JP2020060403A

JP2020060403A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JP2020060403A
Application number: JP2018190664A
Authority: JP
Inventors: 佑己大島; Yuki Oshima; 大内弘文; Hirofumi Ouchi
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: JP7186051B2

Abstract

【課題】複雑曲面に対し、細かな制御不要で安定かつ高精度な探触子走査を実現する超音波検査装置を提供する。【解決手段】本発明の超音波検査装置Ｅは、大円筒体１０１の側面の小円筒体１０２の中心線Ｃ０を軸として回転する回転軸２００と、回転軸２００に対して小円筒体１０２の軸Ｃ０方向にスライド可能である円弧状形状部２０１ａを含む軌道２０１と、軌道２０１に取り付けられ大円筒体内面１０１ａ又は被検面１０７に接し、軌道２０１が小円筒体１０２の周方向に回転する際、大円筒体内面１０１ａ又は被検面１０７と軌道２０１との間の距離を一定に保つための倣い機構２０２と、軌道２０１に沿って移動する探触子保持機構２０３と、探触子保持機構２０３により軸線Ｃ１方向に弾性的に支持された超音波探触子１と、軌道２０１を小円筒体１０２の軸方向に移動させる移動機構２０３Ｍとを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波検査装置に関する。

発電プラントにおける構成機器の保全は正常な運転を維持するために必要である。そのため、非破壊検査技術の果たす役割は重要性が高い。特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要である。そこで、規格により、供用期間中に機器、配管などの経年変化を確認するための体積検査として超音波探傷試験（ＵＴ）が義務づけられている。

例えば、図８に示す原子炉圧力容器１０１と配管１０２を接続するノズル（管台）１０３は、供用前検査（ＰＳＩ）及び供用中検査（ＩＳＩ）の対象箇所である。

図９Ａに、ノズル１０３の軸方向断面（ｘｚ断面及びｙｚ断面）を示す。図９Ａ中、ｘｚ断面を実線で示し、ｙｚ断面を二点鎖線で示す。図９Ｂに、ノズル１０３の軸Ｃ０方向から見た場合におけるノズル１０３の検査範囲１０８と外面Ｒ部１０４との位置関係を示す。
ノズル１０３の外面には外面Ｒ部１０４、円筒部１０５、及び傾斜部１０６が形成されている。外面Ｒ部１０４は、原子炉圧力容器１０１とノズル１０３との境界部である。円筒部１０５はノズル１０３本体である。傾斜部１０６はノズル１０３と配管１０２との境界部である。

また、ノズル１０３の内面にはノズルコーナ部の内面Ｒ部１０７が形成されている。ノズル１０３の検査範囲１０８は、ノズル１０３の内面側の領域ＨＩＪＫ（図９Ａ中、ハッチング部）であり、内面Ｒ部１０７を含むとともに原子炉圧力容器１０１の板厚相当部分を含む。なお、図９Ｂに、ノズル１０３の軸Ｃ０方向から見た場合における検査範囲１０８と外面Ｒ部１０４との位置関係を示す。図９Ｂ中、検査範囲１０８をハッチングで示し、外面Ｒ部１０４をドットで示す。

ノズル１０３の外面Ｒ部１０４および内面Ｒ部１０７は、複雑な三次元曲面形状、詳細には、ノズル１０３の周方向及び軸Ｃ０方向に曲率を持つ形状を有する曲面部である。そのため、図９Ａに示すように、ノズル１０３の周方向における超音波探触子の位置に応じてノズル１０３の軸方向断面の形状が変化し、超音波の入射方向や反射方向を決定づける面の法線方向が位置に応じて大きく変化する。形状変化は、特に図９Ａ中の左右方向のノズル１０３の軸Ｃ０方向への変化が大きい。

図１０Ａ、図１０Ｂは、従来の超音波検査装置の検査を表す概略図である。
図１０Ａは、従来のノズル外面に超音波探触子１００を取り付けた状態を側面からみたイメージ図である。図１０Ｂは、従来の超音波探触子１００の軌道と探触子保持機構を説明するための概略図であり、ＹＺ断面を検査する場合における装置の状態を示した拡大図である。
ノズル１０３の検査範囲１０８を探傷する際には、一般的に、図１０Ａ、図１０Ｂで示すように、ノズル１０３の外面Ｒ部１０４上に超音波探触子１００を設置する。そして、ノズル１０３の外面Ｒ部１０４の形状に倣うように、ノズル１０３の周方向及び軸Ｃ０方向に超音波探触子１００を走査するとともに、超音波探触子１００から超音波を送信する。

このとき、例えばノズル１０３の軸方向断面では屈折角０度、ノズル１０３の径方向断面では屈折角θとなるように、超音波を入射させる。そして、ノズル１０３の欠陥、詳細には、例えばき裂や孔等からのエコー（反射波）を超音波探触子１で受信する。

ただし、この方式は複雑曲面から別の複雑曲面に超音波を伝播させるため、欠陥の位置と方向の違いに対する超音波伝播経路の変化が激しく、十分な強度の反射波を受信できる欠陥は内面Ｒ部１０７の丸みの中央付近（半径方向４５°の地点）に存在する軸方向割れに限られる。

