超音波斜角探触子
【課題】超音波斜角探触子において、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げるとともに、被検査体を広範囲にわたって検査可能とし、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現する。
【解決手段】振動子１４を、複数の帯状セグメントに分割された構成とする。その際、これら複数の帯状セグメントを、被検査体２の探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成する。これにより、探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射して、被検査体２の内部欠陥６に対して２つの異なる探傷屈折角θ１、θ２で到達させる。これにより内部欠陥６からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥６の検出を容易化する。また、振動子１４の大きさを、従来の単一の方向を向いた振動子と略同じ大きさに維持し、これにより検査不能領域を小さくする。
【解決手段】振動子１４を、複数の帯状セグメントに分割された構成とする。その際、これら複数の帯状セグメントを、被検査体２の探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成する。これにより、探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射して、被検査体２の内部欠陥６に対して２つの異なる探傷屈折角θ１、θ２で到達させる。これにより内部欠陥６からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥６の検出を容易化する。また、振動子１４の大きさを、従来の単一の方向を向いた振動子と略同じ大きさに維持し、これにより検査不能領域を小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、被検査体の内部欠陥検査に用いられる超音波探触子に関するものであり、特に、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させるように構成された超音波斜角探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板や鋼管等の被検査体の内部欠陥を検査する方法として、超音波探傷法が知られている。
【０００３】
この超音波探傷法においては、超音波探触子を被検査体の探傷面に沿って走査しながら、この超音波探触子から被検査体へ向けて超音波を放射し、そのエコーを解析することにより、内部欠陥の存在およびその位置の検出を行うようになっている。
【０００４】
そして、このような超音波探傷法の１つとして、例えば「特許文献１」に記載されているように、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させる斜角探傷法が知られている。
【０００５】
この斜角探傷法においては、超音波探触子として超音波斜角探触子が用いられるが、この超音波斜角探触子は、例えば「特許文献２」に記載されているように、楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定された構成となっている。ただし「特許文献３」には、超音波斜角探触子において、振動子が楔状ブロックに対して傾動可能に支持されたものが記載されている。
【０００６】
なお、上記「特許文献１」および「特許文献２」には、超音波の送信と受信とを別々の超音波探触子で行う二探触子法が記載されており、上記「特許文献３」には、１つの超音波探触子で超音波の送受信を行う一探触子法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２４８６９０号公報
【特許文献２】特開平７−２１８４８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
斜角探傷法を採用することにより、探傷面に対して超音波を垂直に入射させる垂直探傷法では検査不能な溶接部等についても、その欠陥検査を容易に行うことが可能となる。
【０００９】
しかしながら、上記「特許文献１」および「特許文献２」に記載された超音波斜角探触子は、その振動子が単一の方向を向いているので、超音波が探傷面から被検査体に入射する際の探傷屈折角も単一の角度となり、内部欠陥に到達する超音波も単一の向きとなり、このため検出可能な内部欠陥の向きが狭い角度範囲のものに限られてしまう、という問題がある。
【００１０】
これに対し、上記「特許文献３」に記載されているように、振動子が楔状ブロックに対して傾動可能に支持された構成とすれば、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることが可能となる。しかしながら、このようにした場合には、超音波斜角探触子が大型化してしまい、また、振動子の傾動させるためのアクチュエータおよびその駆動制御手段が必要となるため、探傷システムが複雑化してしまう、という問題がある。
【００１１】
一方、上記「特許文献３」に記載された構成、すなわち複数の超音波斜角探触子が１つのホルダに装着された構成、を採用した上で、これら各超音波斜角探触子の振動子の傾斜角度を互いに異なった値に設定し、これらを一括して走査するようにすれば、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることが可能となる。しかしながら、このようにした場合には、超音波斜角探触子が大型化してしまい、また、被検査体の端部領域に関しては、２種類の超音波斜角探触子の双方からの超音波を到達させることが困難となるので、被検査体を広範囲にわたって検査することができなくなってしまう、という問題がある。
【００１２】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる超音波斜角探触子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明は、振動子の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００１４】
すなわち、本願発明に係る超音波斜角探触子は、
楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定されてなり、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させるように構成された超音波斜角探触子において、
上記振動子が、複数の帯状セグメントに分割されており、
これら複数の帯状セグメントが、上記探傷面に対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントを１本ずつ交互に配置することにより構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１５】
上記各「帯状セグメント」の大きさやその縦横比等の具体的構成は、特に限定されるものではない。
【００１６】
上記「２種類の帯状セグメント」のうち、相対的に小さい傾斜角度で配置された複数の帯状セグメントを「第１帯状セグメント群」、相対的に大きい傾斜角度で配置された複数の帯状セグメントを「第２帯状セグメント群」としたとき、「第１帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントの傾斜角度および「第２帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントの傾斜角度の具体的な値や、両者間の傾斜角度の差等については、特に限定されるものではない。また、「第１帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントは、互いに同一幅で形成されていてよいことはもちろんであるが、互いに異なる幅で形成されていてもよく、同様に、「第２帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントは、互いに同一幅で形成されていてよいことはもちろんであるが、互いに異なる幅で形成されていてもよい。
【００１７】
本願発明に係る超音波斜角探触子は、一探触子法、二探触子法のいずれにも適用可能である。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成に示すように、本願発明に係る超音波斜角探触子は、楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定された構成となっているが、この振動子は複数の帯状セグメントに分割されており、そして、これら複数の帯状セグメントは、被検査体の探傷面に対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントを１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することが可能となる。
【００１９】
このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００２０】
その際、振動子は傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントが１本ずつ交互に配置された構成となっているので、振動子の大きさを、従来の単一の方向を向いた振動子と略同じ大きさに維持したままで、探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射させることが可能となり、これにより超音波斜角探触子をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
