(57)【要約】【課題】被検査体を浸漬する液体媒質に対する超音波プローブ装置の前面板の濡れ性を反復して確保できると共に、前面板への不純物の析出を抑制し且つ析出した不純物を解消することで超音波による検査を長時間実現できること。【解決手段】被検査体を浸漬する液体金属ナトリウム中で使用可能な超音波プローブ装置１０であって、被検査体へ超音波を送信し且つ被検査体で反射した超音波を受信する圧電素子１２と、圧電素子１２における超音波送受信側に設けられて圧電素子を液体金属ナトリウムに対して保護する前面板１３と、圧電素子に離間して配置されて前面板１３を加熱するヒータ１５と、を有して構成されたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体を浸漬する液体媒質中で使用可能な超音波プローブ装置であって、
前記被検査体へ超音波を送信し且つ前記被検査体で反射した超音波を受信する圧電素子と、
前記圧電素子における超音波送受信側に設けられて前記圧電素子を前記液体媒質に対して保護する前面板と、
前記圧電素子に離間して配置されて前記前面板を加熱する加熱器と、を有することを特徴とする超音波プローブ装置。
【請求項２】
前記加熱器は、前面板が液体媒質に対して濡れ性を確保し得る温度以上の温度となるように前記前面板を加熱することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ装置。
【請求項３】
前記加熱器は、液体媒質中にある前面板に不純物が析出することを抑制し且つ析出した不純物を解消し得る温度以上の温度となるように前記前面板を加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ装置。
【請求項４】
前記圧電素子がキュリー温度を超えた温度から徐々に温度低下する間に、前記圧電素子に所定の直流電圧を継続して印加可能な直流電源を、更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項５】
前記圧電素子が分極状態から脱分極状態へ遷移する前記圧電素子のキュリー温度が、２５０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項６】
前記圧電素子と前記加熱器との間に断熱材が配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項７】
前記加熱器は、前面板に接触して、または前記前面板に内蔵されて、または前記前面板の近傍で且つ前記前面板に非接触状態に、それぞれ設置されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項８】
前記被検査体が高速炉を構成する構成部材であり、前記液体媒質が液体金属ナトリウムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波プローブ装置。
【請求項９】
被検査体へ超音波を送信し且つ前記被検査体で反射した超音波を受信する圧電素子と、前記圧電素子における超音波送受信側に設けられて前記圧電素子を液体媒質に対して保護する前面板と、前記圧電素子に離間して配置されて前記前面板を加熱する加熱器とを有し、前記被検査体を浸漬する前記液体媒質中で使用可能な超音波プローブ装置を準備する準備工程と、
前記超音波プローブ装置を前記液体媒質中に投入し、この投入前後に前記加熱器を動作させて前記前面板を加熱し、少なくとも前記液体媒質に対する前記前面板の濡れ性を確保する前面板加熱工程と、
前記加熱器の動作を停止し、前記圧電素子が超音波を送受信することで前記被検査体を検査し評価する検査工程と、を有することを特徴とする超音波プローブ装置による評価方法。
【請求項１０】
前記準備工程では、圧電素子に所定の直流電圧を印加可能な直流電源を更に有する超音波プローブ装置を準備し、
前記超音波プローブ装置の前記圧電素子がキュリー温度を超えた温度から徐々に温度低下する間に、前記直流電源が前記圧電素子に所定の直流電圧を継続して印加して前記圧電素子を再分極する再分極工程を、前面板加熱工程後で且つ検査工程前に実施することを特徴とする請求項９に記載の超音波プローブ装置による評価方法。
【請求項１１】
前記被検査体が高速炉を構成する構成部材であり、前記液体媒質が液体金属ナトリウムであることを特徴とする請求項９または１０に記載の超音波プローブ装置による評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は、液体媒質中で使用される超音波プローブ装置、及びこの超音波プローブ装置を用いて液体媒質に浸漬された被検査体の欠陥を検出し評価する超音波プローブ装置による評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉は、原子核反応を連鎖的に進める装置である。現在までに様々な原子炉が開発されてきたが、燃料となるウラン鉱石の枯渇が心配されるなか、近年、高速炉への注目が集まっている。
