特許 7508415 非破壊検査プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】非破壊検査プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20240624BHJP

   G01N 27/904 20210101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

G01N27/904

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021103647

(22)【出願日】2021-06-22

(65)【公開番号】P2023002403

(43)【公開日】2023-01-10

【審査請求日】2023-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 智得

(72)【発明者】

【氏名】松崎 謙司

(72)【発明者】

【氏名】浦口 晃平

(72)【発明者】

【氏名】今崎 一人

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２９８４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０２５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０１５５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－１０２００７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－１９４６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３００２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｎ ２７／７２ － Ｇ０１Ｎ ２７／９０９３

Ｇ２１Ｃ １７／００ － Ｇ２１Ｃ １７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査体に当接させる複数のセンサを表面に配列させたシートと、
前記シートの裏面を部分的に固定するベース体と、
前記ベース体に回動自在に連結され前記センサを挟む回動方向に付勢されるフレームと、
前記ベース体側の固定端とは反対側の自由端で前記シートを把持し、前記シートを伸展方向に付勢するよう前記フレームに支持されるホルダと、を備えた非破壊検査プローブ。

【請求項2】

請求項１に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記フレームの回動方向への付勢は、前記ベース体に一端が固定され、他端が前記ホルダ又は前記フレームに当接する板バネによる非破壊検査プローブ。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記シートの伸展方向への付勢は、
前記フレームに両端が固定され、前記ホルダを遊貫させるポールと、
前記ポールが貫通し一端が前記フレームに当接し他端が前記ホルダに当接するコイルバネと、による非破壊検査プローブ。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記シートの裏面に対する部分的な固定は、プレートを介して前記ベース体に間接的になされる非破壊検査プローブ。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記ベース体に収容され、配列する前記センサとは反対側に向かって突き出す第１押圧部材を備えた非破壊検査プローブ。

【請求項6】

請求項４に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記ベース体に収容され、前記プレートに向かって突き出す第２押圧部材を備えた非破壊検査プローブ。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記ベース体に収容され、前記シートの裏面に向かって膨張するバルーンを備えた非破壊検査プローブ。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の非破壊検査プローブにおいて、
前記ベース体の両側に設けられ、前記被検査体の表面に接して転動するローラを備えた非破壊検査プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、被検査面に接触させる非破壊検査プローブに関する。

【背景技術】

【0002】

高経年化した原子力発電プラントでは、原子炉圧力容器内の構造物の健全性を評価するために、表面検査や体積検査等の非破壊検査を実施している。沸騰水型の原子炉圧力容器内の給水ノズルのコーナー部に対する非破壊検査は、プローブが取り付けられた点検装置を、給水スパージャに固定して実施される。そして、このプローブを、被検査面に押し付け、給水ノズルの軸周りに旋回させ、給水ノズルのコーナー部に走査させる検査方法が提案されている。

【0003】

そして、このような非破壊検査プローブとして、被検査体の表面に渦電流を発生させる複数のコイル（以降、マルチコイル）を搭載し、き裂探傷を行う渦電流探傷プローブが広く利用されている。そして、この被検査体の表面に接触させるマルチコイルの密着性を向上させ、き裂探傷の信頼性を向上させるために、ポリウレタンゴム製のスポンジ等といった弾性体を介してマルチコイルを押しつけることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６２５１０２５号公報

【文献】特許第６６２１３３６号公報

【文献】特許第５０１６９７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述した従来の渦電流探傷プローブは、被検査体の表面形状が周方向で均一でない場合、マルチコイルの密着性が低下する。特に、給水ノズルのコーナー部は、プローブの旋回角度によって表面形状が３次元的に変化するため、マルチコイルをこの表面形状に追従させることが困難であった。

【0006】

このため、マルチコイルの密着性を維持しつつ検査表面を一度に短時間で走査することが困難であり、検査時間がかかるという課題があった。さらに、原子炉圧力容器の内壁と給水スパージャとの狭隘部に挿入させるプローブは、薄く形成される必要がある。しかし、上述した従来の渦電流探傷プローブでは、表面形状の変化に追従させるために、ポリウレタンゴム製のスポンジ等の弾性体を厚く形成する必要があった。

