壊されることにより検出対象物の変形を検出する被破壊センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガラスの破壊を検出可能な破壊検出センサが開示されている。同文献記載の破壊検出センサは、脆弱な基板と、基板の表面に配置された導電層と、を備えている。同文献の段落［００４０］、［００４２］に記載されているように、破壊検出センサは、ガラスなどの検出対象物に接着して使用される。すなわち、基板は、検出対象物に、全面的に貼り付けられている。検出対象物が破壊されると、導電層が断線する。当該断線により、検出対象物の破壊を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の破壊検出センサによると、基板が検出対象物に全面的に貼り付けられている。導電層が断線するためには基板が破壊されればよい。しかしながら、破壊検出センサには、基板破壊用のストロークが確保されていない。このため、検出対象物から独立して、選択的に基板だけを破壊することは困難である。したがって、導電層が断線するためには、基板のみならず、検出対象物も破壊される必要がある。よって、破壊に至らない検出対象物の変形を検出することが困難である。
【０００５】
また、基板の壊れやすさではなく、結局は検出対象物自体の壊れやすさに、導電層の断線しやすさ、すなわち破壊検出センサの検出感度が支配されてしまう。このため、検出感度を調整することが困難である。
【０００６】
本発明の被破壊センサは、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、破壊に至らない検出対象物の変形を検出可能で、検出感度を容易に調整することが可能な被破壊センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決するため、本発明の被破壊センサは、脆性材料製の基材と、該基材に積層され導電性を有するセンサ膜と、を有する被破壊部材と、該被破壊部材に荷重が伝達される方向を荷重伝達方向、該荷重伝達方向に直交する方向を直交方向として、該被破壊部材の該荷重伝達方向の一方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第一当接部を有する第一当接部材と、該被破壊部材の該荷重伝達方向の他方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第二当接部を有する第二当接部材と、を備え、該荷重伝達方向から見て、該第一当接部と該第二当接部とは、該直交方向にずれて配置され、該被破壊部材の破壊前後において、該センサ膜の電気抵抗が変化することを基に、検出対象物の変形を検出することを特徴とする。ここで、検出対象物の「変形」には、検出対象物の変位（移動）も含まれる。
【０００８】
本発明の被破壊センサは、被破壊部材を備えている。検出対象物が変形する際、被破壊部材は、第一当接部材、第二当接部材からの荷重の入力により破壊される。このため、検出対象物の、破壊に至る変形は勿論、破壊に至らない変形も検出することができる。
【０００９】
また、被破壊部材の壊れやすさを調整することで、センサ膜の断線（導通状態から絶縁状態になること）のしやすさを容易に調整することができる。被破壊部材を壊れやすくすると、検出対象物の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。被破壊部材を壊れにくくすると、検出対象物の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。このように、本発明の被破壊センサによると、検出対象物の変形の有無を判別するための、検出感度を自在に調整することができる。
【００１０】
また、本発明の被破壊センサは、第一当接部材と第二当接部材とを備えている。第一当接部材、第二当接部材は、各々、少なくとも荷重伝達時において、被破壊部材に当接している。なお、第一当接部材、第二当接部材は、各々、荷重伝達時以外は、被破壊部材に当接していなくてもよい。荷重伝達方向から見て、第一当接部と第二当接部とは、直交方向にずれて配置されている。このため、荷重が伝達される際、被破壊部材において、荷重伝達方向一方から荷重が入力される部分（第一当接部が当接する部分）と、荷重伝達方向他方から荷重が入力される部分（第二当接部が当接する部分）と、が直交方向にずれることになる。したがって、被破壊部材に破壊を誘起することができる。また、荷重伝達方向から見て第一当接部と第二当接部とが直交方向にずれて配置されているため、被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保することができる。また、被破壊部材は、脆性材料（ガラス、セラミック、樹脂、コンクリートなどを含む）製である。このため、破壊に必要なストロークが短くて済む。したがって、被破壊センサの荷重伝達方向の肉厚を薄くすることができる。
【００１１】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記第一当接部材は、前記被破壊部材に部分的に荷重を入力することにより、該被破壊部材に破壊を誘起する前記第一当接部を有する破壊誘起部材であり、前記第二当接部材は、荷重伝達時に該被破壊部材を部分的に支持する複数の前記第二当接部と、複数の該第二当接部間に区画され、該被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保する凹部と、を有する支持部材である構成とする方がよい。
【００１２】
破壊誘起部材は、第一当接部を有している。一方、支持部材は、複数の第二当接部と、凹部と、を有している。荷重が伝達される際、被破壊部材において、第一当接部が当接する部分は、凹部に進入する。このため、凹部の荷重伝達方向の全長（深さ）により、被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保することができる。
【００１３】
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記第一当接部は、前記被破壊部材に部分的に前記荷重を入力することにより剪断力を発生させる構成とする方がよい。本構成によると、被破壊部材において、第一当接部が当接する部分と第一当接部が当接しない部分との間、または第一当接部が当接する部分と第二当接部が当接する部分との間で、剪断力を発生させることができる。このため、被破壊部材の破壊に必要なストロークが短くなる。
