JP5356857B2

JP5356857B2 - 超音波探触子用シュー及び超音波探触子の取り外し方法

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Publication number: JP5356857B2
Application number: JP2009034109A
Authority: JP
Inventors: 潤一郎長沼; 功吉田; 尚幸河野
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: JP2010190662A

Description

本発明は、直接接触法で超音波探触子に設置する超音波探触子用シュー及びこのシューからの超音波探触子の取り外し方法に関する。

超音波探触子から発した音波を被検査面へ角度を変えて入射させるための超音波探傷法には、例えば特開２００３−１３９７４９号公報（特許文献１）に記載されているように探触子と被検査面の間に設けたギャップに水等の接触媒質を留めて超音波探傷検査を実施するギャップ法の他、予め角度の付いたシューを介して被検査面に超音波探触子を設置し超音波探傷検査を実施する直接接触法等がある。

特開２００３−１３９７４９号公報

ギャップ法においては、接触媒質の供給・回収のための設備を要し装置が煩雑になる欠点がある。また、ギャップから接触媒質である水が漏れ出る場合があるが、例えば原子炉の格納容器や冷却水配管等の溶接部の探傷に用いる場合、原子炉から漏洩した冷却水と区別し難い問題もある。

それに対し、直接接触法の場合、一般にグリセリン等の粘度の高い媒質が接触媒質に用いられる。この接触媒質は、シューの超音波探触子との接触面や被検査面に予め塗布しておき、超音波探触子とシュー、シューと被検査面をそれぞれ密着させる役割のものであり、水のように探傷中に連続的に供給されるものではない。したがって、直接接触法では接触媒質の供給・回収のための設備は不要であり、また原子炉設備の探傷検査にも好適である。

しかしながら、直接接触法の場合、例えば接触媒質の充填不良によって超音波探触子とシューの間の接触媒質に気泡が残留したり接触媒質の膜厚が一定にならなかったりすると、それが超音波の減衰等の不具合の要因となり得る。特に原子炉の探傷検査の場合、探傷箇所が多く超音波の照射角も様々に変更する必要があり、共用の超音波探触子を複数のシューに載せ換える必要があるため、シューと超音波探触子の間に気泡が残留し難く接触媒質の好適な膜厚が容易に得られる構成が望まれる。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、直接接触法で超音波探触子を使用する場合に超音波探触子とシューとの接触面間の接触媒質への気泡の残留を抑制し良好な膜厚を得ることができ、また超音波探触子の着脱が容易な超音波探触子用シュー及びこのシューからの超音波探触子の取り外し方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューにおいて、前記超音波探触子の側壁面に隙間なく対向し前記超音波探触子の位置を決める面を持つ部分を有し、この部分に前記超音波探触子を嵌めて当該超音波探触子用シューに接触させる際に超音波探触子に押し退けられる接触媒質を逃がす経路を確保したことを特徴とする。

第２の発明は、直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューにおいて、超音波探触子の形状に応じて形成され開口を上に向けた凹部、及び前記凹部の底面に臨み前記凹部の内部空間から外部空間に連通する少なくとも１つの貫通孔を有し、前記凹部は、前記超音波探触子の側壁面に内壁面が隙間なく対向し前記超音波探触子の位置決めをするように形成されていて、前記凹部に超音波探触子を嵌め込んで超音波探触子を前記凹部の底面に接触させる際に、超音波探触子に押し退けられて前記凹部内に予め塗布された余剰な接触媒質が前記貫通孔から抜け出るようにしたことを特徴とする。

第３の発明は、直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューにおいて、超音波探触子の形状に応じて形成され、開口を上に向け延在方向の一方側にストッパを有するスリットと、前記スリットの壁面との間に前記超音波探触子を挟み込む固定具とを有し、前記スリット及び前記固定具は、前記超音波探触子の側壁面に内壁面が隙間なく対向し前記超音波探触子の位置決めをするように形成されていて、前記スリットに超音波探触子を嵌め込んで超音波探触子を前記スリットの底面に接触させながら、当該超音波探触子を前記ストッパに向けてスライドさせる際に、超音波探触子に押し退けられて前記スリット内に予め塗布された余剰な接触媒質が前記スリットから抜け出るようにしたことを特徴とする。

第４の発明は、第１−第３のいずれかの発明において、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂で形成されていることを特徴とする。

