JPWO2017168795A1

JPWO2017168795A1 - 非破壊検査方法及び接触媒質押付用治具

Info

Publication number: JPWO2017168795A1
Application number: JP2018508357A
Authority: JP
Inventors: 周平橋本; 山口　雄一; 雄一山口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-08-02
Also published as: EP3376219A1; WO2017168795A1; US20180292360A1; EP3376219A4

Abstract

本開示の非破壊検査方法は、検査対象（１）に接触媒質（１０）を付着させ、接触媒質（１０）を介して超音波探触子による検査対象（１）の非破壊検査を行う非破壊検査方法であって、接触媒質（１０）として、高分子が架橋された高分子ゲルを用い、接触媒質（１０）を検査対象（１）に付着させた後、非破壊検査を行う前に、接触媒質（１０）を検査対象（１）に押し付ける。

Description

本開示は、非破壊検査方法及び接触媒質押付用治具に関する。
本願は、２０１６年３月３１日に日本に出願された特願２０１６−０７３１８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

非破壊検査方法として、特許文献１には、超音波パルス反射波による体内組織の反射特性、音響特性を利用して体内組織、器官などの解剖学的な計測や機能を検査する人体等の検査方法が開示されている。この検査方法では、超音波発振子を患者の被験部表面に緊密に接触させる必要があるため、患者の被験部表面に接触媒質を付着させ、接触媒質を介して超音波発振子を被験部表面に接触させる。特許文献１では、接触媒質としてグァーガム・ゲル体を使用している。

日本国特開昭５６−００５６４７号公報

近年のジェットエンジンは、軽量化を図るため、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材を使用し、複合材を積層してファンケースを形成している。
ファンケースの内側には、機械的強度を確保すると共に、物体の衝突時に緩衝物となるハニカム構造体を設けている。この構成に対して、バードストライク等が発生したとき、バードストライクにより変形したハニカム構造体の一部を除去し、複合材の層間に剥離等がないかどうかを非破壊検査する必要がある。

特許文献１に記載の従来技術では、人体表面のように、ある程度平坦且つ単純な構造体を検査対象としている。したがって、ハニカム構造体を内側に備えるファンケースのような、複雑な形状を有する構造体を検査対象とした場合、単純に接触媒質を検査対象の表面に付着させるだけでは、接触媒質を確実に充填することが難しく、超音波による探傷検査の性能に影響を及ぼす可能性がある。このため、従来では、空港等でジェットエンジンを降ろし、ファンケースを分解する等、大掛かりな検査をする必要があった。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、検査対象が複雑な形状を有していても、その場（オンウィング）で簡単に検査対象を検査することができる非破壊検査方法及びその手法に適した接触媒質押付用治具の提供を目的とする。

本開示の一態様の非破壊検査方法は、検査対象に接触媒質を付着させ、前記接触媒質を介して超音波探触子による前記検査対象の非破壊検査を行う非破壊検査方法であって、前記接触媒質として、高分子が架橋された高分子ゲルを用い、前記接触媒質を前記検査対象に付着させた後、前記非破壊検査を行う前に、前記接触媒質を前記検査対象に押し付ける。

また、本開示の一態様の接触媒質押付用治具は、検査対象に接触媒質を押し付ける接触媒質押付用治具であって、検査対象の表面に対して平行な押付面を備える。

本開示では、接触媒質として高分子ゲルを用い、超音波探触子による非破壊検査を行う前に、接触媒質を検査対象に押し付ける。これにより、高分子ゲルから成る接触媒質を、検査対象の複雑な形状に合わせて変形させ、隙間の隅々まで行き渡らせることができ、接触媒質を確実に充填することができる。高分子ゲルは、検査対象の形状に応じて柔軟に変形できるため、接触媒質の充填時の作業効率が向上する。また、接触媒質の押し付けによって接触媒質の厚みを均等にし、超音波探触子による探傷検査の性能を向上させることができる。
また、高分子ゲルは、所定の粘性を有し、対象物に貼り付くことができるため、水や油類等の他の接触媒質と比べて垂れ落ち等で周囲を汚染することがなく、また、半固体であるため、取り除きも容易であり、再利用も可能である。
したがって、本開示では、検査対象が複雑な形状を有していても、その場で簡単に非破壊検査をすることが可能となる。