【００１４】
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記センサ膜は、樹脂製の母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有する構成とする方がよい。本構成によると、母材がエラストマー製である場合（この場合も勿論上記（１）の構成に含まれる）と比較して、センサ膜の脆性を高くすることができる。このため、より検出感度を高くすることができる。
【００１５】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記センサ膜は、前記基材に印刷される構成とする方がよい。本構成によると、センサ膜を所定の位置に正確に配置することができる。また、センサ膜の寸法精度が高くなる。また、センサ膜の荷重伝達方向の肉厚を薄くすることができる。このため、センサ膜の脆性を高くすることができる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【００１６】
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記センサ膜は、前記基材よりも、破断伸び量が小さい構成とする方がよい。本構成によると、センサ膜は、基材よりも、脆性が高くなる。このため、センサ膜が破壊されやすくなる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、破壊に至らない検出対象物の変形を検出可能で、検出感度を容易に調整することが可能な被破壊センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態の被破壊センサの斜視図である。
【図２】同被破壊センサの左右方向断面図である。
【図３】同被破壊センサの回路図である。
【図４】同被破壊センサの荷重伝達時の左右方向断面図である。
【図５】同被破壊センサの破壊完了時の左右方向断面図である。
【図６】破壊誘起部材の移動量と同被破壊センサの応答電圧との関係を示すグラフである。
【図７】第二実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図８】第三実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図９】第四実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図１０】第五実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図１１】第六実施形態の被破壊センサの左右方向断面図である。
【図１２】第七実施形態の被破壊センサの斜視図である。
【図１３】第八実施形態の被破壊センサの斜視図である。
【図１４】被破壊センサの破壊誘起部材付近の断面図である。
【図１５】変形検出実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の被破壊センサの実施の形態について説明する。
【００２０】
＜第一実施形態＞
［被破壊センサの構成］
まず、本実施形態の被破壊センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の被破壊センサの斜視図を示す。図２に、同被破壊センサの左右方向（長手方向）断面図を示す。以下に示す図中、前後方向は、本発明の「荷重伝達方向」に対応している。左右方向は、本発明の「直交方向」に対応している。前方は、本発明の「荷重伝達方向の一方」に対応している。後方は、本発明の「荷重伝達方向の他方」に対応している。
【００２１】
図１、図２に示すように、本実施形態の被破壊センサ１は、被破壊部材２と破壊誘起部材３と支持部材４とを備えている。支持部材４は、ステンレス鋼製であって、直方体状を呈している。支持部材４の前面には、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒと、凹部４１と、が配置されている。凹部４１は、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの間に配置されている。
【００２２】
被破壊部材２は、基材２０とセンサ膜２１とを備えている。基材２０は、ガラス製であって、長方形薄板状を呈している。ガラスは、本発明の「脆性材料」の概念に含まれる。基材２０は、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの間に架設された状態で、支持部材４の前面に積層されている
センサ膜２１は、導電性を有している。センサ膜２１は、長方形薄膜状を呈している。センサ膜２１は、基材２０の前面に印刷されている。センサ膜２１は、基材２０の前面の全体に亘って配置されている。
【００２３】
センサ膜２１は、以下の方法により、基材２０に配置される。まず、脂環式エポキシとアミン系硬化剤とに、センサ膜２１全体を１００体積％として、カーボンビーズを４５体積％混合したセンサ膜用塗料を、スクリーン印刷機により、基材２０の前面に印刷する。次に、塗膜を１１０℃で硬化させる。このようにして、センサ膜２１は、基材２０に配置される。エポキシは、本発明の「樹脂」の概念に含まれる。カーボンビーズは、本発明の「導電性フィラー」の概念に含まれる。
【００２４】
センサ膜２１の左右両端には、各々、配線（図略）が接続されている。一対の配線は、制御装置（図略）に電気的に接続されている。制御装置の記憶部には、検出しきい値（電圧）が格納されている。
【００２５】
破壊誘起部材３は、ステンレス鋼製であって、直方体状を呈している。破壊誘起部材３の後面には、長方形状の第一当接部３０が配置されている。第一当接部３０は、センサ膜２１の前面の左右方向中央部分に当接している。破壊誘起部材３の左面、右面、上面、下面と、後面である第一当接部３０と、の間の挟角は、９０°である。
【００２６】
図２に示すように、前方または後方から見て、第一当接部３０と、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒと、は左右方向にずれて配置されている。すなわち、第一当接部３０は、左右一対の第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの間に、配置されている。また、前方または後方から見て、第一当接部３０と凹部４１とは重複して配置されている。検出対象物（図略）は、破壊誘起部材３の前方に配置されている。