一方、ノズル１０３の内面からアクセス可能であれば、検査範囲１０８の内面Ｒ部１０７とノズル１０３の内側の円筒面上に直接、表面検査用の超音波探触子１００を設置する方式もある。想定する割れの向きに合わせて探触子１００の向きを変えて走査する。例えば、軸割れに対しては周方向、周割れに対しては軸方向に探触子１００を向ける。これにより、常に割れの面に対して正対する方向から探触子１００によって超音波ビームを入射させることができるため、高い検出感度が期待できる。

例えば、特許文献１では、ノズル内面側から内面Ｒ部を検査する超音波検査装置として、複雑に変化する内面形状に合わせて治具側が変形することで探触子を密着させる装置が提案されている。

特開平１０−９０２３３号公報（図９１〜図１、段落０００７〜００１４）特許第２６３７５５３号公報

ところで、特許文献１に記載の装置は、複数の探触子（３）（特許文献１の図１）の使用が前提であり、変形機構にエアチャンバ（４１）と弾性壁（４３）を用いる大掛りな装置で高コストである。また、内面Ｒ部は前述したように、周方向及び軸方向の２方向に曲率を持つ複雑な曲面である。そのため、単純に探触子（３）を押し付けて表面に倣わせる方式では、探触子（３）の姿勢を常に安定させることは難しい。探触子（３）の姿勢は超音波の伝播方向にそのまま影響するため、検査の信頼性確保の観点で懸念がある。

そこで、比較的単純な機構でコストを抑えつつ、ノズルの内面Ｒ部に対し安定した姿勢で探触子を走査するためには、検査位置の違いにより大きく変化する表面曲率への対策が必要である。内面に設置する探触子からみて周方向の曲率が負の値、すなわち凹面になっているため、探触子に内面の最大曲率以上の曲率を付けたウェッジを設置しないと超音波入射点となる探触子中央が内面から浮いてしまう。

しかしながら、内面の周方向曲率は配管の軸方向の位置によって大きく変化する。例えば、図９Ａに示すように、ノズル内面Ｒ部の０°側で最大、９０°側で最小のため、探触子中央が浮くことを防止するには最大曲率に合せたウェッジを用いなければならず、原子炉圧力容器の内面側に近づくと点接触となり単純に押し付けただけでは探触子の姿勢が不安定となってしまう。

上記の探触子の姿勢の安定化を図った装置の一例として、特許文献２に記載の装置がある。特許文献２の第４図に示すように、ノズル周方向における垂直上方（図８の０°方向）と水平左方（図８の２７０°方向）におけるノズル内面の断面形状に合わせたレールを有している。

そして、レール（２６、２７）に沿って探触子を弾性的に保持した探触子（センサ）保持装置（３０）が軸方向に移動しながら、レール（２６、２７）を周方向に回転することで、ノズル内面Ｒ部（ノズル開口部１４）に対して探触子を走査する装置もある。この装置は、０°、１８０°方向および９０°、２７０°方向に対してはノズル内面Ｒ部（ノズル開口部１４）の検査対象位置での法線に超音波探触子の軸線を一致させることができる。

そのため、探触子が安定するが、それ以外の方位に対してはレールの軸方向位置等を手動で調整する必要があり、操作が煩雑となる。また、ノズル１種類の形状に特化した装置となるため、少なくとも同じレールで寸法違いのノズルには対応できない。

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、複雑曲面に対し、細かな制御不要で安定かつ高精度な探触子走査を実現する超音波検査装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の超音波検査装置は、大円筒体の側面に突設された小円筒体の中心線を軸として回転するように配置される回転軸と、前記回転軸に対して前記小円筒体の軸方向にスライド可能である円弧状形状部を含む軌道と、前記軌道に取り付けられ前記大円筒体内面に接し、前記軌道が前記小円筒体の周方向に回転する際、前記大円筒体内面と前記軌道との間の距離を一定に保つための倣い機構と、前記軌道に沿って移動する探触子保持機構と、前記探触子保持機構により軸線方向に弾性的に支持された超音波探触子と、前記軌道を前記小円筒体の軸方向に移動させる移動機構とを備えている。

本発明によれば、複雑曲面に対し、細かな制御不要で安定かつ高精度な探触子走査を実現する超音波検査装置を提供できる。

実施形態の超音波検査装置の図８における０°および１８０°方向となるＸＺ断面を示す図。実施形態の超音波検査装置の図８における９０°および２７０°方向となるＹＺ断面を検査する場合における装置の状態を示す図。軸方向に見たピッチ円直径を収縮した軸受機構の図。軸方向に見たピッチ円直径を拡大した軸受機構の図。回転軸の回転機構の駆動ユニットを示す模式図。ＹＺ断面を検査する場合における超音波検査装置の状態を示す図１Ｂの一部を拡大した拡大図。超音波探触子を保持する探触子保持機構の構造を示す断面模式図。図５ＡのＩ方向矢視図。軌道位置調整機構とオフセット調整機構の一例を示す模式図。図６ＡのII−II断面図。変形例の超音波検査装置を示す断面模式図。原子炉圧力容器と配管を接続するノズル（管台）を示す斜視図。ノズルの軸方向断面（ｘｚ断面及びｙｚ断面）を示す図。ノズルの軸方向から見た場合における検査範囲と外面Ｒ部との位置関係を示す図。従来のノズル外面に超音波探触子を取り付けた状態を側面からみたイメージ図。従来の超音波探触子の軌道と探触子保持機構を説明するための概略図であり、ＹＺ断面を検査する場合における装置の状態を示した拡大図。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、発電プラント、特に原子力プラントにおいて圧力容器や配管の管台における内面のＲ部での超音波検査に好適な超音波検査装置に係る。

