JP7323477B2 - 超音波探触子、及び超音波探傷スキャナ - Google Patents
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Description
本開示は、超音波探触子、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナに関する。
検査対象物を非破壊で検査する装置として、検査対象物の表面に超音波探触子を接触させた状態で、検査対象物の内部に超音波を伝搬させ、欠陥からの散乱波を受信し、欠陥の位置や大きさを推定する超音波探傷装置が知られている。
また、超音波探傷方法として、複雑な表面形状を認識して、この情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して検査対象物の内部の検査（イメージング）を行うアダプティフェーズドアレイ超音波探傷技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、超音波探傷方法として、複雑な表面形状を認識して、この情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して検査対象物の内部の検査（イメージング）を行うアダプティフェーズドアレイ超音波探傷技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、全波形サンプリング処理技術を用いて、一度の探傷で複雑な形状とされた表面からの超音波信号を高精度化するとともに、ＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）用いて演算処理する超音波検査方法、及び超音波検査装置が開示されている。
上記特許文献１に開示された超音波検査方法、及び超音波検査装置を用いることで、高速・高精度の検査を実現可能となる。
ところで、実際のプラントで超音波検査装置を用いる場合、超音波検査装置を構成する超音波探触子を狭い隙間に挿入させて検査する必要がある。この場合、該隙間に挿入可能な高さの低い超音波探触子を用いる必要がある。
しかしながら、特許文献１には、超音波探触子の高さを低くするための構造について何ら開示されていない。
ところで、実際のプラントで超音波検査装置を用いる場合、超音波検査装置を構成する超音波探触子を狭い隙間に挿入させて検査する必要がある。この場合、該隙間に挿入可能な高さの低い超音波探触子を用いる必要がある。
しかしながら、特許文献１には、超音波探触子の高さを低くするための構造について何ら開示されていない。
そこで、本開示は、高さを低くすることの可能な超音波探触子、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る超音波探触子は、検査対象物の表面形状を認識し、前記表面形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、前記検査対象物の内部の検査を行う際に使用する超音波探触子であって、前記超音波を送受信する複数の圧電素子、及び前記検査対象物の表面と向かいう合うセンサ面を有し、前記複数の圧電素子が互いに間隔をあけて、前記圧電素子の幅方向及び長さ方向に配置されたアレイセンサと、前記アレイセンサが配置される一面を含み、前記複数の圧電素子から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されたダンパ部材と、を備え、前記ダンパ部材の前記一面は、前記アレイセンサが配置されるセンサ載置面、及び該センサ載置面を囲む非センサ載置面を有し、前記センサ載置面は前記非センサ載置面を基準として前記アレイセンサの厚さよりも大きく凹んでいることで該アレイセンサを収容している。
本開示によれば、超音波探触子の高さを低くすることができる。
＜第１の実施形態＞
図１～図５を参照して、第１の実施形態に係る超音波探触子１０について説明する。図１、図２、及び図５に示すＹ方向は、圧電素子１７の幅方向を示している。図１、図３、及び図４に示すＺ方向は、Ｙ方向に対して直交する超音波探触子１０の厚さ方向を示している。図２～図５に示すＸ方向は、Ｙ方向及びＺ方向に対して直交する圧電素子１７の長さ方向を示している。
図３及び図４において、Ｍ１はダンパ部材１２の厚さ（以下、「厚さＭ１」という）、Ｍ２は圧電素子１７の厚さ（以下、「厚さＭ２」という）、Ｈは圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さ（以下、「高さＨ」という）をそれぞれ示している。
なお、ダンパ部材１２厚さＭ１は、Ｘ方向において異なる厚さとされている。
図１～図５を参照して、第１の実施形態に係る超音波探触子１０について説明する。図１、図２、及び図５に示すＹ方向は、圧電素子１７の幅方向を示している。図１、図３、及び図４に示すＺ方向は、Ｙ方向に対して直交する超音波探触子１０の厚さ方向を示している。図２～図５に示すＸ方向は、Ｙ方向及びＺ方向に対して直交する圧電素子１７の長さ方向を示している。
図３及び図４において、Ｍ１はダンパ部材１２の厚さ（以下、「厚さＭ１」という）、Ｍ２は圧電素子１７の厚さ（以下、「厚さＭ２」という）、Ｈは圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さ（以下、「高さＨ」という）をそれぞれ示している。
なお、ダンパ部材１２厚さＭ１は、Ｘ方向において異なる厚さとされている。
（超音波探触子の全体構成）
超音波探触子１０は、検査対象物の表面形状を認識し、表面形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、管状部材１の内部の検査を行う際に使用する探触子である。
超音波探触子１０は、ダンパ部材１２と、アレイセンサ１３と、軟質フィルム１５と、を有する。
超音波探触子１０は、検査対象物の表面形状を認識し、表面形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、管状部材１の内部の検査を行う際に使用する探触子である。
超音波探触子１０は、ダンパ部材１２と、アレイセンサ１３と、軟質フィルム１５と、を有する。
（ダンパ部材の構成）
ダンパ部材１２は、Ｚ方向に配置された一面１２ａ及び他面１２ｂを有する。
一面１２ａは、アレイセンサ１３が配置される側に配置されている。一面１２ａは、検査対象物を検査する際、検査対象部の表面と向かい合う面である。一面１２ａは、センサ載置面１２ａａと、非センサ載置面１２ａｂと、を有する。
ダンパ部材１２は、Ｚ方向に配置された一面１２ａ及び他面１２ｂを有する。
一面１２ａは、アレイセンサ１３が配置される側に配置されている。一面１２ａは、検査対象物を検査する際、検査対象部の表面と向かい合う面である。一面１２ａは、センサ載置面１２ａａと、非センサ載置面１２ａｂと、を有する。
センサ載置面１２ａａは、アレイセンサ１３が配置される面である。センサ載置面１２ａａの周囲は、非センサ載置面１２ａｂにより囲まれている。センサ載置面１２ａａは、非センサ載置面１２ａｂよりも他面１２ｂ側に配置され、かつ他面１２ｂ側に凹んだ凹曲面とされている。
非センサ載置面１２ａｂは、センサ載置面１２ａａの周囲を囲む平面とされている。非センサ載置面１２ａｂは、Ｚ方向に対して直交する面である。
他面１２ｂは、一面１２ａの反対側に配置されている。他面１２ｂは、平面とされている。
非センサ載置面１２ａｂは、センサ載置面１２ａａの周囲を囲む平面とされている。非センサ載置面１２ａｂは、Ｚ方向に対して直交する面である。
他面１２ｂは、一面１２ａの反対側に配置されている。他面１２ｂは、平面とされている。
ダンパ部材１２は、アレイセンサ１３を構成する複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されている。
このような軟質材料としては、例えば、ゴム、樹脂などの高分子材料、またはこれらに金属粉末、樹脂粉末等の添加剤を加えた不均質材等を用いることが可能である。
ダンパ部材１２の厚さＭ１は、硬度を低くすることで、より薄くすることが可能である。
ダンパ部材１２を構成する軟質材料は、超音波探触子１０をどの程度の隙間に挿入させて使用するかによって適宜選択することができる。即ち、ダンパ部材１２の硬度は、挿入すべき隙間の高さと、探触に必要となる振動エネルギーの大きさによって決定される。
上記軟質材料を用いることで、例えば、ダンパ部材１２の厚さＭ１を５ｍｍ以下（例えば、２～３ｍｍ程度）まで薄くすることが可能となる。
このような軟質材料としては、例えば、ゴム、樹脂などの高分子材料、またはこれらに金属粉末、樹脂粉末等の添加剤を加えた不均質材等を用いることが可能である。
ダンパ部材１２の厚さＭ１は、硬度を低くすることで、より薄くすることが可能である。
ダンパ部材１２を構成する軟質材料は、超音波探触子１０をどの程度の隙間に挿入させて使用するかによって適宜選択することができる。即ち、ダンパ部材１２の硬度は、挿入すべき隙間の高さと、探触に必要となる振動エネルギーの大きさによって決定される。
上記軟質材料を用いることで、例えば、ダンパ部材１２の厚さＭ１を５ｍｍ以下（例えば、２～３ｍｍ程度）まで薄くすることが可能となる。
ダンパ部材１２は、圧電素子１７を励起させる際、例えば、ダンピングにより１波～３波のスパイク波形が形成されるような硬度とすることが好ましい。
（ダンパ部材の効果）
このように、複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材１２を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くすることが可能となるので、圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