【００２７】
次に、本実施形態の被破壊センサの回路構成について説明する。図３に、本実施形態の被破壊センサの回路図を示す。図３に示すように、回路９０は、電源９００と第一抵抗体９０１と第二抵抗体９０２とを備えている。回路９０は、制御装置に配置されている。
【００２８】
第一抵抗体９０１の電気抵抗Ｒ１、第二抵抗体９０２の電気抵抗Ｒ２、電源９００の電圧Ｅは、各々一定である。センサ膜２１の左右方向（長手方向）両端間の電気抵抗をＲｓとして、検出点Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗Ｒｔは、次式（１）により算出される。
Ｒｔ＝（Ｒｓ・Ｒ２）／（Ｒｓ＋Ｒ２） ・・・・・式（１）
また、検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔは、次式（２）により算出される。
Ｖｔ＝（Ｒｔ／（Ｒｔ＋Ｒ１））・Ｅ ・・・・・式（２）
【００２９】
［被破壊センサの動き］
次に、本実施形態の被破壊センサ１の動きについて説明する。図４に、本実施形態の被破壊センサの荷重伝達時の左右方向断面図を示す。図５に、同被破壊センサの破壊完了時の左右方向断面図を示す。図６に、破壊誘起部材の移動量と同被破壊センサの応答電圧との関係をグラフで示す。
【００３０】
荷重は、前方から検出対象物に入力される。図４に白抜き矢印で示すように、検出対象物は、前方から破壊誘起部材３を押圧する。押圧された破壊誘起部材３は、前方から被破壊部材２を押圧する。
【００３１】
図４に誇張して示すように、押圧された被破壊部材２は、第二当接部４０Ｌの右縁４０Ｌｒと、第二当接部４０Ｒの左縁４０Ｒｌと、の間で、後方に膨らむように撓む。つまり、被破壊部材２は、凹部４１に没入するように撓む。被破壊部材２と比較して、破壊誘起部材３の第一当接部３０は、撓みにくい。このため、第一当接部３０の左縁３０Ｌ（破壊誘起部材３の後面左角部）と右縁３０Ｒ（破壊誘起部材３の後面右角部）とは、被破壊部材２の前面に線接触する。したがって、被破壊部材２の前面のうち、第一当接部３０の左縁３０Ｌ、右縁３０Ｒが線接触する部分には、荷重が集中する。このように、被破壊部材２は、あたかも四点曲げ試験機にセットされた試験片のように、第二当接部４０Ｌの右縁４０Ｌｒと、第二当接部４０Ｒの左縁４０Ｒｌと、の間で、第一当接部３０の左縁３０Ｌ、右縁３０Ｒにより、前方から押圧される。
【００３２】
ここで、被破壊部材２の基材２０はガラス製である。このため、脆い。したがって、第一当接部３０の左縁３０Ｌ、右縁３０Ｒから集中的に入力される荷重により、被破壊部材２の前面には、左縁３０Ｌおよび右縁３０Ｒのうち少なくとも一方から、クラックが発生する。クラックが被破壊部材２の後面まで進展すると、図５に示すように、被破壊部材２が破断する。被破壊部材２は、ほとんど弾性変形することなく破断する。被破壊部材２のうち、破断した部分は、凹部４１に没入する。
【００３３】
被破壊部材２が破断すると、センサ膜２１も破断する。このため、センサ膜２１の左右両端間の電気抵抗Ｒｓが無限大になる。したがって、式（１）からＲｔ＝Ｒ２になる。また、式（２）からＶｔ＝（Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ１））・Ｅになる。すなわち、図６に示すように、応答電圧Ｖｔが上昇し、検出しきい値Ｖｔｈを超える。応答電圧Ｖｔが検出しきい値を超えると、制御装置の演算部は、センサ膜２１が導通状態から絶縁状態に切り替わったと判別する。つまり、検出対象物が変形したと判別する。このようにして、本実施形態の被破壊センサは、自身が破壊されることにより、検出対象物の変形を検出している。
【００３４】
また、センサ膜２１が短絡すると、センサ膜２１の左右両端間の電気抵抗Ｒｓが０になる。したがって、式（１）からＲｔ＝０になる。また、式（２）からＶｔ＝０になる。すなわち、図６に点線で示すように、応答電圧Ｖｔが０になると、制御装置の演算部は、センサ膜２１が導通状態から短絡状態に切り替わったと判別する。
【００３５】
［作用効果］
次に、本実施形態の被破壊センサ１の作用効果について説明する。図２に示すように、本実施形態の被破壊センサ１は、被破壊部材２を備えている。図４、図５に示すように、検出対象物が変形する際、被破壊部材２は、第一当接部３０からの荷重の入力により破壊される。このため、検出対象物の、破壊に至る変形は勿論、破壊に至らない変形も検出することができる。
【００３６】
また、被破壊部材２の壊れやすさを調整することで、センサ膜２１の断線（導通状態から絶縁状態になること）しやすさを容易に調整することができる。被破壊部材２を壊れやすくすると、検出対象物の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。被破壊部材２を壊れにくくすると、検出対象物の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。このように、本実施形態の被破壊センサ１によると、検出対象物の変形の有無を判別するための、検出感度を自在に調整することができる。
【００３７】
また、被破壊部材２は、脆性の高いガラス製である。このため、破壊に必要なストロークが短くて済む。したがって、被破壊センサ１の前後方向の肉厚を薄くすることができる。また、凹部４１の前後方向深さを浅くすることができる。
【００３８】
また、図２に示すように、本実施形態の被破壊センサ１によると、前方または後方から見て、第一当接部３０と第二当接部４０Ｌ、４０Ｒとは、左右方向にずれて配置されている。このため、荷重が伝達される際、被破壊部材２において、前方から荷重が入力される部分（第一当接部３０が当接する部分）と、後方から荷重が入力される部分（第二当接部４０Ｌ、４０Ｒが当接する部分）と、が左右方向にずれることになる。したがって、被破壊部材２に破壊を誘起することができる。
【００３９】
また、図４、図５に示すように、本実施形態の被破壊センサ１によると、荷重が伝達される際、被破壊部材２において、第一当接部３０が当接する部分は、凹部４１に進入する。このため、被破壊部材２の破壊に必要なストロークを確保することができる。また、第一当接部３０は、被破壊部材２を、主に剪断力により破壊している。このため、被破壊部材２の破壊に必要なストロークが短くなる。
