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JPH0754353B2 - 高温用超音波トランスジューサ - Google Patents
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JPH0754353B2 - 高温用超音波トランスジューサ - Google Patents

高温用超音波トランスジューサ

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JPH0754353B2
JPH0754353B2 JP62319045A JP31904587A JPH0754353B2 JP H0754353 B2 JPH0754353 B2 JP H0754353B2 JP 62319045 A JP62319045 A JP 62319045A JP 31904587 A JP31904587 A JP 31904587A JP H0754353 B2 JPH0754353 B2 JP H0754353B2
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JP
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high temperature
ultrasonic transducer
stainless steel
steel case
container
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洋 渡辺
翼 吉田
博一 唐沢
増雄 佐藤
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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)は円筒形をした函状の
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、キューリ点が1200℃、電気機械結合係数
Kt が0.17、周波数約2.5MHz、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
ハーメテ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MIケーブル
(Mineral Insulated 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、キューリ点が1200℃のニオブ酸リチウムからな
る高温用超音波振動子(3)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.
0×106Rad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(−6dB)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、
耐温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
器の鏡面に形成された底部内面と高温用超音波振動子の
鏡面に形成された容器接触面との間に介在させられたシ
リコーンオイルと、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の鏡面に形成された容
器接触面がステンレスで形成された容器の鏡面に形成さ
れた底部内面にシリコーンオイルを介して固定部材によ
っ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2.5MHz、パルス巾が20μsecのもの
で、熱膨張係数が6×10-6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、(16)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、1017
Ω/cmの絶縁性、1×107Rad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(1
3)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(18)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(16)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)はキューリ点が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6×10-6であり、ステンレス
ケース(1)の熱膨張係数が16×10-6であって、ステン
レスケース(1)と一桁も違う。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(15)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(1
3)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よって生
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(1
5)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(16)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劈開性が
ないから、割れにくく、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
ューリ点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の鏡面に形成された容器接触面
がステンレスで形成された容器の鏡面に形成された底部
内面にシリコーンオイル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
べて音響の伝播効率が向上し、それによって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
するシリコーンオイルで吸収し、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)、(18)はシリコーン
オイル(液体)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 唐沢 博一 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 佐藤 増雄 東京都港区芝浦1丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 昭55−46620(JP,A) 実開 昭59−189156(JP,U) 特公 昭59−11238(JP,B2)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、容器の鏡面に形成された底部内面と高温
    用超音波振動子の鏡面に形成された容器接触面との間に
    介在させられたシリコーンオイルと、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. 【請求項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。
JP62319045A 1987-12-18 1987-12-18 高温用超音波トランスジューサ Expired - Lifetime JPH0754353B2 (ja)

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