第５の発明は、第１−第４のいずれかの発明に係る超音波探触子用シューからの超音波探触子の取り外し方法であって、前記経路、前記貫通孔又は前記スリットに流体を注入して超音波探触子及びシューの接触面間に当該流体を入り込ませ、これにより超音波探触子を浮かせて前記超音波探触子用シューから取り外すことを特徴とする。

本発明によれば、直接接触法で超音波探触子を使用する場合に超音波探触子とシューとの接触面間の接触媒質への気泡の残留を抑制し良好な膜厚を得ることができ、また超音波探触子の着脱も容易である。

本発明の超音波探触子用シューの第１実施例の縦断面図であって図２中のＩ−Ｉ矢視断面図である。図１中のII−II矢視断面図である。本発明の超音波探触子用シューの第２実施例の縦断面図であって図４中のIII−III矢視断面図である。図３中のII−II矢視断面図である。従来の超音波探触子用シューの一構成例の縦断面図であって図６中のＶ−Ｖ矢視断面図である。図５中のVI−VI矢視断面図である。

以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

本実施形態は直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューとその取り外し方法に関し、例えば沸騰水型原子炉を始めとする各種炉内構造物、またその他の構造物の超音波探傷に好適である。

図５は従来の超音波探触子用シューの一構成例の縦断面図であって図６中のＶ−Ｖ矢視断面図、図６は図５中のVI−VI矢視断面図である。これらの図を用いてまず従来構造とその問題点を説明する。

図示したように、直接接触法では被検査体Ｔへの超音波Ｕの入射角に応じて適宜構成された超音波探触子用シュー（以下適宜シューと省略する）１０１を超音波探触子１０２に取り付け、シュー１０１を介して被検査体Ｔの表面に超音波探触子１０２が設置される。超音波探触子１０２は接栓１０３を介して供給される電圧によって振動子１０４を振動させて超音波Ｕを出射する。

このとき、超音波Ｕを高効率に透過させるため、超音波探触子１０２とシュー１０１は接触媒質を介して接触させて高密着状態とされる。シュー１０１と被検査体Ｔも同じである。図５及び図６では、超音波探触子１０２とシュー１０１の接触面近辺を指して膜状の接触媒質Ｍ１を、またシュー１０１と被検査体Ｔの接触面近辺を指して膜状の接触媒質Ｍ２を表した。超音波探触子シュー１０１の被検査体Ｔとの接触面の周囲には、超音波探触子シュー１０１を被検査体Ｔに接触させる際に押し退けられた接触媒質Ｍ２が集まっている。使用される接触媒質Ｍ１，Ｍ２はグリセリン等の粘度の高い媒質である。この例において超音波探触子１０２から出射される超音波Ｕは、超音波探触子１０２→接触媒質Ｍ１→シュー１０１→接触媒質Ｍ２→被検査体Ｔと入射していく。被検査体Ｔからの反射波はこの反対で、被検査体Ｔ→接触媒質Ｍ２→シュー１０１→接触媒質Ｍ１→超音波探触子１０２と入射していく。

しかしながら、前述した通り原子炉の超音波探傷の際には異なるシュー１０１に共用の超音波探触子１０２を付け替える機会があるが、超音波探触子１０２がシュー１０１に対して装着の度に同位置に固定しなければならない。そのため超音波探触子１０２を嵌め込むためにシュー１０１に設けた凹部１０５は、超音波探触子１０２の四方の側壁面との間に殆ど間隙が生じない程度の寸法に仕上げられている。その結果、凹部１０５に予め塗布しておいた接触媒質Ｍ１の余剰分が円滑に排出できず、超音波探触子１０２の着脱作業も容易でない。そして、超音波探触子１０２とシュー１０１の間の接触媒質Ｍ１に気泡が残留し易く、また所望の膜厚の接触媒質Ｍ１を介して超音波探触子１０２をシュー１０１に均一に密着させることも困難な場合がある。このように図５及び図６に例示した構造では超音波探触子１０２の着脱の作業性や超音波特性に支障が出る場合がある。

そこで本実施形態の超音波探触子用シューでは、超音波探触子を接触させる際に超音波探触子に押し退けられる接触媒質を当該超音波探触子との接触面から逃がす経路を確保する。この構成の場合、接触媒質中の気泡を円滑に超音波探触子とそのシューとの接触面から排出することができ、また接触面に形成される接触媒質の膜厚も安定する。これによって安定した超音波の送受信が可能になる。

