(57)【要約】【課題】構造物の硬さ測定が困難な部位に対し、安全に硬さを測定することができる遠隔硬さ測定装置を得る。【解決手段】プローブ２と、このプローブから分離された制御部５およびデータ収録部６とから構成された硬さ計１と、構造部材の測定表面に対して前記プローブ２が垂直に配置されるように固定する固定冶具７とから構成したことを特徴とする。【選択図】図１
2005098802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブと、このプローブから分離された制御部およびデータ収録部とから構成された硬さ計と、測定構造物の測定面に対して前記プローブが垂直に配置されるように固定する固定冶具とから構成したことを特徴とする遠隔硬さ測定装置。
【請求項２】
前記硬さ計として超音波硬さ計を適用したことを特徴とする請求項１記載の遠隔硬さ測定装置。
【請求項３】
前記固定冶具の測定構造物の測定面と接触する部分に硬さ測定位置を移動するための稼動車輪を備えたことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の遠隔硬さ測定装置。
【請求項４】
測定構造物の測定面に沿って移動用レールを設け、この移動用レールに対して前記固定冶具を移動可能に設けたことを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の硬さ測定装置。
【請求項５】
配管状の測定構造物の内部に円筒状固定冶具を移動可能に収納し、この円筒状固定冶具の一端に前記プローブが測定面に垂直となるように固定するとともに他端に当該円筒状固定冶具を移動させるための挿入棒を固定したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の硬さ測定装置。
【請求項６】
前記プローブを液密に覆うチャンバーを設けるとともに、プローブを固定した固定冶具を移動させる挿入棒を取り付けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の遠隔硬さ測定装置。
【請求項７】
硬さ測定後の圧痕を除去する研削あるいは研磨装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の遠隔硬さ測定装置。
【請求項８】
硬さの測定値が予め設定した基準範囲から逸脱した場合、その旨出力する出力装置を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の遠隔硬さ測定装置。
【請求項９】
プローブと、このプローブから分離された制御部およびデータ収録部とから構成された硬さ計を用いて構造部材の表面の硬さを測定するようにした遠隔硬さ測定方法において、
まず前記構造部材の表面にプローブが垂直に配置されるように固定し、次にこのプローブに前記制御部から一定の荷重負荷を与えた状態でプローブの振動棒を振動させて測定面の硬さに関するデータを得、この得られたデータをデータ収録装置に収録して構造部材表面の硬さを求めることを特徴とする遠隔硬さ測定方法。
【請求項１０】
硬さの測定値が予め設定した基準範囲から逸脱している場合、予め設定した基準範囲の硬さになるまで研削あるいは研磨と硬さ測定とを繰り返し実施することを特徴とする請求項９記載の遠隔硬さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用機器等の構造部材表面の硬さ測定を遠隔部で実施することができる遠隔硬さ測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用機器などを構成する構造部材は、製造時に曲げ加工、切削加工等の加工を受けることが多い。その際、受けた加工の程度に伴い材料の硬さが上昇する。硬さは脆化の指標として使用されることが多く、使用中の環境によっては脆化が進行し、硬さが上昇することもある。
【０００３】
中でも高硬度鋼は、原子炉等の高温高圧水環境下において応力腐食割れを発生する可能性があることが知られている。例えば、ステンレス鋼がある硬さ以上の値で応力腐食割れ感受性を示すことは例えば以下の特許文献１および非特許文献１で知られている。
【特許文献１】特開平３−４１４５号公報