【００４０】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、図６に示すように、導通状態から絶縁状態への変化のみならず、導通状態から短絡状態への変化を検出することができる。このため、被破壊センサ１の自己診断性が高い。
【００４１】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、センサ膜２１は、エポキシ樹脂製の母材とカーボンフィラーとを有している。このため、母材がエラストマー製である場合と比較して、センサ膜２１の脆性を高くすることができる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【００４２】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、スクリーン印刷法により、センサ膜２１は、基材２０に印刷されている。このため、センサ膜２１を所定の位置に正確に配置することができる。また、センサ膜２１の寸法精度が高くなる。また、センサ膜２１の前後方向の肉厚を薄くすることができる。このため、センサ膜２１の脆性を高くすることができる。したがって、より検出感度を高くすることができる。
【００４３】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、センサ膜２１は、基材２０よりも、破断伸び量が小さい。このため、センサ膜２１は、基材２０よりも、脆性が高くなる。したがって、センサ膜２１が破壊されやすい。
【００４４】
＜第二実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、被破壊部材の構成だけである。ここでは、相違点についてのみ説明する。図７に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図７に示すように、センサ膜２１は、基材２０の後方に配置されている。すなわち、センサ膜２１は、外部（前方）に露出していない。
【００４５】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、センサ膜２１が外部に露出していない。このため、検出対象物に被破壊センサ１を取り付ける際など、隣接部材にセンサ膜２１が干渉しにくい。したがって、誤ってセンサ膜２１が断線しにくい。
【００４６】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、前出図４に示すように、凹部４１に没入するように被破壊部材２が膨らむ際、基材２０の径方向外側にセンサ膜２１が配置されることになる。このため、剪断力に加えて、左右方向からの引張力がセンサ膜２１に加わる。したがって、センサ膜２１が断線しやすい。
【００４７】
＜第三実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、破壊誘起部材と、被破壊部材および支持部材と、が別々に配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００４８】
図８に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図８に示すように、破壊誘起部材３は、検出対象物８０の後面に取り付けられている。一方、被破壊部材２および支持部材４は、固定部材８１に取り付けられている。
【００４９】
取付状態（検出対象物８０が変形していない状態）においては、第一当接部３０は、被破壊部材２から距離Ｌ１だけ離間している。検出対象物８０が後方に向かって変形すると、第一当接部３０が被破壊部材２に衝突する。そして、被破壊部材２を破壊する。
【００５０】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、破壊誘起部材３と、被破壊部材２および支持部材４と、が別々の部材（検出対象物８０、固定部材８１）に取り付けられている。このため、被破壊センサ１を構成する各部材の配置の自由度が高くなる。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、加速された状態で、第一当接部３０が被破壊部材２に衝突する。このため、被破壊部材２が破壊されやすくなる。
【００５１】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、第一当接部３０とセンサ膜２１前面との間の距離Ｌ１を調整することで、検出感度を調整することができる。距離Ｌ１を短くすると、検出対象物８０の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。距離Ｌ１を長くすると、検出対象物８０の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。
【００５２】
＜第四実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第三実施形態の被破壊センサとの相違点は、破壊誘起部材および被破壊部材と、支持部材と、が別々に配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
【００５３】
図９に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図８と対応する部位については、同じ符号で示す。図９に示すように、破壊誘起部材３および被破壊部材２は、検出対象物８０の後面に取り付けられている。一方、支持部材４は、固定部材８１に取り付けられている。
【００５４】
取付状態（検出対象物８０が変形していない状態）においては、被破壊部材２は、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒから距離Ｌ２だけ離間している。検出対象物８０が後方に向かって変形すると、相対的に、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒが被破壊部材２に衝突する。そして、被破壊部材２を破壊する。
