JP2017003344A - プローブユニット及び超音波探傷検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプローブユニットに比較して管内の移動をスムーズに行えるプローブユニット及び作業性に優れる超音波探傷検査装置を提供する。【解決手段】超音波を送受信するプローブ２５と、前記プローブ２５を管１００の中心に保持する調芯具３５ａ、３５ｂとを備え、管１００内に挿入され使用されるプローブユニット１１であって、前記調芯具３５ａ、３５ｂは、管内壁面１０１に押付けられる管接触体４２と、前記管接触体４２を管内壁面１０１に押付ける弾性体３６とを有し、前記管接触体４２は、高分子ゲル（除く、天然高分子ゲル）で形成されており、前記調芯具３５ａ、３５ｂには、水が流通可能な流路が設けられ、該プローブユニット１１を管１００内に挿入した状態で管内に水を流通させることが可能である。【選択図】図３

Description

本発明は、ボイラ及び熱交換器の伝熱管等の管内に挿入し、管のきず、割れの検出、残肉厚測定等に使用するプローブユニット及び超音波探傷検査装置に関する。

石油精製プラント、石油化学プラント等に設置されているボイラ、熱交換器及び、加熱炉の伝熱管等においては、定期的に残肉厚を測定しチューブの健全性を確認している。この測定方法の一つに、超音波センサ（以下、プローブと記す）を内挿して超音波の送受信により残肉厚を測定する水浸超音波厚さ測定法がある。

伝熱管等の腐食検査、残肉厚測定等には、水浸超音波厚さ測定法ほか、プローブを管内壁面に直接接触させ、割れ等を検出する直接接触方式など多くの方法がある。超音波探傷検査装置も、使用先、用途などに応じた種々の装置が開発されており、例えば、水浸超音波厚さ測定法を実施する装置として、被検査管内に水を張り込み、プローブを挿入し、残肉厚を測定する水浸超音波探傷検査装置がある。

水浸超音波探傷検査装置を使用して被検査管を正しく検査するには、プローブを被検査管の中心に管軸に平行に保持する必要がある。このため通常、プローブは、プローブを被検査管の中心に管軸に平行に保持する調芯具を装着したプローブユニットとして被検査管内に挿入される。調芯具は、これまでに種々のものが開発されており、弾性体を利用したもの（例えば特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）、磁石と走行車輪とを使用したものなどがある（例えば特許文献３参照）。

特開２０１３−１７１０２５号公報 特開平１０−２６６１５号公報 国際公開第ＷＯ２０１２／１２４７３１号

http://www.matech.co.jp/html/iriscatalog/centering.html

従来の調芯具は、特許文献１、２に記載の調芯具に代表されるように、円周方向に複数の弾性体あるいは伸縮自在な部材を配置し、当該部材の先端部を管内壁面に接触させることでプローブを被検査管の中心にかつ管軸に平行に保持するものが多い。このような調芯具は、構造が単純でプローブを容易に被検査管の中心に保持することができるが、調芯具の被検査管に対する摩擦抵抗が十分に考慮されておらず、管内を移動する際の抵抗が大きい。このため長尺の直管や曲管部へのプローブユニットの送り込みに時間を要すると共に、プローブユニットを巻き取る際も効率的な巻き取りが行えない。

特許文献３及び非特許文献１に記載の調芯具は、管内壁面に接触する部分に車輪を設けている。このような調芯具は、車輪が正常に動作している間は、管内を移動する際の抵抗は比較的小さいが、錆などの異物を噛み込むと車輪が回転しなくなり、管内を移動する際の抵抗が大きくなる。またこのような調芯具は、車輪を支持する軸受が必要など構造が複雑で、調芯具自体が大きくなり易く、特にＵ字管において曲管部を通過させることが難しくなる。

以上のようにこれまでに種々の調芯具及びプローブユニットが開発されているが、いずれも十分とは言い難く改善の余地がある。

本発明の目的は、従来のプローブユニットに比較して管内の移動をスムーズに行えるプローブユニット及び作業性に優れる超音波探傷検査装置を提供することである。

本発明は、超音波を送受信するプローブと、前記プローブを管の中心に保持する調芯具とを備え、管内に挿入され使用されるプローブユニットであって、前記調芯具は、管内壁面に押付けられる管接触体と、前記管接触体を管内壁面に押付ける弾性体とを有し、前記管接触体は、高分子ゲル（除く、天然高分子ゲル）で形成されており、前記調芯具には、水が流通可能な流路が設けられ、該プローブユニットを管内に挿入した状態で管内に水を流通させることが可能なことを特徴とするプローブユニットである。

本発明のプローブユニットが備える調芯具は、従来の調芯具と異なり、弾性体が直接管内壁面に接触することはなく、高分子ゲルが管内壁面に接触する。相互侵入網目構造ゲルなどの高分子ゲル（除く、天然高分子ゲル）は、３次元的な網目構造の内部に水などの溶媒を多量に保有するため、固体材料に比較して低弾性率であり、摩擦係数も小さい。このためこのような調芯具を備えるプローブユニットは、従来のプローブユニットに比較して管内を移動する際の抵抗が小さい。また本発明のプローブユニットでは管接触体に、合成高分子ゲルを使用するため、十分に小さい摩擦係数の高分子ゲルを合成し使用することができる。

高分子ゲルは、固体材料に比較して摩耗し易い。このため調芯具を高分子ゲルのみで形成すると、高分子ゲルの摩耗に伴い管内壁面に対する接触状態が変化し、プローブの中心保持が難しくなるが、本発明のプローブユニットでは、調芯具が弾性体を有し、該弾性体が高分子ゲルを管内壁面に押付けるため、高分子ゲルが摩耗しても弾性体が伸長しプローブの中心保持が維持される。

本発明のプローブユニットは、前記管接触体を形成する高分子ゲルが、下記の（Ａ）群のいずれか１種に該当することを特徴とする。
（Ａ）形状記憶ゲル，ダブルネットワークゲル，相互侵入網目構造ゲル，セミ相互侵入網目構造ゲル，相互架橋網目ゲル

形状記憶ゲル、ダブルネットワークゲル、相互侵入網目構造ゲル、セミ相互侵入網目構造ゲル、相互架橋網目ゲルは、出発原料及びその製造手順により優れた低摩擦特性及び機械強度を付与することが可能であり、このような高分子ゲルは、調芯具の管接触体として好ましい。

また本発明のプローブユニットにおいて、前記弾性体は、間隔を開け円周方向に等間隔に配置された複数の弾性片からなり、前記管接触体は、それぞれの弾性片の先端部に取付けられ、前記流路が、隣り合う弾性片の隙間及び隣り合う管接触体の隙間であることを特徴とする。

本発明によれば、調芯具が複数の弾性片及びその先端部に取付けられた管接触体からなるので、各弾性片及び管接触体が各々独立して動くことができる。このため被検査管が、扁平していてもプローブユニットは通過することができる。また調芯具の構成が簡便であるので、信頼性が高く、コンパクト化も容易である。よってプローブユニットの全長も短くすることが可能であり、曲管部も簡単に通過させることができる。

また本発明のプローブユニットにおいて、前記管接触体は、管内壁面に接する面に、水が流通可能な溝を有することを特徴とする。

本発明によれば、管接触体の管内壁面に接する面には、水が流通可能な溝が設けられているので、測定中、管接触体と管内壁面との間の保水性を高く維持することができる。これにより管接触体を形成する高分子ゲルの特性が維持され、かつ管接触体と管内壁面との間の摩擦抵抗を小さくすることができる。

また本発明のプローブユニットにおいて、前記管接触体を形成する高分子ゲルは、基材に密着した高分子ゲルからなり、前記管接触体は、前記基材を介して前記弾性体の先端部に着脱可能に取付けられていることを特徴とする。

相互侵入網目構造ゲルなどの高分子ゲル（除く、天然高分子ゲル）は、通常、基材上で合成される。基材上で合成された高分子ゲルは、基材と密着しており、基材から高分子ゲルを剥離することは容易ではない。本発明のプローブユニットにおいては、基材に密着した高分子ゲルを管接触体として使用するので、基材から高分子ゲルを剥離する必要はない。また基材を介して弾性体の先端部に取付けられるので、着脱が容易であり、管接触体が消耗しても簡単に取り替えることができる。このため摩耗し易い高分子ゲルであっても、管接触体として使用することができる。

また本発明のプローブユニットは、さらにプローブから管軸方向に向け発信される超音波を管の半径方向に向け反射する固定式反射ミラーを有し、前記プローブは、円周方向に配置された複数個のプローブで構成され、前記調芯具が、前記固定式反射ミラーを挟むように前記固定式反射ミラーの前後に配置されていることを特徴とする。