【０００３】
高速炉とは、高速中性子による核分裂反応がエネルギーの発生源となっている原子炉である。この高速炉は、放射性廃棄物の処分量の減少やウランの有効活用等の利点があり、２１世半ばより後半にかけて現行の軽水炉型原子力発電に置き換わっていくものと期待されている。置き換えが完了した後は約２０００年に亘ってウラン資源の心配が要らなくなるとされる。２０３０年代以降の実用化が構想されている高速炉は、第４世代原子炉とも呼ばれている。
【０００４】
高速炉は高温で運転するため冷却に液体金属ナトリウムを用いており、内部を目視することができない。このため、検査時には超音波による探傷が必要となる。定期検査などの高速炉の休止状態では、液体金属ナトリウムを固化しない最低限の温度２００℃に保持する。本出願人は、この温度（２００℃）を想定した耐熱温度を目標とし、２００℃に対する耐熱性の高い超音波プローブ装置の開発に成功した。この超音波プローブ装置では、プローブ送受信面となる前面板の液体金属ナトリウムに対する濡れ性が課題であったが、Ａｕ／Ｎｉ膜を前面板に製膜することで良好な濡れ性が確保された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の超音波プローブ装置では、Ａｕ／Ｎｉ膜が液体金属ナトリウムに触れたときに溶け出すことで前面板の濡れ性が改善されるというものである、従って、前面板を含む超音波プローブ装置の再使用が難しく、使い捨てにすることが余儀なくされていた。これは資源の有効利用の点からもコストの面からも好ましくない。
【０００７】
また、液体金属ナトリウムの温度を３５０℃にすることで濡れ性がよくなることは知られているが、これを実際に行う有効な手段はこれまでのところ確認されていない。なぜなら、この温度３５０℃では、圧電素子が脱分極する場合があり、超音波を発信できなくなるからである。また、超音波による評価を長時間続けた場合には、不純物（Ｎａ２Ｏ、ＮａＨ等）が前面板に析出することで超音波の送受信面が荒れ、超音波プローブ装置の感度が時間と共に低下して、画像が劣化してしまうという課題がある。
【０００８】
本発明における実施形態の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、被検査体を浸漬する液体媒質に対する超音波プローブ装置の前面板の濡れ性を反復して確保できると共に、前面板への不純物の析出を抑制し且つ析出した不純物を解消することで超音波による検査を長時間実現できる超音波プローブ装置及び超音波プローブ装置による評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態における超音波プローブ装置は、被検査体を浸漬する液体媒質中で使用可能な超音波プローブ装置であって、前記被検査体へ超音波を送信し且つ前記被検査体で反射した超音波を受信する圧電素子と、前記圧電素子における超音波送受信側に設けられて前記圧電素子を前記液体媒質に対して保護する前面板と、前記圧電素子に離間して配置されて前記前面板を加熱する加熱器と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の実施形態における超音波プローブ装置による評価方法は、被検査体へ超音波を送信し且つ前記被検査体で反射した超音波を受信する圧電素子と、前記圧電素子における超音波送受信側に設けられて前記圧電素子を液体媒質に対して保護する前面板と、前記圧電素子に離間して配置されて前記前面板を加熱する加熱器とを有し、前記被検査体を浸漬する前記液体媒質中で使用可能な超音波プローブ装置を準備する準備工程と、前記超音波プローブ装置を前記液体媒質中に投入し、この投入前後に前記加熱器を動作させて前記前面板を加熱し、少なくとも前記液体媒質に対する前記前面板の濡れ性を確保する前面板加熱工程と、前記加熱器の動作を停止し、前記圧電素子が超音波を送受信することで前記被検査体を検査し評価する検査工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、被検査体を浸漬する液体媒質に対する超音波プローブ装置の前面板の濡れ性を反復して確保できると共に、前面板への不純物の析出を抑制し且つ析出した不純物を解消することで超音波による検査を長時間実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る超音波プローブ装置等の構成を示す構成図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】（Ａ）は第２実施形態に係る超音波プローブ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＩＩ部拡大断面図。
