特開 2023-42730 超音波検査装置、超音波検査システム、及び超音波検査方法

(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】P2023042730

(43)【公開日】2023-03-28

(54)【発明の名称】超音波検査装置、超音波検査システム、及び超音波検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/265 20060101AFI20230320BHJP

【ＦＩ】

G01N29/265

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021150014

(22)【出願日】2021-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】320005154

【氏名又は名称】日本製鋼所Ｍ＆Ｅ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】宇川 祐丞

(72)【発明者】

【氏名】松井 貴志

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA05

2G047AB01

2G047BC09

2G047BC18

2G047DB18

2G047GA03

2G047GB18

2G047GF06

2G047GF16

2G047GJ11

(57)【要約】

【課題】配管のテーパー部の検査に好適な超音波検査装置を提供すること。
【解決手段】一実施形態に係る超音波検査装置は、テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の基部と、基部の外周面上において、基部の長手方向に沿って延設されると共に、基部の円周方向に沿って並設された複数の超音波振動子と、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内径が徐々に変化するテーパー部を有する配管の内部に挿入され、前記テーパー部に超音波を照射して前記テーパー部を検査する超音波検査装置であって、
前記テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の基部と、
前記基部の外周面上において、前記基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記基部の円周方向に沿って並設された複数の超音波振動子と、
前記基部を前記テーパー部の軸中心に支持しつつ、前記テーパー部の軸方向に沿って移動可能な調芯機構と、を備えた、
超音波検査装置。

【請求項2】

前記基部は第１基部であり、前記複数の超音波振動子は複数の第１超音波振動子であって、
前記第１基部の一端に連結された円柱状の第２基部と、
前記第２基部の外周面上において、前記第２基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記第２基部の円周方向に沿って並設された複数の第２超音波振動子と、をさらに備えた、
請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項3】

前記調芯機構は、
シャフトと、
前記シャフトの円周方向に沿って等間隔に設けられた複数本のアームと、を備え、
前記複数本のアームのそれぞれの一端は、前記シャフトの外周面に対し、前記シャフトの円周方向に回動可能に連結されており、
前記複数本のアームのそれぞれの他端は、前記テーパー部の内周面に当接するように付勢されている、
請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項4】

前記テーパー部の内周面に当接する前記複数本のアームのそれぞれの他端に、車輪が設けられている、
請求項３に記載の超音波検査装置。

【請求項5】

内径が徐々に変化するテーパー部を有する配管の内部に挿入され、前記テーパー部に超音波を照射して前記テーパー部を検査する超音波検査装置と、
前記超音波検査装置に接続された選択回路と、
前記選択回路を介して、超音波を発生させる第１パルス信号を前記超音波検査装置に送信すると共に、前記テーパー部によって反射した超音波を受信した前記超音波検査装置が発信する第２パルス信号を受信するパルサーレシーバと、を備え、
前記超音波検査装置は、
前記テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の基部と、
前記基部の外周面上において、前記基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記基部の円周方向に沿って並設された複数の超音波振動子と、
前記基部を前記テーパー部の軸中心に支持しつつ、前記テーパー部の軸方向に沿って移動可能な調芯機構と、を備え、
前記複数の超音波振動子のそれぞれは、前記選択回路の各チャネルに接続されており、
前記超音波検査装置が前記テーパー部の長手方向に沿って移動しつつ、前記選択回路によって選択された前記複数の超音波振動子のそれぞれから前記テーパー部に超音波を順次照射する、
超音波検査システム。

【請求項6】

前記基部は第１基部であり、前記複数の超音波振動子は複数の第１超音波振動子であって、
前記超音波検査装置は、
前記第１基部の一端に連結された円柱状の第２基部と、
前記第２基部の外周面上において、前記第２基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記第２基部の円周方向に沿って並設された複数の第２超音波振動子と、をさらに備え、
前記複数の第１超音波振動子及び前記複数の第２超音波振動子のそれぞれは、前記選択回路の各チャネルに接続されている、
請求項５に記載の超音波検査システム。

