特開 2022-159212 液浸探触子、探傷検査装置及び探傷検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022159212

(43)【公開日】2022-10-17

(54)【発明の名称】液浸探触子、探傷検査装置及び探傷検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20221006BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059067

(22)【出願日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】P 2021061715

(32)【優先日】2021-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】長濱 大輔

(72)【発明者】

【氏名】奥野 元貴

(72)【発明者】

【氏名】谷村 康行

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA05

2G047AC06

2G047BB06

2G047BC03

2G047CA01

2G047GB25

2G047GB27

(57)【要約】

【課題】探傷検査において、被検査物の内部深くまで探傷検査を行うことを可能とする。
【解決手段】液浸探触子（５２）は、平面視で円形をなすとともに、被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面６８として形成された前面板６４を備える。凹面６８の中心で互いに直交し且つ該凹面６８に沿って湾曲する第１仮想接線Ｍ１及び第２仮想接線Ｍ２のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径Ｒ１、第２曲率半径Ｒ２とするとき、第１曲率半径Ｒ１と第２曲率半径Ｒ２は互いに相違する。溶媒（２４）中に超音波（７０、７２）を発振したとき、超音波は２箇所で集束する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶媒に浸漬された被検査物に対して周波数が１０ＭＨｚ以上の超音波を発振する振動子を備え、前記超音波によって前記被検査物のきずの有無を検査する液浸探触子において、
平面視で円形をなすとともに、前記被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面として形成された前面板を備え、
前記凹面の中心で互いに直交し且つ該凹面に沿って湾曲する第１仮想接線及び第２仮想接線のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径、第２曲率半径とするとき、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違し、
前記溶媒中では、前記振動子から発振された前記超音波は、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違することに基づいて２箇所で集束する液浸探触子。

【請求項2】

請求項１記載の液浸探触子において、前記第１曲率半径及び前記第２曲率半径が、前記溶媒を通過して前記被検査物に入射した前記超音波が前記被検査物の内部の１箇所で集束する曲率半径に設定された液浸探触子。

【請求項3】

請求項１又は２記載の液浸探触子において、直径が０．１７ｍｍ以上である円形平面きずを前記被検査物から検出可能である液浸探触子。

【請求項4】

溶媒を貯留する貯留槽と、前記溶媒に浸漬された被検査物に対して超音波を発振する液浸探触子とを備える探傷検査装置において、
前記液浸探触子は、前記被検査物に対して周波数が１０ＭＨｚ以上の超音波を発振する振動子と、平面視で円形をなすとともに、前記被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面として形成された前面板とを備え、
前記凹面の中心で互いに直交し且つ該凹面に沿って湾曲する第１仮想接線及び第２仮想接線のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径、第２曲率半径とするとき、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違し、
前記溶媒中では、前記振動子から発振された前記超音波が、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違することに基づいて２箇所で集束する一方、前記溶媒を通過して前記被検査物に入射した前記超音波が、前記被検査物の内部の１箇所で集束する探傷検査装置。

【請求項5】

請求項４記載の探傷検査装置において、前記貯留槽内に設けられて前記被検査物を保持する回転テーブルと、前記液浸探触子を少なくとも前記回転テーブルに保持された前記被検査物の高さ方向に沿って移動させる可動部とをさらに備える探傷検査装置。

【請求項6】

請求項４又は５記載の探傷検査装置において、前記液浸探触子を少なくとも２個備えるとともに、前記少なくとも２個の液浸探触子は、各々が発振した前記超音波の、前記被検査物の内部での集束箇所が互いに相違する探傷検査装置。

【請求項7】

溶媒に浸漬された被検査物に対し、液浸探触子を構成する振動子から周波数が１０ＭＨｚ以上の超音波を発振し、前記超音波によって前記被検査物のきずの有無を検査する探傷検査方法において、
前記液浸探触子として、平面視で円形をなすとともに、前記被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面として形成され、且つ前記凹面の中心で互いに直交し且つ該凹面に沿って湾曲する第１仮想接線及び第２仮想接線のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径、第２曲率半径とするとき、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違する前面板を備えるとともに、前記溶媒中で、前記振動子から発振された前記超音波が、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違することに基づいて２箇所で集束する一方、前記第１曲率半径及び前記第２曲率半径が、前記溶媒を通過して前記被検査物に入射した前記超音波が前記被検査物の内部の１箇所で集束する曲率半径に設定されたものを用いる探傷検査方法。

【請求項8】

請求項７記載の探傷検査方法において、前記被検査物として、直径が８インチである円柱形状体を用いる探傷検査方法。

【請求項9】

請求項７又は８記載の探傷検査方法において、前記被検査物として、ニッケル基合金からなるものを用いる探傷検査方法。

【請求項10】

請求項７～９のいずれか１項に記載の探傷検査方法において、前記液浸探触子として、少なくとも、各々が発振した前記超音波の、前記被検査物内での集束箇所が互いに相違する２個を用いる探傷検査方法。

