(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、亀裂の自然な発生と正確な進展状態の継続的な監視ができる亀裂検知センサーを提供することを課題とする。【解決手段】本発明にかかる亀裂検知センサーは、複数の導電体ｂ１，ｂ２が同一直線上に設けられ、その導電体ごとに電流を検出する検出器Ｓが接続されることで、反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できることを特徴とする亀裂検知センサーであり、その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーＡが、機器や構造物の弱点部や切欠き部の周囲に曲線状に配置されることで、反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できることを特徴とする亀裂検知センサーである。【選択図】図１
2020115102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項２】
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
機器や構造物の弱点部や切欠き部の周囲に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項３】
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項４】
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
機器や構造物の弱点部や切欠き部の周囲に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項５】
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項６】
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
羽根の弱点部に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項７】
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【請求項８】
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
羽根の弱点部に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする亀裂検知センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亀裂の進展を電気特性の変化等によって検知するセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
機器や構造物の破壊事故の多くは、応力集中部等の弱点部から発生する疲労亀裂の進展に起因する。
近年では、この疲労亀裂を非破壊で検査する手法の研究が進み、機器や構造物の稼働中でも、疲労亀裂等の欠陥を検出できるようになった。
しかし、非破壊の検査は、高価な計測器と、その操作に熟練した技術者による評価が必要であるほか、機器や構造物に引張応力が作用している場合は亀裂が開いているため検査は容易だが、反対に、圧縮応力が作用している場合や無負荷時の場合は亀裂は閉じていることが多いため、熟練した技術者でも亀裂の発生を見逃すことがある。
そのため、初期の検査で見逃した亀裂が、その後の機器や構造物の稼働によって拡大しないように、定期的かつ継続的な検査が重要であるが、亀裂が発生しても、直ぐに機器や構造物が破壊されることはない。
つまり、疲労亀裂は、機器や構造物の弱点部である応力集中部または切欠き部から発生することが多く、また、その弱点部に応力が繰り返し作用することによって発生するが、亀裂が発生しても、不安定的に進展することさえなければ、亀裂の状態を監視しながら安全な稼働または運転を継続することが可能である。
初期の亀裂を検出した時点で応急措置を施すが、恒久措置（部品や部材の更新）を行うまでには部品、部材の発注、製作など時間を要する場合が少なくない。
このような場合に運転を継続しながら亀裂のモニタリングを行うことは、設備管理上重要なことである。
したがって、応力集中部や統計的に破壊が生じやすい部分を継続的に監視することができれば、機器や構造物の安全な稼働または運転を実現できるようになり、かつ、検査に要する費用や労力を軽減することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、多数の抵抗線が形成された亀裂ゲージを有する犠牲試験片を構造物に貼付し、予め形成された人工亀裂からの亀裂の進展によって破断した抵抗線の破断本数に応じた電気的な変化によって、亀裂の進展状態を検出する疲労センサーが開示されている。