本発明のプローブユニットは、いわゆるマルチプローブ方式のプローブユニットである。従来のマルチプローブ方式のプローブユニットでは、複数個のプローブをそれぞれ管内壁面と正対するように配置する必要があったため、プローブを収納するケーシング（ハウジング）も長くなり、プローブユニットも必然的に大きくなっていた。これに対して本発明のプローブユニットでは、固定式反射ミラーを用いて超音波を管の半径方向に向け反射するので、プローブを管軸と平行に配置することが可能であり、プローブユニットを小型化することができる。このため曲管部も簡単に通過させることができる。

また本発明のプローブユニットにおいて、前記固定式反射ミラー及び／又は前記プローブは、管軸方向に対する互いの距離が変更可能なことを特徴とする。

従来のような管内壁面と正対するプローブは、水距離（プローブから管内面壁までに超音波が伝播する経路の距離）が短いのに対して、本発明のプローブユニットは、水距離を長く確保することができ、内面減肉に対する検出性能が向上する。さらに本発明のプローブユニットは、固定式反射ミラーとプローブとの間隔が変更可能なため超音波のフォーカスを調整できる。従って、例えば外径が同じで肉厚が異なる管を測定する場合、最適なフォーカスで測定が可能となり、最小検出能が向上する。

また本発明のプローブユニットは、前記前後の調芯具の管接触体の間隔が、該プローブユニットの長さよりも短く設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、固定式反射ミラーを挟むように前後に配置された調芯具の管接触体の間隔が、プローブユニットの長さよりも短く設定されているので、曲管部も簡単に通過させることができる。

また本発明のプローブユニットは、さらにプローブの前方に回転可能に取付けられ、プローブから管軸方向に向け発信される超音波を管の半径方向に向け放射状に反射する回転式反射ミラーと、前記回転式反射ミラーを回転させる駆動手段と、を有し、前記調芯具が、少なくとも前記回転式反射ミラーを挟むように前記回転式反射ミラーの前後に配置され、前記回転式反射ミラーを前後から挟むように配置された前記調芯具が、連結体で互いに連結されており、前記連結体が、プローブから発信される超音波を透過可能な高分子ゲルで形成されていることを特徴とする。

従来のミラー回転式のプローブユニットは、回転式反射ミラーの駆動部側にのみ調芯具を配置した片持ち支持方式であったため、プローブを管軸と平行に保持することが難しかった。これに対して本発明のプローブユニットでは、回転式反射ミラーを挟むように前後に調芯具を配置するので、容易にプローブを管軸と平行に保持することができる。本発明のプローブユニットでは、装着したプローブが発信する超音波を透過する高分子ゲルで形成された連結体を用いて前後の調芯具を連結するので、前方の調芯具の支持を確実に行えると共に、測定を支障なく行える。

また本発明のプローブユニットは、前記前後の調芯具を水溜材として機能させ、前後の調芯具で区画された領域を満水可能に構成し、さらに前記区画に連通する水供給路を設け、前記水供給路を介して前記区画に水を連続的に送り込み、前記調芯具の前記流路から水を連続的に排出し、前記区画のみを満水状態にすることを特徴とする。

本発明のプローブユニットは、前後の調芯具で区画された領域のみを満水にする局部水浸方式のプローブユニットである。従来の水浸超音波探傷検査装置では、一般的に検査前に予め被検査管内全体を満水にする。このため水の使用量が多く、さらに防水対策に手間がかかる。これに対して本発明のプローブユニットは、局部水浸方式ゆえ、水の使用量を大幅に削減することができる。本発明のプローブユニットは、前後の調芯具で区画された領域の水を流通させた状態で満水にすることができるので、区画内に気泡が発生しても排出することができる。

本発明は、前記プローブユニットと、管内及び／又は前記プローブユニットに水を供給する水供給手段と、前記プローブとパルス信号を送受信する探傷器と、管内に挿入された前記プローブユニットを移動させる移動手段と、前記プローブの位置を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする超音波探傷検査装置である。

本発明の超音波探傷検査装置は、管内の移動をスムーズに行えるプローブユニットを有するので作業性に優れる。

本発明によれば、従来のプローブユニットに比較して管内の移動をスムーズに行えるプローブユニット及び作業性に優れる超音波探傷検査装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１の構成図である。 本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の要部構成図である。 図３のプローブユニット１１で使用する調芯具の弾性体３６の平面図及び正面図である。 図３のプローブユニット１１で使用する調芯具の管接触体４２の斜視図である。 図３のプローブユニット１１で使用する調芯具の他の管接触体４５の断面図である。 本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の第１変形例であるプローブユニット１２の要部構成図である。 本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の第２変形例であるプローブユニット１３の要部構成図である。 本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の第３変形例であるプローブユニット１４の要部構成図である。 本発明の第２実施形態の超音波探傷検査装置２で使用するプローブユニット１５の要部構成図である。 本発明の第２実施形態の超音波探傷検査装置２で使用するプローブユニット１５の第１変形例であるプローブユニット１６の要部構成図である。 本発明の第２実施形態の超音波探傷検査装置２で使用するプローブユニット１５の第２変形例であるプローブユニット１７の要部構成図である。

図１は、本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１の構成図、図２は、本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の要部構成図であり、図中の太い矢印は水の流れを示す。図３において前、前方、上流とは、送水ホース７９と反対側の方向を言う。図４は、プローブユニット１１で使用する調芯具の弾性体３６の平面図及び正面図、図５は、プローブユニット１１で使用する調芯具の管接触体４２の斜視図である。

本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１は、ボイラ及び熱交換器の伝熱管等、被検査管（以下、管と記す）内に挿入し、管１００の腐食検査、残肉厚測定などを行うための装置である。超音波探傷検査装置１は、管１００内に挿入し管１００の腐食検査、残肉厚測定などに使用するプローブユニット１１と、プローブ２５にパルス信号を送信し、プローブ２５からのパルス信号を受信する探傷器７１と、プローブユニット１１に水を供給する送水装置７５と、プローブユニット１１を移動させるケーブル巻取器８１と、データを処理するデータ処理装置９１とを備える。

プローブユニット１１は、固定ミラー式でかつ局部水浸式のプローブユニットであり、プローブ２５と、プローブ２５から管軸Ｏ方向に発信される超音波を管１００の半径方向に向け反射させる固定式反射ミラー３０（３０ａ、３０ｂ）と、プローブ２５を管１００の中心に保持する調芯具３５（３５ａ、３５ｂ）とを備える。

ここで固定ミラー式のプローブユニット１１とは、回転不能に固定された固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂを備え、プローブ２５から管軸Ｏ方向に発信される超音波を管１００の半径方向に向け反射させる方式のプローブユニット１１をいう。また局部水浸式のプローブユニットとは、管１００内全体を満水にすることなく特定の区画、本実施形態では２つの調芯具３５ａ、３５ｂで挟まれた区画５５のみを満水にし使用するプローブユニットをいう。また本実施形態のプローブユニット１１は、複数個のプローブ２５を備えるためマルチプローブユニットということができる。

プローブ２５は、１２個のプローブ２５が円周方向に配置され形成されている。各プローブ２５と１２個のプローブ２５が規則正しく配置され構成されたプローブとを区別するため、以下、後者をマルチプローブ２１（２１ａ、２１ｂ）と記す。

プローブユニット１１は、同一の構成、形状からなる２つのマルチプローブ２１ａ、２１ｂを有し、これらが対向するように配置されている。プローブ２５は、プローブ固定台２６の先端面に振動子２７が固定され、振動子２７は、ケーブル接続部（図示省略）を有し、ケーブル接続部にパルス信号を送受信するケーブル７３が接続される。

１２個のプローブ２５は、同一の構成、形状からなり、マルチプローブ２１ａ、２１ｂは、この１２個のプローブ２５が規則正しく配置され、外観上は円柱形状を有する。マルチプローブ２１ａ、２１ｂの中心部には、貫通孔（図示省略）が設けられ、探傷器７１と各プローブ２５間においてパルス信号を送受信するためのケーブル７３が貫通孔内を挿通する。

本実施形態のマルチプローブ２１ａ、２１ｂは、プローブ２５の数が１２個であるが、プローブ２５の数は１２個に限定されるものではない。プローブユニット１１は、固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂを使用するため、回転ミラー方式と異なり超音波の発信位置は固定される。このためプローブ２５の数が多いほど、不感帯が少なく精度よく測定することができる。本プローブユニット１１は、２つのマルチプローブ２１ａ、２１ｂを有するので、左右のマルチプローブ２１ａ、２１ｂの位相をずらし配置することで、不感帯を少なくでき、より精度よく測定することができる。

