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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024148082
(43)【公開日】2024-10-17
(54)【発明の名称】腐食診断方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/3581 20140101AFI20241009BHJP
【ＦＩ】
G01N21/3581
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060996
(22)【出願日】2023-04-04
(71)【出願人】
【識別番号】599016431
【氏名又は名称】学校法人 芝浦工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田邉 匡生
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059BB08
2G059EE02
2G059FF04
2G059HH05
(57)【要約】
【課題】金属製部材の時間経過に伴う腐食状態の診断を行うことが可能な腐食診断方法を提供する。
【解決手段】金属表面に対してテラヘルツ波を照射すること、金属表面を経由したテラヘルツ波を検出すること、及び、金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、テラヘルツ波の検出結果に応じた金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法。
【選択図】図１
【解決手段】金属表面に対してテラヘルツ波を照射すること、金属表面を経由したテラヘルツ波を検出すること、及び、金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、テラヘルツ波の検出結果に応じた金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属表面に対してテラヘルツ波を照射すること、
前記金属表面を経由した前記テラヘルツ波を検出すること、及び、
前記金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と前記金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、前記テラヘルツ波の検出結果に応じた前記金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法。
前記金属表面を経由した前記テラヘルツ波を検出すること、及び、
前記金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と前記金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、前記テラヘルツ波の検出結果に応じた前記金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法。
【請求項2】
前記金属表面は、金属製板状部材の表面であり、
前記表面誘電特性は、前記金属製板状部材の表面において反射された前記テラヘルツ波の反射率を含む
請求項１に記載の腐食診断方法。
前記表面誘電特性は、前記金属製板状部材の表面において反射された前記テラヘルツ波の反射率を含む
請求項１に記載の腐食診断方法。
【請求項3】
前記金属製板状部材の表面の腐食状態を診断する場合において、前記反射率が変化している場合に腐食状態が進行していると診断する
請求項２に記載の腐食診断方法。
請求項２に記載の腐食診断方法。
【請求項4】
前記金属製板状部材は、鋼板である
請求項２に記載の腐食診断方法。
請求項２に記載の腐食診断方法。
【請求項5】
前記金属表面は、金属線であり、
前記表面誘電特性は、前記金属線の表面を伝搬する前記テラヘルツ波の特性である伝搬特性を含む
請求項１に記載の腐食診断方法。
前記表面誘電特性は、前記金属線の表面を伝搬する前記テラヘルツ波の特性である伝搬特性を含む
請求項１に記載の腐食診断方法。
【請求項6】
前記伝搬特性は、前記金属線の表面を伝搬する前記テラヘルツ波の強度である伝搬強度を含み、
前記金属線の表面の腐食状態を診断する場合において、前記伝搬強度が増加している場合に腐食状態が進行していると診断する
請求項５に記載の腐食診断方法。
前記金属線の表面の腐食状態を診断する場合において、前記伝搬強度が増加している場合に腐食状態が進行していると診断する
請求項５に記載の腐食診断方法。
【請求項7】
前記金属線は、鋼線である
請求項５に記載の腐食診断方法。
請求項５に記載の腐食診断方法。
【請求項8】
前記金属線は、絶縁皮膜により被覆された金属線であり、
前記金属表面は、前記絶縁皮膜と前記金属線との界面である
請求項５に記載の腐食診断方法。
前記金属表面は、前記絶縁皮膜と前記金属線との界面である
請求項５に記載の腐食診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、腐食診断方法に関する。
【背景技術】
【0002】
