吸音材利用による高精度探傷方法
【課題】 被検査材から反射した反射波を吸音材を用いて吸収させることで、被検査材の内部に存在する疵を見出す超音波による検査方法を提供する。
【解決手段】 超音波探触子８から丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向の両側部で、一定の長さの下面１３ａと超音波探触子８の中心方向に一定の角度で傾斜した内面１４とを有する専用治具１３を、超音波探触子８から発信する縦波の超音波Ｐの進行方向１０の両側の超音波探触子８両端部８ａに取り付け、この両端部８ａの専用治具１３の内端の向かい合う内面１４に、専用冶具１３の内端形状をした鋭角な凹凸面からなる表面加工部の凹凸１５を有する吸音材１８を貼り付け、丸棒鋼７の表面から戻ってくる反射波９を貼り付けた吸音材１８で吸収または減少させて超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼７の内部の疵を検査する。
【解決手段】 超音波探触子８から丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向の両側部で、一定の長さの下面１３ａと超音波探触子８の中心方向に一定の角度で傾斜した内面１４とを有する専用治具１３を、超音波探触子８から発信する縦波の超音波Ｐの進行方向１０の両側の超音波探触子８両端部８ａに取り付け、この両端部８ａの専用治具１３の内端の向かい合う内面１４に、専用冶具１３の内端形状をした鋭角な凹凸面からなる表面加工部の凹凸１５を有する吸音材１８を貼り付け、丸棒鋼７の表面から戻ってくる反射波９を貼り付けた吸音材１８で吸収または減少させて超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼７の内部の疵を検査する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査材、例えば鋼材の内部に存在する疵を超音波探傷により検査する際に、吸音材を利用して高精度で検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷における探触子は、様々な形状の被検査材の内部に存在する疵の検査に使用される。この超音波探傷では、超音波探傷装置から超音波を被検査材に放射し、その反射波を超音波探傷装置で受けて読みとることで、被検査材の内部に存在する疵を検査する。
【０００３】
一般に超音波探触子８は、図３を用いて説明すると、圧電素子からなる振動子１から被検査材Ｗの方向へ発生する超音波の進行方向とは逆側に超音波吸収体２を有しており、他方に音響マッチング層３を備え、振動子１に電極４、４が設けられている。したがって、電極４、４に電圧を印加することにより、振動子１に逆圧電効果によるひずみが生じて縦波の超音波が発生する。音響マッチング層３が被検査材Ｗの表面の凹凸に接触して傷付くことを防止するために、超音波探触子８の音響マッチング層３の被検査材Ｗの側の表面には保護膜５が取付けてある。保護膜５と被検査材Ｗの間には、超音波が伝搬しやすいように、接触媒質６が満たされており、この接触媒質６を介して振動子１から放射された縦波の超音波が被検査材Ｗに入射する。
【０００４】
一般に工場内の製造工程の中で、製造した丸棒鋼７について連続的に超音波探傷により疵を検査する場合は、丸棒鋼７の周囲に上記の超音波探触子８の振動子１の複数個を、被検査体である丸棒鋼７の径の大きさに合わせて湾曲状に並べて配列し、複数個の振動子１に電圧を一斉に印加して縦波の超音波を進行方向１０の方向に発生させる。また、最近の技術では、複数個を並べて配列してある圧電素子からなる振動子１に対して、電圧を個別に印加していくことで、超音波探触子８から接触媒質内６に角度を持った縦波の超音波を発生させることができる。
【０００５】
従来、断面円形の丸棒鋼７を超音波探傷する場合、次のような問題があり、これについて、図４に基づいて説明する。断面円形の丸棒鋼（以下、「丸棒鋼」という。）７に超音波探触子８から縦波の超音波を発信した際、接触媒質６を伝搬して丸棒鋼７の表面に縦波の超音波が入射する。しかし丸棒鋼７と接触媒質６の音響インピーダンスの違いおよび丸棒鋼７の表面の凹凸により、超音波探触子８から発信した縦波の超音波の全てが丸棒鋼７に入射せず、その一部の超音波が丸棒鋼７の表面で反射し、反射波９となって接触媒質６の中を伝搬し、その伝播した反射波９が、超音波探触子８から発信される縦波の進行方向１０の両側に位置する超音波探触子８の両端１１、１１から一定の長さ内側に入り込んだ超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａの部分で、再び反射され、反射波１２となって接触媒質６を伝搬し、この反射波１２が超音波探触子８で受信されることにより、ゴーストエコーと呼ばれる擬似信号が得られ、丸棒鋼７の内部欠陥と誤って信号処理される。このゴーストエコーの疑似信号により、内部の品質に問題がない丸棒鋼７であっても、内部の品質に問題がある丸棒鋼７として処理されてしまうことにより、丸棒鋼７の見掛けの不良率が増加し、超音波探傷の信頼性が低下することになる。
【０００６】
そこで、上記のゴーストエコーによって、丸棒鋼７の内部の品質に問題があると誤って処理される事態を抑制するため、従来は、次のような対策を行っていた。これを図５の（ａ）に基づいて説明すると、超音波探触子８からの縦波の進行方向１０の両側に位置する超音波探触子８の両端１１、１１から一定の長さ内側に入り込んだ超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａにプラスチックなどの樹脂からできた専用冶具１３、１３を取り付ける。この専用冶具１３、１３は、丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向１０、１０の側において、超音波探触子８の両端１１、１１から両側の内端１１ａ、１１ａまでの一定の長さの部分に配設されており、さらに、これらの専用冶具１３、１３の向かい合う内面１４、１４は、超音波探触子８の中心方向に一定の角度傾いて設けられている。さらに、この専用冶具１３、１３の向かい合う内面１４の表面には、図５の（ｂ）に示すように、超音波探触子８から丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向１０の側に、鋭角な凹凸１５、１５、・・が一定間隔で加工してあり、丸棒鋼７から反射した反射波９が専用冶具１３の表面の鋭角な凹凸１５、１５、・・に当たり、その反射波１２の方向が散乱することで、ゴーストエコーの発生を抑制する対策を行っていた。
