JP6095518B2 - 複合材タンクのａｅ試験装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、容器を構成するライナと、ライナの外面を覆う繊維強化材とからなる複合材タンクのＡＥ試験装置と方法に関する。

ＡＥ（アコースティックエミッション：音響発生）とは、材料の変形又は破損に伴い材料から発生する音波を意味する。また、ＡＥ信号とは、ＡＥで発生した音波信号を意味し、ＡＥセンサとはＡＥ信号を受信又は検出するセンサを意味する。更にＡＥ試験は、ＡＥ信号に基づき材料の変形又は破損の程度やその位置を特定する試験又は試験方法を意味する。

ＡＥ試験は、鋼溶接構造で製造された円筒形石油タンクや天然ガスタンクなどの圧力容器の腐食状況を評価する手段として規格化され利用されている（例えば非特許文献１、２）。また、ライナと呼ばれるタンク内壁とライナの周囲を繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）で補強した複合材タンクのＡＥ検査方法についても非特許文献３に示すような技術指針がある。

かかる複合材タンクは、近年、ロケットの燃料タンクや燃料電池用の水素タンクとして採用されている（例えば非特許文献４、５）。ロケット用燃料タンクは再使用されることはほとんどなく、タンクとしての健全性は、使用前の検査のみで対応可能である。一方、燃料電池用水素タンクは、例えば、燃料電池車用に利用した場合、水素の充填と放出が数万回繰り返し行われる。

このように加圧流体（例えば水素）の充填と放出が繰り返えされる複合材タンクでは内部の流体が漏えいしないことを製造直後の初期検査はもちろんのこと、定期的もしくは継続的に検査もしくは監視を行う必要がある。

鋼溶接構造のタンクでも流体の充填と放出が繰り返し行われるが、一定容量の円筒形タンクでは内部の流体を全て取り出した後に、タンク底板の腐食状況を検査する開放検査の実施が法律により定められている。その開放検査においては、「人の目視では検査できない小さな傷」の検出のため浸透探傷検査（ＰＴ）、磁粉探傷検査（ＭＴ）、渦流探傷検査（ＥＴ）および超音波探傷検査（ＵＴ）などの非破壊検査手法が適用される。

しかし、上述した複合材タンクは、一般に、鋼溶接構造タンクよりも内部流体の圧力を高めて使用される。これは、できるだけ大量の流体をできるだけ軽い容器で運搬するためである。さらに、流体の高圧力に耐えうるようにするため、複合材タンクの断面形状は円形になることが一般的である。矩形形状では、辺と辺の接続部の補強が必要となることを避けるためである。また、複合材タンクの側面外径は平行部と呼ばれる円筒部と該円筒部の両側に先端に行くほど円形断面の直径が小さくなるドーム部を有する形状を有している。

複合材タンクのドーム部先端には内部流体の充填と放出のため口金部が設けられることが一般的である。口金部は内部流体と接触するライナと接続されている。複合材タンクの構造上、口金部の外径はできるだけ小さいことが望まれる。従って、高圧の流体を充填する複合材タンクにおいては、内部の流体を取り出したとしても、鋼溶接構造のタンクの開放検査のように、タンク内部、即ち、ライナ内面の洗浄と研磨を必要とする浸透探傷検査、磁粉探傷検査、渦流探傷検査および超音波探傷検査の前処理工程の作業を行うことが極めて困難である。

複合材タンクの内部面からの非破壊検査が困難であるのであれば、繊維強化材の外面から検査することが考えられる。超音波探傷による傷の検出は高周波数の超音波を用いるほど小さな傷を検出できる。これは、超音波の音速ｃ、周波数ｆおよび波長をλとしたときｃ＝ｆλの関係にあり、傷の検出はほぼ波長λと同等程度であるからである。繊維強化プラスティックの厚さが数ミリメートルであれば、超音波探傷検査の適用が可能である。
しかし、燃料電池用水素タンクにおける繊維強化材の厚さは１ｃｍを超えるため、繊維強化材を伝播している間に超音波が減衰してしまい、ライナ内面の傷を探傷することが困難になる。これは、繊維強化材中の超音波の減衰が金属に比べて非常に大きいためである。

以上のような背景から、複合材タンクの非破壊検査方法として特許文献１が提案されている。

特許文献１の「燃料電池用高圧タンク」は、タンク両端に設置した電極と、タンク構造体の静電容量分のインピーダンス検出手段と、インピーダンス情報をもとにタンクの強度、損傷状態を判断する監視手段とを備え、タンク構造体の静電容量分のインピーダンス増大を検出してタンクの損傷状態を判断するものである。