金属製部材は、多くの産業用設備に使用されており、金属製部材の劣化は、設備全体の耐久性に大きな影響を与える。特に、金属製部材に生じる腐食は、腐食部分を起点とした割れの発生等により金属製部材の耐久性を低下させ、延いては、設備全体の耐久性にも影響する場合がある。従って、種々の設備に使用される金属製部材について、その腐食状態を把握し、必要に応じて金属製部材の交換等の保守作業を行うことは、設備全体の長寿命化、又は動作の安定化に寄与する。
【0003】
特許文献１には、絶縁電線の銅製内部素線における酸化膜発生を調べるための内部診断方法であって、内部素線の酸化膜が問題となる量未満である良基準電線と、酸化膜が多量に発生した劣基準電線とに対し、１．３～２．３ＴＨｚの範囲から選んだ周波数の判定用遠赤外線を照射し、測定した反射強度を各々良基準値及び劣基準値として保存し、１．３ＴＨｚ未満又は２．３ＴＨｚ超過の周波数の較正用遠赤外線を良基準電線及び劣基準電線の少なくとも一方に照射し、測定した反射強度に基づいた較正基準値を保存し、診断対象電線に対して判定用遠赤外線及び較正用遠赤外線を照射し、各遠赤外線について測定した反射強度を判定反射強度及び較正反射強度とし、判定反射強度を、較正反射強度と較正基準値との比較により較正した上で、良基準値及び劣基準値と比較することにより、診断対象電線の酸化膜の発生状態を診断することを特徴とする絶縁電線の内部診断方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０－１６４４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、絶縁電線に対して遠赤外線を照射することにより内部素線の酸化膜の発生の有無を診断しており、種々の金属製部材（例えば、裸電線）においても、時間経過に伴う腐食状態の診断を行うには、依然として改善の余地があった。そこで、本開示は上記事情に鑑み成されたものであり、金属製部材の時間経過に伴う腐食状態の診断を非破壊及び非接触で行うことが可能な腐食診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の技術に係る第１の態様は、金属表面に対してテラヘルツ波を照射すること、金属表面を経由したテラヘルツ波を検出すること、及び、金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、テラヘルツ波の検出結果に応じた金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法である。
【0007】
本開示の技術に係る第２の態様は、金属表面は、金属製板状部材の表面であり、表面誘電特性は、金属製板状部材の表面において反射されたテラヘルツ波の反射率を含む第１の態様に係る腐食診断方法である。
【0008】
本開示の技術に係る第３の態様は、金属製板状部材の表面の腐食状態を診断する場合において、反射率が変化している場合に腐食状態が進行していると診断する第２の態様に係る腐食診断方法である。
【0009】
本開示の技術に係る第４の態様は、金属製板状部材は、鋼板である第２の態様に係る腐食診断方法である。
【0010】
本開示の技術に係る第５の態様は、金属表面は、金属線であり、表面誘電特性は、金属線の表面を伝搬するテラヘルツ波の特性である伝搬特性を含む第１の態様に係る腐食診断方法である。
【0011】
本開示の技術に係る第６の態様は、伝搬特性は、金属線の表面を伝搬するテラヘルツ波の強度である伝搬強度を含み、金属線の表面の腐食状態を診断する場合において、伝搬強度が増加している場合に腐食状態が進行していると診断する第５の態様に係る腐食診断方法である。
【0012】
本開示の技術に係る第７の態様は、金属線は、鋼線である第５の態様に係る腐食診断方法である。
【0013】
本開示の技術に係る第８の態様は、金属線は、絶縁皮膜により被覆された金属線であり、金属表面は、絶縁皮膜と金属線との界面である第５の態様に係る腐食診断方法である。
【発明の効果】
【0014】
本開示によれば、金属製部材の時間経過に伴う腐食状態の診断を行うことが可能な腐食診断方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態に係る測定系の一例を示す平面図である。
【図2】実施形態に係る腐食日数と反射率との関係の一例を示す図である。
【図3】実施形態に係る腐食日数と反射率との関係の一例を示す図である。
【図4】実施形態に係る最大引っ張り強さと反射率との関係の一例を示す図である
【図5】実施形態に係る最大引っ張り強さと反射率との関係の一例を示す図である
【図6】実施形態に係る腐食診断方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図7】実施形態に係る測定系の一例を示す平面図である。
【図8】実施形態に係る腐食日数と伝搬強度との関係の一例を示す図である。
【図9】実施形態に係る腐食診断方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して本開示の技術に係る一の実施形態について説明する。
【0017】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る測定系１の一例を示す平面図である。