【図４】（Ａ）は第３実施形態に係る超音波プローブ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶ矢視図。
【図５】（Ａ）は第４実施形態に係る超音波プローブ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＶ矢視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１、図２）
図１は、第１実施形態に係る超音波プローブ装置等の構成を示す構成図である。この図１に示す超音波プローブ装置１０は、被検査体を浸漬する液体媒質（共に図示せず）中で使用されるものであり、液体媒質中で超音波を送受信することで被検査体の表面欠陥及び内部欠陥を検査し評価する。ここで、被検査体としては、例えば高速炉を構成する構成部材であり、液体媒質としては、例えば高速炉冷却用の液体金属ナトリウム、金属カリウム、水銀あるいはこれらの混合物である。
【００１４】
超音波プローブ装置１０は、筐体１１内に収容されて超音波を送受信する複数の圧電素子１２と、圧電素子１２における超音波送受信側に接合されて圧電素子１２を液体金属ナトリウムから保護する前面板１３と、筐体１１内へ不活性ガスを供給する不活性ガス源１４と、前面板１３を加熱する加熱器としてのヒータ１５と、圧電素子１２の電極間に直流電圧を印加する直流電源１６と、を有して構成される。
【００１５】
複数の圧電素子１２は、短冊状もしくはマトリクス状に配置されるが、図１及び図２では簡略化して表示している。これらの複数の圧電素子１２は、ケーブル１７により発信用切換回路１８を経て発信部１９に接続されると共に、受信用切換回路２０を経て信号処理部２１、表示装置２２に順次に接続される。
【００１６】
発信部１９は、発信用切換回路１８により選択された一部の圧電素子１２に超音波発信用の電圧を印加して、これらの圧電素子１２から被検査体へ向けて超音波を発信させる。受信用切換回路２０は、被検査体にて反射した超音波（反射波）を受信する圧電素子１２を選択するものであり、この選択された圧電素子１２が反射波を受信して超音波エコー信号を出力する。この超音波エコー信号は、図示しない増幅器及びＡ／Ｄ変換器を経て信号処理部２１に入力される。信号処理部２１は、入力された超音波エコー信号に基づいて、例えば開口合成処理により被検査体の表面形状及び内部を画像化し、この画像が表示装置２２に表示される。この画像を観察することで、被検査体の表面欠陥及び内部欠陥が検査され評価される。
【００１７】
圧電素子１２は、高温においても分極状態が保持されて超音波を発信し得るようにキュリー温度（圧電素子が分極状態から脱分極状態へ遷移する温度）Ｔｃが高いほど好ましく、また、圧電定数ｄ３３及び電気機械結合係数ｋｔも大きいほど好ましい。圧電素子１２では、キュリー温度Ｔｃが高い圧電材料で、圧電定数ｄ３３及び電気機械結合係数ｋｔが小さいものがあるため、観察環境に応じての選択が重要である。
【００１８】
具体的には、圧電素子１２のキュリー温度Ｔｃは、液体金属ナトリウムが２００℃においても圧電素子１２の脱分極を回避するために２５０℃以上であることが好ましい。このキュリー温度Ｔｃは４００℃以上であることが更に好ましい。また、圧電定数ｄ３３は、１００ｐＣ／Ｎ以上が好ましく、３００ｐＣ／Ｎ以上が更に好ましい。また、電気機械結合係数ｋｔは４０％以上が好ましいが、これに限定されるものではない。超音波プローブ装置１０により被検査体を観察する条件によっては、キュリー温度Ｔｃを重視して、圧電定数ｄ３３及び電気機械結合係数ｋｔが小さい圧電素子１２を用いてもよい。
【００１９】
圧電素子１２の圧電材料としては、鉛系圧電体、すなわちチタン酸鉛系圧電体、ニオブ酸鉛系圧電体、ジルコン酸鉛系圧電体、またはこれらの固溶体が挙げられる。また、圧電素子１２の圧電材料としては、非鉛系圧電体、すなわちチタン酸ビスマス系圧電体、ビスマスフェライト系圧電体、ニオブ酸カリウム系圧電体、またはこれらの固溶体が挙げられる。これらキュリー温度Ｔｃの高い圧電材料にそれ以外の圧電体を固溶させることで組成の安定化を行うなど、その組成は目的に応じて調整される。
【００２０】
筐体１１は、複数の圧電素子１２、この圧電素子１２を支持するバッキング材２４、及びヒータ１５を収容すると共に、充填材２５が充填されている。充填材２５が筐体１１内に充填されることで、圧電素子１２、バッキング材２４、ヒータ１５等の部材やケーブル１７などの配線が充填材２５により保持されて、衝撃等が緩和される。また、筐体１１には配管２６が配設され、この配管２６が不活性ガス源１４に接続される。従って、配管２９を通じて不活性ガス源１４から筐体１１内にアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが流入し、好ましくは循環する。なお、ケーブル１７等の配線も配管２６内を通過している。