このように、複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材１２を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くすることが可能となるので、圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
また、圧電素子１７を励起させる際、ダンピングにより１波～３波のスパイク波形が形成されるような硬度とすることで、励起波形幅を小さくすることが可能となる。
これにより、超音波探触子１０を配置させる隙間が狭く、検査対象物の表面とセンサ面とが非常に近い場合でも検査対象物の表面を精度良く認識することができる。
これにより、超音波探触子１０を配置させる隙間が狭く、検査対象物の表面とセンサ面とが非常に近い場合でも検査対象物の表面を精度良く認識することができる。
（アレイセンサの構成）
アレイセンサ１３は、複数の圧電素子１７と、センサ面１３ａと、を有する。
複数の圧電素子１７は、ダンパ部材１２のセンサ載置面１２ａａに設けられている。複数の圧電素子１７は、検査対象物に対して超音波を送受信する。複数の圧電素子１７は、互いに間隔をあけて、圧電素子１７の幅方向（Ｙ方向）及び長さ方向（Ｘ方向）に配置されている。
複数の圧電素子１７は、それぞれ検査対象物の表面と向かい合う送受信面１７ａを有する。
複数の圧電素子１７は、厚さＭ２を薄くするとともに、欠陥の探傷に必要なエネルギー（具体的には、音場エネルギー）及び周波数を得ることが可能な幅及び長さとされている。
なお、「音場エネルギー」とは、検査対象物内の音波が存在する領域のエネルギーのことをいう。
アレイセンサ１３は、複数の圧電素子１７と、センサ面１３ａと、を有する。
複数の圧電素子１７は、ダンパ部材１２のセンサ載置面１２ａａに設けられている。複数の圧電素子１７は、検査対象物に対して超音波を送受信する。複数の圧電素子１７は、互いに間隔をあけて、圧電素子１７の幅方向（Ｙ方向）及び長さ方向（Ｘ方向）に配置されている。
複数の圧電素子１７は、それぞれ検査対象物の表面と向かい合う送受信面１７ａを有する。
複数の圧電素子１７は、厚さＭ２を薄くするとともに、欠陥の探傷に必要なエネルギー（具体的には、音場エネルギー）及び周波数を得ることが可能な幅及び長さとされている。
なお、「音場エネルギー」とは、検査対象物内の音波が存在する領域のエネルギーのことをいう。
圧電素子１７の固有周波数は、例えば、欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることが好ましい。
圧電素子１７の固有周波数は、ダンパ部材１２の影響を受けて低下してしまう。そこで、圧電素子１７の固有周波数を欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることで、超音波探触子１０の周波数を欠陥の探傷に必要な周波数にすることができる。
圧電素子１７の固有周波数は、ダンパ部材１２の影響を受けて低下してしまう。そこで、圧電素子１７の固有周波数を欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることで、超音波探触子１０の周波数を欠陥の探傷に必要な周波数にすることができる。
また、複数の圧電素子１７として、例えば、低周波数帯の波（例えば、５ＭＨｚ）と高周波帯の波（例えば、１０ＭＨｚ）とを含む波形の超音波を送受信可能な素子を用いることが好ましい。この場合、複数の圧電素子１７は、低周波数帯の波によって生成されるグレーチングローブの発生を抑制可能な範囲で大きなピッチＰ１，Ｐ２で配置させるとよい。
このようなピッチＰ１，Ｐ２で配置された複数の圧電素子１７を有することで、グレーチングローブの発生を抑制した上で一度の計測で検査対象物の表面の検査に必要な探傷範囲を確保することができる。
（複数の圧電素子の効果）
このように、圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすることで、圧電素子１７の厚さＭ２とダンパ部材１２の厚さＭ１との合計である超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
ところで、単に圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすると、欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが難しくなり、欠陥の探傷を精度良く行うことが困難となる。
このように、圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすることで、圧電素子１７の厚さＭ２とダンパ部材１２の厚さＭ１との合計である超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
ところで、単に圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすると、欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが難しくなり、欠陥の探傷を精度良く行うことが困難となる。
しかし、上記のように、圧電素子１７の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが可能な大きさとする（即ち、圧電素子１７の幅及び長さを大きくする）ことで、欠陥の探傷を精度良く行うことができる。
センサ面１３ａは、凹曲面とされたセンサ載置面１２ａａに配置された複数の圧電素子１７の送受信面１７ａにより構成されている。センサ面１３ａは、圧電素子１７の長さ方向（Ｘ方向）における曲率を変えることで構成された凹曲面とされている。
（センサ面を凹曲面とする効果）
このように、センサ面１３ａを凹曲面とすることで、検査対象物の任意の一断面に超音波を収束させることが可能となるので、任意の一断面における分解能を向上させることができ、かつ任意の一断面における傷の検出感度を向上させることができる。
このように、センサ面１３ａを凹曲面とすることで、検査対象物の任意の一断面に超音波を収束させることが可能となるので、任意の一断面における分解能を向上させることができ、かつ任意の一断面における傷の検出感度を向上させることができる。
（軟質フィルムの構成）
軟質フィルム１５は、センサ面１３ａを覆うように設けられている。軟質フィルム１５としては、例えば、高分子材料を薄く引き伸ばしたものを用いることが可能であり、適用する周波数によって材質や厚さを変更することが可能である。また、軟質フィルム１５としては、例えば、第２の実施形態で説明する軟質媒体３７，５５，５７，５９，６１の音速と音速が等しい材料を用いることが好ましい。
軟質フィルム１５は、センサ面１３ａを覆うように設けられている。軟質フィルム１５としては、例えば、高分子材料を薄く引き伸ばしたものを用いることが可能であり、適用する周波数によって材質や厚さを変更することが可能である。また、軟質フィルム１５としては、例えば、第２の実施形態で説明する軟質媒体３７，５５，５７，５９，６１の音速と音速が等しい材料を用いることが好ましい。
（軟質フィルムの効果）
ところで、検査対象物の表面に複数の圧電素子１７からなるアレイセンサ１３を配置させる場合、上述した軟質材料よりなるダンパ部材１２を用いると、ダンパ部材１２が柔らかいため、圧電素子１７と検査対象物の表面との間に隙間が形成されて、欠陥の探傷の精度が大きく低下する可能性がある。
そこで、センサ面１３ａを覆う軟質フィルム１５を設けることで、圧電素子１７と検査対象物の表面との間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、欠陥の探傷の精度良く行うことができる。
ところで、検査対象物の表面に複数の圧電素子１７からなるアレイセンサ１３を配置させる場合、上述した軟質材料よりなるダンパ部材１２を用いると、ダンパ部材１２が柔らかいため、圧電素子１７と検査対象物の表面との間に隙間が形成されて、欠陥の探傷の精度が大きく低下する可能性がある。
そこで、センサ面１３ａを覆う軟質フィルム１５を設けることで、圧電素子１７と検査対象物の表面との間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、欠陥の探傷の精度良く行うことができる。
上記構成とされた超音波探触子１０では、超音波探触子１０を挿入させる隙間の高さに応じて、ダンパ部材１２の軟質材料を選択してダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くして、超音波探触子１０の高さＨを低くする。そして、さらに、超音波探触子１０の高さＨを低くしたい場合には、複数の圧電素子１７の厚さＭ２を薄くする。
（第１の実施形態の超音波探触子の効果）
上述したように、複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材１２を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くすることが可能となるので、圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
上述したように、複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材１２を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くすることが可能となるので、圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
（超音波探触子の設計方法）
ここで、超音波探触子１０の設計方法について説明する。
超音波探触子１０の設計方法は、第１～第３のステップを有する。
第１のステップでは、検査対象物の探傷のために超音波探触子１０に許容される高さと、検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさと、に基づいてダンパ部材１２の高さ及び硬度を決定する。