【0007】

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、検査表面への追従性・密着性に優れ、狭隘部に挿入するのに十分に薄く形成された非破壊検査プローブを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態に係る非破壊検査プローブにおいて、被検査体に当接させる複数のセンサを表面に配列させたシートと、前記シートの裏面を部分的に固定するベース体と、前記ベース体に回動自在に連結され前記センサを挟む回動方向に付勢されるフレームと、前記ベース体側の固定端とは反対側の自由端で前記シートを把持し前記シートを伸展方向に付勢するよう前記フレームに支持されるホルダと、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態により、検査表面への追従性・密着性に優れ、狭隘部に挿入するのに十分に薄く形成された非破壊検査プローブが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（Ａ）本発明の第１実施形態に係る非破壊検査プローブの正面図、（Ｂ）その側面図。

【図2】（Ａ）図１ＢにおけるＡ－Ａ断面図、（Ｂ）図１ＡにおけるＢ－Ｂ断面図。

【図3】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）給水ノズルのコーナー部にセッティングされる非破壊検査プローブの態様を示す説明図。

【図4】（Ａ）（Ｂ）本発明の第２実施形態に係る非破壊検査プローブを給水ノズルのコーナー部にセッティングした態様を示す説明図。

【図5】（Ａ）本発明の第３実施形態に係る非破壊検査プローブの側面図、（Ｂ）その正面図。

【図6】各実施形態に係る非破壊検査プローブを取り付けた非破壊検査の点検装置の斜視図。

【図7】点検装置を給水スパージャに固定し、沸騰水型の原子炉圧力容器内の給水ノズルのコーナー部を非破壊検査する態様の説明図。

【図8】（Ａ）給水スパージャを隔てて望む給水ノズルのコーナー部、（Ｂ）図８ＡにおけるＢ－Ｂ断面図、（Ｃ）図８ＡにおけるＣ－Ｃ断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。各実施形態に係るプローブ２０の説明に先立って、このプローブ２０が取り付けられる点検装置１０及びこの点検装置１０による非破壊検査の態様について説明する。図６は各実施形態に係る非破壊検査プローブ２０（以下、単に「プローブ２０」という）を取り付けた非破壊検査の点検装置１０の斜視図である。図７は点検装置１０を給水スパージャ３に固定し、沸騰水型の原子炉圧力容器１の給水ノズル２のコーナー部２ａを非破壊検査する態様の説明図である。図８（Ａ）は給水スパージャ３を隔てて望む給水ノズル２のコーナー部２ａである。図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＢ－Ｂ断面図である。図８（Ｃ）は図８（Ａ）におけるＣ－Ｃ断面図である。

【0012】

図６に示すように点検装置１０は、ベースプレート１４に取付けられ直線状のアーム１２を前後移動又は回転動作させる駆動部１３と、アーム１２に基端部が固定され先端部にプローブ２０が設けられた湾曲アーム１２ａと、ベースプレート１４に取付けられ炉内構造物を把持して点検装置１０を固定する固定部１５ａ，１５ｂと、から構成される。そして、この固定部１５ａ，１５ｂは、それぞれ電動モータ等によって開閉駆動される一対のグリップ部１６ａ，１６ｂを有している。

【0013】

図７及び図８に示すように、原子炉圧力容器１の給水ノズル２のコーナー部２ａを非破壊検査する際は、点検装置１０のグリップ部１６ａ，１６ｂを、給水スパージャ３やその直下に配置されたコアスプレイ（ＣＳ）配管４等の炉内構造物に固定させる。そしてプローブ２０を、給水ノズル２の狭隘部の周面に沿って回転移動させることで、コーナー部２ａの探傷検査が実施される。

【0014】

図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る非破壊検査プローブ２０の正面図であり、図１（Ｂ）はその側面図である。図２（Ａ）は図１ＢにおけるＡ－Ａ断面図であり、図２（Ｂ）は図１ＡにおけるＢ－Ｂ断面図である。

【0015】

このようにプローブ２０は、被検査体（給水ノズル２；図８）に当接させる複数のセンサ２１を表面に配列させたシート２２と、このシート２２の裏面を部分的に固定するベース体２５と、このベース体２５に回動自在に連結されセンサ２１を挟む回動方向に付勢されるフレーム３０と、ベース体２５側の固定端とは反対側の自由端でシート２２を把持しこのシート２２を伸展方向に付勢するようフレーム３０に支持されるホルダ３１と、を備えている。