特開２０１２−８２８６９号公報

ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅ， Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｖ， Ａｒｔｉｃｌｅ １２， "Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖｅｓｓｅｌｓ ｄｕｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ"， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， Ｌａｔｅｓｔ ｅｄｉｔｉｏｎ 社団法人日本圧力技術協会編，"ＨＰＩＳ Ｇ １１０ ＴＲ ２００５， ＡＥ法による石油タンク底板の腐食損傷評価手法に関する技術指針"，社団法人日本圧力技術協会（２００５） ＡＳＭＥ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｃｏｄｅ， Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｖ， Ａｒｔｉｃｌｅ １１，"Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｖｅｓｓｅｌｓ "， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， Ｌａｔｅｓｔ ｅｄｉｔｉｏｎ 佐野昇，木内重基，山田敏之，"Ｈ−ＩＩＡロケットの固体ブースタについて"，日本宇宙航空学会誌，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．５３５，ｐｐ．２３−２６（１９９８）

特許文献１は繊維強化材として電気伝導性を有する炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスティック（ＣＦＲＰ）へ適用するものである。特許文献１の手段により補強材であるＣＦＲＰの損傷状態は検査可能であるが、ライナの損傷状態は検査できなかった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、容器を構成するライナと、ライナの外面を覆う繊維強化材とからなる複合材タンクのライナの損傷状態を検出することができる複合材タンクのＡＥ試験装置と方法を提供することにある。

本発明によれば、容器を構成するライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化材とからなる複合材タンクのＡＥ試験装置であって、
前記ライナと同一材料で一体的に形成され、前記繊維強化材の外側に露出した平面検査部と、
前記平面検査部に取り付けられたＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサのみで検出したＡＥ信号のヒット発生頻度から前記ライナの損傷状態を検出する検査装置と、を備え、
前記平面検査部は、前記ＡＥセンサの検出面との間に介在する接触媒体を介して前記ＡＥセンサにＡＥ信号を伝達可能な取付平面を有し、該取付平面は平面である、ことを特徴とする複合材タンクのＡＥ試験装置が提供される。

前記平面検査部は、前記繊維強化材の開口部を通して繊維強化材より外側まで延びる口金部、又は、前記繊維強化材の開口部を通して外側に露出するライナ外面に設けられている。

前記平面検査部は、ＡＥセンサを取り付けるネジ穴を有する、ことが好ましい。

前記平面検査部に接着剤で固定された常磁性体の磁性板を有する、ことが好ましい。

また本発明によれば、容器を構成するライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化材とからなる複合材タンクのＡＥ試験方法であって、
前記繊維強化材の外側に露出した平面検査部を前記ライナと同一材料で一体的に形成し、
前記平面検査部は、ＡＥセンサの検出面との間に介在する接触媒体を介して前記ＡＥセンサにＡＥ信号を伝達可能な取付平面を有し、該取付平面は平面であり、
前記平面検査部に前記ＡＥセンサを取り付け、
検査装置により前記ＡＥセンサのみで検出したＡＥ信号のヒット発生頻度から前記ライナの損傷状態を検出する、ことを特徴とする複合材タンクのＡＥ試験方法が提供される。

前記繊維強化材の開口部を通して繊維強化材より外側まで延びる口金部、又は、前記繊維強化材の開口部を通して外側に露出するライナ外面に前記平面検査部を設ける。

前記平面検査部にＡＥセンサを取り付けるネジ穴を設け、前記平面検査部とＡＥセンサの間に接触媒質を塗布し、前記ネジ穴と螺合するボルトの締め付け力によりＡＥセンサを前記平面検査部に固定する、ことが好ましい。

前記平面検査部に常磁性体の磁性板を接着剤で固定する、ことが好ましい。

上記本発明の装置と方法によれば、前記ライナと同一材料で一体的に形成され繊維強化材の外側に露出した平面検査部にＡＥセンサが取り付けられている。従って、ＡＥセンサは、ライナの外面を覆う繊維強化材の影響を受けずに、ライナだけからＡＥ信号を受信することができ、ライナのみの損傷状態（例えば疲労損傷の度合）をＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化から直接検出することができる。