ここで、超音波探触子１０の設計方法について説明する。
超音波探触子１０の設計方法は、第１～第３のステップを有する。
第１のステップでは、検査対象物の探傷のために超音波探触子１０に許容される高さと、検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさと、に基づいてダンパ部材１２の高さ及び硬度を決定する。
次いで、第２のステップでは、第１のステップにより決定されたダンパ部材１２の高さと検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさとに基づいて圧電素子１７の幅及び長さを決定する。
第３のステップでは、第１のステップにより決定されたダンパ部材１２の硬度に基づいて、圧電素子１７の固有周波数を決定する。
（超音波探触子の設計方法の効果）
上述した第１のステップを用いて、ダンパ部材１２の高さ及び硬度を決定することで、超音波探触子１０の高さを超音波探触子１０が挿入される隙間の高さよりも低くすることが可能となるので、検査対象物の探傷を実施することができる。
また、上述した第２のステップを有することで、超音波探触子１０の高さをさらに低くすることが可能となるため、より狭い隙間に超音波探触子１０を挿入することができる。
さらに、上述した第３のステップを有することで、超音波探触子１０の周波数を探傷に必要な周波数とすることができる。
上述した第１のステップを用いて、ダンパ部材１２の高さ及び硬度を決定することで、超音波探触子１０の高さを超音波探触子１０が挿入される隙間の高さよりも低くすることが可能となるので、検査対象物の探傷を実施することができる。
また、上述した第２のステップを有することで、超音波探触子１０の高さをさらに低くすることが可能となるため、より狭い隙間に超音波探触子１０を挿入することができる。
さらに、上述した第３のステップを有することで、超音波探触子１０の周波数を探傷に必要な周波数とすることができる。
（超音波探触子を用いた超音波探傷方法）
ここで、上述した超音波探触子１０を用いた超音波探傷方法について説明する。
まず、検査対象物の探傷対象箇所に軟質媒体を設置し、当該軟質媒体に超音波探触子１０を接触させる。この状態で複数の圧電素子１７に所定の信号を出力することで、超音波信号によるスキャンを行う。
ここで、上述した超音波探触子１０を用いた超音波探傷方法について説明する。
まず、検査対象物の探傷対象箇所に軟質媒体を設置し、当該軟質媒体に超音波探触子１０を接触させる。この状態で複数の圧電素子１７に所定の信号を出力することで、超音波信号によるスキャンを行う。
超音波信号のスキャン結果は、図示しないコンピュータに入力される。コンピュータは、フィルタ処理によりスキャン結果から低周波数帯（例えば、５ＭＨｚ）に係る超音波の反射波を抽出する。
コンピュータは、抽出した低周波数帯に係る反射波に基づいて検査対象物の表面形状を特定する。なお、低周波数帯に係る超音波は、相対的に広範囲に伝播するため、低周波数帯に係る反射波を用いることで比較的広範囲にわたって表面形状を特定することができる。
次に、コンピュータは、フィルタ処理によりスキャン結果から高周波数帯（例えば、１０ＭＨｚ）に係る超音波の反射波を抽出する。
次に、コンピュータは、フィルタ処理によりスキャン結果から高周波数帯（例えば、１０ＭＨｚ）に係る超音波の反射波を抽出する。
なお、圧電素子１７のピッチは、低周波数帯の波においてグレーチングローブの発生を抑制するように設定されているため、高周波数帯の波においてはグレーチングローブが生じ得る。一方で、高周波数帯の波は検査対象物の表面で反射し、アレイセンサ１３に戻らないため、グレーチングローブを無視することができる。
コンピュータは、特定した検査対象物の表面形状と、軟質媒体内の高周波数帯の超音波の伝播速度と、検査対象物内の高周波数帯の超音波の伝播速度とに基づいて、検査対象物内を複数の領域に分割したときの各領域について、高周波数帯の超音波の伝播時間を計算する。
コンピュータは、抽出した高周波数帯の反射波と各領域の伝播時間とに基づいて、反射が生じた領域を特定する。コンピュータは、特定した領域に欠陥が存在すると判定する。
コンピュータは、抽出した高周波数帯の反射波と各領域の伝播時間とに基づいて、反射が生じた領域を特定する。コンピュータは、特定した領域に欠陥が存在すると判定する。
（超音波探傷方法の効果）
上述した超音波探傷方法を実施することで、狭い隙間に挿入された超音波探触子１０を用いて、検査対象物の探傷結果を短時間で、かつ高精度に得ることができる。
上述した超音波探傷方法を実施することで、狭い隙間に挿入された超音波探触子１０を用いて、検査対象物の探傷結果を短時間で、かつ高精度に得ることができる。
＜第２の実施形態＞
図６～図９を参照して、第２の実施形態に係る超音波探傷スキャナ３０について説明する。図６、図８、及び図９では、超音波探傷スキャナ３０とともに、超音波探傷スキャナ３０の構成要素ではない検査対象物である管状部材１も併せて図示する。
なお、第２の実施形態では、一例として、一対の配管２を溶接することで形成された溶接部３を検査する場合を例に挙げて以下の説明を行う。管状部材１は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、一対の配管２と溶接部３と、表面１ａ（一対の配管２及び溶接部３からなる構造体の表面）と、を有する。
図６～図９を参照して、第２の実施形態に係る超音波探傷スキャナ３０について説明する。図６、図８、及び図９では、超音波探傷スキャナ３０とともに、超音波探傷スキャナ３０の構成要素ではない検査対象物である管状部材１も併せて図示する。
なお、第２の実施形態では、一例として、一対の配管２を溶接することで形成された溶接部３を検査する場合を例に挙げて以下の説明を行う。管状部材１は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、一対の配管２と溶接部３と、表面１ａ（一対の配管２及び溶接部３からなる構造体の表面）と、を有する。
（超音波探傷スキャナの全体構成）
超音波探傷スキャナ３０は、超音波探触子３１と、探触支持部材３３と、媒体保持部３５と、軟質媒体３７と、保持回動機構３９と、ロータリーエンコーダ４１と、を有する。
超音波探傷スキャナ３０は、超音波探触子３１と、探触支持部材３３と、媒体保持部３５と、軟質媒体３７と、保持回動機構３９と、ロータリーエンコーダ４１と、を有する。
（超音波探触子の構成）
超音波探触子３１は、管状部材１に超音波を送信し、欠陥で反射された超音波を受信する。超音波探触子３１は、探触支持部材３３に取り付けられている。
超音波探触子３１は、センサ保持部４５と、アレイセンサ４６と、を有する。センサ保持部４５は、管状部材１の表面１ａと向かい合う面４５ａを有する。
超音波探触子３１は、管状部材１に超音波を送信し、欠陥で反射された超音波を受信する。超音波探触子３１は、探触支持部材３３に取り付けられている。
超音波探触子３１は、センサ保持部４５と、アレイセンサ４６と、を有する。センサ保持部４５は、管状部材１の表面１ａと向かい合う面４５ａを有する。
アレイセンサ４６は、Ｘ方向及びＹ方向に間隔をあけて配置された複数の素子で構成されている。アレイセンサ４６は、センサ保持部４５の面４５ａ側に設けられている。
アレイセンサ４６は、管状部材１の表面１ａと向かい合うセンサ面４６ａを有する。
超音波探触子３１としては、例えば、薄型化されていないリニアアレイプローブを用いることが可能である。
なお、超音波探触子３１として、第１の実施形態で説明した超音波探触子１０を用いてもよい。即ち、超音波探触子３１は、適宜選択することが可能である。
アレイセンサ４６は、管状部材１の表面１ａと向かい合うセンサ面４６ａを有する。
超音波探触子３１としては、例えば、薄型化されていないリニアアレイプローブを用いることが可能である。
なお、超音波探触子３１として、第１の実施形態で説明した超音波探触子１０を用いてもよい。即ち、超音波探触子３１は、適宜選択することが可能である。
（探触支持部材の構成）
探触支持部材３３は、支持部材本体４８と、突出部５１，５２と、を有する。
支持部材本体４８は、Ｙ方向を長さ方向とする板状の部材である。支持部材本体４８は、探触支持部材３３の外面３３ａの一部を構成する外面４８ａと、内面４８ｂと、開口部４８Ａと、を有する。
外面４８ａは、平面とされている。外面４８ａには、超音波探触子３１が取り付けられている。
内面４８ｂは、外面４８ａの反対側に配置されている。内面４８ｂは、管状部材１の表面１ａと向かい合う平面である。
開口部４８Ａは、外面４８ａから内面４８ｂに向かう方向（Ｚ方向）に支持部材本体４８を貫通して形成されている。開口部４８Ａは、支持部材本体４８に取り付けられた超音波探触子３１を構成するアレイセンサ４６のセンサ面４６ａ及びセンサ面４６ａの周囲に位置する面４５ａを露出することが可能な大きさとされている。
開口部４８Ａの形状は、例えば、Ｚ方向から視て矩形とすることが可能である。
探触支持部材３３は、支持部材本体４８と、突出部５１，５２と、を有する。
支持部材本体４８は、Ｙ方向を長さ方向とする板状の部材である。支持部材本体４８は、探触支持部材３３の外面３３ａの一部を構成する外面４８ａと、内面４８ｂと、開口部４８Ａと、を有する。
外面４８ａは、平面とされている。外面４８ａには、超音波探触子３１が取り付けられている。
内面４８ｂは、外面４８ａの反対側に配置されている。内面４８ｂは、管状部材１の表面１ａと向かい合う平面である。
開口部４８Ａは、外面４８ａから内面４８ｂに向かう方向（Ｚ方向）に支持部材本体４８を貫通して形成されている。開口部４８Ａは、支持部材本体４８に取り付けられた超音波探触子３１を構成するアレイセンサ４６のセンサ面４６ａ及びセンサ面４６ａの周囲に位置する面４５ａを露出することが可能な大きさとされている。
開口部４８Ａの形状は、例えば、Ｚ方向から視て矩形とすることが可能である。