本開示の一実施形態における非破壊検査方法を説明するための図である。本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質を検査対象に付着させる工程を説明するための図である。本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質を検査対象に付着させる工程を説明するための図である。本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質を検査対象に付着させる工程を説明するための図である。本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質を検査対象から剥離する工程を説明するための図である。本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質を検査対象から剥離する工程を説明するための図である。本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具の構成図である。本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具の構成図である。本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具の構成図である。本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具の構成図である。本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具の構成図である。本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具の構成図である。本開示の他の実施形態に係る非破壊検査方法において検査対象に付着した接触媒質を示す平面図である。本開示の他の実施形態に係る非破壊検査方法において使用する接触媒質の構成図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本開示の検査対象として、ジェットエンジンのファンケースを例示するが、本開示は他の複雑な形状を有する検査対象においても同様に適用し得る。

（非破壊検査方法）
図１は、本開示の一実施形態における非破壊検査方法を説明するための図である。
図１に示すように、本実施形態の非破壊検査方法は、検査対象１に接触媒質１０を付着させ、接触媒質１０を介して超音波探触子２０による検査対象１の非破壊検査を行う。

本実施形態の検査対象１は、ジェットエンジンのファンケースであり、複数の複合材２が積層されて形成されている。複合材２は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成され、具体的には、樹脂材に炭素繊維を含浸させてなる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から形成されている。複合材２は、金属材と比べて軽量であり、また金属材に劣らぬ強度を有する。しかしながら、複合材２の層間は樹脂により結合されているため、衝撃が加わると、複合材２の層間に層間剥離Ｓが形成される場合がある。

検査対象１の表面１ａには、ハニカム構造体３が設けられる。ハニカム構造体３は、ファンケースの内側に設けられている。ハニカム構造体３は、検査対象１の表面１ａから所定高さで立設する。ハニカム構造体３は、複合材２の機械的強度を確保すると共に、物体の衝突時に緩衝物となる。例えば、バードストライクが発生したとき、バードストライクによって変形したハニカム構造体３の一部を除去し、複合材２の層間剥離Ｓがないかどうかを非破壊検査する必要がある。なお、図１は、ハニカム構造体３の一部を除去した状態、すなわち、ハニカム構造体３が本来の高さより低い状態（表面１ａから数ｍｍ〜数ｃｍ程度）を示している。

ハニカム構造体３の一部を残す理由の一つは、ハニカム構造体３を完全に除去してしまうと、複合材２の機械的強度が低下してしまうためである。また、もう一つの理由は、ハニカム構造体３を少し残すことで、ハニカム構造体３を切除する際に、複合材２を傷付けないようにすることができるためである。また、もう一つの理由は、非破壊検査にて複合材２の層間剥離Ｓがないことが確認された後、ハニカム構造体３の切除した部分をポッティング材（樹脂材）で埋めるが、このときポッティング材がハニカム構造体３の複雑な形状によってハニカム構造体３に強固に固着し易くなるためである。

接触媒質１０は、検査対象１と超音波探触子２０との間を充填する。接触媒質１０は、検査対象１の表面１ａに対し、ハニカム構造体３の高さよりも所定の距離Ｄだけ大きい高さ（厚み）で付着させる。超音波探触子２０（固体）が、ハニカム構造体３（固体）と接触する、すなわち、固体と固体が接触する状態では、超音波の減衰率が著しく大きくなる。したがって、接触媒質１０の高さをハニカム構造体３の高さよりも大きくすることにより、超音波探触子２０とハニカム構造体３とが接触することを防ぐ。ハニカム構造体３よりも高い位置にある接触媒質１０は、周囲を囲う枠体３０によってその形状を保持されている。枠体３０は、環状に形成され、検査対象１の検査範囲Ｘを囲う。検査範囲Ｘは、平面視で、円形であっても、矩形であってもよく、その他の形状（例えば、楕円、多角形等）であってもよい。なお、粘度が高い接触媒質１０を使用した場合、枠体３０は省略してもよい。

接触媒質１０は、高分子が架橋された高分子ゲルである。ホウ砂等で高分子化合物（ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等）に架橋することにより、この高分子ゲルの粘性を調整する。この高分子ゲルは、半固体で、手にべとつかない程度の適度な粘性と冷たく湿った感触がある。
高分子化合物としては、例えば、トラガントガム、ローカストビンガム、アルギン酸ソーダ、カラギーナン、グァーガム等の天然多糖類を採用し得る。天然多糖類は、耐酸性、耐塩性、耐薬品性に優れ、毒性がなく、価格も低廉で入手も容易である。