実施形態の検査対象として、上述したノズル１０３（図８参照）を例にとり、説明する。なお、前記した図８、図９Ａ、図９Ｂは、本実施形態も同様であり、適宜説明に用いる。

図１Ａ、図１Ｂは、実施形態における超音波検査装置Ｅの構造を表す概略図であり、ノズル１０３の内面に装置（Ｅ）を取り付けた状態を側面からみたイメージ図である。図１Ａに図８における０°および１８０°方向となるＸＺ断面を示し、図１Ｂに図８における９０°および２７０°方向となるＹＺ断面を検査する場合における装置（Ｅ）の状態を示す。図１Ａ、図１Ｂでは、超音波探触子１がノズル内面Ｒ部１０７の４５°方位に移動している場合を代表して図示している。

超音波検査装置Ｅは、軸受機構２６０、回転軸２００、軌道２０１、倣い機構２０２、探触子保持機構２０３、および超音波探触子１を備えている。
超音波検査装置Ｅは、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶと称す）の胴体部１０１の側面に突設され配管１０２を接続するノズル１０３の中心軸Ｃ０と軸線が一致するように、ノズル内面１０３ａに密着するように軸受機構２６０が設置されている。

回転軸２００は、軸受機構２６０に挿入されてノズル１０３の周方向に回転するように配置されている。
回転軸２００には、軌道２０１を保持するガイドレール２００ｂが付設されている。

軌道２０１は、ガイドレール２００ｂに沿ってノズル１０３の軸Ｃ０方向にスライド可能な状態で保持される円弧状形状部２０１ａを含む。
倣い機構２０２は、軌道２０１に取り付けられＲＰＶ内面１０１ａまたはノズル内面Ｒ部１０７に接した状態で用いられる倣いローラ２０２ｒを有している。倣い機構２０２は、ＲＰＶ内面１０１ａまたはノズル内面Ｒ部１０７と回転軸２００との間の距離を一定に保つ役割をもつ。

探触子保持機構２０３は、超音波探触子１を保持している。超音波探触子１は、超音波を発振し、かつ、超音波の反射波を受信する。探触子保持機構２０３は、移動機構２０３Ｍ（図５Ａ参照）によって軌道２０１に沿ってノズル１０３の軸Ｃ０方向に移動する。

超音波探触子１は、探触子保持機構２０３が有する、軌道２０１に対して直角方向に向いた押し付け軸３１０（図５Ａ参照）、例えばバネ、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダなどにより超音波探触子１の軸線方向に弾性的に保持されている。つまり、超音波探触子１は、軌道２０１に対して直角方向に向いた押し付け軸３１０により、ノズル内面Ｒ部１０７に押し付けられている。

＜軸受機構２６０＞
図２Ａ、図２Ｂに、ピッチ円直径を変更可能な構造の軸受機構２６０の１例を示す。図２Ａは、軸Ｃ０方向に見たピッチ円直径を収縮した軸受機構２６０の図であり、図２Ｂは、軸方向に見たピッチ円直径を拡大した軸受機構２６０の図である。

軸受機構２６０は、ノズル内面１０３ａに押し付けられる複数の押し付けパッド２６１を有している。
軸受機構２６０は、複数の押し付けパッド２６１の配置のピッチ円直径を変更可能な構造を持つ可変機構としている。これにより、軸受機構２６０は、ノズル内面１０３ａへの挿入、および密着が容易であり、様々な寸法のノズル１０３に同じ装置を適用できる。

軸受機構２６０は、複数の押し付けパッド２６１、複数のパッド支持アーム２６２、可変誘導リング２６４、および支持円板２６０ｂを有している。
支持円板２６０ｂには、中央に回転軸受穴２６０ａが開口されている。回転軸受穴２６０ａには、回転軸２００と同軸に接続される回転中心軸２００ｊが挿入される。

支持円板２６０ｂには複数の支持ピン２６０ｂ１が設置されている。そして、支持ピン２６０ｂ１には、パッド支持アーム２６２の一方端部が回転自在に支持されている。
支持円板２６０ｂの外周外方には、支持円板２６０ｂに対して回動自在に可変誘導リング２６４が配設されている。可変誘導リング２６４の内径は、支持円板２６０ｂの外径より若干大きな寸法を有しており、可変誘導リング２６４は、支持円板２６０ｂの周囲を円滑に回動する。

可変誘導リング２６４には、複数のパッド支持アーム２６２と同数のリングピン２６４ａが設置されている。
可変誘導リング２６４の外周外方には、複数の押し付けパッド２６１が環状に配設されている。

押し付けパッド２６１には、パッド支持アーム２６２を支持するパッドピン２６１ｐが設置されている。隣接する押し付けパッド２６１の間には、互いを回転自在に支持するパッド間プレート２６３が配設されている。パッド間プレート２６３は、隣接する押し付けパッド２６１を回転自在に連結している。

支持円板２６０ｂと可変誘導リング２６４と複数の押し付けパッド２６１との間には、互いを回転自在に連結する複数のパッド支持アーム２６２が設けられている。
パッド支持アーム２６２は、中央部に長穴２６２ａが設けられ、両端部に孔２６２ｂ、２６２ｃがそれぞれ設けられている。