加えて、上記経路を流通して余剰の接触媒質が円滑に排出されるので超音波探触子用シューに対する装着も従来に比べて容易かつ円滑に行え、反対に取り外す際も逆の動作に伴って経路から空気が侵入し容易かつ円滑に超音波探触子をシューから取り外すことができる。これにより、１つの超音波探触子で様々な設置傾斜角度の付いた複数のシューを使った探傷が円滑に実施できる。

また、汎用探触子における楔の材質として一般的なポリエーテルイミド樹脂やポリイミド樹脂（あるいはアクリル樹脂やポリスチレン樹脂）で超音波探触子用シューを製作することで、被検査体を傷付けることがなく、被検査体に対して優先的に超音波探触子用シューを摩耗させることができる。こうした超音波探触子用シューが摩耗しても、超音波探触子とシューの着脱が容易であるため摩耗したシューの交換は容易であり、また超音波探触子の寿命を長くすることもできる。

さらには、超音波探触子が大型化すれば超音波探触子とシューの接触面積も大きくなるので接触媒質による接着力がそれだけ強くなり、接触媒質の流通経路からの空気流入が期待できる構造であっても、超音波探触子とシューを引き離すことが困難な場合が起こり得る。このような場合であっても、本実施形態では、接触媒質の経路を利用して水や圧縮空気等の流体を超音波探触子との接触面に注入することで、超音波探触子を浮かせて超音波探触子をより容易にシューから取り外すことができる。

より具体的な一実施形態としては、超音波探触子の形状に応じて形成され開口を上に向けた凹部（例えば図５及び図６の凹部１０５に相当）の底面に臨むように、凹部の内部空間から外部空間に連通する貫通孔を少なくとも１つ超音波探触子用シューに設けることで、凹部に超音波探触子を嵌め込む際に、超音波探触子に押し退けられて凹部内に予め塗布された余剰な接触媒質が貫通孔から抜け出る構成とすることができる。貫通孔は例えば超音波探触子と凹部の両底面の接触面の延長線上に延ばす。必要があれば貫通孔に上り傾斜又は下り傾斜をつけても良い。この実施形態の場合、貫通孔を介して接触媒質中の気泡を円滑に排出することができ、また接触面に形成される接触媒質の膜厚も安定する。加えて、貫通孔を流通して余剰の接触媒質が円滑に排出されるので超音波探触子用シューに対する着脱も容易かつ円滑であり、特に貫通孔から流体を注入し超音波探触子との接触面に入り込ませることで、超音波探触子を浮かせて超音波探触子をより容易にシューから取り外すことができる。

また、他の実施形態としては、開口を上に向け延在方向の一方側にストッパを有するスリットを超音波探触子の形状に応じて超音波探触子用シューに形成することで、スリットに超音波探触子を嵌め込んでストッパに向けてスライドさせる際に、超音波探触子に押し退けられてスリット内に予め塗布された余剰な接触媒質がスリットから抜け出る構成とすることができる。この場合も同様の効果が得られる。スリットは、例えば図５及び図６に示した凹部１０５の四方の側壁のいずれかを削除し、凹部１０５を、超音波探触子シューが横方向に移動可能な溝に変更することで構成可能である。この場合、削除した側壁に対向する側壁がストッパとなる。また、ストッパはスリットを構成する他の側壁と同じ高さを必ずしも要さず、超音波探触子シューの位置決めに必要なだけスリット底面から突出していれば良い。

また、図５及び図６に示した凹部１０５の四方の側壁のうち対向の２つの側壁を削除して超音波探触子シューの両端部まで貫通したスリットを形成し、このスリット内に超音波探触子のスリット延在方向への動きを拘束するストッパ（スリットより幅狭のもの）を少なくとも１つ設けた構成とすることもできる。ストッパの位置や数については超音波探触子の側面に当たって超音波探触子の位置が一義的に定まる設定であれば良い。ストッパの設置位置はスリット底面に限定されずスリットの側面でも良い。

さらには、超音波探触子の底面より面積の広い平面をシューに持たせ、その平面上に超音波探触子の位置を一義的に定める少なくとも３つのストッパを突設した構成も考えられる。この場合、貫通孔やスリットとは構成が異なるが、隣接するストッパ間の領域が前述した接触媒質の経路として機能する。

また、先に一実施形態として例示した構成において、貫通孔の代わりに凹部の側壁面（超音波探触子の側面を拘束する面）に上部開口端から凹部底面まで延びるスリットを設けても良い。この場合、そのスリットが隣接するストッパ間の領域が前述した接触媒質の経路として機能する。このスリットは接触媒体の流通経路とするものであって、先に他の実施形態として挙げた超音波探触子を設置するスリットとは異なる。