固定式反射ミラー３０（３０ａ、３０ｂ）は、プローブ２５から管軸Ｏ方向に発信される超音波を管１００の半径方向に反射させる固定式のミラーであり、左右のマルチプローブ２１ａ、２１ｂに対応するように２つ設けられている。固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂは、金属棒を用い円錐台形状に形成されており、内部はケーブルを挿通させるため中空部がある。固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂの側壁面３１は、正面視において４５°の角度を有し、プローブ２５から発信された超音波を管軸Ｏに直交するように反射させる。

固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂは、頂部がマルチプローブ２１ａ、２１ｂの先端部中心に固定されている。さらに左右の固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂが、互いの底面３３を接合する形で連結され、外観上、そろばん玉形状を有する。このような固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂは、左右のマルチプローブ２１ａ、２１ｂに挟まれるように配置される。なお固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂの配置、取付要領は、本実施形態に限定されるものではなく、後述の変形例に示すように他の配置、取付要領であってもよい。

従来のマルチプローブは、複数個のプローブをそれぞれ管内壁面１０１と正対するように配置する必要があったため、プローブ２５を収納するケーシング（ハウジング）も長くなり、プローブユニットも必然的に大きくなっていた。これに対して本発明のプローブユニット１１では、固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂを用いて超音波を管１００の半径方向に向け反射させるので、プローブ２５を管軸Ｏと平行に配置することが可能であり、プローブユニット１１を小型化することができる。このため曲管部も簡単に通過させることができる。

調芯具３５ａ、３５ｂは、マルチプローブ２１を管１００の中心部に管軸Ｏに平行に保持する中心保持治具であり、調芯具支持体５１に取付けられる。調芯具３５は、左右のマルチプローブ２１ａ、２１ｂを挟み込むように２つ配置されている。２つの調芯具３５ａ、３５ｂは、同一の形状及び構造である。

調芯具３５は、管内壁面１０１に押付けられる管接触体４２と管接触体４２を管内壁面１０１に押付ける弾性体３６とを有し、弾性体３６には調芯具支持体５１に取付けるための装着部４１が設けられている。

装着部４１は、調芯具支持体５１の形状に合わせリング状であり、装着部４１が調芯具支持体５１の外壁面５２にねじ止め（接合）されている。弾性体３６は、８個の弾性片３７からなり、各弾性片３７の基端部３８が装着部４１に連結する。本実施形態の調芯具３５では、装着部４１と弾性片３７とが合成樹脂で一体的に形成されているが、装着部４１と弾性片３７とを別々に製作し、後で接合してもよい。

弾性体３６を構成する８個の弾性片３７は、隣り合う弾性片３７との間に空間部４０が設けられている。弾性体３６は、基端部３８に比べ先端部３９が広がるように傾斜して設けられており、先端部３９に半径方向の荷重を加えると縮径するように撓み、荷重を取り去ると元の状態に戻る。弾性体３６をこのように構成すると、弾性片３７さらにはその先端部に固定された管接触体４２が独立して動くことができるので管１００が扁平していてもプローブユニット１１は管１００内を通過することができる。

本実施形態では、８個の弾性片３７で弾性体３６を構成するが、弾性片３７の数は８個に限定されるものではない。また弾性片３７の大きさ、形状及び隣り合う弾性片３７の間隔（空間部４０）も、特定のものに限定されるものではなく、マルチプローブ２１ａ、２１ｂを管１００の中心部に管軸Ｏに平行に保持できればよい。但し、弾性片３７の数、形状は、管接触体４２の管内壁面１０１への押付け力に影響を与え、結果としてプローブユニット２１を管１００内で移動させるときの抵抗力に影響を及ぼすためこの点を考慮すべきである。

本プローブユニット１１は、局部水浸式のプローブユニットであり、区画５５内に供給された水は、隣り合う弾性片３７の間（隙間）、さらには隣り合う管接触体４２の間（隙間）を通過し、区画５５外に排出される。このため隣り合う弾性片３７の間隔は、区画５５の満水状態、さらには区画５５内で発生した気泡の排出に大きく影響を及ぼすため、この点を考慮し隣り合う弾性片３７の間隔を決めるべきである。

管接触体４２は、各弾性片３７を介して管内壁面１０１に押し付けられる部材であり、各弾性片の先端部３９に接着剤により固定されている。管接触体４２は、高分子ゲルで形成されており、略直方体形状を有する。管接触体４２の管内壁面１０１に接触する面４３（以下、上面と記す）には、管軸Ｏ方向に平行に水が通過可能な溝４４が設けられている。これにより測定中、管接触体４２と管内壁面１０１との間に水が保持され、高分子ゲルの保水性及び特性を維持することができ、さらに管接触体４２と管内壁面１０１との間の摩擦抵抗を小さくすることができる。

ここで調芯具３５の大きさの一例を示すと、内径が２０．２ｍｍの管１００の検査に使用する調芯具３５の場合、弾性体３６は、管１００に挿入する前の状態で外径Ｄ１が１７ｍｍ、弾性体３６の高さＨ１が６ｍｍ、弾性片３７の高さＨ２が３ｍｍ、管接触体４２は、長さＬ１が１０ｍｍ、高さＨ３が２ｍｍ、溝４４の高さＨ４が１ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍ、溝の幅Ｗ２が０．５ｍｍである。

高分子ゲルは、３次元的な網目構造を有し内部に水などの溶媒を多量に保有するため弾力性、柔軟性に富み、摩擦係数も０．０１以下とできるほど小さい。管接触体４２として使用する高分子ゲルは、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れるものが好ましい。但し、耐摩耗性に関しては、後述するように管接触体４２を消耗品と考え、必要に応じて交換し使用することも可能なため、高分子ゲルを選択するときは、基本的には低摩擦性を優先すればよい。

高分子ゲルの摩擦係数の一例を示せば、相手材がＧｌａｓｓ ｂａｌｌの場合、ダブルネットワークゲルで０．１以下、形状記憶ゲルで０．２以下である。本発明者である古川らの過去の作製実績としては、摩擦係数がダブルネットワークゲルで０．００１、形状記憶ゲルで０．０１であるが、確実に製作できるゲルという意味では、それぞれ０．１、０．２である。

高分子ゲルには、こんにゃくなどのような天然高分子ゲルもあるが、ここでは合成高分子ゲルを使用する。合成高分子ゲルは、天然高分子ゲルと異なり、特性を再現性良く安定に制御することが可能であり、低摩擦の高分子ゲルを得やすい。管接触体４２に使用可能な高分子ゲルとしては、形状記憶ゲル、ダブルネットワークゲル、相互侵入網目構造ゲル、セミ相互侵入網目構造ゲル、相互架橋網目ゲルを好適に使用することができる。

相互侵入網目構造ゲルは、ベースとなる網目構造に、他の網目構造が、ゲル全体において均一に絡みついており、結果としてゲル内に複数の網目構造を形成しているようなゲルを言う。セミ相互侵入網目構造ゲルは、ベースとなる網目構造に、直鎖状ポリマーが、ゲル全体において均一に絡みついており、結果としてゲル内に複数の網目構造を形成しているようなゲルを言う。相互侵入網目構造ゲル及びセミ相互侵入網目構造ゲルには、ダブルネットワーク型のみでなく、三重や四重以上の網目構造を有するゲルも含まれる（特許第４３８１２９７号公報）。

相互侵入網目構造ゲルの一種であるダブルネットワークゲルは、ゲル内に第１網目構造と第２網目構造とが存在するゲルであり、ゲルとしての柔軟性を備えつつも強い圧縮・引張破断応力、低摩擦係数を示すことが知られており、第１網目構造に係る第１ゲル（シングルゲル）を構築し、第２網目構造に係るモノマー成分を第１網目構造の間隙内に浸透させて重合及び架橋することで得られる（特許第４９１５８６７号公報）。また、相互架橋網目ゲルは、第１ポリマーと第２ポリマーとの間にのみ架橋が存在する相互侵入網目構造ゲルの一種である（特開２０１２−２１４７２７号）。

形状記憶ゲルは、結晶性成分とアモルファス成分を合わせ持つ複合材料であり、ゲルを転位点温度にまで加熱すると、ゲルの結晶成分が融解し、ヤング率が急激に低下し、ゲルが柔らかくなり変形させることができる。ゲルを低温にすると結晶性の成分が結晶化し、変形させたままの状態で固定化することができる。その後、転位温度まで加熱すると元の形に戻る（特開平６−２７３０５号公報、特開平７−２９２０４０号公報、特開２０１３−５７０６２号公報）。