突出部５１は、Ｘ方向一方側に位置する支持部材本体４８の一方の端部から支持部材本体４８に対して傾斜した状態で斜め下方に突出している。突出部５１は、Ｙ方向に間隔をあけて２つ設けられている。
突出部５２は、Ｘ方向他方側に位置する支持部材本体４８の他方の端部から支持部材本体４８に対して傾斜した状態で斜め下方に突出している。突出部５１は、Ｙ方向に間隔をあけて２つ設けられている。
（媒体保持部の構成）
媒体保持部３５は、支持部材本体４８の内面４８ｂに設けられた筒状の部材である。
管状部材１の表面１ａ側に位置する媒体保持部３５の端面は、表面１ａに沿う形状とされており、管状部材１の検査を行う際、表面１ａに押し付けられる。
媒体保持部３５は、Ｚ方向において、開口部４８Ａと管状部材１の表面１ａとを連通させ、軟質媒体３７を収容する媒体収容空間３５Ａを有する。
媒体保持部３５は、支持部材本体４８の内面４８ｂに設けられた筒状の部材である。
管状部材１の表面１ａ側に位置する媒体保持部３５の端面は、表面１ａに沿う形状とされており、管状部材１の検査を行う際、表面１ａに押し付けられる。
媒体保持部３５は、Ｚ方向において、開口部４８Ａと管状部材１の表面１ａとを連通させ、軟質媒体３７を収容する媒体収容空間３５Ａを有する。
このような媒体保持部３５を有することで、超音波探傷スキャナ３０を管状部材１の表面１ａに沿って周方向に回動さえた場合でも超音波探傷スキャナ３０と管状部材１との間から軟質媒体３７が漏れ出ることを抑制できる。
なお、媒体保持部３５は、軟質媒体３７の粘度に応じて、設けるか否かを適宜選択することが可能である。
媒体保持部３５が不要な場合、媒体保持部３５内に収容された軟質媒体３７は、アレイセンサ４６のセンサ面４６ａと管状部材１の表面１ａとの間に配置される。
媒体保持部３５が不要な場合、媒体保持部３５内に収容された軟質媒体３７は、アレイセンサ４６のセンサ面４６ａと管状部材１の表面１ａとの間に配置される。
（軟質媒体の構成）
軟質媒体３７は、開口部４８Ａ及び媒体収容空間３５Ａを充填するように配置されている。軟質媒体３７は、第1の軟質媒体３７Ａと、第２の軟質媒体３７Ｂと、を有する。
軟質媒体３７は、開口部４８Ａ及び媒体収容空間３５Ａを充填するように配置されている。軟質媒体３７は、第1の軟質媒体３７Ａと、第２の軟質媒体３７Ｂと、を有する。
第1の軟質媒体３７Ａは、Ｚ方向において、第２の軟質媒体３７Ｂを介してセンサ面４６ａと向かい合うとともに、表面１ａのうち、溶接部３の表面を覆うように配置されている。第１の軟質媒体３７Ａとしては、例えば、水やグリセリンペースト等を用いることが可能である。
第２の軟質媒体３７Ｂは、第１の軟質媒体３７Ａ及び超音波探傷スキャナ３０の内面との間に設けられており、第１の軟質媒体３７Ａを囲むように配置されている。
第２の軟質媒体としては、例えば、ゲルやプラスチック等を用いることが可能である。
第２の軟質媒体としては、例えば、ゲルやプラスチック等を用いることが可能である。
ここで、図１０～図１４を参照して、軟質媒体の他の例について説明する。図１１～図１４において、図９に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１０に示すように、１種類の軟質媒体５５を用いて、開口部４８Ａ及び媒体収容空間３５Ａを充填してもよい。この場合、軟質媒体５５としては、例えば、ゲル等を用いることができる。
また、図１１に示すように、第１の軟質媒体３７Ａの周囲全体、及び媒体収容空間３５Ａが露出する管状部材１の表面１ａ全体を覆うように第２の軟質媒体３７Ｂを配置させることで軟質媒体５７を構成してもよい。
また、図１２に示すように、管状部材１の表面１ａから離れた位置において、センサ面４６ａと接触するように第１の軟質媒体３７Ａを配置させ、管状部材１の表面１ａと接触し、かつ第１の軟質媒体３７Ａを囲むように第２の軟質媒体５９Ａを配置させることで軟質媒体５９を構成してもよい。
この場合、第２の軟質媒体５９Ａとしては、例えば、ゲル等を用いることができる。
この場合、第２の軟質媒体５９Ａとしては、例えば、ゲル等を用いることができる。
また、図１３に示すように、センサ面４６ａとセンサ面４６ａと向かい合う表面１ａとの間に、センサ面４６ａ及び表面１ａと接触するように第１の軟質媒体３７Ａを配置させ、第１の軟質媒体３７Ａの外側に第１の軟質媒体３７Ａと接触する筒状の第２の軟質媒体３７Ｂを配置させることで、軟質媒体３７を構成してもよい。
また、図１４に示すように、図９に示す第１の軟質媒体３７Ａに替えて第１の軟質媒体６１Ａを用いるとともに、図９に示す第２の軟質媒体３７Ｂに替えて第２の軟質媒体６１Ｂを用いることで、軟質媒体６１を構成してもよい。
第１の軟質媒体６１Ａとしては、例えば、ゲル等を用いることが可能である。第１の軟質媒体６１Ａとしてゲルを用いる場合、第２の軟質媒体６１Ｂとしては、例えば、プラスチックを用いることが可能である。
第１の軟質媒体６１Ａとしては、例えば、ゲル等を用いることが可能である。第１の軟質媒体６１Ａとしてゲルを用いる場合、第２の軟質媒体６１Ｂとしては、例えば、プラスチックを用いることが可能である。
上述したように、開口部４８Ａ及び媒体収容空間３５Ａを充填する軟質媒体は、適宜選択することが可能である。
なお、本開示における「軟質媒体」とは、水、グリセリン等のアルコール、高分子材料、ガラス等、またはそれらの混合物からなる媒体であり、任意の形状に合わせて変化させて任意の空間を充填させることが可能な媒体のことをいう。
なお、本開示における「軟質媒体」とは、水、グリセリン等のアルコール、高分子材料、ガラス等、またはそれらの混合物からなる媒体であり、任意の形状に合わせて変化させて任意の空間を充填させることが可能な媒体のことをいう。
（軟質媒体の効果）
上記構成とされた軟質媒体３７，５５，５７，５９，６１を備えることで、センサ面４６ａと管状部材１の表面１ａとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
上記構成とされた軟質媒体３７，５５，５７，５９，６１を備えることで、センサ面４６ａと管状部材１の表面１ａとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
（保持回動機構の構成）
保持回動機構３９は、複数の板ばね７１と、複数の連結板７２と、複数の軸受部７３と、複数のボール７５と、を有する。
板ばね７１は、各突出部５１，５２に対してそれぞれ２つずつ設けられている。複数の板ばね７１の一方の端部は、ボルトにより、各突出部５１，５２に固定されている。
板ばね７１は、管状部材１の表面１ａに向かう方向に外力を加えられると、湾曲に変形して管状部材１の周方向に延び（図６参照）、該外力が無くなると復元力により元の状態に戻り、一方向に延びる（図８参照）。
保持回動機構３９は、複数の板ばね７１と、複数の連結板７２と、複数の軸受部７３と、複数のボール７５と、を有する。
板ばね７１は、各突出部５１，５２に対してそれぞれ２つずつ設けられている。複数の板ばね７１の一方の端部は、ボルトにより、各突出部５１，５２に固定されている。
板ばね７１は、管状部材１の表面１ａに向かう方向に外力を加えられると、湾曲に変形して管状部材１の周方向に延び（図６参照）、該外力が無くなると復元力により元の状態に戻り、一方向に延びる（図８参照）。
連結板７２は、同一の突出部５１，５２に設けられた２つの板ばね７１の中間位置をＹ方向に連結するための部材である。連結板７２は、２つの板ばね７１に対してボルトで固定されている。
軸受部７３は、複数の板ばね７１、及び複数の連結板７２にそれぞれ設けられている。軸受部７３は、各板ばね７１に対して、それぞれ複数（図６の場合、一例として、３つ）設けられている。複数の軸受部７３は、管状部材１の表面１ａと向かい合う側に位置する板ばね７１の面に配置されている。
軸受部７３は、各連結板７２に対して、それぞれ１つ設けられている。軸受部７３は、管状部材１の表面１ａと向かい合う側に位置する連結板７２の面に配置されている。
軸受部７３は、各連結板７２に対して、それぞれ１つ設けられている。軸受部７３は、管状部材１の表面１ａと向かい合う側に位置する連結板７２の面に配置されている。
ボール７５は、各軸受部７３に対してそれぞれ設けられている。ボール７５は、回転可能な状態で軸受部７３に支持されている。複数のボール７５は、磁石で構成されている。
複数のボール７５は、複数の板ばね７１が管状部材１側に湾曲変形させられた際、管状部材１の表面１ａと接触するとともに、強磁性体を有する金属材料で構成された管状部材１の表面１ａにくっつく。
複数のボール７５は、複数の板ばね７１が管状部材１側に湾曲変形させられた際、管状部材１の表面１ａと接触するとともに、強磁性体を有する金属材料で構成された管状部材１の表面１ａにくっつく。
この状態において、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体３７からなる構造体が管状部材１の表面１ａに固定される。
また、ボール７５が軸受部に回転可能な状態で支持されているため、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体３７からなる構造体を管状部材１の周方向に回動させることが可能な構成とされている。
また、ボール７５が軸受部に回転可能な状態で支持されているため、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体３７からなる構造体を管状部材１の周方向に回動させることが可能な構成とされている。
（保持回動機構の効果）
このような構成とされた複数の板ばね７１、複数の軸受部７３、及び複数のボール７５を用いて保持回動機構３９を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、媒体保持部３５、及び軟質媒体３７からなる構造体を管状部材１の表面１ａの所定位置に保持することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