一例として図１に示すように、測定系１は、テラヘルツ光源１０、レンズ１１、１３、並びに１５、ハーフミラー１２、及び検出器１４を備えている。テラヘルツ光源１０からテラヘルツ波Ｗが出射される。本実施形態では、固定周波数で発振するインパットダイオードのテラヘルツ光源を用いているが、これはあくまでも一例に過ぎず、テラヘルツ波Ｗは様々な方法により発生させることができる。なお、本開示では、テラヘルツ波Ｗの発生源を「テラヘルツ光源」と称する等、テラヘルツ波Ｗを光波として表現する場合がある。テラヘルツ波Ｗは、周波数１０ＧＨｚ（ギガヘルツ）～１０ＴＨｚ（テラヘルツ）と、電波と光波の中間の周波数領域にある。テラヘルツ波Ｗは、電波と光波の中間的性質を有する電磁波であり、電波のような透過性と光波のような直進性とを併せ持つ。
図１は、本実施形態に係る測定系１の一例を示す平面図である。
一例として図１に示すように、測定系１は、テラヘルツ光源１０、レンズ１１、１３、並びに１５、ハーフミラー１２、及び検出器１４を備えている。テラヘルツ光源１０からテラヘルツ波Ｗが出射される。本実施形態では、固定周波数で発振するインパットダイオードのテラヘルツ光源を用いているが、これはあくまでも一例に過ぎず、テラヘルツ波Ｗは様々な方法により発生させることができる。なお、本開示では、テラヘルツ波Ｗの発生源を「テラヘルツ光源」と称する等、テラヘルツ波Ｗを光波として表現する場合がある。テラヘルツ波Ｗは、周波数１０ＧＨｚ（ギガヘルツ）～１０ＴＨｚ（テラヘルツ）と、電波と光波の中間の周波数領域にある。テラヘルツ波Ｗは、電波と光波の中間的性質を有する電磁波であり、電波のような透過性と光波のような直進性とを併せ持つ。
【0018】
テラヘルツ光源１０から出射されたテラヘルツ波Ｗは、まずレンズ１１に入射される。テラヘルツ波Ｗは、レンズ１１により平行光とされる。平行光とされたテラヘルツ波Ｗは、ハーフミラー１２に入射される。テラヘルツ波Ｗは、ハーフミラー１２を透過し（図中矢印Ａ参照）、レンズ１３に入射される。テラヘルツ波Ｗは、レンズ１３によって集光される。集光されたテラヘルツ波Ｗは、金属製部材２０としての鋼板２１に照射される。テラヘルツ波Ｗは、鋼板２１の表面２１Ａによって反射される。ここで、鋼板２１は、Ｃ：３ｗｔ％を含む鋼板であるが、これはあくまでも一例に過ぎず、鋼板２１の組成は適宜設定される。
【0019】
鋼板２１で反射されたテラヘルツ波Ｗは、再度レンズ１３を通過した後、ハーフミラー１２で出射時の光軸ＣＬ１と直交する方向に反射される（図中矢印Ｂ参照）。ハーフミラー１２で反射されたテラヘルツ波Ｗは、光軸ＣＬ２に沿って進み、レンズ１５によって集光された後、検出器１４によって検出される。検出器１４としては、例えば、ショットキーバリアダイオード型検出器を用いることができる。なお、検出器１４としては、ＧａＡｓ量子ドットの自由電子ガスによる検出器を用いてもよい。
【0020】
ここで、テラヘルツ波Ｗを金属表面に照射した場合、テラヘルツ波Ｗは電波及び光波の中間の性質を持つため、テラヘルツ波Ｗは、金属表面において金属中の電子等と相互作用する。すなわち、金属表面に照射されたテラヘルツ波Ｗは、金属表面における表面誘電特性を反映している。しかし、金属表面において酸化被膜が発生する場合、テラヘルツ波Ｗと金属表面との相互作用ではなく、酸化被膜との相互作用が発生するため、酸化被膜の表面誘電特性の影響を受ける。すなわち、金属表面を経由して検出されたテラヘルツ波Ｗは、金属表面における腐食状態を反映している。なお、以下では、酸化被膜が形成される場合の腐食について説明するが、本開示の技術は、腐食全般（例えば、金属表面におけるオキシ水酸化物の形成）に適用可能なことはもちろんである。
【0021】
そこで、本発明者は、腐食させた鋼板２１の表面２１Ａにテラヘルツ波Ｗを照射し、表面誘電特性としての反射率と腐食状態との関係を得て、非破壊及び非接触で金属製の板状部材の腐食状態の診断に用いることを想到した。
【0022】
具体的には、テラヘルツ光源１０から出射したテラヘルツ波Ｗの強度と、検出器１４において検出されたテラヘルツ波Ｗの強度から反射率（すなわち、入射光の強度に対する反射光の強度の割合）を導出する。この場合において、鋼板２１の表面２１Ａの腐食状態（すなわち、腐食の進行度合い）が変化すると、反射率もそれに応じて変化することになる。なぜならば、本来、鋼板２１に酸化被膜が発生していない場合、テラヘルツ波Ｗは鋼板２１の表面２１Ａで反射され、１００％に近い反射率を示す。一方で、例えば、鋼板２１に酸化被膜が発生している場合、表面２１Ａが覆われていることで反射率が変化する（例えば、反射率が低下する）。さらに、腐食の進行によって酸化被膜に含まれる鉄酸化物の種類が変化し、テラヘルツ波Ｗを吸収しやすい赤錆、又は黒錆が増えるので、反射率が変化する（例えば、反射率が低下する）。従って、鋼板２１の表面２１Ａの腐食状態と反射率との関係を予め求めておけば、テラヘルツ波Ｗの反射率を導出することにより、鋼板２１の表面２１Ａの腐食状態を非破壊及び非接触で診断することが可能となる。
【0023】
ここで、鋼板２１に対して照射されるテラヘルツ波Ｗの周波数は、周辺環境又は電波法上の制限等に応じて１０ＧＨｚ～１０ＴＨｚの範囲から適宜設定されるが、特に好ましくは、３０～５０ＧＨｚの範囲である。
【0024】
図２及び図３は、鋼板２１における腐食の進行度合いと反射光との関係の一例を示す図である。