抵抗線の破断本数と抵抗変化の関係、つまり亀裂の進展長さと抵抗値の変化の関係を予め求めておくことで、亀裂長さを簡単かつ定量的に測定できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１-２７２３１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、亀裂は、常に規則的に進展するわけではなく、繰り返し作用する応力によって、時に不規則的に、亀裂の方向や伝播が変化する。
このことは、特許文献１の明細書段落番号「００１２」に、人工亀裂を左右対称に設けるのは疲労亀裂の進展はかなりのバラツキがある現象である旨が記載されているとおりであり、そのために、特許文献１では、１つのセンサー（犠牲試験片）の同一延長線上に２つの亀裂ゲージを設けているのであるが、むしろ、特許文献１の発明は、亀裂が進展することで犠牲試験片が裂け、抵抗線が破断することを検知するというよりも、亀裂が発生するような小さな応力でも、予め形成した人工亀裂を亀裂の発生源として犠牲試験片自体が裂けるようにした、人工亀裂に特徴がある発明というべきである。
しかしながら、特許文献１の発明は、これが特徴であるがゆえに、応力の発生によって人工亀裂を発生源として亀裂が進展してしまうため、亀裂の自然な発生を検知できない。
つまり、特許文献１の発明は、人工亀裂から犠牲試験片自体に亀裂が進展することで、破断した抵抗線の破断本数に応じた電気的な変化によって亀裂の進展状態を検出するセンサーであるから、機器や構造物に発生した自然な亀裂を継続的に監視することはできない。
亀裂は、機器や構造物の弱点部を示すものであり、亀裂の進展は、機器や構造物に発生し続ける応力を示すものであるから、亀裂を誘導して検知する方法では、亀裂の自然な発生や正確な進展状態を継続的に監視することはできないし、機器や構造物を安全に稼働または運転を継続しながら亀裂の状態を監視することもできない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に照らし、亀裂の自然な発生や正確な進展状態の継続的な監視ができる亀裂検知センサーを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できる
ことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
機器や構造物の弱点部や切欠き部の周囲に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できる
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できる
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
機器や構造物の弱点部や切欠き部の周囲に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できる
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
複数の導電体が長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
羽根の弱点部に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる亀裂検知センサーは、
電気抵抗が異なる２種以上の複数の導電体が、
１種ずつ、長手方向に同一直線上に設けられ、
その導電体ごとに電流を検出する検出器が接続されたセンサーが、
羽根の弱点部に曲線状に配置されることで、
反応した検出器の位置から、亀裂の発生場所や進展方向を検知できるとともに、
電気抵抗の変化によって亀裂の進展度合を検知できるセンサーであって、
風車の羽根に配置したセンサーの電源を、
風車の羽根と同時に回転するように配置することで、
羽根の回転によって電池とセンサーを接続する線が断線することなく、回転している羽根の損傷を検知できる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
（１）亀裂の自然な発生や正確な進展状態を、方向や長さの点から検知でき、これによって、亀裂が発生した以後も、機器や構造物を安全に稼働または運転することができるかの継続的な監視を、安価に、かつ簡便にできる。
（２）薄膜状のセンサーであるため、従来では難しかった種々の亀裂発生の形態に対しても使用できるほか、亀裂の発生個所に応じて、複数のセンサーを簡単に設置できる。
（３）センサーにペースト状の伝導体を用いることで、錆びた凹凸面にも貼り付けられ、従来であれば難しかった機器や構造物でも、継続的な監視ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】センサーの構成を示す図