【００５５】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第三実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、破壊誘起部材３および被破壊部材２と、支持部材４と、が別々の部材（検出対象物８０、固定部材８１）に取り付けられている。このため、被破壊センサ１を構成する各部材の配置の自由度が高くなる。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、加速された状態で、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒが被破壊部材２に衝突する。このため、被破壊部材２が破壊されやすくなる。
【００５６】
また、本実施形態の被破壊センサ１によると、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒと基材２０後面との間の距離Ｌ２を調整することで、検出感度を調整することができる。距離Ｌ２を短くすると、検出対象物８０の変形量が小さい場合であっても、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が高くなる。距離Ｌ２を長くすると、検出対象物８０の変形量が大きい場合に、変形を検出することができる。すなわち、検出感度が低くなる。
【００５７】
＜第五実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、支持部材が一対の支持片を有する点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１０に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１０に示すように、支持部材４は、左右一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒを備えている。左右一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒは、各々、ステンレス鋼製であって、直方体状を呈している。左右一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒは、固定部材８２の前面に固定されている。支持片４１Ｌの第二当接部４０Ｌは、被破壊部材２の左端後面に当接している。支持片４１Ｒの第二当接部４０Ｒは、被破壊部材２の右端後面に当接している。凹部４１は、一対の支持片４１Ｌ、４１Ｒ間に区画されている。
【００５８】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、支持部材４の構造が簡単になる。
【００５９】
＜第六実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、被破壊部材に一対のスリットが形成されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１１に、本実施形態の被破壊センサの左右方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１１に示すように、被破壊部材２の基材２０の後面には、左右一対のスリット２００Ｌ、２００Ｒが凹設されている。スリット２００Ｌ、２００Ｒは、各々、Ｖ字溝状を呈している。スリット２００Ｌは、第一当接部３０の左縁３０Ｌに、前後方向に対向している。スリット２００Ｒは、第一当接部３０の右縁３０Ｒに、前後方向に対向している。
【００６０】
本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の被破壊センサ１によると、より被破壊部材２が破壊されやすくなる。このため、検出感度を高くすることができる。また、被破壊部材２の被破壊箇所を、左縁３０Ｌとスリット２００Ｌとの間の部分、または右縁３０Ｒとスリット２００Ｒと間の部分に、誘導することができる。このため、複数の被破壊センサ１間において、検出感度のばらつきが小さくなる。
【００６１】
＜第七実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第一実施形態の被破壊センサとの相違点は、センサ膜が基材に一筆書き状に印刷されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１２に、本実施形態の被破壊センサの斜視図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。また、説明の便宜上、破壊誘起部材３を透過して示す。また、センサ膜２１にハッチングを施す。
【００６２】
図１２に示すように、基材２０の前面には、センサ膜２１が、一筆書き状にジグザグに蛇行して印刷されている。センサ膜２１の右上端および左下端には、各々、配線（図略）が接続されている。本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の被破壊センサ１のように、基材２０の前面に、部分的にかつ冗長的にセンサ膜２１を配置してもよい。
【００６３】
＜第八実施形態＞
本実施形態の被破壊センサと第七実施形態の被破壊センサとの相違点は、五本のセンサ膜が基材に印刷されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１３に、本実施形態の被破壊センサの斜視図を示す。なお、図１２と対応する部位については、同じ符号で示す。
【００６４】
図１３に示すように、基材２０の前面には、左右方向に延在する五本のセンサ膜２１が、互いに平行に印刷されている。センサ膜２１の左右両端には、各々、配線（図略）が接続されている。すなわち、五本のセンサ膜２１は、互いに電気的に並列に接続されている。本実施形態の被破壊センサ１は、構成が共通する部分に関しては、第七実施形態の被破壊センサと同様の作用効果を有する。本実施形態の被破壊センサ１のように、基材２０の前面に、複数のセンサ膜２１を配置してもよい。
【００６５】
＜その他＞
以上、本発明の被破壊センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００６６】
上記実施形態においては、前後方向を本発明の「荷重伝達方向」に、左右方向を本発明の「直交方向」に、それぞれ対応させた。しかしながら、これらの対応関係は特に限定しない。上下方向、左右方向を本発明の「荷重伝達方向」に対応させてもよい。また、上下方向、前後方向を本発明の「直交方向」に対応させてもよい。
【００６７】