【請求項11】

請求項７～１０のいずれか１項に記載の探傷検査方法において、前記溶媒として水を用いる探傷検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を発振する液浸探触子、それを含む探傷検査装置、及びそれを用いた探傷検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、タービンエンジンは、高速で回転する部材を多数個有する。この種の部材は、一般的に、ビレットに鍛造加工等を施すことで作製される。ここで、タービンエンジンの構成部材のように過酷な環境下で使用される部材は、十分な耐久性を示すものであることが望ましい。このような部材を得るべく、内部に大きなきずが存在しないビレットを用いることが想起される。以上の観点から、鍛造加工等に先んじ、ビレットに対して探傷検査が行われる。その具体的な一手法としては、水浸探傷検査が例示される。

【0003】

水浸探傷検査では、水中に浸漬されたビレットに対し、探触子から超音波を発振する。ビレットの直径が大きいときには、中心近傍の内部深くまで探傷を行うために、特許文献１に記載されるように、焦点が互いに相違する超音波を発振する複数個の探触子を用いることもある。焦点距離が長い超音波ほど、ビレットの内部深くに到達するからである。

【0004】

また、特許文献２には、電子集束モードと時間反転モードの２モードでの発振を可能とする探触子の構成が提案されている。この場合、ビレットの比較的浅い部位の探傷では電子集束モード、深い部位の探傷では時間反転モードを選択することにより、単一個の探触子でビレットの内部から表面までの探傷が可能となるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第５５３３４０１号明細書

【特許文献2】米国特許第６２０２４８９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１記載の技術では、４個の水浸探触子が用いられている。このように探触子の個数が多くなるほど、探傷検査装置の部品点数が多くなる。また、全ての探触子から情報を得るまでに長時間を要する。すなわち、この場合、コストの低廉化を図ることが容易ではなく、また、検査時間を短縮することも容易ではないという不都合がある。

【0007】

一方、特許文献２に記載される水浸探触子は、その構成が複雑である。その上、２モードであるといえども、幅広い波長域にわたる超音波を発振することは容易ではない。従って、直径が大であるビレットの内部深くまで探傷を行うことも容易ではない。

【0008】

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡素な構成でありながら被検査物の内部深くまで探傷を行うことが可能な液浸探触子、それを備える探傷検査装置、それを用いた探傷検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、溶媒に浸漬された被検査物に対して周波数が１０ＭＨｚ以上の超音波を発振する振動子を備え、前記超音波によって前記被検査物のきずの有無を検査する液浸探触子において、
平面視で円形をなすとともに、前記被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面として形成された前面板を備え、
前記凹面の中心で互いに直交し且つ該凹面に沿って湾曲する第１仮想接線及び第２仮想接線のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径、第２曲率半径とするとき、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違し、
前記溶媒中では、前記振動子から発振された前記超音波は、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違することに基づいて２箇所で集束する液浸探触子が提供される。

【0010】

本発明の別の一実施形態によれば、溶媒を貯留する貯留槽と、前記溶媒に浸漬された被検査物に対して超音波を発振する液浸探触子とを備える探傷検査装置において、
前記液浸探触子は、前記被検査物に対して周波数が１０ＭＨｚ以上の超音波を発振する振動子と、平面視で円形をなすとともに、前記被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面として形成された前面板とを備え、
前記凹面の中心で互いに直交し且つ該凹面に沿って湾曲する第１仮想接線及び第２仮想接線のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径、第２曲率半径とするとき、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違し、
前記溶媒中では、前記振動子から発振された前記超音波が、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違することに基づいて２箇所で集束する一方、前記溶媒を通過して前記被検査物に入射した前記超音波が、前記被検査物の内部の１箇所で集束する探傷検査装置が提供される。

【0011】

本発明のまた別の一実施形態によれば、溶媒に浸漬された被検査物に対し、液浸探触子を構成する振動子から周波数が１０ＭＨｚ以上の超音波を発振し、前記超音波によって前記被検査物のきずの有無を検査する探傷検査方法において、
前記液浸探触子として、平面視で円形をなすとともに、前記被検査物に臨む面が、中心に向かうに従って漸次的に陥没するように湾曲する凹面として形成され、且つ前記凹面の中心で互いに直交し且つ該凹面に沿って湾曲する第１仮想接線及び第２仮想接線のそれぞれの曲率半径を第１曲率半径、第２曲率半径とするとき、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違する前面板を備えるとともに、前記溶媒中で、前記振動子から発振された前記超音波が、前記第１曲率半径と前記第２曲率半径が相違することに基づいて２箇所で集束する一方、前記第１曲率半径及び前記第２曲率半径が、前記溶媒を通過して前記被検査物に入射した前記超音波が前記被検査物の内部の１箇所で集束する曲率半径に設定されたものを用いる探傷検査方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、液浸探触子として、超音波の集束箇所（焦点）が２箇所である二重焦点探触子を採用し、短焦点の波の焦点距離を、被検査物のレンズ効果によって延長するようにしている。その結果、被検査物内では２個の焦点が略合致する。このため、被検査物の内部深くまで、きずが存在するか否かを判定する（探傷検査を行う）ことが容易となる。