しかも、振動子が楔状ブロックに対して傾動可能に支持された上記従来例のように探傷システムを複雑化させてしまうことなく、上記作用効果を得ることができる。また、複数の超音波斜角探触子が１つのホルダに装着された上記従来例の構成において、これら各超音波斜角探触子の振動子の傾斜角度を互いに異なった値に設定した場合に比して、検査不能領域を小さくすることができ、これにより被検査体を広範囲にわたって検査することが可能となる。
【００２２】
このように本願発明によれば、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる。
【００２３】
上記構成において、各帯状セグメントを、探傷面と平行に延びるように配置すれば、上記第１帯状セグメント群および上記第２帯状セグメント群から放射される超音波の探傷面への入射位置を、楔状ブロックの斜面の幅方向に関して一致させることができる。そしてこれにより、超音波斜角探触子を楔状ブロックの斜面に沿った前後方向に走査したときの、被検査体の内部欠陥検査を極めて精度良く行うことができる。
【００２４】
上記構成において、２種類の帯状セグメント相互間における傾斜角度の差の具体的な値が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これを１０°以上の値に設定すれば、第１帯状セグメント群から放射される超音波の探傷屈折角と第２帯状セグメント群から放射される超音波の探傷屈折角との差を十分大きくすることができるので、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を十分に確保することができる。
【００２５】
上記構成において、振動子を、所定の周波数で振動する第１振動子と、この第１振動子を囲むように配置され、該第１振動子よりも低い周波数で振動する第２振動子とを備えた構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００２６】
すなわち、このような構成を採用することにより、周波数が異なる２種類の超音波を被検査体に対して放射することが可能となるが、その際、第１振動子から放射される相対的に高い周波数の超音波により、被検査体の探傷面近傍領域の検査を精度良く行うとともに、第２振動子から放射される相対的に低い周波数の超音波により、被検査体の探傷面から離れた領域の検査を精度良く行うことができる。また、被検査体の端部領域に関しても、両振動子の双方からの超音波を到達させることができるので、その内部欠陥検査を精度良く行うことができる。
【００２７】
しかも、第２振動子は第１振動子を囲むように配置されているので、これらを略同心で配置することができ、これにより両振動子から放射される超音波の探傷面への入射位置を略一致させることができる。このため、被検査体の内部欠陥検査を精度良く行うことができる。
【００２８】
さらに、第１振動子よりも低い周波数で超音波を放射する第２振動子は、第１振動子よりも大きいサイズで構成することが好ましいが、この第２振動子は第１振動子を囲むように配置されているので、容易にこれを実現することができる。
【００２９】
このようにした場合において、第１振動子の外形形状と第２振動子の外形形状とを略相似形に設定すれば、両振動子から放射される超音波の探傷面への入射位置の一致度を高めることができ、これにより被検査体をより精度良く検査することができる。
【００３０】
また、このようにした場合において、第１振動子を、第２振動子よりも薄肉で構成すれば、これを第２振動子よりも高い周波数で超音波を放射する構成とすることが容易に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
【００３２】
図１は、本願発明の一実施形態に係る超音波斜角探触子１０を示す側断面図であり、図２は、その平断面図である。
【００３３】
これらの図に示すように、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０は、アクリル樹脂等からなる楔状ブロック１２の斜面１２ａに、振動子１４が載置固定されてなり、鋼板等の被検査体２の探傷面２ａに対して斜めにパルス状の超音波を入射させるとともに、そのエコーを受信するようになっている。
【００３４】
振動子１４は、所定の周波数（例えば２ＭＨｚ）で超音波を放射する１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２に分割されている。これら各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、いずれも長さ２０ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度、厚さ１ｍｍ程度の帯板状に形成された圧電体セラミックスの両面に電極膜が形成されてなり、その長尺方向が探傷面２ａと平行に延びるように配置されている。
【００３５】
これら１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されている。
【００３６】
すなわち、１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２のうち６本の帯状セグメント１４ｓ１は、これら各帯状セグメント１４ｓ１から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、所定の設定角度θ１（例えばθ１＝５０°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残り６本の帯状セグメント１４ｓ２は、これら各帯状セグメント１４ｓ２から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、探傷屈折角θ１よりもある程度大きい設定角度θ２（例えばθ２＝６５°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αよりもある程度大きい（例えば１１°程度大きい）傾斜角度βで配置されている。
【００３７】
楔状ブロック１２は、その斜面１２ａの傾斜角度が、上記傾斜角度α、βの平均値に設定されており、また、この斜面１２ａには、６本の帯状セグメント１４ｓ１を傾斜角度αで配置するとともに、６本の帯状セグメント１４ｓ２を傾斜角度βで配置するための複数の凹部が形成されている。その際、１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、互いに接触してしまわないよう、微小な隙間をおいて配置されている。
【００３８】
これら１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、楔状ブロック１２と共に金属ケース１６内に収容されている。その際、楔状ブロック１２は、その斜面１２ａと対向する超音波出射面１２ｂを金属ケース１６から露出させるようにして収容されている。そして、この金属ケース１６内における、楔状ブロック１２のもう１つの斜面と、金属ケース１６の周面壁との間には、吸音材１８が収容されている。また、この金属ケース１６の上部コーナ部に形成された開口部１６ａには、コネクタ２０が装着されており、このコネクタ２０には、各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２の両面の各電極から延びるリード線２２が接続されている。
【００３９】
図３は、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０を用いて、被検査体２の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図である。
【００４０】
同図に示すように、超音波斜角探触子１０を被検査体２の探傷面２ａに沿って走査しながら、この超音波斜角探触子１０から被検査体２へ向けて斜めに超音波を放射し、そのエコーを解析手段（図示せず）を用いて解析することにより、被検査体２の内部欠陥の検査を行うようになっている。
【００４１】
この超音波斜角探触子１０から放射される超音波のうち、傾斜角度αで配置された６本の帯状セグメント１４ｓ１から放射される超音波は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ１で進行し、一方、傾斜角度βで配置された６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射される超音波は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ２で進行する。
【００４２】
ここで、被検査体２が突き合わせ溶接されているものとし、その溶接部４の周辺に、探傷屈折角θ１の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥６が存在するものとする。
【００４３】
超音波斜角探触子１０を被検査体２の探傷面２ａに沿って図示矢印の方向へ走査すると、まず、６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射された超音波が内部欠陥６に到達する。この超音波は探傷屈折角θ２で進行するので、探傷屈折角θ１の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥６からは明瞭なエコーが得られない。
【００４４】
超音波斜角探触子１０をさらに図示矢印の方向へ走査すると、６本の帯状セグメント１４ｓ１から放射された超音波が内部欠陥６に到達する。この超音波は探傷屈折角θ１で進行するので、探傷屈折角θ１の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥６から明瞭なエコーが得られる。そして、この内部欠陥６からのエコーが６本の帯状セグメント１４ｓ１に戻り、内部欠陥６の存在および位置が容易に検出される。