形状記憶ゲルには、疎水性のステアリル酸アクリレートと親水性のアクリル酸の２種類のモノマーをメチレンビスアクリルアミドで架橋させた重合ゲルがある。またアクリルアミド系親水性モノマー及びアクリル系疎水性モノマーを架橋剤の存在下に無溶媒あるいはエタノールなどの溶媒存在下に重合し得られる透明形状記憶ゲルもある（特開２０１３−５７０６２号公報）。

プローブユニット１１の管１００内の移動を考えれば、調芯具３５、より具体的には管接触体４２を構成する高分子ゲルは可能な限り摩擦抵抗が小さいことが好ましいことは当然である。実用性を考えた場合、高分子ゲルは、表１に示す要領で行う摩擦性評価テストにおいて、管接触体４２を面ファスナとした場合の摩擦抵抗に比較して、１／２以下であればよく、１／３以下が好ましく、１／５以下がより好ましい。

表１の摩擦性評価テストを行った結果の一例を示せば、表２で示す原料を使用して以下の要領で作製したダブルネットワークゲルは、面ファスナ（製造元；クラレファスニング株式会社，発売元；クロバー株式会社，型番；７７−５５２，フック側を使用，面ファスナの種類；ＨＬ２−ＷＢ（ＪＩＳ Ｌ３４１６））に比較して摩擦抵抗が約１／５であった。またこのときのダブルネットワークゲルの摩擦係数は、０．０８であった。（相手材はＧｌａｓｓ ｂａｌｌ）。

ダブルネットワークゲルの作製手順は以下の通りである。表２に示すように１ｓｔゲルにはモノマーとして硫酸基をもつ２―アクリルアミド−２−メチルプロパン スルフォニック−アシッド（ＡＭＰＳ）、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ）、ＵＶ開始剤としてα−ケトグルタリック−アシッド（α-ketoglutaric acid）を用いた。その濃度と比率は１Ｍ、３ｍｏｌ％、０．１ｍｏｌ％とした。２ｎｄゲルにはモノマーとして中性のジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡｍ）、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ）、ＵＶ開始剤としてα−ケトグルタリック−アシッド（α-ketoglutaric acid）を用いた。その濃度と比率は２Ｍ、０．０２ｍｏｌ％、０．１ｍｏｌ％とした。

初めに１ｓｔゲルのモノマー、及び架橋剤、開始剤、溶媒を拡氾させた。次に溶液中の酸素を除去するため、窒素置換（バブリング）を約２０分行った。バブリング後、ＵＶ（紫外線）照射によってゲル化を開始させた。このゲル溶液を厚さ２ｍｍのシリコンスペーサーを挟んだ鋳型に流し込み、パラフィルム（パラフィン製のフィルム）で導入口を閉じた後、ＵＶランプを用いて約８時間ＵＶ照射を行った。ＵＶ照射中に２ｎｄ溶液を同様に用意し、バブリング終了後できた１ｓｔゲルを溶液の中に浸し２日間膨潤させた。膨潤させた１ｓｔゲルを適当な大きさに切り、硝子板に挟んで約８時間ＵＶ照射を行い、ダブルネットワークゲルを製作した。

本実施形態では、前方の調芯具３５ａは、前方のマルチプローブ２１ａの底面２３に固定された調芯具支持体５１に装着される。調芯具支持体５１は、先端部が閉止した円筒部材であり、マルチプローブ２１ａの中心軸と調芯具支持体５１との中心軸とが一致するようにマルチプローブ２１ａの底面２３にねじ止め（接合）されている。調芯具支持体５１の外径は、調芯具３５ａの装着部４１の内径と同一であり、調芯具支持体５１に嵌め込まれねじ止め（接合）された調芯具３５ａは、ぐらつくことなく安定して支持される。

調芯具３５ａは、固定式反射ミラー３０ａが管１００の半径方向に向け反射する超音波の透過を妨げないように、管接触体４２がマルチプローブ２１ａの側部２４に位置するように調芯具支持体５１に固定される。調芯具３５ａを調芯具支持体５１に取り付ける際に、管接触体４２が前方に向くように配置すれば、調芯具３５ａは、固定式反射ミラー３０ａが管１００の半径方向に向け反射する超音波の透過を妨げることはないが、プローブユニット１１の全長が長くなるので好ましくない。本実施形態では、調芯具３５ａ、３５ｂを互いに向き合うように配置し、調芯具３５ａ、３５ｂの間隔をプローブユニット１１の全長よりも短くしている。

調芯具３５ｂは、後方のマルチプローブ２１ｂの底面に固定された送水ホース接続コネクタ７６に装着される。本実施形態では、送水ホース接続コネクタ７６を調芯具支持体として利用する。送水ホース接続コネクタ７６は、両端部が開口した円筒部材であり、マルチプローブ２１ｂの中心軸と送水ホース接続コネクタ７６との中心軸とが一致するようにマルチプローブ２１ｂの底面にねじ止め（接合）されている。送水ホース接続コネクタ７６の外径は、前方の調芯具支持体５１の外径と同一であり、送水ホース接続コネクタ７６に嵌め込まれねじ止め（接合）された調芯具３５ｂはぐらつくことなく安定して支持される。

調芯具３５ｂは、調芯具３５ａと同じ思想に基づき、管接触体４２がマルチプローブ２１ｂの側部２４に位置するように装着部４１を介して送水ホース接続コネクタ７６に固定されている。送水ホース接続コネクタ７６は、マルチプローブ２１ｂとの接続部近傍に、送水された水を排出するための送水口７８を有し、調芯具３５ｂは、送水ホース接続コネクタ７６に対して、装着部４１が送水口７８よりも後方に位置するように取付けられている。また調芯具３５ｂは、装着部４１から水漏れが発生しないように、送水ホース接続コネクタ７６に取付けられている。この点は調芯具３５ａも同じである。

本プローブユニット１１は、前後の調芯具３５ａ、３５ｂで仕切られた区画５５のみを満水とし使用する局部水浸式のプローブユニットである。局部水浸は、以下の要領で実現される。送水ホース接続コネクタ７６には、送水ホース７９が接続され、送水ポンプ８０から送水された水は、送水ホース接続コネクタ７６に設けられた送水口７８から区画５５内に流入する。区画５５内に流入した水は、区画５５内を満水にし、調芯具３５ａ、３５ｂの弾性片３７の隙間及び管接触体４２の隙間から区画５５外に排出される。なお区画５５内で発生した気泡も、水と一緒に区画５５外に排出される。

上記のように本プローブユニット１１は、調芯具３５を水溜材として機能させ、前後の調芯具３５ａ、３５ｂで区画された領域のみを満水にするので、水の使用量を大幅に削減することができる。また本プローブユニット１１は、管１００内全体を満水にする必要がないため、管１００内全体を満水にするための周囲に対する防水対策も必要なく、容易に実施することができる。

例えば、加熱炉伝熱管を検査する場合、加熱炉内部に敷き詰められた耐火材が水で濡れてしまうと、運転開始後に高温になり弾けて割れてしまうため、耐火材を水で濡らすことは絶対に避けなければならない。管１００内全体を満水とする場合、管内から外部への排水量が多いため、耐火材が濡れないような対策が簡単ではない。これに対して本プローブユニット１１で採用する局部水浸法は、調芯具３５ａ、３５ｂで区画された領域のみを満水にするので、管１００内全体を満水とする場合と比較して水の使用量が少ない。このため、管内からの排水量が少なく耐火材の防水対策が非常に簡単である。また熱交換器は、管板付近が減肉し易いが、このように局所のみを集中的に検査したいような場合には、本プローブユニット１１は特に有効である。

以上からなるプローブユニット１１は、構成が簡便で駆動部もなく、さらに固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂを使用するため小型化が容易である。このため曲管部も容易に通過させることができる。ここでプローブユニット１１の全長の一例を示すと、内径が２０．２ｍｍの管１００の検査に使用するプローブユニット１１の場合、調芯具支持体５１の前端５３と送水ホース接続コネクタの後端７７との距離が６０ｍｍ程度である。

本プローブユニット１１は、調芯具３５の管接触体４２に高分子ゲルを使用するため、従来の調芯具と比較して管内壁面１０１との摩擦抵抗を小さくすることができる。一方で、高分子ゲルは、金属材料等と比較すると耐久性が低い。このため調芯具３５を高分子ゲルのみで形成すると、高分子ゲルの摩耗に伴い管内壁面１０１に対する接触状態が変化し、プローブユニット１１の管１００に対する中心保持が難しくなる。これに対して本プローブユニット１１では、弾性片３７が管接触体４２を管内壁面１０１に押付けるため、管接触体４２が摩耗しても弾性片３７が拡張（伸長）しプローブユニット１１の管１００に対する中心保持が維持される。