ここで、鋼板２１の寸法は、６０ｍｍ×６０ｍｍであり、図２の場合は、板厚０．８ｍｍであり、図３の場合は、板厚０．５ｍｍである。また、腐食日数は、濃度３．５％の塩水に浸漬した日数である。一例として図２に示すように、腐食開始前は、反射率が９９％であったが、腐食日数の経過と共に反射率が低下し、最終的に８１％まで低下している。また、一例として図３に示すように、腐食開始前は、反射率が９７％であったが、腐食日数の経過と共に反射率が低下し、最終的に８３％まで低下している。目視による観察では、腐食日数が６日目の時点で、鋼板２１の全面が酸化被膜（例えば、赤錆）に覆われた状態であり、４０日目の時点では、酸化被膜（例えば、赤錆、及び黒錆）の発生がさらに進行している。このように鋼板２１における反射率が腐食日数の経過とともに低下している関係から、鋼板２１の腐食状態を診断することができる。
ここで、鋼板２１の寸法は、６０ｍｍ×６０ｍｍであり、図２の場合は、板厚０．８ｍｍであり、図３の場合は、板厚０．５ｍｍである。また、腐食日数は、濃度３．５％の塩水に浸漬した日数である。一例として図２に示すように、腐食開始前は、反射率が９９％であったが、腐食日数の経過と共に反射率が低下し、最終的に８１％まで低下している。また、一例として図３に示すように、腐食開始前は、反射率が９７％であったが、腐食日数の経過と共に反射率が低下し、最終的に８３％まで低下している。目視による観察では、腐食日数が６日目の時点で、鋼板２１の全面が酸化被膜（例えば、赤錆）に覆われた状態であり、４０日目の時点では、酸化被膜（例えば、赤錆、及び黒錆）の発生がさらに進行している。このように鋼板２１における反射率が腐食日数の経過とともに低下している関係から、鋼板２１の腐食状態を診断することができる。
【0025】
鋼板２１の腐食状態の診断に当たっては、図２及び図３に示した関係を示すグラフを用いて、テラヘルツ波Ｗの反射率の導出結果から腐食状態の診断を行うことができる。また、テラヘルツ波Ｗの反射率を独立変数とし、腐食日数を従属変数とする演算式を用いて、腐食状態の診断を行うことができる。さらに、テラヘルツ波Ｗの反射率を入力値とし、腐食日数を出力値とするテーブルを用いて、腐食状態の診断を行うことができる。
【0026】
これらの場合において、例えば、導出された腐食日数が予め定められた日数（例えば、１００日）以上である場合に、部材の交換が必要な腐食が発生したと診断することができる。また、その他の例として、テラヘルツ波Ｗの反射率が予め定められた値（例えば、６０％）以下であった場合に、部材の交換が必要な腐食が発生したと診断することができる。
【0027】
また、腐食状態の診断に当たっては、腐食日数を求めるのではなく、腐食状態を段階的に分類するようにしてもよい。例えば、腐食状態に応じて腐食進行度を大、中、小の三段階に分類し、腐食進行度が大の場合に部材の交換が必要な腐食が発生したと診断してもよい。
【0028】
図４及び図５は、鋼板２１における最大引っ張り強さと反射率の関係の一例を示す図である。
上述したように反射率は、腐食の進行に応じて低下する。腐食が進行することで、鋼板２１には腐食部分に起因した割れが発生する等の理由により強度が低下する。具体的には、最大引っ張り強さが低下する。一例として図４に示すように、鋼板２１の板厚が０．８ｍｍであり、長さ８１ｍｍ、幅１０ｍｍの引張り試験用試験片の場合、腐食の発生に伴って反射率が９９％から８１％まで低下すると、最大引っ張り強さが３３０Ｎ／ｍｍ２から３０６Ｎ／ｍｍ２まで低下している。また、一例として図５に示すように、鋼板２１の板厚が０．５ｍｍであり、長さ８１ｍｍ、幅１０ｍｍの引張り試験用試験片の場合、腐食の発生に伴って反射率が９７％から８３％まで低下すると、最大引っ張り強さが３９３Ｎ／ｍｍ２から３６３Ｎ／ｍｍ２まで低下している。このように、反射率を用いて鋼板２１の腐食状態を診断することで、鋼板２１の耐久性の低下を推定できる。
上述したように反射率は、腐食の進行に応じて低下する。腐食が進行することで、鋼板２１には腐食部分に起因した割れが発生する等の理由により強度が低下する。具体的には、最大引っ張り強さが低下する。一例として図４に示すように、鋼板２１の板厚が０．８ｍｍであり、長さ８１ｍｍ、幅１０ｍｍの引張り試験用試験片の場合、腐食の発生に伴って反射率が９９％から８１％まで低下すると、最大引っ張り強さが３３０Ｎ／ｍｍ２から３０６Ｎ／ｍｍ２まで低下している。また、一例として図５に示すように、鋼板２１の板厚が０．５ｍｍであり、長さ８１ｍｍ、幅１０ｍｍの引張り試験用試験片の場合、腐食の発生に伴って反射率が９７％から８３％まで低下すると、最大引っ張り強さが３９３Ｎ／ｍｍ２から３６３Ｎ／ｍｍ２まで低下している。このように、反射率を用いて鋼板２１の腐食状態を診断することで、鋼板２１の耐久性の低下を推定できる。
【0029】
【0030】
一例として図６に示す腐食診断方法では、先ず、ステップＳＴ１０で、鋼板２１に対してテラヘルツ光源１０からテラヘルツ波Ｗが照射される。この後、腐食診断方法は、ステップＳＴ１２へ移行する。
【0031】
ステップＳＴ１２で、ステップＳＴ１０で照射されたテラヘルツ波Ｗであって、鋼板２１の表面２１Ａで反射されたテラヘルツ波Ｗが、検出器１４によって検出される。この後、腐食診断方法は、ステップＳＴ１４へ移行する。
【0032】
