(57)【要約】被検査体の曲面に沿って柔軟性を有した楔部を屈曲変形させて、被検査体と楔部との間に隙間が生じないように配置する。これに伴い、楔部に搭載された振動子も屈曲変形する。この状態で端子部から信号ケーブルを介して振動子に電源を供給し振動子から超音波を送信し反射波を受信する。従って、様々な曲率を有した被検査体に対して容易に超音波検査を行うことができる。
2004065954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体に超音波を送信または前記被検査体からの反射波を受信する柔軟性を有した振動子と、前記被検査体の曲面に沿って屈曲変形し前記被検査体の曲面に接触すると共に前記振動子を搭載し前記振動子からの超音波を伝搬する柔軟性を有した楔部と、前記振動子の電極に信号ケーブルを介して接続され前記振動子と電気信号の授受を行うための端子部とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
被検査体に超音波を送信または前記被検査体からの反射波を受信する柔軟性を有した振動子と、前記被検査体の曲面に沿って屈曲変形し前記被検査体の曲面に接触すると共に前記振動子を搭載し前記振動子からの超音波を伝搬する柔軟性を有した楔部と、前記振動子の電極に信号ケーブルを介して接続され前記振動子と電気信号の授受を行うための端子部と、前記振動子の少なくとも上面部を保護する柔軟性を有した保護部とを設けたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
被検査体に超音波を送信または前記被検査体からの反射波を受信する柔軟性を有した振動子と、前記被検査体の曲面に沿って屈曲変形し前記被検査体の曲面に接触すると共に前記振動子を搭載し前記振動子からの超音波を伝搬する柔軟性を有した楔部と、前記振動子の電極に信号ケーブルを介して接続され前記振動子と電気信号の授受を行うための端子部と、前記楔部に設けられ前記振動子の電極から導出された信号ケーブルの一部を固定するための中継部とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
被検査体に超音波を送信または前記被検査体からの反射波を受信する柔軟性を有した振動子と、前記被検査体の曲面に沿って屈曲変形し前記被検査体の曲面に接触すると共に前記振動子を搭載し前記振動子からの超音波を伝搬する柔軟性を有した楔部と、前記振動子の電極に信号ケーブルを介して接続され前記振動子と電気信号の授受を行うための端子部と、前記振動子の少なくとも上面部を保護する柔軟性を有した保護部と、前記楔部に設けられ前記振動子の電極から導出された信号ケーブルの一部を固定するための中継部とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
前記振動子の電極は、前記振動子の表面に形成された導電被膜に接触して帯状に形成され、前記楔部の屈曲変形による曲げ力を受けない方向および位置に取り付けられたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか一記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記振動子の電極の一方は、前記振動子の導電被膜が前記楔部の表面に接触する部分に形成され、前記振動子の電極の他方は、前記振動子の導電被膜が前記保護部の内面に接触する部分に形成されたことを特徴とする請求の範囲第２項ないし第４項のいずれか一記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、被検査体内部へ超音波を送信し被検査体内部からの反射波を受信して被検査体内部の欠陥を検出するための超音波探触子に関する。
【背景技術】  発電プラントにおいては、プラント構成機器の健全性を評価するために、超音波検査が実施されている。例えば、蒸気配管や給排水配管は、被検査体である配管の表面に、超音波探触子を設置し、超音波探触子から被検査体内部に超音波を送信して、被検査体内部の欠陥部位からの反射波を受信し、被検査体内部の欠陥を検出するようにしている。
超音波探触子を被検査体に設置させる際は、超音波探触子と被検査体表面との間に接触媒質を介在させ、超音波探触子と被検査体との密着度を高めることにより、超音波が被検査体の検査対象部位に、適切に送信されるようにしている。