【０００７】
しかしながら、上記のゴーストエコーの発生を抑制する対策では、専用冶具１３の表面に加工してある鋭角な凹凸１５で反射波９が散乱し、散乱して生じた反射波１２が多方向に進んで接触媒質６を伝搬するため、超音波探触子８で受信されなくできるとは言い切れない問題があった。
【０００８】
さらに、従来から公知文献により「超音波探触子」が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この公知文献の技術は、超音波探触子の音響マッチング層として、外面に耐摩耗性導電層が形成されたアルミナ層を用い、アルミナの絶縁抵抗が高いことから、圧電振動子と音響マッチング層側の電極を信号用電極として使用することもでき、超音波吸収体として絶縁抵抗の低い材料を用いた場合でも、超音波吸収体に接する側の電極を共通アースとして用いることにより、個別に圧電振動子を駆動することができ、擬似信号の発生を抑えることができるというものである。
【０００９】
また、耐磨耗性導電層は、超音波探触子を保護するとともに、電磁シールド層の役割をも果たし、アルミナ層の側に信号用の電極を配置しても、超音波探触子から発生する電磁波を外部に漏らすことなく、また外部から侵入するノイズをも遮断することができるというものである。内部から発生する擬似信号および電磁波の抑制としては、有効な方法である。しかし、外部の被検査体で発生した反射波よって生じるゴーストエコーについては何らの記載もなく、したがって、この特許文献１の方法をゴーストエコーを抑制する方法として適用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６０−６９５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、上記した従来の方法のように、超音波探傷において、超音波探触子８の下面で、超音波探触子８の両端１１から内側に入り込んだ部分に取り付けた専用冶具１３の表面に加工してある鋭角な凹凸１５の部分で、外部の被検査材Ｗすなわち丸棒鋼（以下、「被検査材Ｗすなわち」を省略して「丸棒鋼」という。）７から反射した超音波の反射波９を散乱させることなく、丸棒鋼７から反射した反射波９を吸音材１８を用いて吸収させることで、丸棒鋼７の内部に存在する疵を見出す検査方法を提供することである。
【００１２】
この課題について、図４に基づいて詳述する。超音波探触子８の内部に湾曲して配列した図示しない複数の振動子１（なお、「振動子１」は図３に示されている。）から発信される縦波の超音波は、一般的には、ある一定の高い周波数として用いられ、波の性質を持って伝搬する。この周波数が高ければ、縦波の超音波の一波長の長さに見合った丸棒鋼７の内部の小さな欠陥の検出も可能である。しかし、超音波はその周波数の高い分だけ小さな物質によって散乱してしまうため、超音波探触子８の内部に湾曲して配列している複数の振動子１から発信される縦波の超音波を丸棒鋼７の表面に対して垂直に入射させたとしても、ミクロ的に見ると丸棒鋼７の表面には微細な凹凸が存在するので、超音波探触子８から発信された全ての縦波の超音波は丸棒鋼７の表面に対して垂直に当たらない。このため縦波の超音波の一部は丸棒鋼７の内部へ入射されず、丸棒鋼７の表面で散乱して反射する。また、接触媒質６と丸棒鋼７のように、材質が異なれば、その音響インピーダンスも異なり、接触媒質６と丸棒鋼７の境界面Ｆでは、境界面Ｆを透過する縦波の超音波の透過量に制限が生じ、透過できなかった縦波の超音波の一部は熱に変換されることとなる。
【００１３】
また、上記のように丸棒鋼７の表面で反射して散乱した反射波９（なお、超音波のモード変換により縦波の超音波が一度でも反射および屈折すると、縦波の超音波でなく横波の超音波にもなるが、接触媒質６が液体である場合、液体の中では横波の超音波は発生しない。）の一部は、丸棒鋼７の表面から超音波探触子８の方向へ接触媒質６を伝搬して戻って、超音波探触子８の両側に位置する内端１１ａ、１１ａに到達する。ミクロ的に見ると超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａの表面にも微細な凹凸があるので、丸棒鋼７の表面と同様に、さらに一部は反射して散乱する。超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａで反射することなく超音波探触子１の内部に超音波が入射しても、内部で拡散するなどのため影響はないが、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａで反射した一部の超音波は超音波探触子８で受信され、ゴーストエコーと呼ばれる擬似信号となってしまう。したがって、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａから反射し、超音波探触子８に受信される擬似信号を抑制するためには、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａからの反射波１２を無くすか、あるいは減少させる必要があり、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａからの反射波１２が無くならないことには、擬似信号が超音波探触子８で受信される可能性が残り、高精度な探傷ができないことになる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、超音波探傷法において、超音波探触子８から発信された超音波が外部の丸棒鋼７から反射した反射波９を吸音材１８で吸収または減少させるように、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに取付けた表面に鋭角な凹凸１５を加工した専用冶具１３を吸音材１８で作成することにより、ゴーストエコーの疑似信号の発生を抑制する。