JPH01162182A - 高温用超音波トランスジューサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は高温用トランスジューサ、特に不透明な物質
である液体ナトリウムで満された原子炉容器内における
構造物及び炉内の各種機器の位置及び形状の認識を行う
ために用いられるものに関する。

［従来の技術］ 第２図は従来の高温用超音波トランスジューサを示す断
面図である。図において、（１）は円筒形をした面状の
ステンレスケース、（２）はステンレスケース（１）の
開口部を密閉するステンレスケースカバーで、ステンレ
スケース（１）に溶接で組み付けられて密封容器が構成
される。（３）はステンレスケース（１）の底部内面に
配設されたニオブ酸リチウムからなる円板状の高温用超
音波振動子で、キューり点が１２００℃、電気機械結合
係数Ｋ　ｔ（Ｋ　を−機械出力エネルギー／電気入力エ
ネルギー）が０．１７、周波数的２．５　ＭＨｚ　、パ
ルス巾約５０μｓｅｃのものである。（４）は８００℃
で焼成された接合部材である銀ペースト（８）で、高温
用超音波振動子（３）をステンレスケース（１）の底部
内面に接合している。（５）はステンレスケースカバー
（２）を貫通して取り付けられたハーメチックタイプの
シールコネクタ、（６）はシリコーンゴムチューブで被
覆された電線で、シールコネクタ（５）と高温用超音波
振動子（３）とを接続している。（７）はシールコネク
タ（５）に接続されたＭ１ケーブル（ＭｌｎｅｒａｌＩ
ｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｃａｂｌｅ）、（８）はステンレス
ケースカバー（２）に取り付けられた支柱である。

従来の高温用超音波トランスジューサは上記のように構
成され、キューり点が１２００℃のニオブ酸リチウムか
らなる高温用超音波振動子（８）を内蔵する密封容器は
ステンレスケース（１）とステンレスケースカバー（２
）とからなるから、使用条件が温度２００℃〜２５０℃
、放射線１．ＯＸ　１０６Ｒａｄオーダーの原子炉容器
内であっても、耐食性を有し、長期に亘って使用するこ
とができる。また、ステンレスケース（１）とステンレ
スケースカバー（２）によって密封された高温用超音波
振動子（３）に所定の電圧が印加されたときには、周波
数が２．５ＭＨｚでパルス巾５０μｓｅｃの超音波を発
振し、その超音波はステンレスケース（１）の底部を透
過してステンレスケース（２）外に送り出される。この
ときの指向角は１．３　　（−８ｄＢ）で、Ｓ／Ｎ比は
せいぜい２０ｄＢであった。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の高温用超音波トランスジューサでは
高温用超音波振動子（３）がキューリ点が１２００℃で
電気機械結合係数が０．１７のニオブ酸リチウムからな
るため、耐湿という点では優れているが、電気機械結合
係数が小さく、電気・超音波相互の変換効率が良好でな
く、超音波エネルギーが小さいことからＳ／Ｎ比が悪い
という問題点があった。

更に、高温用超音波振動子（３）が接合材である銀ペー
スト（４）でステンレスケース（１）の底部内面に接合
され、高温用超音波振動子（３）とステンレスケース（
１）の熱膨張率が異なるから、使用環境温度と保管場所
の温度差及びその繰り返し温度変化によって生じる高温
用超音波振動子（３）或いはステンレスケース（１）の
底部のソリによる指向性の悪化及び高温用超音波振動子
（３）のステンレスケース（１）からの部分的或いは全
面的な剥離を生じ、その結果、高温用超音波振動子（３
）で発生。

した超音波エネルギーは一部分或いは全部がステンレス
ケース（１）に伝搬せず、Ｓ／Ｎ比の劣化や、指向角の
変化、パルス巾の広がりといった性能劣化が生じるとい
う問題点があった。

この発明はかかる問題点を解消するためになされたもの
で、Ｓ／Ｎ比が良好で、しかも初期性能の劣化のない耐
久性の優れた高温用超音波トランスジューサを得ること
を目的としている。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る高温用超音波トランスジューサは、ステ
ンレスで形成された容器と、容器の底部内面に配設され
た電気機械結合係数の大きい高温用超音波振動子と、容
器の底部内面と高温用超音波振動子との間に介在させら
れた耐熱性を有する液体と、該高温用超音波振動子を容
器の底部内面に固定する固定部材とを備えるように構成
したものである。