【0013】

従って、従来技術では検出限界以下の寸法であるために検出できないとされていたきずを検出することが可能となる。このため、例えば、本発明においてもなおもきずが検出されなかった被検査物を、過酷な環境下で使用される部材を得るための素材として選別することができる。このような素材は、十分な耐久性を示す。

【0014】

また、二重焦点探触子は、前面板に凹面を形成することで得られる。これにより、簡素な構成でありながら被検査物の内部深くまで探傷を行うことが可能な液浸探触子を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態に係る探傷検査装置の概略斜視図である。

【図2】図１の探傷検査装置を構成する液浸探触子の概略斜視図である。

【図3】図３Ａは、図２の液浸探触子のＹ方向に沿う要部断面図であり、図３Ｂは、Ｚ方向に沿う要部断面図である。

【図4】図２の液浸探触子から発振された超音波の集束箇所を示す模式説明図である。

【図5】図４中のＦ１、Ｆ２における超音波の平面入射対象物に対する集束範囲を示す超音波ビームプロファイルデータである。

【図6】第１の波がビレットに入射したときに焦点距離が延長される状況を示した模式説明図である。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、第２の波がビレットに入射した状況を示した模式説明図である。

【図8】図８Ａは、図２の液浸探触子とは別の液浸探触子がビレットに対向した状態を示し、図８Ｂは、きずによって反射波が生じた状態を示す模式説明図である。

【図9】ビレットに超音波が入射したときの、第２探触子からの距離（水中換算距離）と、ビレット内部で集束する超音波ビームプロファイルデータとの関係を示す変化図である。

【図10】対比ＦＢＨ（円形平面きず）と、存在するか否かの判定が可能なＦＢＨの直径との関係を示す図表である。

【図11】第１曲率半径及び第２曲率半径が様々に相違する液浸探触子を用いての、二重焦点探触子としての特性の評価を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る探傷検査方法につき、それを実施するための液浸探触子と、それを含んで構成される探傷検査装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下における「前方」は被検査物に臨む側であり、「後方」はその逆方向である。例えば、「液浸探触子の前端」との表記は、「液浸探触子の、被検査物に臨む側の端部」を意味する。

【0017】

はじめに、図１中に示されるビレット１０につき概略説明する。被検査物であるビレット１０は円柱形状体であり、この場合、直径Ｄは８インチ（２０３．２ｍｍ）に設定されている。また、該ビレット１０は、耐熱性ニッケル基合金の粉末を焼結する、いわゆる粉末冶金によって作製されたものである。すなわち、このビレット１０は、耐熱性ニッケル基合金からなる。

【0018】

一方、探傷検査装置２０は貯留槽２２を備える。貯留槽２２内には、溶媒としての水２４が貯留される。後述するように、超音波は水２４中を伝播してビレット１０に到達する。貯留槽２２の上面には、変位用案内レール２６ａ、２６ｂが敷設される。

【0019】

貯留槽２２の底部には、ビレット１０を位置決め固定するための回転テーブル２８が設置される。該回転テーブル２８は、該回転テーブル２８の下面側に設けられた図示しない回転用モータ等の作用下に、回転可能である。また、回転テーブル２８の上面には、回転テーブル２８の回転中心から放射状に延在し、且つ互いに略１２０°の角度で離間した挟持用案内レール３０ａ～３０ｃが敷設される。挟持用案内レール３０ａ～３０ｃの各々には、挟持爪３２ａ～３２ｃが摺動可能に設けられる。各挟持爪３２ａ～３２ｃは、図示しないリニアアクチュエータの作用下に、挟持用案内レール３０ａ～３０ｃに沿って同期して移動する。

【0020】

挟持爪３２ａ～３２ｃの、ビレット１０に臨む側の端部は、鉛直上方に向かって突出する突部として形成されている。ビレット１０は、挟持爪３２ａ～３２ｃが互いに接近することに伴って、突部に挟持される。この挟持により、ビレット１０が起立姿勢として回転テーブル２８の中心に位置決め固定される。ビレット１０は、回転テーブル２８が回転することに追従して回転する。

【0021】

探傷検査装置２０は、貯留槽２２に付設される可動部３６をさらに備える。この可動部３６は、Ｘ移動ステージ３８、Ｙ移動スライダ４０、Ｚ移動ホルダ４２を有する。この中のＸ移動ステージ３８は、変位用案内レール２６ａ、２６ｂに跨がるとともに、図示しないリニアアクチュエータの作用下に、変位用案内レール２６ａ、２６ｂに沿ってＸ方向に変位する。なお、Ｘ方向は、貯留槽２２の長手方向である。