ところで、超音波は波の性質を持っているので、図１のように、音響インピーダンスＺ1の媒質と音響インピーダンスＺ2の媒質ように、異なる音響インピーダンスの媒質の境界面Ｆでは、音響インピーダンスＺ1の媒質を伝搬してきた超音波Ｐが、境界面Ｆを透過する透過波Ｐｔと境界面Ｆで反射する反射波Ｐｒになる。このように音響インピーダンスは、媒質の密度と、媒質の内部を伝搬する超音波の速度により決定されるので、音響インピーダンス媒質によっては一義的に決定される。しかし、現実的に接触媒質６と同等の音響インピーダンスを有する媒質が存在しないため、スポンジなどの吸音材１８を接触媒質６に用いることによって、音響インピーダンスが異なる境界面Ｆであっても超音波Ｐがある程度スポンジなどの吸音材１８で吸収され、境界面Ｆにおける反射波Ｐｒが少なくなる。
【００１５】
そこで、上課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、超音波探触子８から被検査材Ｗの丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向の両側部で、一定の長さの下面１３ａと、超音波探触子８の中心方向に一定の角度で傾斜した内面１４とを有する専用治具１３、１３を、超音波探触子８から発信する縦波の超音波の進行方向１０の両側の超音波探触子８、８の両端部８ａ、８ａに取り付け、この両端部８ａ、８ａの専用治具１３、１３の内端である互いに向かい合う内面１４、１４に、専用冶具１３の内端形状と同形状の鋭角な凹凸面からなる表面加工部の凹凸１５を一定間隔で有する吸音材１８を貼り付け、丸棒鋼７の表面から戻ってくる反射波９、９を貼り付けた吸音材１８で吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼７の内部の疵を検査する、吸音材１８を利用した高精度探傷方法である。
【００１６】
すなわち、この方法は、縦波の超音波が、例えば図２に示す超音波探触子８の縦波の超音波の進行方向の両側の内端１１ａ、１１ａである専用治具１３の内端１１ａ、１１ａの部分から反射しなくするためまたは減少するために、専用冶具１３と同じ形状からなる鋭角な凹凸１５を加工して表面に有する構造とした吸音材１８で作成し、これを専用冶具１３の向い合う内面１４、１４に取り付け、図４に示すように、丸棒鋼７の表面から超音波探触子８の縦波の進行方向の両側にある内端１１ａ、１１ａの部分に戻ってくる反射波９、９を吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼７の内部の疵を検査する、吸音材１８を利用した高精度探傷方法である。
【００１７】
さらに、第２の手段は、超音波探触子８の縦波の超音波の進行方向の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の縦波の超音波が反射する可能性がある湾曲部１６、１６に対して、スポンジなどの吸音材１８の表面を、これらの湾曲部１６に副って並行するように、加工して貼リ付け、超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外は、これらの吸音材１８で隙間なく埋め、超音波探触子８の湾曲部１６、１６に、丸棒鋼７の表面から戻ってくる反射波９、９を吸音材１８により吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼の内部の疵を検査する、吸音材を利用した高精度探傷方法である。
【００１８】
すなわち、スポンジなどの吸音材１８であれば、超音波探触子８の縦波の超音波の進行方向の両側の内端１１ａ、１１ａが複雑な形状をしていても、加工が容易であり、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに対して接着剤などで貼リ付けることが可能である。したがって、図２のように超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の湾曲部１６の縦波の超音波が反射する可能性がある部分に対して、吸音材１８の表面を湾曲部１６に沿う形状に加工して湾曲部１６に並行に貼リ付け、超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外の湾曲部１６を吸音材１８で隙間なく埋めることで、超音波探触子８の湾曲部１６に、丸棒鋼７の表面から反射されて直接戻ってくる反射波９を吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して、吸音材を利用した高精度探傷方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記の手段の方法であるため、超音波探触子から被検査材である丸棒鋼に対して発信された縦波の超音波が接触媒質を伝播して被検査材の丸棒鋼の内部に入射する際、被検査材の丸棒鋼の表面で反射した一部の反射波が、接触媒質を伝搬して超音波探触子の両端へ到達した際に、反射波を吸音材で吸収または減少させることができるため、超音波探触子の両側の内端の部分からは、ごく僅かしか反射波が発生しなくなるので、超音波探触子の両側の内端から反射し、誤って超音波探触子で受信されるゴーストエコーと呼ばれる擬似信号がなくなる。
【００２０】
さらに、第２の手段の方法からなるため、超音波探触子の縦波の超音波を送受信する部分以外を吸音材で隙間なく埋めることにより、超音波探触子の両側の内端以外の湾曲した部分から反射されて超音波探触子に受信されるゴーストエコーと呼ばれる擬似信号がなくなる。したがって、被検査材である丸棒鋼の内部に問題があるという誤った判断がされなくなり、結果として不良率の低減および超音波探傷の精度の向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】音響インピーダンスの異なる媒質の境界面における超音波の伝搬に関する説明図である。
【図２】本発明の方法により超音波探触子の湾曲部に吸音材を貼リ付けた説明図である。
【図３】超音波探触子の構造と被検査体の関係を示す図である。