【００４５】
同様に、被検査体２に探傷屈折角θ２の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥（図示せず）が存在する場合には、６本の帯状セグメント１４ｓ１から放射された超音波では内部欠陥からの明瞭なエコーは得られないが、６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射された超音波により上記内部欠陥からの明瞭なエコーが得られるので、その存在および位置が容易に検出される。
【００４６】
図示矢印の方向への走査が完了したら、超音波斜角探触子１０をその幅方向へ多少ずらして、図示矢印とは反対方向へ走査し、これが完了したら、超音波斜角探触子１０をその幅方向へ多少ずらして、再び図示矢印の方向への走査する。そしてこのようにして、被検査体２の探傷面２ａの全域にわたって超音波斜角探触子１０の走査を行う。
【００４７】
以上詳述したように、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０は、楔状ブロック１２の斜面１２ａに振動子１４が載置固定された構成となっているが、この振動子１４は１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２に分割されており、そして、これら１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、被検査体２の探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体２に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することができる。
【００４８】
このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００４９】
その際、振動子１４は傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２が１本ずつ交互に配置された構成となっているので、振動子１４の大きさを、従来の単一の方向を向いた振動子１４と略同じ大きさに維持したままで、探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射させることが可能となり、これにより超音波斜角探触子１０をコンパクトに構成することができる。
【００５０】
そして、このように超音波斜角探触子１０をコンパクトに構成することができるので、これを被検査体２の探傷面２ａの隅々まで超音波斜角探触子１０を走査することができ、これにより被検査体を広範囲にわたって検査することができる。
【００５１】
しかも、振動子１４は可動式ではないので、探傷システムを複雑化させてしまうことなく、上記作用効果を得ることができる。
【００５２】
このように本実施形態に係る超音波斜角探触子１０を用いることにより、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体２を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０は、各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２が、探傷面２ａと平行に延びるように配置されているので、６本の帯状セグメント１４ｓ１および６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射される超音波の探傷面２ａへの入射位置を、楔状ブロック１２の斜面１２ａの幅方向（すなわち図示矢印方向と直交する方向）に関して一致させることができる。そしてこれにより、超音波斜角探触子１０を楔状ブロック１２の斜面１２ａに沿った前後方向（すなわち図示矢印に沿った方向）に走査したときの、被検査体２の内部欠陥検査を極めて精度良く行うことができる。
【００５４】
さらに、本実施形態において例示したように、２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２相互間における傾斜角度の差（β−α）を１１°程度の値に設定し、その探傷屈折角の差（θ２−θ１）が１５°程度になるようにすれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００５５】
すなわち、内部欠陥の向きが、探傷屈折角と直交する平面に対して±１０°程度以下の角度範囲内であれば、内部欠陥からの明瞭なエコーを振動子１４へ戻すことが可能であるが、その際、探傷屈折角の差を１５°程度になるようにしておけば、検査可能な内部欠陥の向きを３５°程度の角度範囲まで拡げることができる。
【００５６】
次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。
【００５７】
図４は、本変形例に係る超音波斜角探触子１１０を示す側断面図である。
【００５８】
同図に示すように、本変形例に係る超音波斜角探触子１１０は、その基本的な構成は、上記実施形態に係る超音波斜角探触子１０と同様であるが、その振動子１１４の構成が上記実施形態の場合と異なっている。
【００５９】
すなわち、本変形例の振動子１１４は、上記実施形態の振動子１４と同様、１２本の帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２に分割されているが、これら各帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２は、その長尺方向が、探傷面２ａと平行ではなく、楔状ブロック１２の斜面１２ａの傾斜方向に延びるように配置されている。
【００６０】
そして、これら１２本の帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２は、上記実施形態の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２と同様、６本の帯状セグメント１１４ｓ１については、これら各帯状セグメン１１４ｓ１から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、所定の設定角度θ１（例えばθ１＝５０°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残り６本の帯状セグメント１１４ｓ１は、これら各帯状セグメント１１４ｓ２から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、探傷屈折角θ１よりもある程度大きい設定角度θ２（例えばθ２＝６５°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αよりもある程度大きい（例えば１１°程度大きい）傾斜角度βで配置されている。
【００６１】
本変形例に係る超音波斜角探触子１１０を採用した場合においても、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体２を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる。
【００６２】
ただし、本変形例に係る超音波斜角探触子１１０においては、各帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２が、上記実施形態の各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２と直交する方向に延びているので、６本の帯状セグメント１１４ｓ１および６本の帯状セグメント１１４ｓ２から放射される超音波の探傷面２ａへの入射位置が、帯状セグメント半幅分だけ、楔状ブロック１２の斜面１２ａの幅方向にずれてしまうこととなる。
【００６３】
次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。
【００６４】
図５は、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０を示す側断面図であり、図６は、その平断面図である。
【００６５】
これらの図に示すように、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０は、その基本的な構成は、上記実施形態に係る超音波斜角探触子１０と同様であるが、振動子２１４の構成が上記実施形態の場合と異なっている。
【００６６】
すなわち、本変形例の振動子２１４は、比較的高い周波数（例えば５ＭＨｚ）で超音波を放射する第１振動子２１４Ａと、この第１振動子２１４Ａを囲むように配置され、該第１振動子２１４Ａよりも低い周波数（例えば２ＭＨｚ）で超音波を放射する第２振動子２１４Ｂとからなっている。
【００６７】
第１振動子２１４Ａは、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２に分割されており、また、第２振動子２１４Ｂは、複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２に分割されている。その際、各帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２は、いずれも幅１ｍｍ程度、厚さ０．５ｍｍ程度の帯板状に形成されており、その長尺方向が探傷面２ａと平行に延びるように配置されている。また、各帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２は、いずれも幅２ｍｍ程度、厚さ１ｍｍ程度の帯板状に形成されており、その長尺方向が探傷面２ａと平行に延びるように配置されている。
【００６８】
第１振動子２１４Ａを構成する複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２は、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されている。