超音波探触子２０は、接触媒質１０を介して検査対象１の非破壊検査を行う。具体的に、超音波探触子２０は、接触媒質１０を介して超音波を検査対象１に伝達させ、検査対象１から反射されるエコー信号に基づいて、層間剥離Ｓ等の欠陥の有無を検査する。接触媒質１０は、音響インピーダンスの不連続性を緩和し、超音波を効率よく検査対象１に伝達させる作用がある。この作用は、高分子ゲルからなる接触媒質１０にも備わっていることが実験により明らかになっている。

非破壊試験では、周波数の異なる複数の超音波探触子２０を組み合わせて使用してもよい。例えば、検査対象１の表面１ａから浅い位置にある層間剥離Ｓは、周波数の高い（例えば、５〜１５ＭＨｚ）超音波探触子２０で検査し、また、検査対象１の表面１ａから深い位置にある層間剥離Ｓは、周波数の低い（例えば、１〜５ＭＨｚ）超音波探触子２０で検査してもよい。すなわち、層間剥離Ｓが浅い位置にある場合、超音波が層間剥離Ｓで反射する経路と、表面１ａで反射する経路との差が微小になるため、周波数を上げて波長を短くすることで分解能を上げることが好ましい。また、層間剥離Ｓが深い位置にある場合、層間剥離Ｓで反射する経路が、表面１ａで反射する経路よりも長く、超音波の減衰が課題となるため、周波数を下げて波長を長くすることで透過力を上げることが好ましい。このように、周波数の異なる複数の超音波探触子２０を使い分けることにより、ハニカム構造体３側から見て、層間剥離Ｓの位置（深さ方向）によらず非破壊検査できるようになる。

図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質１０を検査対象１に付着させる工程を説明するための図である。
先ず、図２Ａに示すように、検査対象１の検査範囲Ｘを囲うように枠体３０を設置する。次に、図２Ｂに示すように、枠体３０の内側に、接触媒質１０を適量入れる。そして、図２Ｃに示すように、枠体３０の内側に接触媒質押付用治具４０を挿入して、枠体３０の内側に配置された接触媒質１０を検査対象１に押し付ける。

接触媒質押付用治具４０は、棒状の取手部４１と、取手部４１の先端に設けられた押付部４２と、を備える。押付部４２は、枠体３０の内側に挿入可能な大きさを有する。本実施形態の押付部４２は、枠体３０の内側の空間と略同一の大きさを有する。押付部４２は、枠体３０の内壁面にガイドされ、押付部４２の傾きが防止された状態で接触媒質１０を検査対象１に押し付ける。押付部４２は、検査対象１の表面１ａに対して平行な押付面４２ａを備える。すなわち、検査対象１の表面１ａがフラット面であれば、押付面４２ａもフラット面となる。なお、本実施形態の検査対象１は、円筒状のファンケースであるが、ファンケースの径は大きいため、検査範囲Ｘにおける表面１ａは殆どフラット面とみなすことができる。しかしながら、表面１ａが僅かに湾曲している場合、押付面４２ａも表面１ａの形状に合わせて僅かに湾曲させることが好ましい。

接触媒質押付用治具４０による押し付けにより、接触媒質１０がハニカム構造体３の隅々まで行き渡り、また、接触媒質１０の高さが均一になる。接触媒質押付用治具４０によって接触媒質１０を検査対象１に押し付けたら、接触媒質押付用治具４０を引き上げ、図１に示すように、接触媒質１０に超音波探触子２０を接触させて検査対象１の非破壊検査を行う。なお、接触媒質押付用治具４０を引き上げる際に、接触媒質押付用治具４０を接触媒質１０から容易に剥離するため、押付面４２ａにフッ素樹脂コーティング等を施していてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の一実施形態における非破壊検査方法において接触媒質１０を検査対象１から剥離する工程を説明するための図である。
非破壊検査が終わったら、図３Ａに示すように、接触媒質剥離用治具５０を、接触媒質１０と接触する枠体３０の内壁面に沿って差し込む。接触媒質剥離用治具５０は、例えば、先端が屈曲した細い棒状のものであればよい。次に、図３Ｂに示すように、枠体３０の内壁面に沿って差し込んだ接触媒質剥離用治具５０を引き上げることで、ハニカム構造体３から容易に接触媒質１０を剥離することができる。