ステップＳＴ１４で、ステップＳＴ１２で検出されたテラヘルツ波Ｗの検出結果に応じて反射率が導出され、これを用いて鋼板２１の表面の腐食状態が診断される。具体的には、反射率と腐食日数との予め定められた関係を用いて、導出した反射率に応じた腐食日数が求められ、腐食状態の診断（例えば、部材の交換が必要な腐食が発生しているという診断）が行われる。ステップＳＴ１４が行われた後、腐食診断方法は、終了する。
【0033】
以上説明したように、本第１実施形態に係る腐食診断方法では、鋼板２１の表面２１Ａにテラヘルツ波Ｗを照射し、鋼板２１の表面２１Ａで反射されたテラヘルツ波Ｗが検出される。テラヘルツ波Ｗの検出結果に基づいて、鋼板２１の表面における反射率が導出される。そして、鋼板２１の表面２１Ａの反射率と腐食日数との関係に基づいて、導出された反射率に応じた腐食日数が求められる。これにより、鋼板２１の表面２１Ａにおける時間経過に伴う腐食状態の診断を非破壊及び非接触で行うことが実現される。
【0034】
例えば、テラヘルツ波Ｗは、他の帯域の電磁波と比較して、電波法上の制約が少ない帯域を多く含み、産業分野への適用が行いやすい。また、テラヘルツ波Ｗは、エネルギーが比較的低く、人体へ照射された場合の影響が小さい帯域である。そのため、産業設備（例えば、トンネル、橋梁等のインフラ）の点検等、日常的に行われる保守作業において、本構成の腐食診断方法を適用することで、安全かつ簡便に作業を行うことができる。
【0035】
また、本第１実施形態では、鋼板２１の表面２１Ａの反射率と腐食日数との関係では、腐食日数が経過するに従って反射率が低下する傾向が示されている。これにより、テラヘルツ波Ｗの検出結果に基づいて導出される反射率が低下している場合に、腐食が進行していると診断できる。この結果、鋼板２１の表面における時間経過に伴う腐食状態の診断を行うことが実現される。
【0036】
また、本第１実施形態では、鋼板２１に対してテラヘルツ波Ｗが照射され、テラヘルツ波Ｗの検出結果に応じて腐食状態が診断される。一般に鋼板２１は、産業設備において多く使用されることの多い部材であり、鋼板２１の腐食発生による耐久性の低下が産業設備へ与える影響が大きい場合がある。本構成では、鋼板２１の表面における時間経過に伴う腐食状態の診断を行うことが実現されるので、鋼板２１の交換等の保守作業を効率的に行うことができる。
【0037】
なお、上記第１実施形態では、鋼板２１の表面２１Ａに酸化被膜が形成されることにより、腐食日数の経過とともに反射率が低下する形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、腐食生成物の種類によっては、腐食生成物の誘電率次第で、腐食日数の経過とともに反射率が増加する場合があり、この場合でも本開示の技術は成立する。この場合において、鋼板２１の表面２１Ａの反射率と腐食日数との関係では、腐食日数が経過するに従って反射率が増加する傾向が示される。これにより、テラヘルツ波Ｗの検出結果に基づいて導出される反射率が増加している場合に、腐食が進行していると判断できる。
【0038】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、テラヘルツ波を用いて鋼板２１の表面２１Ａにおける腐食状態が診断される形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。本第２実施形態では、テラヘルツ波を用いて、金属製部材２０としての鋼線２２の表面２２Ａにおける腐食状態が非破壊及び非接触で診断される。
上記第１実施形態では、テラヘルツ波を用いて鋼板２１の表面２１Ａにおける腐食状態が診断される形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。本第２実施形態では、テラヘルツ波を用いて、金属製部材２０としての鋼線２２の表面２２Ａにおける腐食状態が非破壊及び非接触で診断される。
【0039】
図７は、本実施形態に係る測定系３０の一例を示す平面図である。
一例として図７に示すように、測定系３０は、テラヘルツ光源１０、検出器１４、及び一対の放物面鏡３１並びに３３を備えている。一対の放物面鏡３１及び３３は、互いに対向する位置に設けられている。放物面鏡３１は、凹状の曲面とされた反射面３１Ａを有している。テラヘルツ光源１０から出射されたテラヘルツ波Ｗは、反射面３１Ａにおいて反射される。また、放物面鏡３３は、凹状の曲面とされた反射面３３Ａを有している。反射面３３Ａで反射されたテラヘルツ波Ｗは、検出器１４に向かって進行する。
一例として図７に示すように、測定系３０は、テラヘルツ光源１０、検出器１４、及び一対の放物面鏡３１並びに３３を備えている。一対の放物面鏡３１及び３３は、互いに対向する位置に設けられている。放物面鏡３１は、凹状の曲面とされた反射面３１Ａを有している。テラヘルツ光源１０から出射されたテラヘルツ波Ｗは、反射面３１Ａにおいて反射される。また、放物面鏡３３は、凹状の曲面とされた反射面３３Ａを有している。反射面３３Ａで反射されたテラヘルツ波Ｗは、検出器１４に向かって進行する。
【0040】
ここで、放物面鏡３３は、放物面鏡３１の反射面３１Ａで反射されたテラヘルツ波Ｗの光路上に設けられていない。すなわち、放物面鏡３１によって反射されたテラヘルツ波Ｗは、放物面鏡３３には入射しない。この結果、鋼線２２が設けられている場合を除き、検出器１４において、テラヘルツ光源１０から出射されたテラヘルツ波Ｗは検出されない。