高分子ゲルからなる管接触体４２は、金属材料等で形成された管接触体に比較して耐久性が低い。このため調芯具３５は、管接触体４２を交換することを前提とした構造としておくことが好ましい。図６に、着脱容易な管接触体４５を示す。

管接触体４５は、管接触体４２と同様に弾性片の先端部３９に取付け使用されるが、管接触体４２と異なり、高分子ゲルの他に基材４６を有する。この基材４６は、ダブルネットワークゲルなどの高分子ゲルを合成する際に用いられる基材である。ダブルネットワークゲルなどの高分子ゲルは、通常、基材上に合成されるので、合成された高分子ゲルは、基材と密着した状態である。ここでは、合成の際に使用した基材を剥離することなく基材４６として使用する。図６では、基材４６上に合成した直方体の高分子ゲルの上部（図６の２点鎖線の部分）を切り落とし、管接触体４５とする。

第１実施形態の調芯具３５では、弾性片３７の先端部に管接触体４２が接着剤で固定されているため、管接触体４２が摩耗した場合、摩耗した管接触体４２を切り取り、新たな管接触体４２を接着、固定することができる。これに対して図６では、弾性片の先端部３９に基材４６が嵌り込む凹部（図示省略）を設け、ここに基材４６を嵌め込み固定する。この方法は着脱が容易であり、管接触体４５が摩耗した場合であっても簡単に交換することができる。基材４６は、高分子ゲルと異なり剛性を有するので、弾性片の先端部３９への固定が容易であり、嵌め合いの他、互いに係合する爪等を使用すれば、管接触体４５を確実に、また着脱容易に固定することができる。

また管接触体を着脱式とすると、測定対象に応じて管接触体を使い分けることも容易となり利便性が増す。例えば、一般的にダブルネットワークゲルは、形状記憶ゲルに比較して耐久性は劣るものの低摩擦性に優れる。このような特性を活かし、曲管部が多い管１００を検査するような場合には、ダブルネットワークゲルを用いた管接触体を使用すればよい。なお高分子ゲルが摩耗し、摩耗カスが管１００内に残ったとしても、その量は非常にわずかであり、さらに高分子ゲルは、成分が水や原油に含まれる有機物と類似しており、管内壁面１０１の腐食や酸化が加速することはない。

探傷器７１は、各プローブ２５へのパルス信号の送信、その送信のタイミングの制御、プローブ２５からのパルス信号の受信、その他測定に必要な処理、制御を行う。探傷器７１とプローブ２５とを結ぶケーブル７３は、送水ホース７９、マルチプローブ２１及び固定式反射ミラー３０内を挿通する。

送水装置７５は、プローブユニット１１に装着された前後の調芯具３５ａ、３５ｂで仕切られた区画５５に水を送る装置であり、プローブユニット１１に設けられた送水ホース接続コネクタ７６、これに一端を接続する送水ホース７９、送水ホース７９に水を送る送水ポンプ８０を含み構成される。送水ホース７９は、曲管部も容易に通過可能な柔軟性を有する。

送水装置７５の送水能力は、プローブユニット１１に装着された前後の調芯具３５ａ、３５ｂで仕切られた区画５５を満水にする能力が必要である。区画５５の満水は、当該区画５５に送られる送水量と当該区画５５から排出される排水量との関係で決まるため、予め実験を行い排水量を上回る送水量を決定すればよい。

本プローブユニット１１では、区画５５からの排水は、調芯具３５ａ、３５ｂの隣り合う弾性片３７及び管接触体４２の隙間、さらには管接触体４２に設けられた溝４４を通じて行われる。これら流路は狭いため排水流量は多くない。このため送水装置７５の送水能力も比較的小さなものでよい。

ケーブル巻取器８１は、管１００内の挿入されたプローブユニット１１を移動させるための装置である。本プローブユニット１１では、ケーブル７３は送水ホース７９内に位置するため、ケーブル巻取器８１は、ケーブル７３が挿通した送水ホース７９を巻き取る。ケーブル巻取器８１は、距離エンコーダ８３を備え、ケーブル７３の巻取量を検知する。

データ処理装置９１は、マニュアルコントローラ９２、データロガー９３及びモニタ９４を備える。マニュアルコントローラ９２は、スイッチ及びボリュームを備え、モニタ９４で確認しながらゲイン、ゲートレベル、位置、データ収録時間、測定スピードを調整することができる。データロガー９３は、探傷器７１及び距離エンコーダ８３から送られるデータを保存する。データ処理装置９１は、残肉厚等を算出するプログラムを内蔵し、探傷器７１及び距離エンコーダ８３から送られるデータから残肉厚及びプローブ位置等を算出し、モニタ９４に表示する。このようなデータ処理装置９１は、パーソナルコンピュータ等を用いて実現することができる。

次に、超音波探傷検査装置１を用いた管１００の残肉厚測定の手順を説明する。

検査対象である管１００の一端までプローブユニット１１を手押しで挿入し、送水装置７５を介して、所定量の水をプローブユニット１１の区画５５内に送水する。送水は、検査が終了するまで継続して行う。区画５５内に送られた水は、区画５５内を満水とし、調芯具３５ａ、３５ｂの隣り合う弾性片３７及び管接触体４２の隙間、さらには管接触体４２に設けられた溝４４を通じて区画５５外に排出される。

区画５５内を満水にした後、探傷器７１からプローブ２５にパルス信号を送り、残肉厚測定を開始する。以降、ケーブル巻取器８１を介してプローブユニット１１を移動させつつ、残肉厚測定を行う。管壁面で反射した超音波は、パルス信号として探傷器７１が受信し、データ処理装置９１を介して残肉厚に変換する。

以上からなる超音波探傷検査装置１は、プローブユニット１１が、摩擦抵抗が小さい調芯具３５を備えるので、長尺の直管、曲管部へのプローブユニット１１の送り込み、測定時におけるプローブユニット１１の巻き取りなど管１００内の移動が容易である。具体的には、腐食による凹凸、溶接継手裏波突出部のような管内面の形状的不連続部も滑らかに追従し、プローブの不要な挙動が小さくなる。またプローブユニット１１を引き抜く時に、プローブユニット１１が管内面の形状的不連続部に引っ掛かるリスクが低減する。またプローブユニット１１の管１００に対する摩擦抵抗が小さいので、ケーブル巻取器８１のモータを小型化、省電力化することができ、さらに送水ホース接続コネクタ７６に大きな負荷が加わらず損傷し難い。

またプローブユニット１１は、調芯具の管接触体４２に低摩擦性の高分子ゲルを使用するので、管１００と調芯具３５ａ、３５ｂとの接触面積を大きくすることが可能となり、調芯具３５ａ、３５ｂの中心保持機能を高めることができる。これら調芯具３５ａ、３５ｂに起因する作用効果は、第２実施形態の超音波探傷検査装置２で使用するプローブユニット１５、さらには変形例であるプローブユニットにおいても同じである。

さらにプローブユニット１１が固定式反射ミラー３０方式のプローブユニットであるため従来のプローブユニットに比較して全長が短く、曲管部も容易に通過することができる。またプローブユニット１１が局部水浸式ゆえ、水の使用量も少ない。以上により超音波探傷検査装置１は作業性に優れる。

図７は、本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の第１変形例であるプローブユニット１２の要部構成図である。図１から図６に示す第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

プローブユニット１２は、プローブユニット１１と基本構成は同じであるが、マルチプローブ２１ａ、２１ｂ及び固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂの配置が異なる。プローブユニット１２では、マルチプローブ２１ａ、２１ｂが中央に配置され、それを挟み込むように両側に固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂが配置されている。

プローブユニット１２は、プローブユニット１１と比較しマルチプローブ２１ａ、２１ｂ及び固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂの配置が異なるものの、調芯具３５ａ、３５ｂが固定式反射ミラー３０ａ、３０ｂを挟むように配置され、前後の調芯具３５ａ、３５ｂで仕切られた区画５５のみを満水にし使用するなど使用方法、さらには作用効果はプローブユニット１１と同じである。

図８は、本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の第２変形例であるプローブユニット１３の要部構成図である。図１から図６に示す第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