【００２１】
ここで、筐体１１は、例えばステンレス板等の耐熱性材料で構成される。この筐体１１は、セラミックス等で構成されてもよいが、熱衝撃に耐えられない材料は好ましくない。また、バッキング材２４は、例えば耐熱性の多孔体セラミックスにて構成されることが好ましい。また、このバッキング材２４は、熱膨張係数が圧電素子１２と同等であることが好ましく、例えばチタン酸アルミニウム系材料やジルコニア系材料が挙げられる。また、このバッキング材２４は、耐熱性の樹脂で構成されてもよい。更に、充填材２５は、例えば筐体１１内に充填可能なセラミックス繊維や、筐体１１内への充填後に固化可能なアルミナセメントなどが好ましい。更に、この充填材２５は、断熱機能や耐熱性を備えたものが好ましい。
【００２２】
前面板１３は、筐体１１の前方開口を覆うように配設されると共に、複数の圧電素子１２の超音波送受信側に、気泡等のない状態で密着して接合される。この前面板１３は、例えばインバー合金やステンレスにて構成される。この前面板１３の厚さは薄いほど好ましく、通常１００μｍ〜２００μｍであり、特に１００μｍが好ましい。また、この前面板１３の熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。
【００２３】
この前面板１３と圧電素子１２とを接合する接合材は、特に限定されないが、高温はんだのような接合材、または高温はんだ以外の他の合金を含む低融点金属から成る接合材が挙げられる。この接合材の融点は、４００℃以上が好ましく、更に好ましくは５００℃以上である。また、前面板１３を圧電素子１２に超音波溶接等の溶接により接合してもよい。
【００２４】
ヒータ１５は、図１及び図２に示すように、圧電素子１２の周囲で且つこの圧電素子１２から離間した状態で、前面板１３に接触して筐体１１内に配置される。このヒータ１５は、前面板１３を加熱することで、この前面板１３の液体金属ナトリウムに対する濡れ性を確保する機能と、液体金属ナトリウム中の不純物（Ｎａ２Ｏ、ＮａＨなど）が前面板１３に析出することを抑制し且つ析出した不純物を解消する機能を果たす。
【００２５】
また、ヒータ１５は、圧電素子１２に対して離間して配置されるが、その離間距離Ｌは例えば５ｍｍ、好ましくは１０ｍｍである。また、このヒータ１５は、電熱線やセラミックスヒータ等にて構成され、配管２６内を通過するケーブル２９によってヒータ電源２７に接続される。このヒータ電源２７からの給電によりヒータ１５が加熱動作して前面板１３を加熱する。
【００２６】
ヒータ１５は、液体金属ナトリウムに対する前面板１３の濡れ性を確保するためには、前面板１３が液体金属ナトリウムに対し濡れ性を確保し得る温度（例えば２５０℃）以上の温度で、且つケーブル１７、２９等の配線の耐久性を考慮した上限温度（例えば４００℃）以下の温度、つまり第１の所定温度に前面板１３を加熱する。
【００２７】
また、ヒータ１５は、前面板１３への不純物の析出を抑制し、更に析出した不純物を解消するためには、液体金属ナトリウム中にある前面板１３に不純物が析出することを抑制し且つ析出した不純物を解消し得る温度（例えば２００℃を超える温度）以上の温度で、且つケーブル１７、２９などの配線の耐久性を考慮した上限温度（例えば４００℃）以下となる温度、つまり第２の所定温度に前面板１３を加熱する。ここで、第２の所定温度の範囲は、第１の所定温度を含むものになっている。
【００２８】
上述のようにヒータ１５は、圧電素子１２に対して離間距離Ｌだけ離間して配置されているが、この離間距離Ｌの範囲に断熱材２８が配置されることが好ましい。この断熱材２８が圧電素子１２とヒータ１５との間に配置されることで、圧電素子１２がヒータ１５からの熱により保護される。これにより、圧電素子１２はキュリー温度Ｔｃを超える温度になって脱分極状態になり、超音波を発信できなくなる事態が回避される。更に、この断熱材２８によってケーブル１７、２９等の配線の熱劣化も回避される。
【００２９】
直流電源１６は、液体金属ナトリウムの温度またはヒータ１５による前面板１３の加熱温度によって圧電素子１２の温度がキュリー温度Ｔｃを超えて、この圧電素子１２が分極状態から脱分極状態に遷移して超音波を発生できなくなったときに、圧電素子１２の電極間に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ／ｍｍ〜５ｋＶ／ｍｍを継続して印加するものである。この直流電圧の印加は、ヒータ１５の加熱動作や液体金属ナトリウムの温度によって圧電素子１２がキュリー温度Ｔｃを超えた温度（例えば４００℃）にある状態から開始され、徐々に温度低下させて、好ましくは液体金属ナトリウムが液体状態にあって固化しない最低限の温度（例えば２００℃）に至るまで継続して実行される。