このような構成とされた複数の板ばね７１、複数の軸受部７３、及び複数のボール７５を用いて保持回動機構３９を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、媒体保持部３５、及び軟質媒体３７からなる構造体を管状部材１の表面１ａの所定位置に保持することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
（ロータリーエンコーダの構成）
ロータリーエンコーダ４１は、探触支持部材３３に設けられている。ロータリーエンコーダ４１は、管状部材１の周方向における超音波探触子３１の移動距離を計測する。
ロータリーエンコーダ４１は、探触支持部材３３に設けられている。ロータリーエンコーダ４１は、管状部材１の周方向における超音波探触子３１の移動距離を計測する。
（ロータリーエンコーダの効果）
このような構成とされたロータリーエンコーダ４１を備えることで、管状部材１の周方向における超音波探触子３１の移動距離を計測することができる。
このような構成とされたロータリーエンコーダ４１を備えることで、管状部材１の周方向における超音波探触子３１の移動距離を計測することができる。
なお、第２の実施形態では、一例として、探触支持部材３３にロータリーエンコーダ４１を固定した場合を例に挙げて説明したが、例えば、磁石等を用いてロータリーエンコーダ４１を管状部材１に固定し、超音波探傷スキャナ３０の外面または側面とロータリー計測軸とを接触させる構成としてもよい。
（第２の実施形態の超音波探傷スキャナの効果）
第２の実施形態の超音波探傷スキャナ３０によれば、探触支持部材３３に形成された開口部４８Ａ、及び媒体保持部３５の媒体収容空間３５Ａを充填するとともに、管状部材１の表面１ａ及びセンサ面４６ａと接触する軟質媒体３７を備えることで、センサ面４６ａから管状部材１の表面１ａまでの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
第２の実施形態の超音波探傷スキャナ３０によれば、探触支持部材３３に形成された開口部４８Ａ、及び媒体保持部３５の媒体収容空間３５Ａを充填するとともに、管状部材１の表面１ａ及びセンサ面４６ａと接触する軟質媒体３７を備えることで、センサ面４６ａから管状部材１の表面１ａまでの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構３９を備えることで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、媒体保持部３５、及び軟質媒体３７からなる構造体を異なる外径とされた管状部材１に取り付けることができるとともに、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
＜第３の実施形態＞
図１５を参照して、第３の実施形態に係る超音波探傷スキャナ８０について説明する。図１５において、図６～図９に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
また、図１５では、超音波探傷スキャナ８０とともに、超音波探傷スキャナ８０の構成要素ではない検査対象物である管状部材１も併せて図示する。
図１５を参照して、第３の実施形態に係る超音波探傷スキャナ８０について説明する。図１５において、図６～図９に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
また、図１５では、超音波探傷スキャナ８０とともに、超音波探傷スキャナ８０の構成要素ではない検査対象物である管状部材１も併せて図示する。
（超音波探傷スキャナの全体構成）
超音波探傷スキャナ８０は、第２の実施形態の超音波探傷スキャナ３０を構成する保持回動機構３９に替えて、保持回動機構８１を備えるとともに、一対の支持機構８２をさらに備えること以外は、超音波探傷スキャナ３０と同様な構成されている。
超音波探傷スキャナ８０は、第２の実施形態の超音波探傷スキャナ３０を構成する保持回動機構３９に替えて、保持回動機構８１を備えるとともに、一対の支持機構８２をさらに備えること以外は、超音波探傷スキャナ３０と同様な構成されている。
（保持回動機構の構成）
保持回動機構８１は、複数（図１５の場合、一例として４つ）のチェーン８５と、複数のローラ８７と、複数の軸部８９と、を有する。
チェーン８５は、Ｘ方向に位置する探触支持部材３３の両端部にそれぞれ２つずつ設けられている。各チェーン８５の一方の端部は、探触支持部材３３に固定されている。
複数のチェーン８５は、保持回動機構８１が管状部材１に超音波探触子３１を取り付けた状態において、管状部材１の周方向に延びている。
保持回動機構８１は、複数（図１５の場合、一例として４つ）のチェーン８５と、複数のローラ８７と、複数の軸部８９と、を有する。
チェーン８５は、Ｘ方向に位置する探触支持部材３３の両端部にそれぞれ２つずつ設けられている。各チェーン８５の一方の端部は、探触支持部材３３に固定されている。
複数のチェーン８５は、保持回動機構８１が管状部材１に超音波探触子３１を取り付けた状態において、管状部材１の周方向に延びている。
ローラ８７は、各チェーン８５の間に配置されている。ローラ８７は、チェーン８５が延びる方向に間隔をあけて複数配置されている。
軸部８９は、Ｙ方向に延びており、各チェーン８５に間隔をあけて複数設けられている。軸部８９は、Ｙ方向にローラ８７を貫通しており、回動可能な状態でローラ８７を支持している。
軸部８９は、Ｙ方向に延びており、各チェーン８５に間隔をあけて複数設けられている。軸部８９は、Ｙ方向にローラ８７を貫通しており、回動可能な状態でローラ８７を支持している。
複数のローラ８７は、磁石で構成されている。複数のローラ８７は、管状部材１の表面１ａと接触することで、管状部材１の表面１ａの周方向に沿うように配置されたチェーン８５を管状部材１に固定する。
この状態において、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体からなる構造体が管状部材１の表面１ａに固定される。
また、軸部８９によりローラ８７が回転可能な状態で支持されているため、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体からなる構造体を管状部材１の周方向に回動させることが可能となる。
この状態において、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体からなる構造体が管状部材１の表面１ａに固定される。
また、軸部８９によりローラ８７が回転可能な状態で支持されているため、超音波探触子３１、探触支持部材３３と、媒体保持部３５、及び軟質媒体からなる構造体を管状部材１の周方向に回動させることが可能となる。
（保持回動機構の効果）
このような構成とされた複数のチェーン８５、複数のローラ８７、及び複数の軸部８９を用いて保持回動機構８１を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７からなる構造体の管状部材１に対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
このような構成とされた複数のチェーン８５、複数のローラ８７、及び複数の軸部８９を用いて保持回動機構８１を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７からなる構造体の管状部材１に対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
一対の支持機構８２は、支持部材本体４８の内面４８ｂから管状部材１の表面１ａに向かう方向に延びており、管状部材１の表面１ａと接触している。一対の支持機構８２は、媒体保持部３５を挟んで、Ｙ方向に配置されている。
（第３の実施形態の超音波探傷スキャナの効果）
上記構成とされた第３の実施形態の超音波探傷スキャナ８０は、先に説明した第２の実施形態の超音波探傷スキャナ８０と同様な効果を得ることができる。
上記構成とされた第３の実施形態の超音波探傷スキャナ８０は、先に説明した第２の実施形態の超音波探傷スキャナ８０と同様な効果を得ることができる。
以上、本開示の好ましい実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
なお、第２の実施形態では、保持回動機構の一例として、複数の板ばね７１、複数の軸受部７３、及び複数のボール７５により構成された保持回動機構３９を例に挙げて説明し、第３の実施形態では、保持回動機構の一例として、複数のチェーン８５、複数のローラ８７、及び複数の軸部８９により構成された保持回動機構８１を例に挙げて説明した。
しかし、上記保持回動機構３９，８１は、一例であり、保持回動機構の構成は、これらに限定されない。
しかし、上記保持回動機構３９，８１は、一例であり、保持回動機構の構成は、これらに限定されない。
保持回動機構としては、管状部材１の周方向に延びる部分を有し、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７からなる構造体を管状部材１に保持するとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることが可能で、かつ管状部材１の表面１ａから管状部材１の内側に向かう方向に押し付け力を発生させることが可能な物であればよい。
保持回動機構の他の例としては、例えば、マジックハンドやマジックテープ（登録商標）等の簡便な構成のものを用いてもよい。
保持回動機構の他の例としては、例えば、マジックハンドやマジックテープ（登録商標）等の簡便な構成のものを用いてもよい。
＜付記＞
各実施形態に記載の超音波探触子１０、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナ３０，８０は、例えば、以下のように把握される。