【非特許文献１】「CHARACTERIZATION OF LONG TERM AGED MARTENSITIC STAINLESS STEELS」(Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems,August,1987)および「Stress Corrosion Cracking of Cold Worked Stainless Steels in high temperature Water」(CORROSION 94,No.237)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実機構造物の場合、製品が完成してから、あるいは使用中に硬さ測定を実施することは困難である。硬さ測定は、材料の脆化を判定する指標として利用されることが多いため、現場において直接構造物の硬さが測定できれば、構造材の脆化の判断ができる。しかし、発電機器の場合、一度製品化した構造物に対し硬さ測定を行うことには作業性の観点から困難なことが多い。予め硬さ測定を実施したい部位の形状に合わせた冶具を製作することで測定面に硬さ計を垂直に固定できれば硬さ測定が可能となる。原子力プラント機器のような被爆の可能性がある場合は、特に遠隔で安全に測定できることが望ましい。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、発電機器などの構造物の硬さ測定が困難な部位に対し、直接硬さを測定することができる遠隔硬さ測定装置および測定方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る遠隔硬さ測定装置の発明は、プローブと、このプローブから分離された制御部およびデータ収録部とから構成された硬さ計と、構造部材の測定表面に対して前記プローブが垂直に配置されるように固定する固定冶具とから構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項９に係る遠隔硬さ測定方法の発明は、プローブと、このプローブから分離された制御部およびデータ収録部とから構成された硬さ計を用いて構造部材の表面の硬さを測定するようにした遠隔硬さ測定方法において、まず前記構造部材の表面にプローブが垂直に配置されるように固定し、次にこのプローブに前記制御部から一定の荷重負荷を与えた状態でプローブの振動棒を振動させて測定面の硬さに関するデータを得、この得られたデータをデータ収録装置に収録して構造部材表面の硬さを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プローブと制御部およびデータ収録部とに分離した構成の硬さ計を適用し、発電機器等の作業性の困難な箇所の測定構造物に対してプローブを垂直に配置して硬さ測定を遠隔で行うようにしたので、安全に測定操作を行うことが可能となり、特に原子力機器等の硬さ測定時には被爆量を低減することができる。  
また、硬さ測定結果を材料の脆化診断に利用することができるため、発電機器の安全運転に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る遠隔硬さ測定装置および測定方法の実施例について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して対応する要素には同一符号または関連符号を付けて重複した説明は省略する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明による遠隔硬さ測定装置の１実施例の構成図である。  
図１において、１は硬さ計としての超音波硬さ計であり、２はこの超音波硬さ計のプローブである。このプローブ２は先端にダイヤモンド圧子を取り付けている振動軸３と、この振動軸３に一定荷重をかけて測定面に押しつける荷重負荷装置４と、図示しないが振動棒２の振動周波数を検出する圧電素子とその他を備えている。５および６は前記プローブ２からそれぞれ分離して設けられた制御部およびデータ収録部である。なお、プローブ２と制御部５間は信号線および空気チューブにより接続され、またプローブ２とデータ収録部６間は信号線により接続されている。
【００１１】
そして、７は前記プローブ２を振動軸３の軸先端が測定構造物２０の測定面に対して垂直に配置するように固定する固定冶具であり、８はこの固定冶具７の下端部に取り付けた固定冶具脚部である。
【００１２】
本実施例で用いる超音波硬さ計１は、測定構造物２０の測定面に振動軸３の圧子を押しつけた際にできた圧痕の大きさを顕微鏡で測定する代わりに、制御部５から荷重負荷装置４を介して振動軸３に一定荷重を与えて測定面に押しつけた状態で超音波の縦振動を与え、振動棒の共振周波数を圧電素子で検出し、検出信号をデータ収録部６に入力して硬さを測定するように構成されている。
【００１３】
この超音波硬さ計１を用いた場合、前記制御部５およびデータ収録部６は特にプローブすなわち測定面の近くに置く必要はないので、測定面から遠く離れた位置に設置することによって、遠隔部からプローブ２の操作およびデータの収録を行うことができる。
【００１４】
