JP7159127B2 - 超音波探触子装置 - Google Patents

Description

本発明は、シューを備えた超音波探触子装置に関する。

特許文献１は、接触媒質を介し被検査体の表面に超音波探触子装置を接触させると共に、被検査体の表面に沿って超音波探触子装置を移動させながら、被検査体の探傷を行う検査方法を開示する。超音波探触子装置は、超音波探触子と、超音波探触子の底部に取り付けられ、被検査体の表面と接触するシューとを備える。超音波探触子は、斜角探触子であって、超音波を送受信する１つの振動子と、振動子を支持するくさびとを備える。くさびは、底面と、底面に対し所定の角度を有する斜面とを有する。振動子は、くさびの斜面に取り付けられ、シューは、くさびの底面側に取り付けられている。

振動子から送信された超音波は、くさび及びシューを伝播した後、被検査体の内部を伝播する。そして、被検査体の内部にきずが存在する場合に、きずで反射される。きずで反射された超音波は、シュー及びくさびを伝播した後、振動子で受信される。これにより、被検査体の内部のきずが検知される。くさびは、例えばアクリル樹脂又はポリイミド樹脂で形成されている。シューは、くさびと同じ材料で形成されている。これにより、くさびの音速とシューの音速を同一にしている。

特開２００８－０８９３１７号公報

上述した検査方法では、超音波探触子装置を被検査体の表面に安定して接触させるため、超音波探触子装置を押し付ける力を付与する必要がある。特に、上述した１つの振動子を有する斜角探触子に代えて、複数の振動子を有するフェーズドアレイ型の超音波探触子を採用した場合には、超音波探触子が大きくなるから、押し付け力を強める必要がある。しかし、錆び等が生じていて被検査体の表面が粗ければ、超音波探触子装置のシューが削られる可能性がある。すなわち、検査中に超音波照射条件（詳細には、被検査体の表面における超音波の入射角や、シュー内の超音波の伝播距離など）が変化して、検査結果の信頼性や精度が損なわれる可能性がある。そのため、検査前に被検査体の表面を滑らかに仕上げる処理を行う必要があった。

本発明の第１の目的は、検査前の被検査体の表面の仕上げ処理を不要又は低減することができる超音波探触子装置を提供することにある。

シューの内部を伝播する超音波は、空間的に広がるため、その一部がシューの側面で反射される。そして、振動子は、ノイズとして、シューの側面による反射波を受信する可能性がある。

本発明の第２の目的は、シューの側面による反射波を拡散又は吸収してノイズを低減することができる超音波探触子装置を提供することにある。

上記第１及び第２の目的を達成するために、本発明は、超音波を送受信する振動子を有する超音波探触子と、前記超音波探触子の底部に取り付けられ、被検査体の表面に接触するシューとを備えた超音波探触子装置において、前記超音波探触子は、前記被検査体の表面に垂直な方向に対し傾斜して超音波を送信しており、前記シューは、超高分子量ポリエチレンで形成され、超音波が傾斜する側の側面を有し、前記シューの前記側面は、各断面が三角形状であって前記被検査体の表面に平行な方向に互いに連続して形成された複数の側溝と、前記被検査体の表面に平行な方向に連続する前記複数の側溝の間の突出部に形成された複数の丸穴とを有する。

本発明によれば、検査前の被検査体の表面の仕上げ処理を不要又は低減することができ、シューの側面による反射波を拡散又は吸収してノイズを低減することができる。

本発明の第１の実施形態における超音波探触子装置の構造及び超音波の送信方向を表す側面図である。 本発明の第１の実施形態における超音波探触子装置の構造を表す上面図である。 本発明の第１の実施形態における超音波探触子装置の構造を表す底面図である。 図１中矢印IV方向から見た側面図である。 本発明の第２の実施形態における超音波探触子装置の構造及び超音波の送信方向を表す側面図である。 本発明の第２の実施形態における超音波探触子装置の構造を表す上面図である。 本発明の第２の実施形態における超音波探触子装置の構造を表す底面図である。 図５中矢印VIII方向から見た側面図である。 図８中Ｃ部の部分拡大図と断面Ｄ－Ｄによる断面図である。 本発明の第２の実施形態の作用効果を説明するための図であり、Ｔ字型継手の探傷画像を示す。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における超音波探触子装置の構造及び超音波の送信方向を表す側面図である。図２は、本発実施形態における超音波探触子装置の構造を表す上面図である。図３は、本実施形態における超音波探触子装置の構造を表す底面図である。図４は、図１中矢印IV方向から見た側面図である。