【0016】

実施形態において、非破壊検査の被検査体として、給水ノズル２のコーナー部２ａ近傍の狭隘部を例示して説明するが、これに限定されるものではなく他の炉内構造物も対象となる。特に三次元的に表面形状が変化するラッパ管状のノズル構造物のコーナー部を被検査体とすることができる。

【0017】

被検査体に当接させる複数のセンサ２１としては、渦電流探傷用のマルチコイルであったり、超音波探傷用の圧電素子であったりするが、特に限定されない。これら複数のセンサ２１を表面に配列させるシート２２は、これらセンサ２１に電気的に接続する配線を含むフィルム基板等で構成される。このシート２２の材質としては、その他に樹脂フィルム、繊維織物シート、不織布シート等が挙げられるが、被検査体の三次元的な表面形状に、配列した複数のセンサ２１を追従させることができるものであれば適宜採用される。

【0018】

ベース体２５は、点検装置１０（図６）の湾曲アーム１２ａの先端にプローブ２０を接続するための接続部２７が設けられている。そして、ベース体２５は、被検査体の狭隘部に挿入することができる程度に十分に薄く形成されている。被検査体の検査面に対向させるベース体２５の面には、着脱自在にプレート２６が設けられている。このプレート２６の片面には、シート２２の裏面が貼付されている。そして。このプレート２６がベース体２５に固定されることで、ベース体２５に対するシート２２の部分的な固定が間接的に達成される。

【0019】

フレーム３０は、連結軸３７を介してベース体２５に回動自在に連結されている。また板バネ３２が、ベース体２５に一端が固定され、他端がホルダ３１（フレーム３０でもよい）に当接している。この板バネ３２により、フレーム３０は、センサ２１を挟む回動方向に付勢されている。なおこのフレーム３０の回動方向への付勢手段としては、このような板バネ３２に限定されることはなく、任意の方法をとることができる。

【0020】

そして、このフレーム３０には、ポール３５の両端が固定されている。このポール３５には、シート２２の一端を把持したホルダ３１が遊貫している。そして、ポール３５に貫通されたコイルバネ３６の一端がフレーム３０に当接し他端がホルダ３１に当接している。そして、このコイルバネ３６により、シート２２が伸展方向に付勢されることになる。

【0021】

このように、ベース体２５側の固定端とは反対側の自由端でシート２２を伸展方向に付勢する方法は、特に限定されることはなく任意の手段を用いることができる。これにより、シート２２の片面に配列した複数のセンサ２１は、被検査体の表面に押し付けられることになる。そしてセンサ２１を被検査体の表面への追従性・密着性を向上させて接触させることができ、き裂探傷の信頼性を向上させることができる。

【0022】

図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて、給水ノズル２のコーナー部２ａにセッティングされる非破壊検査プローブ２０の態様を説明する。図３（Ａ）に示されるように、被検査体２の検査面２ａに、センサ２１の配列が近接するように、ベース体２５を挿入していく。このときフレーム３０は、板バネ３２で付勢されて、ベース体２５に対し最も内傾した姿勢をとる。このときホルダ３１は、コイルバネ３６の付勢力によりフレーム３０に対し高い位置にある。

【0023】

次に図３（Ｂ）に示すように、フレーム３０の一部が、被検査体２の検査面２ａに当接し、さらにベース体２５が挿入されると、板バネ３２の付勢に反発してフレーム３０は、ベース体２５に対する内傾を解消していく姿勢をとる。このとき自由端側のシート２２に配列するセンサ２１の一部が被検査体２の検査面２ａに当接すると、ホルダ３１は、低い位置に変位してコイルバネ３６が圧縮される。これにより、シート２２が伸展方向に付勢され、被検査体の表面に接触するセンサ２１の追従性・密着性が向上していく。

【0024】

次に図３（Ｃ）に示すように、さらにベース体２５が挿入されると、自由端側のシート２２に配列するセンサ２１の全てが被検査体２の検査面２ａに当接するようになる。すると、ホルダ３１は、さらに低い位置に変位してコイルバネ３６がさらに圧縮され、シート２２が伸展方向にさらに付勢される。これにより被検査体の表面に接触するセンサ２１の追従性・密着性をさらに向上させることができる。そして図３（Ｃ）の状態で、プローブ２０を、被検査体２の狭隘部の周面に沿って回転移動させることで、検査面２ａの探傷検査の信頼性を向上させることができる。

