(57)【要約】【課題】熱衝撃を受ける機器の稼動中に、安価かつ安全にその機器の健全性を診断することにある。【解決手段】熱衝撃を受ける機器１の熱衝撃を受ける位置の周囲の複数位置に圧力波検知素子５Ａ〜５Ｄをそれぞれ固着し、前記機器の稼動によってその機器に熱衝撃を与えるとともに、前記複数位置の圧力波検知素子の出力信号を信号計測装置でそれぞれ計測し、前記熱衝撃による応力波に対応する出力信号を前記圧力波検知素子が出力しなかった位置がある場合に、前記機器のその圧力波検知素子を固着した位置と前記熱衝撃を与えた位置との間に亀裂があって前記機器の健全性が損なわれていると判断することを特徴とする、熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法である。【選択図】図１
2007010619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱衝撃を受ける機器の熱衝撃を受ける位置の周囲の複数位置に圧力波検知素子をそれぞれ固着し、
前記機器の稼動によってその機器に熱衝撃を与えるとともに、前記複数位置の圧力波検知素子の出力信号を信号計測装置でそれぞれ計測し、
前記熱衝撃による応力波に対応する出力信号を前記圧力波検知素子が出力しなかった位置がある場合に、前記機器のその圧力波検知素子を固着した位置と前記熱衝撃を与えた位置との間に亀裂があって前記機器の健全性が損なわれていると判断することを特徴とする、熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法。
【請求項２】
前記圧力波検知素子は、圧電素子であることを特徴とする、請求項１記載の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法。
【請求項３】
前記機器は、パルス粒子ビームを受ける標的であることを特徴とする、請求項１または２記載の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法。
【請求項４】
前記機器は、パルスレーザー装置の光学部品であることを特徴とする、請求項１または２記載の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法。
【請求項５】
熱衝撃を受ける機器の熱衝撃を受ける位置の周囲の複数位置にそれぞれ固着された圧力波検知素子と、
前記機器の稼動中前記複数位置の圧力波検知素子の出力信号をそれぞれ計測する信号計測装置と、
を具えてなる、請求項１記載の健全性診断方法用の熱衝撃を受ける機器の健全性診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱衝撃を受ける機器の健全性を診断する方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
この発明は、例えば、パルス状陽子ビームをミュオン標的で受けてそこで発生するミュオンを用いるミュオン科学実験機器や常温核融合機器等に利用でき、さらには、パルスレーザービームを用いるレーザー加工機器等にも利用することができる。
【背景技術】
【０００３】
ミュオン標的は、パルス状陽子ビームを受けてミュオンを発生させるが、パルス状の粒子ビームを受け続けていると、材料の疲労や収縮によって内部亀裂による破損が生じ、健全性が損なわれる可能性がある。
【０００４】
このような健全性を診断する従来の方法としては、例えば、図３に示すように構造材等の診断対象物１に超音波発信機２と超音波受信機３とを取り付けて超音波ＳＳＷにより内部の亀裂を発見する超音波探傷法や、図４に示すようにパルス状レーザー光ＰＬを結晶やミラー等の診断対象物１に照射して内部の亀裂で反射させてその反射光ＲＬをフォトダイオード４等を持つ検出装置で検出する方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波探傷法は、超音波発信機２を使用しなければならないためコスト高になるという問題がある。
【０００６】
またパルス状レーザー光４を内部の亀裂で反射させて検出する方法は、安全性に欠け、検出装置も大型化するという問題がある。
【０００７】