本実施形態の超音波探触子装置１は、超音波探触子２と、超音波探触子２の底部に取り付けられたシュー３とを備える。そして、接触媒質４（詳細には、例えば水又はグリセリン等）を介し被検査体５の表面に超音波探触子装置１のシュー３を接触させると共に、被検査体５の表面に沿って超音波探触子装置１を移動させながら、被検査体５の探傷を行うようになっている。また、超音波探触子装置１を被検査体５の表面に安定して接触させるため、超音波探触子装置１を押し付ける力を付与している。

超音波探触子２は、フェーズドアレイ型であって、一方向（図１及び図２の左右方向）に配列された複数の振動子６を有する。複数の振動子６は、図示しない超音波探傷器からの駆動信号によって発振し、複数の超音波をそれぞれ送信する。そして、超音波探傷器によって複数の超音波の送信タイミングを制御して、複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を行うようになっている。すなわち、被検査体５の表面に垂直な方向に対し、図１中矢印Ａで示すように、振動子６の配列方向の一方側（図１の左側）に傾斜して合成波を送信したり、図１中矢印Ｂで示すように振動子６の配列方向の他方側（図１の右側）に傾斜して合成波を送信するようになっている。

シュー３は、超音波探触子２の底部を収納する窪み７を有する。また、シュー３は、雄ネジ８が羅合する雌ネジを有する。そして、雄ネジ８の位置を調整することにより、シュー３が超音波探触子２の底部に着脱可能に取り付けられている。

また、シュー３は、側面９Ａ～９Ｄ及び底面１０を有する。シュー３の底面１０は、超音波探触子装置１の移動方向（本実施形態では、振動子６の配列方向と同じであって、図１～図３の左右方向）に延在し且つ断面が三角形状である複数の底溝１１を有する。各底溝１１の両側端部は、シュー３の側面９Ａ，９Ｂに開口する。そして、超音波探触子装置１の移動に伴い、底溝１１に接触媒質４を取り込み、底溝１１からシュー３の底面１０の全体に接触媒質４を供給する。これにより、シュー３の底面１０と被検査体５の表面の間の接触媒質４が途切れるのを防止するようになっている。

本実施形態の特徴として、シュー３は、超高分子量ポリエチレン（ＵＰＥ： Ultra High Molecular Weight Polyethylene）で形成されている。超高分子量ポリエチレンは、通常２万～３０万の分子量を２５０万以上に高めたポリエチレンであり、１３０ｋＪ／ｍ^２以上の衝撃強さを有する。これにより、被検査体５の表面が粗い状態であって、超音波探触子装置１を被検査体５の表面に押し付けながら移動させても、シュー３は、ほとんど削られない。したがって、検査前の被検査体５の表面の仕上げ処理を不要又は低減することができる。また、検査中に超音波照射条件（詳細には、被検査体５の表面における超音波の入射角や、シュー３内の超音波の伝播距離など）が変化しないため、検査結果の信頼性や精度を確保することができる。

なお、第１の実施形態において、超音波探触子２は、フェーズドアレイ型であって、一方向に配列された複数の振動子６を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。超音波探触子２は、例えば、複数の方向に配列された複数の振動子を有してもよい。また、超音波探触子２は、例えば、斜角探触子又は垂直探触子であって、１つだけの振動子を有してもよい。

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図５は、本実施形態における超音波探触子装置の構造及び超音波の送信方向を表す側面図である。図６は、本実施形態における超音波探触子装置の構造を表す上面図である。図７は、本実施形態における超音波探触子装置の構造を表す底面図である。図８は、図５中矢印VIII方向から見た側面図である。図９（ａ）は、図８中Ｃ部の部分拡大図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）中断面Ｄ－Ｄによる断面図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、シュー３Ａの側面９Ａ，９Ｂは、超音波探触子装置１の高さ方向に延在し且つ断面が三角形状である複数の側溝１２を有する。また、シュー３Ａの側面９Ａ，９Ｂは、複数の側溝１２の間（言い換えれば、突出部）に形成され、超音波探触子装置１の高さ方向及び横方向に離間された複数の丸穴１３（詳細には、例えばドリルで加工された穴）を有する。複数の側溝１２及び複数の丸穴１３は、シリコン又はゴム等の吸音材１４で被覆されている。なお、シュー３Ａの側面９Ａ，９Ｂは、振動子６の配列方向の一方側及び他方側に位置し、超音波が傾斜する側（言い換えれば、超音波が近づく側）の側面に相当する。