パッド支持アーム２６２の長穴２６２ａには可変誘導リング２６４のリングピン２６４ａがスライド自在に嵌合されている。
パッド支持アーム２６２の一方端部の孔２６２ｂには、支持円板２６０ｂの支持ピン２６０ｂ１が嵌入され、パッド支持アーム２６２の一方端部が支持ピン２６０ｂ１に回転自在に支持されている。

パッド支持アーム２６２の他方端部の孔２６２ｃには、押し付けパッド２６１のパッドピン２６１ｐが嵌入され、パッド支持アーム２６２の他方端部は、パッドピン２６１ｐに回転自在に支持されている。
上述の軸受機構２６０は、図２Ａに示すように、可変誘導リング２６４を反時計周りの方向（矢印α１方向）に回転させることで、複数のパッド支持アーム２６２の位置が変更され、複数の押し付けパッド２６１の配置のピッチ円直径を縮小できる。

一方、図２Ｂに示すように、軸受機構２６０の可変誘導リング２６４を時計周りの方向（矢印α２方向）に回転させることで、複数のパッド支持アーム２６２の位置が変更され、複数の押し付けパッド２６１の配置のピッチ円直径を拡大できる。

上述の軸受機構２６０によって、ノズル１０３が変わっても押し付けパッド２６１の配置のピッチ円直径を変更し、同じ超音波検査装置Ｅを適用できる。
なお、軸受機構２６０は、押し付けパッド２６１の配置のピッチ円直径を縮小または拡大できれば、上記以外の他の構成を用いてもよい。例えば、複数のパッド支持アーム２６２に径方向外方に外力を付与し、当該外力を制御する構成としてもよい。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、超音波検査装置Ｅでは、回転軸２００に対して、軸受機構２６０の反対側に、ＲＰＶ内面１０１ａの形状に合わせた形状のマグネットホルダ２６９ａ、２６９ｂを有する固定フレーム２６９を設置している。マグネットホルダ２６９ａ、２６９ｂをＲＰＶ内面１０１ａに密着させることで、回転軸２００のＲＰＶ内面１０１ａに対する傾斜を抑え、回転軸２００の軸線をノズル１０３の中心軸と一致させることができる。

固定フレーム２６９には、軸受機構２６０、超音波探触子１、探触子保持機構２０３、軌道２０１、および倣い機構２０２を支持する回転軸２００と、マグネットホルダ２６９ａ、２６９ｂとが固定されている。そのため、固定フレーム２６９は、装置全体の重量を支える役割も果たす。

＜回転軸２００の回転機構＞
図３は、回転軸２００の回転機構である駆動ユニット２８０を示す模式図である。
回転軸２００は、同芯の支持軸２００ｓを介して固定フレーム２６９に回転自在に支持されている。支持軸２００ｓの端部には、回転軸ピニオン２８４が固定されている。

回転軸２００は、回転軸ピニオン２８４、支持軸２００ｓを介して、駆動ユニット２８０によって回転駆動される。
つまり、回転軸２００は、固定フレーム２６９の外部に取り付けられた駆動ユニット２８０内部のモータ２８１から歯車２８２ｂやタイミングベルト等（図示せず）で動力を伝達され、保持した軌道２０１ごとノズル１０３の周方向に回転する。

駆動ユニット２８０は、モータ２８１、ギアボックス２８２、エンコーダ２８３、歯車２８２ｂ等を有している。
モータ２８１の回転は、ギアボックス２８２内の各種歯車２８２ａによって減速され、回転軸ピニオン２８４と噛み合う歯車２８２ｂに伝達される。歯車２８２ｂの回転はエンコーダ２８３で取得され、回転軸２００の回転速度を把握できる。

この構成により、モータ２８１の回転により、回転軸２００は、所望の回転速度で回転制御されている。
駆動ユニット２８０で回転軸２００を回転させることで、超音波探触子１をノズル１０３の周方向に回転させてノズル内面Ｒ部１０７を周方向に測定できる。

＜軌道２０１と探触子保持機構２０３＞
図４はＹＺ断面を検査する場合における超音波検査装置Ｅの状態を示しており、図１Ｂの一部を拡大した拡大図である。
軌道２０１と探触子保持機構２０３について、詳細に説明する。

軌道２０１は、ノズル内面１０３ａにおける検査範囲１０８（図１Ａ参照）の表面形状に合わせて設計されている。すなわち、軌道２０１は、ノズル内面１０３ａの側における直線状の断面輪郭（１０３ａ）と、ＲＰＶ（ＲＰＶ内面１０１ａ）側の円弧状の断面輪郭に合わせ、直線軌道と円弧軌道（中心角およそ90°）を組み合わせた構造である。これにより、軌道２０１の円弧状形状部２０１ａの曲率中心とノズル内面Ｒ部１０７の曲率中心Ｃ（図４参照）とが一致するようにしている。

軌道２０１の内側のノズル内面１０３ａ側には、探触子保持機構２０３が取り付けられている。

＜探触子保持機構２０３＞
図５Ａは、超音波探触子１を保持する探触子保持機構２０３の構造を示す断面模式図であり、図５Ｂは、図５ＡのＩ方向矢視図である。
探触子保持機構２０３は、押し付け軸３１０が搭載される走行台車２０３ａを備えている。走行台車２０３ａは軌道２０１に沿って走行する。