【図２】複数のセンサーの配置例を示す図
【図３】複数のセンサーの配置例を示す図
【図４】任意の長さで切断できる帯状のセンサーの構成を示す図
【図５】電流検出器が複数の導電体ごとに接続されたセンサーの構成を示す図
【図６】図５のセンサーの配置例を示す図
【図７】電気抵抗が異なる２つのセンサーの配置例を示す図
【図８】回転体にセンサーを配置した例を示す図
【図９】回転体にセンサーを配置した例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、薄膜状のセンサーに設けられた複数の導電体が亀裂によって切断されたときの電気抵抗の変化等を測定することで、亀裂の自然な発生と正確な進展状態を継続的に監視できる亀裂検知センサーである。
つまり、センサーに設けられた導電体が、発生した亀裂の自然な進展によって切断されることで、電気抵抗の変化や電流が途絶えることによるランプの消灯などの電流検出器の症状をもとに、亀裂の自然な発生と正確な進展状態を検知する。
【００１８】
図１は、センサーＡの基本的な構成の３つの例（（ａ）、（ｂ）、（ｃ））を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）のセンサーＡは、（ａ）のセンサーＡとは、電源と電流検出器の接続状態が異なる実施例を示した図である。
図１（ａ）の左側の図は、センサーＡを上方から見た図で、図１（ａ）の右側の図は、センサーＡの側面から積層構造を示した図である。
図１（ａ）のａ並びにａ１及びａ２は絶縁体であり、ｂ並びにｂ１及びｂ２は導電体である。
導電体ｂは、銅等の薄膜または極薄板や、導電塗料、銀ペースト等を使用できる。
導電塗料や銀等のペースト状の導電体は、絶縁した試験片表面に塗り、センサーパターンを描くことができるため、腐食した凹凸面にも使用でき、従来であれば難しかった機器や構造物でも亀裂の発生と進展を継続的に監視できる。
図１（ａ）は、複数の薄膜状の導電体ｂが積層された構造を示しており、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、導電体ｂに電源Ｃと電流検出器（テスター、ＬＥＤ電球、ブザー等）Ｓを電線Ｌで接続した別々の実施例を示している。
つまり、図１（ｂ）は、導電体ｂの両端が電源Ｃと電流検出器Ｓに接続された構成であり、図１（ｃ）は、導電体ｂの片端のみが電源Ｃと電流検出器Ｓに接続された構成である。
積層された導電体ｂ１とｂ２のそれぞれに、電源の＋と−を接続することによって通電状態になる。
機器や構造物にセンサーＡを貼り付け、そのセンサーＡに電気を流したのち、発生した亀裂が進展する際にセンサーＡを切断することによって、センサーＡに流れる電流が途絶え、それによって亀裂の進展を検知できるようになる。
センサーＡの幅や長さは、目的に応じて変えることができ、センサーＡは単体のみでなく、直列接続や並列接続により、同時に複数使用することができる。
使用目的によって、図１（ｂ）と図１（ｃ）の接続方法を選ぶことができる。
なお、図１（ｂ）の構成は、電源Ｃと電流検出器Ｓのそれぞれの一端を直接接続すれば、絶縁体ａと導電体ｂは、ａ１とｂ１のみの一対で足りるというメリットがある。
電流検出器Ｓは、テスターによる電気抵抗値測定の代わりに、ＬＥＤ電球やランプの点滅、ブザー音の発生も使用できる。
日常的に、ひずみゲージや亀裂進展ゲージを亀裂発生の検知に用いる場合には、ブリッジボックス、ひずみアンプ等を使用できる。
【００１９】
図２は、機器や構造物に対するセンサーの配置例を示す図である。
図２（ａ）は、２つのセンサーＡの電気の流れを並列的に構成した配置例であり、２か所から発生した亀裂Ｄのうちの１つの亀裂Ｄが進展してセンサーＡの１つを切断しても、もう１つのセンサーＡは電気が流れたままになるので、残りの１つの亀裂Ｄの進展も検知できる。
図２（ｂ）は、２つのセンサーＡの電気の流れを直列的に構成した配置例であり、２か所から発生した亀裂Ｄのうちの１つの亀裂Ｄが進展してセンサーＡの１つを切断すると、もう１つのセンサーＡは電気の流れが途絶えるので、残りの１つの亀裂Ｄの進展は検知できない。
図２（ｃ）は、溶接部等から亀裂Ｄが発生した場合の例であり、荷重の負荷方向によって亀裂Ｄの進展方向が異なり、残留応力の形態によって亀裂Ｄが分岐して発生することがあるため、それぞれの亀裂Ｄの進展を確認できるように、３つのセンサーＡの電気の流れを並列的に構成し、かつ、センサーＡをコの字型に配置した例を示している。
図２（ｄ）は、切欠き部からの亀裂Ｄの進展を検知する場合のセンサーＡの配置例であり、亀裂Ｄ発生直後と、ある程度亀裂Ｄが成長した段階の２段階で亀裂Ｄを検知し、亀裂Ｄが発生しても、機器や構造物がすぐに破断することはないが、安全な稼働または運転を継続できるかを監視できるように、２つのセンサーＡの電気の流れを並列的に構成し、かつ、センサーＡを亀裂Ｄの進展方向に並列に並べて配置した例を示している。
