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公開番号2025032970
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-12
出願番号2024118295
出願日2024-07-24
発明の名称温度と変形率の同時計測が可能な二重モード同軸繊維型センサ、その製造方法および計測システム
出願人コリアアドヴァンストインスティテュートオブサイエンスアンドテクノロジー,KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
代理人弁理士法人ITOH
主分類G01D 21/02 20060101AFI20250305BHJP(測定;試験)
要約【課題】別途の温度計測用センサなしに単一のセンサで温度変化による変形率の誤差補償が可能であるように温度と変形率を同時に測定でき、複合材料の内部に挿入型として使っても欠陥として作用しない構造を有する二重モード同軸繊維型センサを提供する。
【解決手段】二重モード同軸繊維型センサは、コア繊維、前記コア繊維の表面に形成され、伝導性材質からなる変形率計測層、および、前記変形率計測層の表面に形成され、伝導性材質からなる温度計測層が積層された構造からなって、一つのセンサで温度と変形率を同時に測定することができる。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
コア繊維、および
前記コア繊維の上に順次積層された複数個のコーティング層を含み、前記複数個のコーティング層は、
前記コア繊維の上に形成され伝導性材質からなる変形率計測層、および、前記変形率計測層の上に形成され、伝導性材質からなる温度計測層を含む、二重モード同軸繊維型センサ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記複数個のコーティング層は、
前記変形率計測層の表面をコーティングした弾性重合体層をさらに含み、前記温度計測層は、
前記弾性重合体層上に形成される、請求項１に記載の二重モード同軸繊維型センサ。
【請求項３】
前記弾性重合体層の一部の表面に形成された細隙を通じて前記変形率計測層の一部が露出されて前記変形率計測層と前記温度計測層との間の接合部が形成され、
前記接合部で発生した熱電電圧を測定して温度測定が可能な構造である、請求項２に記載の二重モード同軸繊維型センサ。
【請求項４】
前記細隙は、
溶媒またはレーザーを利用して生成される、請求項３に記載の二重モード同軸繊維型センサ。
【請求項５】
前記細隙は、
前記弾性重合体層の破損がないように設定された前記レーザーの強度および移送速度を通じて生成される、請求項４に記載の二重モード同軸繊維型センサ。
【請求項６】
前記複数個のコーティング層は、
前記温度計測層の表面をコーティングする弾性重合体層をさらに含む、請求項３に記載の二重モード同軸繊維型センサ。
【請求項７】
前記複数個のコーティング層は、
前記コア繊維の表面をコーティングした弾性重合体層をさらに含み、
前記コア繊維の表面に形成された前記弾性重合体層の表面に前記変形率計測層が形成される、請求項６に記載の二重モード同軸繊維型センサ。
【請求項８】
二重モード同軸繊維型センサのためのコア繊維を製造する段階、
前記コア繊維を伝導性材質からなる変形率計測層でコーティングする段階、
前記変形率計測層を弾性重合体層でコーティングする段階、
前記弾性重合体層の一部の表面を除去して前記変形率計測層の一部を露出させる細隙を形成する段階、および
前記弾性重合体層を温度計測層でコーティングする段階を含み、
前記細隙を通じて前記変形率計測層と前記温度計測層との間の接合部が形成され、前記接合部で測定される熱電電圧を通じて温度を測定できる、二重モード同軸繊維型センサを製造する方法。
【請求項９】
前記温度計測層でコーティングする段階以後、
前記温度計測層の表面を弾性重合体層でコーティングする段階をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記製造する段階と前記変形率計測層でコーティングする段階の間に、前記コア繊維の表面を弾性重合体層でコーティングする段階をさらに含む、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は温度と変形率の同時計測が可能な二重モード同軸繊維型センサ、その製造方法および計測システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料は炭素繊維のような超高強度繊維材料、そしてエポキシのような高分子材料の混合を通じて製作される新素材である。繊維強化複合材料の中でも炭素繊維強化複合材料は、既存の構造材として使われてきたスチール、アルミニウムのような金属材料対比で非常に軽量ながらも高い強度を有している。したがって、繊維強化複合材料は軽量化が必要でありながらも高い構造強度を確保しなければならない応用分野に適合している。このため、炭素繊維強化複合材料を適用させるための研究開発が活発に進められている趨勢である。
【０００３】
炭素繊維強化複合材料は主に軍事・航空分野に使われてきており、特に、民間の航空分野で旅客機の胴体と主な部品に適用して軽量構造の設計に成功したことがあり、その使用量も急に増加している趨勢である。
【０００４】
最近カーボンニュートラルの加速化による電気自動車の開発と普及が活発になるにつれて、炭素繊維強化複合材料は航空分野だけでなく、車体とバッテリーパックの外装材の部分に適用させるための試みが進行されている。端的な例として、ドイツの主要自動車製造企業で車体軽量化のために炭素繊維強化複合材料を積極的に導入しており、国内の企業も電気自動車のバッテリーパックの保護のために炭素繊維強化複合材料パネルを補強材として使うなど、実証事例が次第に多くなっている状況である。
【０００５】
しかし、このような趨勢にもかかわらず、炭素繊維強化複合材料の適用が加速化できずにいる。その主な原因の一つは、繊維素材と高分子樹脂の異種材料が混合された複合材料の特性上、製造条件によって構造物の物性が大きく変わり得るためである。したがって、多様なセンサを使って製造過程中に発生する変形を計測しなければならず、これを基盤として各部品別製造工程の最適化が進行されなければならない。
【０００６】
既存の複合材料製造工程のモニタリングは光ファイバブラッググレーティングセンサ（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒ）が一般的に使われてきた。しかし温度変化による変形率誤差の補償のために熱電対（Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）のような別途の温度測定のためのセンサまたは光ファイバブラッググレーティングセンサを温度測定用として使うために、毛細管を被せたセンサ（ＥｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄＦＢＧｓｅｎｓｏｒ）が必須として要求される。
【０００７】
ところが、一般的に使われる温度計測用センサは数百μｍ～数ｍｍの過度に大きな大きさを有している。このようなセンサは複合材料の内部に挿入型として使った時に欠陥として作用し、製造後全体構造物の信頼性を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、別途の温度計測用センサなしに単一のセンサで温度変化による変形率の誤差補償が可能であるように温度と変形率を同時に測定でき、複合材料の内部に挿入型として使っても欠陥として作用しない構造を有する、二重モード同軸繊維型センサ、その製造方法および計測システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一特徴によると、二重モード同軸繊維型センサはコア繊維、そして前記コア繊維の上に順次積層された複数個のコーティング層を含み、前記複数個のコーティング層は、前記コア繊維の上に形成され伝導性材質からなる変形率計測層、そして、前記変形率計測層の上に形成され、伝導性材質からなる温度計測層を含む。
【００１０】
前記複数個のコーティング層は、前記変形率計測層の表面をコーティングした弾性重合体層をさらに含み、前記温度計測層は、前記弾性重合体層上に形成され得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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