探触子保持機構２０３は、移動機構２０３Ｍを備えている。移動機構２０３Ｍは、ラック３０１、ピニオン３０２、モータ３０３、およびエンコーダ３０４を有している。
ラック３０１は、軌道２０１の延在方向（図５Ａの紙面表裏面方向）に沿って軌道２０１の内側の底板２０１ｓ上に形成されている。

ラック３０１には、ピニオン３０２が噛み合う。
ピニオン３０２は、減速機構を収納するギアボックス３０５のギアを介して、モータ３０３に接続されている。

ピニオン３０２の回転量は、ピニオン３０２と同軸に設けられるエンコーダ３０４によって検出される。
押し付け軸３１０は、エアシリンダで形成されている。押し付け軸３１０は、シリンダ３１０ａとピストン３１０ｂとを有している。

ピストン３１０ｂの一方端部は、シリンダ３１０ａの内部に収納されている。
シリンダ３１０ａにはエアがエア供給チューブ３１１から供給される。シリンダ３１０ａ内のエアの増減により、ピストン３１０ｂはシリンダ３１０ａから突出したり、シリンダ３１０ａ内に収納される。

ピストン３１０ｂの他方端部には、超音波探触子１を軸Ｃ１周りに回転させる探触子回転機構３２０が固定されている
探触子回転機構３２０には、探触子ホルダ３２１を軸Ｃ１周りに回転させる探触子回転軸３２０ａが設けられている。探触子回転機構３２０には図示しないモータが設けられ、モータの回転が探触子回転軸３２０ａの回転に伝達される。例えば、モータが探触子回転軸３２０ａをダイレクトドライブで回転させてもよいし、減速機構を介して回転させてもよい。

探触子ホルダ３２１には、超音波を発振し、超音波の反射波を受信する超音波探触子１が支持されている。

＜超音波探触子１＞
超音波探触子１の先端部には、被検体内面（図４のノズル内面１０３ａ、ノズル内面Ｒ部１０７）との接触を保つウェッジ１ａ（図５Ａ参照）が設置されている。探触子回転機構３２０のモータを駆動することで、図５Ｂに示すように、探触子ホルダ３２１を介して、ウェッジ１ａが設置された超音波探触子１が回転する（図５Ｂの矢印α２１方向）。超音波探触子１を回転させることで、３６０°のあらゆる方向の亀裂を測定できる。例えば、ノズル１０３の軸Ｃ０方向（図４参照）やノズル１０３の周方向の割れを測定できる。

押し付け軸３１０を延伸させることで、図５Ａの二点鎖線に示すように、探触子１のウェッジ１ａを被検体内面ｈｎに接触させ、被検体内面ｈｎ（図４のノズル内面Ｒ部１０７）の法線Ｃ９と、探触子１、探触子保持機構２０３の軸線Ｃ１とを、一致させる。

そして、探触子１からウェッジ１ａの接触箇所１ａ０を通して、被検体内面ｈｎに超音波ビームｂ０を発振する。そのため、ウェッジ１ａの接触面１ａ１における軸線Ｃ１の接触箇所１ａ０が被検体内面ｈｎに接触する必要がある。そのため、ウェッジ１ａの接触面１ａ１の曲率は、被検体内面ｈｎの最大曲率以上の曲率を有している。

なお、配管１０２の内面１０２ａを計測するには、配管１０２の内面１０２ａと同等の曲率を持つウェッジ１ａが取り付けられる。これによって、配管１０２の内面１０２ａを超音波探触子１を用いて精確に測定できる。
上記構成により、ピニオン３０２が軌道２０１のラック３０１と噛み合って回転することにより、探触子保持機構２０３が軌道２０１に沿って移動する（図４の左右方向）。

この際、探触子保持機構２０３は、軌道２０１の側形状に拘束されて、探触子保持機構２０３の軸線Ｃ１の方向は、常に軌道２０１の底板２０１ｓ（図５Ａ参照）に対し直角方向を向くようになっている。探触子保持機構２０３の軌道２０１に沿った移動に伴い、探触子保持機構２０３の押し付け軸３１０によりノズル内表面１０３ａに押し付けられた超音波探触子１が、検査範囲１０８（図４参照）の表面上でノズル軸Ｃ０方向に走査される。そして、探触子１からウェッジ１ａを通して超音波がノズル内面Ｒ部１０７、ノズル内表面１０３ａに発振される。

ここでは、ラック３０１とピニオン３０２による探触子保持機構２０３の移動機構２０３Ｍ（図５Ａ参照）を例示したが、タイミングベルトやチェーン等で、探触子保持機構２０３の外部から探触子保持機構２０３に駆動力を伝える構造を用いてもよい。

また、前記したように、探触子保持機構２０３に、超音波探触子１の向きを探触子保持機構２０３の軸線を中心軸Ｃ１として回転可能（図５Ｂの矢印α２１）とする探触子回転機構３２０を備えれば、軸割れや周割れ、あるいはその中間的な方向に生じる割れ等、様々な方向の割れの検査を超音波探触子１の付け替えを行わず実施できる。なお、軸割れとは、ノズル軸Ｃ０方向（図４の左右方向）に入った亀裂をいう。一方、周割れとは、ノズル１０３の周方向に入った亀裂をいう。

＜軌道２０１＞
図４に示す軌道２０１は、回転軸２００の持つ押し付け機構２００ｃ（詳細には、例えばバネ、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ）により、ノズル軸Ｃ０方向（図４中の左方）に弾性的に保持されている。