【００３０】
上述のように圧電素子１２を、キュリー温度Ｔｃを超えた温度あるいはこれを超えずとも近い温度から冷却させる間にこの圧電素子１２に直流電圧を印加させる手法を、電界冷却と称する。この電界冷却によって、圧電素子１２は再び分極状態になって再分極される。この再分極によって、圧電素子１２は超音波を発信可能になる。
【００３１】
次に、上述のように構成された超音波プローブ装置１０を使用した被検査体の評価方法を説明する。
この被検査体の評価方法は、超音波プローブ装置１０等を準備する工程と、超音波プローブ装置１０の前面板１３をヒータ１５により加熱する前面板加熱工程と、直流電源１６により圧電素子１２に直流電圧を印加して圧電素子１２を再分極する再分極工程と、圧電素子１２により超音波を送受信することで被検査体の欠陥を検査し評価する検査工程とを順次実施するものである。ここで検査工程では、液体金属ナトリウム中に投入される超音波プローブ装置１０の圧電素子１２の圧電定数ｄ３３の低下を抑えて信号処理部２１が求める画像の解像度を向上させるために、液体金属ナトリウムの温度は、この液体金属ナトリウムが固化しない最低限の温度（つまり２００℃）に設定される。
【００３２】
準備工程は、被検査体を浸漬する液体金属ナトリウム中で使用可能な超音波プローブ装置１０を準備等する工程である。つまり、この準備工程では、準備した超音波プローブ装置１０を例えばロボットアームに把持させ、配管２６を通して不活性ガス源１４から筐体１１内にＡｒガスを流入させて充填する。更に、高速炉内では、液体金属ナトリウムの液面上の空間にもＡｒガスを満たす。
【００３３】
前面板加熱工程は、超音波プローブ装置１０を液体金属ナトリウム中に投入し、この投入の前または後にヒータ１５を加熱動作させて前面板１３を加熱し、液体金属ナトリウムに対する前面板１３の濡れ性を確保すると共に、前面板１３への不純物（Ｎａ２Ｏ、ＮａＨなど）の析出を抑制し且つ析出した不純物を解消する工程である。この前面板加熱工程において、超音波プローブ装置１０を投入する液体金属ナトリウムの温度は、２００℃まで冷却した場合と、４００℃から２００℃まで冷却する途中の例えば３５０℃の場合がある。
【００３４】
２００℃の液体金属ナトリウム中に超音波プローブ装置１０を投入する際には、この投入の前または後に、超音波プローブ装置１０の前面板１３をヒータ１５により２５０℃以上（好ましくは３５０℃以上）に加熱する。前面板１３をこの温度（２５０℃）以上に維持するためにヒータ１５を必要に応じて加熱動作させる。これにより、前面板１３は、液体金属ナトリウムに対して濡れ性が確保され、更に不純物が析出されることもない。
【００３５】
また、例えば３５０℃の液体金属ナトリウム中に超音波プローブ装置１０を投入する際にも、この超音波プローブ装置１０の投入の前または後に超音波プローブ装置１０の前面板１３をヒータ１５により３５０℃以上に加熱する。前面板１３をこの温度（３５０℃）以上に維持するために、ヒータ１５を必要に応じて加熱動作させる。この場合にも、前面板１３は、液体金属ナトリウムに対して濡れ性が確保され、更に不純物が析出しない。
【００３６】
再分極工程は、前面板加熱工程において、超音波プローブ装置１０投入時の液体金属ナトリウムの温度やヒータ１５による前面板１３の加熱によって、超音波プローブ装置１０の圧電素子１２がキュリー温度Ｔｃ以上の温度に至って脱分極してしまった場合に、この圧電素子１２を再分極するためになされる工程である。従って、この再分極工程は、超音波プローブ装置１０の圧電素子１２が脱分極していないことが明らかな場合には実行する必要がない。
【００３７】
この再分極工程では、超音波プローブ装置１０の圧電素子１２がキュリー温度Ｔｃを超えた温度（例えば４００℃）から２００℃まで低下する間に、直流電源１６が圧電素子１２の電極間に１ｋＶ／ｍｍ〜５ｋＶ／ｍｍの所定の直流電圧を継続して印加して、圧電素子１２を再分極させる。
【００３８】
前面板加熱工程における超音波プローブ装置１０の投入時の液体金属ナトリウム温度が２００℃の場合には、ヒータ１５を加熱動作させて、前面板１３を介し圧電素子１２の温度がキュリー温度Ｔｃを超える温度になるまで加熱した後に、直流電源１６により圧電素子１２に所定の直流電圧を継続して印加した状態で、ヒータ１５の加熱動作を制御して圧電素子１２の温度を徐々に２００℃まで冷却する。これにより圧電素子１２が再分極し、この再分極完了後に、直流電源１６による直流電圧の印加を停止する。
【００３９】