このように、本実施形態では、接触媒質１０として高分子ゲルを用い、超音波探触子２０による非破壊検査を行う前に、接触媒質１０を検査対象１に押し付ける。これにより、高分子ゲルから成る接触媒質１０を、検査対象１の複雑な形状に合わせて変形させ、隙間の隅々まで行き渡らせることができ、接触媒質１０の充填性を確保することができる。高分子ゲルは、検査対象１の形状に応じて柔軟に変形できるため、接触媒質１０の充填時の作業効率が向上する。また、接触媒質１０を押し付けることによって接触媒質１０の厚みを均等にし、超音波探触子２０による探傷検査の性能を向上させることができる。また、高分子ゲルは、所定の粘性を有し、対象物に貼り付くことができるため、水や油類等の他の接触媒質と比べて垂れ落ち等で周囲を汚染することがなく、また、半固体であるため、取り除きも容易であり、再利用も可能である。

本実施形態の非破壊検査方法は、検査対象１に接触媒質１０を付着させ、接触媒質１０を介して超音波探触子２０による検査対象１の非破壊検査を行う。本実施形態の非破壊検査方法では、接触媒質１０として、高分子が架橋された高分子ゲルを用い、接触媒質１０を検査対象１に付着させた後、非破壊検査を行う前に、接触媒質１０を検査対象１に押し付ける。上記手法を採用することによって、検査対象１が複雑な形状を有していても、その場（オンウィング）で簡単に検査対象１を検査することができる。

なお、接触媒質押付用治具は、以下に示す構成を有していても良い。

（接触媒質押付用治具）
図４は、本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具４０Ａの構成図である。
図４に示す接触媒質押付用治具４０Ａは、押付面４２ａと検査対象１の表面１ａとの距離を一定に保つスペーサー４３を備える。スペーサー４３は、押付部４２に支持されている。スペーサー４３は、棒状に形成され、押付面４２ａから突出して設けられている。スペーサー４３は、ハニカム構造体３よりも長く形成されている。スペーサー４３は、接触媒質押付用治具４０Ａの押し付け時の安定性を考慮して、３点以上設けることが好ましい。接触媒質押付用治具４０Ａによれば、スペーサー４３の先端が表面１ａに接触することで、押付部４２がハニカム構造体３に接触することが規制されるため、接触媒質１０の厚みＤを確実に確保することができる。これにより、接触媒質１０を検査対象１に押し付ける作業効率が向上する。

図５は、本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具４０Ｂの構成図である。
図５に示す接触媒質押付用治具４０Ｂは、検査対象１の検査範囲Ｘを囲う枠部４４を備える。押付面４２ａの反対側の裏面４２ｂに、第２の接触媒質６０を介して超音波探触子２０が配置される。枠部４４は、押付部４２と一体に形成されている。枠部４４は、環状に形成され、押付面４２ａの外縁部から突出して設けられている。枠部４４は、ハニカム構造体３と接触することで、スペーサー４３としても機能する。超音波探触子２０は、中空の接触媒質押付用治具４０Ｂの内部に設置されている。押付面４２ａの反対側の裏面４２ｂには、第２の接触媒質６０が塗布されている。第２の接触媒質６０は、上述した高分子ゲルであってもよいし、グリセリン等の広く使用されている通常の接触媒質を使用してもよい。接触媒質押付用治具４０Ｂによれば、接触媒質１０を押し付ける際、図２Ａ〜図２Ｃに示すように枠体３０を別途設置する必要がない。これにより、接触媒質１０を検査対象１に押し付ける作業効率が向上する。また、この構成によれば、接触媒質押付用治具４０Ｂを引き上げることなく、内部に設置した超音波探触子２０による非破壊検査を行うことができ、非破壊検査の作業効率が向上する。

図６Ａおよび図６Ｂは、本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具４０Ｃの構成図である。
図６Ａおよび図６Ｂに示す接触媒質押付用治具４０Ｃは、枠部４４の内面４４Ａと外面４４Ｂとを連通させる連通部４４ａを備える。枠部４４は、図６Ｂに示すように、押付面４２ａの外側に円環状に形成されており、連通部４４ａは、枠部４４の内面４４Ａから外面４４Ｂまで直線的に形成された溝である。なお、連通部４４ａは、溝形状でなく、穴形状であってもよい。図６Ａに示すように、接触媒質押付用治具４０Ｃに押し付けられた接触媒質１０の一部が、連通部４４ａを通って外面４４Ｂ側へと入り込む。これにより、押し付けの際に余剰分の接触媒質１０が、予想外の場所から漏れ出すことが防止され、接触媒質１０を検査対象１に押し付ける作業効率が向上する。なお、連通部４４ａは複数形成してもよいが、検査範囲Ｘに空気等が入り易くなるため、連通部４４ａの数はなるべく少ない方が好ましい。