【0025】

（第２実施形態）
次に図４を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る非破壊検査プローブ２０を給水ノズル２のコーナー部にセッティングした態様を示す説明図である。なお、図４において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0026】

図４に示す第２実施形態に係るプローブ２０は、第１実施形態の構成に加えて、第１押圧部材４１、第２押圧部材４２及びバルーン４５のうち少なくとも一つを具備している。第１押圧部材４１は、ベース体２５に収容され、配列するセンサ２１とは反対側に向かって突き出す機能を持つ。この第１押圧部材４１は、エアによって伸縮するシリンダ等で構成することができる。

【0027】

図４（Ａ）に示すように被検査体２の検査面２ａが露出する狭隘部に、第１押圧部材４１が収容された状態でベース体２５を挿入する。そして図４（Ｂ）に示すように、圧縮エアを注入し第１押圧部材４１を突出させ、検査面２ａとは反対側にある構造物５に突っ張ることにより、センサ２１を検査面２ａに押し付けることができる。

【0028】

なお第１押圧部材４１は上述したエアシリンダ以外に、水圧や油圧シリンダや電動リニアアクチュエータ等といった伸縮する機構を採用することができる。さらに、第１押圧部材４１の先端にボールまたはローラを設けることで、構造物５の突っ張り面との摩擦を減らすことができる。これにより、センサ２１を検査面２ａに押し付けながらプローブ２０を走査することが容易になる。

【0029】

第２押圧部材４２は、ベース体２５に収容され（図４Ａ）、プレート２６に向かって突き出す（図４Ｂ）機能を持つ。このような第２押圧部材４２を複数個所に設けることで、ベース体２５が検査面２ａに対して傾いた場合でも、第２押圧部材４２を突出させることでこの傾きを吸収することができ、センサ２１を検査面２ａに密着させることができる。なお第２押圧部材４２は、第１押圧部材４１と同様にエアシリンダ、水圧や油圧シリンダや電動リニアアクチュエータ等といった以外に弾性バネを採用することができる。

【0030】

バルーン４５は、ベース体２５に収容され、シート２２の裏面に向かって膨張する機能を持つ。これによりバルーン４５により裏面から押し上げられることで、シート２２の形状を、検査面２ａに追従するよう三次元的に変化させることができる。さらに曲面形状を持つ検査面２ａにセンサ２１の配列を追従させながら、プローブ２０を走査することができる。バルーン４５はエアまたは水の注入によって膨張させ、その注入圧力で膨張力を調整してシート２２の押し付け力を調整できる。なお、バルーン４５は図示するように２箇所だけではなく、３箇所以上設けてもよいし、１箇所でも良い 。

【0031】

（第３実施形態）
次に図５を参照して本発明における第３実施形態について説明する。図５（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る非破壊検査プローブ２０の側面図であり、図５（Ｂ）その正面図である。なお、図５において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0032】

図５に示す第３実施形態に係るプローブ２０は、第１実施形態の構成に加えて、ローラ４６を具備している。このローラ４６は、ベース体２５の両側の複数箇所に設けられ、被検査体２の表面に接して転動する機能を持つ。これにより、プローブ２０が走査される際に、センサ２１の配列が検査面２ａに対し傾斜しようとしても、ローラ４６が検査面２ａに接することでこの傾斜を抑制し、センサ２１が浮く状態を防止できる。

【0033】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の非破壊検査プローブによれば、センサを表面に配列させたシートの自由端を把持したホルダをシート伸展方向に付勢することにより、検査表面への追従性・密着性に優れ狭隘部に挿入するのに十分に薄く形成された非破壊検査プローブの提供が可能となる。

【0034】

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、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0035】

１…原子炉圧力容器、２…給水ノズル（被検査体）、２ａ…コーナー部（検査面）、３…給水スパージャ、４…コアスプレイ配管、５…構造物、１０…点検装置、１２…アーム、１２ａ…湾曲アーム、１３…駆動部、１４…ベースプレート、１５ａ，１５ｂ…固定部、１６ａ，１６ｂ…グリップ部、２０…非破壊検査プローブ（プローブ）、２１…センサ、２２…シート、２５…ベース体、２６…プレート、２７…接続部、３０…フレーム、３１…ホルダ、３２…板バネ、３５…ポール、３６…コイルバネ、３７…連結軸、４１…第１押圧部材、４２…第２押圧部材、４５…バルーン、４６…ローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】