【図４】ゴーストエコーの発生原因の説明図である。
【図５】（ａ）従来のゴーストエコーの発生を抑制するために行った対策の説明図で、（ｂ）はそのための専用治具を拡大して示す斜視図で、本願発明の説明にも使用する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図５の（ａ）および（ｂ）は、従来のゴーストエコーの発生を抑制するために行った対策の説明図であるが、この図５を借りて、これと図１ないし図４により本発明について説明する。図５の（ａ）と同様に、本発明を用いた超音波探触子８から外部の丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向１０の両側部にある、音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに、図５（ｂ）と同様に、表面に約３５〜４０度の鋭角からなる凹凸１５を加工した専用冶具１３の向かい合う内面１４、１４を、超音波探触子８の超音波の進行方向１０の側の内端１１ａ、１１ａの形状に合うように、スポンジなどから加工した吸音材１８を取り付け、図４に示すように、超音波探触子８の縦波の進行方向１０の両側にある内端１１ａ、１１ａに、外部の丸棒鋼７の表面から接触媒質６を介して戻ってくる反射波９、９を吸収または減少させることで、超音波探触子８が受信するゴーストエコーと呼ばれる擬似信号をなくして高精度で超音波探傷する方法である。
【００２３】
この場合、スポンジからなる吸音材１８であれば、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａが複雑な形状をしていても加工が容易であり、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに対して接着剤などで貼リ付けることが可能であり、図２のように超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の湾曲部１６、１６の縦波の超音波が反射する可能性がある部分に対して、吸音材１８の表面が湾曲部１６に副うように加工して湾曲部１６に並行に貼り付ける。このようにして超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外の部分は、吸音材１８で隙間なく埋め、超音波探触子の湾曲した部分に、丸棒鋼の表面から戻ってくる反射波を吸収または減少させる方法により、超音波探触子８が受信する擬似信号をなくして高精度で探傷する。
【実施例１】
【００２４】
この実施例では、超音波探触子８と丸棒鋼７との間に超音波が伝搬しやすいように満たされた接触媒質６は水からなっており、したがって超音波探傷を水中で実施する。超音波探触子８から丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向５の両側にある超音波探触子８の内端１１ａ、１１ａを、図５（ｂ）に示すように、表面に約３５〜４０度の凹凸１５を加工して有する専用冶具１３とし、さらに、この超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａの形状に合うようにした吸音材１８を作成して、専用治具１３の向い合う内面１４に貼り付ける。この場合、吸音材１８は水分を含まないよう樹脂製の軟質ゴムでスポンジ状に形成する。この様に超音波探触子８の縦波の進行方向の両側にある両端１１ａ、１１ａに吸音材１８を貼り付けたことで、丸棒鋼７の表面から乱反射して戻ってくる反射波を上記の両端１１ａ、１１ａで吸収または減少してゴーストエコーの疑似信号をなくすことができ、高精度で超音波探傷することができた。
【実施例２】
【００２５】
さらに、この実施例では、同じく超音波探触子８と丸棒鋼７との間に超音波が伝搬しやすいように満たされた接触媒質６は水からなるものとする。超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の部分である超音波探触子８の湾曲部１６の縦波の超音波が反射する可能性がある部分に吸音材１８を貼り付ける。この場合も、実施例１と同様に、水分を含まないよう樹脂製の軟質ゴムでスポンジ状に形成する。このスポンジ状の吸音材１８を超音波探触子の表面の湾曲部１６に副うように加工して、湾曲部１６に並行に貼り付ける。この様に超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外の部分は、スポンジ状の樹脂製の軟質ゴムである吸音材１８を隙間なく埋めることによって、丸棒鋼７の表面から乱反射して戻ってくる反射波を、超音波探触子８の湾曲部１６で吸収または減少してゴーストエコーの疑似信号をなくすことができ、高精度で超音波探傷することができた。
【符号の説明】
【００２６】
１ 振動子
２ 超音波吸収体
３ 音響マッチング層
４ 電極
５ 保護膜
６ 接触媒質
７ 丸棒鋼
８ 超音波探触子
９ 丸棒鋼からの反射波
１０ 縦波の超音波の進行方向
１１ 超音波探触子の両端
１１ａ 内端
１２ 超音波探触子の両端の内端からの反射波
１３ 専用冶具
１３ａ 下面
１４ 専用治具の向かい合う内面
１５ 表面加工部の凹凸
１６ 超音波探触子の湾曲部
１７ 超音波探触子の縦波を送受信する部分
１８ 吸音材
Ｗ 被検査材
Ｆ 境界面
Ｐ Ｚ1を伝搬してきた超音波
Ｐｔ 境界面を透過した超音波
Ｐｒ 境界面で反射した超音波
Ｚ1 音響インピーダンス（Ｚ1≠Ｚ2）
Ｚ2 音響インピーダンス（Ｚ2≠Ｚ1）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査材、例えば鋼材の内部に存在する疵を超音波探傷により検査する際に、吸音材を利用して高精度で検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷における探触子は、様々な形状の被検査材の内部に存在する疵の検査に使用される。この超音波探傷では、超音波探傷装置から超音波を被検査材に放射し、その反射波を超音波探傷装置で受けて読みとることで、被検査材の内部に存在する疵を検査する。
【０００３】