軌道２０１は、ガイドレール２００ｂに沿ってノズル軸Ｃ０方向にスライド可能となっている。回転軸２００の回転に伴い、軌道２０１の円弧形状部２０１ａの両側面に取り付けられた倣い機構２０２の先端にある倣いローラ２０２ｒがＲＰＶ内面１０１ａまたはノズル内面Ｒ部１０７に接して、ＲＰＶ内面１０１ａまたはノズル内面Ｒ部１０７の形状変化に追従する。

これにより、軌道２０１は、自動的にノズル軸Ｃ０方向にスライドする。図４中の符号２０１の二点鎖線部はＲＰＶ鉛直方向のＸＺ断面検査時の軌道２０１の位置を表したものである。超音波検査装置ＥでのＲＰＶ水平方向であるＹＺ断面検査時には図示するようにＲＰＶ中心側（図４中の右方）にスライドする。

軌道２０１の円弧形状部２０１ａは、ノズル内面Ｒ部１０７の軸方向曲率半径より大きな一定の曲率半径を持つ中心角９０°強の円弧状の軌道である。軌道２０１の回転軸２００に対する取り付け位置は、２つの位置調整軸により微調整可能となっている。

ガイドレール２００ｂには、図４中の上下方向に調整する軌道位置調整機構３００（図６Ａ参照）と、図６Ａ中の左右方向に調整するオフセット調整機構２０２ｂとを備えている。
軌道位置調整機構３００は、ノズル半径方向（図４中の上下方向）に対する軌道２０１の取り付け位置を調整する。

オフセット調整機構２０２ｂは、軌道２０１からの軌道２０１に取り付けられた倣い機構２０２の先端にある倣いローラ２０２ｒまでの距離を調整する。

＜軌道位置調整機構３００＞
図６Ａは、軌道位置調整機構３００とオフセット調整機構２０２ｂの一例を示す模式図であり、図６Ｂは、図６ＡのII−II断面図である。
軌道位置調整機構３００は下記の構成を有している。

回転軸２００には、リフトピン３０２ａが設けられている。回転軸２００には、ボールねじ３０５が接続される回転つまみ３０６が回転自在に付設されている。ボールねじ３０５には、ボールねじ３０５の回転によりボールねじ３０５の延在方向に移動するスライド台車３０４が取り付けられている。スライド台車３０４には、リフトピン３０２ｂが設けられている。リフトピン３０２ｂは、回転軸２００に対して、図６Ａの左右方向に移動する（図６Ａの矢印α３１ａ、α３１ｂ）。

一方、ガイドレール２００ｂには、リフトピン３０２ｃ、リフトローラ３０３が設置されている。リフトローラ３０３は、ガイドレール２００ｂに対して、図６Ａの左右方向に移動自在（図６Ａの矢印α３２ａ、α３２ｂ）かつ自転自在に設けられている。

回転軸２００のリフトピン３０２ａには、第１リフトアーム３０１ａの一方端部が回転自在に接続され、リフトローラ３０３は、第１リフトアーム３０１ａの他方端部に回転自在に接続されている。
ガイドレール２００ｂのリフトピン３０２ｃには、第２リフトアーム３０１ｂの一方端部が回転自在に接続され、スライド台車３０４のリフトピン３０２ｂには、第２リフトアーム３０１ｂの他方端部が回転自在に接続されている。

第１リフトアーム３０１ａと第２リフトアーム３０１ｂとは、中央部で接続ピン３０１ｐを介して、互いに回転自在に接続されている。
上記構成の軌道位置調整機構３００は、回転つまみ３０６を回して、スライド台車３０４を、図６Ａの矢印α３１ａ方向に移動させることで、リフトローラ３０３が図６Ａの矢印α３２ａ方向に移動する。これにより、軌道２０１が図６Ａの矢印α３３ａ方向（図６Ａの上方向）に移動する。一方、回転つまみ３０６を回して、スライド台車３０４を、図６Ａの矢印α３１ｂ方向に移動させることで、リフトローラ３０３が図６Ａの矢印α３２ｂ方向に移動する。これにより、軌道２０１が図６Ａの矢印α３３ｂ方向（図６Ａの下方向）に移動する。

こうして、軌道位置調整機構３００により、軌道２０１の回転軸２００の中心線（Ｃ０）からの距離Ｌ_３（図４参照）を調整できる。これにより、被検体内面（図４のノズル内面１０３ａ、ノズル内面Ｒ部１０７）の内径が変わった場合にも、軌道２０１の回転軸２００の中心線（Ｃ０）からの距離Ｌ_３（図４参照）を調整することで、軌道２０１を変えることなく対応できる。

＜倣い機構２０２のオフセット調整機構２０２ｂ＞
倣い機構２０２（図１Ａ参照）は、軸Ｃ０方向の回転軸２００とノズル１０３との距離を一定に保つ役割をもつ。

図６Ａに示す倣い機構２０２は、オフセット調整機構２０２ｂと、オフセット調整機構２０２ｂの先端部に回転自在（図６Ａの矢印α４）に支持される倣いローラ２０２ｒを有している。
オフセット調整機構２０２ｂは、スライド金具等で構成されている。スライド動作でオフセット調整機構２０２ｂの長さを変更することで、倣いローラ２０２ｒのＲＰＶ内表面１０１ａまたはノズル内面Ｒ部１０７からの距離（図４のＬ_２）を調整できる。