しかもこれらの方法では、熱衝撃を受ける機器の稼動中にはその健全性を診断することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、請求項１記載のこの発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法は、熱衝撃を受ける機器の熱衝撃を受ける位置の周囲の複数位置に圧力波検知素子をそれぞれ固着し、前記機器の稼動によってその機器に熱衝撃を与えるとともに、前記複数位置の圧力波検知素子の出力信号を信号計測装置でそれぞれ計測し、前記熱衝撃による応力波に対応する出力信号を前記圧力波検知素子が出力しなかった位置がある場合に、前記機器のその圧力波検知素子を固着した位置と前記熱衝撃を与えた位置との間に亀裂があって前記機器の健全性が損なわれていると判断することを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項５記載のこの発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断システムは、請求項１記載の健全性診断方法用のシステムであって、熱衝撃を受ける機器の熱衝撃を受ける位置の周囲の複数位置にそれぞれ固着された圧力波検知素子と、前記機器の稼動中前記複数位置の圧力波検知素子の出力信号をそれぞれ計測する信号計測装置と、を具えてなるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法およびその方法を用いた健全性診断システムによれば、熱衝撃を受ける機器の稼動中に受ける熱衝撃を利用し、その熱衝撃で生ずる熱応力による応力波を圧力波検知素子で検出して信号計測装置で計測し、その熱衝撃による応力波に対応する出力信号を圧力波検知素子が出力しなかった位置がある場合に、前記機器のその圧力波検知素子を固着した位置と前記熱衝撃を与えた位置との間に亀裂があって前記機器の健全性が損なわれていると判断するので、熱衝撃を受ける機器の稼動中に、安価にかつ安全に、その機器の健全性を診断することができる。
【００１１】
なお、この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法においては、前記圧力波検知素子は、圧電素子であっても良く、また前記機器は、例えばパルス状陽子ビームを受けるミュオン標的の如き、パルス粒子ビームを受ける標的であっても良く、さらに前記機器は、例えばパルス状のレーザー光を受ける結晶や反射鏡等の光学系の如き、パルスレーザー装置の光学部品であっても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法および健全性診断システムの一実施例を示す説明図であり、図中符号１は診断対象物を示し、この診断対象物は具体的には、熱衝撃を受ける機器としてのミュオン標的であり、このミュオン標的は、円盤状等方性グラファイト１ａをチタン製の筒１ｂを介して冷却水パイプ内蔵の銅製リング状フレーム１ｃで囲んで構成したもので、稼動時にはその中央にパルス状陽子ビームを受けてミュオンを発生させる。ミュオン標的である診断対象物１は、このパルス状陽子ビームを受けた時に同時にパルス状の熱衝撃を受けることになる。
【００１３】
この実施例の健全性診断方法では、図１に示すように、上記診断対象物１の銅製リング状フレーム１ｃ上の周方向に等間隔な四箇所に、圧力波検知素子としての比較的安価な通常の圧電素子５Ａ〜５Ｄを、接着剤あるいはロー付け等によって固着し、それらの圧電素子５Ａ〜５Ｄをそれぞれ、１００ｎｓ（ナノ秒）以下の極めて高い時間分解能を持つ、信号計測装置としての図示しない電圧計測装置に接続して、それらの圧電素子５Ａ〜５Ｄの出力電圧をそれぞれ計測可能とすることで、この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断システムの一実施例としての健全性診断システムを構成する。
【００１４】
上記のように圧電素子５Ａ〜５Ｄを固着した診断対象物１を、例えば陽子加速器中の所定の標的位置にセットして稼動させ、その診断対象物１の中央に例えば、１バンチ１００ｎｓ（ナノ秒）で６００ｎｓ間隔の２バンチを４０ｍｓ（ミリ秒）間隔（２５Ｈｚ）で繰り返す２バンチ構造のパルス状陽子ビームを当てて、その診断対象物１からミュオンを発生させる。
【００１５】
パルス状陽子ビームが診断対象物１の中央に当たると、図１に示すように、診断対象物１の中央にパルス状の熱衝撃が加わってそこにその熱衝撃と同程度の時間幅の応力波ＰＷが発生し、その応力波ＰＷは周囲に放射状に伝播してゆく。例えば熱衝撃が１００ｎｓ程度の場合、応力波ＰＷは５ＭＨｚ程度の振動数を持つ超音波と同程度の波長のものとなる。
【００１６】
この応力波ＰＷが圧電素子５Ａ〜５Ｄに到達すると、圧電素子５Ａ〜５Ｄはその応力波ＰＷによる振動を受け、それを電圧に変換して出力信号として上記電圧計測装置に出力するので、電圧測定装置はそれらの出力信号を測定することができる。
【００１７】
ここで、図１に示すように、例えば圧電素子５Ｄを固着した位置と熱衝撃を与えた診断対象物１の中央との間に亀裂ＣＲがあると、その亀裂ＣＲで遮られて圧電素子５Ｄには応力波ＰＷが到達せず、それゆえ他の圧電素子５Ａ〜５Ｃがパルス状の出力信号を出力したときに圧電素子５Ｄだけは出力信号を出力しないことになる。
【００１８】