一般に超音波探触子８は、図３を用いて説明すると、圧電素子からなる振動子１から被検査材Ｗの方向へ発生する超音波の進行方向とは逆側に超音波吸収体２を有しており、他方に音響マッチング層３を備え、振動子１に電極４、４が設けられている。したがって、電極４、４に電圧を印加することにより、振動子１に逆圧電効果によるひずみが生じて縦波の超音波が発生する。音響マッチング層３が被検査材Ｗの表面の凹凸に接触して傷付くことを防止するために、超音波探触子８の音響マッチング層３の被検査材Ｗの側の表面には保護膜５が取付けてある。保護膜５と被検査材Ｗの間には、超音波が伝搬しやすいように、接触媒質６が満たされており、この接触媒質６を介して振動子１から放射された縦波の超音波が被検査材Ｗに入射する。
【０００４】
一般に工場内の製造工程の中で、製造した丸棒鋼７について連続的に超音波探傷により疵を検査する場合は、丸棒鋼７の周囲に上記の超音波探触子８の振動子１の複数個を、被検査体である丸棒鋼７の径の大きさに合わせて湾曲状に並べて配列し、複数個の振動子１に電圧を一斉に印加して縦波の超音波を進行方向１０の方向に発生させる。また、最近の技術では、複数個を並べて配列してある圧電素子からなる振動子１に対して、電圧を個別に印加していくことで、超音波探触子８から接触媒質内６に角度を持った縦波の超音波を発生させることができる。
【０００５】
従来、断面円形の丸棒鋼７を超音波探傷する場合、次のような問題があり、これについて、図４に基づいて説明する。断面円形の丸棒鋼（以下、「丸棒鋼」という。）７に超音波探触子８から縦波の超音波を発信した際、接触媒質６を伝搬して丸棒鋼７の表面に縦波の超音波が入射する。しかし丸棒鋼７と接触媒質６の音響インピーダンスの違いおよび丸棒鋼７の表面の凹凸により、超音波探触子８から発信した縦波の超音波の全てが丸棒鋼７に入射せず、その一部の超音波が丸棒鋼７の表面で反射し、反射波９となって接触媒質６の中を伝搬し、その伝播した反射波９が、超音波探触子８から発信される縦波の進行方向１０の両側に位置する超音波探触子８の両端１１、１１から一定の長さ内側に入り込んだ超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａの部分で、再び反射され、反射波１２となって接触媒質６を伝搬し、この反射波１２が超音波探触子８で受信されることにより、ゴーストエコーと呼ばれる擬似信号が得られ、丸棒鋼７の内部欠陥と誤って信号処理される。このゴーストエコーの疑似信号により、内部の品質に問題がない丸棒鋼７であっても、内部の品質に問題がある丸棒鋼７として処理されてしまうことにより、丸棒鋼７の見掛けの不良率が増加し、超音波探傷の信頼性が低下することになる。
【０００６】
そこで、上記のゴーストエコーによって、丸棒鋼７の内部の品質に問題があると誤って処理される事態を抑制するため、従来は、次のような対策を行っていた。これを図５の（ａ）に基づいて説明すると、超音波探触子８からの縦波の進行方向１０の両側に位置する超音波探触子８の両端１１、１１から一定の長さ内側に入り込んだ超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａにプラスチックなどの樹脂からできた専用冶具１３、１３を取り付ける。この専用冶具１３、１３は、丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向１０、１０の側において、超音波探触子８の両端１１、１１から両側の内端１１ａ、１１ａまでの一定の長さの部分に配設されており、さらに、これらの専用冶具１３、１３の向かい合う内面１４、１４は、超音波探触子８の中心方向に一定の角度傾いて設けられている。さらに、この専用冶具１３、１３の向かい合う内面１４の表面には、図５の（ｂ）に示すように、超音波探触子８から丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向１０の側に、鋭角な凹凸１５、１５、・・が一定間隔で加工してあり、丸棒鋼７から反射した反射波９が専用冶具１３の表面の鋭角な凹凸１５、１５、・・に当たり、その反射波１２の方向が散乱することで、ゴーストエコーの発生を抑制する対策を行っていた。
【０００７】
しかしながら、上記のゴーストエコーの発生を抑制する対策では、専用冶具１３の表面に加工してある鋭角な凹凸１５で反射波９が散乱し、散乱して生じた反射波１２が多方向に進んで接触媒質６を伝搬するため、超音波探触子８で受信されなくできるとは言い切れない問題があった。
【０００８】
さらに、従来から公知文献により「超音波探触子」が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この公知文献の技術は、超音波探触子の音響マッチング層として、外面に耐摩耗性導電層が形成されたアルミナ層を用い、アルミナの絶縁抵抗が高いことから、圧電振動子と音響マッチング層側の電極を信号用電極として使用することもでき、超音波吸収体として絶縁抵抗の低い材料を用いた場合でも、超音波吸収体に接する側の電極を共通アースとして用いることにより、個別に圧電振動子を駆動することができ、擬似信号の発生を抑えることができるというものである。
【０００９】
また、耐磨耗性導電層は、超音波探触子を保護するとともに、電磁シールド層の役割をも果たし、アルミナ層の側に信号用の電極を配置しても、超音波探触子から発生する電磁波を外部に漏らすことなく、また外部から侵入するノイズをも遮断することができるというものである。内部から発生する擬似信号および電磁波の抑制としては、有効な方法である。しかし、外部の被検査体で発生した反射波よって生じるゴーストエコーについては何らの記載もなく、したがって、この特許文献１の方法をゴーストエコーを抑制する方法として適用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６０−６９５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、上記した従来の方法のように、超音波探傷において、超音波探触子８の下面で、超音波探触子８の両端１１から内側に入り込んだ部分に取り付けた専用冶具１３の表面に加工してある鋭角な凹凸１５の部分で、外部の被検査材Ｗすなわち丸棒鋼（以下、「被検査材Ｗすなわち」を省略して「丸棒鋼」という。）７から反射した超音波の反射波９を散乱させることなく、丸棒鋼７から反射した反射波９を吸音材１８を用いて吸収させることで、丸棒鋼７の内部に存在する疵を見出す検査方法を提供することである。
