フィレット部の超音波探傷方法及びフィレット部用の超音波探傷装置
【課題】フィレット部の表面の曲率が大きく当該フィレット部の表面に探触子を配置できないクランク軸において、フィレット部内のきずを検出することが可能な超音波探傷方法、及び超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、クランクピン１０４及びクランクアーム１０６における探傷面Ｔ上に発信振動子２１と受信振動子２２とを具備する探触子２０を配置し、探傷面Ｔ上でフィレット部１０８に沿って探触子２０を移動させつつフィレット部１０８内に向けて超音波を発信させると共にフィレット部１０８内のきずＦで反射した超音波を受信する。そして、超音波が探傷面Ｔに入射したときに当該探傷面Ｔにおける縦波の屈折角θｏが臨界角となる入射角θｉで発信振動子２１が超音波を探傷面Ｔに入射させ、発信振動子２１の探傷面Ｔに対する姿勢を維持しつつ探触子２０を移動させることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、クランクピン１０４及びクランクアーム１０６における探傷面Ｔ上に発信振動子２１と受信振動子２２とを具備する探触子２０を配置し、探傷面Ｔ上でフィレット部１０８に沿って探触子２０を移動させつつフィレット部１０８内に向けて超音波を発信させると共にフィレット部１０８内のきずＦで反射した超音波を受信する。そして、超音波が探傷面Ｔに入射したときに当該探傷面Ｔにおける縦波の屈折角θｏが臨界角となる入射角θｉで発信振動子２１が超音波を探傷面Ｔに入射させ、発信振動子２１の探傷面Ｔに対する姿勢を維持しつつ探触子２０を移動させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用い、被検査物の内部に存在するきず（材料きず）を検出する超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関するものであり、特に、クランク軸のフィレット部の探傷に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶等のエンジンに用いられるクランク軸のフィレット部（クランクピンとクランクアームとの接続部：図１の符号１０８参照）には、クランクピンに接続されるピストンの稼動に伴い、長期間の大きな繰り返し曲げ応力が作用する。しかしながら、近年船舶等のエンジンは、高出力・小型化が進められ、高応力部であるフィレット部への要求品質（特に内部に存在するきず）はますます高くなっており、フィレット部の品質を保証する安定した検査が求められている。
【０００３】
クランク軸に生じたきずを非破壊で検査する方法としては、特許文献１に記載された浸透探傷法や、特許文献２に記載された超音波探傷法が知られている。
【０００４】
具体的に、浸透探傷法では、先ず、クランク軸（被検査対象物）表面の検査対象領域に浸透液を塗布する。このとき、表面に開口したきずが存在していると、この表面に塗布された浸透液が毛細管現象によってその内部に浸透する。次に、被検査対象物の表面から浸透液を除去する。これにより、きずの内部に浸透した浸透液を除いて、クランク軸の表面に塗布されている浸透液が除去される。この状態で、検査対象領域に現像剤を噴きつけて現像剤の皮膜を形成する。この現像剤は、微細な粒子によって構成されているため、この現像剤によって皮膜を形成するとその粒子間において毛細管現象が生じる。これにより、表面に開口したきず内に浸透している浸透液が現像剤の皮膜によって吸い上げられる。このとき、浸透液は皮膜中に広がり、皮膜の表面において実際のクラック等の開口きず幅よりも拡大された指示模様となって現れる。この指示模様を観察することによって非破壊できずを検出することができる。
【０００５】
また、超音波探傷法では、被検査対象物の表面である探傷面から超音波を入射させ、内部を伝播する超音波がきずで反射し、戻ってきた反射波を受信することにより、被検査対象物の内部のきずを非破壊で検出することができる。具体的には、探傷面に対して超音波を発信する発信振動子とこの発信された超音波を探傷面から受信する受信振動子とを具備する探触子を探傷面上に配置する。そして、図１３に示されるように、この探触子２００の発信振動子から探傷面２１０ａに対して超音波を入射させる。これにより、被検査物２１０内部を超音波ｓｗが伝播し、その軌道上に割れ等のきずｆが存在するとこのきずｆによって超音波ｓｗが反射され、この反射された超音波ｓｗを受信振動子が受信する。そして、この受信振動子から出力される受信信号を解析することによって、被検査対象物２１０の内部のきずの有無や、きずの位置、大きさ等を非破壊で検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７０３４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジンの高出力・小型化に伴うクランク軸への高疲労強度用要求に対応するためには、高応力部であるフィレット部の表層部の微小な内部きずを安定して検出する非破壊検査方法が不可避である。
【０００８】
しかしながら、上記の浸透探傷法や超音波探傷法では、表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸において、当該フィレット部の表層部（即ち、フィレット部内の表面近傍）のきずを検出することができなかった。具体的に、浸透探傷法では、きず内に浸透液を浸透させることによってきずの検出を行うため、表面に開口していない部材内部のきずを検出できない。また、超音波探傷法では、表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸において、当該フィレット部の表層部に生じているきずを検出することが困難である。即ち、表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸では、図１４に示されるように、探触子２００をフィレット部表面に配置できず、しかも、探触子２００から発信された超音波ｓｗが部材内部を真っ直ぐに伝播するためクランクピンやクランクアームの表面に探触子２００を配置してもフィレット部の表層部に生じているきずｆに対して超音波を照射できない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フィレット部の表面の曲率が大きく当該フィレット部の表面に探触子を配置できないクランク軸において、フィレット部内のきずを検出することが可能な超音波探傷方法、及び超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷方法を提供する。この方法は、前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面上に当該探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子とこの発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子とを具備する探触子を配置する配置工程と、前記探傷面上において、前記フィレット部からの距離を一定に維持した状態で当該フィレット部に沿って前記探触子を移動させつつ前記フィレット部内に向けて前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信する走査工程と、を備える。そして、前記走査工程では、前記発信振動子が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波を前記探傷面に入射させ、このときの前記発信振動子の前記探傷面に対する姿勢を維持しつつ前記探触子を移動させる。
【００１１】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷装置を提供する。この装置は、前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子と、この発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子と、前記発信振動子の発信する超音波を前記探傷面まで伝播する伝播部材と、を具備する探触子と、前記フィレット部内に向けて前記伝播部材を介して前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信し、この受信信号から前記フィレット部内のきずを検出するきず検出装置と、を備える。そして、前記伝播部材は、前記探触子を前記探傷面上で移動させたときに当該探傷面と摺接する摺接面と前記発信振動子が載置される載置面とを有し、前記載置面から前記摺接面まで前記発信振動子が発信する超音波を伝播し、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜角が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する角度となる形状を有する。
【００１２】
これらの本発明によれば、クリーピング波を利用することによって、フィレット部の表層部（即ち、フィレット部内の表面近傍）に発生するきず（材料きず）を好適に検出することができる。以下で説明する。
【００１３】
フィレット部の表面が湾曲しているため、その曲率が大きいとフィレット部表面に探触子を配置できない。そこで、フィレット部の表面と隣接するクランクアーム又はクランクピンの表面（探傷面）に探触子を配置してフィレット部の表層のきずを探傷することが考えられる。この場合、クランクアーム又はクランクピンの表面からフィレット部表面に沿って進む波動を用いて超音波探傷を行う必要がある。超音波探傷に用いられる被検査対象物の表面に沿って進む波動としては、表面波とクリーピング波とがある。
【００１４】
このクリーピング波とは、被検査対象物の表面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で超音波を前記表面に入射させることにより生じ、前記被検査対象物における超音波の入射面（表面）に沿って伝播する縦波の一種である。ここで表面波とは、被検査対象物の表面に沿って進む波動のうち前記のクリーピング波以外の波動である。
【００１５】
この表面波は、被検査対象物の表面から当該表面波の波長程度の深さまでしか内部に伝播されないため、表面からの深さ（距離）が波長よりも深い位置のきずに表面波を照射することができない。また、超音波探傷では、被検査対象物内を伝播する超音波の波長の半分程度の大きさよりも小さなきずを検出できないため、表面波の波長を大きくして深い位置のきずの検出を行うと小さなきずを検出することができなくなる。一方、クリーピング波は、波長よりも深い位置まで被検査対象物の内部に伝播されるため、このクリーピング波を用いることによって同じ波長であれば表面波よりも深い位置まで探傷することが可能となる。そのため、クリーピング波を用いることにより、表面波と同程度の大きさのきずを検出できる場合（波長が同じ場合）には、より深い位置までの探傷が可能となり、表面波と同じ深さ位置まで探傷できる場合には、より小さいきずを検出することが可能となる。
【００１６】
また、クリーピング波は、被検査対象物の表面に沿って伝播するため、クランクピン及びクランクアームの各表面におけるフィレット部の表面と隣接する領域（探傷面）に探触子を配置することで（図１参照）、発生したクリーピング波がフィレット部の表面に沿って伝播される。これにより、フィレット部の表層部のきずにクリーピング波を照射することができる。そして、このきずで反射されたクリーピング波を受信することにより、フィレット部の表層部のきずの検出が可能となる。
【００１７】
これにより、フィレット部表面に探触子を配置できない表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸においても、当該フィレット部の表層部のきずを検出することが可能となる。
【００１８】
さらに、上述の超音波探傷装置では、探触子を移動させつつ探傷を行う際に伝播部材の摺接面を探傷面に対して摺動させるだけで探傷面に対する超音波の入射角を一定に保つことができるため、探触子を移動させつつクリーピング波を容易に生じさせることができる。
【００１９】
本発明に係る超音波探傷方法において、前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する方向に前記振動面を向けたときに当該振動面における探傷面に対する傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有することが好ましい。また、本発明に係る超音波探傷装置において、前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、この振動面が前記載置面に接するように前記伝播部材に設置され、前記発信振動子は、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有することが好ましい。
【００２０】
これらの構成によれば、探傷に用いるクリーピング波の振幅（強度）を好適に大きくすることができ、これにより、きずで反射されたクリーピング波がより検出し易くなってきずの検出感度が向上する。具体的には、振動面が探傷面に対して所定の角度で傾斜した状態で超音波を発信するため、傾斜方向の各部位から発信された同位相の超音波が距離に応じて探傷面に順次到達する。このとき、最初に探傷面に到達した超音波により生じたクリーピング波の進行に合わせて前記各部位から発信された同位相の超音波が探傷面に順次到達するため、このクリーピング波の振幅が徐々に増幅される。
【００２１】
そして、振動面の前記傾斜方向の長さを振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下とすることにより、クリーピング波の振幅（強度）を効果的に増幅することができる。即ち、振動面の前記傾斜方向の長さを振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上とすることにより、探傷面で生じるクリーピング波の強度（振幅）を十分に大きくすることができる一方、前記傾斜方向の長さが振動子の発信する超音波の波長の３０倍よりも大きくなるとクリーピング波の強度が所定の値に収束するため効率よくクリーピング波を増幅することができなくなる。
【００２２】
上記の超音波探傷方法において、前記配置工程では、前記クランクアームにおける前記クランクピンの中心軸と直交する面を探傷面として当該探傷面上に前記探触子を配置し、前記走査工程では、前記探触子を少なくとも前記クランクアームの探傷面における前記クランク軸のジャーナル軸側の所定領域内で当該探傷面に沿って摺動させ、前記所定領域は、前記クランクアームの探傷面において、前記クランクピンの中心軸と前記ジャーナル軸の中心軸とを結ぶ基準線と、前記クランクピンの中心軸と前記探傷面上に配置された探触子とを結ぶ線とが交差する角度が４５°以内となる範囲であることが好ましい。