このため、本超音波硬さ計１を用いた遠隔測定技術は、被爆の危険性がある原子力機器の硬さ測定に対し特に有効であり、例として測定構造物２０として原子炉内構造物であるシュラウドへの適用例について説明する。シュラウドは炉水に接しているため、溶接部近傍において応力腐食割れ発生の可能性がある。実際の応力腐食割れの発生は、シュラウド表層の加工層が影響していると考えられていることから、運転プラントのシュラウド表層の硬さ測定が可能ならば現状の応力腐食割れ発生の可能性を検討することができる。
【００１５】
すなわち、超音波硬さ計１の振動軸２をシュラウドの評価したい部位に押しつけて制御部５から荷重負荷装置４に一定の荷重を加えた状態での振動軸２の共振周波数を測定することで、シュラウド２０表面の硬さを測定し、これによって応力腐食割れ発生の可能性を検討することができる。なお、シュラウド表層の加工層は数１０μｍ程度の可能性があるため、硬さ測定の際は制御部５によって荷重負荷装置４への負荷をできる限り小さく制御することが好ましい。
【００１６】
なお、前記荷重負荷装置４は電気信号により振動軸３に一定の荷重を加える代わりに空気圧によって行ってもよい。  
以上述べたように、本実施例によれば、プローブと制御部およびデータ収録部とが分離されている硬さ計を適用したので、プローブから離れた位置で遠隔制御ならびにデータの収録を行うことができ、作業員の近寄り難い被爆の危険性がある原子力機器の硬さ測定に対し特に有効である。
【実施例２】
【００１７】
図２は本発明による遠隔硬さ測定装置の実施例２の構成図である。  
図２において、本実施例と実施例１との構造上の相違点は、本実施例が固定冶具７の脚部８に稼動車輪９を付け、その移動において周囲を確認する図示しないテレビカメラを設置するように構成した点にあり、それ以外の点においては特に変るところはないので図１と同一部分には同一符号を付し、その部分の構成の説明は省略する。なお、以下図３から図６においても同様に、同一部分には同一符号を付し、その構成の説明は省略する。
【００１８】
本実施例によれば、超音波硬さ計１を稼動車輪９付きの固定冶具７に固定するように構成したことにより、超音波硬さ計１のプローブ２を測定位置まで容易に移動させることができる。
【実施例３】
【００１９】
図３は本発明による遠隔硬さ測定装置の実施例３の構成図である。  
図３において、本実施例は測定構造物２０Ａの垂直面部に対して、超音波硬さ計１のプローブ２が直角に配置されるよう固定冶具７Ａで固定し、その垂直面部の硬さを超音波硬さ計１で測定するようにしたものである。
【００２０】
このため、本実施例では測定構造物２０Ａの垂直面部に沿ってＬ字状の移動用レール１０を平行に固定し、この移動用レール１０に対して固定冶具７Ａが滑らかに移動できるように取り付けるように構成したものである。この結果、プローブ２は測定構造物２０Ａの垂直面部に対して測定位置まで容易に移動させることができる。
【００２１】
なお、図３では示していないが、固定冶具７Ａを移動用レール１０上に移動させるために、固定冶具７Ａ内部には制御部５からの指令で動作する駆動機構を設けているものとする。  
以上述べたように、本実施例によれば、超音波硬さ計１のプローブ２を固定した固定冶具７Ａが測定構造物２０Ａの垂直面部に対して平行に固定した移動用レール１０上を移動することができるので、プローブ２を測定したい位置に容易に移動させることができ、測定構造物２０Ａの垂直面部の硬さを遠隔部にて容易に測定することができる。
【実施例４】
【００２２】
図４は本発明による遠隔硬さ測定装置の実施例４の構成図である。  
図４において、本実施例は配管２０Ｂの内面の硬さ測定に適するように構成したものである。図中７Ｂは配管２０Ｂ内に挿入されて滑らかに配管内面に沿って上下にかつ円周方向に案内されるように円筒状に形成された第２の固定冶具であり、下部を円錐状に形成しその中心部７Ｂ−１においてプローブＸが配管２０Ｂ内面と垂直になるように前記固定冶具７を固定している。
【００２３】
一方、この第２の固定冶具７Ｂの上端部７Ｂ−２に挿入棒７Ｂ−３を固定し、図示しない装置でこの挿入棒７Ｂ−３の配管２０Ｂ内に挿入する長さを制御することによって硬さ測定位置を上下に移動することができ、また回転させることによって円周方向に移動させることができるように構成している。
【００２４】
以上述べたように、本実施例によれば計測部から離れている遠隔部に制御部５およびデータ収録部６を設置し、プローブ２を遠隔操作して配管内面の上下方向および円周方向に移動させ硬さ測定を行うことができる。
【実施例５】
【００２５】
図５は本発明による遠隔硬さ測定装置の実施例５の構成図である。  
図５において、本実施例の遠隔硬さ測定装置は、シュラウドのように測定構造物２０Ｃが水中にある場合、その測定構造物２０Ｃの硬さを測定したい位置の測定面に対しプローブＸを垂直になるよう固定冶具７Ｃで固定し、制御部５から荷重負荷装置４に力を加えることにより遠隔部で硬さを測定するようにしたものである。１１はプローブ２を液密に覆うチャンバーであり、水中で固定冶具７Ｃが移動できるようにシュラウド２０Ｃと接触する部分に車輪を設けている。なお、固定冶具７Ｃにはプローブ２の位置を移動させることができるように挿入棒７Ｃ−３を取り付けており、この挿入棒７Ｃ−３は図示しない駆動装置により上下あるいは左右に移動することが可能に構成されている。