【請求項7】

前記基部は第１基部であり、前記複数の超音波振動子は複数の第１超音波振動子であって、
前記超音波検査装置は、
前記第１基部の一端に連結された円柱状の第２基部と、
前記第２基部の外周面上において、前記第２基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記第２基部の円周方向に沿って並設された複数の第２超音波振動子と、をさらに備え、
前記複数の第１超音波振動子のそれぞれと、前記複数の第２超音波振動子のそれぞれとが、前記選択回路の各チャネルに対して並列に接続されている、
請求項５に記載の超音波検査システム。

【請求項8】

前記調芯機構は、
シャフトと、
前記シャフトの円周方向に沿って等間隔に設けられた複数本のアームと、を備え、
前記複数本のアームのそれぞれの一端は、前記シャフトの外周面に対し、前記シャフトの円周方向に回動可能に連結されており、
前記複数本のアームのそれぞれの他端は、前記テーパー部の内周面に当接するように付勢されている、
請求項５に記載の超音波検査システム。

【請求項9】

前記テーパー部の内周面に当接する前記複数本のアームのそれぞれの他端に、車輪が設けられている、
請求項８に記載の超音波検査システム。

【請求項10】

（ａ）内径が徐々に変化するテーパー部を有する配管の内部に超音波検査装置を挿入する工程と、
（ｂ）前記超音波検査装置から前記テーパー部に超音波を照射して前記テーパー部を検査する工程と、を備えた超音波検査方法であって、
前記超音波検査装置は、
前記テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の基部と、
前記基部の外周面上において、前記基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記基部の円周方向に沿って並設された複数の超音波振動子と、
前記基部を前記テーパー部の軸中心に支持しつつ、前記テーパー部の長手方向に沿って移動可能な調芯機構と、を備えており、
工程（ｂ）において、
前記超音波検査装置が前記テーパー部の長手方向に沿って移動しつつ、前記複数の超音波振動子のそれぞれから前記テーパー部に超音波を順次照射する、
超音波検査方法。

【請求項11】

（ｃ）前記超音波検査装置から前記配管において内径が一定の定径部に超音波を照射して当該定径部を検査する工程をさらに備え、
前記超音波検査装置において、前記基部は第１基部であり、前記複数の超音波振動子は複数の第１超音波振動子であって、
前記超音波検査装置は、
前記第１基部の一端に連結された円柱状の第２基部と、
前記第２基部の外周面上において、前記第２基部の長手方向に沿って延設されると共に、前記第２基部の円周方向に沿って並設された複数の第２超音波振動子と、をさらに備えており、
工程（ｃ）において、
前記超音波検査装置が前記定径部の長手方向に沿って移動しつつ、前記複数の第２超音波振動子のそれぞれから前記定径部に超音波を順次照射する、
請求項１０に記載の超音波検査方法。

【請求項12】

前記調芯機構は、
シャフトと、
前記シャフトの円周方向に沿って等間隔に設けられた複数本のアームと、を備え、
前記複数本のアームのそれぞれの一端は、前記シャフトの外周面に対し、前記シャフトの円周方向に回動可能に連結されており、
前記複数本のアームのそれぞれの他端は、前記テーパー部の内周面に当接するように付勢されている、
請求項１０に記載の超音波検査方法。

【請求項13】

前記テーパー部の内周面に当接する前記複数本のアームのそれぞれの他端に、車輪が設けられている、
請求項１２に記載の超音波検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は超音波検査装置、超音波検査システム、及び超音波検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、２に開示されているように、例えばボイラ等の配管の肉厚測定や内部探傷等の検査に超音波検査装置が用いられる。特許文献１では、配管の内部に超音波検査装置を挿入し、超音波検査装置から配管に超音波を照射して配管を検査している。特許文献１に開示されているように、配管には内径が徐々に変化するテーパー部も含まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－００４６０３号公報