【００２３】
かかる構成によれば、クランク軸が組み込まれたエンジンを作動させたときに大きな曲げモーメントが作用するフィレット部のジャーナル軸側の部位を少なくとも探傷することができる。
【００２４】
前記配置工程は、前記クランクピンにおける探傷面である第１探傷面に前記探触子を配置する第１配置工程と、前記クランクアームにおける探傷面である第２探傷面に前記探触子を配置する第２配置工程と、を有し、前記検出工程は、前記第１探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第１検出工程と、前記第２探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第２検出工程と、を有することが好ましい。
【００２５】
かかる構成によれば、フィレット部を挟んでその両側（クランクピン側とクランクアーム側と）からフィレット部内に向けてクリーピング波をそれぞれ伝播させることができるため、片側（クランクピン側とクランクアーム側とのいずれか一方）からフィレット部内に向けてクリーピング波を伝播させる場合に比べ、フィレット部の幅方向（クランクピンからクランクアームに向かってフィレット部を横断する方向）のより広い範囲のきずの検出を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上より、本発明によれば、フィレット部の表面の曲率が大きく当該フィレット部の表面に探触子を配置できないクランク軸において、フィレット部内のきずを検出することが可能な超音波探傷方法、及び超音波探傷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る超音波探傷装置の構成、及びこの超音波探傷装置における探触子のクランク軸への配置状態を説明するための図である。
【図２】前記超音波探傷装置の構成、及びこの超音波探傷装置における探触子のクランク軸への配置状態を説明するための図である。
【図３】前記探触子の構成を説明するための縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ位置における前記探触子の断面図である。
【図５】クリーピング波を説明するための図である。
【図６】発信振動子の長さと、探触子によって形成されるクリーピング波の強度との関係を示す図である。
【図７】アーム探傷用位置決め部材の説明をするための図である。
【図８】ピン探傷用位置決め部材及びピン探傷用スペーサの説明をするための図である。
【図９】前記超音波探傷装置での探傷結果の一例のＡスコープを示す図である。
【図１０】前記超音波探傷装置での探傷結果の一例のＢスコープを示す図である。
【図１１】実施例において、クランクピン側から走査した結果のＢスコープを示す図である。
【図１２】実施例において、クランクアーム側から走査した結果のＢスコープを示す図である。
【図１３】従来の超音波探傷法（斜角探傷法）を説明するための図である。
【図１４】表面の曲率が大きいフィレット部を有するクランク軸において、当該フィレット部を従来の超音波探傷法によって探傷した場合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
本実施形態に係る超音波探傷方法に用いられる超音波探傷装置は、クリーピング波を利用してエンジンに用いられるクランク軸のフィレット部の表層部の材料きず（例えば、内部割れや非金属介在物等）を検出する装置である。このクランク軸は、鋼材で形成されており、図１及び図２に示されるように、エンジンにクランク軸１００が組み込まれてこのエンジンが作動したときに当該クランク軸１００の回転中心となるジャーナル軸１０２と、ピストンの駆動力が伝達されるクランクピン１０４と、ジャーナル軸１０２とクランクピン１０４とを連結するクランクアーム１０６とを備える。フィレット部１０８は、クランクピン１０４とクランクアーム１０６との接続部であり、前記エンジンの作動時においてピストンの駆動力がクランクピン１０４に伝達されることによって大きな曲げモーメントの作用する部位である。このフィレット部１０８は、鍛造によって形成される。本実施形態では、船舶の電源供給用のディーゼルエンジン等に用いられ、表面の曲率が大きなフィレット部１０８を有するクランク軸１００において、当該フィレット部１０８の探傷を行う。例えば、図１に示す例では、フィレット部１０８のアール（図１におけるフィレット部表面を表す曲線部の曲率半径）が９ｍｍ程度のクランク軸１００である。
【００３０】
超音波探傷装置１０は、探傷面Ｔ上を摺動（移動）させる探触子２０と、この探触子２０とケーブル１１を介して接続されるきず検出装置１２と、探触子２０の探傷面Ｔ上における摺動距離（移動距離）を測定する距離測定装置１４と、を備える。
【００３１】
探触子２０は、被検査対象物の探傷面Ｔ上に配置され、この探傷面Ｔに対して超音波を発信すると共に探傷面Ｔからの超音波を受信する。本実施形態における被検査対象物は前記のクランク軸１００、詳しくは、クランク軸１００のフィレット部１０８であり、探傷面Ｔは、クランクピン１０４及びクランクアーム１０６の各表面におけるフィレット部１０８の表面１０８ａと隣接する領域である（図１及び図２参照）。この探触子２０は、いわゆる二振動子型の探触子であり、図３及び図４に示されるように、超音波を発信する発信振動子２１と、超音波を受信する受信振動子２２と、探触子２０を探傷面Ｔ上に配置したときに探傷面Ｔと各振動子２１、２２との間にそれぞれ位置する伝播部材２３ａ、２３ｂと、発信振動子２１と受信振動子２２との間において音波が互いに伝播しないように絶縁する音響セパレータ２４と、これら各部材を囲うケーシング２５と、を備える。本実施形態の探触子２０は、長さ（図３における左右方向の長さ）が３．５ｃｍ、幅（図４における左右方向の長さ）が３．４ｃｍ、高さ（図３における上下方向の長さ）が３．０ｃｍである。
【００３２】
伝播部材２３ａ（２３ｂ）は、探触子２０を探傷面Ｔに沿って当該探傷面Ｔ上を摺動させたときに当該探傷面Ｔと摺接する摺接面２６と、発信振動子２１（又は受信振動子２２）が載置される載置面２７とを有し、載置面２７から摺接面２６まで（又は摺接面２６から載置面２７まで）超音波を伝播する。尚、発信振動子２１が載置される伝播部材２３ａと受信振動子２２が載置される伝播部材２３ｂとは、いずれも同じ素材で形成され且つ同じ形状を有する。具体的に、伝播部材２３ａ、２３ｂは、摺接面２６と載置面２７とを当該伝播部材２３ａ、２３ｂの表面に含み、摺接面２６に対する載置面２７の傾斜角が所定の角度θｄとなる形状を有する。この所定の角度θｄとは、図５にも示されるように、摺接面２６を探傷面Ｔに接触させた状態で載置面２７から当該載置面２７と直交する方向に向けて入力された超音波が伝播部材２３ａの内部を伝播して摺接面２６を介して探傷面Ｔに入射したときに、当該探傷面Ｔにおける縦波の屈折角θｏが臨界角（９０°）となる入射角θｉで超音波が探傷面Ｔに入射する角度である。このような角度とすることにより、伝播部材２３ａが発信振動子２１から発信された超音波を探傷面Ｔまで伝播すると、探傷面Ｔの直下（クランク軸１００の表面近傍）にクリーピング波ＣＷが生じる。
【００３３】
このクリーピング波ＣＷとは、被検査対象物の表面における縦波の屈折角θｏが臨界角となる入射角θｉで超音波を前記表面に入射させることにより生じ、前記被検査対象物における超音波の入射面（表面）に沿って伝播する縦波の一種である。このクリーピング波ＣＷは、被検査対象物の表面と直交する方向においては数ｍｍの範囲に存在することができる。
【００３４】
このクリーピング波ＣＷ以外で、これと同じ被検査対象物の表面に沿って伝播する波動としては、表面波が知られている。本実施形態において、この表面波とは、上記の縦波の屈折角が臨界角となる入射角以外の入射角で超音波を前記表面に入射させることにより生じ、前記被検査対象物における超音波の入射面（表面）に沿って伝播する波動のことをいう。この表面波は、被検査対象物の表面と直交する方向においては波長程度の範囲までしか存在することができない。そのため、同じ波長のクリーピング波ＣＷと表面波とでは、クリーピング波ＣＷの方が被検査対象物の表面からより深い位置のきずを検出することができる。また、超音波探傷では、被検査対象物内を伝播する超音波の波長の半分程度の大きさよりも小さなきずを検出できないことから、表面波の波長を大きくしてクリーピング波ＣＷと同じ深さ位置のきずを検出できるようにした場合には、クリーピング波ＣＷの方がより小さいきずを検出することができる。
【００３５】
探傷面Ｔの直下にクリーピング波ＣＷを生じさせるための摺接面２６に対する載置面２７の角度は、伝播部材２３ａの内部での音速と、クランク軸１００（被検査対象物）内部での音速と、臨界角（９０°）とを用いて以下のスネルの法則（下記の式（１）参照）から求められる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
本実施形態の伝播部材２３ａは、アクリル樹脂で形成されたいわゆるクサビ型の部材であり、当該伝播部材２３ａ中の音速は２７００ｍ／ｓｅｃである。また、上述のようにクランク軸１００は、鋼材で形成されているため、このクランク軸１００中の縦波の音速は、５９００ｍ／ｓｅｃである。従って、スネルの法則（式（１））において、図５に示されるように、探傷面Ｔにおける縦波の屈折角をθｏとし、超音波の探傷面Ｔに対する入射角をθｉとし、伝播部材２３ａ中の音速をＶｉとし、クランク軸１００中の縦波の音速をＶｏとすると、θｉ＝２７．２３°となる。この入射角θｉが前記の摺接面２６に対する載置面２７の傾斜角θｄとなる。
【００３８】
発信振動子２１は、板状の部材であり、ケーブル１１を介してきず検出装置１２と接続されている。そして、発信振動子２１は、ケーシング２５に設けられたコネクタ２５ａを介してきず検出装置１２からの発信信号を受信して超音波を発信する。具体的に、発信振動子２１は、一方の主面として振動面２１ａを有する。この振動面２１ａは、きず検出装置１２からの発信信号に基づいて当該振動面２１ａと直交する方向に振動する。これにより、発信振動子２１は、振動面２１ａと直交する方向に進行する超音波を発信する。即ち、発信振動子２１は、きず検出装置１２から出力された発信信号（電気信号）を受信してこれを振動面２１ａの振動に変換することにより超音波を発信する。
【００３９】
この振動面２１ａは、摺接面２６に対する傾斜方向の長さが当該振動子２１の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有する。これにより、探傷に用いるクリーピング波ＣＷの振幅（強度）を好適に大きくすることができ、その結果、きずＦで反射されたクリーピング波ＣＷがより検出し易くなって当該超音波探傷装置１０におけるきずＦの検出感度が向上する。詳しくは、探触子２０を探傷面Ｔ上に配置した状態において、伝播部材２３ａに取り付けられた発信振動子２１の振動面２１ａは、探傷面Ｔ（摺接面２６）に対して前記所定の角度θｄで傾斜した状態で超音波を発信する。そのため、振動面２１ａの傾斜方向の各部位から発信された同位相の超音波（図５におけるＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…）が距離に応じて探傷面Ｔに順次到達する。このとき、最初に探傷面Ｔに到達した超音波（図５におけるＳＷ１）により生じたクリーピング波ＣＷの進行に合わせて前記各部位から発信された同位相の超音波（図５におけるＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、…）が探傷面Ｔに順次到達する。その結果、クリーピング波の振幅が徐々に増幅される。
【００４０】
そして、振動面２１ａの前記傾斜方向の長さを振動子２１の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下とすることにより、クリーピング波ＣＷの振幅（強度）を効果的に増幅することができる（図６参照）。即ち、振動面２１ａの前記傾斜方向の長さを発信振動子２１の発信する超音波の波長の１５倍以上とすることにより、探傷面Ｔで生じるクリーピング波ＣＷの強度（振幅）を十分に大きくすることができる一方、前記傾斜方向の長さが発信振動子２１の発信する超音波の波長の３０倍よりも大きくなるとクリーピング波の強度が所定の値に収束するため効率よくクリーピング波ＣＷを増幅することができなくなる。
【００４１】
本実施形態では、発信振動子２１は、周波数が７ＭＨｚの超音波を発信し、前記傾斜方向の振動面の長さが２０ｍｍである。従って、振動面２１ａの前記傾斜方向の長さは、発信振動子２１が発信する超音波の波長の２６．７倍となり、図６に示されるように、形成されるクリーピング波ＣＷの強度は、前記振動面の長さが波長と同じ発信振動子から発信される超音波によって形成されるクリーピング波ＣＷの強度と比べて１０倍程度に増幅される。
【００４２】
このように構成される発信振動子２１は、振動面２１ａが載置面２７と対向した状態で当該載置面２７と接するように伝播部材２３ａの載置面２７上に載置される。即ち、発信振動子２１は、伝播部材２３ａの摺接面２６に対する振動面２１ａの傾斜角が上述の所定の角度θｄとなるような姿勢で伝播部材２３ａに取り付けられる。これにより、伝播部材２３ａから発信された超音波は、入射角θｉが上述の所定の角度θｄとなるように摺接面２６に入射する。
【００４３】
受信振動子２２は、発信振動子２１と同様の構成であり、発信振動子２１の振動面２１ａに対応する振動面２２ａが当該振動面２２ａに入射した（即ち、受信振動子２２が受信した）超音波によって振動すると、この振動を受信信号（電気信号）に変換して出力する。この受信信号は、ケーシング２５のコネクタ２５ａを介してきず検出装置１２に送信される。この受信振動子２２は、振動面２２ａが載置面２７と対向した状態で当該載置面２７と接するように伝播部材２３ｂの載置面２７上に載置される。
【００４４】
ケーシング２５は、底側（図３における下側）が開口した箱状の部材であり、載置面２７に発信振動子２１が載置された伝播部材２３ａと、載置面２７に受信振動子２２が載置された伝播部材２３ｂとを収容する。具体的には、探触子２０を平面状の探傷面上に配置した場合に各伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６がケーシング２５の底側の開口から露出して前記探傷面とそれぞれ面接触する状態で２つの伝播部材２３ａ、２３ｂがケーシング２５内にそれぞれ固定されている。これら２つの伝播部材２３ａ、２３ｂは、ケーシング２５内において同じ姿勢、即ち、載置面２７と摺接面２６とをそれぞれ同じ方向に向けて並んでいる。
【００４５】