【００１２】
この課題について、図４に基づいて詳述する。超音波探触子８の内部に湾曲して配列した図示しない複数の振動子１（なお、「振動子１」は図３に示されている。）から発信される縦波の超音波は、一般的には、ある一定の高い周波数として用いられ、波の性質を持って伝搬する。この周波数が高ければ、縦波の超音波の一波長の長さに見合った丸棒鋼７の内部の小さな欠陥の検出も可能である。しかし、超音波はその周波数の高い分だけ小さな物質によって散乱してしまうため、超音波探触子８の内部に湾曲して配列している複数の振動子１から発信される縦波の超音波を丸棒鋼７の表面に対して垂直に入射させたとしても、ミクロ的に見ると丸棒鋼７の表面には微細な凹凸が存在するので、超音波探触子８から発信された全ての縦波の超音波は丸棒鋼７の表面に対して垂直に当たらない。このため縦波の超音波の一部は丸棒鋼７の内部へ入射されず、丸棒鋼７の表面で散乱して反射する。また、接触媒質６と丸棒鋼７のように、材質が異なれば、その音響インピーダンスも異なり、接触媒質６と丸棒鋼７の境界面Ｆでは、境界面Ｆを透過する縦波の超音波の透過量に制限が生じ、透過できなかった縦波の超音波の一部は熱に変換されることとなる。
【００１３】
また、上記のように丸棒鋼７の表面で反射して散乱した反射波９（なお、超音波のモード変換により縦波の超音波が一度でも反射および屈折すると、縦波の超音波でなく横波の超音波にもなるが、接触媒質６が液体である場合、液体の中では横波の超音波は発生しない。）の一部は、丸棒鋼７の表面から超音波探触子８の方向へ接触媒質６を伝搬して戻って、超音波探触子８の両側に位置する内端１１ａ、１１ａに到達する。ミクロ的に見ると超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａの表面にも微細な凹凸があるので、丸棒鋼７の表面と同様に、さらに一部は反射して散乱する。超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａで反射することなく超音波探触子１の内部に超音波が入射しても、内部で拡散するなどのため影響はないが、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａで反射した一部の超音波は超音波探触子８で受信され、ゴーストエコーと呼ばれる擬似信号となってしまう。したがって、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａから反射し、超音波探触子８に受信される擬似信号を抑制するためには、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａからの反射波１２を無くすか、あるいは減少させる必要があり、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａからの反射波１２が無くならないことには、擬似信号が超音波探触子８で受信される可能性が残り、高精度な探傷ができないことになる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、超音波探傷法において、超音波探触子８から発信された超音波が外部の丸棒鋼７から反射した反射波９を吸音材１８で吸収または減少させるように、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに取付けた表面に鋭角な凹凸１５を加工した専用冶具１３を吸音材１８で作成することにより、ゴーストエコーの疑似信号の発生を抑制する。ところで、超音波は波の性質を持っているので、図１のように、音響インピーダンスＺ1の媒質と音響インピーダンスＺ2の媒質ように、異なる音響インピーダンスの媒質の境界面Ｆでは、音響インピーダンスＺ1の媒質を伝搬してきた超音波Ｐが、境界面Ｆを透過する透過波Ｐｔと境界面Ｆで反射する反射波Ｐｒになる。このように音響インピーダンスは、媒質の密度と、媒質の内部を伝搬する超音波の速度により決定されるので、音響インピーダンス媒質によっては一義的に決定される。しかし、現実的に接触媒質６と同等の音響インピーダンスを有する媒質が存在しないため、スポンジなどの吸音材１８を接触媒質６に用いることによって、音響インピーダンスが異なる境界面Ｆであっても超音波Ｐがある程度スポンジなどの吸音材１８で吸収され、境界面Ｆにおける反射波Ｐｒが少なくなる。
【００１５】
そこで、上課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、超音波探触子８から被検査材Ｗの丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向の両側部で、一定の長さの下面１３ａと、超音波探触子８の中心方向に一定の角度で傾斜した内面１４とを有する専用治具１３、１３を、超音波探触子８から発信する縦波の超音波の進行方向１０の両側の超音波探触子８、８の両端部８ａ、８ａに取り付け、この両端部８ａ、８ａの専用治具１３、１３の内端である互いに向かい合う内面１４、１４に、専用冶具１３の内端形状と同形状の鋭角な凹凸面からなる表面加工部の凹凸１５を一定間隔で有する吸音材１８を貼り付け、丸棒鋼７の表面から戻ってくる反射波９、９を貼り付けた吸音材１８で吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼７の内部の疵を検査する、吸音材１８を利用した高精度探傷方法である。
【００１６】
すなわち、この方法は、縦波の超音波が、例えば図２に示す超音波探触子８の縦波の超音波の進行方向の両側の内端１１ａ、１１ａである専用治具１３の内端１１ａ、１１ａの部分から反射しなくするためまたは減少するために、専用冶具１３と同じ形状からなる鋭角な凹凸１５を加工して表面に有する構造とした吸音材１８で作成し、これを専用冶具１３の向い合う内面１４、１４に取り付け、図４に示すように、丸棒鋼７の表面から超音波探触子８の縦波の進行方向の両側にある内端１１ａ、１１ａの部分に戻ってくる反射波９、９を吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼７の内部の疵を検査する、吸音材１８を利用した高精度探傷方法である。