従って、この実施例の方法およびシステムによれば、診断対象物１の稼動中、圧電素子５Ａ〜５Ｄの出力信号を電圧計測装置で監視していることで、診断対象物１に亀裂が発生した場合にその亀裂の発生を検知して、診断対象物１の健全性が損なわれていると判断することができるので、診断対象物１としてのミュオン標的の稼動中に、安価にかつ安全に、そのミュオン標的の健全性を診断することができる。
【００１９】
図２は、この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法および健全性診断システムの他の一実施例を示す説明図であり、図中符号１は診断対象物を示し、この診断対象物は具体的には、熱衝撃を受ける機器としての、パルスレーザー装置の一種であるパルスレーザー加工機のミラーであり、このパルスレーザー加工機のミラーは、稼動時にはレーザー光路上でその中央にパルス状のレーザー光を受けてそれを反射させ、所定の方向に導く。ミラーである診断対象物１は、このパルス状のレーザー光を受けた時に同時にパルス状の熱衝撃を受けることになる。
【００２０】
この実施例の健全性診断方法では、図２に示すように、上記診断対象物１の周囲の四箇所に、圧力波検知素子としての比較的安価な通常の圧電素子５Ａ〜５Ｄを、接着剤あるいはロー付け等によって固着し、それらの圧電素子５Ａ〜５Ｄをそれぞれ、極めて高い時間分解能を持つ、信号計測装置としての図示しない電圧計測装置に接続して、それらの圧電素子５Ａ〜５Ｄの出力電圧をそれぞれ計測可能とすることで、この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断システムの他の一実施例としての健全性診断システムを構成する。
【００２１】
上記のように圧電素子５Ａ〜５Ｄを固着した診断対象物１を、パルスレーザー加工機のレーザー光路上の所定位置にセットして稼動させ、その診断対象物１の中央に例えば１００ｎｓ（ナノ秒）のパルス状のレーザー光を当てて、その診断対象物１で所定の方向に反射させ、加工対象ワークに導いて溶接等を行う。
【００２２】
パルス状のレーザー光が診断対象物１の中央に当たると、図２に示すように、診断対象物１の中央にパルス状の熱衝撃が加わってそこにその熱衝撃と同程度の時間幅の応力波ＰＷが発生し、その応力波ＰＷは周囲に放射状に伝播してゆく。
【００２３】
この応力波ＰＷが圧電素子５Ａ〜５Ｄに到達すると、圧電素子５Ａ〜５Ｄはその応力波ＰＷによる振動を受け、それを電圧に変換して出力信号として上記電圧計測装置に出力するので、電圧測定装置はそれらの出力信号を測定することができる。
【００２４】
ここで、図２に示すように、例えば圧電素子５Ｄを固着した位置と熱衝撃を与えた診断対象物１の中央との間に亀裂ＣＲがあると、その亀裂ＣＲで遮られて圧電素子５Ｄには応力波ＰＷが到達せず、それゆえ他の圧電素子５Ａ〜５Ｃがパルス状の出力信号を出力したときに圧電素子５Ｄだけは出力信号を出力しないことになる。
【００２５】
従って、この実施例の方法およびシステムによっても、診断対象物１の稼動中、圧電素子５Ａ〜５Ｄの出力信号を電圧計測装置で監視していることで、診断対象物１に亀裂が発生した場合にその亀裂の発生を検知して、診断対象物１の健全性が損なわれていると判断することができるので、診断対象物１としてのミラーの稼動中に、安価にかつ安全に、そのミラーの健全性を診断することができる。
【００２６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、圧電素子の数や配置は適宜変更しても良く、また圧力波検知素子は圧電素子以外のものでも良く、さらに診断対象物である熱衝撃を受ける機器はミュオン標的やレーザー光用ミラー以外のものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
かくしてこの発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法およびその方法を用いた健全性診断システムによれば、熱衝撃を受ける機器の稼動中に、安価にかつ安全に、その機器の健全性を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法および健全性診断システムの一実施例を示す説明図である。
【図２】この発明の熱衝撃を受ける機器の健全性診断方法および健全性診断システムの他の一実施例を示す説明図である。
【図３】従来の超音波を用いた非破壊検査方法を示す説明図である。
【図４】従来のレーザー光の反射を用いた検査方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  診断対象物（熱衝撃を受ける機器）
２  超音波発信機
３  超音波受信機
４  フォトダイオード
５Ａ〜５Ｄ  圧電素子
【図１】
2007010619.tif 000003
【図２】
2007010619.tif 000004
【図３】
2007010619.tif 000005
【図４】
2007010619.tif 000006