各実施形態に記載の超音波探触子１０、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナ３０，８０は、例えば、以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る超音波探触子１０は、検査対象物（管状部材１）の表面１ａ形状を認識し、前記表面１ａ形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、前記検査対象物（管状部材１）の内部の検査を行う際に使用する超音波探触子１０であって、前記超音波を送受信する複数の圧電素子１７、及び前記検査対象物（管状部材１）の表面１ａと向かいう合うセンサ面１３ａを有し、前記複数の圧電素子１７が互いに間隔をあけて、前記圧電素子１７の幅方向（Ｙ方向）及び長さ方向（Ｘ方向）に配置されたアレイセンサ１３と、前記アレイセンサ１３が配置される一面１２ａを含み、前記複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されたダンパ部材１２と、を備える。
このように、複数の圧電素子１７から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材１２を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くすることが可能となるので、圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
これにより、ダンパ部材１２の厚さＭ１を薄くすることが可能となるので、圧電素子１７の厚さＭ２及びダンパ部材１２の厚さＭ１で決まる超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
（２）第２の態様に係る超音波探触子１０は、（１）の超音波探触子１０であって、前記複数の圧電素子１７の厚さＭ１を薄くするとともに、前記圧電素子１７の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー及び周波数を得ることが可能な大きさとしてもよい。
このように、圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすることで、圧電素子１７の厚さＭ２とダンパ部材１２の厚さＭ１との合計である超音波探触子１０の高さＨを低くすることができる。
ところで、単に圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすると、欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが難しくなり、欠陥の探傷を精度良く行うことが困難となる。
しかし、上記のように、圧電素子１７の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが可能な大きさとする（即ち、圧電素子１７の幅及び長さを大きくする）ことで、欠陥の探傷を精度良く行うことができる。
ところで、単に圧電素子１７の厚さＭ２を薄くすると、欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが難しくなり、欠陥の探傷を精度良く行うことが困難となる。
しかし、上記のように、圧電素子１７の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー（音場エネルギー）及び周波数を得ることが可能な大きさとする（即ち、圧電素子１７の幅及び長さを大きくする）ことで、欠陥の探傷を精度良く行うことができる。
（３）第３の態様に係る超音波探触子１０は、（１）または（２）の超音波探触子１０であって、前記圧電素子の固有周波数は、前記周波数よりも高くてもよい。
圧電素子１７の固有周波数は、ダンパ部材１２の影響を受けて低下してしまう。そこで、圧電素子１７の固有周波数を欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることで、超音波探触子１０の周波数を欠陥の探傷に必要な周波数にすることができる。
（４）第４の態様に係る超音波探触子１０は、（１）から（３）のうち、いずれか一項記載の超音波探触子１０であって、前記ダンパ部材は、前記圧電素子を励起させる際、ダンピングにより１波～３波のスパイク波形が形成される硬度とされていてもよい。
このように、圧電素子１７を励起させる際、ダンパ部材１２の硬度を１波～３波のスパイク波形を形成することの可能な硬さとすることで、励起波形幅を小さくすることが可能となる。
これにより、超音波探触子１０を配置させる隙間が狭く、検査対象物（管状部材１）の表面１ａとセンサ面１３ａとが非常に近い場合でも検査対象物（管状部材１）の表面１ａを精度良く認識することができる。
これにより、超音波探触子１０を配置させる隙間が狭く、検査対象物（管状部材１）の表面１ａとセンサ面１３ａとが非常に近い場合でも検査対象物（管状部材１）の表面１ａを精度良く認識することができる。
（５）第５の態様に係る超音波探触子１０は、（１）から（３）のうち、いずれか一項記載の超音波探触子１０であって、前記センサ面１３ａは、前記圧電素子１７の長さ方向（Ｘ方向）における曲率を変えることで構成された凹曲面であってもよい。
このように、センサ面１３ａを凹曲面とすることで、検査対象物（管状部材１）の任意の一断面に超音波を収束させることが可能となるので、任意の一断面における分解能を向上させることができ、かつ任意の一断面における傷の検出感度を向上させることができる。
（６）第６の態様に係る超音波探触子１０は、（１）から（５）のうち、いずれか一項記載の超音波探触子１０であって、前記複数の圧電素子１７は、それぞれ低周波数帯から高周波帯の超音波を送受信する素子であって、前記複数の圧電素子１７は、グレーチングローブの発生を抑制可能な範囲で大きなピッチＰ１，Ｐ２で配置されていてもよい。
上記ピッチＰ１，Ｐ２で配置された複数の圧電素子１７を有することで、グレーチングローブの発生を抑制した上で一度の計測で検査対象物（管状部材１）の表面１ａの検査に必要な探傷範囲を確保することができる。
（７）第７の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（１）から（６）のうち、いずれか一項記載の超音波探触子１０と、前記超音波探触子１０が取り付けられる外面４８ａ、前記検査対象物である管状部材１の表面１ａと向き合う内面４８ｂ、及び前記外面４８ａから前記内面４８ｂに向かう方向に貫通し、前記センサ面１３ａを露出させる開口部４８Ａを有し、前記管状部材１の表面１ａから離れて配置される探触支持部材３３と、前記探触支持部材３３と前記管状部材１の表面１ａとの間、及び前記開口部４８Ａを充填するとともに、前記管状部材１の表面１ａと接触する軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１と、前記管状部材１の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子１０、前記探触支持部材３３、及び前記軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１からなる構造体を前記管状部材１に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構３９と、を備え、前記保持回動機構３９は、前記管状部材１の表面１ａから前記管状部材１の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる。
上記構成とされた軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１を備えることで、センサ面１３ａから管状部材１の表面１ａまでの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構３９を備えることで、超音波探触子１０、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１、及び探触支持部材３３からなる構造体を異なる外径とされた管状部材１に取り付けることができるとともに、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構３９を備えることで、超音波探触子１０、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１、及び探触支持部材３３からなる構造体を異なる外径とされた管状部材１に取り付けることができるとともに、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
（８）第８の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（７）の超音波探傷スキャナ３０，８０あって、前記超音波探触子１０は、前記センサ面１３ａに設けられ、前記軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１と接触する軟質フィルム１５を備えており、前記軟質フィルム１５は、前記軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１の音速と等しい音速とされた材料で構成されていてもよい。
このように、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１の音速と等しい音速とされた材料で軟質フィルム１５を構成することで、軟質フィルム１５と軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１との界面において、界面エコーが発生することを抑制できる。
また、センサ面１３ａに軟質フィルム１５を設けることで、圧電素子１７と管状部材１の表面１ａとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、欠陥の探傷の精度良く行うことができる。