また、前面板加熱工程における超音波プローブ装置１０の投入時の液体金属ナトリウムの温度が２００℃まで冷却する途中の温度、例えば３５０℃である場合には、必要に応じてヒータ１５を加熱動作させて、前面板１３を介し圧電素子１２の温度がキュリー温度Ｔｃを超える温度になるように調整した後、直流電源１６により圧電素子１２に１ｋＶ／ｍｍ〜５ｋＶ／ｍｍの所定の直流電圧を継続して印加させた状態で、液体金属ナトリウムの温度を２００℃まで徐々に冷却する。このとき、ヒータ１５の加熱動作も必要に応じて制御して、圧電素子１２の温度を２００℃まで冷却する。これにより圧電素子１２が再分極し、この再分極完了後に、直流電源１６による直流電圧の印加を停止する。
【００４０】
検査工程は、上述の如く前面板１３の加熱動作及び直流電源１６による圧電素子１２への直流電圧の印加動作を停止し、液体金属ナトリウムを一定温度（２００℃）まで低下させた後に、圧電素子１２により超音波を送受信させることで、信号処理部２１により被検査体の表面形状及び内部を画像化し、この画像を観察することで、被検査体の表面欠陥及び内部欠陥を検査して評価する工程である。この検査工程では、圧電素子１２の温度を前面板１３を介して２００℃に維持するために、ヒータ１５を必要に応じて加熱動作させる。検査終了後、超音波プローブ装置１０はロボットアームにより液体金属ナトリウム中から引き上げられる。
【００４１】
以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）超音波プローブ装置１０を液体金属ナトリウム中に投入する前または後に、ヒータ１５を加熱動作させて、前面板１３が液体金属ナトリウムに対して濡れ性を確保し得る温度（例えば２５０℃）以上の温度となるように前面板１３を加熱することで、液体金属ナトリウムに対する前面板１３の濡れ性を何度でも反復して確保できる。
【００４２】
（２）超音波の送受信による検査時以外の適宜時にヒータ１５を加熱動作させて、液体金属ナトリウム中にある前面板１３に不純物（Ｎａ２Ｏ、ＮａＨなど）が析出することを抑制し且つ析出した不純物を解消し得る温度（例えば２００℃を超える温度）以上の温度となるように前面板１３を加熱する。このため、前面板１３への不純物の析出を抑制でき、更に析出した不純物を解消できるので、超音波による検査を長時間に亘って実現できる。
【００４３】
（３）超音波プローブ装置１０の圧電素子１２がキュリー温度Ｔｃを超える温度となって脱分極した場合に、直流電源１６は、ヒータ１５の加熱動作や液体金属ナトリウムの温度によって、圧電素子１２がキュリー温度Ｔｃを超えた温度から液体金属ナトリウムが固化しない最低限の温度（２００℃）に至るまで徐々に低下する間に、圧電素子１２の電極間に１ｋＶ／ｍｍ〜５ｋＶ／ｍｍの所定の直流電圧を継続して印加する。これにより、圧電素子１２の脱分極を解消して圧電素子１２を再分極できるので、この圧電素子１２から再び超音波を送信させることができる。
【００４４】
［Ｂ］第２実施形態（図３）
図３は、（Ａ）が、第２実施形態に係る超音波プローブ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）が、図３（Ａ）のＩＩＩ部拡大断面図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４５】
本第２実施形態の超音波プローブ装置３０が第１実施形態と異なる点は、加熱器としてのヒータ３２が前面板３１に内蔵された点である。
【００４６】
つまり、前面板３１は多層構造であり、外層３１Ａがステンレスまたはインバース合金にて構成され、この外層３１Ａの内側に設けられる内層３１Ｂが耐熱性の絶縁材にて構成される。そして、前面板３１の内層３１Ｂの内側にヒータ３２が、内層３１Ｂにより絶縁状態に保持されて配置される。
【００４７】
このヒータ３２がヒータ電源２７により加熱動作されることで前面板３１が加熱されることから、この超音波プローブ装置３０においても、第１実施形態の超音波プローブ装置１０と同様な手順で被検査体を評価できると共に、第１実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏する。
【００４８】
［Ｃ］第３実施形態（図４）
図４は、（Ａ）が、第３実施形態に係る超音波プローブ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）が、図４（Ａ）のＩＶ矢視図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４９】
本第３実施形態の超音波プローブ装置３５が第１実施形態と異なる点は、加熱器としてのヒータ３６が断熱材３７を用いて筐体１１に支持され、このヒータ３６が前面板１３の周縁に沿う近傍で、且つ前面板１３に対し非接触状態に設けられた点である。
【００５０】