【0041】
放物面鏡３１及び３３の間には鋼線２２が設けられている。放物面鏡３１の中央部分には、貫通孔３１Ｂが設けられており、放物面鏡３３の中央部分にも貫通孔３３Ｂが設けられている。鋼線２２の一端部が貫通孔３１Ｂに挿通され、鋼線２２の他端部が貫通孔３３Ｂに挿通されている。
【0042】
テラヘルツ光源１０から鋼線２２に向かってテラヘルツ波Ｗが出射されると、テラヘルツ波Ｗの一部は、放物面鏡３１によって反射される。放物面鏡３１によって反射されるテラヘルツ波Ｗは、上述したように検出器１４では検出されない。しかし、鋼線２２に照射されたテラヘルツ波Ｗのうち一部のテラヘルツ波Ｗ１は、透過していくものの、残りのテラヘルツ波Ｗ２は、鋼線２２の表面２２Ａを表皮効果によって伝搬していく。ここで、表皮効果とは、テラヘルツ波Ｗの特性の一つであり、金属等の屈折率の比較的高い物質の表面に沿ってテラヘルツ波Ｗが進行していく現象である。
【0043】
表皮効果により鋼線２２の表面２２Ａを伝搬するテラヘルツ波Ｗは、鋼線２２の表面２２Ａと相互作用するため、表面誘電特性を反映している。表面誘電特性は、鋼線２２の表面２２Ａの腐食状態に大きな影響を受ける。そこで、本発明者は、腐食させた鋼線２２を伝搬したテラヘルツ波Ｗ２の強度（以下単に「伝搬強度」とも称する）を測定することで、腐食状態と表面誘電特性としての伝搬強度との関係を得て、非破壊及び非接触で鋼線２２の腐食状態の診断に用いることを想到した。
【0044】
図８は、腐食日数と検出器１４において検出されたテラヘルツ波Ｗの強度との関係の一例を示す図である。
ここで、鋼線２２は、線径１．５ｍｍのピアノ線であり、腐食日数は、質量パーセント濃度３．５％の塩水に浸漬した日数である。一例として図８に示すように、鋼線２２の腐食が進行するに従って、検出器１４において検出されるテラヘルツ波Ｗの強度（すなわち、伝搬強度）が増加している。具体的には、１００ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗを鋼線２２へ照射すると、腐食開始前は、伝搬強度は２０ｍＶであるが、腐食日数の経過に伴い、伝搬強度は増加し、最終的に腐食日数１０日では、伝搬強度は４０ｍＶである。また、４０ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗを鋼線２２へ照射すると、腐食開始時から腐食日数１５日ごろまでは、伝搬強度１５ｍＶ程度であるが、腐食日数１５日以降では、伝搬強度が増加し、腐食日数２６日では、伝搬強度は、３０ｍＶ程度まで増加する。このように、鋼線２２に照射されたテラヘルツ波Ｗは、その一部が表皮効果により鋼線２２の表面２２Ａを伝搬していく。そして、鋼線２２の表面２２Ａに酸化被膜が形成されるに従って、表皮効果の影響が強くなり、伝搬強度が増加する。すなわち、鋼線２２の表面２２Ａにおいて伝搬するテラヘルツ波の強度が腐食日数の経過とともに増加している関係から、鋼線２２の腐食状態を非破壊及び非接触で診断することができる。
ここで、鋼線２２は、線径１．５ｍｍのピアノ線であり、腐食日数は、質量パーセント濃度３．５％の塩水に浸漬した日数である。一例として図８に示すように、鋼線２２の腐食が進行するに従って、検出器１４において検出されるテラヘルツ波Ｗの強度（すなわち、伝搬強度）が増加している。具体的には、１００ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗを鋼線２２へ照射すると、腐食開始前は、伝搬強度は２０ｍＶであるが、腐食日数の経過に伴い、伝搬強度は増加し、最終的に腐食日数１０日では、伝搬強度は４０ｍＶである。また、４０ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗを鋼線２２へ照射すると、腐食開始時から腐食日数１５日ごろまでは、伝搬強度１５ｍＶ程度であるが、腐食日数１５日以降では、伝搬強度が増加し、腐食日数２６日では、伝搬強度は、３０ｍＶ程度まで増加する。このように、鋼線２２に照射されたテラヘルツ波Ｗは、その一部が表皮効果により鋼線２２の表面２２Ａを伝搬していく。そして、鋼線２２の表面２２Ａに酸化被膜が形成されるに従って、表皮効果の影響が強くなり、伝搬強度が増加する。すなわち、鋼線２２の表面２２Ａにおいて伝搬するテラヘルツ波の強度が腐食日数の経過とともに増加している関係から、鋼線２２の腐食状態を非破壊及び非接触で診断することができる。
【0045】
なお、ここでは、鋼線２２として線径１．５ｍｍのピアノ線に対して腐食診断が行われる形態例を挙げて説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、電車用架線設備に用いられる鋼線（線径９０ｍｍ～１３５ｍｍ程）であっても本開示の技術は成立する。この場合において、テラヘルツ波Ｗは、例えば、１５ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗが用いられる。テラヘルツ波Ｗの周波数は、腐食状態に応じて適宜設定され得る。
【0046】