また、センサ面１３ａに軟質フィルム１５を設けることで、圧電素子１７と管状部材１の表面１ａとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、欠陥の探傷の精度良く行うことができる。
（９）第９の態様に係る超音波探傷スキャナ３０は、（７）または（８）の超音波探傷スキャナ３０あって、前記管状部材１は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構３９は、一方の端部が前記探触支持部材３３と接続され、前記管状部材１の周方向に延びる複数の板ばね７１と、前記管状部材１の表面１ａと向かい合う前記複数の板ばね７１の面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部７３と、前記軸受部７３に回転可能に支持され、前記管状部材１と接触する磁石からなるボール７５と、を有してもよい。
このような構成とされた複数の板ばね７１、複数の軸受部７３、及び複数のボール７５を用いて保持回動機構３９を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７からなる構造体の管状部材１の表面１ａに対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
（１０）第１０の態様に係る超音波探傷スキャナ８０は、（７）または（８）の超音波探傷スキャナ８０あって、前記管状部材１は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構８１は、一方の端部が前記探触支持部材３３と接続され、前記管状部材１の周方向に延びる複数のチェーン８５と、前記チェーン８５に設けられ、前記チェーン８５の長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材１の表面１ａと接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラ８７と、を有し、前記複数のローラ８７は、磁石で構成されており、前記管状部材１と接触してもよい。
このような構成とされた複数のチェーン８５、及び複数のローラ８７を用いて保持回動機構８１を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７からなる構造体の管状部材１に対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
（１１）第１１の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（７）から（１０）のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ３０，８０あって、前記探触支持部材３３の内面４８ｂに設けられ、前記開口部４８Ａを囲むとともに、前記管状部材１の表面１ａに当接され、前記探触支持部材３３と前記管状部材１の表面１ａとの間に配置された前記軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１を保持する媒体保持部３５を備えてもよい。
このような構成とされた媒体保持部３５を有することで、媒体保持部３５により軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１を保持して、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１が漏れ出ることを抑制した上で、上記構造体を周方向に回動させて、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
（１２）第１２の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（７）から（１１）のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ３０，８０あって、前記管状部材１の周方向における前記超音波探触子３１の移動距離を計測するロータリーエンコーダ４１をさらに備えてもよい。
このような構成とされたロータリーエンコーダ４１を備えることで、管状部材１の周方向における超音波探触子３１の移動距離を計測することができる。
（１３）第１３の態様に係る超音波探触子１０の設計方法は、ダンパ部材１２と、前記ダンパ部材１２の一面に設けられ、複数の圧電素子１７が幅方向および長さ方向に配置されたアレイセンサ１３と、を備える超音波探触子１０の設計方法であって、検査対象物の探傷のために前記超音波探触子１０に許容される高さと、前記検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさと、に基づいて前記ダンパ部材１２の高さ及び硬度を決定する第１のステップを有する。
このような方法を用いて、ダンパ部材１２の高さ及び硬度を決定することで、超音波探触子１０の高さを超音波探触子１０が挿入される隙間の高さよりも低くすることが可能となるので、検査対象物の探傷を実施することができる。
（１４）第１４の態様に係る超音波探触子１０の設計方法は、（１３）記載の超音波探触子１０の設計方法であって、前記第１のステップにより決定された前記ダンパ部材１２の高さと前記検査対象物の探傷のために必要な前記振動エネルギーの大きさとに基づいて前記圧電素子１７の幅及び長さを決定する第２のステップをさらに有してもよい。
このような第２のステップを有することで、超音波探触子１０の高さをさらに低くすることが可能となるため、より狭い隙間に超音波探触子１０を挿入することができる。
（１５）第１５の態様に係る超音波探触子１０の設計方法は、（１３）または（１４）記載の超音波探触子１０の設計方法であって、前記第１のステップにより決定された前記ダンパ部材１２の硬度に基づいて前記圧電素子１７の固有周波数を決定する第３のステップをさらに有してもよい。
このような第３のステップを有することで、超音波探触子１０の周波数を探傷に必要な周波数とすることができる。
（１６）第１６の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、検査対象物（管状部材１）に超音波を送信し、欠陥で反射された前記超音波を受信するアレイセンサ４６を有する超音波探触子３１と、前記超音波探触子３１が取り付けられる外面４８ａ、前記検査対象物である管状部材１の表面１ａと向き合う内面４８ｂ、及び前記外面４８ａから前記内面４８ｂに向かう方向に貫通し、前記アレイセンサ４６のセンサ面４６ａを露出させる開口部４８Ａを有し、前記管状部材１の表面１ａから離れて配置される探触支持部材３３と、前記探触支持部材３３と前記管状部材１の表面１ａとの間、及び前記開口部４８Ａを充填するとともに、前記管状部材１の表面１ａと接触する軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１と、前記管状部材１の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子３１、前記探触支持部材３３、及び前記軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１からなる構造体を前記管状部材１に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構３９，８１と、を備え、前記保持回動機構３９，８１は、前記管状部材１の表面１ａから前記管状部材１の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる。
上記構成とされた軟質媒体を備えることで、センサ面４６ａと管状部材１の表面１ａとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構３９，８１を備えることで、超音波探触子３１、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１、及び探触支持部材３３からなる構造体を異なる外径とされた管状部材１に取り付けることができるとともに、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構３９，８１を備えることで、超音波探触子３１、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１、及び探触支持部材３３からなる構造体を異なる外径とされた管状部材１に取り付けることができるとともに、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
（１７）第１７の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（１６）の超音波探傷スキャナ３０，８０あって、前記管状部材１は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構３９は、一方の端部が前記探触支持部材３３と接続され、前記管状部材１の周方向に延びる板ばね７１と、前記管状部材１の表面１ａと向かい合う前記板ばね７１の面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部７３と、前記軸受部７３に回転可能に支持され、前記管状部材１と接触する磁石からなるボール７５と、を有してもよい。
このような構成とされた板ばね７１、複数の軸受部７３、及び複数のボール７５を用いて保持回動機構３９を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１からなる構造体を管状部材１に保持することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