破壊誘起部材３の形状は特に限定しない。図１４（ａ）〜（ｅ）に、被破壊センサの破壊誘起部材付近の断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図１４（ａ）に示すように、破壊誘起部材３は、被破壊部材２に、長方形枠状に当接してもよい。すなわち、第一当接部３０が長方形枠状を呈していてもよい。図１４（ｂ）に示すように、破壊誘起部材３が三角柱状（楔状）を呈していてもよい。図１４（ｃ）に示すように、破壊誘起部材３が半円柱状を呈していてもよい。すなわち、第一当接部３０が線状を呈していてもよい。また、図１４（ｄ）に示すように、破壊誘起部材３がカミソリの刃状を呈していてもよい。また、図１４（ｅ）に示すように、破壊誘起部材３が針状を呈していてもよい。また、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒを、上記第一当接部３０のような形状にしてもよい。第一当接部３０、第二当接部４０Ｌ、４０Ｒの配置数は特に限定しない。
【００６８】
上記実施形態においては、被破壊センサ１により、検出対象物８０の変形の有無を検出した。しかしながら、検出対象物８０の変位（検出対象物８０の変形を伴わない変位を含む）の有無を検出してもよい。また、検出対象物８０の変形の原因が、検出対象物８０に入力される荷重の場合は、検出対象物８０の変形を介して、検出対象物８０に入力される荷重の有無を検出してもよい。
【００６９】
上記実施形態においては、図３に示す回路９０を制御装置に配置したが、被破壊センサ１に配置してもよい。また、回路９０のうち、電源９００を制御装置に、第一抵抗体９０１、第二抵抗体９０２を被破壊センサ１に、分離して配置してもよい。
【００７０】
センサ膜２１の形状、大きさなどは特に限定しない。これらは、被破壊センサ１の用途などに応じて適宜決定すればよい。例えば、センサ膜２１の前後方向の肉厚は、被破壊センサ１の小型化、薄型化などの観点から、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。２５０μｍ以下がより好適である。センサ膜２１の肉厚を小さくすると、センサ膜２１が破壊されやすくなる。
【００７１】
センサ膜２１の材質は特に限定しない。母材は、樹脂、エラストマーの中から、導電性フィラーとの相溶性などを考慮して、適宜選択すればよい。特に、センサ膜用塗料からセンサ膜２１を形成する場合には、塗料化が可能な材料を選択することが望ましい。すなわち、自身が液状の材料、あるいは溶剤などに可溶な材料を選択するとよい。
【００７２】
例えば、熱可塑性樹脂として、ＰＥ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、溶剤に可溶であるという理由から、ポリアミド、非晶質フッ素樹脂、非晶質ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂などが好適である。
【００７３】
また、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ＰＩなどが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂が好適である。エポキシ樹脂の硬化前樹脂には、比較的低粘度の液状のものが多い。よって、溶剤を使用せずに塗料化可能である。また、導電性フィラーとの相溶性も良好である。このため、導電性フィラーを、略単粒子状態でかつ高充填率で配合しやすい。エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂（Ａ型、Ｆ型、ＡＤ型）、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコール類とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。
【００７４】
また、エラストマーは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレン共重合ゴム（エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）など）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ、Ｂｒ−ＩＩＲなど）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、合成ラテックスなどが挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの各種熱可塑性エラストマー、およびこれらの誘導体が挙げられる。なかでも、導電性フィラーとの相溶性が良好なＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムが好適である。また、液状ＩＲ、液状ＢＲ、ＲＴＶ型（室温硬化型）シリコーンゴムは、硬化前に液状であり、溶剤を使用せずに塗料化可能である点で、好適である。
【００７５】
導電性フィラーは、導電性を有するものであれば、特に限定しない。例えば、炭素材料、金属などの微粒子が挙げられる。これらのうち、一種を単独で、あるいは二種以上を併せて用いることができる。センサ膜２１の破断伸び量を、より小さくするという観点から、導電性フィラーとして、真球あるいは極めて真球に近い形状（略真球状）の粒子を採用するとよい。
【００７６】
また、導電性フィラーの充填率は、センサ膜２１の体積を１００体積％とした場合の３０体積％以上であることが望ましい。３０体積％未満の場合には、導電性フィラーが導電パスを形成しにくく、所望の導電性が発現しにくい。３５体積％以上であるとより好適である。反対に、導電性フィラーの充填率は、センサ膜２１の体積を１００体積％とした場合の６５体積％以下であることが望ましい。６５体積％を超えると、母材への混合が困難となり、成形加工性が低下する。さらに、センサ膜用塗料を調製しにくくなる。５５体積％以下であるとより好適である。
【００７７】
母材中、導電性フィラーは、できるだけ凝集せず一次粒子の状態で存在することが望ましい。よって、導電性フィラーを選択する際には、平均粒子径や母材との相溶性などを考慮するとよい。例えば、一次粒子の状態で存在する導電性フィラーの平均粒子径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。０．０５μｍ未満の場合には、凝集して二次粒子を形成しやすい。０．５μｍ以上、さらには１μｍ以上であると好適である。反対に、平均粒子径が１００μｍを超えると、センサ膜２１の肉厚を小さくしにくくなる。６０μｍ以下、さらには３０μｍ以下であると好適である。