以上のように構成される探触子２０は、探傷面Ｔ上に配置された状態で発信振動子２１から超音波を発信することにより、探傷面Ｔに沿うと共に当該探触子２０の先端側（図５において左側）に向けて伝播する（進む）クリーピング波ＣＷを生じさせる。
【００４６】
このケーシング２５には、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すアーム探傷用位置決め部材３０を着脱可能に取り付けることができる。アーム探傷用位置決め部材３０は、探触子２０をクランクアーム１０６における探傷面Ｔ上で摺動させるときに、フィレット部１０８（又はクランクピン１０４の周面）からの探触子２０の距離を一定に維持するためのものである。アーム探傷用位置決め部材３０は、ケーシング２５（探触子２０）の先端に取り付けられる。このアーム探傷用位置決め部材３０は、先端に湾曲摺接面３２を有すると共に基部にケーシング２５の先端面と着脱可能に係合する係合部３４を有し、これら湾曲摺接面３２と係合部３４との間隔が一定に維持される形態を有する。湾曲摺接面３２は、被検査対象物であるクランク軸１００のクランクピン１０４の周面と摺接可能な湾曲形状を有する。即ち、湾曲摺接面３２は、アーム探傷用位置決め部材３０の先端をクランクピン１０４の周面に当接させたときに、この周面に対して湾曲摺接面全体が面接触する。
【００４７】
このように構成されるアーム探傷用位置決め部材３０をケーシング２５の先端面に取り付け、当該位置決め部材３０先端の湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面と面接触するように探触子２０を探傷面Ｔ上に配置し、探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って探触子２０を摺動させるときに湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面から離れないようにして摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ当該探触子２０を探傷面Ｔ上で容易に移動させることができる。
【００４８】
また、ケーシング２５は、アーム探傷用位置決め部材３０に変えて、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すピン探傷用位置決め部材４０を着脱可能に取り付けることができる。このピン探傷用位置決め部材４０を取り付ける場合、ケーシング２５の底部には、ピン探傷用スペーサ４６を着脱可能に取り付ける。ピン探傷用位置決め部材４０は、探触子２０をクランクピン１０４における探傷面Ｔ上で摺動させるときに、フィレット部１０８（又はクランクアーム１０６におけるクランクピン１０４側を向いた面）からの探触子２０の距離を一定に維持するためのものである。ピン探傷用位置決め部材４０は、アーム探傷用位置決め部材３０と同様に、ケーシング２５（探触子２０）の先端に取り付けられる。このピン探傷用位置決め部材４０は、先端に摺接面４２を有すると共に基部にケーシング２５の先端面と着脱可能に係合する係合部４４を有し、これら摺接面４２と係合部４４との間隔が一定に維持される形態を有する。摺接面４２は、被検査対象物であるクランク軸１００のクランクアーム１０６におけるクランクピン１０４側を向いた面と摺接可能な形状（平面形状）を有する。即ち、摺接面４２は、ピン探傷用位置決め部材４０の先端をクランクアーム１０６の前記の面に当接させたときに、この面に対して摺接面４２全体が面接触する。
【００４９】
ピン探傷用スペーサ４６は、探触子２０をクランクピン１０４における探傷面Ｔ上で摺動させるときに、探触子２０のクランクピン１０４に対する姿勢を安定させるためのものである。ピン探傷用スペーサ４６は、ケーシング２５の前後方向に延び、ケーシング２５の底部に当接する当接面４７と、クランクピン１０４の周面と摺接する摺接面４８とを有し、これら当接面４７と摺接面４８との間隔が一定に維持される形状を有する。このピン探傷用スペーサ４６は、ケーシング２５の幅方向両端の底部に着脱可能にそれぞれ取り付けられる。このピン探傷用スペーサ４６を取り付けた状態で、当該スペーサ４６の摺接面４８がクランクピン１０４の周面（探傷面Ｔ）と面接触した状態で探触子２０をクランクピン１０４の周方向に摺動させることで、クランクピン１０４に対する探触子２０の姿勢を一定に保つことができる。
【００５０】
これらピン探傷用位置決め部材４０とピン探傷用スペーサ４６，４６とをケーシング２５にそれぞれ取り付けた状態で、当該位置決め部材４０先端の摺接面４２がクランクアーム１０６の前記面と面接触すると共に当該スペーサ４６の摺接面４８がクランクピン１０４の周面（探傷面Ｔ）と面接触するように探傷面Ｔ上に探触子２０を配置する。そして、探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って探触子２０を摺動させるときに、ピン探傷用位置決め部材４０の摺接面４２が前記の面から離れないようにしつつピン探傷用スペーサ４６の摺接面４８が探傷面Ｔから離れないようにして探触子２０を摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持し且つクランクピン１０４に対する探触子２０の姿勢を一定に保ちつつ当該探触子２０を探傷面Ｔ上で容易に移動させることができる。
【００５１】
尚、これらアーム探傷用位置決め部材３０、ピン探傷用位置決め部材４０、ピン探傷用スペーサ４６、４６の具体的構成は限定されない。探傷面Ｔ上にレール等の案内部材を配置してこれに沿って探触子２０を摺動させること等により、フィレット部１０８からの探触子２０の距離を一定に維持するようにしてもよい。
【００５２】
音響セパレータ２４は、発信振動子２１が発信した超音波が受信振動子２２に直接又は被検査部材（本実施形態ではクランク軸１００）に入射することなく伝播部材２３ａ、２３ｂを介して受信されるのを防止するための音響絶縁板であり、ケーシング２５内で並ぶ２つの伝播部材２３ａ、２３ｂ間を隔てるようにケーシング２５内を仕切っている。
【００５３】
きず検出装置１２は、ＣＲＴ、ＬＣＤ等で構成され、表示画面１５ａを有する表示装置（モニタ）１５と、この表示装置１５が接続される検出装置本体１６とを有する。
【００５４】
検出装置本体１６は、汎用の計算機（いわゆるパソコン）と同様に、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＦＤＤ、ＣＤＲ、キーボード、マウス等を備え（図示省略）、ハードディスク（又はＲＯＭ、ＲＡＭ等）には、ＯＳ及び欠陥の位置を解析するための解析プログラム等が予め格納されている。尚、ハードディスクに代えて、ＣＤ、ＬＤ、メモリーカード等の他の外部記憶手段に解析プログラムが記憶されており、解析を実行する際に検出装置本体のＲＡＭに読み込む形態等でもよい。
【００５５】
検出装置本体１６は、この解析プログラムによって超音波探傷部１６ａと解析部１６ｂとして機能する。超音波探傷部１６ａは、発信振動子２１に超音波を発生させるための発信信号を生成して送信すると共に受信振動子２２からの受信信号（受信波形）を受信してこれを格納する。解析部１６ｂは、超音波探傷部１６ａに格納された受信信号（探傷結果情報）を読み取ると共に距離測定装置１４からの距離信号を受け取り、これらに基づいてきず位置の解析を行う。
【００５６】
この検出装置本体１６は、解析部１６ｂにおける解析結果を表示装置１５に送信し、表示装置１５は、この解析結果を表示画面１５ａに表示する。この表示画面１５ａに表示される解析結果としては、例えば、図９及び図１０に示すようなＡスコープやＢスコープ等が挙げられる。
【００５７】
距離測定装置１４は、探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動させるときに、その摺動距離を測定する。この距離測定装置１４は、検出装置本体１６に接続され、測定結果を距離信号として検出装置本体１６に出力する。本実施形態の距離測定装置１４は、ワイヤエンコーダであり、先端が探触子２０に接続されるワイヤ１４ａと、このワイヤ１４ａを引き出し可能に収納し、収納されたワイヤ１４ａが引き出されたときにこの引き出し量（引き出し長さ）を計測する測定装置本体１４ｂと、を備える。即ち、この距離測定装置１４は、ワイヤ１４ａ先端に探触子２０を接続し、探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動させたときに測定装置本体１４ｂから引き出されたワイヤ１４ａの長さを探触子２０の摺動距離として出力する。尚、距離測定装置１４の具体的構成は限定されない。例えば、距離測定装置１４は、探触子２０に当該探触子２０の探傷面Ｔ上での摺動に伴って回転する回転部材と、この回転部材の回転を検出して探触子２０の摺動距離を算出する演算部とからなる構成等でもよい。
【００５８】
次に、上記構成の超音波探傷装置１０を用い、表面の曲率が大きなフィレット部１０８を有するクランク軸１００の当該フィレット部１０８の超音波探傷方法について説明する。
【００５９】
図１及び図２に示されるように、クランクアーム１０６の探傷面Ｔ上に探触子２０を配置する。この探傷面Ｔは、クランクアーム１０６の表面におけるフィレット部１０８の表面１０８ａと隣接する領域であり、クランクピン１０４の中心軸と直交する面である。
【００６０】
具体的には、伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６と探傷面Ｔとを密着させて探触子２０からの超音波がクランク軸１００内に入射し易いよう、探傷面Ｔ上に接触媒質（本実施形態ではエンジンオイル）が塗布される。そして、ケーシング２５の先端にアーム探傷用位置決め部材３０を取り付け、この位置決め部材３０先端の湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面に面接触するように探触子２０を探傷面Ｔ上に配置する。これにより、探触子２０は、探傷面Ｔ上において、その先端側をフィレット部１０８に向けた姿勢となる。このとき、探傷面Ｔに対する発信振動子２１の姿勢が、超音波が探傷面Ｔに入射したときに当該探傷面Ｔにおける縦波の屈折角θｏが臨界角となる入射角θｉで超音波を探傷面Ｔに入射させる状態となっている。
【００６１】
この状態で、きず検出装置１２（検出装置本体１６の超音波探傷部１６ａ）は、発信振動子２１に向けて発信信号を出力する。この発信信号を受信した発信振動子２１が振動面２１ａを振動させて超音波を発信すると、この超音波が探傷面Ｔからクランク軸１００内に入射してクリーピング波ＣＷが形成される。このクリーピング波ＣＷは、探傷面Ｔからこの探傷面Ｔと連続しているフィレット部１０８の表面１０８ａに沿って伝播される。これにより、従来の超音波探傷法では検出することができなかったフィレット部１０８の表層部（フィレット部１０８内の表面１０８ａ近傍）のきずＦの検出が可能となる。具体的には、検出装置本体１６の超音波探傷部１６ａは、周波数が７ＭＨｚの超音波を発信振動子２１が発信するように発信信号を探触子２０に向けて出力し、この発信信号を受信した発信振動子２１は、この周波数の超音波を発信する。これにより生じたクリーピング波ＣＷによれば、表面波では検出できないクランク軸１００（フィレット部１０８）の表面１０８ａから２ｍｍよりも深い位置に存在するφ０．７ｍｍのＦＢＨ（フラットボトムドホール）相当のきずＦを検出することができる。本実施形態の超音波探傷装置１０によれば、上記の周波数の超音波を発信振動子２１から発信させてフィレット部１０８の探傷を行った場合に、フィレット部表面１０８ａから５ｍｍ程度の深さまでに存在するφ０．７ｍｍのＦＢＨ相当のきずＦを検出することが可能である。
【００６２】
尚、クリーピング波ＣＷと同様に被検査対象物の表面に沿って伝播する表面波を用いて前記のφ０．７ｍｍのＦＢＨ相当のきずＦを検出する場合には、表面から２ｍｍ以内の範囲に存在する場合しか検出することができない。超音波探傷の場合、波長の半分程度の大きさよりも小さいきずを検出することができないため、前記のφ０．７ｍｍのＦＢＨ相当のきずを検出するためには、波長が１．４ｍｍよりも短くする必要がある。しかし、表面波は、被検査対象物の表面から波長程度の深さまでしか探傷することができないため、波長が１．４ｍｍ以下の場合、表面から１．４ｍｍ程度の深さまでしか探傷することができない。
【００６３】
フィレット部１０８内の表面１０８ａ近傍にきずＦが存在している場合には、このきずＦにクリーピング波ＣＷが反射されて探触子２０まで戻ってくる。この戻ってきたクリーピング波ＣＷは、伝播部材２３ｂに入射して受信振動子２２まで伝播される。受信振動子２２は、このきずＦで反射されたクリーピング波ＣＷを受信すると、その振動に応じて受信信号（波形信号）を出力する。検出装置本体１６の超音波探傷部１６ａがこれを受信して格納する。そして、表示装置１５は、この波形信号をＡスコープとして表示画面１５ａに表示する（図９参照）。
【００６４】
この状態で、フィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ当該フィレット部１０８に沿って探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動（移動）させる。このとき、アーム探傷用位置決め部材３０の先端の湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面から離れることなく当該周面に沿ってクランクピン１０４の周方向に摺動させ、且つ探触子２０の底面（詳しくは、伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６）を探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ移動させることが容易にできる。
【００６５】
探触子２０が探傷面Ｔ上を移動すると、先端が探触子２０に接続されている距離測定装置１４のワイヤ１４ａが測定装置本体１４ｂから引き出され、この引き出された長さが探触子２０の探傷面Ｔ上での移動距離として、距離測定装置１４が距離信号を検出装置本体１６に出力する。解析部１６ｂは、超音波探傷部１６ａに格納されているフィレット部１０８の各位置での波形信号と、距離測定装置１４から受信した距離信号とから、フィレット部１０８にきずＦが存在していた場合にその位置と大きさとを検出し、この検出結果を表示装置１５に出力する。表示装置１５は、この解析結果を表示画面１５ａに表示する。このとき、表示装置１５は、検出結果を例えばＢスコープとして表示画面１５ａに表示させる（図１０参照）。
【００６６】