本発明によるＡＥ試験装置の第１実施形態図である。 本発明によるＡＥ試験装置の第２実施形態図である。 図１のＡ部拡大図（Ａ）とその部分断面図（Ｂ）である。 平面検査部の別の構成例を示す図である。 本発明によるＡＥ試験装置の第３実施形態における図３と同様の拡大図（Ａ）とその部分断面図（Ｂ）である。 使用した複合材タンクの模式図である。 加圧サイクルの繰り返し回数とＡＥセンサ全体の累積エネルギーとの関係図である。 図７のＡの領域における、各ＡＥセンサのエネルギー量を比較したものである。 ｃｈ１４、ｃｈ２２、ｃｈ２３のＡＥセンサの繰り返し回数に対するＡＥ信号のヒット数を示したものである。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明によるＡＥ試験装置１０の第１実施形態図である。
この図において、本発明のＡＥ試験装置１０は、容器を構成するライナ１と、ライナ１の外面を覆う繊維強化材２とからなる複合材タンク３を試験対象とする装置である。
ライナ１は、好ましくは樹脂、金属又はセラミックスからなる中空容器である。
繊維強化材２は、内圧に対するライナ１の強度を高め、かつ外側に耐衝撃性を確保するために、ライナ１の外面に巻き付けられた繊維（例えばＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）の層である。

また、複合材タンク３は、例えば水素や天然ガスなどの燃料ガスを高圧で貯蔵する車載用高圧タンクである。ライナ１は好ましくはアルミニウム製であって両端部に半球部を有する円筒形タンクである。
複合材タンク３の全長は例えば０．５〜１０ｍ、直径は２００〜１０００ｍｍ程度である。

図１において、本発明のＡＥ試験装置１０は、平面検査部１２、ＡＥセンサ１４、及び検査装置２０を備える。
平面検査部１２は、ライナ１と同一材料で一体的に形成され、繊維強化材２の外側に露出している。平面検査部１２は、この図では２つであるが、１つでも３以上であってもよい。
ＡＥセンサ１４は、平面検査部１２にそれぞれ取り付けられている。ＡＥセンサ１４は、この図では２つであるが、１つでも３以上であってもよい。
平面検査部１２とＡＥセンサ１４の組み合わせは、２組以上であることが好ましい。２組以上設けることで、仮に１組が高圧流体の充填と放出の際に検出されるノイズの影響を受けても、その他の組でノイズの影響の少ないＡＥ信号を検出することができる。
また、２組以上、好ましくは３組以上設けることで、ＡＥ信号の累積エネルギーと共に、ＡＥ信号の受信時間の差からその発生位置を特定することができる。

この例において、図で左側の平面検査部１２は、繊維強化材２の開口部２ａを通して繊維強化材２より外側まで延びる口金部１１に設けられている。また、図で右側の平面検査部１２は、繊維強化材２の開口部２ａを通して外側に露出するライナ１の外面に設けられている。
繊維強化材２の開口部２ａは、ライナ１の外面に巻き付けられた繊維の巻きかたで形成するのが好ましい。

また、この例で、左側の口金部１１は、複合材タンク３の中心軸上に設けられており、右側の平面検査部１２は、口金部１１と対向する反対側の複合材タンク３の中心軸上に位置するライナ１の外面に設けられている。
この例のように、少なくとも２つの平面検査部１２は、複合材タンク３の中心軸上又はその近傍であって、互いに対向する位置に設けるのが好ましい。

ＡＥセンサ１４は、材料が変形する際、材料中に微小な亀裂などの損傷が生成する際、
或いは亀裂が成長して材料が破壊される際に発生するＡＥ（アコースティックエミッション）を検出するセンサである。
ＡＥセンサ１４の検出面は好ましくは円形であり、検出面（円形）の直径は例えば１０〜５０ｍｍであり、好ましくは２５〜３０ｍｍである。

検査装置２０は、例えば記憶装置と演算装置を備えたコンピュータ（ＰＣ）であり、複数のＡＥセンサ１４で検出したＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化からライナ１の損傷状態を検出する。
複合材タンク３を、燃料ガスを高圧で貯蔵する車載用高圧タンクとして繰り返し使用した場合、高圧流体の充填と放出の繰り返しにより、ライナ１は疲労損傷を受ける。この疲労損傷の度合（すなわち損傷状態）は、損傷部で発生するＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化から判断することができる。
従って、ＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化を予め設定した閾値と比較することにより、ライナ１の損傷状態（例えば疲労損傷の度合）を検出することができる。