【００７８】
導電性フィラーとしては、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金、カーボン等から適宜選択すればよい。とりわけ、カーボンビーズが好適である。カーボンビーズは、導電性が良好で、比較的安価である。また、略真球状を呈しているため、高充填率で配合することができる。具体的には、大阪ガスケミカル社製のメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ６−２８（平均粒子径約６μｍ）、ＭＣＭＢ１０−２８（平均粒子径約１０μｍ）、ＭＣＭＢ２５−２８（平均粒子径約２５μｍ））、日本カーボン社製のカーボンマイクロビーズ：ニカビーズ（登録商標）ＩＣＢ、ニカビーズＰＣ、ニカビーズＭＣ、ニカビーズＭＳＢ（ＩＣＢ０３２０（平均粒子径約３μｍ）、ＩＣＢ０５２０（平均粒子径約５μｍ）、ＩＣＢ１０２０（平均粒子径約１０μｍ）、ＰＣ０７２０（平均粒子径約７μｍ）、ＭＣ０５２０（平均粒子径約５μｍ））、日清紡社製のカーボンビーズ（平均粒子径約１０μｍ）などが挙げられる。
【００７９】
センサ膜２１は、例えば、次のようにして製造することができる。母材に熱可塑性樹脂を選択した場合には、加熱溶融した熱可塑性樹脂に、導電性フィラー、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形、射出成形などを行う。また、母材に熱硬化性樹脂を選択した場合には、硬化前樹脂に、硬化剤、必要に応じて添加剤を加えて混合した後、プレス成形などにより硬化させる。一方、母材にエラストマーを選択した場合は、まず、エラストマーに、加硫助剤、軟化剤などの添加剤を添加して、混練りする。続いて、導電性フィラーを加えて混練りした後、さらに、架橋剤、加硫促進剤を加えて混練りし、エラストマー組成物とする。次に、エラストマー組成物をシート状に成形し、それを金型に充填してプレス加硫する。
【００８０】
センサ膜２１の肉厚を小さくするためには、センサ膜用塗料からセンサ膜２１を形成することが望ましい。すなわち、まず、樹脂またはエラストマーなどの母材の形成成分を含むセンサ膜用塗料を調製する。次に、調製したセンサ膜用塗料を、基材２０に塗布し、乾燥させる。なお、熱硬化樹脂を使用した場合は、センサ膜用塗料を塗布した後、硬化させればよい。また、エラストマーを使用した場合は、乾燥と同時に、あるいは乾燥後に、架橋反応を進行させればよい。
【００８１】
センサ膜用塗料の塗布方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどの印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法、ディスペンサー法などが挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。さらに、センサ膜２１以外の配線などを同様の方法で形成することができるため、各部品を集積化しやすい。印刷法の中でも、高粘度の塗料も使用可能であり、塗膜の肉厚の調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。また、センサ膜２１の材質として、市販の銀ペースト、銅ペーストなどを用いてもよい。
【実施例１】
【００８２】
以下、本発明の被破壊センサに対して行った変形検出実験について説明する。実験に用いた被破壊センサの構成は、第一実施形態の被破壊センサの構成と同様である。まず、実験に用いた被破壊センサの寸法について、図１、図２を援用しながら説明する。
【００８３】
図１、図２に示すように、破壊誘起部材３の第一当接部３０の左右方向全長は５２ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍとした。被破壊部材２の基材２０の左右方向全長は１２０ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍ、前後方向肉厚は１．１５ｍｍとした。センサ膜２１の左右方向全長は１２０ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍ、前後方向肉厚は０．５ｍｍとした。支持部材４の凹部４１の左右方向全長は７６ｍｍ、上下方向全長は２５ｍｍ、前後方向深さは３ｍｍとした。
【００８４】
次に、実験方法について説明する。実験においては、図１、図２の前後方向が上下方向になるように、つまり破壊誘起部材３が上に、支持部材４が下に、それぞれ配置されるように、被破壊センサ１を配置した。そして、破壊誘起部材３を１ｍｍ／分の速度で下降させた。図１５に、変形検出実験の結果をグラフで示す。図１５中、横軸は時間を示す。左縦軸は、破壊誘起部材３が被破壊部材２に加える荷重を示す。右縦軸は、破壊誘起部材３の下方への移動量、および式（２）から算出される、図３の検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔを示す。
【００８５】
図１５に示すように、破壊誘起部材３が移動するのに従って、破壊誘起部材３が被破壊部材２に加える荷重は徐々に大きくなる。そして、被破壊部材２が一気に破断する。この際、応答電圧Ｖｔは、２．５Ｖから一気に３．３Ｖに変化する。２．５Ｖと３．３Ｖとの間（例えば２．９Ｖ）に検出しきい値Ｖｔｈを設定することで、応答電圧Ｖｔの変化から、検出対象物の変形を検出することができる。
【００８６】
本実施例の場合、図３の電源９００の電圧Ｅは５Ｖである。また、センサ膜２１の初期の電気抵抗Ｒｓは、Ｒｓ＝２・Ｒ１＝Ｒ２となるように、設定されている。このため、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗Ｒｔは、式（１）から、Ｒｔ＝Ｒｓ／２となる。また、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔは、式（２）から、Ｖｔ＝２．５Ｖとなる。
【００８７】
また、被破壊部材２が破断すると、センサ膜２１も破断する。このため、センサ膜２１の電気抵抗Ｒｓが無限大になる。したがって、式（１）からＲｔ＝Ｒ２になる。また、式（２）から、Ｖｔ＝３．３Ｖとなる。よって、被破壊センサ１の検出レンジのフルスケールはΔＶｔ＝０．８Ｖ（＝３．３Ｖ−２．５Ｖ）となる。