このヒータ３６がヒータ電源２７により加熱動作されることで、前面板１３に接触する液体金属ナトリウムがヒータ３６により直接加熱され、これにより前面板１３が間接的に加熱される。このように前面板１３が加熱されることで、第１実施形態の超音波プローブ装置１０と同様な手順によって被検査体を評価できると共に、第１実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００５１】
（４）超音波プローブ装置３５のヒータ３６は、前面板１３の近傍で且つこの前面板１３に非接触状態に設置されて、前面板１３に接触する液体金属ナトリウムを直接加熱し、前面板１３を直接加熱しない構造である。このため、前面板１３及び圧電素子１２を含む超音波プローブ装置３５への加熱量が最小限に抑えられるため、圧電素子１２に脱分極が発生することを抑制できる。
【００５２】
［Ｄ］第４実施形態（図５）
図５は、（Ａ）が、第４実施形態に係る超音波プローブ装置の構成を示す断面図、（Ｂ）が、図５（Ａ）のＶ矢視図である。この第４実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００５３】
本第４実施形態の超音波プローブ装置４０が第１実施形態と異なる点は、筐体１１の開口端の複数箇所に磁石４１が設置され、これらの磁石４１の磁力によって加熱器としての平板形状のヒータ４２が、前面板１３の近傍でこの前面板１３に対向し且つ前面板１３に非接触状態で、筐体１１に着脱可能に取り付けられた点である。
【００５４】
ヒータ４２がヒータ電源２７により加熱動作されることで、前面板１３に接触する液体金属ナトリウムが平板形状のヒータ４２により迅速且つ直接加熱される。この液体金属ナトリウムを介して、前面板１３が間接的に加熱されることで、液体金属ナトリウムに対する前面板１３の濡れ性が確保され、更に前面板１３への不純物の析出が抑制され且つ析出した不純物が解消される。この前面板１３の濡れ性が確保され、前面板１３への不純物の析出が抑制等された後に、ヒータ４２に取り付けられたワイヤ４３等を引っ張ることで、ヒータ４２を超音波プローブ装置４０の筐体１１から離脱させる。これにより、圧電素子１３から超音波を送受信させることが可能になる。
【００５５】
上述のようにヒータ４２を用いて前面板１３が加熱されることで、第１実施形態の超音波プローブ装置１０と同様な手順によって被検査体を評価できると共に、第１実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００５６】
（５）超音波プローブ装置４０のヒータ４２は、前面板１３の近傍でこの前面板１３に対向し且つ前面板１３に非接触状態で筐体１１に着脱可能に取り付けられている。このため、ヒータ４２は、前面板１３に接触する液体金属ナトリウムを直接且つ迅速に加熱し、前面板１３を直接加熱しない構成である。従って、前面板１３を間接加熱ではあっても迅速に加熱できると共に、前面板１３及び圧電素子１２を含む超音波プローブ装置４０への加熱量が最小限に抑えられることで、圧電素子１２に脱分極が発生することを抑制できる。
【実施例】
【００５７】
以下に、実施例を比較例と対比しながら説明する。
（実施例１）濡れ性
第１実施形態の超音波プローブ装置（圧電素子は、ニオブ酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３８５℃）を用いた。この超音波プローブ装置を２００℃の液体金属ナトリウム中に投入する際、予めヒータを加熱動作させて前面板が３５０℃になるようにして投入し、１時間放置した。その後、２００℃の液体金属ナトリウム中にある試験片を観察したところ、前面板に濡れ性が確保されて明瞭な画像が得られた。
【００５８】
（比較例１）
実施例１と同様な圧電素子（ニオブ酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３８５℃）であるが、ヒータを内蔵しない超音波プローブ装置を用いた。この超音波プローブ装置を２００℃の液体金属ナトリウム中に投入し、１時間放置した後に、液体金属ナトリウム中の試験片を観察しようとした。しかしながら、この超音波プローブ装置の前面板が液体金属ナトリウムに対して濡れ性が確保されていなかったため、明瞭な画像を観察することができなかった。更に１０時間放置したが大きな改善は見られず、明瞭な画像が得られるまでにおよそ一週間を要した。
【００５９】
（実施例２）析出