図２は、本発明によるＡＥ試験装置１０の第２実施形態図である。
この例において、左右の平面検査部１２は、それぞれ繊維強化材２の開口部２ａを通して繊維強化材２より外側まで延びる口金部１１に設けられている。
また、この例で、２つの口金部１１は、複合材タンク３の中心軸上であって、互いに対向する位置に設けられている。
この例のように、少なくとも２つの平面検査部１２は、複合材タンク３の中心軸上又はその近傍であって、互いに対向する位置に設けるのが好ましい。

図３は、図１のＡ部拡大図（Ａ）とその部分断面図（Ｂ）である。
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、平面検査部１２は、ＡＥセンサ１４を取り付けるための取付平面１３を有する。取付平面１３は、ＡＥセンサ１４の検出面との間に介在する接触媒体（図示せず）を介してＡＥセンサ１４にＡＥ信号を伝達可能な限りで、完全な平面でなく、起伏は凹凸があってもよい。
また、取付平面１３は、平面に限定されず、ＡＥセンサ１４の検出面との間に介在する接触媒体（図示せず）を介してＡＥセンサ１４にＡＥ信号を伝達可能な限りで、円形断面のＡＥセンサ１４との接触部が点接触や線接触とならない形状、例えば凸面、凹面又は凹凸面であってもよい。
接触媒体は、例えばグリセリンやシリコングリスである。このような接触媒体を用いた場合、ＡＥセンサ１４の取付平面１３（平面、凸面、凹面又は凹凸面）とＡＥセンサ１４の検出面との隙間は、好ましくは１０ｍｍ以内であり、更に好ましくは３ｍｍ以内である。

図３（Ｂ）において、平面検査部１２の取付平面１３は、口金部１１の外径より外側に突出している。このような突出部は、口金部１１と一体成形することが好ましいが、肉盛り溶接等によって形成してもよい。

図４は、平面検査部１２の別の構成例を示す図である。

図４（Ａ）において、平面検査部１２の取付平面１３は、口金部１１の外径より内側に設けられている。このような取付平面１３は、口金部１１と一体成形することが好ましいが、追加工によって形成してもよい。

図４（Ｂ）において、平面検査部１２は、ＡＥセンサ１４を取り付けるネジ穴１２ａを有する。このネジ穴１２ａと螺合するボルト１６の締め付け力によりＡＥセンサ１４又はＡＥセンサホルダ１７を平面検査部１２に安定して固定して、ＡＥセンサ１４と平面検査部１２との間の接触状態の再現性を高めることができる。

図４（Ｃ）において、平面検査部１２に接着剤（図示せず）で固定された常磁性体（例えば鉄）の磁性板１５を有する。この磁性板１５にマグネティックホルダー１８（マグネット式のＡＥセンサホルダ）を用いてＡＥセンサ１４を平面検査部１２に安定して固定して、ＡＥセンサ１４と取付平面１３との間の接触状態の再現性を高めることができる。

図１のＢ部は、平面検査部１２が、繊維強化材２の開口部２ａを通して外側に露出するライナ１の外面に設けられている点で、図１のＡ部と相違する。しかし、その他の点では、Ａ部と同様である。
すなわち、Ｂ部の平面検査部１２も、ＡＥセンサ１４を取り付けるための取付平面１３（図示せず）を有する。この取付平面１３は、図３と同様に、ＡＥセンサ１４の検出面との間に介在する接触媒体（図示せず）を介してＡＥセンサ１４にＡＥ信号を伝達可能な限りで、完全な平面でなく、起伏は凹凸があってもよい。また、取付平面１３は平面に限定されず、円形断面のＡＥセンサ１４との接触部が点接触や線接触とならない形状、例えば凸面、凹面又は凹凸面であってもよい。
また、図４（Ｂ）（Ｃ）と同様に、ＡＥセンサ１４を取り付けるネジ穴１２ａを設けてもよく、或いは平面検査部１２に接着剤（図示せず）で固定された常磁性体の磁性板１５を設けてもよい。