【0022】

Ｙ移動スライダ４０は、Ｘ移動ステージ３８に対して係合され、図示しないリニアアクチュエータによってＸ移動ステージ３８（Ｙ方向）に沿って変位する。すなわち、Ｘ移動ステージ３８は、この変位の際にＹ移動スライダ４０を案内する。なお、Ｙ方向は貯留槽２２の幅方向である。

【0023】

Ｙ移動スライダ４０には、鉛直変位用アクチュエータとしてのボールネジ４４が設けられる。Ｚ移動ホルダ４２は、ネジ回転用モータ４６によってボールネジ４４が回転することに伴い、ボールネジ４４に沿ってＺ方向（高さ方向）に変位する。なお、以降の図面中のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、図１中のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対応する。

【0024】

Ｚ移動ホルダ４２は、下面が水平面、上面がボールネジ４４から離間するに従って上方に向かう傾斜面として形成されている。このため、Ｚ移動ホルダ４２は、ボールネジ４４が通された一端が短寸で且つボールネジ４４から離間する他端が長寸の台形形状をなす。ボールネジ４４から離間した他端には、保持軸４８が通される。さらに、該保持軸４８の下端には、第１探触子５０、第２探触子５２を保持した探触子ホルダ５４が設けられる。すなわち、Ｚ移動ホルダ４２には、保持軸４８及び探触子ホルダ５４を介して第１探触子５０、第２探触子５２（いずれも液浸探触子）が保持される。

【0025】

第１探触子５０は、ビレット１０の表面から深さ５０ｍｍまでの領域につき探傷検査を行うためのものであり、点集束探触子である。検出可能なきずの最小寸法は、超音波の周波数が高いほど小さくなる。このため、第１探触子５０としては、１０ＭＨｚ以上の周波数で超音波５６（図８Ａ参照）を発振し得る振動子を有するものが選定される。第１探触子５０の振動子が発振する超音波５６の周波数は、例えば、１５ＭＨｚであるが、１０ＭＨｚであってもよい。後者の場合、近距離音場限界距離が大きくなるという利点がある。

【0026】

第１探触子５０としては、内部きず型対比試験片における直径０．４ｍｍの円形平面きず（Flat Bottom Hole、以下、「ＦＢＨ」とも表記する）からの反射波の最大振幅を縦軸スケールの８０％とする予備試験プロファイルにおいて、ノイズの最大振幅が１０％未満となるものが選定される。すなわち、第１探触子５０は信号対雑音比（ＳＮ比）が良好である。このため、第１探触子５０による実検査プロファイルに基づき、ビレット１０の、表面から５０ｍｍの深さまでに微細なきずが存在するか否かを容易に判定することができる。

【0027】

次に、本実施の形態に係る液浸探触子としての第２探触子５２につき説明する。図２は、第２探触子５２の概略斜視図である。この第２探触子５２は、円筒形状のケーシング６０と、該ケーシング６０内に収納された振動子６２と、該ケーシング６０の前端開口を閉塞する前面板６４とを備える。なお、ケーシング６０内には電極やダンパ等も収納されているが、これらは特に図示していない。

【0028】

振動子６２は圧電体からなり、前記電極からの電圧の印加、電圧の印加停止が繰り返されることに伴って振動することで超音波を発振する。この場合、振動子６２は、１０ＭＨｚ以上（典型的には１０ＭＨｚ）の周波数の超音波を発振することが可能である。また、振動子６２は、ビレット１０内のきずが存在する箇所で反射されて該振動子６２に戻ってきた超音波、すなわち、反射波を受信することも可能である。

【0029】

ケーシング６０の前端には４個のタブ型ストッパ部６６が突出形成され、これらタブ型ストッパ部６６は前面板６４側に折り返されている。これにより、前面板６４のケーシング６０からの抜け止めがなされている。

【0030】

ケーシング６０の前端に取り付けられた前面板６４は、平面視で円形をなす。そして、前面板６４の、被検査物に臨む前面は、中心Ｏに向かうに従って、被検査物から離間する後方に指向して漸次的に陥没した凹面６８として形成されている。すなわち、凹面６８は、全体に亘って湾曲面である。

【0031】

ここで、凹面６８のＹ方向の曲率半径、Ｚ方向の曲率半径は互いに相違する。具体的には、中心Ｏを通り且つ凹面６８のＹ方向の湾曲面に接する仮想接線を第１仮想接線Ｍ１、Ｚ方向の湾曲面に接するとともに第１仮想接線Ｍ１に直交する仮想接線を第２仮想接線Ｍ２とし、各々の曲率半径を第１曲率半径Ｒ１、第２曲率半径Ｒ２とすると、Ｒ２＞Ｒ１である。すなわち、図３Ａに示すように、Ｙ方向では曲率が大であるために湾曲の度合いが大きい。一方、図３Ｂに示すように、Ｚ方向では曲率が小さく、従って、湾曲の度合いも小さくなる。