本実施形態では、探触子２０を少なくとも探傷面Ｔにおけるクランク軸１００のジャーナル軸１０２側の所定領域内で当該探傷面Ｔに沿って摺動させる。この所定領域は、探傷面Ｔ（図２における紙面）において、クランクピン１０４の中心軸Ｃ１とジャーナル軸１０２の中心軸Ｃ２とを結ぶ線を基準線ＳＬとし、クランクピン１０４の中心軸Ｃ１と探傷面Ｔ上の探触子２０とを結ぶ線Ｌとが交差する角度θが±４５°以内となる範囲である。ここで、図２において基準線ＳＬよりも右側に線Ｌが在る場合の前記交差する角度をプラスの値とし、左側に線Ｌが在る場合の前記交差する角度をマイナスの値とする。
【００６７】
上記の範囲を探傷することにより、クランク軸１００が組み込まれたエンジンを作動させたときに大きな曲げモーメントが作用するフィレット部１０８のジャーナル軸１０２側の部位を少なくとも探傷することができる。尚、クランクアーム１０６の前記の面においては、少なくとも上記の所定領域を探傷すればよく、クランクピン１０４の全周に亘って探傷してもよい。
【００６８】
次に、ケーシング２５のアーム探傷用位置決め部材３０を取り外し、ピン探傷用位置決め部材４０及びピン探傷用スペーサ４６をケーシング２５に取り付ける。そして、クランクピン１０４における探傷面Ｔ上に探触子２０を配置する。このとき、ピン探傷用位置決め部材４０の先端の摺接面４２をクランクアーム１０６のクランクピン１０４側を向いた面に面接触させると共に、ピン探傷用スペーサ４６の摺接面４８がクランクピン１０４の周面（クランクピン１０４における探傷面Ｔ）に面接触させる。
【００６９】
この状態で、探触子２０から超音波を発信させ、フィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ当該フィレット部１０８に沿って探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動（移動）させる。このとき、ピン探傷用位置決め部材４０の先端の摺接面４２がクランクアーム１０６の前記面から離れることなく当該面に沿ってクランクピン１０４の周方向に摺動させ、且つ探触子２０のピン探傷用スペーサ４６の摺接面４８を探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ移動させることが容易にできる。
【００７０】
このようにして、クランクアーム１０６側からの走査と、クランクピン１０４側からの走査とを行うことにより、当該クランク軸１００におけるフィレット部１０８の幅方向（クランクアーム１０６からクランクピン１０４に向けてフィレット部表面１０８ａを横断する方向）の全領域の探傷を確実に行うことができる。
【００７１】
本実施形態の超音波探傷装置１０によれば、クリーピング波ＣＷを利用することによって、クランク軸１００において生じ易いフィレット部１０８の表層部のきずＦを好適に検出することができる。以下で説明する。
【００７２】
フィレット部１０８の表面が湾曲しているため、その曲率が大きいとフィレット部表面１０８ａに探触子２０を配置できない。そこで、フィレット部１０８の表面１０８ａと隣接するクランクアーム１０６又はクランクピン１０４の表面（探傷面Ｔ）に探触子２０を配置してフィレット部１０８の表層部のきずＦを探傷することが考えられる。この場合、クランクアーム１０６又はクランクピン１０４の表面からフィレット部表面１０８ａに沿って進む波動を用いて超音波探傷を行う必要がある。超音波探傷に用いられる被検査対象物の表面に沿って進む波動として、表面波とクリーピング波ＣＷとがある。
【００７３】
この表面波は、上述のように被検査対象物の表面から当該表面波の波長程度の深さまでしか内部に伝播されないため、表面からの深さ（距離）が波長よりも深い位置のきずＦに表面波を照射することができない。また、超音波探傷では、被検査対象物内を伝播する超音波の波長の半分程度の大きさよりも小さなきずを検出できないため、表面波の波長を大きくして深い位置のきずの検出を行うと小さなきずを検出することができなくなる。一方、クリーピング波ＣＷは、波長よりも深い位置まで被検査対象物の内部に伝播されるため、このクリーピング波ＣＷを用いることによって同じ波長であれば表面波よりも深い位置まで探傷することが可能となる。そのため、クリーピング波ＣＷを用いることにより、表面波と同程度の大きさのきずを検出できる場合（波長が同じ場合）には、より深い位置までの探傷が可能となり、表面波と同じ深さ位置まで探傷できる場合には、より小さいきずを検出することが可能となる。
【００７４】
また、クリーピング波ＣＷは、被検査対象物の表面に沿って伝播するため、クランクピン１０４及びクランクアーム１０６の各表面における探傷面Ｔに探触子２０を配置することで（図１参照）、発生したクリーピング波ＣＷがフィレット部１０８の表面１０８ａに沿って伝播される。これにより、フィレット部１０８の表層部のきずＦにクリーピング波ＣＷを照射することができる。そして、このきずＦで反射されたクリーピング波ＣＷを受信することにより、フィレット部１０８の表層部のきずＦの検出が可能となる。
【００７５】
これにより、フィレット部表面１０８ａに探触子２０を配置できないフィレット部１０８の表面１０８ａの曲率が大きく当該フィレット部１０８の表面１０８ａに探触子２０を配置できないクランク軸１００においても、当該フィレット部１０８の表層部のきずＦを好適に検出することが可能となる。
【００７６】
さらに、上述の超音波探傷装置１０では、探触子２０を移動させつつ探傷を行う際に伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６を探傷面Ｔに対して摺動させるだけで探傷面Ｔに対する超音波の入射角θｉを一定に保つことができるため、探触子２０を移動させつつクリーピング波ＣＷを容易に生じさせることができる。
【００７７】
また、上記の超音波探傷装置１０によれば、手で持つことができる程度の大きさの探触子２０を探傷面Ｔ（クランク軸１００表面のフィレット部１０８近傍の部位）上で摺動させることにより、フィレット部１０８の表層部のきずＦの検出が可能であるため、クランク軸１００がエンジンに組み込まれた状態であっても探傷することができる。従って、クランク軸１００の製造時の探傷に加え、エンジン（本実施形態では、船舶の電源用のディーゼルエンジン）の定期点検の時に、エンジンに組み込まれた状態での探傷も可能である。
【００７８】
尚、本発明のフィレット部の超音波探傷方法及びフィレット部用の超音波探傷装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７９】
上記実施形態では、クランクアーム１０６における探傷面Ｔに探触子２０を配置してクランクアーム１０６側からフィレット部１０８の探傷を行う工程と、クランクピン１０４における探傷面Ｔに探触子２０を配置してクランクピン１０４側からフィレット部１０８の探傷を行う工程と、を順に行っているが、これに限定されない。例えば、クランクピン１０４側からフィレット部１０８の探傷を行う工程の後にクランクアーム１０６側からフィレット部１０８の探傷を行う工程を行ってもよい。また、探触子２０を２つ用いてクランクアーム１０６側からフィレット部１０８の探傷を行う工程とクランクピン１０４側からフィレット部１０８の探傷を行う工程とを同時に行ってもよい。
【実施例１】
【００８０】
ここで、上記実施形態の超音波探傷装置を用いて実際に行った探傷結果について説明する。本実施例では、クランクアームの中心軸とクランクピンの中心軸とを通る平面におけるフィレット部表面の断面形状が半径９ｍｍの円弧状となるフィレット部における探傷を行った。前記円弧の開始位置（探触子が配置される側のフィレット部の端部）を０°とし、前記円弧の終わり位置（探触子が配置される側と反対の側のフィレット部の端部）を９０°とし、その中間を４５°とする。そして、これら０°、４５°、９０°の位置のフィレット部内において、表面からの深さ（表面と直交する方向の深さ）が１ｍｍの位置を上端とし、前記深さ方向の長さが１ｍｍ、フィレット部に沿った方向（クランクピンの周方向）の長さが２．５ｍｍのスリット（試験片）をそれぞれ設けた。
【００８１】
このフィレット部内の各位置にスリットを設けたクランク軸の当該フィレット部の探傷を上記実施形態の超音波探傷装置を用いて行った。その結果を、図１１（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に示す。この図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）は、クランクピン側から走査した、即ち、クランクピンにおける探傷面上で当該探傷面に沿って探触子を摺動させて探傷を行った結果であり、図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）は、クランクアーム側から走査した、即ち、クランクアームにおける探傷面上で当該探傷面に沿って探触子を摺動させて探傷を行った結果である。
【００８２】
これらの探傷結果から、クランクアーム側から走査した場合、フィレット部におけるクランクアーム側の端部（０°）と４５°の位置に存在するきずは検出することができるが、クランプピン側の端部（９０°）の位置に存在するきずは検出することができないことが分かる。また、クランクピン側から走査した場合、フィレット部におけるクランクピン側の端部（０°）と４５°の位置に存在するきずは検出することができるが、クランプアーム側の端部（９０°）の位置に存在するきずは検出することができないことが分かる。
【００８３】
以上のことから、本実施例では、フィレット部表面の前記円弧方向に沿って探触子の先端から６ｍｍ程度の範囲までしか探傷できていない、即ち、フィレット部表面の前記円弧方向に沿って探触子の先端から６ｍｍ程度の範囲までしかクリーピング波が伝播していないことが分かる。従って、きずの検出漏れを防ぐためには、クランクアーム側とクランクピン側とのいずれか一方側からのみ走査するよりも、クランクアーム側から走査すると共にクランクピン側からも走査することが好ましいことが分かる。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 超音波探傷装置
２０ 探触子
２１ 発信振動子
２１ａ 振動面
２３ａ 伝播部材
２６ 摺接面
２７ 載置面
１００ クランク軸
１０２ ジャーナル軸
１０４ クランクピン
１０６ クランクアーム
１０８ フィレット部
１０８ａ フィレット部の表面
ＣＷ クリーピング波
Ｆ きず
Ｔ 探傷面
θｉ 超音波の探傷面に対する入射角
θｏ 超音波の探傷面における屈折角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用い、被検査物の内部に存在するきず（材料きず）を検出する超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関するものであり、特に、クランク軸のフィレット部の探傷に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶等のエンジンに用いられるクランク軸のフィレット部（クランクピンとクランクアームとの接続部：図１の符号１０８参照）には、クランクピンに接続されるピストンの稼動に伴い、長期間の大きな繰り返し曲げ応力が作用する。しかしながら、近年船舶等のエンジンは、高出力・小型化が進められ、高応力部であるフィレット部への要求品質（特に内部に存在するきず）はますます高くなっており、フィレット部の品質を保証する安定した検査が求められている。
【０００３】
クランク軸に生じたきずを非破壊で検査する方法としては、特許文献１に記載された浸透探傷法や、特許文献２に記載された超音波探傷法が知られている。
【０００４】
具体的に、浸透探傷法では、先ず、クランク軸（被検査対象物）表面の検査対象領域に浸透液を塗布する。このとき、表面に開口したきずが存在していると、この表面に塗布された浸透液が毛細管現象によってその内部に浸透する。次に、被検査対象物の表面から浸透液を除去する。これにより、きずの内部に浸透した浸透液を除いて、クランク軸の表面に塗布されている浸透液が除去される。この状態で、検査対象領域に現像剤を噴きつけて現像剤の皮膜を形成する。この現像剤は、微細な粒子によって構成されているため、この現像剤によって皮膜を形成するとその粒子間において毛細管現象が生じる。これにより、表面に開口したきず内に浸透している浸透液が現像剤の皮膜によって吸い上げられる。このとき、浸透液は皮膜中に広がり、皮膜の表面において実際のクラック等の開口きず幅よりも拡大された指示模様となって現れる。この指示模様を観察することによって非破壊できずを検出することができる。
【０００５】
また、超音波探傷法では、被検査対象物の表面である探傷面から超音波を入射させ、内部を伝播する超音波がきずで反射し、戻ってきた反射波を受信することにより、被検査対象物の内部のきずを非破壊で検出することができる。具体的には、探傷面に対して超音波を発信する発信振動子とこの発信された超音波を探傷面から受信する受信振動子とを具備する探触子を探傷面上に配置する。そして、図１３に示されるように、この探触子２００の発信振動子から探傷面２１０ａに対して超音波を入射させる。これにより、被検査物２１０内部を超音波ｓｗが伝播し、その軌道上に割れ等のきずｆが存在するとこのきずｆによって超音波ｓｗが反射され、この反射された超音波ｓｗを受信振動子が受信する。そして、この受信振動子から出力される受信信号を解析することによって、被検査対象物２１０の内部のきずの有無や、きずの位置、大きさ等を非破壊で検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７０３４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジンの高出力・小型化に伴うクランク軸への高疲労強度用要求に対応するためには、高応力部であるフィレット部の表層部の微小な内部きずを安定して検出する非破壊検査方法が不可避である。
【０００８】