【００２６】
以上述べたように、本実施例はプローブをチャンバーで液密に覆うとともに、固定冶具を挿入棒で移動可能に構成したので、原子炉内構造物であるシュラウド等のように水中に浸かっている測定構造物に対しても硬さ測定を実施することができる。
【実施例６】
【００２７】
図６は本発明による遠隔硬さ測定装置の実施例６の構成図である。  
本実施例は実施例１に対して硬さを測定した際に測定構造物２０上に生じた圧痕を除去するための研削あるいは研磨装置１４および盤状の固定冶具１３を設けるようにしたもので、その他の構成は実施例１と同じである。
【００２８】
図６において、本実施例の遠隔硬さ測定装置は、超音波硬さ計１のプローブ２と制御部５およびデータ収録装置６との間に盤状固定冶具１２を配置し、さらにこの盤状固定冶具１２に荷重負荷装置１３を介して研削あるいは研磨装置１４を設けるようにしたものである。
【００２９】
研削あるいは研磨装置１４を固定した固定冶具１２は、制御部５からの制御信号を受けて研削または研磨装置１４を回転させる。また、制御部５から荷重負荷装置１３に下向きの力を制御して加えることにより遠隔で接触力を制御することができる。
【００３０】
なお、測定構造物２０の構造材によっては設計許容の仕様が存在し、ある硬さ以上あるいは以下で規定する場合がある。超音波硬さ計１で硬さを測定した後、その測定値が予め設定した硬さの基準範囲から外れている場合、データ収録部６から警報を発するようにしてもよい。
【実施例７】
【００３１】
図７は本発明による遠隔硬さ測定方法による測定値収束方法のフローチャートである。  
本実施例は任意部位の硬さ測定値が予め設定した硬さの基準範囲から外れた場合、測定値を収束するように対処するための実施例である。
【００３２】
図７において、ステップ７−１で硬さ基準範囲を設定する。次に、ステップ７−２で任意部位の硬さを測定する。ステップ７−３でこのときの測定値が前記ステップ７−１で予め設定した硬さの基準範囲に入っているか否かを判定し、基準範囲内（ＹＥＳ）であれば、その部位の硬さ測定は終了して別の測定部位を測定することになる（ステップ７−４）。しかし、ステップ７−３での判定の結果、測定値が基準範囲内から逸脱（ＮＯ）している場合は、ステップ７−５で当該部を研削あるいは研磨し、ステップ７−２に戻って再度硬さを測定する。この測定結果をステップ７−３で再び基準範囲と比較する。以上の硬さ測定および研削または研磨を繰り返すことにより、硬さは最終的に予め設定した硬さ基準範囲内に収束するようになる。
【００３３】
以上述べたように、本実施例によれば任意部位の硬さ測定値が予め設定した硬さの基準範囲から外れた場合、硬さ測定および研削または研磨を繰り返すことにより、硬さを最終的に予め設定した硬さ基準範囲内に収束させることができる。  
なお、各々実施例について説明したが、実施例１〜７について各々適宜組合せてよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１に係る遠隔硬さ測定装置の構成図。
【図２】本発明の実施例２に係る遠隔硬さ測定装置の構成図。
【図３】本発明の実施例３に係る遠隔硬さ測定装置の構成図。
【図４】本発明の実施例４に係る遠隔硬さ測定装置の構成図。
【図５】本発明の実施例５に係る遠隔硬さ測定装置の構成図。
【図６】本発明の実施例６に係る遠隔硬さ測定装置の構成図。
【図７】本発明の実施例７に係る遠隔硬さ測定方法による測定値収束方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００３５】
１…硬さ計、２…硬さ計のプローブ、３…振動軸、４…荷重負荷装置、５…制御部、６…データ収録部、７、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…固定冶具、７Ｂ−１…下端中心部、７Ｂ−２…上端部、７Ｂ−３…挿入棒、７Ｃ−３…挿入棒、８…固定冶具脚部、９…稼動車輪、１０…移動用レール、１１…チャンバー、１２…盤状固定冶具、１３…荷重負荷装置、１４…研削（研磨）装置、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ……測定構造物。
【図１】
2005098802.tif 000003
【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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