【００２０】
図３は、穴等から発生した亀裂の進展を検知するためのセンサーの独特な形状と、その複数のセンサーの配置例を示す図である。
図３（ａ）は、センサーＡの一端が円弧状の形状をなしている実施例を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のセンサーＡを２つ配置したときの実施例を示す図である。
図３（ｂ）の実施例のように、図３（ａ）のセンサーＡを２つ組み合わせて配置することで、図３（ｂ）の中心の薄黒色部分から発生した亀裂Ｄがどの方向に進展しても、その進展を検知できる。
この実施例であれば、亀裂Ｄの進展方向を推測することが難しい場合でも、確実に亀裂Ｄの進展を検知できる。
さらに、亀裂Ｄからの距離を変えて複数のセンサーＡを並列に配置すれば、最初のセンサーＡと次のセンサーＡの切断状態を、例えば、アラーム値（警告）、トリップ値（設備停止）などのように設定することもできるし、各センサーＡに到達した時間と亀裂Ｄの長さから亀裂進展速度を算出することで、機器や構造物の寿命を予測することが可能となる。
また、設備停止が可能な場合は、既設のセンサーＡを、さらに大きなサイズのセンサーＡに取り替えてモニタリングを継続することでも同様のことが行える。
【００２１】
図４は、同一直線上に設けた複数の導電体を、導電体ごとに切断できるように構成したセンサーの実施例を示した図である。
図４では、導電体ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、ｂ２４、ｂ２５、ｂ２６、ｂ２７の各隣接する任意の箇所で、導電体ｂ（センサーＡ）を切断して、センサーＡを使用できる。
このように、例えば、予め長いセンサーＡを制作しておいて、貼付場所に応じて最適な長さになるようにセンサーＡを切断して機器や構造物に貼付する、という使い方ができるようになる。
【００２２】
図５は、複数の導電体を同一直線上に設け、その導電体ごとに電流検出器（テスター、ＬＥＤ電球、ブザー等）Ｓを接続したセンサーの構成を示した図である。
このセンサーＡによれば、導電体ｂごとに電流検出器Ｓが接続されているため、どの導電体ｂが切断されたかを知ることができ、その結果、亀裂Ｄの進展方向や進展した場所を検知できる。
これにより、例えば、予め亀裂Ｄが発生しそうな場所の全てにセンサーＡを配置しておくことで、どの場所で亀裂Ｄが発生したかを検知でき、発生した亀裂Ｄの周囲にセンサーＡを配置しておけば、どの方向に亀裂Ｄが進展したかを検知できる。
【００２３】
図６は、図５のセンサーＡを、機器や構造物の切欠き部（図中の黒塗り部）の周囲に曲線状に配置した図である。
図５のセンサーＡを、機器や構造物の弱点部である応力集中部（図中の黒塗り部＝切欠き部）の周囲に配置することで、どの方向に亀裂Ｄが進展したかを検知できる。
また、このセンサーＡを、機器や構造物の弱点部である応力集中部から距離を変えて複数並列に配置することで、亀裂の進展の程度をモニタリングできる。
【００２４】
図７は、電気抵抗が異なる２つのセンサーを配置した図である。
亀裂Ｄに近い位置に電気抵抗の低いセンサーＡ１を、亀裂Ｄの進展方向の先に電気抵抗の高いセンサーＡ２を配置してある。
亀裂Ｄが進展する過程で電気抵抗が異なる複数のセンサーＡ（Ａ１、Ａ２）が順次切断されることで電気抵抗が経時的に変化するが、これによって亀裂Ｄが進展していることを検知できる。
【００２５】
図８は、風車などの常時回転する羽根にセンサーを取り付けた実施例を示す図であり、図９は、センサーが取り付けられた羽根と、電源が配置される部材が、これらと同時に回転する部材によって連結されており、その部材の中にセンサーと電源を接続する電線が配線されている状態を示す図である。
通常、回転する部材にセンサーを取り付けても、部材の回転によって電線が捻じれ、断線してしまうが、電源Ｃが羽根と同時に回転するように構成することで、電源ＣとセンサーＡを接続する電線Ｌが羽根の回転によって断線しないようにできる。
このような構成によって、常時回転する風車などの羽根でも、損傷を検知できるようになる。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ  センサー
ａ  絶縁体
ｂ  導電体
Ｃ  電源
Ｄ  亀裂
Ｇ  アース（接地）
Ｌ  電線
Ｓ  電流検出器
【図１】
2020115102.tif 000003
【図２】
2020115102.tif 000004
【図３】
2020115102.tif 000005
【図４】
2020115102.tif 000006
【図５】
2020115102.tif 000007
【図６】
2020115102.tif 000008
【図７】
2020115102.tif 000009
【図８】
2020115102.tif 000010
【図９】
2020115102.tif 000011