【００６９】
すなわち、これら複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２のうち、半数の帯状セグメント２１４Ａｓ１は、該帯状セグメント２１４Ａｓ１から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、所定の設定角度θ１（例えばθ１＝５０°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残りの半数の帯状セグメント２１４Ａｓ２は、該帯状セグメント２１４Ａｓ２から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、探傷屈折角θ１よりもある程度大きい設定角度θ２（例えばθ２＝６５°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αよりもある程度大きい（例えば１１°程度大きい）傾斜角度βで配置されている。
【００７０】
また、第２振動子２１４Ｂを構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２も、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されている。
【００７１】
すなわち、これら複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２のうち、半数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１は、該帯状セグメント２１４Ｂｓ１から放射される超音波の探傷屈折角が上記設定角度θ１となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残りの半数の帯状セグメント２１４Ｂｓ２は、該帯状セグメント２１４Ｂｓ２から放射される超音波の探傷屈折角が上記設定角度θ２となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度βで配置されている。
【００７２】
楔状ブロック１２の斜面１２ａには、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１および２１４Ｂｓ１を傾斜角度αで配置するとともに、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ２および２１４Ｂｓ２を傾斜角度βで配置するための複数の凹部が形成されている。
【００７３】
第２振動子２１４Ｂには、第１振動子２１４Ａよりもひと回り大きい正方形の内周開口部２１４Ｂａが形成されており、これにより第１振動子２１４Ａと第２振動子２１４Ｂとの間に１ｍｍ程度の隙間が全周にわたって形成されるようになっている。また、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２および２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２は、互いに接触してしまわないよう、微小な隙間をおいて配置されている。
【００７４】
図７は、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０を用いて、被検査体２の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図である。
【００７５】
同図に示すように、超音波斜角探触子２１０から被検査体２へ向けて斜めに超音波を放射させながら、この超音波斜角探触子２１０を被検査体２の探傷面２ａに沿って走査し、そのエコーを解析することにより内部欠陥の検査を行うようになっている。
【００７６】
この超音波斜角探触子２１０から放射された超音波のうち、第１振動子２１４Ａの半数を構成する帯状セグメント２１４Ａｓ１および第２振動子２１４Ｂの半数を構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ１で進行し、また、第１振動子２１４Ａの半数を構成する帯状セグメント２１４Ａｓ２および第２振動子２１４Ｂの半数を構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ２は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ２で進行する。
【００７７】
その際、第１振動子２１４Ａから放射される超音波は、第２振動子２１４Ｂから放射される超音波よりも周波数が高いので、第１振動子２１４Ａの適正検査領域Ａａは、被検査体２の探傷面２ａ近傍領域に形成され、第２振動子２１４Ｂの適正検査領域Ａｂは、被検査体２の探傷面２ａから離れた位置に形成される。
【００７８】
したがって、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０を採用することにより、第１振動子２１４Ａから放射される相対的に高い周波数の超音波により、被検査体２の探傷面２ａ近傍領域の検査を精度良く行うとともに、第２振動子２１４Ｂから放射される相対的に低い周波数の超音波により、被検査体２の探傷面２ａから離れた領域の検査を精度良く行うことができる。また、被検査体２の端部領域に関しても、両振動子２１４Ａ、２１４Ｂの双方からの超音波を到達させてその内部欠陥検査を行うことができる。
【００７９】
しかも、第１振動子２１４Ａを構成する複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２は、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体２に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することができる。このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００８０】
また、第２振動子２１４Ｂを構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２も、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体２に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することができる。このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００８１】
上記実施形態および各変形例においては、説明の便宜上、コネクタ２０が単一のコネクタピンを備えているものとして図示したが、各帯状セグメント１４ｓ１の両面の各電極から延びるリード線２２用のコネクタピンと、各帯状セグメント１４ｓ２の両面の各電極から延びるリード線２２用のコネクタピンとを備えた構成とすることも可能である。
【００８２】
また、上記実施形態および各変形例においては、超音波探触子１０、１１０、２１０を、１つの超音波探触子で超音波の送受信を行う一探触子法に適用する場合について説明したが、これら超音波探触子１０、１１０、２１０を、超音波の送信と受信とを別々の超音波探触子で行う二探触子法に適用することも可能である。
【００８３】
なお、上記実施形態および各変形例において、超音波斜角探触子１０、１１０、２１０の諸元を示す数値は、あくまでも例示的なものであり、これ以外の値に設定されていてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本願発明の一実施形態に係る超音波斜角探触子を示す側断面図
【図２】上記超音波斜角探触子を示す平断面図
【図３】上記超音波斜角探触子を用いて、被検査体の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図
【図４】上記実施形態の第１変形例に係る超音波斜角探触子を示す側断面図
【図５】上記実施形態の第２変形例に係る超音波斜角探触子を示す側断面図
【図６】上記第２変形例に係る超音波斜角探触子を示す平断面図
【図７】上記第２変形例に係る超音波斜角探触子を用いて、被検査体の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図
【符号の説明】
【００８５】
２ 被検査体
２ａ 探傷面
４ 溶接部
６ 内部欠陥
１０、１１０、２１０ 超音波斜角探触子
１２ 楔状ブロック
１２ａ 斜面
１２ｂ 超音波出射面
１４、１１４、２１４ 振動子
１４ｓ１、１４ｓ２、１１４ｓ１、１１４ｓ２、２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２、２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２ 帯状セグメント
１６ 金属ケース
１６ａ 開口部
１８ 吸音材
２０ コネクタ
２２ リード線
２１４Ａ 第１振動子
２１４Ｂ 第２振動子
２１４Ｂａ 内周開口部
Ａａ、Ａｂ 適正検査領域
α、β 傾斜角度
θ１、θ２ 探傷屈折角
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、被検査体の内部欠陥検査に用いられる超音波探触子に関するものであり、特に、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させるように構成された超音波斜角探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板や鋼管等の被検査体の内部欠陥を検査する方法として、超音波探傷法が知られている。
【０００３】
この超音波探傷法においては、超音波探触子を被検査体の探傷面に沿って走査しながら、この超音波探触子から被検査体へ向けて超音波を放射し、そのエコーを解析することにより、内部欠陥の存在およびその位置の検出を行うようになっている。