図５は、本発明によるＡＥ試験装置１０の第３実施形態における図３と同様の拡大図（Ａ）とその部分断面図（Ｂ）である。
図５（Ａ）（Ｂ）において、平面検査部１２は、口金部１１の外面より半径方向外側に張り出したフランジ部であり、平面検査部１２は、ＡＥセンサ１４を取り付けるための取付平面１３を有する。この取付平面１３は、口金部１１の軸線に垂直である。
平面検査部１２すなわちフランジ部は、この例では、口金部１１と同心の中空円板であるが、口金部１１の外面より部分的に張り出した耳状又は舌状であってもよい。
ＡＥセンサ１４は、この例では、１つの平面検査部１２すなわちフランジ部に２つ設けられているが、１つでも３以上であってもよい。

図５の取付平面１３は、図３と同様に、ＡＥセンサ１４の検出面との間に介在する接触媒体（図示せず）を介してＡＥセンサ１４にＡＥ信号を伝達可能な限りで、完全な平面でなく、起伏は凹凸があってもよい。また、取付平面１３は、平面に限定されず、円形断面のＡＥセンサ１４との接触部が点接触や線接触とならない形状、例えば凸面、凹面又は凹凸面であってもよい。
また、図４（Ｂ）（Ｃ）と同様に、ＡＥセンサ１４を取り付けるネジ穴１２ａを設けてもよく、或いは平面検査部１２に接着剤（図示せず）で固定された常磁性体の磁性板１５を設けてもよい。

次に、本発明によるＡＥ試験方法を説明する。
本発明のＡＥ試験方法は、容器を構成するライナ１と、ライナ１の外面を覆う繊維強化材２とからなる複合材タンク３の試験方法である。

本発明のＡＥ試験方法は、Ｓ１〜Ｓ３の各ステップ（工程）からなる。
Ｓ１では、繊維強化材２の外側に露出した平面検査部１２をライナ１と同一材料で一体的に形成する。平面検査部１２は、好ましくは２以上であるが、１つでも、３以上であってもよい。
図１の例のように、少なくとも２つの平面検査部１２は、複合材タンク３の中心軸上又はその近傍であって、互いに対向する位置に設けるのが好ましい。

繊維強化材２の開口部２ａを通して繊維強化材２より外側まで延びる口金部１１、又は、繊維強化材２の開口部２ａを通して外側に露出するライナ外面に平面検査部１２を設けることが好ましい。
また、平面検査部１２に、ＡＥセンサ１４の検出面との間に介在する接触媒体を介してＡＥセンサ１４にＡＥ信号を伝達可能な取付平面１３（平面、凸面、凹面又は凹凸面）を設ける。

Ｓ２では、各平面検査部１２にＡＥセンサ１４を取り付ける。ＡＥセンサ１４は、少なくとも２つであるが、３以上であってもよい。

また、平面検査部１２にＡＥセンサ１４を取り付けるネジ穴１２ａを設け、平面検査部１２とＡＥセンサ１４の間に接触媒質を塗布し、ネジ穴１２ａと螺合するボルト１６の締め付け力によりＡＥセンサ１４又はＡＥセンサホルダ１７を平面検査部１２に固定する、ことが好ましい。

また、平面検査部１２に常磁性体の磁性板１５を接着剤で固定し、マグネティックホルダー１８に固定したＡＥセンサ１４を永久磁石又は電磁石で平面検査部１２に固定する、ことが好ましい。

Ｓ３では、検査装置２０によりＡＥセンサ１４で検出したＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化からライナ１の損傷状態を検出する。
検査装置２０は、例えば記憶装置と演算装置を備えたコンピュータ（ＰＣ）であり、疲労損傷の度合（損傷状態）は、損傷部で発生するＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化から判断することができる。
従って、ＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化を予め設定した閾値と比較することにより、ライナ１の損傷状態を検出することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。
図６は、使用した複合材タンク３の模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はＡ部断面、（Ｃ）はＢ部断面である。なお、ライナ１と繊維強化材２は図示を省略している。
この複合材タンク３は、外径４００ｍｍ、長さ３８００ｍｍであり、両端部に半球部を有する円筒形タンクである。また、ライナ１はアルミニウム製であり、繊維強化材２は炭素繊維強化プラスティック（ＣＦＲＰ）である。
図中の×印は、ＡＥセンサ１４の取り付け部であり、図にＡとＢで示す繊維強化材２の表面に３箇所ずつ、合計２１箇所にＡＥセンサ１４を取り付けた。繊維強化材２に取り付けた２１箇所のＡＥセンサ１４を以下ｃｈ１〜ｃｈ２１と呼ぶ。
また、複合材タンク３の軸線上の両端には口金部１１（図示せず）があり、口金部１１の側面にそれぞれにＡＥセンサ１４（計２箇所）を取り付けた。口金部１１に取り付けた２箇所のＡＥセンサ１４を以下ｃｈ２２、ｃｈ２３と呼ぶ。