例えば、オフセット調整機構２０２ｂの長さを長くして倣いローラ２０２ｒを移動し（図６Ａの矢印α４４ａ方向）、倣いローラ２０２ｒの軌道２０１からの距離を長くできる。或いは、オフセット調整機構２０２ｂの長さを短くして倣いローラ２０２ｒを移動し（図６Ａの矢印α４４ｂ方向）、倣いローラ２０２ｒの軌道２０１からの距離を短くできる。

前記した軌道位置調整機構３００とオフセット調整機構２０２ｂとで調整を行うことで、図４中で示す軌道２０１からのノズル内面１０３ａまでの距離Ｌ_１（回転軸２００の中心線から軌道２０１までの距離Ｌ_３）、および軌道２０１からのＲＰＶ内面１０１ａまでの距離Ｌ_２を適切に設定する。

これにより、軌道２０１の円弧形状部２０１ａの円弧軌道の曲率中心をノズル内面Ｒ部１０７の軸方向曲率中心Ｃに一致させることができる。２つの調整機構（３００、２０２ｂ）を有することで、様々な寸法のノズル１０３に対して同じ装置を適用することができる。そのため、超音波検査装置Ｅのコスト低減、検査時間短縮の観点で有効である。なお、距離Ｌ_１および距離Ｌ_２の調整は以下の数式に従い実施するものとする。

ここで、Ｒ₀は円弧形状部２０１ａの円弧軌道の内径半径、Ｒ_ｆはノズル内面Ｒ部１０７の軸方向曲率半径である。
被検面（本実施形態では、ノズル内面Ｒ部１０７、ノズル内表面１０３ａ）が変わった際にも、軌道位置調整機構３００とオフセット調整機構２０２ｂとで調整して、同じ超音波検査装置Ｅでの測定が可能となる。

＜倣い機構２０２の取り付け位置＞
倣い機構２０２の取り付け位置については、図４に示すように、回転軸２００の軸に垂直な方向を０°とする場合にノズル内面Ｒ部１０７における９０°方位ではなく、７０°以上９０°未満のやや小さな方位（９０°−α）に取り付けると良い。ここで、０°＜α≦２０°である。

この理由は、ＲＰＶの曲率の影響により、垂直断面であるＸＺ断面から水平方向断面であるＹＺ断面に近づくにつれて、ノズル内面Ｒ部１０７のＲ止まり（図９Ａ中の点Ｈに相当）の方位が９０°より小さくなるためである。軌道２０１の曲率中心をノズル内面Ｒ部１０７の曲率中心Ｃ（図４参照）に常に一致させるためには、倣いローラ２０２ｒの接触面がＲＰＶ内表面１０１ａではなくノズル内面Ｒ部１０７であることが望ましい。

上記構成によれば、超音波探触子１をノズル内面１０３ａ、ノズル内面Ｒ部１０７に対して精確に配置できる。
また、超音波探触子１の周方向走査に伴い被検体の内面形状が、図９ＡのＩからＨに示すように、大きく変わっても、軌道２０１は倣い機構２０２により被検体内面形状に追従して、ノズル軸Ｃ０方向へ自動的にスライドし、距離Ｌ_２（図４参照）を一定に保つ。

そのため、細かな制御を一切必要とせず、ノズル１０３の周方向の全範囲にわたって、円弧状形状部２０１ａの円弧軌道の曲率中心をノズル内面Ｒ部１０７の軸方向曲率中心Ｃ（図４参照）に一致させることができる。これにより、ノズル内面Ｒ部１０７の法線（Ｃ９）（図５Ａ参照）と超音波探触子１の軸線Ｃ１とを一致させることができる。これにより、ノズル内面Ｒ部１０７の超音波探触子１による精確な計測が可能となる。

このとき、探触子保持機構２０３の軸線Ｃ１（図５Ａ参照）方向はノズル内面Ｒ部１０７の法線（Ｃ９）方向と一致するため、探触子保持機構２０３によりやはり軸線Ｃ１方向に保持された超音波探触子１の法線方向は、ジンバル等の倣い機構を用いずに、被検体の法線方向に常に一致する。

したがって、ノズル内表面１０３ａやＲＰＶ内表面１０１ａの負の曲率（凹面）の影響で、超音波入射点となる超音波探触子１の中心（ウェッジ１ａの接触面１ａ１の軸線Ｃ１での接触箇所１ａ０）（図５Ａ参照）が浮いてしまうことを防止するために、負の曲率が極大となるノズル内表面１０３ａにおける曲率と同等のウェッジ１ａを付与した場合でも、ジンバル等の倣い機構を用いないため、超音波探触子１の姿勢がぐらつくことなく安定した走査が可能となる。なお、図面形状と公差を含む実物形状（アズビルド形状）の誤差を考慮する場合、想定される角度公差の最大値で稼働範囲を制限したジンバル機構を用いてもよい。

以上、超音波検査装置Ｅによって、ノズル１０３等の大円筒体（ＲＰＶ）の側面に突設された小円筒体（ノズル１０３）の複雑３次元曲面となるノズル内面Ｒ部１０７のような複雑曲面に対する内面側からの超音波検査において、細かな制御を不要としつつ、安定かつ高精度な超音波探触子１の走査を実現できる。

＜＜その他の実施形態＞＞
１．なお、前記実施形態においては、検査対象として、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の側面（胴体部１０１）に接合された、原子炉圧力容器１０１より小径のノズル（管台）１０３を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、円筒状の容器又は配管の側面に接合された、その容器又は配管より小径の管台でもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