図１は本発明の第１実施形態に係る超音波探触子用シューの縦断面図であって図２中のＩ−Ｉ矢視断面図、図２は図１中のII−II矢視断面図である。

本実施例の超音波探触子用シュー（以下適宜シューと省略する）１は、開口を上に向けた矩形状の凹部５を備えている。凹部５の底面は被検査体Ｔへの超音波Ｕの入射角に応じ被検査体Ｔに対して適宜の傾斜角（被検査面と平行の場合を含む）を有している。また凹部５の底面に平行な当該凹部５の断面（深さ方向から見た凹部５の断面）は超音波探触子２の形状に応じており、凹部５の四方の壁面は嵌め込んだ超音波探触子２の４つの壁面に対して隙間のない程度（嵌め込みに必要な最小限の隙間が介在する程度）に形成されている。超音波探触子２は固定金具６によって上から押さえられた状態でシュー１に対して固定されており、接栓３を介して供給される電圧によって振動子４を振動させて超音波Ｕを出射する。シュー１の材質は例えばポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂であり、使用される接触媒質Ｍ１，Ｍ２は例えばグリセリンである。シュー１の被検査体Ｔとの接触面は被検査体Ｔの表面の曲率形状に合わせて形成してあり、被検査体Ｔに対してシュー１がガタつかないようするとともに、接触面間で接触媒質Ｍ２が途切れることなく超音波Ｕが安定して透過するように配慮されている。

また、シュー１には、凹部５の底面（超音波探触子２の振動子４との接触面）に臨み、凹部５の内部空間（超音波探触子２の収容空間）から外部空間に連通する２つの貫通孔７が設けられている。図１及び図２のように縦断面で見た場合、貫通孔７は凹部５の底面の延長線に沿って延在している。本例では２つの貫通孔７は互いに対向する位置関係にあり、図２の断面で見ると凹部５の底面の中央部に位置している。

本実施例によれば、凹部５に超音波探触子２を嵌め込む際に、超音波探触子２に押し退けられて凹部５内に予め塗布された余剰な接触媒質が貫通孔７から抜け出る（図１中の矢印参照）。また、超音波探触子２の側面との間には超音波探触子２の移動に必要な僅かな間隙があるので凹部５の上部開口端からも接触媒質が若干排出され得る（図１中の矢印参照）。その結果、超音波探触子２とシュー１の振動子４との接触面間には気泡のない一様な薄膜状の接触媒質Ｍ１を形成することができる。

また貫通孔７を介して接触媒質や空気の流動が積極的になされるので、超音波探触子２とシュー１との着脱も円滑かつ容易である。また、超音波探触子２を取り外す際には外部から貫通孔７にポンプやピストン等によって強制的に流体（圧縮空気や水等）を注入し、貫通孔７を介して超音波探触子２とシュー１との接触面に流体を入り込ませることで超音波探触子２を浮かせることができる。

以上のことから、本実施例によって超音波の安定した送受信や着脱の容易性等といった前述の各効果を得ることができる。

図３は本発明の第２実施形態に係る超音波探触子用シューの縦断面図であって図４中のIII−III矢視断面図、図４は図３中のIV−IV矢視断面図である。

本実施例の超音波探触子用シュー（以下適宜シューと省略する）１１には、超音波探触子１２を取り付けるスリット１５が設けられている。このスリット１５は、開口を上方に向けており、延在方向の一方側（図４中の左側）は壁面であるストッパ１７によって塞がれている。延在方向の他方側（図４中の左側）は開放されている。スリット１５の底面は被検査体Ｔへの超音波Ｕの入射角に応じ被検査体Ｔに対して延在方向又は幅方向に適宜の傾斜角（被検査面と平行の場合を含む）を有している。またスリット１５の底面に垂直な当該スリット１５の断面（延在方向から見たスリット１５の断面）は超音波探触子１２の形状に応じており、スリット１５の幅方向の両壁面（図３中の左右の壁面）は超音波探触子１２を殆ど隙間のない程度（摺動に必要な最小限の隙間が介在する程度）に挟み込む。超音波探触子１２は固定金具１６によってストッパ１７と反対側から押さえられた状態でスリット１５に対して固定されており、接栓１３を介して供給される電圧によって振動子１４を振動させて超音波Ｕを出射する。シュー１１の材質は例えばポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂であり、使用される接触媒質Ｍ１，Ｍ２は例えばグリセリンである。シュー１１の被検査体Ｔとの接触面は被検査体Ｔの表面の曲率形状に合わせて形成してあり、被検査体Ｔに対してシュー１１がガタつかないようするとともに、接触面間で接触媒質Ｍ２が途切れることなく超音波Ｕが安定して透過するように配慮されている。