ＡＥセンサ１４は、接触媒体（シリコングリス）を介して各位置に直接取り付けた。また、各ＡＥセンサ１４の出力は、ＡＥ計測ユニットに入力し、それぞれのＡＥ信号を計測した。
複合材タンク３の常用圧力は８２ＭＰａであり、口金部１１から常用圧力の加圧水の充填と放出を繰り返す加圧サイクルを実施し、その際に発生する各ＡＥセンサ１４のエネルギーを計測した。

図７は、加圧サイクルの繰り返し回数とＡＥセンサ全体の累積エネルギーとの関係図である。この図において、横軸は加圧サイクルの繰り返し回数、縦軸は、２３箇所のＡＥセンサ全体の累積エネルギーである。
この図において、繰り返し回数が１．３×１０^４〜１．４×１０^４の範囲（図でＡ領域）で累積エネルギーが急上昇しており、このとき複合材タンク３の疲労損傷が急増したことが確認された。

図８は、図７のＡの領域（繰り返し回数が１．３×１０^４〜１．４×１０^４の範囲）における、各ＡＥセンサ１４のエネルギー量を比較したものである。繊維強化材２に取り付けたｃｈ１〜ｃｈ２１のＡＥセンサ１４は特定のＡＥセンサ１４（例えばｃｈ２、ｃｈ１４、ｃｈ１９）のみが信号を発している。一方、口金部１１に取り付けた２箇所のＡＥセンサ１４（ｃｈ２２、ｃｈ２３）からはエネルギーはほとんど発生していない。

図９は、繊維強化材２に取り付けたｃｈ１４のＡＥセンサ１４と、口金部１１に取り付けたｃｈ２２、ｃｈ２３のＡＥセンサ１４の繰り返し回数（サイクル数）に対するＡＥ信号のヒット数を示したものである。
（Ａ）は繊維強化材２に取り付けたｃｈ１４、（Ｂ）は口金部１１に取り付けたｃｈ２２、（Ｃ）は口金部１１に取り付けたｃｈ２３のＡＥセンサ１４である。また各図において、横軸は繰り返し回数、縦軸はＡＥ信号のヒット数である。

図９（Ａ）と図９（Ｂ）（Ｃ）の比較から、口金部１１のＡＥセンサ１４（ｃｈ２２、ｃｈ２３）は、図７のＡＥセンサ１４全体のエネルギー累積にはほとんど寄与していない。しかし、口金部１１のＡＥセンサ１４（ｃｈ２２、ｃｈ２３）のＡＥ信号のヒット数が１３，０００サイクル直前から急増している。これは、ライナ１に発生した疲労亀裂による振幅の小さなＡＥ信号（ヒット）が、減衰せずに口金部１１で検知できたことを示すものである。これは、累積エネルギーのみに着目せず、口金部１１のＡＥ信号のヒット発生頻度を監視することによりライナ１の損傷を監視できることを意味する。

図８、図９の比較から、複合材タンク３の繰り返し試験において、繊維強化材２から発生するＡＥ信号は、エネルギー自体は大きいがライナ１の疲労損傷との関連性は低いことがわかった。
また、ライナ１の疲労損傷は、ライナ１と同一材料で一体的に形成された部分（この例では口金部１１）に取り付けたＡＥセンサ１４のみから、検出できることがわかった。

複合材タンク３において、ライナ１を金属やセラミックスとした場合、ライナ１の疲労損傷が繊維強化材２の損傷よりも、加圧サイクルの繰り返しの早い段階で生じる。従って、ＡＥ試験により複合材タンク３の健全性を判断するには、ライナ１の損傷程度をできるだけ早く、確実に知ることが必要である。

しかし、ライナ１と同一材料で一体的に形成された部分から検出されるＡＥ信号は超音波領域の微小な弾性波であり、ＡＥセンサ１４の検査対象への取付手段や、センサ単体毎の感度差の影響により、ＡＥセンサ１４の振幅やヒット数と呼ばれるＡＥ信号の数に差異が生じてしまう。
本発明はかかる新規の知見に基づくものである。