このような本実施形態では、シュー３Ａの側面９Ａ，９Ｂに、複数の側溝１２だけでなく、複数の丸穴１３を形成することにより、向きが異なる反射面を増やして、反射波を多重拡散することができる。更に、側溝１２及び丸穴１３を吸音材１４で被覆することにより、反射波を吸収することができる。したがって、シュー３Ａの側面による反射波を拡散又は吸収してノイズを低減することができる。

上述した本実施形態の作用効果を、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、及び図１０（ｃ）を用いて補足説明する。図１０（ａ）は、第１の実施形態であって、側溝１２及び丸穴１３を有しないシュー３を用いた場合に得られたＴ字型継手（被検査体）の探傷画像を示す。図１０（ｂ）は、比較例であって、側溝１２及び丸穴１３を有し且つ側溝１２及び丸穴１３が吸音材１４で被覆されていないシューを用いた場合に得られたＴ字型継手の探傷画像を示す。図１０（ｃ）は、第２の実施形態であって、側溝１２及び丸穴１３を有し且つ側溝１２及び丸穴１３が吸音材１４で被覆されたシュー３Ａを用いた場合に得られたＴ字型継手の探傷画像を示す。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）、及び図１０（ｃ）の探傷画像は、いずれも、Ｔ字型継手の外面で反射された反射波（形状エコー）や、Ｔ字型継手の内部のきずで反射された反射波（きずエコー）が現れている。しかし、図１０（ａ）の探傷画像は、シュー３の側面による反射波（外乱エコー）が強く現れているのに対し、図１０（ｂ）の探傷画像は、シューの側面による反射波が弱く現れ、更に、図１０（ｃ）の探傷画像は、シュー３Ａの側面による反射波がほとんど現れていない（図中白点線で示す範囲を参照）。

なお、第２の実施形態において、複数の側溝１２及び複数の丸穴１３は、吸音材１４で被覆された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、ノイズの低減効果が小さくなるもの、側溝１２及び丸穴１３は、吸音材１４で被覆されなくてもよい。

また、第２の実施形態において、複数の側溝１２は、超音波探触子装置１の高さ方向に延在する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、複数の側溝は、超音波探触子装置１の高さ方向と横方向の両方に延在してもよい。

また、第２の実施形態において、超音波探触子２は、フェーズドアレイ型であって、一方向に配列された複数の振動子６を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。超音波探触子１は、例えば、複数の方向に配列された複数の振動子を有してもよい。また、超音波探触子１は、例えば、斜角探触子であって、１つだけの振動子を有してもよい。この場合、シュー３の側面のうち、超音波が傾斜する側の側面が１つだけとなり、この側面だけに側溝１２及び丸穴１３を形成してもよい。

１ 超音波探触子装置
２ 超音波探触子
３，３Ａ シュー
５ 被検査体
６ 振動子
９Ａ～９Ｄ 側面
１０ 底面
１１ 底溝
１２ 側溝
１３ 丸穴
１４ 吸音材

Claims (4)

1. 超音波を送受信する振動子を有する超音波探触子と、前記超音波探触子の底部に取り付けられ、被検査体の表面に接触するシューとを備えた超音波探触子装置において、
   前記超音波探触子は、前記被検査体の表面に垂直な方向に対し傾斜して超音波を送信しており、
   前記シューは、超高分子量ポリエチレンで形成され、超音波が傾斜する側の側面を有し、
   前記シューの前記側面は、各断面が三角形状であって前記被検査体の表面に平行な方向に互いに連続して形成された複数の側溝と、前記被検査体の表面に平行な方向に連続する前記複数の側溝の間の突出部に形成された複数の丸穴とを有することを特徴とする超音波探触子装置。
2. 請求項１に記載の超音波探触子装置において、
   前記超音波探触子は、フェーズドアレイ型であって、前記振動子を複数有することを特徴とする超音波探触子装置。
3. 請求項１に記載の超音波探触子装置において、
   前記複数の側溝及び前記複数の丸穴は、吸音材で被覆されたことを特徴とする超音波探触子装置。
4. 請求項１に記載の超音波探触子装置において、
   前記シューは、前記被検査体の表面に接触する底面を有し、
   前記シューの前記底面は、前記超音波探触子装置の移動方向に延在し且つ断面が三角形状である複数の底溝を有し、
   前記複数の底溝は、それぞれ、前記超音波探触子装置の移動方向の一方側にある前記シューの一側面と前記超音波探触子装置の移動方向の他方側にある前記シューの他の側面に開口することを特徴とする超音波探触子装置。

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