ここで、被検査体が特殊な曲率の表面形状である場合には、超音波探触子と被検査体と間に大きな隙間が生じることがあり、その隙間を接触媒質で充填することができず、超音波探触子を被検査体の表面に適切に設置することができないことがある。
これの改良を示すものとして、日本国特開２００２−９０３４８号公報には、超音波探触子の先端部に、被検査体の表面と同じ曲率のシューを装着し、被検査体の表面と超音波探触子との隙間をなくすようにすることが記載されている。また、日本国特開２００１−５０９３７号公報には、弾性部材で超音波探触子を被検査体に押圧し、超音波探触子を被検査体の表面に適切に設置するようにすることが記載されている。
しかし、発電プラントにおいては、形状が様々な機器が存在し各々が特殊な曲率を有しているので、被検査体の表面と同じ曲率のシューを装着して超音波検査を行う場合には多くのシューが必要となる。多くのシューを用意するとコストが増大し、また、被検査体の曲率に合わせてシューを付け替えなければならないので、検査に時間がかかり現実的でない。
また、弾性部材で超音波探触子を被検査体に押圧するものは、配管の径の大きさに応じて探触子の保持具の大きさを選定しなければならないので、配管の径の大きさに応じて大きさの異なる複数個の保持具が必要となる。
本発明の目的は、様々な曲率を有した被検査体に対して容易に超音波検査を行うことができる超音波探触子を提供することである。
【発明の開示】
本発明は、被検査体に超音波を送信または被検査体からの反射波を受信する柔軟性を有した振動子と、被検査体の曲面に沿って屈曲変形し被検査体の曲面に接触すると共に振動子を搭載し振動子からの超音波を伝搬する柔軟性を有した楔部と、振動子の電極に信号ケーブルを介して接続され振動子と電気信号の授受を行うための端子部とを備えたことを特徴とする。
すなわち、被検査体の曲面に沿って柔軟性を有した楔部を屈曲変形させて、被検査体と楔部との間に隙間が生じないように配置する。これに伴い、楔部に搭載された振動子も屈曲変形する。この状態で端子部から信号ケーブルを介して振動子に電源を供給し振動子から超音波を送信し反射波を受信する。従って、様々な曲率を有した被検査体に対して容易に超音波検査を行うことができる。
そして、好ましくは、振動子の少なくとも上面部を保護する柔軟性を有した保護部を設け、この保護部で振動子の少なくとも上面部を覆い振動子を保護する。保護部も柔軟性を有しているので、楔部の屈曲変形に伴い振動子と共に保護部も屈曲変形する。
また、好ましくは、振動子の電極から導出された信号ケーブルの一部を固定するための中継部を楔部に設け、中継部で信号ケーブルの一部を固定して振動子の動きに信号ケーブルが適切に追従できるようにし、振動子の屈曲変形の動きによる信号ケーブルの断線を防止する。
さらに、好ましくは、振動子の電極を、振動子の表面に形成された導電被膜に接触して、楔部の屈曲変形による曲げ力を受けない方向および位置に帯状に形成する。これにより、振動子の電極は楔部の屈曲変形の動きによる電極の剥離や折損を防止する。
さらに、好ましくは、振動子の電極の一方を楔部の表面に形成し、振動子に形成された導電被膜がその楔部の表面に形成された一方の電極に接触するように振動子を配置する。また、振動子の電極の他方を保護部の内面に形成し、振動子に形成された導電被膜がその保護部の内面に形成された他方の電極に接触するように保護部を配置する。これにより、楔部の屈曲変形の動きによる電極の剥離や折損を防止する。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の実施の形態に係る超音波探触子の側面図である。
第２図は、本発明実施の形態における振動子の説明図である。
第３図は、本発明の実施の形態に係る超音波探触子を被検査体に配置した場合の説明図である。
第４図は、本発明実施の形態における振動子の電極の他の一例の説明図である。
第５図は、本発明実施の形態における振動子の電極のさらに別の他の一例の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態を説明する。第１図は本発明の実施の形態に係る超音波探触子の側面図である。超音波探触子１１は、振動子１２を楔部１３に搭載して形成され、振動子１２には絶縁材料で被覆された信号ケーブル１４を介して端子部１５が接続されている。また、楔部１３には振動子１２から導出された信号ケーブル１４を中継するための中継部１６が形成されており、信号ケーブル１４の一部は固定部材１７で中継部１６に固定されている。また、振動子１２の上面部には振動子１２を保護するための保護部１０が設けられている。第１図では、振動子１２の上面部に保護部１０を設けたものを示しているが、振動子１２の上面部および側面部を覆うように設けても良い。