本実施例によれば、スリット１５に超音波探触子１２を嵌め込んでストッパ１７に向けてスライドさせる際に、超音波探触子１２に押し退けられてスリット１５内に予め塗布された余剰な接触媒質がスリット１５から抜け出る。この場合、超音波探触子１２がスリット１５に挿入されてスリット１５の底面に接触した際には接触媒質はスリット１５の延在方向（図４中の左又は右）に逃げ、その後スライドしてストッパ１７に接触した際にはストッパ１７との間に逃げていた接触媒質が上方に逃げる（図１中の矢印参照）。その結果、超音波探触子１２とシュー１１の振動子１４との接触面間には気泡のない一様な薄膜状の接触媒質Ｍ１を形成することができる。

またスリット１５を介して接触媒質や空気の流動が積極的になされるので、超音波探触子１２とシュー１１との着脱も円滑かつ容易である。特に本実施例では、振動子１４とシュー１１との高密着面の面方向に超音波探触子１２をスライドさせることができるので、装着時とは反対にストッパ１７から離間する方向に超音波探触子１２をスライドさせることで第１実施例に比べても容易に超音波探触子１２を取り外せる。勿論、振動子１４と超音波探触子１２との接触面間に細いノズル等によって強制的に流体（圧縮空気や水等）を注入し、超音波探触子１２とシュー１１との接触面に流体を入り込ませることで超音波探触子１２を浮かせて超音波探触子１２を取り外すこともできる。

１超音波探触子用シュー
２超音波探触子
５凹部
７貫通孔
１１超音波探触子用シュー
１２超音波探触子
１５スリット
１７ストッパ
Ｍ１，２接触媒質
Ｔ被検査体
Ｕ超音波

Claims

直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューにおいて、
前記超音波探触子の側壁面に隙間なく対向し前記超音波探触子の位置を決める面を持つ部分を有し、
この部分に前記超音波探触子を嵌めて当該超音波探触子用シューに接触させる際に超音波探触子に押し退けられる接触媒質を逃がす経路を確保したことを特徴とする超音波探触子用シュー。
直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューにおいて、
超音波探触子の形状に応じて形成され開口を上に向けた凹部、及び前記凹部の底面に臨み前記凹部の内部空間から外部空間に連通する少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記凹部は、前記超音波探触子の側壁面に内壁面が隙間なく対向し前記超音波探触子の位置決めをするように形成されていて、
前記凹部に超音波探触子を嵌め込んで超音波探触子を前記凹部の底面に接触させる際に、超音波探触子に押し退けられて前記凹部内に予め塗布された余剰な接触媒質が前記貫通孔から抜け出るようにしたことを特徴とする超音波探触子用シュー。
直接接触法で被検査体への超音波の入射角度を変えるために超音波探触子に設置する超音波探触子用シューにおいて、
超音波探触子の形状に応じて形成され、開口を上に向け延在方向の一方側にストッパを有するスリットと、
前記スリットの壁面との間に前記超音波探触子を挟み込む固定具とを有し、
前記スリット及び前記固定具は、前記超音波探触子の側壁面に内壁面が隙間なく対向し前記超音波探触子の位置決めをするように形成されていて、
前記スリットに超音波探触子を嵌め込んで超音波探触子を前記スリットの底面に接触させながら、当該超音波探触子を前記ストッパに向けてスライドさせる際に、超音波探触子に押し退けられて前記スリット内に予め塗布された余剰な接触媒質が前記スリットから抜け出るようにしたことを特徴とする超音波探触子用シュー。
請求項１−３のいずれかの超音波探触子用シューにおいて、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂で形成されていることを特徴とする超音波探触子用シュー。
請求項１−４のいずれかの超音波探触子用シューからの超音波探触子の取り外し方法であって、
前記経路、前記貫通孔又は前記スリットに流体を注入して超音波探触子及びシューの接触面間に当該流体を入り込ませ、これにより超音波探触子を浮かせて前記超音波探触子用シューから取り外すことを特徴とする超音波探触子の取り外し方法。