上述した本発明の装置と方法によれば、ライナ１と同一材料で一体的に形成され繊維強化材２の外側に露出した平面検査部１２にＡＥセンサ１４が取り付けられている。従って、ＡＥセンサ１４は、ライナ１の外面を覆う繊維強化材２の影響を受けずに、ライナ１だけからＡＥ信号を受信することができ、ライナ１のみの損傷状態（疲労損傷の度合）をＡＥ信号のヒット発生頻度、エネルギー変化などのＡＥ活性度変化から直接検出することができる。

また、ＡＥセンサ１４の取り付けのために平面検査部１２を口金部１１等に設けることで、ＡＥセンサ１４とライナ１との間の接触状態を再現性のよいものとすることができる。
また、ＡＥセンサ１４をネジ留によるＡＥセンサホルダ１７又はマグネティックホルダー１８を使用できるようにすることにより、ＡＥセンサ１４の取付状態を安定させることができる。

さらに、平面検査部１２とＡＥセンサ１４の組み合わせを２組以上設けることで、仮に１組が高圧流体の充填と放出の際に検出されるノイズの影響を受けても、その他の組でノイズの影響の少ないＡＥ信号を検出することができる。
また、平面検査部１２とＡＥセンサ１４の組み合わせを２組以上、好ましくは３組以上設けることで、ＡＥ信号の累積エネルギーと共に、ＡＥ信号の受信時間の差からその発生位置を特定することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ライナ
２ 繊維強化材
２ａ 開口部
３ 複合材タンク
１０ ＡＥ試験装置
１１ 口金部
１２ 平面検査部
１２ａ ネジ穴
１３ 取付平面
１４ ＡＥセンサ
１５ 磁性板
１６ ボルト
１７ ＡＥセンサホルダ
１８ マグネティックホルダー
２０ 検査装置

Claims (8)

1. 容器を構成するライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化材とからなる複合材タンクのＡＥ試験装置であって、
   前記ライナと同一材料で一体的に形成され、前記繊維強化材の外側に露出した平面検査部と、
   前記平面検査部に取り付けられたＡＥセンサと、
   前記ＡＥセンサのみで検出したＡＥ信号のヒット発生頻度から前記ライナの損傷状態を検出する検査装置と、を備え、
   前記平面検査部は、前記ＡＥセンサの検出面との間に介在する接触媒体を介して前記ＡＥセンサにＡＥ信号を伝達可能な取付平面を有し、該取付平面は平面である、ことを特徴とする複合材タンクのＡＥ試験装置。
2. 前記平面検査部は、前記繊維強化材の開口部を通して前記繊維強化材より外側まで延びる口金部、又は、前記繊維強化材の開口部を通して外側に露出するライナ外面に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の複合材タンクのＡＥ試験装置。
3. 前記平面検査部は、前記ＡＥセンサを取り付けるネジ穴を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の複合材タンクのＡＥ試験装置。
4. 前記平面検査部に接着剤で固定された常磁性体の磁性板を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の複合材タンクのＡＥ試験装置。
5. 容器を構成するライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化材とからなる複合材タンクのＡＥ試験方法であって、
   前記繊維強化材の外側に露出した平面検査部を前記ライナと同一材料で一体的に形成し、
   前記平面検査部は、ＡＥセンサの検出面との間に介在する接触媒体を介して前記ＡＥセンサにＡＥ信号を伝達可能な取付平面を有し、該取付平面は平面であり、
   前記平面検査部に前記ＡＥセンサを取り付け、
   検査装置により前記ＡＥセンサのみで検出したＡＥ信号のヒット発生頻度から前記ライナの損傷状態を検出する、ことを特徴とする複合材タンクのＡＥ試験方法。
6. 前記繊維強化材の開口部を通して前記繊維強化材より外側まで延びる口金部、又は、前記繊維強化材の開口部を通して外側に露出するライナ外面に前記平面検査部を設ける、ことを特徴とする請求項５に記載の複合材タンクのＡＥ試験方法。
7. 前記平面検査部に前記ＡＥセンサを取り付けるネジ穴を設け、前記平面検査部と前記ＡＥセンサの間に接触媒質を塗布し、前記ネジ穴と螺合するボルトの締め付け力により前記ＡＥセンサを前記平面検査部に固定する、ことを特徴とする請求項５に記載の複合材タンクのＡＥ試験方法。
8. 前記平面検査部に常磁性体の磁性板を接着剤で固定する、ことを特徴とする請求項５に記載の複合材タンクのＡＥ試験方法。
   

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