プローブユニット１３は、プローブユニット１１と基本構成は同じであるが、プローブユニット１３は、マルチプローブ２１及び固定式反射ミラー３０がそれぞれ１つである。これに伴い固定式反射ミラーの底面３３に調芯具支持体５１が固定されている。プローブユニット１３は、マルチプローブ２１及び固定式反射ミラー３０がそれぞれ１つであるものの、調芯具３５ａ、３５ｂが固定式反射ミラー３０を挟むように配置され、前後の調芯具３５ａ、３５ｂで仕切られた区画５５のみを満水にし使用するなど使用方法はプローブユニット１１と同じである。

プローブユニット１３とプローブユニット１１とを比較すると、プローブユニット１３は、プローブユニット１１に比較してプローブ２５の数が半分であるため、測定精度が若干低下する可能性がある。一方でプローブユニット１３の全長を短くすることができるので、曲管部を通過し易くなる。このようにプローブユニット１１とプローブユニット１３とでは、特徴が異なるので使用先、目的に応じて適宜選択し使用すればよい。

図９は、本発明の第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１の第３変形例であるプローブユニット１４の要部構成図である。図１から図６に示す第１実施形態の超音波探傷検査装置１で使用するプローブユニット１１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

プローブユニット１４は、プローブユニット１１と基本構成は同じであるが、マルチプローブ２１ｃと固定式反射ミラー３０ｃ、マルチプローブ２１ｄと固定式反射ミラー３０ｄとの間隔を変更可能に構成されている。固定式反射ミラー３０ｃ、３０ｄは、頂部に管軸Ｏ方向に伸びる雄ねじ３２ｃ、３２ｄを有し、マルチプローブ２１ｃ、２１ｄには、管軸Ｏ方向中心部に雄ねじ３２ｃ、３２ｄが螺合する雌ねじ（図示省略）が設けられている。マルチプローブ２１ｃ、２１ｄに設けられた雌ねじは、ケーブル７３が挿通する貫通孔の内壁面に設けられている。

固定式反射ミラー３０ｃ、３０ｄに設けられた雄ねじ３２ｃ、３２ｄは、一方が右ねじ、他方が左ねじであり、逆ねじとなっている。雄ねじ３２ｃ、３２ｄに螺合するマルチプローブ２１ｃ、２１ｄに設けられた雌ねじも同様である。このような構成は、マルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との間隔を、左右同時にまた同じ距離だけ変更させることができるので使い勝手がよい。

マルチプローブ２１ｃ、２１ｄには、雄ねじ３２ｃ、３２ｄが緩むことを防止する止めねじ（図示省略）が設けられている。マルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との間隔を変更させるときには、止めねじを緩め、間隔を変更し、その後、止めねじを締め込み互いの位置を固定する。

上記構成からなるプローブユニット１４において、固定式反射ミラー３０ｃ、３０ｄを時計廻り、あるいは反時計廻りに回転させると、マルチプローブ２１ｃと固定式反射ミラー３０ｃ、マルチプローブ２１ｄと固定式反射ミラー３０ｄとが接近あるいは離れていく。このようにマルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との間隔を変更させることができるプローブユニット１４は、水距離（プローブから管内面壁までに超音波が伝播する経路の距離）が固定される管内壁面１０１と正対するプローブと異なり、水距離を長く確保することができるので、内面減肉に対する検出性能が向上する。またマルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との間隔を変更させることができるため、超音波のフォーカスを調整できる。従って、例えば外径が同じで肉厚が異なる管を測定する場合、固定式反射ミラーの位置をずらして最適なフォーカスで測定が可能となり、減肉部に対する検出能が向上する。

プローブユニット１４は、プローブユニット１１と異なり、マルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との間隔を変更可能であるが、調芯具３５ａ、３５ｂが固定式反射ミラー３０ｃ、３０ｄを挟むように配置され、前後の調芯具３５ａ、３５ｂで仕切られた区画５５のみを満水にし使用するなど使用方法、基本的な作用効果はプローブユニット１１と同じである。

マルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との間隔を変更させる機構は、上記実施形態に限定されるものではない。マルチプローブ２１ｃ（２１ｄ）と固定式反射ミラー３０ｃ（３０ｄ）との距離を左右別々に変更可能としてもよい。また距離を変更させる機構もねじに限定されるものではない。

図１０は、本発明の第２実施形態の超音波探傷検査装置２で使用するプローブユニット１５の要部構成図である。図中の太い矢印は水の流れを示す。図１から図６に示す第１実施形態の超音波探傷検査装置１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図１０において前、前方、上流とは、送水ホース７９と反対側の方向を言う。

本発明の第２実施形態の超音波探傷検査装置２の基本構成は、第１実施形態の超音波探傷検査装置１と同じであり、プローブユニット１５、探傷器７１、送水装置７５、ケーブル巻取器８１及びデータ処理装置９１を備える。第２実施形態の超音波探傷検査装置２と第１実施形態の超音波探傷検査装置１との違いは、プローブユニット１５にある。

プローブユニット１５は、回転ミラー式でかつ局部水浸式のプローブユニットであり、超音波センサーであるプローブ２５と、プローブ２５から管軸Ｏ方向に発信される超音波を管１００の半径方向に向け放射状に反射させる回転式反射ミラー６０と、プローブ２５を管１００の中心に保持する調芯具３５（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）と、回転式反射ミラー６０を回転させる駆動装置６１と、プローブ２５及び回転式反射ミラー６０を収納するケーシング６７とを備える。

プローブユニット１５で使用するプローブ２５は、マルチプローブではなく、１個の円柱状のプローブ２５からなる。プローブ２５は、第１実施形態のプローブ２５と同様に、プローブ固定台（図示省略）の先端面に振動子（図示省略）が固定され、振動子は、ケーブル接続部（図示省略）を有し、ケーブル接続部にパルス信号を送受信するケーブル７３が接続される。

回転式反射ミラー６０は、駆動（回転）装置を介して回転し、プローブ２５から管軸Ｏ方向に発信される超音波を管１００の半径方向に向け放射状に反射させる。回転式反射ミラー６０は、回転式反射ミラー６０の駆動（回転）装置である回転タービン６１の先端部に、回転タービン６１の軸心Ｏに対して４５°の角度で固定されている。

回転タービン６１は、回転式反射ミラー６０を回転させるための装置であり、円筒体形状を有し、基端部には回転タービン６１を回転させるための回転機構（図示省略）が設けられている。回転機構は、半径方向に設けられた水噴出口（図示省略）を有し、送水装置７５から送られる水を水噴出口から噴出する反動で回転タービン６１を回転させる。回転タービン６１の回転機構は、水噴出口に代えタービン翼などを使用することが可能であり、要すれば回転タービン６１を安定的にまた確実に回転させることができればよい。このとき回転機構が、小型で水の使用量が少なければ好ましい。

回転タービン６１は、ベアリング６５を介してケーシング６７に回転自在に収納されている。ケーシング６７の先端部には、回転式反射ミラー６０の回転を検出するターゲットピン６３が取付けられている。

ケーシング６７は、円筒形状の部材であり、プローブ２５及び回転タービン６１を収納する。ケーシング６７の外径は、管１００の内径よりも小さく設定されている。このためプローブユニット１３を管１００に挿入すると、管１００とケーシング６７との間には十分な間隔があるが、ケーシング６７には調芯具３５ｂ、３５ｃが取付けられるため、プローブユニット１３を管軸Ｏに平行にかつ管１００の中心部に配置することができる。

従来の回転ミラー式のプローブユニットにおいて、ケーシングの外径を管１００の内径と略同一としたものがあるが、このような回転ミラー式のプローブユニットは、管１００内でプローブユニットを移動させる際の抵抗が大きく、また曲管部を通過し難い。

プローブ２５は、前面３４が前方を向くようにケーシング６７の後端からケーシング６７内に挿入され、ケーシング６７の中央部に固定される。回転タービン６１は、基端部がプローブ２５と対向するように、ケーシング６７の前端からケーシング６７内に挿入される。ベアリング６５はケーシング６７内に収納されるが、回転式反射ミラー６０は、ケーシング６７から突出した状態である。ケーシング６７に収納された回転タービン６１は、プローブ２５と異なり回転自在である。

プローブ２５及び回転タービン６１を収納したケーシング６７の外壁面６８には、ケーシング６７を管軸Ｏに平行にかつ管１００の中心部に配置するための調芯具３５ｂ、３５ｃが取付けられている。ここで使用する調芯具３５ｂ、３５ｃは、第１実施形態で使用した調芯具３５と同一のものであり、ケーシング６７の前部及び後部に各々１個取付けられている。この２つの調芯具のうち前方の調芯具３５ｂは、区画５５を形成するための水溜材として機能する。