（１８）第１８の態様に係る超音波探傷スキャナ８０は、（１６）の超音波探傷スキャナ８０あって、前記管状部材１は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構８１は、一方の端部が前記探触支持部材３３と接続され、前記管状部材１の周方向に延びるチェーン８５と、前記チェーン８５に設けられ、前記チェーン８５の長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材１の表面１ａと接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラ８７と、を有し、前記複数のローラ８７は、前記管状部材１と接触する磁石からなってもよい。
このような構成とされたチェーン８５、及び複数のローラ８７を用いて保持回動機構８１を構成することで、超音波探触子３１、探触支持部材３３、及び軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１からなる構造体を管状部材１に保持することができるとともに、該構造体を管状部材１の周方向に回動させることができる。
（１９）第１９の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（１６）から（１８）のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ３０，８０あって、前記探触支持部材３３の内面４８ｂに設けられ、前記開口部４８Ａを囲むとともに、前記管状部材１の表面１ａに当接され、前記探触支持部材３３と前記管状部材１の表面１ａとの間に配置された前記軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１を保持する媒体保持部３５を備えてもよい。
このような構成とされた媒体保持部３５を有することで、媒体保持部３５により軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１を保持させて、軟質媒体３７，５５,５７，５９，６１が漏れ出ることを抑制した上で、上記構造体を周方向に回動させて、管状部材１の周方向の検査を行うことができる。
（２０）第２０の態様に係る超音波探傷スキャナ３０，８０は、（１６）から（１９）のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ３０，８０であって、前記管状部材１の周方向における前記超音波探触子３１の移動距離を計測するロータリーエンコーダ４１をさらに備えてもよい。
このような構成とされたロータリーエンコーダ４１を備えることで、管状部材１の周方向における超音波探触子３１の移動距離を計測することができる。
１…管状部材
１ａ…表面
２…配管
３…溶接部
１０，３１…超音波探触子
１２…ダンパ部材
１２ａ…一面
１２ａａ…センサ載置面
１２ａｂ…非センサ載置面
１２ｂ…他面
１３，４６…アレイセンサ
１３ａ，４６ａ…センサ面
１５…軟質フィルム
１７…圧電素子
１７ａ…送受信面
３０，８０…超音波探傷スキャナ
３３…探触支持部材
３３ａ、４８ａ…外面
３５…媒体保持部
３５Ａ…媒体収容空間
３７，５５，５７，５９，６１…軟質媒体
３７Ａ，６１Ａ…第１の軟質媒体
３７Ｂ，５９Ａ，６１Ｂ…第２の軟質媒体
３９，８１…保持回動機構
４１…ロータリーエンコーダ
４５…センサ保持部
４５ａ…面
４８…支持部材本体
４８Ａ…開口部
４８ｂ…内面
５１，５２…突出部
７１…板ばね
７２…連結板
７３…軸受部
７５…ボール
８２…支持機構
８５…チェーン
８７…ローラ
８９…軸部
Ｈ…高さ
Ｍ１，Ｍ２…厚さ
Ｐ１，Ｐ２…ピッチ
１ａ…表面
２…配管
３…溶接部
１０，３１…超音波探触子
１２…ダンパ部材
１２ａ…一面
１２ａａ…センサ載置面
１２ａｂ…非センサ載置面
１２ｂ…他面
１３，４６…アレイセンサ
１３ａ，４６ａ…センサ面
１５…軟質フィルム
１７…圧電素子
１７ａ…送受信面
３０，８０…超音波探傷スキャナ
３３…探触支持部材
３３ａ、４８ａ…外面
３５…媒体保持部
３５Ａ…媒体収容空間
３７，５５，５７，５９，６１…軟質媒体
３７Ａ，６１Ａ…第１の軟質媒体
３７Ｂ，５９Ａ，６１Ｂ…第２の軟質媒体
３９，８１…保持回動機構
４１…ロータリーエンコーダ
４５…センサ保持部
４５ａ…面
４８…支持部材本体
４８Ａ…開口部
４８ｂ…内面
５１，５２…突出部
７１…板ばね
７２…連結板
７３…軸受部
７５…ボール
８２…支持機構
８５…チェーン
８７…ローラ
８９…軸部
Ｈ…高さ
Ｍ１，Ｍ２…厚さ
Ｐ１，Ｐ２…ピッチ
Claims (12)
- 検査対象物の表面形状を認識し、前記表面形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、前記検査対象物の内部の検査を行う際に使用する超音波探触子であって、
前記超音波を送受信する複数の圧電素子、及び前記検査対象物の表面と向かいう合うセンサ面を有し、前記複数の圧電素子が互いに間隔をあけて、前記圧電素子の幅方向及び長さ方向に配置されたアレイセンサと、
前記アレイセンサが配置される一面を含み、前記複数の圧電素子から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されたダンパ部材と、
を備え、
前記ダンパ部材の前記一面は、前記アレイセンサが配置されるセンサ載置面、及び該センサ載置面を囲む非センサ載置面を有し、前記センサ載置面は前記非センサ載置面を基準として前記アレイセンサの厚さよりも大きく凹んでいることで該アレイセンサを収容している超音波探触子。 - 前記複数の圧電素子の厚さを薄くするとともに、前記圧電素子の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー及び周波数を得ることが可能な大きさとする請求項１記載の超音波探触子。
- 前記圧電素子の固有周波数は、前記周波数よりも高い請求項２記載の超音波探触子。
- 前記ダンパ部材は、前記圧電素子を励起させる際、ダンピングにより１波～３波のスパイク波形が形成される硬度とされている請求項１から３のうち、いずれか一項記載の超音波探触子。
- 前記センサ面は、前記圧電素子の長さ方向における曲率を変えることで構成された凹曲面である請求項１から３のうち、いずれか一項記載の超音波探触子。
- 前記複数の圧電素子は、それぞれ低周波数帯から高周波帯の超音波を送受信する素子であって、
前記複数の圧電素子は、グレーチングローブの発生を抑制可能な範囲で大きなピッチで配置されている請求項１から５のうち、いずれか一項記載の超音波探触子。 - 請求項１から請求項６のうち、いずれか一項記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が取り付けられる外面、前記検査対象物である管状部材の表面と向き合う内面、及び前記外面から前記内面に向かう方向に貫通し、前記センサ面を露出させる開口部を有し、前記管状部材の表面から離れて配置される探触支持部材と、
前記探触支持部材と前記管状部材の表面との間、及び前記開口部を充填するとともに、前記管状部材の表面と接触する軟質媒体と、
前記管状部材の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子、前記探触支持部材、及び前記軟質媒体からなる構造体を前記管状部材に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構と、
を備え、
前記保持回動機構は、前記管状部材の表面から前記管状部材の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる超音波探傷スキャナ。 - 前記超音波探触子は、前記センサ面に設けられ、前記軟質媒体と接触する軟質フィルムを備えており、
前記軟質フィルムは、前記軟質媒体の音速と等しい音速とされた材料で構成されている請求項７記載の超音波探傷スキャナ。 - 前記管状部材は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、
前記保持回動機構は、一方の端部が前記探触支持部材と接続され、前記管状部材の周方向に延びる複数の板ばねと、
前記管状部材の表面と向かい合う前記複数の板ばねの面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部と、
前記軸受部に回転可能に支持され、前記管状部材と接触する磁石からなるボールと、
を有する請求項７または８記載の超音波探傷スキャナ。 - 前記管状部材は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、
前記保持回動機構は、一方の端部が前記探触支持部材と接続され、前記管状部材の周方向に延びる複数のチェーンと、
前記チェーンに設けられ、前記チェーンの長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材の表面と接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラと、
を有し、
前記複数のローラは、磁石で構成されており、前記管状部材と接触する請求項７または８記載の超音波探傷スキャナ。 - 前記探触支持部材の内面に設けられ、前記開口部を囲むとともに、前記管状部材の表面に当接され、前記探触支持部材と前記管状部材の表面との間に配置された前記軟質媒体を保持する媒体保持部を備える請求項７から１０のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ。
- 前記管状部材の周方向における前記超音波探触子の移動距離を計測するロータリーエンコーダをさらに備える請求項７から１１のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ。
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