【００１７】
さらに、第２の手段は、超音波探触子８の縦波の超音波の進行方向の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の縦波の超音波が反射する可能性がある湾曲部１６、１６に対して、スポンジなどの吸音材１８の表面を、これらの湾曲部１６に副って並行するように、加工して貼リ付け、超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外は、これらの吸音材１８で隙間なく埋め、超音波探触子８の湾曲部１６、１６に、丸棒鋼７の表面から戻ってくる反射波９、９を吸音材１８により吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して丸棒鋼の内部の疵を検査する、吸音材を利用した高精度探傷方法である。
【００１８】
すなわち、スポンジなどの吸音材１８であれば、超音波探触子８の縦波の超音波の進行方向の両側の内端１１ａ、１１ａが複雑な形状をしていても、加工が容易であり、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに対して接着剤などで貼リ付けることが可能である。したがって、図２のように超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の湾曲部１６の縦波の超音波が反射する可能性がある部分に対して、吸音材１８の表面を湾曲部１６に沿う形状に加工して湾曲部１６に並行に貼リ付け、超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外の湾曲部１６を吸音材１８で隙間なく埋めることで、超音波探触子８の湾曲部１６に、丸棒鋼７の表面から反射されて直接戻ってくる反射波９を吸収または減少させて、超音波探触子８が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して、吸音材を利用した高精度探傷方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記の手段の方法であるため、超音波探触子から被検査材である丸棒鋼に対して発信された縦波の超音波が接触媒質を伝播して被検査材の丸棒鋼の内部に入射する際、被検査材の丸棒鋼の表面で反射した一部の反射波が、接触媒質を伝搬して超音波探触子の両端へ到達した際に、反射波を吸音材で吸収または減少させることができるため、超音波探触子の両側の内端の部分からは、ごく僅かしか反射波が発生しなくなるので、超音波探触子の両側の内端から反射し、誤って超音波探触子で受信されるゴーストエコーと呼ばれる擬似信号がなくなる。
【００２０】
さらに、第２の手段の方法からなるため、超音波探触子の縦波の超音波を送受信する部分以外を吸音材で隙間なく埋めることにより、超音波探触子の両側の内端以外の湾曲した部分から反射されて超音波探触子に受信されるゴーストエコーと呼ばれる擬似信号がなくなる。したがって、被検査材である丸棒鋼の内部に問題があるという誤った判断がされなくなり、結果として不良率の低減および超音波探傷の精度の向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】音響インピーダンスの異なる媒質の境界面における超音波の伝搬に関する説明図である。
【図２】本発明の方法により超音波探触子の湾曲部に吸音材を貼リ付けた説明図である。
【図３】超音波探触子の構造と被検査体の関係を示す図である。
【図４】ゴーストエコーの発生原因の説明図である。
【図５】（ａ）従来のゴーストエコーの発生を抑制するために行った対策の説明図で、（ｂ）はそのための専用治具を拡大して示す斜視図で、本願発明の説明にも使用する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図５の（ａ）および（ｂ）は、従来のゴーストエコーの発生を抑制するために行った対策の説明図であるが、この図５を借りて、これと図１ないし図４により本発明について説明する。図５の（ａ）と同様に、本発明を用いた超音波探触子８から外部の丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向１０の両側部にある、音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに、図５（ｂ）と同様に、表面に約３５〜４０度の鋭角からなる凹凸１５を加工した専用冶具１３の向かい合う内面１４、１４を、超音波探触子８の超音波の進行方向１０の側の内端１１ａ、１１ａの形状に合うように、スポンジなどから加工した吸音材１８を取り付け、図４に示すように、超音波探触子８の縦波の進行方向１０の両側にある内端１１ａ、１１ａに、外部の丸棒鋼７の表面から接触媒質６を介して戻ってくる反射波９、９を吸収または減少させることで、超音波探触子８が受信するゴーストエコーと呼ばれる擬似信号をなくして高精度で超音波探傷する方法である。
【００２３】
この場合、スポンジからなる吸音材１８であれば、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａが複雑な形状をしていても加工が容易であり、超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａに対して接着剤などで貼リ付けることが可能であり、図２のように超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の湾曲部１６、１６の縦波の超音波が反射する可能性がある部分に対して、吸音材１８の表面が湾曲部１６に副うように加工して湾曲部１６に並行に貼り付ける。このようにして超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外の部分は、吸音材１８で隙間なく埋め、超音波探触子の湾曲した部分に、丸棒鋼の表面から戻ってくる反射波を吸収または減少させる方法により、超音波探触子８が受信する擬似信号をなくして高精度で探傷する。