しかしながら、上記の浸透探傷法や超音波探傷法では、表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸において、当該フィレット部の表層部（即ち、フィレット部内の表面近傍）のきずを検出することができなかった。具体的に、浸透探傷法では、きず内に浸透液を浸透させることによってきずの検出を行うため、表面に開口していない部材内部のきずを検出できない。また、超音波探傷法では、表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸において、当該フィレット部の表層部に生じているきずを検出することが困難である。即ち、表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸では、図１４に示されるように、探触子２００をフィレット部表面に配置できず、しかも、探触子２００から発信された超音波ｓｗが部材内部を真っ直ぐに伝播するためクランクピンやクランクアームの表面に探触子２００を配置してもフィレット部の表層部に生じているきずｆに対して超音波を照射できない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フィレット部の表面の曲率が大きく当該フィレット部の表面に探触子を配置できないクランク軸において、フィレット部内のきずを検出することが可能な超音波探傷方法、及び超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷方法を提供する。この方法は、前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面上に当該探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子とこの発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子とを具備する探触子を配置する配置工程と、前記探傷面上において、前記フィレット部からの距離を一定に維持した状態で当該フィレット部に沿って前記探触子を移動させつつ前記フィレット部内に向けて前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信する走査工程と、を備える。そして、前記走査工程では、前記発信振動子が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波を前記探傷面に入射させ、このときの前記発信振動子の前記探傷面に対する姿勢を維持しつつ前記探触子を移動させる。
【００１１】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷装置を提供する。この装置は、前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子と、この発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子と、前記発信振動子の発信する超音波を前記探傷面まで伝播する伝播部材と、を具備する探触子と、前記フィレット部内に向けて前記伝播部材を介して前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信し、この受信信号から前記フィレット部内のきずを検出するきず検出装置と、を備える。そして、前記伝播部材は、前記探触子を前記探傷面上で移動させたときに当該探傷面と摺接する摺接面と前記発信振動子が載置される載置面とを有し、前記載置面から前記摺接面まで前記発信振動子が発信する超音波を伝播し、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜角が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する角度となる形状を有する。
【００１２】
これらの本発明によれば、クリーピング波を利用することによって、フィレット部の表層部（即ち、フィレット部内の表面近傍）に発生するきず（材料きず）を好適に検出することができる。以下で説明する。
【００１３】
フィレット部の表面が湾曲しているため、その曲率が大きいとフィレット部表面に探触子を配置できない。そこで、フィレット部の表面と隣接するクランクアーム又はクランクピンの表面（探傷面）に探触子を配置してフィレット部の表層のきずを探傷することが考えられる。この場合、クランクアーム又はクランクピンの表面からフィレット部表面に沿って進む波動を用いて超音波探傷を行う必要がある。超音波探傷に用いられる被検査対象物の表面に沿って進む波動としては、表面波とクリーピング波とがある。
【００１４】
このクリーピング波とは、被検査対象物の表面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で超音波を前記表面に入射させることにより生じ、前記被検査対象物における超音波の入射面（表面）に沿って伝播する縦波の一種である。ここで表面波とは、被検査対象物の表面に沿って進む波動のうち前記のクリーピング波以外の波動である。
【００１５】
この表面波は、被検査対象物の表面から当該表面波の波長程度の深さまでしか内部に伝播されないため、表面からの深さ（距離）が波長よりも深い位置のきずに表面波を照射することができない。また、超音波探傷では、被検査対象物内を伝播する超音波の波長の半分程度の大きさよりも小さなきずを検出できないため、表面波の波長を大きくして深い位置のきずの検出を行うと小さなきずを検出することができなくなる。一方、クリーピング波は、波長よりも深い位置まで被検査対象物の内部に伝播されるため、このクリーピング波を用いることによって同じ波長であれば表面波よりも深い位置まで探傷することが可能となる。そのため、クリーピング波を用いることにより、表面波と同程度の大きさのきずを検出できる場合（波長が同じ場合）には、より深い位置までの探傷が可能となり、表面波と同じ深さ位置まで探傷できる場合には、より小さいきずを検出することが可能となる。
【００１６】
また、クリーピング波は、被検査対象物の表面に沿って伝播するため、クランクピン及びクランクアームの各表面におけるフィレット部の表面と隣接する領域（探傷面）に探触子を配置することで（図１参照）、発生したクリーピング波がフィレット部の表面に沿って伝播される。これにより、フィレット部の表層部のきずにクリーピング波を照射することができる。そして、このきずで反射されたクリーピング波を受信することにより、フィレット部の表層部のきずの検出が可能となる。
【００１７】
これにより、フィレット部表面に探触子を配置できない表面の曲率が大きなフィレット部を有するクランク軸においても、当該フィレット部の表層部のきずを検出することが可能となる。
【００１８】
さらに、上述の超音波探傷装置では、探触子を移動させつつ探傷を行う際に伝播部材の摺接面を探傷面に対して摺動させるだけで探傷面に対する超音波の入射角を一定に保つことができるため、探触子を移動させつつクリーピング波を容易に生じさせることができる。
【００１９】
本発明に係る超音波探傷方法において、前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する方向に前記振動面を向けたときに当該振動面における探傷面に対する傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有することが好ましい。また、本発明に係る超音波探傷装置において、前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、この振動面が前記載置面に接するように前記伝播部材に設置され、前記発信振動子は、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有することが好ましい。
【００２０】
これらの構成によれば、探傷に用いるクリーピング波の振幅（強度）を好適に大きくすることができ、これにより、きずで反射されたクリーピング波がより検出し易くなってきずの検出感度が向上する。具体的には、振動面が探傷面に対して所定の角度で傾斜した状態で超音波を発信するため、傾斜方向の各部位から発信された同位相の超音波が距離に応じて探傷面に順次到達する。このとき、最初に探傷面に到達した超音波により生じたクリーピング波の進行に合わせて前記各部位から発信された同位相の超音波が探傷面に順次到達するため、このクリーピング波の振幅が徐々に増幅される。
【００２１】
そして、振動面の前記傾斜方向の長さを振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下とすることにより、クリーピング波の振幅（強度）を効果的に増幅することができる。即ち、振動面の前記傾斜方向の長さを振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上とすることにより、探傷面で生じるクリーピング波の強度（振幅）を十分に大きくすることができる一方、前記傾斜方向の長さが振動子の発信する超音波の波長の３０倍よりも大きくなるとクリーピング波の強度が所定の値に収束するため効率よくクリーピング波を増幅することができなくなる。
【００２２】
上記の超音波探傷方法において、前記配置工程では、前記クランクアームにおける前記クランクピンの中心軸と直交する面を探傷面として当該探傷面上に前記探触子を配置し、前記走査工程では、前記探触子を少なくとも前記クランクアームの探傷面における前記クランク軸のジャーナル軸側の所定領域内で当該探傷面に沿って摺動させ、前記所定領域は、前記クランクアームの探傷面において、前記クランクピンの中心軸と前記ジャーナル軸の中心軸とを結ぶ基準線と、前記クランクピンの中心軸と前記探傷面上に配置された探触子とを結ぶ線とが交差する角度が４５°以内となる範囲であることが好ましい。
【００２３】
かかる構成によれば、クランク軸が組み込まれたエンジンを作動させたときに大きな曲げモーメントが作用するフィレット部のジャーナル軸側の部位を少なくとも探傷することができる。
【００２４】
前記配置工程は、前記クランクピンにおける探傷面である第１探傷面に前記探触子を配置する第１配置工程と、前記クランクアームにおける探傷面である第２探傷面に前記探触子を配置する第２配置工程と、を有し、前記検出工程は、前記第１探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第１検出工程と、前記第２探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第２検出工程と、を有することが好ましい。
【００２５】
かかる構成によれば、フィレット部を挟んでその両側（クランクピン側とクランクアーム側と）からフィレット部内に向けてクリーピング波をそれぞれ伝播させることができるため、片側（クランクピン側とクランクアーム側とのいずれか一方）からフィレット部内に向けてクリーピング波を伝播させる場合に比べ、フィレット部の幅方向（クランクピンからクランクアームに向かってフィレット部を横断する方向）のより広い範囲のきずの検出を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上より、本発明によれば、フィレット部の表面の曲率が大きく当該フィレット部の表面に探触子を配置できないクランク軸において、フィレット部内のきずを検出することが可能な超音波探傷方法、及び超音波探傷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る超音波探傷装置の構成、及びこの超音波探傷装置における探触子のクランク軸への配置状態を説明するための図である。
【図２】前記超音波探傷装置の構成、及びこの超音波探傷装置における探触子のクランク軸への配置状態を説明するための図である。
【図３】前記探触子の構成を説明するための縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ位置における前記探触子の断面図である。
【図５】クリーピング波を説明するための図である。
【図６】発信振動子の長さと、探触子によって形成されるクリーピング波の強度との関係を示す図である。
【図７】アーム探傷用位置決め部材の説明をするための図である。
【図８】ピン探傷用位置決め部材及びピン探傷用スペーサの説明をするための図である。
【図９】前記超音波探傷装置での探傷結果の一例のＡスコープを示す図である。
【図１０】前記超音波探傷装置での探傷結果の一例のＢスコープを示す図である。
【図１１】実施例において、クランクピン側から走査した結果のＢスコープを示す図である。
【図１２】実施例において、クランクアーム側から走査した結果のＢスコープを示す図である。
【図１３】従来の超音波探傷法（斜角探傷法）を説明するための図である。
【図１４】表面の曲率が大きいフィレット部を有するクランク軸において、当該フィレット部を従来の超音波探傷法によって探傷した場合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
本実施形態に係る超音波探傷方法に用いられる超音波探傷装置は、クリーピング波を利用してエンジンに用いられるクランク軸のフィレット部の表層部の材料きず（例えば、内部割れや非金属介在物等）を検出する装置である。このクランク軸は、鋼材で形成されており、図１及び図２に示されるように、エンジンにクランク軸１００が組み込まれてこのエンジンが作動したときに当該クランク軸１００の回転中心となるジャーナル軸１０２と、ピストンの駆動力が伝達されるクランクピン１０４と、ジャーナル軸１０２とクランクピン１０４とを連結するクランクアーム１０６とを備える。フィレット部１０８は、クランクピン１０４とクランクアーム１０６との接続部であり、前記エンジンの作動時においてピストンの駆動力がクランクピン１０４に伝達されることによって大きな曲げモーメントの作用する部位である。このフィレット部１０８は、鍛造によって形成される。本実施形態では、船舶の電源供給用のディーゼルエンジン等に用いられ、表面の曲率が大きなフィレット部１０８を有するクランク軸１００において、当該フィレット部１０８の探傷を行う。例えば、図１に示す例では、フィレット部１０８のアール（図１におけるフィレット部表面を表す曲線部の曲率半径）が９ｍｍ程度のクランク軸１００である。
【００３０】
超音波探傷装置１０は、探傷面Ｔ上を摺動（移動）させる探触子２０と、この探触子２０とケーブル１１を介して接続されるきず検出装置１２と、探触子２０の探傷面Ｔ上における摺動距離（移動距離）を測定する距離測定装置１４と、を備える。
【００３１】
探触子２０は、被検査対象物の探傷面Ｔ上に配置され、この探傷面Ｔに対して超音波を発信すると共に探傷面Ｔからの超音波を受信する。本実施形態における被検査対象物は前記のクランク軸１００、詳しくは、クランク軸１００のフィレット部１０８であり、探傷面Ｔは、クランクピン１０４及びクランクアーム１０６の各表面におけるフィレット部１０８の表面１０８ａと隣接する領域である（図１及び図２参照）。この探触子２０は、いわゆる二振動子型の探触子であり、図３及び図４に示されるように、超音波を発信する発信振動子２１と、超音波を受信する受信振動子２２と、探触子２０を探傷面Ｔ上に配置したときに探傷面Ｔと各振動子２１、２２との間にそれぞれ位置する伝播部材２３ａ、２３ｂと、発信振動子２１と受信振動子２２との間において音波が互いに伝播しないように絶縁する音響セパレータ２４と、これら各部材を囲うケーシング２５と、を備える。本実施形態の探触子２０は、長さ（図３における左右方向の長さ）が３．５ｃｍ、幅（図４における左右方向の長さ）が３．４ｃｍ、高さ（図３における上下方向の長さ）が３．０ｃｍである。
【００３２】