【0032】

このため、水２４中にビレット１０が存在しない場合、図４に示すように、Ｙ方向に沿って広がる超音波（以下、便宜上「第１の波７０」と表す）の焦点距離はＦ１となり、Ｚ方向に沿って広がる超音波（以下、便宜上「第２の波７２」と表す）の焦点距離は、Ｆ１よりも長いＦ２となる。すなわち、第１の波７０と第２の波７２では、集束箇所が互いに相違する。このように、第２探触子５２における超音波の集束箇所（焦点）は、凹面６８のＹ方向、Ｚ方向の曲率半径が相違することに基づいて２点となる。このことから諒解されるように、第２探触子５２は二重焦点探触子である。

【0033】

Ｆ１、Ｆ２の各々に平板形状の平面対比試験片を配置したときの超音波ビームプロファイルデータを図５Ａ、図５Ｂにそれぞれ示す。Ｆ１では、第２の波７２が未だ集束していないため、Ｆ１での第２の波７２の拡散に対応してＺ方向に延在するエコーが認められる。一方、Ｆ２では、第２の波７２が集束するが、Ｆ１で一旦集束した第１の波７０が拡散している。このため、Ｆ２での第１の波７０の拡散に対応して、Ｙ方向に延在するエコーが認められる。

【0034】

これに対し、第１の波７０が水２４中でビレット１０に入射すると、図６に示すように、第１の波７０の焦点距離がＦ１’となる。Ｆ１’は、平面対比試験片における焦点距離Ｆ１よりも大である。一方、第２の波７２が図７Ａ及び図７Ｂに示すようにビレット１０に入射したとき、焦点距離Ｆ２’は、平面対比試験片における焦点距離Ｆ２と略同等である。すなわち、第２の波７２の焦点距離に変化は認められない。また、図６、図７Ａ及び図７Ｂを対比して諒解されるように、第１の波７０、第２の波７２の集束箇所が実質的に点Ｐで一致する。この点については後述する。

【0035】

第１曲率半径Ｒ１及び第２曲率半径Ｒ２は、ビレット１０の直径（ないし曲率半径）、溶媒である水２４と、ビレット１０の素材である耐熱性ニッケル基合金との音速比、最小ビーム幅等に基づき、第１の波７０、第２の波７２の集束箇所（点Ｐ）がビレット１０の直径中心を超える程度となるように設定される。第１曲率半径Ｒ１の一例は１５０～２００ｍｍの範囲内であり、第２曲率半径Ｒ２の一例は４５０～５００ｍｍの範囲内である。

【0036】

以上のように構成される第２探触子５２は、ビレット１０の、深さ３５～４０ｍｍ程度から直径中心（表面からの深さが４インチ＝１０１．６ｍｍ）を超える範囲にわたって探傷検査を行う。すなわち、第１探触子５０による探傷範囲と第２探触子５２による探傷範囲は、一部が重複する。

【0037】

この第２探触子５２では、内部きず型対比試験片における直径０．４ｍｍのＦＢＨからの反射波の最大振幅を縦軸スケールの８０％とする予備試験プロファイルにおいて、第１探触子５０と同様にノイズの最大振幅が１０％未満となる。すなわち、第２探触子５２もまた、ＳＮ比が良好である。このため、第２探触子５２による実検査プロファイルに基づき、ビレット１０の、深さ５０ｍｍから直径中心を超える範囲に微細なきずが存在するか否かを容易に判定することができる。

【0038】

探傷検査装置２０は、コンピュータ７４をさらに備える。このコンピュータ７４のディスプレイには、前記超音波ビームプロファイルデータや実検査プロファイル等が表示される。

【0039】

本実施の形態に係る第２探触子５２（液浸探触子）及び探傷検査装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果につき、本実施の形態に係る探傷検査方法との関係で説明する。

【0040】

ビレット１０に対して探傷検査を実施するには、はじめに、ビレット１０を回転テーブル２８に位置決め固定する（図１参照）。すなわち、回転テーブル２８の中心に、ビレット１０を起立姿勢で載置する。そして、リニアアクチュエータの作用下に、挟持爪３２ａ～３２ｃを回転テーブル２８の中心に指向して変位させる。この際、挟持爪３２ａ～３２ｃが挟持用案内レール３０ａ～３０ｃに案内されることは勿論である。挟持爪３２ａ～３２ｃの各突部が三方からビレット１０の下端部を挟持することにより、該ビレット１０が回転テーブル２８の中心に位置決め固定される。なお、ビレット１０をはじめとする試験片が自立可能である場合には、挟持爪３２ａ～３２ｃを用いる必要は特にない。