【実施例１】
【００２４】
この実施例では、超音波探触子８と丸棒鋼７との間に超音波が伝搬しやすいように満たされた接触媒質６は水からなっており、したがって超音波探傷を水中で実施する。超音波探触子８から丸棒鋼７に発信する縦波の超音波の進行方向５の両側にある超音波探触子８の内端１１ａ、１１ａを、図５（ｂ）に示すように、表面に約３５〜４０度の凹凸１５を加工して有する専用冶具１３とし、さらに、この超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａの形状に合うようにした吸音材１８を作成して、専用治具１３の向い合う内面１４に貼り付ける。この場合、吸音材１８は水分を含まないよう樹脂製の軟質ゴムでスポンジ状に形成する。この様に超音波探触子８の縦波の進行方向の両側にある両端１１ａ、１１ａに吸音材１８を貼り付けたことで、丸棒鋼７の表面から乱反射して戻ってくる反射波を上記の両端１１ａ、１１ａで吸収または減少してゴーストエコーの疑似信号をなくすことができ、高精度で超音波探傷することができた。
【実施例２】
【００２５】
さらに、この実施例では、同じく超音波探触子８と丸棒鋼７との間に超音波が伝搬しやすいように満たされた接触媒質６は水からなるものとする。超音波探触子８の両側の内端１１ａ、１１ａ以外の部分である超音波探触子８の湾曲部１６の縦波の超音波が反射する可能性がある部分に吸音材１８を貼り付ける。この場合も、実施例１と同様に、水分を含まないよう樹脂製の軟質ゴムでスポンジ状に形成する。このスポンジ状の吸音材１８を超音波探触子の表面の湾曲部１６に副うように加工して、湾曲部１６に並行に貼り付ける。この様に超音波探触子８の縦波の超音波を送受信する部分１７以外の部分は、スポンジ状の樹脂製の軟質ゴムである吸音材１８を隙間なく埋めることによって、丸棒鋼７の表面から乱反射して戻ってくる反射波を、超音波探触子８の湾曲部１６で吸収または減少してゴーストエコーの疑似信号をなくすことができ、高精度で超音波探傷することができた。
【符号の説明】
【００２６】
１ 振動子
２ 超音波吸収体
３ 音響マッチング層
４ 電極
５ 保護膜
６ 接触媒質
７ 丸棒鋼
８ 超音波探触子
９ 丸棒鋼からの反射波
１０ 縦波の超音波の進行方向
１１ 超音波探触子の両端
１１ａ 内端
１２ 超音波探触子の両端の内端からの反射波
１３ 専用冶具
１３ａ 下面
１４ 専用治具の向かい合う内面
１５ 表面加工部の凹凸
１６ 超音波探触子の湾曲部
１７ 超音波探触子の縦波を送受信する部分
１８ 吸音材
Ｗ 被検査材
Ｆ 境界面
Ｐ Ｚ1を伝搬してきた超音波
Ｐｔ 境界面を透過した超音波
Ｐｒ 境界面で反射した超音波
Ｚ1 音響インピーダンス（Ｚ1≠Ｚ2）
Ｚ2 音響インピーダンス（Ｚ2≠Ｚ1）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子から被検査材に発信する縦波の超音波の進行方向の両側部で、一定の長さの下面と、超音波探触子の中心方向に一定の角度で傾斜した内面とを有する専用治具を、超音波探触子から発信する縦波の超音波の進行方向の両側の超音波探触子の両端部に取り付け、この両端部の専用治具の内端の互いに向かい合う内面に、専用冶具の内端形状と同形状からなる鋭角な凹凸面からなる表面加工部を一定間隔で有する吸音材を貼り付け、被検査材の表面から戻ってくる反射波を吸音材により吸収または減少させ、超音波探触子が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して検査することを特徴とする吸音材の利用による高精度探傷方法。
【請求項２】
超音波探触子の縦波の超音波の進行方向の両側の内端以外の縦波の超音波が反射する可能性がある湾曲部に対して、吸音材の表面を超音波探触子の湾曲部に副って並行するように加工して貼リ付け、超音波探触子の縦波の超音波を送受信する部分以外は貼り付けた吸音材で隙間なく埋め、超音波探触子の湾曲部に被検査材の表面から戻ってくる反射波を吸音材により吸収または減少させ、超音波探触子が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して被検査材の内部の疵を検査することを特徴とする吸音材の利用による高精度探傷方法。
【請求項１】
超音波探触子から被検査材に発信する縦波の超音波の進行方向の両側部で、一定の長さの下面と、超音波探触子の中心方向に一定の角度で傾斜した内面とを有する専用治具を、超音波探触子から発信する縦波の超音波の進行方向の両側の超音波探触子の両端部に取り付け、この両端部の専用治具の内端の互いに向かい合う内面に、専用冶具の内端形状と同形状からなる鋭角な凹凸面からなる表面加工部を一定間隔で有する吸音材を貼り付け、被検査材の表面から戻ってくる反射波を吸音材により吸収または減少させ、超音波探触子が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して検査することを特徴とする吸音材の利用による高精度探傷方法。
【請求項２】
超音波探触子の縦波の超音波の進行方向の両側の内端以外の縦波の超音波が反射する可能性がある湾曲部に対して、吸音材の表面を超音波探触子の湾曲部に副って並行するように加工して貼リ付け、超音波探触子の縦波の超音波を送受信する部分以外は貼り付けた吸音材で隙間なく埋め、超音波探触子の湾曲部に被検査材の表面から戻ってくる反射波を吸音材により吸収または減少させ、超音波探触子が受信するゴーストエコーの擬似信号を抑制して被検査材の内部の疵を検査することを特徴とする吸音材の利用による高精度探傷方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０３１９９（Ｐ２０１１−２０３１９９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２８９５（Ｐ２０１０−７２８９５）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
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