鋼線２２の腐食状態の診断に当たっては、図８に示した関係を示すグラフを用いて、テラヘルツ波Ｗの伝搬強度から腐食状態の診断を行うことができる。また、テラヘルツ波Ｗの伝搬強度を独立変数とし、腐食日数を従属変数とする演算式を用いて、腐食状態の診断を行うことができる。さらに、テラヘルツ波Ｗの伝搬強度を入力値とし、腐食日数を出力値とするテーブルを用いて、腐食状態の診断を行うことができる。
【0047】
なお、ここでは、伝搬強度によって腐食状態が診断される形態例を挙げたが本開示の技術はこれに限定されない。鋼線２２の表面における伝搬特性によって腐食状態が診断されればよく、例えば、伝搬率（鋼線２２に照射されたテラヘルツ波Ｗの強度に対する検出器１４で検出されたテラヘルツ波Ｗの強度の割合）によって腐食状態が診断されてもよい。
【0048】
これらの場合において、例えば、導出された腐食日数が予め定められた日数（例えば、１００日）以上である場合に、部材の交換が必要な腐食が発生したと診断することができる。また、その他の例として、テラヘルツ波Ｗの伝搬強度が予め定められた値（例えば、４０ｍＶ）以上であった場合に、部材の交換が必要な腐食が発生したと診断することができる。
【0049】
また、腐食状態の診断に当たっては、腐食日数を求めるのではなく、腐食状態を段階的に分類するようにしてもよい。例えば、腐食状態に応じて腐食進行度を大、中、小の三段階に分類し、腐食進行度が大の場合に部材の交換が必要な腐食が発生したと診断してもよい。
【0050】
また、腐食状態の診断に用いられるテラヘルツ波Ｗの周波数は、測定条件に応じて切り替えられてもよい。一例として図８に示したように、１００ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗは、腐食日数が１０日以内で伝搬強度が大きく増加している。一方、４０ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗは、腐食日数が１５日以降で伝搬強度が増加している。すなわち、腐食の初期段階では、１００ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗの感度が高く、腐食がある程度進行すると４０ＧＨｚのテラヘルツ波Ｗの使用が適している。このように、腐食状態の診断に用いられるテラヘルツ波Ｗは、測定条件に応じて切り替えられてもよい。ここで、測定条件とは、前回の腐食診断からの経過日数、過去の検査実績、及び測定環境（気温、又は湿度）等から定まる条件を含む。なお、ここでは、１００ＧＨｚから４０ＧＨｚに切り替えられる形態例を挙げて説明したが、これはあくまでも一例にすぎない。例えば、３００ＧＨｚから１ＴＨｚまでの比較的高周波のテラヘルツ波Ｗから、４０ＧＨｚ程度の低周波のテラヘルツ波Ｗに切り替えられてもよい。
【0051】
【0052】
一例として図９に示す腐食診断方法では、先ず、ステップＳＴ２０で、鋼線２２に対してテラヘルツ光源１０からテラヘルツ波Ｗが照射される。この後、腐食診断方法は、ステップＳＴ２２へ移行する。
【0053】
ステップＳＴ２２で、ステップＳＴ２０で照射されたテラヘルツ波Ｗであって、鋼線２２の表面２２Ａを伝搬したテラヘルツ波Ｗが、検出器１４によって検出される。この後、腐食診断方法は、ステップＳＴ２４へ移行する。
【0054】
ステップＳＴ２４で、ステップＳＴ２２で検出されたテラヘルツ波Ｗの伝搬強度に応じて、鋼線２２の表面２２Ａの腐食状態が診断される。具体的には、伝搬強度と腐食日数との予め定められた関係を用いて、腐食日数が求められ、腐食状態の診断（例えば、部材の交換が必要な腐食が発生しているという診断）が行われる。ステップＳＴ２４が行われた後、腐食診断方法は、終了する。
【0055】
以上説明したように、本第２実施形態に係る腐食診断方法では、鋼線２２の表面にテラヘルツ波Ｗを照射し、鋼線２２の表面を伝搬したテラヘルツ波Ｗが検出される。そして、伝搬強度と腐食日数との関係に基づいて、検出器１４において検出された伝搬強度に応じた腐食日数が求められる。これにより、鋼板２１の表面における時間経過に伴う腐食状態の診断を非破壊及び非接触で行うことが実現される。
【0056】
また、本第２実施形態では、伝搬強度と腐食日数との関係では、腐食日数が経過するに従って伝搬強度が増加する傾向が示されている。これにより、テラヘルツ波Ｗの検出結果により示される伝搬強度が増加している場合に、腐食が進行していると診断できる。この結果、鋼線２２の表面における時間経過に伴う腐食状態の診断を行うことが実現される。
【0057】
また、本第２実施形態では、鋼線２２に対してテラヘルツ波Ｗが照射され、テラヘルツ波Ｗの検出結果に応じて腐食状態が診断される。一般に鋼線２２は、産業設備（例えば、トンネル、橋梁等のインフラ）において多く使用されることの多い部材（例えば、電線、電車用吊架線、又は自動車用ハーネス等）であり、鋼線２２の腐食発生による耐久性の低下が産業設備へ与える影響が大きい場合がある。本構成では、鋼線２２の表面における時間経過に伴う腐食状態の診断を行うことが実現されるので、鋼線２２の交換等の保守作業を効率的に行うことができる。
【0058】
なお、上記各実施形態では、鉄鋼材料から成る部材に対する腐食診断方法について説明したが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、工業用純銅、又は銅合金から成る銅製部材（例えば、銅板、又は銅線）に対して、本開示に係る腐食診断方法が適用されてもよい。また、本開示に係る腐食診断方法は、表面に塗膜、めっき被膜、又は絶縁皮膜を備えた部材に対しても適用可能である。この場合において、金属の表面は、金属線と塗膜、めっき被膜、又は絶縁皮膜との界面である。