図７Ａおよび図７Ｂは、本開示の他の実施形態に係る接触媒質押付用治具４０Ｄの構成図である。
図７Ａおよび図７Ｂに示す接触媒質押付用治具４０Ｄは、接触媒質１０を把持する爪部４５を備える。
爪部４５は、図７Ａに示すように、枠部４４の先端から内向きに突出して形成される。爪部４５は、環状に形成されてもよいし、突起状に周方向において間隔をあけて複数形成されていてもよい。これにより、図７Ｂに示すように、接触媒質１０を接触媒質押付用治具４０Ｄと一体で、検査対象１から剥離させることができるため、接触媒質１０を検査対象１から剥離させる作業効率が向上する。

以上、図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

図８は、本開示の他の実施形態に係る非破壊検査方法において検査対象１に付着した接触媒質１０を示す平面図である。
図８に示すように、接触媒質１０は、蓄光材料１１を含有していてもよい。蓄光材料１１としては、硫化亜鉛（ＺｎＳ系）やアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ２Ｏ４系）等を使用することができる。ファンケースの内側は、光が届き難く、暗視野での作業となるため、接触媒質１０に蓄光材料１１を含有させることで、作業者が接触媒質１０を視認し易くなる。これにより、接触媒質１０の充填性の確認や、接触媒質１０の剥離の際の取り残しの確認が容易になる。

図９は、本開示の他の実施形態に係る非破壊検査方法において使用する接触媒質１０Ａの構成図である。
図９に示すように、接触媒質１０Ａは、ハニカム構造体３に合致する形状に成形されている。すなわち、接触媒質１０Ａは、ハニカム構造体３の空間に挿入される突出部１０ａを複数備える。突出部１０ａは、ハニカム構造体３の空間の深さよりも長く形成されており、接触媒質１０Ａを検査対象１にはめ込んで押圧すると、突出部１０ａが長軸方向に縮んで表面１ａに密着すると共に、突出部１０ａが太くなって、ハニカム構造体３の隙間を充填する。このように、検査対象１の形状が予め決まっている場合は、検査対象１の形状に成形された接触媒質１０Ａを使用することで、接触媒質１０の充填及び剥離を効率よく行える。また、成形された接触媒質１０Ａであれば、枠体３０の使用も不要となる。

また、上述した各実施形態の手法及び構成は、適宜組み合わせて使用することができる。

本開示によれば、検査対象が複雑な形状を有していても、その場で簡単に非破壊検査をすることが可能となる。

１検査対象
１ａ表面
２複合材
３ハニカム構造体
１０接触媒質
１０Ａ接触媒質
１１蓄光材料
２０超音波探触子
３０枠体
４０接触媒質押付用治具
４０Ａ接触媒質押付用治具
４０Ｂ接触媒質押付用治具
４０Ｃ接触媒質押付用治具
４０Ｄ接触媒質押付用治具
４２ａ押付面
４２ｂ裏面
４３スペーサー
４４枠部
４４ａ連通部
４４Ａ内面
４４Ｂ外面
６０第２の接触媒質
Ｘ検査範囲

Claims

検査対象に接触媒質を付着させ、前記接触媒質を介して超音波探触子による前記検査対象の非破壊検査を行う非破壊検査方法であって、
前記接触媒質として、高分子が架橋された高分子ゲルを用い、
前記接触媒質を前記検査対象に付着させた後、前記非破壊検査を行う前に、前記接触媒質を前記検査対象に押し付ける非破壊検査方法。
前記検査対象の検査範囲を囲うように枠体を設置し、
前記枠体の内側に接触媒質押付用治具を挿入して、前記枠体の内側に配置された前記接触媒質を前記検査対象に押し付ける請求項１に記載の非破壊検査方法。
前記検査対象は、表面にハニカム構造体を備える請求項１または２に記載の非破壊検査方法。
前記接触媒質は、蓄光材料を含有している請求項１〜３のいずれか一項に記載の非破壊検査方法。
検査対象に接触媒質を押し付ける接触媒質押付用治具であって、
前記検査対象の表面に対して平行な押付面を備える接触媒質押付用治具。
前記押付面と前記検査対象の表面との距離を一定に保つスペーサーを備える請求項５に記載の接触媒質押付用治具。
前記検査対象の検査範囲を囲う枠部を備える請求項５または６に記載の接触媒質押付用治具。
前記枠部の内側には、前記押付面が形成されており、
前記枠部の内面と外面とを連通させる連通部を備える請求項７に記載の接触媒質押付用治具。
前記押付面の反対側の裏面に、第２の接触媒質を介して配置された超音波探触子を備える請求項５〜８のいずれか一項に記載の接触媒質押付用治具。