［作　用］ この発明においては、高温用超音波振動子は電気機械結
合係数の大きいもので形成されているから、電気・超音
波相互の変換効率が良好となり、超音波エネルギーが大
きい。また、高温用超音波振動子はステンレスで形成さ
れた容器の底部内面に耐熱性を有する液体を介して固定
されているから、高温用超音波振動子の熱膨張係数がス
テンレスケースと異なっても、両者の熱膨張係数が異な
ることによる使用環境と保管場所の温度変化及びその繰
返し温度変化によって生じる高温用超音波振動子或いは
ステンレスケースの底部のソリによる指向性の悪化及び
高温用超音波振動子のステンレスケースからの部分的或
いは全面的な剥離という問題はなくなった。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図である。図に
おいて、従来例と同一の構成は同一符号を付して重複し
た構成の説明を省略する。（１）はステンレスケースで
、その底部内面は鏡面に形成されている。（２）はステ
ンレスケース（１）の開口部を密閉するステンレスケー
スカバーで、ステンレスケース（１）に溶接で組み付け
られて密封容器が構成される。（１３）はチタン酸鉛系
セラミックスからなる円板状の高温用超音波振動子で、
ステンレスケース（１）の底部内面と接触させられるケ
ース接触面は鏡面に形成されている。この高温用超音波
振動子（１３）はキューリ点が３６０℃、電気機械結合
係数が０．４５、周波数が約２．５　Ｍ）Ｉｚ　、パル
ス巾が２０μＳｅｃのもので、熱膨張係数が６　Ｘ　１
ｏ−６である。（１４）は複数のネジ穴を互いに等間隔
に有する固定部材の一部を構成する円板状の押さえ部材
保持板で、その外周縁がステンレスケース（１）の内周
面部に形成された段部にネジ（９）で固定されていいる
。（１５）は押さえ部材保持板（１４）の各ネジ穴に螺
合される固定部材の一部を構成する振動子押さえネジ、
（１Ｂ）は振動子押さえネジ（１６）の先端に螺着され
たステンレスの押さえ片、（１７）は絶縁部材である柔
軟性を有するポリイミドで、２５０℃の耐熱性、ｌＯΩ
／ａｓの絶縁性、Ｉ　Ｘ　１０７Ｒａｄオーダ以上の耐
放射性を有する。（１８）は液体であるシリコーンオイ
ルで、ステンレスケース（１）の底部内面と高温用超音
波振動子（１３）との間に介在させられている。

高温用超音波振動子（１３）のステンレスケース（１）
への取り付けは、まず、ステンレスケース（１）の底部
内面にシリコーンオイル（ｌＢ）を塗布し、しかる後に
高温用超音波振動子（１３）をシリコーンオイル（１８
）が塗布されたステンレスケース（１）の底部内面に配
設する。その高温超音波振動子（１３）のケース接触面
とは反対側の面に柔軟性を有する耐熱シートであるポリ
イミドシート（１７）を載置する。次に、各ネジ穴に振
動子押さえネジ（１５）が螺合された押さえ部材保持板
（１４）の外周縁をステンレスケース（１）の内周面部
に形成された段部にネジ（９）で固定する。しかる後、
各振動子押さえネジ（１５）を螺回し、振動子押さえネ
ジ（１５）の先端に取り付けられている押さえ片（１Ｂ
）によってポリイミドシート（１７）を押圧し、これら
振動子押さえネジ（１５）の押圧力によって高温用超音
波振動子（１３）はステンレスケース（１）の底部内面
に押圧固定される。最後に、ステンレスケース（１）に
ステンレスケースカバー（２）を溶接で取り付ける。

上記のように構成された高温用超音波トランスジューサ
においては、チタン酸鉛系セラミックスからなる高温用
超音波振動子（１３）はキューり点が３６０℃でトラン
スジューサ使用条件が温度２００℃〜２５０℃であるか
ら、温度の影響を受けることなく、正常に動作し、電気
的機械結合係数が０．４５と従来例のニオブ酸リチウム
からなる高温用超音波振動子（３）の電気機械結合係数
０．１７に比べて高く、電気・超音波相互の変換効率が
良好であり、超音波エネルギーが大きくなってＳ／Ｎ比
が向上した。