【００８８】
これに対して、センサ膜の初期の電気抵抗Ｒｓを、Ｒｓ＝（１／２）・Ｒ１＝（１／５）・Ｒ２となるように、設定する。この場合、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の電気抵抗Ｒｔは、式（１）から、Ｒｔ＝５Ｒｓ／６となる。また、初期の検出点Ｐ１、Ｐ２間の応答電圧Ｖｔは、式（２）から、Ｖｔ＝１．５Ｖとなる。
【００８９】
また、被破壊部材２が破断すると、センサ膜２１も破断する。このため、センサ膜２１の電気抵抗Ｒｓが無限大になる。したがって、式（１）からＲｔ＝Ｒ２になる。また、式（２）から、Ｖｔ＝３．６Ｖとなる。よって、被破壊センサ１の検出レンジのフルスケールはΔＶｔ＝２．１Ｖ（＝３．６Ｖ−１．５Ｖ）となる。このように、図３の回路９０の回路定数を調整することにより、被破壊センサ１の検出レンジのフルスケールを調整することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１：被破壊センサ、２：被破壊部材、３：破壊誘起部材、４：支持部材。
２０：基材、２１：センサ膜、３０：第一当接部、３０Ｌ：左縁、３０Ｒ：右縁、４０Ｌ：第二当接部、４０Ｌｒ：右縁、４０Ｒ：第二当接部、４０Ｒｌ：左縁、４１：凹部、４１Ｌ：支持片、４１Ｒ：支持片、８０：検出対象物、８１：固定部材、８２：固定部材、９０：回路。
２００Ｌ：スリット、２００Ｒ：スリット、９００：電源、９０１：第一抵抗体、９０２：第二抵抗体。
Ｐ１：検出点、Ｐ２：検出点、Ｖｔ：応答電圧、Ｖｔｈ：検出しきい値。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料製の基材と、該基材に積層され導電性を有するセンサ膜と、を有する被破壊部材と、
該被破壊部材に荷重が伝達される方向を荷重伝達方向、該荷重伝達方向に直交する方向を直交方向として、
該被破壊部材の該荷重伝達方向の一方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第一当接部を有する第一当接部材と、
該被破壊部材の該荷重伝達方向の他方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第二当接部を有する第二当接部材と、
を備え、
該荷重伝達方向から見て、該第一当接部と該第二当接部とは、該直交方向にずれて配置され、
該被破壊部材の破壊前後において、該センサ膜の電気抵抗が変化することを基に、検出対象物の変形を検出する被破壊センサ。
【請求項２】
前記第一当接部材は、前記被破壊部材に部分的に荷重を入力することにより、該被破壊部材に破壊を誘起する前記第一当接部を有する破壊誘起部材であり、
前記第二当接部材は、荷重伝達時に該被破壊部材を部分的に支持する複数の前記第二当接部と、複数の該第二当接部間に区画され、該被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保する凹部と、を有する支持部材である請求項１に記載の被破壊センサ。
【請求項３】
前記第一当接部は、前記被破壊部材に部分的に前記荷重を入力することにより剪断力を発生させる請求項１または請求項２に記載の被破壊センサ。
【請求項４】
前記センサ膜は、樹脂製の母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の被破壊センサ。
【請求項５】
前記センサ膜は、前記基材に印刷される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の被破壊センサ。
【請求項６】
前記センサ膜は、前記基材よりも、破断伸び量が小さい請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の被破壊センサ。
【請求項１】
脆性材料製の基材と、該基材に積層され導電性を有するセンサ膜と、を有する被破壊部材と、
該被破壊部材に荷重が伝達される方向を荷重伝達方向、該荷重伝達方向に直交する方向を直交方向として、
該被破壊部材の該荷重伝達方向の一方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第一当接部を有する第一当接部材と、
該被破壊部材の該荷重伝達方向の他方に配置され、荷重伝達時に該被破壊部材に部分的に当接する第二当接部を有する第二当接部材と、
を備え、
該荷重伝達方向から見て、該第一当接部と該第二当接部とは、該直交方向にずれて配置され、
該被破壊部材の破壊前後において、該センサ膜の電気抵抗が変化することを基に、検出対象物の変形を検出する被破壊センサ。
【請求項２】
前記第一当接部材は、前記被破壊部材に部分的に荷重を入力することにより、該被破壊部材に破壊を誘起する前記第一当接部を有する破壊誘起部材であり、
前記第二当接部材は、荷重伝達時に該被破壊部材を部分的に支持する複数の前記第二当接部と、複数の該第二当接部間に区画され、該被破壊部材の破壊に必要なストロークを確保する凹部と、を有する支持部材である請求項１に記載の被破壊センサ。
【請求項３】
前記第一当接部は、前記被破壊部材に部分的に前記荷重を入力することにより剪断力を発生させる請求項１または請求項２に記載の被破壊センサ。
【請求項４】
前記センサ膜は、樹脂製の母材と、該母材中に充填される導電性フィラーと、を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の被破壊センサ。
【請求項５】
前記センサ膜は、前記基材に印刷される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の被破壊センサ。
【請求項６】
前記センサ膜は、前記基材よりも、破断伸び量が小さい請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の被破壊センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１３７４０１（Ｐ２０１２−１３７４０１Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０５３０（Ｐ２０１０−２９０５３０）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]