伝播部材２３ａ（２３ｂ）は、探触子２０を探傷面Ｔに沿って当該探傷面Ｔ上を摺動させたときに当該探傷面Ｔと摺接する摺接面２６と、発信振動子２１（又は受信振動子２２）が載置される載置面２７とを有し、載置面２７から摺接面２６まで（又は摺接面２６から載置面２７まで）超音波を伝播する。尚、発信振動子２１が載置される伝播部材２３ａと受信振動子２２が載置される伝播部材２３ｂとは、いずれも同じ素材で形成され且つ同じ形状を有する。具体的に、伝播部材２３ａ、２３ｂは、摺接面２６と載置面２７とを当該伝播部材２３ａ、２３ｂの表面に含み、摺接面２６に対する載置面２７の傾斜角が所定の角度θｄとなる形状を有する。この所定の角度θｄとは、図５にも示されるように、摺接面２６を探傷面Ｔに接触させた状態で載置面２７から当該載置面２７と直交する方向に向けて入力された超音波が伝播部材２３ａの内部を伝播して摺接面２６を介して探傷面Ｔに入射したときに、当該探傷面Ｔにおける縦波の屈折角θｏが臨界角（９０°）となる入射角θｉで超音波が探傷面Ｔに入射する角度である。このような角度とすることにより、伝播部材２３ａが発信振動子２１から発信された超音波を探傷面Ｔまで伝播すると、探傷面Ｔの直下（クランク軸１００の表面近傍）にクリーピング波ＣＷが生じる。
【００３３】
このクリーピング波ＣＷとは、被検査対象物の表面における縦波の屈折角θｏが臨界角となる入射角θｉで超音波を前記表面に入射させることにより生じ、前記被検査対象物における超音波の入射面（表面）に沿って伝播する縦波の一種である。このクリーピング波ＣＷは、被検査対象物の表面と直交する方向においては数ｍｍの範囲に存在することができる。
【００３４】
このクリーピング波ＣＷ以外で、これと同じ被検査対象物の表面に沿って伝播する波動としては、表面波が知られている。本実施形態において、この表面波とは、上記の縦波の屈折角が臨界角となる入射角以外の入射角で超音波を前記表面に入射させることにより生じ、前記被検査対象物における超音波の入射面（表面）に沿って伝播する波動のことをいう。この表面波は、被検査対象物の表面と直交する方向においては波長程度の範囲までしか存在することができない。そのため、同じ波長のクリーピング波ＣＷと表面波とでは、クリーピング波ＣＷの方が被検査対象物の表面からより深い位置のきずを検出することができる。また、超音波探傷では、被検査対象物内を伝播する超音波の波長の半分程度の大きさよりも小さなきずを検出できないことから、表面波の波長を大きくしてクリーピング波ＣＷと同じ深さ位置のきずを検出できるようにした場合には、クリーピング波ＣＷの方がより小さいきずを検出することができる。
【００３５】
探傷面Ｔの直下にクリーピング波ＣＷを生じさせるための摺接面２６に対する載置面２７の角度は、伝播部材２３ａの内部での音速と、クランク軸１００（被検査対象物）内部での音速と、臨界角（９０°）とを用いて以下のスネルの法則（下記の式（１）参照）から求められる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
本実施形態の伝播部材２３ａは、アクリル樹脂で形成されたいわゆるクサビ型の部材であり、当該伝播部材２３ａ中の音速は２７００ｍ／ｓｅｃである。また、上述のようにクランク軸１００は、鋼材で形成されているため、このクランク軸１００中の縦波の音速は、５９００ｍ／ｓｅｃである。従って、スネルの法則（式（１））において、図５に示されるように、探傷面Ｔにおける縦波の屈折角をθｏとし、超音波の探傷面Ｔに対する入射角をθｉとし、伝播部材２３ａ中の音速をＶｉとし、クランク軸１００中の縦波の音速をＶｏとすると、θｉ＝２７．２３°となる。この入射角θｉが前記の摺接面２６に対する載置面２７の傾斜角θｄとなる。
【００３８】
発信振動子２１は、板状の部材であり、ケーブル１１を介してきず検出装置１２と接続されている。そして、発信振動子２１は、ケーシング２５に設けられたコネクタ２５ａを介してきず検出装置１２からの発信信号を受信して超音波を発信する。具体的に、発信振動子２１は、一方の主面として振動面２１ａを有する。この振動面２１ａは、きず検出装置１２からの発信信号に基づいて当該振動面２１ａと直交する方向に振動する。これにより、発信振動子２１は、振動面２１ａと直交する方向に進行する超音波を発信する。即ち、発信振動子２１は、きず検出装置１２から出力された発信信号（電気信号）を受信してこれを振動面２１ａの振動に変換することにより超音波を発信する。
【００３９】
この振動面２１ａは、摺接面２６に対する傾斜方向の長さが当該振動子２１の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有する。これにより、探傷に用いるクリーピング波ＣＷの振幅（強度）を好適に大きくすることができ、その結果、きずＦで反射されたクリーピング波ＣＷがより検出し易くなって当該超音波探傷装置１０におけるきずＦの検出感度が向上する。詳しくは、探触子２０を探傷面Ｔ上に配置した状態において、伝播部材２３ａに取り付けられた発信振動子２１の振動面２１ａは、探傷面Ｔ（摺接面２６）に対して前記所定の角度θｄで傾斜した状態で超音波を発信する。そのため、振動面２１ａの傾斜方向の各部位から発信された同位相の超音波（図５におけるＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、…）が距離に応じて探傷面Ｔに順次到達する。このとき、最初に探傷面Ｔに到達した超音波（図５におけるＳＷ１）により生じたクリーピング波ＣＷの進行に合わせて前記各部位から発信された同位相の超音波（図５におけるＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、…）が探傷面Ｔに順次到達する。その結果、クリーピング波の振幅が徐々に増幅される。
【００４０】
そして、振動面２１ａの前記傾斜方向の長さを振動子２１の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下とすることにより、クリーピング波ＣＷの振幅（強度）を効果的に増幅することができる（図６参照）。即ち、振動面２１ａの前記傾斜方向の長さを発信振動子２１の発信する超音波の波長の１５倍以上とすることにより、探傷面Ｔで生じるクリーピング波ＣＷの強度（振幅）を十分に大きくすることができる一方、前記傾斜方向の長さが発信振動子２１の発信する超音波の波長の３０倍よりも大きくなるとクリーピング波の強度が所定の値に収束するため効率よくクリーピング波ＣＷを増幅することができなくなる。
【００４１】
本実施形態では、発信振動子２１は、周波数が７ＭＨｚの超音波を発信し、前記傾斜方向の振動面の長さが２０ｍｍである。従って、振動面２１ａの前記傾斜方向の長さは、発信振動子２１が発信する超音波の波長の２６．７倍となり、図６に示されるように、形成されるクリーピング波ＣＷの強度は、前記振動面の長さが波長と同じ発信振動子から発信される超音波によって形成されるクリーピング波ＣＷの強度と比べて１０倍程度に増幅される。
【００４２】
このように構成される発信振動子２１は、振動面２１ａが載置面２７と対向した状態で当該載置面２７と接するように伝播部材２３ａの載置面２７上に載置される。即ち、発信振動子２１は、伝播部材２３ａの摺接面２６に対する振動面２１ａの傾斜角が上述の所定の角度θｄとなるような姿勢で伝播部材２３ａに取り付けられる。これにより、伝播部材２３ａから発信された超音波は、入射角θｉが上述の所定の角度θｄとなるように摺接面２６に入射する。
【００４３】
受信振動子２２は、発信振動子２１と同様の構成であり、発信振動子２１の振動面２１ａに対応する振動面２２ａが当該振動面２２ａに入射した（即ち、受信振動子２２が受信した）超音波によって振動すると、この振動を受信信号（電気信号）に変換して出力する。この受信信号は、ケーシング２５のコネクタ２５ａを介してきず検出装置１２に送信される。この受信振動子２２は、振動面２２ａが載置面２７と対向した状態で当該載置面２７と接するように伝播部材２３ｂの載置面２７上に載置される。
【００４４】
ケーシング２５は、底側（図３における下側）が開口した箱状の部材であり、載置面２７に発信振動子２１が載置された伝播部材２３ａと、載置面２７に受信振動子２２が載置された伝播部材２３ｂとを収容する。具体的には、探触子２０を平面状の探傷面上に配置した場合に各伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６がケーシング２５の底側の開口から露出して前記探傷面とそれぞれ面接触する状態で２つの伝播部材２３ａ、２３ｂがケーシング２５内にそれぞれ固定されている。これら２つの伝播部材２３ａ、２３ｂは、ケーシング２５内において同じ姿勢、即ち、載置面２７と摺接面２６とをそれぞれ同じ方向に向けて並んでいる。
【００４５】
以上のように構成される探触子２０は、探傷面Ｔ上に配置された状態で発信振動子２１から超音波を発信することにより、探傷面Ｔに沿うと共に当該探触子２０の先端側（図５において左側）に向けて伝播する（進む）クリーピング波ＣＷを生じさせる。
【００４６】
このケーシング２５には、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すアーム探傷用位置決め部材３０を着脱可能に取り付けることができる。アーム探傷用位置決め部材３０は、探触子２０をクランクアーム１０６における探傷面Ｔ上で摺動させるときに、フィレット部１０８（又はクランクピン１０４の周面）からの探触子２０の距離を一定に維持するためのものである。アーム探傷用位置決め部材３０は、ケーシング２５（探触子２０）の先端に取り付けられる。このアーム探傷用位置決め部材３０は、先端に湾曲摺接面３２を有すると共に基部にケーシング２５の先端面と着脱可能に係合する係合部３４を有し、これら湾曲摺接面３２と係合部３４との間隔が一定に維持される形態を有する。湾曲摺接面３２は、被検査対象物であるクランク軸１００のクランクピン１０４の周面と摺接可能な湾曲形状を有する。即ち、湾曲摺接面３２は、アーム探傷用位置決め部材３０の先端をクランクピン１０４の周面に当接させたときに、この周面に対して湾曲摺接面全体が面接触する。
【００４７】
このように構成されるアーム探傷用位置決め部材３０をケーシング２５の先端面に取り付け、当該位置決め部材３０先端の湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面と面接触するように探触子２０を探傷面Ｔ上に配置し、探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って探触子２０を摺動させるときに湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面から離れないようにして摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ当該探触子２０を探傷面Ｔ上で容易に移動させることができる。
【００４８】
また、ケーシング２５は、アーム探傷用位置決め部材３０に変えて、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すピン探傷用位置決め部材４０を着脱可能に取り付けることができる。このピン探傷用位置決め部材４０を取り付ける場合、ケーシング２５の底部には、ピン探傷用スペーサ４６を着脱可能に取り付ける。ピン探傷用位置決め部材４０は、探触子２０をクランクピン１０４における探傷面Ｔ上で摺動させるときに、フィレット部１０８（又はクランクアーム１０６におけるクランクピン１０４側を向いた面）からの探触子２０の距離を一定に維持するためのものである。ピン探傷用位置決め部材４０は、アーム探傷用位置決め部材３０と同様に、ケーシング２５（探触子２０）の先端に取り付けられる。このピン探傷用位置決め部材４０は、先端に摺接面４２を有すると共に基部にケーシング２５の先端面と着脱可能に係合する係合部４４を有し、これら摺接面４２と係合部４４との間隔が一定に維持される形態を有する。摺接面４２は、被検査対象物であるクランク軸１００のクランクアーム１０６におけるクランクピン１０４側を向いた面と摺接可能な形状（平面形状）を有する。即ち、摺接面４２は、ピン探傷用位置決め部材４０の先端をクランクアーム１０６の前記の面に当接させたときに、この面に対して摺接面４２全体が面接触する。
【００４９】
ピン探傷用スペーサ４６は、探触子２０をクランクピン１０４における探傷面Ｔ上で摺動させるときに、探触子２０のクランクピン１０４に対する姿勢を安定させるためのものである。ピン探傷用スペーサ４６は、ケーシング２５の前後方向に延び、ケーシング２５の底部に当接する当接面４７と、クランクピン１０４の周面と摺接する摺接面４８とを有し、これら当接面４７と摺接面４８との間隔が一定に維持される形状を有する。このピン探傷用スペーサ４６は、ケーシング２５の幅方向両端の底部に着脱可能にそれぞれ取り付けられる。このピン探傷用スペーサ４６を取り付けた状態で、当該スペーサ４６の摺接面４８がクランクピン１０４の周面（探傷面Ｔ）と面接触した状態で探触子２０をクランクピン１０４の周方向に摺動させることで、クランクピン１０４に対する探触子２０の姿勢を一定に保つことができる。
【００５０】
これらピン探傷用位置決め部材４０とピン探傷用スペーサ４６，４６とをケーシング２５にそれぞれ取り付けた状態で、当該位置決め部材４０先端の摺接面４２がクランクアーム１０６の前記面と面接触すると共に当該スペーサ４６の摺接面４８がクランクピン１０４の周面（探傷面Ｔ）と面接触するように探傷面Ｔ上に探触子２０を配置する。そして、探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って探触子２０を摺動させるときに、ピン探傷用位置決め部材４０の摺接面４２が前記の面から離れないようにしつつピン探傷用スペーサ４６の摺接面４８が探傷面Ｔから離れないようにして探触子２０を摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持し且つクランクピン１０４に対する探触子２０の姿勢を一定に保ちつつ当該探触子２０を探傷面Ｔ上で容易に移動させることができる。
【００５１】
尚、これらアーム探傷用位置決め部材３０、ピン探傷用位置決め部材４０、ピン探傷用スペーサ４６、４６の具体的構成は限定されない。探傷面Ｔ上にレール等の案内部材を配置してこれに沿って探触子２０を摺動させること等により、フィレット部１０８からの探触子２０の距離を一定に維持するようにしてもよい。
【００５２】
音響セパレータ２４は、発信振動子２１が発信した超音波が受信振動子２２に直接又は被検査部材（本実施形態ではクランク軸１００）に入射することなく伝播部材２３ａ、２３ｂを介して受信されるのを防止するための音響絶縁板であり、ケーシング２５内で並ぶ２つの伝播部材２３ａ、２３ｂ間を隔てるようにケーシング２５内を仕切っている。
【００５３】
きず検出装置１２は、ＣＲＴ、ＬＣＤ等で構成され、表示画面１５ａを有する表示装置（モニタ）１５と、この表示装置１５が接続される検出装置本体１６とを有する。
【００５４】
