(57)【要約】【課題】超音波探触子の配管への取り付け精度を高める。【解決手段】超音波出射面を備えた超音波探触子を配管に取り付けるための探触子取付具であって、基準となる平面が定められ、超音波探触子を、超音波出射面が基準平面と平行となる状態で保持するとともに、基準平面において超音波探触子を囲む矩形を形成する位置に４つの第１貫通孔が設けられた保持部材と、それぞれが第１貫通孔を貫いて基準平面の垂直方向に延びた４本の脚部と、を備え、４本の脚部について、各脚部の超音波出射面側の先端部分から基準平面までの距離がすべて等しい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波出射面を備えた超音波探触子を配管に取り付けるための探触子取付具であって、
基準となる平面が定められ、前記超音波探触子を、前記超音波出射面が前記平面と平行となる状態で保持するとともに、前記平面において前記超音波探触子を囲む矩形を形成する位置に４つの第１貫通孔が設けられた保持部材と、
それぞれが前記第１貫通孔を貫いて前記平面の垂直方向に延びた４本の脚部と、を備え、
前記４本の脚部について、前記各脚部の前記超音波出射面側の先端部分から前記平面までの距離がすべて等しいことを特徴とする探触子取付具。
【請求項２】
前記保持部材は板状であって、
前記矩形内に、前記超音波探触子を保持するための第２貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の探触子取付具。
【請求項３】
前記第２貫通孔が、ねじ切り加工されていることを特徴とする請求項２に記載の探触子取付具。
【請求項４】
前記保持部材が、前記第２貫通孔を通る切断線で分離可能であることを特徴とする請求項２に記載の探触子取付具。
【請求項５】
前記４本の脚部の前記超音波出射面側の先端部分が、球状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の探触子取付具。
【請求項６】
前記４本の脚部の前記超音波出射面側の先端部分に、前記各脚部に対して角度可変の可動脚先部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の探触子取付具。
【請求項７】
前記各脚部の前記超音波出射面側の先端部分から前記平面までの距離を調節するための調節機構を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の探触子取付具。
【請求項８】
前記４本の脚部を連結する、前記平面に平行な取付用枠を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の探触子取付具。
【請求項９】
超音波出射面を備えた超音波探触子と、前記超音波探触子を配管に取り付けるための探触子取付具とを備えた配管用超音波探触子であって、
前記探触子取付具は、
基準となる平面が定められ、前記超音波探触子を、前記超音波出射面が前記平面と平行となる状態で保持するとともに、前記平面において前記超音波探触子を囲む矩形を形成する位置に４つの第１貫通孔が設けられた保持部材と、
それぞれが前記第１貫通孔を貫いて前記平面の垂直方向に延びた４本の脚部と、を備え、
前記４本の脚部について、前記各脚部の前記超音波出射面側の先端部分から前記平面までの距離がすべて等しいことを特徴とする配管用超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信する超音波探触子に関し、特に、超音波探触子を配管に固定可能な探触子取付具および配管用超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波肉厚計は、超音波を利用して対象物の厚みを測定する計測機器である。超音波肉厚計を用いることで、例えば、配管の腐食、摩耗等による減肉を外部から非破壊的に検出することができる。
【０００３】
超音波肉厚計を利用して配管の肉厚を測定する場合には、超音波を送受信する超音波探触子を測定対象の配管に取り付ける。そして、配管の外壁と内壁との間を超音波が往復する時間等に基づいて配管の厚さを測定する。
【０００４】
配管の減肉が発生しやすい箇所を継続的に測定する場合には、超音波探触子を配管に常時固定しておくことが行なわれている。図１３は、超音波探触子を測定対象の配管３１０に固定して運用する場合の例を示している。本図において、超音波肉厚計３００は、超音波探触子３０１と信号処理部３０２とを備えており、ケーブル３０３で接続されているものとする。超音波探触子３０１と信号処理部３０２とを一体型に形成する場合もある。