２．前記実施形態においては、１つの超音波探触子１を軌道２０１に沿って走査する形式を示したが、代わりに、図７に示すように、複数の超音波探触子１Ｈを軌道２０１の複数箇所にて軸線Ｃ０方向に弾性的に保持した装置を用いてもよい。なお、図７は変形例の超音波検査装置Ｅ１を示す断面模式図である。
この場合、探触子１Ｈの軸方向走査が省略できるため、検査速度の向上が期待できる。探触子保持機構２０３の移動機構２０３Ｍ（図５Ａ参照）が必要ないため、移動機構２０３Ｍのコストが解消する。

３．前記実施形態では、様々な構成を説明したが、少なくとも一部を採用してもよい。例えば、説明した構成を、適宜構成を組み合わせて構成してもよい。

４．前記実施形態で説明した構成は、本発明の一例であり、特許請求の範囲で記載した範囲内でその他の様々な形態が可能である。

１超音波探触子
１ａウェッジ
１Ｈ複数の超音波探触子
１０１原子炉圧力容器（ＲＰＶ）（大円筒体）
１０１ａＲＰＶ内面（大円筒体内面）
１０２配管（小円筒体）
１０２ａ配管の内面（小円筒体の内面）
１０３ノズル（管台）
１０３ａノズル内面（小円筒体内面）
１０４外面Ｒ部
１０７内面Ｒ部（接続部内面）
１０８検査範囲（被検査面）
２００回転軸
２０１軌道
２０１ａ円弧状形状部
２０２倣い機構
２０２ｂオフセット調整機構
２０３探触子保持機構
２０３Ｍ移動機構
２３０軌道位置調整機構
２３１倣い機構のオフセット調整機構
２５０探触子回転機構
２６０軸受機構（可変軸受機構）
２６１押し付けパッド
２６２固定フレーム
２８０駆動ユニット（回転機構）
３００軌道位置調整機構（位置決め手段）
３２０探触子回転機構
Ｃノズル内面Ｒ部の軸方向曲率中心（大円筒体と小円筒体との接続部内面の曲率中心）
Ｃ０配管の軸（小円筒体の中心線）
Ｃ１超音波探触子１の軸（超音波探触子の軸線）
Ｃ９ノズル内面Ｒ部の法線（被検面の法線）
Ｅ、Ｅ１超音波検査装置
Ｌ_３軌道の回転軸の中心線からの距離（軌道と前記回転軸の中心軸の間の距離）
Ｌ_２軌道からのＲＰＶ内面までの距離（軌道の大円筒体内面に対する距離）

Claims

大円筒体の側面に突設された小円筒体の中心線を軸として回転するように配置される回転軸と、
前記回転軸に対して前記小円筒体の軸方向にスライド可能である円弧状形状部を含む軌道と、
前記軌道に取り付けられ前記大円筒体内面または被検面に接し、前記軌道が前記小円筒体の周方向に回転する際、前記大円筒体内面または前記被検面と前記軌道との間の距離を一定に保つための倣い機構と、
前記軌道に沿って移動する探触子保持機構と、
前記探触子保持機構により軸線方向に弾性的に支持された超音波探触子と、
前記軌道を前記小円筒体の軸方向に移動させる移動機構とを
備えることを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記円弧状形状部の曲率中心は、前記大円筒体と前記小円筒体との接続部内面の曲率中心と一致している
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記回転軸を回転させる回転機構を備える
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記超音波探触子の軸線が被検面の法線と一致している
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記超音波探触子は、前記小円筒体の内面と同等の曲率を持つウェッジが取り付けられる
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記軌道と前記回転軸の中心軸の間の距離を前記小円筒体の半径方向に調整可能とする軌道位置調整機構を備える
ことを特徴とした超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記軌道の前記大円筒体内面または前記被検面に対する距離を調整可能とする前記倣い機構のオフセット調整機構を備える
ことを特徴とした超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記軌道の円弧状形状部の中心角はおよそ９０°で、前記円弧状形状部のうち前記大円筒体内面側を前記回転軸の軸に垂直な方向を０°とする場合に９０°の方位としたとき、前記倣い機構は９０°より小さな方位に取り付けられている
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記超音波探触子を前記軸線周りの任意の方向に回転させる探触子回転機構を備える
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記回転軸を支持して前記小円筒体の内面に密着可能である可変軸受機構を備える
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記回転軸を支持して前記小円筒体の内面に密着可能である可変軸受機構を備え、
前記可変軸受機構は、複数の押し付けパッドを配置するピッチ円直径を変更して前記小円筒体の内面に前記押し付けパッドを密着させる
ことを特徴とする超音波検査装置。
請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記大円筒体の内面または前記被検面の形状に合わせて、前記軌道の位置を調整する位置決め手段を備える
ことを特徴とする超音波検査装置。
大円筒体の側面に突設された小円筒体の中心線を軸として回転するように配置される回転軸と、
前記回転軸に対して前記小円筒体の軸方向にスライド可能である円弧状形状部を含む軌道と、
前記軌道に取り付けられ前記大円筒体内面または被検面に接し、前記軌道が前記小円筒体の周方向に回転する際、前記大円筒体内面または前記被検面と前記軌道との間の距離を一定に保つための倣い機構と、
軸線方向に弾性的に前記軌道に支持された複数の超音波探触子とを
備えることを特徴とする超音波検査装置。