検出装置本体１６は、汎用の計算機（いわゆるパソコン）と同様に、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＦＤＤ、ＣＤＲ、キーボード、マウス等を備え（図示省略）、ハードディスク（又はＲＯＭ、ＲＡＭ等）には、ＯＳ及び欠陥の位置を解析するための解析プログラム等が予め格納されている。尚、ハードディスクに代えて、ＣＤ、ＬＤ、メモリーカード等の他の外部記憶手段に解析プログラムが記憶されており、解析を実行する際に検出装置本体のＲＡＭに読み込む形態等でもよい。
【００５５】
検出装置本体１６は、この解析プログラムによって超音波探傷部１６ａと解析部１６ｂとして機能する。超音波探傷部１６ａは、発信振動子２１に超音波を発生させるための発信信号を生成して送信すると共に受信振動子２２からの受信信号（受信波形）を受信してこれを格納する。解析部１６ｂは、超音波探傷部１６ａに格納された受信信号（探傷結果情報）を読み取ると共に距離測定装置１４からの距離信号を受け取り、これらに基づいてきず位置の解析を行う。
【００５６】
この検出装置本体１６は、解析部１６ｂにおける解析結果を表示装置１５に送信し、表示装置１５は、この解析結果を表示画面１５ａに表示する。この表示画面１５ａに表示される解析結果としては、例えば、図９及び図１０に示すようなＡスコープやＢスコープ等が挙げられる。
【００５７】
距離測定装置１４は、探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動させるときに、その摺動距離を測定する。この距離測定装置１４は、検出装置本体１６に接続され、測定結果を距離信号として検出装置本体１６に出力する。本実施形態の距離測定装置１４は、ワイヤエンコーダであり、先端が探触子２０に接続されるワイヤ１４ａと、このワイヤ１４ａを引き出し可能に収納し、収納されたワイヤ１４ａが引き出されたときにこの引き出し量（引き出し長さ）を計測する測定装置本体１４ｂと、を備える。即ち、この距離測定装置１４は、ワイヤ１４ａ先端に探触子２０を接続し、探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動させたときに測定装置本体１４ｂから引き出されたワイヤ１４ａの長さを探触子２０の摺動距離として出力する。尚、距離測定装置１４の具体的構成は限定されない。例えば、距離測定装置１４は、探触子２０に当該探触子２０の探傷面Ｔ上での摺動に伴って回転する回転部材と、この回転部材の回転を検出して探触子２０の摺動距離を算出する演算部とからなる構成等でもよい。
【００５８】
次に、上記構成の超音波探傷装置１０を用い、表面の曲率が大きなフィレット部１０８を有するクランク軸１００の当該フィレット部１０８の超音波探傷方法について説明する。
【００５９】
図１及び図２に示されるように、クランクアーム１０６の探傷面Ｔ上に探触子２０を配置する。この探傷面Ｔは、クランクアーム１０６の表面におけるフィレット部１０８の表面１０８ａと隣接する領域であり、クランクピン１０４の中心軸と直交する面である。
【００６０】
具体的には、伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６と探傷面Ｔとを密着させて探触子２０からの超音波がクランク軸１００内に入射し易いよう、探傷面Ｔ上に接触媒質（本実施形態ではエンジンオイル）が塗布される。そして、ケーシング２５の先端にアーム探傷用位置決め部材３０を取り付け、この位置決め部材３０先端の湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面に面接触するように探触子２０を探傷面Ｔ上に配置する。これにより、探触子２０は、探傷面Ｔ上において、その先端側をフィレット部１０８に向けた姿勢となる。このとき、探傷面Ｔに対する発信振動子２１の姿勢が、超音波が探傷面Ｔに入射したときに当該探傷面Ｔにおける縦波の屈折角θｏが臨界角となる入射角θｉで超音波を探傷面Ｔに入射させる状態となっている。
【００６１】
この状態で、きず検出装置１２（検出装置本体１６の超音波探傷部１６ａ）は、発信振動子２１に向けて発信信号を出力する。この発信信号を受信した発信振動子２１が振動面２１ａを振動させて超音波を発信すると、この超音波が探傷面Ｔからクランク軸１００内に入射してクリーピング波ＣＷが形成される。このクリーピング波ＣＷは、探傷面Ｔからこの探傷面Ｔと連続しているフィレット部１０８の表面１０８ａに沿って伝播される。これにより、従来の超音波探傷法では検出することができなかったフィレット部１０８の表層部（フィレット部１０８内の表面１０８ａ近傍）のきずＦの検出が可能となる。具体的には、検出装置本体１６の超音波探傷部１６ａは、周波数が７ＭＨｚの超音波を発信振動子２１が発信するように発信信号を探触子２０に向けて出力し、この発信信号を受信した発信振動子２１は、この周波数の超音波を発信する。これにより生じたクリーピング波ＣＷによれば、表面波では検出できないクランク軸１００（フィレット部１０８）の表面１０８ａから２ｍｍよりも深い位置に存在するφ０．７ｍｍのＦＢＨ（フラットボトムドホール）相当のきずＦを検出することができる。本実施形態の超音波探傷装置１０によれば、上記の周波数の超音波を発信振動子２１から発信させてフィレット部１０８の探傷を行った場合に、フィレット部表面１０８ａから５ｍｍ程度の深さまでに存在するφ０．７ｍｍのＦＢＨ相当のきずＦを検出することが可能である。
【００６２】
尚、クリーピング波ＣＷと同様に被検査対象物の表面に沿って伝播する表面波を用いて前記のφ０．７ｍｍのＦＢＨ相当のきずＦを検出する場合には、表面から２ｍｍ以内の範囲に存在する場合しか検出することができない。超音波探傷の場合、波長の半分程度の大きさよりも小さいきずを検出することができないため、前記のφ０．７ｍｍのＦＢＨ相当のきずを検出するためには、波長が１．４ｍｍよりも短くする必要がある。しかし、表面波は、被検査対象物の表面から波長程度の深さまでしか探傷することができないため、波長が１．４ｍｍ以下の場合、表面から１．４ｍｍ程度の深さまでしか探傷することができない。
【００６３】
フィレット部１０８内の表面１０８ａ近傍にきずＦが存在している場合には、このきずＦにクリーピング波ＣＷが反射されて探触子２０まで戻ってくる。この戻ってきたクリーピング波ＣＷは、伝播部材２３ｂに入射して受信振動子２２まで伝播される。受信振動子２２は、このきずＦで反射されたクリーピング波ＣＷを受信すると、その振動に応じて受信信号（波形信号）を出力する。検出装置本体１６の超音波探傷部１６ａがこれを受信して格納する。そして、表示装置１５は、この波形信号をＡスコープとして表示画面１５ａに表示する（図９参照）。
【００６４】
この状態で、フィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ当該フィレット部１０８に沿って探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動（移動）させる。このとき、アーム探傷用位置決め部材３０の先端の湾曲摺接面３２がクランクピン１０４の周面から離れることなく当該周面に沿ってクランクピン１０４の周方向に摺動させ、且つ探触子２０の底面（詳しくは、伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６）を探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ移動させることが容易にできる。
【００６５】
探触子２０が探傷面Ｔ上を移動すると、先端が探触子２０に接続されている距離測定装置１４のワイヤ１４ａが測定装置本体１４ｂから引き出され、この引き出された長さが探触子２０の探傷面Ｔ上での移動距離として、距離測定装置１４が距離信号を検出装置本体１６に出力する。解析部１６ｂは、超音波探傷部１６ａに格納されているフィレット部１０８の各位置での波形信号と、距離測定装置１４から受信した距離信号とから、フィレット部１０８にきずＦが存在していた場合にその位置と大きさとを検出し、この検出結果を表示装置１５に出力する。表示装置１５は、この解析結果を表示画面１５ａに表示する。このとき、表示装置１５は、検出結果を例えばＢスコープとして表示画面１５ａに表示させる（図１０参照）。
【００６６】
本実施形態では、探触子２０を少なくとも探傷面Ｔにおけるクランク軸１００のジャーナル軸１０２側の所定領域内で当該探傷面Ｔに沿って摺動させる。この所定領域は、探傷面Ｔ（図２における紙面）において、クランクピン１０４の中心軸Ｃ１とジャーナル軸１０２の中心軸Ｃ２とを結ぶ線を基準線ＳＬとし、クランクピン１０４の中心軸Ｃ１と探傷面Ｔ上の探触子２０とを結ぶ線Ｌとが交差する角度θが±４５°以内となる範囲である。ここで、図２において基準線ＳＬよりも右側に線Ｌが在る場合の前記交差する角度をプラスの値とし、左側に線Ｌが在る場合の前記交差する角度をマイナスの値とする。
【００６７】
上記の範囲を探傷することにより、クランク軸１００が組み込まれたエンジンを作動させたときに大きな曲げモーメントが作用するフィレット部１０８のジャーナル軸１０２側の部位を少なくとも探傷することができる。尚、クランクアーム１０６の前記の面においては、少なくとも上記の所定領域を探傷すればよく、クランクピン１０４の全周に亘って探傷してもよい。
【００６８】
次に、ケーシング２５のアーム探傷用位置決め部材３０を取り外し、ピン探傷用位置決め部材４０及びピン探傷用スペーサ４６をケーシング２５に取り付ける。そして、クランクピン１０４における探傷面Ｔ上に探触子２０を配置する。このとき、ピン探傷用位置決め部材４０の先端の摺接面４２をクランクアーム１０６のクランクピン１０４側を向いた面に面接触させると共に、ピン探傷用スペーサ４６の摺接面４８がクランクピン１０４の周面（クランクピン１０４における探傷面Ｔ）に面接触させる。
【００６９】
この状態で、探触子２０から超音波を発信させ、フィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ当該フィレット部１０８に沿って探触子２０を探傷面Ｔ上で摺動（移動）させる。このとき、ピン探傷用位置決め部材４０の先端の摺接面４２がクランクアーム１０６の前記面から離れることなく当該面に沿ってクランクピン１０４の周方向に摺動させ、且つ探触子２０のピン探傷用スペーサ４６の摺接面４８を探傷面Ｔ上で当該探傷面Ｔに沿って摺動させる。これにより、探触子２０をフィレット部１０８からの距離を一定に維持しつつ移動させることが容易にできる。
【００７０】
このようにして、クランクアーム１０６側からの走査と、クランクピン１０４側からの走査とを行うことにより、当該クランク軸１００におけるフィレット部１０８の幅方向（クランクアーム１０６からクランクピン１０４に向けてフィレット部表面１０８ａを横断する方向）の全領域の探傷を確実に行うことができる。
【００７１】
本実施形態の超音波探傷装置１０によれば、クリーピング波ＣＷを利用することによって、クランク軸１００において生じ易いフィレット部１０８の表層部のきずＦを好適に検出することができる。以下で説明する。
【００７２】
フィレット部１０８の表面が湾曲しているため、その曲率が大きいとフィレット部表面１０８ａに探触子２０を配置できない。そこで、フィレット部１０８の表面１０８ａと隣接するクランクアーム１０６又はクランクピン１０４の表面（探傷面Ｔ）に探触子２０を配置してフィレット部１０８の表層部のきずＦを探傷することが考えられる。この場合、クランクアーム１０６又はクランクピン１０４の表面からフィレット部表面１０８ａに沿って進む波動を用いて超音波探傷を行う必要がある。超音波探傷に用いられる被検査対象物の表面に沿って進む波動として、表面波とクリーピング波ＣＷとがある。
【００７３】
この表面波は、上述のように被検査対象物の表面から当該表面波の波長程度の深さまでしか内部に伝播されないため、表面からの深さ（距離）が波長よりも深い位置のきずＦに表面波を照射することができない。また、超音波探傷では、被検査対象物内を伝播する超音波の波長の半分程度の大きさよりも小さなきずを検出できないため、表面波の波長を大きくして深い位置のきずの検出を行うと小さなきずを検出することができなくなる。一方、クリーピング波ＣＷは、波長よりも深い位置まで被検査対象物の内部に伝播されるため、このクリーピング波ＣＷを用いることによって同じ波長であれば表面波よりも深い位置まで探傷することが可能となる。そのため、クリーピング波ＣＷを用いることにより、表面波と同程度の大きさのきずを検出できる場合（波長が同じ場合）には、より深い位置までの探傷が可能となり、表面波と同じ深さ位置まで探傷できる場合には、より小さいきずを検出することが可能となる。
【００７４】
また、クリーピング波ＣＷは、被検査対象物の表面に沿って伝播するため、クランクピン１０４及びクランクアーム１０６の各表面における探傷面Ｔに探触子２０を配置することで（図１参照）、発生したクリーピング波ＣＷがフィレット部１０８の表面１０８ａに沿って伝播される。これにより、フィレット部１０８の表層部のきずＦにクリーピング波ＣＷを照射することができる。そして、このきずＦで反射されたクリーピング波ＣＷを受信することにより、フィレット部１０８の表層部のきずＦの検出が可能となる。
【００７５】
これにより、フィレット部表面１０８ａに探触子２０を配置できないフィレット部１０８の表面１０８ａの曲率が大きく当該フィレット部１０８の表面１０８ａに探触子２０を配置できないクランク軸１００においても、当該フィレット部１０８の表層部のきずＦを好適に検出することが可能となる。
【００７６】
さらに、上述の超音波探傷装置１０では、探触子２０を移動させつつ探傷を行う際に伝播部材２３ａ、２３ｂの摺接面２６を探傷面Ｔに対して摺動させるだけで探傷面Ｔに対する超音波の入射角θｉを一定に保つことができるため、探触子２０を移動させつつクリーピング波ＣＷを容易に生じさせることができる。
【００７７】
また、上記の超音波探傷装置１０によれば、手で持つことができる程度の大きさの探触子２０を探傷面Ｔ（クランク軸１００表面のフィレット部１０８近傍の部位）上で摺動させることにより、フィレット部１０８の表層部のきずＦの検出が可能であるため、クランク軸１００がエンジンに組み込まれた状態であっても探傷することができる。従って、クランク軸１００の製造時の探傷に加え、エンジン（本実施形態では、船舶の電源用のディーゼルエンジン）の定期点検の時に、エンジンに組み込まれた状態での探傷も可能である。
【００７８】
尚、本発明のフィレット部の超音波探傷方法及びフィレット部用の超音波探傷装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７９】