【０００４】
そして、このような超音波探傷法の１つとして、例えば「特許文献１」に記載されているように、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させる斜角探傷法が知られている。
【０００５】
この斜角探傷法においては、超音波探触子として超音波斜角探触子が用いられるが、この超音波斜角探触子は、例えば「特許文献２」に記載されているように、楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定された構成となっている。ただし「特許文献３」には、超音波斜角探触子において、振動子が楔状ブロックに対して傾動可能に支持されたものが記載されている。
【０００６】
なお、上記「特許文献１」および「特許文献２」には、超音波の送信と受信とを別々の超音波探触子で行う二探触子法が記載されており、上記「特許文献３」には、１つの超音波探触子で超音波の送受信を行う一探触子法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２４８６９０号公報
【特許文献２】特開平７−２１８４８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
斜角探傷法を採用することにより、探傷面に対して超音波を垂直に入射させる垂直探傷法では検査不能な溶接部等についても、その欠陥検査を容易に行うことが可能となる。
【０００９】
しかしながら、上記「特許文献１」および「特許文献２」に記載された超音波斜角探触子は、その振動子が単一の方向を向いているので、超音波が探傷面から被検査体に入射する際の探傷屈折角も単一の角度となり、内部欠陥に到達する超音波も単一の向きとなり、このため検出可能な内部欠陥の向きが狭い角度範囲のものに限られてしまう、という問題がある。
【００１０】
これに対し、上記「特許文献３」に記載されているように、振動子が楔状ブロックに対して傾動可能に支持された構成とすれば、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることが可能となる。しかしながら、このようにした場合には、超音波斜角探触子が大型化してしまい、また、振動子の傾動させるためのアクチュエータおよびその駆動制御手段が必要となるため、探傷システムが複雑化してしまう、という問題がある。
【００１１】
一方、上記「特許文献３」に記載された構成、すなわち複数の超音波斜角探触子が１つのホルダに装着された構成、を採用した上で、これら各超音波斜角探触子の振動子の傾斜角度を互いに異なった値に設定し、これらを一括して走査するようにすれば、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることが可能となる。しかしながら、このようにした場合には、超音波斜角探触子が大型化してしまい、また、被検査体の端部領域に関しては、２種類の超音波斜角探触子の双方からの超音波を到達させることが困難となるので、被検査体を広範囲にわたって検査することができなくなってしまう、という問題がある。
【００１２】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる超音波斜角探触子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明は、振動子の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００１４】
すなわち、本願発明に係る超音波斜角探触子は、
楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定されてなり、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させるように構成された超音波斜角探触子において、
上記振動子が、複数の帯状セグメントに分割されており、
これら複数の帯状セグメントが、上記探傷面に対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントを１本ずつ交互に配置することにより構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１５】
上記各「帯状セグメント」の大きさやその縦横比等の具体的構成は、特に限定されるものではない。
【００１６】
上記「２種類の帯状セグメント」のうち、相対的に小さい傾斜角度で配置された複数の帯状セグメントを「第１帯状セグメント群」、相対的に大きい傾斜角度で配置された複数の帯状セグメントを「第２帯状セグメント群」としたとき、「第１帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントの傾斜角度および「第２帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントの傾斜角度の具体的な値や、両者間の傾斜角度の差等については、特に限定されるものではない。また、「第１帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントは、互いに同一幅で形成されていてよいことはもちろんであるが、互いに異なる幅で形成されていてもよく、同様に、「第２帯状セグメント群」を構成する各帯状セグメントは、互いに同一幅で形成されていてよいことはもちろんであるが、互いに異なる幅で形成されていてもよい。
【００１７】
本願発明に係る超音波斜角探触子は、一探触子法、二探触子法のいずれにも適用可能である。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成に示すように、本願発明に係る超音波斜角探触子は、楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定された構成となっているが、この振動子は複数の帯状セグメントに分割されており、そして、これら複数の帯状セグメントは、被検査体の探傷面に対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントを１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することが可能となる。
【００１９】
このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００２０】
その際、振動子は傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントが１本ずつ交互に配置された構成となっているので、振動子の大きさを、従来の単一の方向を向いた振動子と略同じ大きさに維持したままで、探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射させることが可能となり、これにより超音波斜角探触子をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
しかも、振動子が楔状ブロックに対して傾動可能に支持された上記従来例のように探傷システムを複雑化させてしまうことなく、上記作用効果を得ることができる。また、複数の超音波斜角探触子が１つのホルダに装着された上記従来例の構成において、これら各超音波斜角探触子の振動子の傾斜角度を互いに異なった値に設定した場合に比して、検査不能領域を小さくすることができ、これにより被検査体を広範囲にわたって検査することが可能となる。
【００２２】
このように本願発明によれば、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる。
【００２３】
上記構成において、各帯状セグメントを、探傷面と平行に延びるように配置すれば、上記第１帯状セグメント群および上記第２帯状セグメント群から放射される超音波の探傷面への入射位置を、楔状ブロックの斜面の幅方向に関して一致させることができる。そしてこれにより、超音波斜角探触子を楔状ブロックの斜面に沿った前後方向に走査したときの、被検査体の内部欠陥検査を極めて精度良く行うことができる。
【００２４】
上記構成において、２種類の帯状セグメント相互間における傾斜角度の差の具体的な値が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これを１０°以上の値に設定すれば、第１帯状セグメント群から放射される超音波の探傷屈折角と第２帯状セグメント群から放射される超音波の探傷屈折角との差を十分大きくすることができるので、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を十分に確保することができる。
【００２５】
上記構成において、振動子を、所定の周波数で振動する第１振動子と、この第１振動子を囲むように配置され、該第１振動子よりも低い周波数で振動する第２振動子とを備えた構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００２６】
すなわち、このような構成を採用することにより、周波数が異なる２種類の超音波を被検査体に対して放射することが可能となるが、その際、第１振動子から放射される相対的に高い周波数の超音波により、被検査体の探傷面近傍領域の検査を精度良く行うとともに、第２振動子から放射される相対的に低い周波数の超音波により、被検査体の探傷面から離れた領域の検査を精度良く行うことができる。また、被検査体の端部領域に関しても、両振動子の双方からの超音波を到達させることができるので、その内部欠陥検査を精度良く行うことができる。
【００２７】
しかも、第２振動子は第１振動子を囲むように配置されているので、これらを略同心で配置することができ、これにより両振動子から放射される超音波の探傷面への入射位置を略一致させることができる。このため、被検査体の内部欠陥検査を精度良く行うことができる。