プローブユニット１５には、さらにもう１つ調芯具３５ｄが、回転タービン６１の前端よりもさらに前方に配置されている。調芯具３５ｄは、ケーシング６７に取付けられた調芯具３５ｂ、３５ｃと基本構成を同じくするが、調芯具３５ｄは装着部に該当する部分が塞がれている。これは調芯具３５ｄが、調芯具支持体に装着されないこと、さらに調芯具３５ｄを水溜材として機能させるためである。回転タービン６１の前端よりもさらに前方には調芯具３５ｄを固定するための部材がないため、調芯具３５ｄは、ケーシング６７の前部に取付けられた調芯具３５ｂと連結具４７を介して連結される。

連結具４７は、短冊状の形状を有し、６本の連結具４７が調芯具３５ｂの装着部４１、調芯具３５ｄの装着該当部を結ぶ。６本の連結具４７は、調芯具３５ｂの装着部４１の円周方向に均等に配置されている。連結具４７の数は、６本に限定されるものではない。連結具４７の長さは、調芯具３５ｄが、回転式反射ミラー６０が反射する超音波及び管壁面で反射した超音波の透過を妨げない範囲で短い方が好ましい。連結具４７の長さを短くすることでプローブユニット１５の全長が短くなり、さらに調芯具３５ｂ、３５ｄの固定状態も安定する。連結具４７の幅は、調芯具３５ｂと調芯具３５ｄとをしっかりと固定することができればよく、特定の幅に限定されるものではない。

連結具４７の厚さ、材質は重要である。連結具４７は、回転式反射ミラー６０の前を横切るように２つの調芯具３５ｂ、３５ｄを連結するため、回転式反射ミラー６０が反射する超音波及び管壁面で反射した超音波の透過を妨げないことが必要である。連結具４７が厚くなると超音波が透過し難くなり、また水との音響インピーダンスの差が大きい材料を使用すると超音波が透過し難くなる。高分子ゲルは、超音波透過性に優れるので連結具４７に適している。

通常、残肉厚測定等においては、用途に応じて超音波が使い分けられる。例えば肉厚が厚い管では、１５ＭＨｚの超音波を発信するプローブが、肉厚が薄い管では、２０ＭＨｚの超音波を発信するプローブが使用される。よって連結具４７には、プローブ２５に適した高分子ゲル、例えば２０ＭＨｚの超音波を発信するプローブ２５であれば、２０ＭＨｚの超音波を透過する高分子ゲルを使用する。なお、２０ＭＨｚの超音波を発信するプローブとは、主として発信する周波数が２０ＭＨｚであり、１９．８ＭＨｚなど２０ＭＨｚ前後の周波数の超音波も多少含まれる。

ところで高分子ゲルは、２０ＭＨｚの超音波を透過可能な場合、それよりも低い超音波も透過させることができる。よって２０ＭＨｚの超音波を透過可能な高分子ゲルを使用すれば１５ＭＨｚの超音波を透過させることができる。よって連結具４７は、超音波の透過性のみを考えればプローブ２５が発信する周波数に応じて使い分けることが好ましいが、使い勝手を優先させ、１種類の連結具４７で２種類のプローブ２５に対応させてもよい。

ダブルネットワークゲルの含水率は９０％程度であり、音響インピーダンスは水と同等である。このようなゲルは、連結具４７として好適に使用することができる。ダブルネットワークゲルの他、先に示した形状記憶ゲル、相互侵入網目構造ゲル、セミ相互侵入網目構造ゲル、相互架橋網目ゲルについてもこの中からプローブ２５が発信する超音波及び管壁面で反射した超音波を透過する高分子ゲルを選択し使用すればよい。なお、連結具４７は、調芯具３５の管接触体４２と異なり管内壁面１０１に接触することはないので、耐摩耗性は特に要求されない。

水溜材として機能する２つの調芯具３５ｂ、３５ｄは、第１実施形態の調芯具３５ａ、３５ｂと同様に、２つの調芯具３５ｂ、３５ｄで仕切られた区画５５内を満水にする。送水装置７５は、第１実施形態の送水装置７５と同一の構成からなり、送水ホース７９は、ケーシング６７の末端に取付けられている。送水装置７５から送られる水は、ケーシング６７とプローブ２５との隙間から回転タービン６１の基端部に流れ込み、水噴出口（図示省略）から勢いよく噴き出して回転タービン６１を回転させ、回転式反射ミラー６０が反射する超音波と一緒に管内壁面１０１に向け移動し、区画５５内を満水にした後に、区画５５外に排出される。

第１実施形態の送水装置７５は、基本的に区画５５内を満水可能に送水することができればよいが、第２実施形態の送水装置７５は、区画５５内を満水にすることの他に、回転タービン６１を高速回転させることが必要である。このため第１実施形態の送水装置７５に比較して、送水流量が多くなる。また区画５５内への送水流量を多くするには、区画５５内から区画５５外へ排出される水の流量も多くする必要がある。このため主たる水の排出路である隣り合う弾性片３７の間（隙間）は、第１実施形態の調芯具３５に比較して広くなりやすい。

第２実施形態の超音波探傷検査装置２では、回転式反射ミラー６０を使用するものの使用方法は、第１実施形態の超音波探傷検査装置１と基本的に同じである。

回転ミラー式のプローブユニットは、従来から提案されているが、従来のミラー回転式のプローブユニットは、調芯具が回転式反射ミラーの駆動部側にのみ配置された片持ち支持方式であったため、プローブを管軸Ｏと平行にすることが難しい。これに対して本発明のプローブユニット１５では、回転式反射ミラー６０を挟むように前後に調芯具３５ｂ、３５ｄが配置されているので、容易にプローブ２５を管軸Ｏと平行にすることができる。

また本発明のプローブユニット１５は、局部水浸式のプローブユニットであるので、水の使用量を大幅に削減し、管１００内全体を満水にする必要がないため、管１００内全体を満水にするための周囲に対する防水対策も必要なく、容易に実施することができる。このためプローブユニット１１と同様に、管板付近が減肉し易い熱交換器の伝熱管の検査に好適に使用することができる。

第２実施形態に示すプローブユニット１５は、次のように変形し使用することができる。

図１１は、プローブユニット１５の第１変形例であるプローブユニット１６の要部構成図である。図中の太い矢印は水の流れを示す。図１０に示す第２実施形態のプローブユニット１５と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図１１において前、前方、上流とは、送水ホース７９と反対側の方向を言う。

プローブユニット１６は、プローブユニット１５と基本構成が同一であるが、回転式反射ミラー６０の前後に配置された調芯具３５ｂ、３５ｄを連結する連結具４８の形状が異なる。プローブユニット１５では、短冊状の連結具４７を使用するが、プローブユニット１６では、円筒形状の連結具４８を使用する。連結具４８の内径はケーシング６７の外径と略同一であり、厚さは超音波が透過可能な厚さであり、連結具４８の外径は、管１００の内径よりも小さい。連結具４８は、連結具４７と同じ高分子ゲルで形成されている。

また連結具４８には、内外を連通させるための貫通孔４９が複数穿設されている。連結具４８が連結する２つの調芯具３５ｂ、３５ｄは、プローブユニット１５で使用する調芯具３５ｂ、３５ｄと同一の構成からなり、連結具４８の連結箇所もプローブユニット１５の連結具４７と同じである。

以上からなるプローブユニット１６は、プローブユニット１５と同様に、送水装置７５から送られる水が回転タービン６１を回転させ、回転式反射ミラー６０が反射する超音波と一緒に管１００の半径方向に向け移動し、連結具４８の貫通孔４９から連結具４８の外に流れ込み、区画５５内を満水とした後に調芯具３５ｂ、３５ｄの隣り合う弾性片３７及び管接触体４２の隙間、さらには管接触体４２に設けられた溝４４を通じて区画５５外に排出される。

図１２は、プローブユニット１５の第２変形例であるプローブユニット１７の要部構成図である。図中の太い矢印は水の流れを示す。図１０に示す第２実施形態のプローブユニット１５と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図１２において前、前方、上流とは、送水ホース７９と反対側の方向を言う。

プローブユニット１７は、プローブユニット１５と基本構成が同一であるが、回転式反射ミラー６０の前方にある調芯具３５ｅの固定要領が異なる。調芯具３５ｅは、ケーシング６７に取付けられた調芯具３５ｂ、３５ｃと構成、形状が同一であり、回転タービン６１の先端部にベアリング６６を取付け、このベアリング６６に調芯具３５ｅの装着部４１を取付ける。このような方法により調芯具３５ｅをしっかり固定することができる。なお、このベアリング６６を通じて区画５５外に水が流出しない構造となっている。