【0041】

次に、Ｘ移動ステージ３８をリニアアクチュエータの作用下に、変位用案内レール２６ａ、２６ｂに沿って変位させる。すなわち、第１探触子５０及び第２探触子５２をビレット１０に接近させる。Ｘ移動ステージ３８は、第２探触子５２が発振する第１の波７０、第２の波７２がビレット１０の直径中心を若干超える部位（点Ｐ）で集束する位置で停止する。さらに、Ｚ移動ホルダ４２がボールネジ４４の回転によりＺ方向に沿って移動し、探触子ホルダ５４がビレット１０の下端部に対向する（図８Ａ参照）。

【0042】

そして、Ｙ移動スライダ４０がリニアアクチュエータの作用下にＸ移動ステージ３８に沿って変位する。その結果、第１探触子５０がビレット１０の下端部に対向する。この移動の最中、又はその前後に回転テーブル２８が回転付勢され、これと一体的にビレット１０が回転する。この状態で、第１探触子５０から超音波５６が発振される。

【0043】

超音波５６は、貯留槽２２に貯留された水２４中を伝播してビレット１０の側周壁の表面から入射し、該表面から直径方向に沿ってビレット１０の内部に進行する。第１探触子５０が点集束探触子であるので、図８Ａに示すように、超音波５６は、ビレット１０内において、表面から所定の深さで集束する。この集束位置は、超音波５６の、水２４中の伝播距離を設定することで調節することができる。本実施の形態では、集束位置を、表面から略５０ｍｍの深さとしている。そして、図８Ｂに示すように、表面から深さ５０ｍｍまでの間にきず７６が存在する場合、超音波５６がきず７６の内壁で反射する。この反射によって生じた反射波７８は、第１探触子５０内の振動子によって受信される。

【0044】

上記したように、第１探触子５０はＳＮ比が良好であり、後述する式（２）に基づいて算出されるように、直径０．１７ｍｍのＦＢＨからの反射波７８であっても、ノイズと区別することが可能である。すなわち、きず７６がこのような極小寸法であっても、十分なピーク高さのエコーが生じる。従って、微細なきず７６を容易に検出することができる。なお、きず７６が存在しない場合には、エコーは生じない。このように、エコーが認められるか否かにより、ビレット１０に直径０．１７ｍｍ相当以下のきずが存在するか否かが判定される。

【0045】

第１探触子５０から超音波５６が発振されている間、回転テーブル２８及びビレット１０の一体的な回転が続行される。また、ボールネジ４４の回転が続行され、Ｚ移動ホルダ４２がビレット１０の上端部に向かって漸次的に移動する。従って、ビレット１０に対する超音波５６の入射箇所の軌跡は螺旋状となる。このようにして、第１探触子５０により、ビレット１０の表面から深さ５０ｍｍまでの部位の探傷検査が、ビレット１０の全周の下端部から上端部に亘って実施される。

【0046】

次に、ビレット１０の、深さ５０ｍｍから（実際には、深さ３５～４０ｍｍ程度から）直径中心を超える範囲の探傷検査を行う。このためにＺ移動ホルダ４２が下方に移動するとともにＹ移動スライダ４０が若干変位し、図６、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第２探触子５２がビレット１０の下端部に対向する。その後、第２探触子５２から超音波（第１の波７０、第２の波７２）が発振される。

【0047】

ここで、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第２の波７２は、視点をＺ方向とする平面視で直線形状となる。また、ビレット１０の側周壁において、第２の波７２が入射する部分はＺ方向に沿って延在する。当該入射部分は、平面視での曲率が無視し得る程度に小さく、直線形状に近似される。このため、第２の波７２が、ビレット１０によるいわゆるレンズ効果を受けることはほとんどない。従って、第２の波７２は、ビレット１０の直径中心を超える部位（点Ｐ）で集束する。このときの第２の波７２の、第２探触子５２から点Ｐまでの距離（焦点距離）をＦ２’とする。なお、水２４中の音速は、ビレット１０の素材である耐熱性ニッケル基合金中の音速の約１／４倍である。従って、Ｆ２’はＦ２の約４倍である。

【0048】

一方、第１の波７０は、図６に示すように、視点をＺ方向とする平面視で、第２探触子５２側で拡散し且つビレット１０側に向かうに従ってビーム径が細くなるような略三角形形状となる。また、ビレット１０の側周壁において、第１の波７０が入射する部分は、ビレット１０の周回方向に沿って延在する。当該入射部分は、所定の曲率で湾曲している。このため、第１の波７０は、ビレット１０によってレンズ効果を受ける。このときの第１の波７０の、第２探触子５２から集束箇所、すなわち、点Ｐまでの距離（焦点距離）をＦ１”とする。

【0049】

第１の波７０がレンズ効果を受けない場合、第１の波７０の、第２探触子５２から集束箇所までの距離（焦点距離）Ｆ１”は、Ｆ１の約１／４である。これに対し、第１の波７０がレンズ効果を受けると焦点距離が長くなる。すなわち、Ｆ１’＞Ｆ１”である。このように、入射部分に湾曲が含まれる場合、焦点距離を、レンズ効果によって本来の焦点距離よりも長くすることができる。