実施例１と同様の超音波プローブ装置（圧電素子は、ニオブ酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３８５℃）を用いた。この超音波プローブ装置を２００℃の液体金属ナトリウム中に投入する際、予めヒータを加熱動作させて、前面板が３５０℃になるようにして２００℃の液体金属ナトリウム中に投入し、１時間放置した。その後、２００℃の液体金属ナトリウム中にある試験片を観察したところ、液体金属ナトリウムに対する前面板の濡れ性が確保されて明瞭な画像が得られた。更に、この超音波プローブ装置を用いてそのまま１週間評価を続けたところ、前面板に不純物が析出して画像に乱れが見られた。そこで、この超音波プローブ装置のヒータを加熱動作して前面板の温度を３５０℃として１時間放置した。その後、ヒータを停止し、この超音波プローブ装置により再び観察したところ、前面板に析出した不純物が解消されて明瞭な画像が得られた。
【００６０】
（比較例２）
比較例１と同様の超音波プローブ装置を用いた。比較例１と同様に、この超音波プローブ装置を２００℃の液体金属ナトリウム中に投入して１週間後に、液体金属ナトリウムに対する前面板の濡れ性が確保されたことで、２００℃の液体金属ナトリウム中にある試験片の観察において明瞭な画像が得られた。その後、この超音波プローブ装置を用いて１週間評価を続けたところ画像に乱れが見られた。この超音波プローブ装置を調査したところ前面板に析出物が観察された。
【００６１】
（実施例３）再分極
第１実施形態の超音波プローブ装置（圧電素子は、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３００℃）を用いた。この超音波プローブ装置を３５０℃の液体金属ナトリウム中に投入する際、予めヒータを加熱動作させて前面板が３５０℃になるようにして投入し、１時間放置して液体金属ナトリウムに対する前面板の濡れ性を確保した。その後この状態で、圧電素子の電極間に直流電圧３ｋＶ／ｍｍを印加し続け、ヒータを停止して、液体金属ナトリウムを２００℃に冷却した。その後、直流電圧の印加を停止して液体金属ナトリウム中にある試験片を観察したところ、明瞭な画像が得られた。これは、超音波プローブ装置の圧電素子がキュリー温度以上に加熱されて脱分極が生じたが、その後の直流電圧の印加により圧電素子が再分極して超音波の送信が可能になったからである。
【００６２】
（比較例３）
実施例３と同様の圧電素子（ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３００℃）であるが、ヒータを内蔵しない超音波プローブ装置を用いた。この超音波プローブ装置を３５０℃の液体金属ナトリウム中に投入し１時間放置した。その後、液体金属ナトリウムを冷却して２００℃にし、この液体金属ナトリウム中の試験片を観察した。しかしながら、圧電素子がキュリー温度以上となって脱分極したため超音波を発信できなくなり、画像が得られなかった。
【００６３】
（実施例４）事故
実施例１と同様の超音波プローブ装置（圧電素子は、ニオブ酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３８５℃）を用いて、２００℃の液体金属ナトリウム中にある試験片を観察する際、この超音波プローブ装置を誤って４００℃の液体金属ナトリウム中に投入してしまった。このときの超音波プローブ装置のヒータ設定温度は３５０℃であった。そこで、ヒータを停止し、液体金属ナトリウムを２００℃にまで冷却する過程で、圧電素子に直流電圧３ｋＶ／ｍｍを印加し続けた。その後、直流電圧の印加を停止し、液体金属ナトリウム中にある試験片を観察したところ、明瞭な画像が得られた。これは、超音波プローブ装置の圧電素子がキュリー温度以上に加熱されて脱分極したが、その後の直流電圧の印加により圧電素子が再分極して超音波の送信が可能となったからである。
【００６４】
（比較例４）
比較例１と同様の超音波プローブ装置（圧電素子は、ニオブ酸鉛系の圧電体からなり、キュリー温度が３８５℃）を用いて、２００℃の液体金属ナトリウム中にある試験片を観察する際、この超音波プローブ装置を誤って４００℃の液体金属ナトリウム中に投入してしまった。その後、液体金属ナトリウムを２００℃に冷却して、この液体金属ナトリウム中にある試験片の観察を試みたところ、この超音波プローブ装置の圧電素子が脱分極していて超音波を送信できなくなっていたため、画像が得られなかった。
【００６５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１０…超音波プローブ装置、１２…圧電素子、１３…前面板、１５…ヒータ（加熱器）、１６…直流電源、２７…ヒータ電源、２８…断熱材、３０…超音波プローブ装置、３１…前面板、３２…ヒータ（加熱器）、３５…超音波プローブ装置、３６…ヒータ（加熱器）、４０…超音波プローブ装置、４２…ヒータ（加熱器）、Ｔｃ…キュリー温度。
【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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