また、チタン酸鉛系セラミックスからなる高温用超音波
振動子（１３）はその熱膨張係数が６　Ｘ　１Ｏ−６で
あり、ステンレスケース（１）の熱膨張係数がｔｅｘ　
ｔｏ＝であって、ステンレススケース（１）と一部も違
う。従って、この実施例の高温用超音波振動子（１５）
をステンレスケース（１）の底部内面に従来のように銀
ペースト（４）でハンダ付けしたときには、低温時に高
温用超音波振動子（１３）をステンレスケース（１）に
ハンダ付けしても、使用状態が高温であれば、両者の膨
張係数の違いから、高温用超音波振動子（１５）或いは
ステンレスケース（１）がソリを起こして指向性が悪化
し、高温用超音波振動子（１５）のステンレスケース（
１）からの部分的或いは全体的な剥離を生じさせ、実用
に供しえない、ところが、この実施例ではステンレスケ
ース（１）の底部内面と高温用超音波振動子（１３）と
の間にシリコーンオイル（１８）を介在させ、その高温
用超音波振動子（Ｉ５）をステンレスケース（１）の底
部に押さえ部材保持板（４）と振動子押さえネジ（１５
）からなる固定部材で押圧固定しているから、ステンレ
スケース（１）と高温用超音波振動子（１３）との熱膨
張係数が大きく異なっても、振動子保管時と使用時の温
度変化及びその繰返し温度変化にょって生じる高温用超
音波振動子（１３）のソリをシリコーンオイル（１８）
で吸収し、従来のハンダ付けによって生じるソリによる
指向性の悪化及び剥離という問題も起らない。従って、
初期性能の劣化のない耐久性の優れた高温用超音波トラ
ンスジューサとなった。

更に、シリコーンオイル（１８）が高温用超音波振動（
１５）とステンレスケース（１）の底部との間に介在す
ることにより、両者が直接接触すなわち空気層を介在す
る場合に比べて音響の伝播効率は格段に向上し、従来の
ように銀ペースト（４）で両者を接合した場合と同様の
音響の伝播効率を有する。

また、ステンレスケース（１）の底部内面と高温用超音
波振動子（１３）のケース接触面とを鏡面に形成してい
るから、ステンレスケース（１）の底部と高温用超音波
振動子（１５）との間に介在させられるシリコーンオイ
ル（１Ｂ）の層は極めて薄くなり、音響の伝播効率が向
上する。従って、Ｓ／Ｎ比も向上する。

更にまた、チタン酸鉛系セラミックスからなる高温用超
音波振動子（１５）はニオブ酸リチウムのような襞間性
がないから、割れに＜＜、熱衝撃にも強い。従って、超
音波振動子製造時の製造歩留りが良好になると共に寿命
も向上した。

なお、この実施例では、高温用超音波振動子（１３）が
キューり点３００℃以上のチタン酸鉛系セラミックスで
形成されているが、これに限るものではなく、ステンレ
スケース（１）と熱膨張係数が異なっても、電気機械結
合係数が大きく、高温用のものであれば、この発明を適
用しえることは勿論である。例えば、チタン酸鉛系セラ
ミックス以外のものとしてシリコン酸チタン酸鉛系セラ
ミックスがある。また、この実施例では音響を伝播させ
るためにシリコーンオイル（１８）を用いているが、オ
イル、液体金属等の液体を用いても、シリコーンオイル
と同様の機能を発揮することはいうまでもない。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、電気機械結合係数の大
きい高温用超音波振動子がステンレスで形成された容器
の底部内面に耐熱性を有する液体を介して固定部材によ
って固定されているので、電気・超音波相互の変換効率
が良好となり、超音波エネルギーが大きくなって従来の
ものに比べてＳ／Ｎ比が向上し、また、高温用超音波振
動子の熱膨張係数がステンレスケースと異なっても、振
動子保管時と使用の温度変化によって生じる高温用超音
波振動子或いは容器の底部のソリを容器の底部内面と高
温用超音波振動子間に介在する耐熱性を有する液体で吸
収し、ソリによる指向性の悪化及び高温用超音波振動子
のステンレスケースからの部分的或いは全面的な剥離と
いう問題も解決されて初期性能の劣化のない耐久性の優
れた高温用超音波トランスジューサを得ることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は従
来の高温用超音波トランスジューサを示す断面図である
。 図において、（１）はステンレスケース（容器）、（２
）はステンレスケースカバー（容器）　、（１３）は高
温用超音波振動子、（１４）は押さえ部材保持板（固定
部材）　、（１５）は振動子押さえネジ（固定部材）　
、（１７）はポリイミドシート（絶縁部材）、（ｌＢ）
はシリコーンオイル（液体）である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステンレスで形成された容器と、容器の底部内面
   に配設された電気機械結合係数の大きい高温用超音波振
   動子と、容器の底部内面と高温用超音波振動子との間に
   介在させられた耐熱性を有する液体と、該高温用超音波
   振動子を容器の底部内面に固定する固定部材とを備えた
   ことを特徴とする高温用超音波トランスジューサ。
2. （２）高温用超音波振動子はキューリ点が３００℃以上
   のチタン酸鉛系セラミックスであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の高温用超音波トランスジュー
   サ。
3. （３）液体はシリコーンオイルであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の高温用超音波ト
   ランスジューサ。
4. （４）容器の底部内面及び高温用超音波振動子の容器接
   触面を鏡面に形成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第２項又は第３項記載の高温用超音波トランス
   ジューサ。