【0050】

上記したように、第２探触子５２を構成する凹面６８の第１曲率半径Ｒ１、第２曲率半径Ｒ２（図２参照）は、第１の波７０と第２の波７２が、ビレット１０内の略同一部位である点Ｐで集束するように設定されている。すなわち、Ｆ１’≒Ｆ２’（ないしＦ１’＝Ｆ２’）が成り立つ。このように、第２探触子５２が発振する超音波の焦点は、水２４中では２箇所であるにも拘わらず、ビレット１０内では１箇所となる（図６、図７Ａ及び図７Ｂ参照）。要するに、二重焦点探触子である第２探触子５２を、点集束探触子として機能させることが可能となる。

【0051】

また、第１の波７０と第２の波７２の焦点は、上記したようにビレット１０の直径中心を超える程度である。従って、ビレット１０の、深さ５０ｍｍから直径中心を超える範囲までの探傷検査を、第２探触子５２のみで実施することができる。この部位にきずが存在する場合には、上記と同様に反射波が生じるので、ケーシング６０内の振動子６２によって受信される。

【0052】

第２探触子５２もＳＮ比が良好であり、直径０．１７ｍｍのＦＢＨからの反射波であっても、ノイズと区別することが可能である。すなわち、このような極小寸法のきずであっても、実検査プロファイルにおいて、十分なピーク高さのエコーが生じる。一方、きずが存在しない場合にはエコーは生じない。このように、エコーの有無により、ビレット１０の内部深くに直径０．１７ｍｍよりも小さいきずが存在するか否かを判定することができる。

【0053】

第１探触子５０による探傷検査時と同様に、第２探触子５２から超音波が発振されている最中も、回転テーブル２８及びビレット１０の一体的な回転が続行される。また、ボールネジ４４の回転が続行され、Ｚ移動ホルダ４２がビレット１０の上端部に向かって漸次的に移動する。以上により、ビレット１０に対する超音波の入射箇所の軌跡が螺旋状となるので、ビレット１０の深さ５０ｍｍから直径までの部位の探傷検査が、ビレット１０の全周の下端部から上端部に亘って実施される。

【0054】

以上のように、本実施の形態によれば、第１探触子５０、第２探触子５２の２個により、直径８インチのビレット１０の表面から直径中心を超える範囲の探傷検査を実施することができる。このため、探触子の個数を可及的に低減することができる。従って、探傷検査装置２０の部品点数が低減するとともに、設備投資の低廉化を図ることができる。

【0055】

また、探傷検査では、探触子の走査回数（探触子のＺ方向への移動回数）が探触子の個数分となるが、本実施の形態では、上記したように探触子の個数を２個とすることができるので、走査回数が２回となる。その分、走査を開始してから終了するまでに要する時間が短くなる。すなわち、本実施の形態によれば、探傷検査に要する時間の短縮を図ることができる。

【0056】

しかも、第２探触子５２を得るには、凹面６８を有する前面板６４を作製すればよい。このため、第２探触子５２の構成が複雑となることが回避される。

【0057】

きずを内包するビレット１０は、タービンエンジンの構成部材等、過酷な使用環境下で優れた耐久性が要求される部材を得るための素材としては用いられない。換言すれば、本実施の形態によれば、内部に存在するきずが探傷検査装置２０の検出限界よりも小さいビレット１０のみを、そのような部材を得るための素材として選別することができる。従って、優れた耐久性を示す部材の生産歩留まりが向上する。

【0058】

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0059】

例えば、ビレット１０の直径を８インチ以外に設定するようにしてもよい。この場合、Ｆ１’、Ｆ２’がビレット１０の直径中心を超える程度で略合致するように、前面板６４の凹面６８の第１曲率半径Ｒ１、第２曲率半径Ｒ２、第２探触子５２からビレット１０までの距離等を設定すればよい。

【0060】

また、水２４以外の溶媒を用いるようにしてもよい。さらに、第１探触子５０、第２探触子５２に加え、１個以上の別の探触子を併用するようにしてもよい。

【実施例0061】

［実施例１］
ケーシング６０内に周波数１０ＭＨｚの超音波を発振する振動子６２が収納されるとともに、第１曲率半径Ｒ１が１８０ｍｍ、第２曲率半径Ｒ２が４８０ｍｍである前面板６４を有する第２探触子５２を作製した。ケーシング６０の外径は２５ｍｍに設定した。この第２探触子５２を、第１仮想接線Ｍ１が水平方向、第２仮想接線Ｍ２が高さ方向となる姿勢で水２４中に浸漬し、超音波を発振した。その結果、第１の波７０の焦点距離Ｆ１は１７５ｍｍ、第２の波７２の焦点距離Ｆ２は４００ｍｍであった。