【０００５】
超音波探触子３０１は、超音波を送受信する入出力面３０１ａを有している。入出力面３０１ａは平面状であり、超音波は入出力面３０１ａに対して垂直方向に出射される。信号処理部３０２は、超音波探触子３０１に超音波出力信号を出力するとともに、超音波探触子３０１からの超音波受信信号を入力して、配管３１０の厚さを算出する。信号処理部３０２の算出結果は、無線あるいは有線で不図示の管理システムに送信することができる。
【０００６】
超音波探触子３０１の配管３１０への取り付けについては、例えば、超音波探触子３０１にアクリル系接着剤３２０を塗布し、配管３１０に押し当てて接着させることで常時固定状態とする。アクリル系接着剤３２０は、接触媒質としても機能するため、隙間や気泡等が生じないようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１０９５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
肉厚測定の精度を確保するためには、入出力面３０１ａから出射される超音波が配管３１０の外壁から垂直に入射される必要がある。このため、超音波探触子３０１は、超音波の出射方向が配管３１０の取り付け位置における法線方向と正確に一致するように固定しなければならない。
【０００９】
しかしながら、配管３１０は外壁が湾曲しているため、超音波探触子３０１を配管３１０に押し当てて接着剤３２０で固定させる方式では、法線方向と正確に一致させることが難しく、取り付け作業に時間を要したり、斜めに取り付けられて測定精度が低下したりする問題が生じている。
【００１０】
そこで、本発明は、超音波探触子の配管への取り付け精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である探触子取付具は、超音波出射面を備えた超音波探触子を配管に取り付けるための探触子取付具であって、基準となる平面が定められ、前記超音波探触子を、前記超音波出射面が前記平面と平行となる状態で保持するとともに、前記平面において前記超音波探触子を囲む矩形を形成する位置に４つの第１貫通孔が設けられた保持部材と、それぞれが前記第１貫通孔を貫いて前記平面の垂直方向に延びた４本の脚部と、を備え、前記４本の脚部について、前記各脚部の前記超音波出射面側の先端部分から前記平面までの距離がすべて等しいことを特徴とする。
ここで、前記保持部材は板状であって、前記矩形内に、前記超音波探触子を保持するための第２貫通孔が形成されていてもよい。
前記第２貫通孔が、ねじ切り加工されていてもよい。
前記保持部材が、前記第２貫通孔を通る切断線で分離可能であってもよい。
前記４本の脚部の前記超音波出射面側の先端部分が、球状であってもよい。
前記４本の脚部の前記超音波出射面側の先端部分に、前記各脚部に対して角度可変の可動脚先部を備えていてもよい。
前記各脚部の前記超音波出射面側の先端部分から前記平面までの距離を調節するための調節機構を備えていてもよい。
前記４本の脚部を連結する、前記平面に平行な取付用枠を備えていてもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である配管用超音波探触子は、超音波出射面を備えた超音波探触子と、前記超音波探触子を配管に取り付けるための探触子取付具とを備えた配管用超音波探触子であって、前記探触子取付具は、基準となる平面が定められ、前記超音波探触子を、前記超音波出射面が前記平面と平行となる状態で保持するとともに、前記平面において前記超音波探触子を囲む矩形を形成する位置に４つの第１貫通孔が設けられた保持部材と、それぞれが前記第１貫通孔を貫いて前記平面の垂直方向に延びた４本の脚部と、を備え、前記４本の脚部について、前記各脚部の前記超音波出射面側の先端部分から前記平面までの距離がすべて等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波探触子の配管への取り付け精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る配管用超音波探触子を示す図である。
【図２】保持部材と超音波探触子とを示す図である。
【図３】超音波探触子を保持部材にねじ込み固定したときの状態を示す図である。
【図４】保持部材と脚部との固定部分を示す図である。
【図５】配管用超音波探触子の各部の位置関係を示す図である。
【図６】配管用超音波探触子の配管への取り付け状態を示す図である。
【図７】配管用超音波探触子の配管への取り付け状態を示す図である。