上記実施形態では、クランクアーム１０６における探傷面Ｔに探触子２０を配置してクランクアーム１０６側からフィレット部１０８の探傷を行う工程と、クランクピン１０４における探傷面Ｔに探触子２０を配置してクランクピン１０４側からフィレット部１０８の探傷を行う工程と、を順に行っているが、これに限定されない。例えば、クランクピン１０４側からフィレット部１０８の探傷を行う工程の後にクランクアーム１０６側からフィレット部１０８の探傷を行う工程を行ってもよい。また、探触子２０を２つ用いてクランクアーム１０６側からフィレット部１０８の探傷を行う工程とクランクピン１０４側からフィレット部１０８の探傷を行う工程とを同時に行ってもよい。
【実施例１】
【００８０】
ここで、上記実施形態の超音波探傷装置を用いて実際に行った探傷結果について説明する。本実施例では、クランクアームの中心軸とクランクピンの中心軸とを通る平面におけるフィレット部表面の断面形状が半径９ｍｍの円弧状となるフィレット部における探傷を行った。前記円弧の開始位置（探触子が配置される側のフィレット部の端部）を０°とし、前記円弧の終わり位置（探触子が配置される側と反対の側のフィレット部の端部）を９０°とし、その中間を４５°とする。そして、これら０°、４５°、９０°の位置のフィレット部内において、表面からの深さ（表面と直交する方向の深さ）が１ｍｍの位置を上端とし、前記深さ方向の長さが１ｍｍ、フィレット部に沿った方向（クランクピンの周方向）の長さが２．５ｍｍのスリット（試験片）をそれぞれ設けた。
【００８１】
このフィレット部内の各位置にスリットを設けたクランク軸の当該フィレット部の探傷を上記実施形態の超音波探傷装置を用いて行った。その結果を、図１１（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に示す。この図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）は、クランクピン側から走査した、即ち、クランクピンにおける探傷面上で当該探傷面に沿って探触子を摺動させて探傷を行った結果であり、図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）は、クランクアーム側から走査した、即ち、クランクアームにおける探傷面上で当該探傷面に沿って探触子を摺動させて探傷を行った結果である。
【００８２】
これらの探傷結果から、クランクアーム側から走査した場合、フィレット部におけるクランクアーム側の端部（０°）と４５°の位置に存在するきずは検出することができるが、クランプピン側の端部（９０°）の位置に存在するきずは検出することができないことが分かる。また、クランクピン側から走査した場合、フィレット部におけるクランクピン側の端部（０°）と４５°の位置に存在するきずは検出することができるが、クランプアーム側の端部（９０°）の位置に存在するきずは検出することができないことが分かる。
【００８３】
以上のことから、本実施例では、フィレット部表面の前記円弧方向に沿って探触子の先端から６ｍｍ程度の範囲までしか探傷できていない、即ち、フィレット部表面の前記円弧方向に沿って探触子の先端から６ｍｍ程度の範囲までしかクリーピング波が伝播していないことが分かる。従って、きずの検出漏れを防ぐためには、クランクアーム側とクランクピン側とのいずれか一方側からのみ走査するよりも、クランクアーム側から走査すると共にクランクピン側からも走査することが好ましいことが分かる。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 超音波探傷装置
２０ 探触子
２１ 発信振動子
２１ａ 振動面
２３ａ 伝播部材
２６ 摺接面
２７ 載置面
１００ クランク軸
１０２ ジャーナル軸
１０４ クランクピン
１０６ クランクアーム
１０８ フィレット部
１０８ａ フィレット部の表面
ＣＷ クリーピング波
Ｆ きず
Ｔ 探傷面
θｉ 超音波の探傷面に対する入射角
θｏ 超音波の探傷面における屈折角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷方法であって、
前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面上に当該探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子とこの発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子とを具備する探触子を配置する配置工程と、
前記探傷面上において、前記フィレット部からの距離を一定に維持した状態で当該フィレット部に沿って前記探触子を移動させつつ前記フィレット部内に向けて前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信する走査工程と、を備え、
前記走査工程では、前記発信振動子が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波を前記探傷面に入射させ、このときの前記発信振動子の前記探傷面に対する姿勢を維持しつつ前記探触子を移動させるフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフィレット部の超音波探傷方法において、
前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する方向に前記振動面を向けたときに当該振動面における探傷面に対する傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有するフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のフィレット部の超音波探傷方法において、
前記配置工程では、前記クランクアームにおける前記クランクピンの中心軸と直交する面を探傷面として当該探傷面上に前記探触子を配置し、
前記走査工程では、前記探触子を少なくとも前記クランクアームの探傷面における前記クランク軸のジャーナル軸側の所定領域内で当該探傷面に沿って摺動させ、
前記所定領域は、前記クランクアームの探傷面において、前記クランクピンの中心軸と前記ジャーナル軸の中心軸とを結ぶ基準線と、前記クランクピンの中心軸と前記探傷面上に配置された探触子とを結ぶ線とが交差する角度が４５°以内となる範囲であるフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のフィレット部の超音波探傷方法において、
前記配置工程は、前記クランクピンにおける探傷面である第１探傷面に前記探触子を配置する第１配置工程と、前記クランクアームにおける探傷面である第２探傷面に前記探触子を配置する第２配置工程と、を有し、
前記検出工程は、前記第１探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第１検出工程と、前記第２探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第２検出工程と、を有するフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項５】
クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷装置であって、
前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子と、この発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子と、前記発信振動子の発信する超音波を前記探傷面まで伝播する伝播部材と、を具備する探触子と、
前記フィレット部内に向けて前記伝播部材を介して前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信し、この受信信号から前記フィレット部内のきずを検出するきず検出装置と、を備え、
前記伝播部材は、前記探触子を前記探傷面上で移動させたときに当該探傷面と摺接する摺接面と前記発信振動子が載置される載置面とを有し、前記載置面から前記摺接面まで前記発信振動子が発信する超音波を伝播し、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜角が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する角度となる形状を有するフィレット部用の超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波探傷装置において、
前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、この振動面が前記載置面に接するように前記伝播部材に設置され、
前記発信振動子は、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有するフィレット部用の超音波探傷装置。
【請求項１】
クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷方法であって、
前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面上に当該探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子とこの発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子とを具備する探触子を配置する配置工程と、
前記探傷面上において、前記フィレット部からの距離を一定に維持した状態で当該フィレット部に沿って前記探触子を移動させつつ前記フィレット部内に向けて前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信する走査工程と、を備え、
前記走査工程では、前記発信振動子が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波を前記探傷面に入射させ、このときの前記発信振動子の前記探傷面に対する姿勢を維持しつつ前記探触子を移動させるフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフィレット部の超音波探傷方法において、
前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する方向に前記振動面を向けたときに当該振動面における探傷面に対する傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有するフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のフィレット部の超音波探傷方法において、
前記配置工程では、前記クランクアームにおける前記クランクピンの中心軸と直交する面を探傷面として当該探傷面上に前記探触子を配置し、
前記走査工程では、前記探触子を少なくとも前記クランクアームの探傷面における前記クランク軸のジャーナル軸側の所定領域内で当該探傷面に沿って摺動させ、
前記所定領域は、前記クランクアームの探傷面において、前記クランクピンの中心軸と前記ジャーナル軸の中心軸とを結ぶ基準線と、前記クランクピンの中心軸と前記探傷面上に配置された探触子とを結ぶ線とが交差する角度が４５°以内となる範囲であるフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のフィレット部の超音波探傷方法において、
前記配置工程は、前記クランクピンにおける探傷面である第１探傷面に前記探触子を配置する第１配置工程と、前記クランクアームにおける探傷面である第２探傷面に前記探触子を配置する第２配置工程と、を有し、
前記検出工程は、前記第１探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第１検出工程と、前記第２探傷面上で当該探傷面上に配置した探触子を移動させる第２検出工程と、を有するフィレット部の超音波探傷方法。
【請求項５】
クランク軸におけるクランクピンとクランクアームとの接続部位であるフィレット部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することにより前記フィレット部内のきずを検出する超音波探傷装置であって、
前記クランクピン及び前記クランクアームの各表面における前記フィレット部の表面と隣接する領域によって形成される探傷面に対して前記超音波を発信する発信振動子と、この発信された超音波を前記探傷面から受信する受信振動子と、前記発信振動子の発信する超音波を前記探傷面まで伝播する伝播部材と、を具備する探触子と、
前記フィレット部内に向けて前記伝播部材を介して前記発信振動子から超音波を発信させると共に前記フィレット部内にきずが生じていた場合にこのきずで反射した超音波を前記受信振動子で受信し、この受信信号から前記フィレット部内のきずを検出するきず検出装置と、を備え、
前記伝播部材は、前記探触子を前記探傷面上で移動させたときに当該探傷面と摺接する摺接面と前記発信振動子が載置される載置面とを有し、前記載置面から前記摺接面まで前記発信振動子が発信する超音波を伝播し、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜角が、前記超音波が前記探傷面に入射したときに当該探傷面における縦波の屈折角が臨界角となる入射角で前記超音波が前記探傷面に入射する角度となる形状を有するフィレット部用の超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波探傷装置において、
前記発信振動子は、当該発信振動子が発信する超音波の進行方向と直交する方向に広がり且つ前記超音波を発信するために振動する振動面を有し、この振動面が前記載置面に接するように前記伝播部材に設置され、
前記発信振動子は、前記摺接面に対する前記載置面の傾斜方向の長さが当該振動子の発信する超音波の波長の１５倍以上、３０倍以下となる寸法を有するフィレット部用の超音波探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１６３５１７（Ｐ２０１２−１６３５１７Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８４８（Ｐ２０１１−２５８４８）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（５９４１２６１５９）神鋼検査サービス株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（５９４１２６１５９）神鋼検査サービス株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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