プローブユニット１７もプローブユニット１５と同様に、連結具４７を介して調芯具３５ｅと調芯具３５ｂとが連結されるが、プローブユニット１７は、基本的にベアリング６６を介して回転タービン６１に支持されるため、連結具４７は、調芯具３５ｅの回転を防止できればよい。このため連結具４７の本数も少なくてもよい。

第２実施形態に示すプローブユニット１５及びその変形例であるプローブユニット１６、１７は、水流（水圧）を使用した回転タービン６１を用いて回転式反射ミラー６０を回転させるが、水流（水圧）を使用した回転タービン６１を設ける代わりに電動モータを設け、電動モータを介して回転式反射ミラー６０を回転させてもよい。

電動モータを使用する場合であっても調芯具３５の取付け要領、作用等に変わりはない。つまり回転タービン６１を使用する場合と同様に、２つの調芯具３５ｂ、３５ｄ、３５ｂ、３５ｅで区切られた区画５５のみを満水とし使用することができる。電動モータを使用する場合、送水装置７５は、回転タービン６１を駆動する必要がないため、送水流量は第１実施形態のプローブユニット１１と同じように考えればよい。

以上、本発明の第１及び第２実施形態の超音波探傷検査装置、それに使用するプローブユニットさらにはプローブユニットの変形例について説明したが、本発明に係る超音波探傷検査装置及びプローブユニットは、上記実施形態に限定されるものではなく要旨を変更しない範囲で変更して使用することができる。また本発明に係る超音波探傷検査装置及びプローブユニットは、上記実施形態に示す数値に限定されるものでもない。

例えば上記実施形態の調芯具では、複数の弾性片で構成される弾性体を示したが、弾性体の構造、形状は、他のものであってもよい。例えば、弾性体をラッパ状とし、部分的に水を排出するための孔を設け、弾性体の先端部に管接触体を取付けてもよい。また弾性体にコイルばね、空気ばねを使用し、さらには油圧、水圧を利用したものであってもよい。要すれば、弾性体は、管接触体を所定の圧力で管内壁面に押付けることができ、さらに水が流通する流路があればよい。

上記実施形態では、管接触体が一種類の高分子ゲルで形成されているが、管接触体を特性あるいは形状の異なる２種類以上の高分子ゲルを使用して形成してもよい。

また上記実施形態で示したプローブユニットは、いずれも２つの調芯具を水溜材として機能させ、２つの調芯具で仕切られた区画のみを満水とする局部水浸方式のプローブユニットであったが、調芯具を水溜材として機能させることなく管全体を満水にして使用してもよい。

また複数個の調芯具を送水ホースに取付け使用することで以下の効果を奏することができる。（１）特に曲管部において、送水ホースが管内壁面と直接接触することを避け、スムーズに通過させることができる。（２）送水ホースには、ねじれ（よれ）があり、プローブの中心保持に対して悪影響を及ぼしている。そこで、複数の調芯具で送水ホースを支持することにより、送水ホースのねじれ（よれ）を取り除くことができる。（３）管内に局部的な凹み部（例；面状減肉）があり、プローブ前後の調芯具がその凹み部に嵌った場合、プローブ前後の調芯具の機能が低下する可能性がある。調芯具が複数個あれば、そのような場合にもプローブを適切に保持できる。

送水ホースへの調芯具の取付けは、特定の方法に限定されるものではないが、一例を示せば、送水ホースにおいて、調芯具を取付ける位置の上・下流側にそれぞれ環状ゴムを接着固定し、それらの間に調芯具を挟みこんで固定すればよく、個数としては、接続コネクタから下流方向へ１００ｍｍピッチで３〜１０個取付ければよい。

ただし、調芯具は距離エンコーダを通過できない（形状的な引っ掛かる）ため、取付数が多すぎると作業性が悪くなる。従って、取付範囲は接続コネクタから１０００ｍｍ範囲以内が望ましい。また、熱交換器の管板部のように、測定距離が短くかつ直管部のみが検査対象となる場合は、取り付ける調芯具の数は少なくてよい。なお、取付範囲は、測定距離以下でよい。つまり、例えば熱交換器の管板部伝熱管では５００ｍｍ以下でよい。

図面を参照しながら好適な超音波探傷検査装置、それに使用するプローブユニットさらにはプローブユニットの変形例について説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。従って、そのような変更及び修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１，２ 超音波探傷検査装置
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７ プローブユニット
２１，２１ａ、２１ｂ マルチプローブ
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 固定式反射ミラー
３２ｃ，３２ｄ 雄ねじ
３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ 調芯具
３６ 弾性体
３７ 弾性片
３８ 弾性片の基端部
３９ 弾性片の先端部
４０ 空間部
４２，４５ 管接触体
４３ 管接触体の上面
４４ 管接触体の溝
４５ 管接触体
４６ 基材
４７，４８ 連結具
５５ 区画
６０ 回転式反射ミラー
６１ 駆動装置、回転タービン
７１ 探傷器
７３ ケーブル
７５ 送水装置
８１ ケーブル巻取器
８３ 距離エンコーダ
９１ データ処理装置
１００ 管
１０１ 管内壁面
Ｏ 管軸

Claims (11)

1. 超音波を送受信するプローブと、前記プローブを管の中心に保持する調芯具とを備え、管内に挿入され使用されるプローブユニットであって、
   前記調芯具は、管内壁面に押付けられる管接触体と、前記管接触体を管内壁面に押付ける弾性体とを有し、
   前記管接触体は、高分子ゲル（除く、天然高分子ゲル）で形成されており、
   前記調芯具には、水が流通可能な流路が設けられ、該プローブユニットを管内に挿入した状態で管内に水を流通させることが可能なことを特徴とするプローブユニット。
2. 前記管接触体を形成する高分子ゲルが、下記の（Ａ）群のいずれか１種に該当することを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。
   （Ａ）形状記憶ゲル，ダブルネットワークゲル，相互侵入網目構造ゲル，セミ相互侵入網目構造ゲル，相互架橋網目ゲル
3. 前記弾性体は、間隔を開け円周方向に等間隔に配置された複数の弾性片からなり、
   前記管接触体は、それぞれの弾性片の先端部に取付けられ、
   前記流路が、隣り合う弾性片の隙間及び隣り合う管接触体の隙間であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプローブユニット。
4. 前記管接触体は、管内壁面に接する面に、水が流通可能な溝を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプローブユニット。
5. 前記管接触体を形成する高分子ゲルは、基材に密着した高分子ゲルからなり、
   前記管接触体は、前記基材を介して前記弾性体の先端部に着脱可能に取付けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプローブユニット。
6. さらにプローブから管軸方向に向け発信される超音波を管の半径方向に向け反射する固定式反射ミラーを有し、
   前記プローブは、円周方向に配置された複数個のプローブで構成され、
   前記調芯具が、前記固定式反射ミラーを挟むように前記固定式反射ミラーの前後に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプローブユニット。
7. 前記固定式反射ミラー及び／又は前記プローブは、管軸方向に対する互いの距離が変更可能なことを特徴とする請求項６に記載のプローブユニット。
8. 前記前後の調芯具の管接触体の間隔が、該プローブユニットの長さよりも短く設定されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のプローブユニット。
9. さらにプローブの前方に回転可能に取付けられ、プローブから管軸方向に向け発信される超音波を管の半径方向に向け放射状に反射する回転式反射ミラーと、
   前記回転式反射ミラーを回転させる駆動手段と、を有し、
   前記調芯具が、少なくとも前記回転式反射ミラーを挟むように前記回転式反射ミラーの前後に配置され、
   前記回転式反射ミラーを前後から挟むように配置された前記調芯具が、連結体で互いに連結されており、
   前記連結体が、プローブから発信される２０ＭＨｚ以下の超音波を透過可能な高分子ゲルで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプローブユニット。
10. 前記前後の調芯具を水溜材として機能させ、前後の調芯具で区画された領域を満水可能に構成し、
    さらに前記区画に連通する水供給路を設け、
    前記水供給路を介して前記区画に水を連続的に送り込み、前記調芯具の前記流路から水を連続的に排出し、前記区画のみを満水状態にすることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のプローブユニット。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプローブユニットと、
    管内及び／又は前記プローブユニットに水を供給する水供給手段と、
    前記プローブとパルス信号を送受信する探傷器と、
    管内に挿入された前記プローブユニットを移動させる移動手段と、
    前記プローブの位置を検知する検知手段と、
    を備えることを特徴とする超音波探傷検査装置。

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