【図８】配管用超音波探触子の配管への取り付け状態を示す図である。
【図９】配管用超音波探触子の配管への取り付け状態を示す図である。
【図１０】超音波探触子を保持部材１２０に固定する別例を示す図である。
【図１１】超音波探触子を保持部材１２０に固定する別例を示す図である。
【図１２】脚部先端の別例を示す図である。
【図１３】超音波探触子を測定対象の配管に固定して運用する従来の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る配管用超音波探触子１００を示す図である。本図に示すように、配管用超音波探触子１００は、超音波探触子１１０と探触子取付具１５０とを備えている。配管用超音波探触子１００は、例えば、配管の肉厚を計測する超音波肉厚計に適用することができる。
【００１５】
超音波探触子１１０は、略円柱状に成形され、ケーブル１６０と超音波を送信する超音波出射面１１０ａとを備えている。超音波出射面１１０ａは平面状であり、超音波は超音波出射面１１０ａに対して垂直方向に出射される。超音波出射面１１０ａは、超音波を受信する機能も有している。ケーブル１６０は、図示しない信号処理部と接続される。超音波探触子１１０と信号処理部とを一体化してもよい。
【００１６】
探触子取付具１５０は、超音波探触子１１０を配管に取り付けるための治具であり、保持部材１２０とフレーム１３０とを備えている。保持部材１２０は、矩形の板状であり上面１２０ａ、下面１２０ｂが平行に形成されている。上面１２０ａ、下面１２０ｂのうち、いずれかを基準面として他の部材の配置方向が決定される。本実施形態では、保持部材１２０が板状で、上面１２０ａと下面１２０ｂとが平行であるため、どちらを基準面としてもよいが、ここでは便宜的に下面１２０ｂを基準面とする。
【００１７】
図２に示すように、保持部材１２０は、中央部分に大貫通孔（第２貫通孔）１２０ｃが形成され、４隅に小貫通孔（第１貫通孔）１２０ｄが形成されている。大貫通孔１２０ｃは、超音波探触子１１０を取り付けるための貫通孔であり、雌ねじが切られている。小貫通孔１２０ｄは、後述するフレーム１３０の脚部１３１を通すための貫通孔である。大貫通孔１２０ｃ、小貫通孔１２０ｄとも基準面と垂直に交わるように形成されている。
【００１８】
超音波探触子１１０の超音波出射面１１０ａの反対側には、雄ねじ１１０ｂが切られており、大貫通孔１２０ｃにねじ込み固定できるようになっている。超音波探触子１１０を保持部材１２０にねじ込み固定したとき、超音波出射面１１０ａが基準面と平行になるように、雄ねじ１１０ｂおよび大貫通孔１２０ｃの雌ねじが切られている。
【００１９】
４つの小貫通孔１２０ｄは、基準面において、ねじ込み固定された超音波探触子１１０を囲む矩形を形成する位置に設けられている。本実施形態では、４つの小貫通孔１２０ｄは、正方形を形成する位置に設けられているが、長方形を形成する位置であれば足りる。矩形の対角線の交点と大貫通孔１２０ｃの中心とが一致するようにする。
【００２０】
雄ねじ１１０ｂの根元部分には、ねじ切り加工の精度誤差を吸収して、保持部材１２０と超音波探触子１１０の肩部分との密着性を高めるために、くびれ部１１０ｃを設けることが好ましい。図３は、超音波探触子１１０を保持部材１２０にねじ込み固定したときの状態を示している。なお、大貫通孔１２０ｃおよび小貫通孔１２０ｄの内径は一例であり、雄ねじ１１０ｂおよび脚部１３１の外径に応じて変更される。
【００２１】
図１の説明に戻って、フレーム１３０は、４本の脚部１３１と、４本の脚部１３１を連結する取付用枠１３２と補助枠１３３とを有している。４本の脚部１３１は、それぞれが保持部材１２０の小貫通孔１２０ｄを貫いており、基準面に対して垂直方向に延びている。４本の脚部１３１は、超音波出射面１１０ａ側の各先端部分が基準面から等距離になるように保持部材１２０に固定されている。
【００２２】
矩形状の枠である取付用枠１３２と補助枠１３３とは、保持部材１２０を挟む位置に設けられており、取付用枠１３２が超音波出射面１１０ａ側に配置されている。取付用枠１３２は、基準面と平行な枠であり、角部分がそれぞれ脚部１３１と連結している。
【００２３】
補助枠１３３は、組立の際に、脚部１３１を小貫通孔１２０ｄに通した後に取り付けられる。取り付け後は固定状態としてもよいし着脱可能としてもよい。なお、補助枠１３３は無くてもよい。
【００２４】