【0059】
また、上記各実施形態では、腐食開始からの経過時間として腐食日数の例を挙げたが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、腐食開始からの秒、分、又は時間であってもよいし、腐食開始から経過した年数であってもよい。
【0060】
また、上記各実施形態では、酸化被膜の形成に応じた腐食状態の診断を行っているが、本開示の技術は、これに限定されない。本開示の技術は、汚れ（例えば、泥又は埃）の検出に用いられてもよい。この場合において、テラヘルツ波Ｗと金属表面との相互作用ではなく、金属表面に存在する汚れとの相互作用が発生するため、汚れの表面誘電特性の影響を受ける。すなわち、金属表面を経由して検出されたテラヘルツ波Ｗは、金属表面における汚れの状態（例えば、汚れの種類又は量）を反映している。
【0061】
上記実施形態に関し、さらに以下を開示する。
＜付記１＞
金属表面に対してテラヘルツ波を照射すること、
上記金属表面を経由した上記テラヘルツ波を検出すること、及び、
上記金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と上記金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、上記テラヘルツ波の検出結果に応じた上記金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法。
＜付記２＞
上記金属表面は、金属製板状部材の表面であり、
上記表面誘電特性は、上記金属製板状部材の表面において反射された上記テラヘルツ波の反射率を含む
付記１に記載の腐食診断方法。
＜付記３＞
上記金属製板状部材の表面の腐食状態を診断する場合において、上記反射率が変化している場合に腐食状態が進行していると診断する
付記２に記載の腐食診断方法。
＜付記４＞
上記金属製板状部材は、鋼板である
付記２又は３に記載の腐食診断方法。
＜付記５＞
上記金属表面は、金属線であり、
上記表面誘電特性は、上記金属線の表面を伝搬する上記テラヘルツ波の特性である伝搬特性を含む
付記１に記載の腐食診断方法。
＜付記６＞
上記伝搬特性は、上記金属線の表面を伝搬する上記テラヘルツ波の強度である伝搬強度を含み、
上記金属線の表面の腐食状態を診断する場合において、上記伝搬強度が増加している場合に腐食状態が進行していると診断する
付記５に記載の腐食診断方法。
＜付記７＞
上記金属線は、鋼線である
付記５又は６に記載の腐食診断方法。
＜付記８＞
上記金属線は、絶縁皮膜により被覆された金属線であり、
上記金属表面は、上記絶縁皮膜と上記金属線との界面である
付記５～７の何れか一つに記載の腐食診断方法。
＜付記１＞
金属表面に対してテラヘルツ波を照射すること、
上記金属表面を経由した上記テラヘルツ波を検出すること、及び、
上記金属表面における酸化被膜の発生からの経過時間と上記金属表面の表面誘電特性との関係に基づいて、上記テラヘルツ波の検出結果に応じた上記金属表面の腐食状態を非破壊及び非接触で診断すること、を含む腐食診断方法。
＜付記２＞
上記金属表面は、金属製板状部材の表面であり、
上記表面誘電特性は、上記金属製板状部材の表面において反射された上記テラヘルツ波の反射率を含む
付記１に記載の腐食診断方法。
＜付記３＞
上記金属製板状部材の表面の腐食状態を診断する場合において、上記反射率が変化している場合に腐食状態が進行していると診断する
付記２に記載の腐食診断方法。
＜付記４＞
上記金属製板状部材は、鋼板である
付記２又は３に記載の腐食診断方法。
＜付記５＞
上記金属表面は、金属線であり、
上記表面誘電特性は、上記金属線の表面を伝搬する上記テラヘルツ波の特性である伝搬特性を含む
付記１に記載の腐食診断方法。
＜付記６＞
上記伝搬特性は、上記金属線の表面を伝搬する上記テラヘルツ波の強度である伝搬強度を含み、
上記金属線の表面の腐食状態を診断する場合において、上記伝搬強度が増加している場合に腐食状態が進行していると診断する
付記５に記載の腐食診断方法。
＜付記７＞
上記金属線は、鋼線である
付記５又は６に記載の腐食診断方法。
＜付記８＞
上記金属線は、絶縁皮膜により被覆された金属線であり、
上記金属表面は、上記絶縁皮膜と上記金属線との界面である
付記５～７の何れか一つに記載の腐食診断方法。
【符号の説明】
【0062】
１，３０ 測定系
１０ サブテラヘルツ光源
１１、１３ レンズ
１２ ハーフミラー
１４ 検出器
２０ 金属製部材
２１ 鋼板
２１Ａ 表面
２２ 鋼線
３１，３３ 放物面鏡
３１Ａ，３３Ａ 反射面
３１Ｂ，３３Ｂ 貫通孔
ＣＬ１、ＣＬ２ 光軸
Ｗ テラヘルツ波
１０ サブテラヘルツ光源
１１、１３ レンズ
１２ ハーフミラー
１４ 検出器
２０ 金属製部材
２１ 鋼板
２１Ａ 表面
２２ 鋼線
３１，３３ 放物面鏡
３１Ａ，３３Ａ 反射面
３１Ｂ，３３Ｂ 貫通孔
ＣＬ１、ＣＬ２ 光軸
Ｗ テラヘルツ波
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