【0062】

次に、耐熱性ニッケル基合金からなる平面対比試験片を水２４中に浸漬し、該平面対比試験片に向けて、約５０ｍｍ離間した第２探触子５２から超音波を発振し、平面対比試験片の表面に対して略直交するように入射させた。さらに、採取した超音波ビームプロファイルデータに基づいて第１の波７０、第２の波７２の焦点距離を求めた。そして、水対平面対比試験片の音速比が約４であることを考慮し、以下の式（１）を用いて水中換算距離を算出した。

【数1】

例えば、第２探触子５２から平面対比試験片までの離間距離が５０ｍｍであり、且つ平面対比試験片の表面からの深さが１００ｍｍであるとき、水中換算距離は４５０ｍｍである。

【0063】

超音波ビームプロファイルデータによれば、水中換算距離が１６０ｍｍであるときに、第２の波７２の拡散に基づいて図５Ａに示すエコーが得られ、また、３５０ｍｍであるときに、第１の波７０の拡散に基づいて図５Ｂに示すエコーが得られた。この結果から、第２探触子５２は、その焦点距離が水中換算距離で１６０ｍｍ、３５０ｍｍである、二重焦点探触子であることが分かる。

【0064】

次に、直径が８インチであり、且つ内部に直径０．４ｍｍのＦＢＨが対比きずとして形成されたビレット形状対比試験片を水２４中に浸漬し、該ビレット形状対比試験片に向けて、約５０ｍｍ離間した第２探触子５２から超音波を発振した。得られた超音波ビームプロファイルデータを、式（１）を用いて算出した水中換算距離と併せて図９に示す。この図９から、水中換算距離が３５０ｍｍに近づくにつれ、エコーが点形状に近づくとともに、その面積が小さくなることが分かる。このことから、第１の波７０と第２の波７２の焦点がビレット形状対比試験片内で略合致していること、また、水中換算距離で３５０ｍｍが焦点距離であることが明らかである。

【0065】

次に、第２探触子５２につき、以下の式（２）に基づいてＦＢＨに対する感度を求めた。

【数2】

ここで、Sensitivity in ＦＢＨ＃は、ＳＮ比で３．０ｄＢを確保し得るＦＢＨの直径を表す。また、ＦＢＨ＃_calは、キャリブレーションに用いたＦＢＨの番号である。ＦＢＨ＃_calの番号と、ＦＢＨの直径との関係を図１０に示す。上記したように、この場合、ビレット形状対比試験片内のＦＢＨの直径が０．４ｍｍであるので、ＦＢＨ＃_calの番号は１である。

【0066】

さらに、Ｓ_npkはノイズの最大振幅（最大ピーク高さ）である。この場合、ノイズの最大振幅は、直径０．４ｍｍのＦＢＨの最大振幅の１０％未満であった。従って、式（２）中のＦＢＨ＃_calに１、Ｓ_npkに１０を代入すると、式（２）の右辺の値は約０．４２となる。この値から、第２探触子５２は、直径が０．４２／６４インチのＦＢＨを、ＳＮ比で３．０ｄＢを確保し得る振幅のエコーとして実検査プロファイルに表示可能であることが分かる。０．４２／６４インチをｍｍ単位に換算すると、０．１７ｍｍである。

【0067】

この結果から、第２探触子５２によれば、直径が８インチと比較的大きなビレット１０であっても、直径０．１７ｍｍのＦＢＨに相当する極微細なきずを、その内部深くまで検出することが可能となることが分かる。すなわち、第２探触子５２を用いることにより、微細な傷が存在するか否かを、ビレット１０の内部深くまで判定することが可能となる。

【0068】

［実施例２］
ケーシング６０内に周波数１０ＭＨｚ又は１５ＭＨｚの超音波を発振する振動子６２が収納された前面板６４を有する第２探触子５２を作製した。振動子６２として寸法が相違するものを用い、且つ第１曲率半径Ｒ１及び第２曲率半径Ｒ２を様々に変化させて、二重焦点探触子としての特性を評価した。周波数が１０～１５ＭＨｚであり且つ振動子６２の寸法が１５～２５ｎｍであるとき、第１曲率半径Ｒ１を２２０～５００ｍｍとし、第２曲率半径Ｒ２を１００～２００ｍｍとすることが好適である。この場合における最適な結果を、図１１に一括して示す。

【0069】

図１１から、第１曲率半径Ｒ１及び第２曲率半径Ｒ２を適切に設定することで、優れた二重焦点探触子が得られることが分かる。

【符号の説明】

【0070】

１０…ビレット ２０…探傷検査装置
２２…貯留槽 ２４…水
２８…回転テーブル ３２ａ～３２ｃ…挟持爪
３６…可動部 ３８…Ｘ移動ステージ
４０…Ｙ移動スライダ ４２…Ｚ移動ホルダ
４８…保持軸 ５０…第１探触子
５２…第２探触子 ５６…超音波
６２…振動子 ６４…前面板
６８…凹面 ７０…第１の波
７２…第２の波 ７４…コンピュータ
７６…きず ７８…反射波
Ｍ１…第１仮想接線 Ｍ２…第２仮想接線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】