【００２８】
さらに、第１振動子よりも低い周波数で超音波を放射する第２振動子は、第１振動子よりも大きいサイズで構成することが好ましいが、この第２振動子は第１振動子を囲むように配置されているので、容易にこれを実現することができる。
【００２９】
このようにした場合において、第１振動子の外形形状と第２振動子の外形形状とを略相似形に設定すれば、両振動子から放射される超音波の探傷面への入射位置の一致度を高めることができ、これにより被検査体をより精度良く検査することができる。
【００３０】
また、このようにした場合において、第１振動子を、第２振動子よりも薄肉で構成すれば、これを第２振動子よりも高い周波数で超音波を放射する構成とすることが容易に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
【００３２】
図１は、本願発明の一実施形態に係る超音波斜角探触子１０を示す側断面図であり、図２は、その平断面図である。
【００３３】
これらの図に示すように、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０は、アクリル樹脂等からなる楔状ブロック１２の斜面１２ａに、振動子１４が載置固定されてなり、鋼板等の被検査体２の探傷面２ａに対して斜めにパルス状の超音波を入射させるとともに、そのエコーを受信するようになっている。
【００３４】
振動子１４は、所定の周波数（例えば２ＭＨｚ）で超音波を放射する１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２に分割されている。これら各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、いずれも長さ２０ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度、厚さ１ｍｍ程度の帯板状に形成された圧電体セラミックスの両面に電極膜が形成されてなり、その長尺方向が探傷面２ａと平行に延びるように配置されている。
【００３５】
これら１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されている。
【００３６】
すなわち、１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２のうち６本の帯状セグメント１４ｓ１は、これら各帯状セグメント１４ｓ１から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、所定の設定角度θ１（例えばθ１＝５０°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残り６本の帯状セグメント１４ｓ２は、これら各帯状セグメント１４ｓ２から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、探傷屈折角θ１よりもある程度大きい設定角度θ２（例えばθ２＝６５°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αよりもある程度大きい（例えば１１°程度大きい）傾斜角度βで配置されている。
【００３７】
楔状ブロック１２は、その斜面１２ａの傾斜角度が、上記傾斜角度α、βの平均値に設定されており、また、この斜面１２ａには、６本の帯状セグメント１４ｓ１を傾斜角度αで配置するとともに、６本の帯状セグメント１４ｓ２を傾斜角度βで配置するための複数の凹部が形成されている。その際、１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、互いに接触してしまわないよう、微小な隙間をおいて配置されている。
【００３８】
これら１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、楔状ブロック１２と共に金属ケース１６内に収容されている。その際、楔状ブロック１２は、その斜面１２ａと対向する超音波出射面１２ｂを金属ケース１６から露出させるようにして収容されている。そして、この金属ケース１６内における、楔状ブロック１２のもう１つの斜面と、金属ケース１６の周面壁との間には、吸音材１８が収容されている。また、この金属ケース１６の上部コーナ部に形成された開口部１６ａには、コネクタ２０が装着されており、このコネクタ２０には、各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２の両面の各電極から延びるリード線２２が接続されている。
【００３９】
図３は、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０を用いて、被検査体２の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図である。
【００４０】
同図に示すように、超音波斜角探触子１０を被検査体２の探傷面２ａに沿って走査しながら、この超音波斜角探触子１０から被検査体２へ向けて斜めに超音波を放射し、そのエコーを解析手段（図示せず）を用いて解析することにより、被検査体２の内部欠陥の検査を行うようになっている。
【００４１】
この超音波斜角探触子１０から放射される超音波のうち、傾斜角度αで配置された６本の帯状セグメント１４ｓ１から放射される超音波は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ１で進行し、一方、傾斜角度βで配置された６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射される超音波は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ２で進行する。
【００４２】
ここで、被検査体２が突き合わせ溶接されているものとし、その溶接部４の周辺に、探傷屈折角θ１の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥６が存在するものとする。
【００４３】
超音波斜角探触子１０を被検査体２の探傷面２ａに沿って図示矢印の方向へ走査すると、まず、６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射された超音波が内部欠陥６に到達する。この超音波は探傷屈折角θ２で進行するので、探傷屈折角θ１の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥６からは明瞭なエコーが得られない。
【００４４】
超音波斜角探触子１０をさらに図示矢印の方向へ走査すると、６本の帯状セグメント１４ｓ１から放射された超音波が内部欠陥６に到達する。この超音波は探傷屈折角θ１で進行するので、探傷屈折角θ１の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥６から明瞭なエコーが得られる。そして、この内部欠陥６からのエコーが６本の帯状セグメント１４ｓ１に戻り、内部欠陥６の存在および位置が容易に検出される。
【００４５】
同様に、被検査体２に探傷屈折角θ２の方向と直交する平面に略沿って延びる内部欠陥（図示せず）が存在する場合には、６本の帯状セグメント１４ｓ１から放射された超音波では内部欠陥からの明瞭なエコーは得られないが、６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射された超音波により上記内部欠陥からの明瞭なエコーが得られるので、その存在および位置が容易に検出される。
【００４６】
図示矢印の方向への走査が完了したら、超音波斜角探触子１０をその幅方向へ多少ずらして、図示矢印とは反対方向へ走査し、これが完了したら、超音波斜角探触子１０をその幅方向へ多少ずらして、再び図示矢印の方向への走査する。そしてこのようにして、被検査体２の探傷面２ａの全域にわたって超音波斜角探触子１０の走査を行う。
【００４７】
以上詳述したように、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０は、楔状ブロック１２の斜面１２ａに振動子１４が載置固定された構成となっているが、この振動子１４は１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２に分割されており、そして、これら１２本の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２は、被検査体２の探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体２に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することができる。
【００４８】
このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００４９】
その際、振動子１４は傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２が１本ずつ交互に配置された構成となっているので、振動子１４の大きさを、従来の単一の方向を向いた振動子１４と略同じ大きさに維持したままで、探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射させることが可能となり、これにより超音波斜角探触子１０をコンパクトに構成することができる。
【００５０】
そして、このように超音波斜角探触子１０をコンパクトに構成することができるので、これを被検査体２の探傷面２ａの隅々まで超音波斜角探触子１０を走査することができ、これにより被検査体を広範囲にわたって検査することができる。
【００５１】
しかも、振動子１４は可動式ではないので、探傷システムを複雑化させてしまうことなく、上記作用効果を得ることができる。