振動子１２は被検査体に超音波を送信したり、被検査体からの超音波の反射波を受信するものであり楔部１３に搭載されている。すなわち、ＪＩＳＺ３０６０による一探触子斜角探傷法による超音波検査を行う場合には、１個の振動子１２から楔部１３を介して超音波を被検査体内に送信すると共に、その反射波を楔部１３を介して受信する。
また、ＢＳ７７０６やＣＥＮ等で規定されるＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法による超音波検査を行う場合には、２個一対の超音波探触子１１を用意し、一方の超音波探触子１１の振動子１２から楔部１３を介して超音波を被検査体内に送信し、内部からの回折波を他方の超音波探触子１１の振動子１２で楔部１３を介して受信する。
第２図は振動子１２の説明図であり、第２図（ａ）は振動子本体の構造説明図、第２図（ｂ）は電極から導線を取り出す際の説明図である。第２図（ａ）に示すように、振動子１２の本体１２ａは、セラミック１８と柔軟性を有した樹脂１９とを市松模様状に配置して、いわゆるコンポジットタイプの振動子１２を用いる。これにより、振動子１２は屈曲変形が可能となっている。そして、第２図（ｂ）に示すように、振動子本体１２ａの正面および背面に導電皮膜２０を形成し、側面端部に電極２１を設けて導線２２を取り出す。導線２２は図示省略の絶縁材料で被覆され信号ケーブル１４に接続される。なお、導電皮膜２０が形成された振動子本体１２ａは、柔軟性を有した絶縁材料の保護部１０で被覆保護される。保護部１０は、例えばゴムや熱可塑性プラスチックなどの樹脂で形成される。
第２図（ａ）では、振動子１２の本体１２ａはセラミック１８と柔軟性を有した樹脂１９とを市松模様状に配置したコンポジットタイプの振動子１２を示したが、ポリマー（例えばビニルなど）を振動子本体１２ａに用いた高分子被膜の振動子１２とすることも可能である。この場合も振動子１２自体が柔軟性を有し屈曲変形が可能となる。
次に、振動子１２を搭載した楔部１３は、振動子１２からの超音波を被検査体に伝搬させ、また被検査体からの超音波を振動子１２に伝搬させるものである。この楔部１３は、被検査体の曲面に沿って屈曲変形可能な柔軟性を有した材料で形成される。例えば、ゴムや熱可塑性プラスチックなどの樹脂で形成される。従って、特殊な曲率を有した被検査体の表面に隙間なく楔部１３を接触させることを可能としている。
また、楔部１３に形成された中継部１６には、信号ケーブル１４の一部が固定部材１７で固定され、振動子１２と中継部１６との間の信号ケーブル１４の長さに多少のゆとりを持たせている。これにより、楔部１３や振動子１２の屈曲変形に伴う動きに対して信号ケーブル１４が適切に追従できるようにし、楔部１３や振動子１２の屈曲変形の動きによる信号ケーブル１４の導線２２の断線や電極との剥離を防止するようにしている。
第３図は本発明の実施の形態に係る超音波探触子を被検査体に配置した場合の説明図である。被検査体２３の曲面に沿って柔軟性を有した楔部１３を屈曲変形させて、被検査体２３と楔部１３との間に隙間が生じないように配置する。これに伴い、楔部１３に搭載された振動子１２および保護部１０も屈曲変形する。この場合、振動子１２と中継部１６との間の信号ケーブル１４の長さはゆとりを持っているので、楔部１３や振動子１２が屈曲変形しても信号ケーブル１４に大きな機械的力が働くことがなく、また、振動子１２と信号ケーブル１４との接続部にも大きな機械的力が働くことはない。従って、楔部１３や振動子１２の屈曲変形の動きによる信号ケーブル１４の導線２２の断線や電極との剥離を防止できる。
この状態で、一探触子斜角探傷法による超音波検査を行う場合には、信号ケーブル１４を介して振動子１２に電源を供給し振動子１２から超音波を送信する。振動子１２からの超音波は楔部１３を伝搬し被検査体２３に伝搬する。そして、被検査体２３の欠陥部位からの超音波の反射波を楔部１３を介して振動子１２で受信する。受信した反射波は信号ケーブル１４および端子部１５を通って図示省略の超音波探傷装置に入力される。
一方、ＴＯＦＤ法による超音波検査を行う場合には、さらにもう１個の超音波探触子１１を用意する。そして、一方の超音波探触子１１の振動子１２から楔部１３を介して超音波を被検査体２３内に送信し、被検査体２３の内部からの回折波を他方の超音波探触子１１の振動子１２で楔部１３を介して受信する。
