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2013 年度 実績報告書

炭素繊維強化熱可塑性プラスチック融着作業中のリアルタイム融着不良部検査法

研究課題

研究課題/領域番号 23760089
研究機関東京工業大学

研究代表者

水谷 義弘  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (40337879)

キーワード複合材料 / CFRTP / 融着 / 誘導加熱 / 非破壊検査 / 渦電流対象試験
研究概要

以下に本年度の成果を示す.
1.CFRPは内部の炭素繊維の構造によって電気的異方性が変化し,励磁コイルによって発生する渦電流と検出磁界の分布は複雑になる.CFRP中の渦電流と,検出磁界の分布の関係を定式化した.これにより,これまで導出されてこなかった渦電流と検出磁界の分布の解析式を導出し,CFRPの複雑な電気物性の電磁場への影響を解明した.導出した電磁場の解析式は有限要素法解析と比較することでその有効性を確認した.
2.昨年度までは試験片底面をホットプレートで加熱し,その反対側に設置した励磁コイルと検出コイルの組み合わせで温度分布を測定していた.今年度は渦電流の発生に利用する励磁コイルを誘導加熱用コイルとしても利用して試験片を加熱し,その後に励磁コイルと検出コイルを用いて温度分布を測定する方式に変更した.また,加熱・励磁用コイル,検出コイルを一つの薄いシート状に埋め込んで一つの検査シートとし,融着の際に使用するホットプレスのプレスの内側に埋め込めるようにした.励磁コイルの内側に複数の検出コイルを配置することで,検査シート内における損傷の発生位置を特定できるようにした.
3. 1.の解析式を用いて励磁コイルに印加する電圧の周波数等の試験条件を決定し,模擬融着不良を導入した試験片を用いて不良部の検出実験を行った.まず,加熱をしない従来の渦電流探傷法で検査をした結果,不良部と健全部でデータに差異が生じず,検出ができないことが分かった.次に本研究の提案手法である加熱と渦電流試験を組み合わせた方法を適用した結果,不良部の上面が高温のスポットとなり,炭素繊維の導電性は高温になるほど大きくなることから,不良部の上面のみが高伝導率スポットとなり,渦電流試験により損傷箇所を特定することに成功した.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 渦電流試験による温度検知を用いた熱可塑性CFRP溶着不良の検出2014

    • 著者名/発表者名
      水上孝一,水谷義弘,轟章,鈴木良郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 80-812

    • DOI

      10.1299/transjsme.2014smm0084

    • 査読あり
  • [学会発表] Detection of delamination in thermoplastic CFRP weld parts using eddy current testing and induction heating2014

    • 著者名/発表者名
      K. Mizukami, Y. Mizutani, A. Todoroki, and Y.Suzuki
    • 学会等名
      11th European Conference on Non-Destructive Testing
    • 発表場所
      Prague, Czech Republic
    • 年月日
      20141006-20141010
  • [学会発表] CFRP積層板中の誘導電流分布の解析解の導出2014

    • 著者名/発表者名
      水上孝一,水谷義弘,轟章,鈴木良郎
    • 学会等名
      第5回日本複合材料会議
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20140304-20140306
  • [学会発表] 導電率の温度特性を利用した渦電流試験による熱可塑性CFRP融着不良の検出2013

    • 著者名/発表者名
      水上孝一,水谷義弘,轟章,鈴木良郎
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会秋季講演大会
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      20131126-20131127
  • [学会発表] 導電率の温度特性を利用した渦電流試験による熱可塑性CFRP融着部の検査2013

    • 著者名/発表者名
      水上孝一,水谷義弘,轟章,鈴木良郎
    • 学会等名
      日本機械学会M&M材料力学カンファレンス2013
    • 発表場所
      岐阜県
    • 年月日
      20131012-14
  • [学会発表] 渦電流試験による表面温度測定を用いた熱可塑性CFRP融着部のはく離欠陥検出2013

    • 著者名/発表者名
      水上孝一,水谷義弘,轟章,鈴木良郎
    • 学会等名
      第38回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島県
    • 年月日
      20130924,26
  • [学会発表] 誘導加熱と渦電流試験を用いた熱可塑性CFRP融着部の不良検出2013

    • 著者名/発表者名
      水上孝一,水谷義弘,轟章,鈴木良郎
    • 学会等名
      日本実験力学会年次大会
    • 発表場所
      秋田県
    • 年月日
      20130820-22
  • [学会発表] In-situ inspection of thermoplastic CFRP welded zones using eddy current thermo-sensing2013

    • 著者名/発表者名
      K. Mizukami, Y. Mizutani, A. Todoroki, and Y.Suzuki
    • 学会等名
      Laser Processing for CFRP and Composite Materials, LPCC1-3
    • 発表場所
      Yokohama, JAPAN
    • 年月日
      20130423-20130425
  • [産業財産権] 複合材料検査装置と方法2013

    • 発明者名
      水上孝一,水谷義弘、轟章,鈴木良郎,荒川敬弘
    • 権利者名
      東京工業大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-184139
    • 出願年月日
      2013-09-05

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公開日: 2015-05-28  

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