【００５２】
このように本実施形態に係る超音波斜角探触子１０を用いることにより、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体２を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る超音波斜角探触子１０は、各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２が、探傷面２ａと平行に延びるように配置されているので、６本の帯状セグメント１４ｓ１および６本の帯状セグメント１４ｓ２から放射される超音波の探傷面２ａへの入射位置を、楔状ブロック１２の斜面１２ａの幅方向（すなわち図示矢印方向と直交する方向）に関して一致させることができる。そしてこれにより、超音波斜角探触子１０を楔状ブロック１２の斜面１２ａに沿った前後方向（すなわち図示矢印に沿った方向）に走査したときの、被検査体２の内部欠陥検査を極めて精度良く行うことができる。
【００５４】
さらに、本実施形態において例示したように、２種類の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２相互間における傾斜角度の差（β−α）を１１°程度の値に設定し、その探傷屈折角の差（θ２−θ１）が１５°程度になるようにすれば、次のような作用効果を得ることができる。
【００５５】
すなわち、内部欠陥の向きが、探傷屈折角と直交する平面に対して±１０°程度以下の角度範囲内であれば、内部欠陥からの明瞭なエコーを振動子１４へ戻すことが可能であるが、その際、探傷屈折角の差を１５°程度になるようにしておけば、検査可能な内部欠陥の向きを３５°程度の角度範囲まで拡げることができる。
【００５６】
次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。
【００５７】
図４は、本変形例に係る超音波斜角探触子１１０を示す側断面図である。
【００５８】
同図に示すように、本変形例に係る超音波斜角探触子１１０は、その基本的な構成は、上記実施形態に係る超音波斜角探触子１０と同様であるが、その振動子１１４の構成が上記実施形態の場合と異なっている。
【００５９】
すなわち、本変形例の振動子１１４は、上記実施形態の振動子１４と同様、１２本の帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２に分割されているが、これら各帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２は、その長尺方向が、探傷面２ａと平行ではなく、楔状ブロック１２の斜面１２ａの傾斜方向に延びるように配置されている。
【００６０】
そして、これら１２本の帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２は、上記実施形態の帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２と同様、６本の帯状セグメント１１４ｓ１については、これら各帯状セグメン１１４ｓ１から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、所定の設定角度θ１（例えばθ１＝５０°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残り６本の帯状セグメント１１４ｓ１は、これら各帯状セグメント１１４ｓ２から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、探傷屈折角θ１よりもある程度大きい設定角度θ２（例えばθ２＝６５°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αよりもある程度大きい（例えば１１°程度大きい）傾斜角度βで配置されている。
【００６１】
本変形例に係る超音波斜角探触子１１０を採用した場合においても、検出可能な内部欠陥の向きの角度範囲を拡げることができるとともに、被検査体２を広範囲にわたって検査することができ、しかもこれをコンパクトな構成でかつ探傷システムを複雑化することなく実現することができる。
【００６２】
ただし、本変形例に係る超音波斜角探触子１１０においては、各帯状セグメント１１４ｓ１、１１４ｓ２が、上記実施形態の各帯状セグメント１４ｓ１、１４ｓ２と直交する方向に延びているので、６本の帯状セグメント１１４ｓ１および６本の帯状セグメント１１４ｓ２から放射される超音波の探傷面２ａへの入射位置が、帯状セグメント半幅分だけ、楔状ブロック１２の斜面１２ａの幅方向にずれてしまうこととなる。
【００６３】
次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。
【００６４】
図５は、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０を示す側断面図であり、図６は、その平断面図である。
【００６５】
これらの図に示すように、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０は、その基本的な構成は、上記実施形態に係る超音波斜角探触子１０と同様であるが、振動子２１４の構成が上記実施形態の場合と異なっている。
【００６６】
すなわち、本変形例の振動子２１４は、比較的高い周波数（例えば５ＭＨｚ）で超音波を放射する第１振動子２１４Ａと、この第１振動子２１４Ａを囲むように配置され、該第１振動子２１４Ａよりも低い周波数（例えば２ＭＨｚ）で超音波を放射する第２振動子２１４Ｂとからなっている。
【００６７】
第１振動子２１４Ａは、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２に分割されており、また、第２振動子２１４Ｂは、複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２に分割されている。その際、各帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２は、いずれも幅１ｍｍ程度、厚さ０．５ｍｍ程度の帯板状に形成されており、その長尺方向が探傷面２ａと平行に延びるように配置されている。また、各帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２は、いずれも幅２ｍｍ程度、厚さ１ｍｍ程度の帯板状に形成されており、その長尺方向が探傷面２ａと平行に延びるように配置されている。
【００６８】
第１振動子２１４Ａを構成する複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２は、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されている。
【００６９】
すなわち、これら複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２のうち、半数の帯状セグメント２１４Ａｓ１は、該帯状セグメント２１４Ａｓ１から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、所定の設定角度θ１（例えばθ１＝５０°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残りの半数の帯状セグメント２１４Ａｓ２は、該帯状セグメント２１４Ａｓ２から放射される超音波が探傷面２ａから被検査体２に入射する際の探傷屈折角が、探傷屈折角θ１よりもある程度大きい設定角度θ２（例えばθ２＝６５°程度）となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αよりもある程度大きい（例えば１１°程度大きい）傾斜角度βで配置されている。
【００７０】
また、第２振動子２１４Ｂを構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２も、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されている。
【００７１】
すなわち、これら複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２のうち、半数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１は、該帯状セグメント２１４Ｂｓ１から放射される超音波の探傷屈折角が上記設定角度θ１となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度αで配置されており、残りの半数の帯状セグメント２１４Ｂｓ２は、該帯状セグメント２１４Ｂｓ２から放射される超音波の探傷屈折角が上記設定角度θ２となるように、探傷面２ａに対して傾斜角度βで配置されている。
【００７２】
楔状ブロック１２の斜面１２ａには、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１および２１４Ｂｓ１を傾斜角度αで配置するとともに、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ２および２１４Ｂｓ２を傾斜角度βで配置するための複数の凹部が形成されている。
【００７３】
第２振動子２１４Ｂには、第１振動子２１４Ａよりもひと回り大きい正方形の内周開口部２１４Ｂａが形成されており、これにより第１振動子２１４Ａと第２振動子２１４Ｂとの間に１ｍｍ程度の隙間が全周にわたって形成されるようになっている。また、複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２および２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２は、互いに接触してしまわないよう、微小な隙間をおいて配置されている。