ここで、本発明の実施の形態における超音波検査では、楔部１３だけでなく振動子１２も屈曲変形することから、振動子１２からの超音波の被検査体２３への入射角や屈折角が変動することになる。このことから、一探触子斜角探傷法による超音波検査を行う場合より、ＴＯＦＤ法による超音波検査を行う場合の方がより適している。なお、楔部１３や振動子１２の屈曲変形による超音波の被検査体２３への入射角や屈折角の変化を予め考慮に入れておくことにより、一探触子斜角探傷法による超音波検査でも適用可能である。
次に、第４図は振動子１２の電極２１の他の一例の説明図であり、第４図（ａ）は斜視図、第４図（ｂ）は長辺方向に振動子１２の屈曲変形がある場合の側面図である。第４図（ａ）に示すように、振動子１２の電極２１は、振動子１２の正面側および背面側の導電被膜２０に接触して振動子１２の短辺方向に帯状に形成されている。第４図（ａ）では正面側および背面側にそれぞれ２個の電極２１を設けた場合を示している。２個の電極２１は長辺方向の中央位置から端部よりの位置に設けられている。そして、正面側の２個の電極２１および背面側の２個の電極は、長辺の側面でそれぞれ導線２２に接続され、短辺の側面から取り出され、信号ケーブル１４に接続される。
ここで、帯状の電極２１を振動子１２の短辺方向に形成しているのは、楔部１３（振動子１２）の屈曲変形による曲げ力を受けないようにするためである。また、帯状の電極２１を長辺方向の中央位置から端部よりの位置に設けているのも、同様に楔部１３（振動子１２）の屈曲変形による曲げ力を受けないようにするためである。すなわち、振動子１２の屈曲変形は、第４図（ｂ）に示すように長辺方向に生じ、屈曲変形が生じる位置は振動子１２の中央位置の近傍である。そこで、振動子１２の短辺方向で、長辺方向の中央位置から端部よりの位置に帯状の電極２１を配置する。
これにより、帯状の電極２１は、帯状の幅を適切に選択することにより、長辺方向の屈曲変形による曲げ力をほとんど受けることがなく、楔部１３や振動子１２の屈曲変形の動きによる電極２１の剥離および折損を防止する。
第５図は振動子１２の電極２１のさらに別の他の一例の説明図である。第５図に示すように、振動子１２を搭載する楔部１３の部分に振動子１２の一方の電極２１ａを形成し、保護部１０の振動子１２を覆う部分の内面に他方の電極２１ｂを形成する。すなわち、振動子１２の導電被膜２０が楔部１３の表面に接触する部分に一方の電極２１ａを形成し、振動子１２の導電被膜２０が保護部１０の内面に接触する部分に一方の電極２１ｂを形成する。
この電極２１ａ、２１ｂは導体箔や導体被膜で形成され、図示省略の導線２２が接続される。そして、振動子１２の導電被膜２０がその楔部１３の表面および保護部１０の内面に形成された電極２１ａ、２１ｂに接触するように振動子１２を配置する。この電極２１は、楔部１３や保護部１０の材質に応じてメッキを施して形成するようにしても良い。これにより、楔部１３の屈曲変形の動きによる電極２１の剥離および折損を防止する。
本発明の実施の形態によれば、柔軟性を持った楔部１３を被検査体２３の曲率に合わせて反らせ屈曲変形させて配置するので、様々な曲率を有した被検査体に対して容易に超音波検査を行うことができる。
すなわち、被検査体２３の凸面や凹面に対して楔部１３を適正に接触させることができる。この場合、本発明の実施の形態の超音波探触子１１が適用できる被検査体２３の凸面や凹面の曲率Ｒは、振動子１２の大きさの制約から１０ｍｍ以上であることが望ましい。なお、被検査体２３の凸面や凹面の曲率Ｒが１０ｍｍ未満であっても、楔部１３を圧縮または伸張させてその曲率Ｒに合わせることが可能であるので、事実上、どの様な曲率Ｒの曲面に対しても適用できる。
【産業上の利用可能性】  以上述べたように、本発明の探触子は、様々な曲率を有した被検査体に対して超音波検査を容易に行うことができるので、被検査体の形状が複雑な機器の探傷に適している。例えば、発電設備の各種配管や蒸気タービンの羽根などの劣化及び損傷程度を評価する場合に有効である。
【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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【国際調査報告】
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