図４に示すように、各脚部１３１の超音波出射面１１０ａ側の先端部分１３１ａは球状に加工されている。また、各脚部１３１の中間部分には、ねじ溝１３１ｂが切られており、ねじ溝１３１ｂに螺合した２つのナット１４１で保持部材１２０を挟むことで、保持部材１２０と脚部１３１とを固定することができる。このとき、ナット１４１で挟む位置を移動させることで、保持部材１２０の基準面と脚部１３１の先端部分１３１ａとの距離を容易に調整することができる。このため、ナット１４１とねじ溝１３１ｂとは、脚部１３１と保持部材１２０の固定機構と位置調節機構とを兼ねていることになる。
【００２５】
このような構成により、配管用超音波探触子１００は、図５に示すように、保持部材１２０の基準面１２０ｂに対して、４本の脚部１３１が垂直に延びている。４本の脚部１３１は、取付用枠１３２と垂直に交わるとともに、球状の先端部分１３１ａが基準面１２０ｂと平行な面上で揃っている。また、保持部材１２０に保持された超音波探触子１１０の超音波出射面１１０ａも基準面１２０ｂと平行になっている。超音波出射面１１０ａから出射される超音波は、脚部１３１と平行に進むことになる。
【００２６】
図６は、配管用超音波探触子１００の配管３１０への取り付け状態を示している。本図の例では、２本の取付バンド１７０を用いて、配管用超音波探触子１００を配管３１０に取り付けている。取付バンド１７０は、例えば、開閉機構と長さ調節機構とを備えており、取付用枠１３２と配管３１０とを囲んで巻き、締め付けることで配管用超音波探触子１００を配管３１０に固定することができる。４本の脚部１３１の先端部分１３１ａは球状であるため、配管３１０の外壁の径に依らず安定して配管３１０に接触する。取付バンド１７０は、金属、樹脂、皮、繊維等で構成することができる。また、取付バンド１７０をフレーム１３０と一体化してもよい。
【００２７】
超音波出射面１１０ａと配管３１０との間には、接触媒質として、例えば、弾性を有する固形のシリコーン樹脂１８０を用いることができる。シリコーン樹脂１８０は、超音波出射面１１０ａと配管３１０との間に隙間が生じないような形状およびサイズとする。例えば、円柱状とすることができ、超音波出射面１１０ａにシリコーン樹脂１８０を貼り付けた状態で、配管用超音波探触子１００を配管３１０に押し付けて取り付け、取付バンド１７０で固定するようにする。
【００２８】
本実施形態の配管用超音波探触子１００は、図７に示すように、長さが揃えられた４本の脚部１３１の球状の先端部分１３１ａがそれぞれ配管３１０に安定的に接するため、超音波出射面１１０ａからの超音波出射方向が正確に配管３１０の法線方向と一致することになる。
【００２９】
このとき、超音波出射面１１０ａと配管３１０との距離は、それぞれの脚部１３１において、ナット１４１で保持部材１２０を挟む位置を移動させることで、容易に変更することができる。このように位置を変更し、それぞれの脚部１３１が、超音波出射面１１０ａ側の各先端部分が基準面から等距離になるように保持部材１２０に固定させる。
【００３０】
例えば、超音波出射面１１０ａと配管３１０との距離が近すぎると、不要な高次反射波がノイズとなって測定精度が低下する場合がある。本実施形態の配管用超音波探触子１００は、超音波出射面１１０ａと配管３１０との距離を容易に最適化することができる。
【００３１】
また、保持部材１２０と４本の脚部１３１の先端部分１３１ａとの距離が同じであっても、配管３１０の径が小さいほど、超音波出射面１１０ａと配管３１０との距離が近くなる。本実施形態の配管用超音波探触子１００は、配管３１０の径の大小に対応して保持部材１２０の位置を上下させることで、超音波出射面１１０ａと配管３１０との距離を容易に調節することができる。
【００３２】
さらには、高温となる配管３１０を測定対象とする場合には、超音波探触子１１０を熱から保護するために超音波出射面１１０ａと配管３１０との距離をある程度、例えば、５ｍｍ程度確保しなければならない。本実施形態の配管用超音波探触子１００は、超音波出射面１１０ａと配管３１０との間で必要な距離を容易に確保することができる。従来のアクリル系接着剤を用いた固定では、精度、耐熱性とも充足することが極めて困難である。
【００３３】
なお、高温となる配管３１０を測定対象とする場合には、耐熱性を有し、超音波出射面１１０ａと配管３１０との間に隙間が生じない十分な厚さのシリコーン樹脂１８０を用いるものとする。また、取付バンド１７０として耐熱性を有するステンレスバンド等を用いるようにする。
【００３４】
本実施形態の配管用超音波探触子１００は、矩形状に配置された、基準面１２０ｂと先端部分との距離が同じ長さとなる先端球状の４本の脚部１３１を備えているため、図８に示すように、配管３１０の直線部分のみならず、配管３１０の曲がり部分にも安定的に固定することができる。