【００７４】
図７は、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０を用いて、被検査体２の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図である。
【００７５】
同図に示すように、超音波斜角探触子２１０から被検査体２へ向けて斜めに超音波を放射させながら、この超音波斜角探触子２１０を被検査体２の探傷面２ａに沿って走査し、そのエコーを解析することにより内部欠陥の検査を行うようになっている。
【００７６】
この超音波斜角探触子２１０から放射された超音波のうち、第１振動子２１４Ａの半数を構成する帯状セグメント２１４Ａｓ１および第２振動子２１４Ｂの半数を構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ１で進行し、また、第１振動子２１４Ａの半数を構成する帯状セグメント２１４Ａｓ２および第２振動子２１４Ｂの半数を構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ２は、探傷面２ａから被検査体２に入射して、この被検査体２の内部を探傷屈折角θ２で進行する。
【００７７】
その際、第１振動子２１４Ａから放射される超音波は、第２振動子２１４Ｂから放射される超音波よりも周波数が高いので、第１振動子２１４Ａの適正検査領域Ａａは、被検査体２の探傷面２ａ近傍領域に形成され、第２振動子２１４Ｂの適正検査領域Ａｂは、被検査体２の探傷面２ａから離れた位置に形成される。
【００７８】
したがって、本変形例に係る超音波斜角探触子２１０を採用することにより、第１振動子２１４Ａから放射される相対的に高い周波数の超音波により、被検査体２の探傷面２ａ近傍領域の検査を精度良く行うとともに、第２振動子２１４Ｂから放射される相対的に低い周波数の超音波により、被検査体２の探傷面２ａから離れた領域の検査を精度良く行うことができる。また、被検査体２の端部領域に関しても、両振動子２１４Ａ、２１４Ｂの双方からの超音波を到達させてその内部欠陥検査を行うことができる。
【００７９】
しかも、第１振動子２１４Ａを構成する複数の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２は、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体２に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することができる。このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００８０】
また、第２振動子２１４Ｂを構成する複数の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２も、探傷面２ａに対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメント２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２を１本ずつ交互に配置することにより構成されているので、被検査体２に入射する際の探傷屈折角が異なる２種類の超音波を放射することができる。このため、内部欠陥に対して超音波を２つの異なる角度で到達させることができ、これにより内部欠陥からの明瞭なエコーを得やすくして、内部欠陥の検出を容易化することができる。
【００８１】
上記実施形態および各変形例においては、説明の便宜上、コネクタ２０が単一のコネクタピンを備えているものとして図示したが、各帯状セグメント１４ｓ１の両面の各電極から延びるリード線２２用のコネクタピンと、各帯状セグメント１４ｓ２の両面の各電極から延びるリード線２２用のコネクタピンとを備えた構成とすることも可能である。
【００８２】
また、上記実施形態および各変形例においては、超音波探触子１０、１１０、２１０を、１つの超音波探触子で超音波の送受信を行う一探触子法に適用する場合について説明したが、これら超音波探触子１０、１１０、２１０を、超音波の送信と受信とを別々の超音波探触子で行う二探触子法に適用することも可能である。
【００８３】
なお、上記実施形態および各変形例において、超音波斜角探触子１０、１１０、２１０の諸元を示す数値は、あくまでも例示的なものであり、これ以外の値に設定されていてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本願発明の一実施形態に係る超音波斜角探触子を示す側断面図
【図２】上記超音波斜角探触子を示す平断面図
【図３】上記超音波斜角探触子を用いて、被検査体の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図
【図４】上記実施形態の第１変形例に係る超音波斜角探触子を示す側断面図
【図５】上記実施形態の第２変形例に係る超音波斜角探触子を示す側断面図
【図６】上記第２変形例に係る超音波斜角探触子を示す平断面図
【図７】上記第２変形例に係る超音波斜角探触子を用いて、被検査体の内部欠陥を検査する際の様子を示す側断面図
【符号の説明】
【００８５】
２ 被検査体
２ａ 探傷面
４ 溶接部
６ 内部欠陥
１０、１１０、２１０ 超音波斜角探触子
１２ 楔状ブロック
１２ａ 斜面
１２ｂ 超音波出射面
１４、１１４、２１４ 振動子
１４ｓ１、１４ｓ２、１１４ｓ１、１１４ｓ２、２１４Ａｓ１、２１４Ａｓ２、２１４Ｂｓ１、２１４Ｂｓ２ 帯状セグメント
１６ 金属ケース
１６ａ 開口部
１８ 吸音材
２０ コネクタ
２２ リード線
２１４Ａ 第１振動子
２１４Ｂ 第２振動子
２１４Ｂａ 内周開口部
Ａａ、Ａｂ 適正検査領域
α、β 傾斜角度
θ１、θ２ 探傷屈折角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定されてなり、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させるように構成された超音波斜角探触子において、
上記振動子が、複数の帯状セグメントに分割されており、
これら複数の帯状セグメントが、上記探傷面に対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントを１本ずつ交互に配置することにより構成されている、ことを特徴とする超音波斜角探触子。
【請求項２】
上記各帯状セグメントが、上記探傷面と平行に延びるように配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の超音波斜角探触子。
【請求項３】
上記２種類の帯状セグメント相互間における傾斜角度の差が、１０°以上の値に設定されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の超音波斜角探触子。
【請求項４】
上記振動子が、所定の周波数で振動する第１振動子と、この第１振動子を囲むように配置され、該第１振動子よりも低い周波数で振動する第２振動子とを備えてなる、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の超音波斜角探触子。
【請求項５】
上記第１振動子の外形形状と上記第２振動子の外形形状とが、略相似形に設定されている、ことを特徴とする請求項４記載の超音波斜角探触子。
【請求項６】
上記第１振動子が、上記第２振動子よりも薄肉で構成されている、ことを特徴とする請求項４または５記載の超音波斜角探触子。
【請求項１】
楔状ブロックの斜面に振動子が載置固定されてなり、被検査体の探傷面に対して斜めに超音波を入射させるように構成された超音波斜角探触子において、
上記振動子が、複数の帯状セグメントに分割されており、
これら複数の帯状セグメントが、上記探傷面に対する傾斜角度が異なる２種類の帯状セグメントを１本ずつ交互に配置することにより構成されている、ことを特徴とする超音波斜角探触子。
【請求項２】
上記各帯状セグメントが、上記探傷面と平行に延びるように配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の超音波斜角探触子。
【請求項３】
上記２種類の帯状セグメント相互間における傾斜角度の差が、１０°以上の値に設定されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の超音波斜角探触子。
【請求項４】
上記振動子が、所定の周波数で振動する第１振動子と、この第１振動子を囲むように配置され、該第１振動子よりも低い周波数で振動する第２振動子とを備えてなる、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の超音波斜角探触子。
【請求項５】
上記第１振動子の外形形状と上記第２振動子の外形形状とが、略相似形に設定されている、ことを特徴とする請求項４記載の超音波斜角探触子。
【請求項６】
上記第１振動子が、上記第２振動子よりも薄肉で構成されている、ことを特徴とする請求項４または５記載の超音波斜角探触子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１３２７８９（Ｐ２００７−１３２７８９Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２５９１９（Ｐ２００５−３２５９１９）
【出願日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（３０００５７５２８）株式会社ジャスト研究所 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（３０００５７５２８）株式会社ジャスト研究所 (1)
【Ｆターム（参考）】
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