高圧水素ガス用ゴムシールの非破壊検査技術

1．目的と効果

　日本のエネルギー自給率は約4 %と低いことに加え、CO₂削減や原発事故後の電力供給不足が叫ばれる中、いっそうの水素エネルギー利用の実現が期待されています。水素機器に利用する水素ガス圧力容器や配管にはゴムシールが利用されていますが、水素ガスの高圧化によりゴムシールに内部き裂が生じ、ガス漏洩をきたすことがあります。この発明の技術は、アコースティックエミッション（AE）法を用いて、ゴムシールの内部き裂をあらかじめ測定したデータと比較し、き裂進展を把握することで、内部き裂によるガス漏洩を非破壊で見つけだすものです。

［適用分野］
　● 水素エネルギー
　● ゴム製品
　● 非破壊検査

2．技術の概要

　AE法とは、き裂や塑性変形が生じたときに発生する弾性波（AE波）を電気信号に変換して解析する非破壊検査法です。プラスチックやゴムなどの有機高分子材料のき裂検知にAE法を適用することで、ゴムのき裂進展を把握するものです。図1は圧力サイクル試験とガス漏洩量の比較例です。図2は、高圧水素ガス中に曝露して内部き裂が発生した透明なゴムOリング（線径3.53 mm×内径11.9 mm）のAE信号の事象数（N）と振幅（V）の関係を示しています。AE信号のN−V関係は、べき乗で近似でき、内部き裂損傷が激しいほど右上にシフトしています。このようなAE信号のN−V関係の変化を捉えることによって、ゴムの内部き裂損傷を定量的に評価できました。

3．発明者からのメッセージ

　ゴムシール内部で発生したき裂が進展して表面に達すると、著しいガス漏洩が生じます。安全性の面から、内部き裂の早期検知は不可欠です。ゴム中を伝播するAE波の減衰は金属材料と比べて大きいですが、図2のようにAE信号を計測し、N−V関係からゴムの内部き裂損傷を定量的に評価できます。また、この技術は実用上重要なカーボンブラックやシリカを充填したフィラー充填ゴムにも適用できます。

図1　圧力サイクル試験と透過試験におけるゴムOリングを透過するガス漏洩量の比較（水素ガス圧力90 MPa、温度100 ℃） 圧力サイクル試験では、ゴムOリング内部にき裂が発生し、透過試験時に対してガス漏洩量が増大する。
	図2　高圧水素ガス中に曝露した透明なゴムOリング（線径3.53 mm×内径11.9 mm）の減圧後のAE信号（a）と内部き裂発生状況（b） AE信号の事象数（N）と振幅（V）の関係は、べき乗（m≈2）で近似でき、曝露圧力が5 MPaから35 MPaに増加すると内部き裂損傷が激しくなり、1桁程度AE事象数が多くなる。