【００３５】
上述の実施形態では、超音波出射面１１０ａと配管３１０との間の接触媒質として固形のシリコーン樹脂１８０を用いたが、図９に示すように、粘度の高いジェル状のシリコーン樹脂１８２を用いてもよい。この場合、配管３１０あるいは超音波出射面１１０ａにシリコーン樹脂１８２を塗布してから配管用超音波探触子１００を配管３１０に取り付けるようにしてもよいし、配管用超音波探触子１００を配管３１０に取り付けてから隙間にシリコーン樹脂１８２を流し込むようにしてもよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、超音波探触子１１０を雄ねじ１１０ｂによって保持部材１２０にねじ込み固定するようにしていたが、他の固定方法であってもよい。例えば、図１０に示すように、ボルト１１８を用いて超音波探触子１１０を保持部材１２０に固定するようにしてもよい。なお、この場合、雄ねじ１１０ｂは無くてもよい。
【００３７】
あるいは、図１１（ａ）に示すように、開閉可能な保持部材１２１を用いてもよい。本図の例では、保持部材１２１が、保持部材片１２１ａと保持部材片１２１ｂとが蝶番１２１ｃを中心に開閉可能となっている。保持部材片１２１ａと保持部材片１２１ｂとが閉状態のときに大貫通孔１２１ｄが形成される。すなわち、保持部材１２１は、大貫通孔１２１ｄを通る切断線で分離される。また、保持部材片１２１ａと保持部材片１２１ｂには、小貫通孔１２１ｅがそれぞれ２個形成されている。
【００３８】
この場合、図１１（ｂ）に示すように、閉状態で形成される大貫通孔１２１ｄに対応したくびれ部１１１ａを備えた超音波探触子１１１を用いることができる。また、保持部材１２１が超音波探触子１１１を強固に保持するように、断面Ｌ字形状の環状弾性部材１１４を２つ用いることが好ましい。環状弾性部材１１４は、ゴム、シリコーン樹脂等を用いて構成することができる。
【００３９】
そして、図１１（ｃ）に示すように、超音波探触子１１１のくびれ部１１１ａの上下箇所に２つの環状弾性部材１１４を嵌め込んだ状態で、くびれ部１１１ａを、保持部材片１２１ａと保持部材片１２１ｂとで挟み込んで固定する。
【００４０】
保持部材片１２１ａと保持部材片１２１ｂとの固定については、蝶番１２１ｃと反対側（大貫通孔１２１ｄを挟んだ反対側）の箇所に留め具を設けてもよいし、４つの小貫通孔１２１ｅに脚部１３１を通すことで固定するようにしてもよい。
【００４１】
また、上述の実施形態では、４本の脚部１３１の先端を球状としていたが、配管３１０の外壁の曲面に安定的に固定できれば他の形状であってもよい。例えば、脚部１３１の先端が針状であってもよい。あるいは、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、各脚部１３１に対して任意の角度に調整可能な可動脚先部１３１ｄを設けるようにしてもよい。これによって、配管３１０の外壁の様々な形状に対して、超音波出射面１１０ａからの超音波出射方向が配管３１０の法線方向と一致させることを可能にする。
【００４２】
また、上述の実施形態では、保持部材１２０を矩形の板状としたが、保持部材１２０は板状でなくてもよい。例えば、箱状や柱状としたり、不均一な形状としてもよい。この場合、基準となる面は実際に形成された面に限られず、保持部材１２０に保持された超音波探触子１１０の超音波出射面１１０ａと平行な仮想的な面であってもよい。すなわち、保持部材１２０に保持された超音波探触子１１０の超音波出射面１１０ａとの位置関係により基準となる面が定められることになる。
【００４３】
本実施形態の超音波探触子は、超音波肉厚計のみならず、配管を対象に超音波の送受信を行なう他の計測機器、例えば、超音波レベル計、超音波流量計等にも効果的に適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００…配管用超音波探触子、１１０…超音波探触子、１１０ａ…超音波出射面、１１１…超音波探触子、１１４…環状弾性部材、１１８…ボルト、１２０…保持部材、１２０ｃ…大貫通孔、１２０ｄ…小貫通孔、１２１…保持部材、１３０…フレーム、１３１…脚部、１３１ａ…先端部分、１３２…取付用枠、１３３…補助枠、１４１…ナット、１５０…探触子取付具、１６０…ケーブル、１７０…取付バンド、１８０…シリコーン樹脂、１８２…シリコーン樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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