【特許文献2】特開２００４－０２０３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者は、配管の内部に挿入され、配管のテーパー部に超音波を照射して当該テーパー部を検査する超音波検査装置の開発に際し、様々な課題を見出した。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるだろう。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態に係る超音波検査装置は、テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の基部と、基部の外周面上において、基部の長手方向に沿って延設されると共に、基部の円周方向に沿って並設された複数の超音波振動子と、を備えている。

【発明の効果】

【0006】

前記一実施形態によれば、配管のテーパー部の検査に好適な超音波検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る超音波検査装置を用いた超音波検査システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係る超音波検査装置の構成を模式的に示す側面図である。

【図3】超音波を発信すると共に反射波を受信する超音波振動子１２が切り換わる様子を示す超音波検査装置１０の模式断面図である。

【図4】調芯機構１３ａの正面図である。

【図5】調芯機構１３ａの側面図である。

【図6】配管の内径が変化した際の調芯機構１３ａの動作を示す正面図である。

【図7】配管の内径が変化した際の調芯機構１３ａの動作を示す正面図である。

【図8】配管の内径が変化した際の調芯機構１３ａの動作を示す正面図である。

【図9】比較例１に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【図10】比較例１に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【図11】比較例１に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【図12】比較例２に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【図13】第１の実施形態に係る超音波検査装置による検査対象の一例である水管ボイラの正面図である。

【図14】第２の実施形態に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【図15】第２の実施形態に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【図16】第２の実施形態に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。

【0009】

（第１の実施形態）
＜超音波検査システムの構成＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る超音波検査装置を用いた超音波検査システムの構成の一例について説明する。図１は、第１の実施形態に係る超音波検査装置を用いた超音波検査システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。
図１に示す超音波検査システムは、本実施形態に係る超音波検査装置１０に加え、マルチプレクサＭＵＸ、超音波パルサーレシーバＵＰＲ、選択制御部ＳＣ、及び波形表示装置ＯＳＣを備えている。

【0010】

超音波検査装置１０は、配管の内部に挿入され、配管のテーパー部に超音波を照射して当該テーパー部を検査する。図１には、超音波検査装置１０の側面図が模式的に示されている。図１に示すように、超音波検査装置１０は、基部１１及び複数の超音波振動子１２を備える。

【0011】

基部１１は、テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の部材である。
超音波振動子１２は、基部１１の外周面上において、基部１１の長手方向に沿って延設されると共に、基部１１の円周方向に沿って並設されている。各超音波振動子１２が、マルチチャネルケーブルＭＣＣの各チャネルに対応する。
超音波検査装置１０の詳細については後述する。

【0012】

超音波検査装置１０は、マルチチャネルケーブルＭＣＣを介して、マルチプレクサＭＵＸに接続されている。マルチチャネルケーブルＭＣＣは、各超音波振動子１２に接続された複数の配線が束ねられたケーブルであって、例えば同軸ケーブルである。
図１に示す例では、超音波検査装置１０が配管内を移動する際、マルチチャネルケーブルＭＣＣが配管内を引き回される。

【0013】

マルチプレクサＭＵＸは、マルチチャネルケーブルＭＣＣを介して、超音波検査装置１０に接続されると共に、シングルチャネルケーブルＳＣＣを介して、超音波パルサーレシーバＵＰＲに接続されている。マルチプレクサＭＵＸは、選択制御部ＳＣから出力された選択制御信号ｓｅｌに基づいて、マルチチャネルケーブルＭＣＣの１つのチャネルを選択する選択回路である。

【0014】

なお、マルチチャネルケーブルＭＣＣは必須ではなく、マルチチャネルケーブルＭＣＣを介さずに、マルチプレクサＭＵＸの各チャネルが超音波検査装置１０の各超音波振動子１２に直接接続されてもよい。この場合、超音波検査装置１０と共にマルチプレクサＭＵＸも配管内を移動する。配管内を引き回すケーブルとして、マルチチャネルケーブルＭＣＣよりも細いケーブルを利用できる。

【0015】

図１に示すように、超音波パルサーレシーバ（超音波送受信機）ＵＰＲは、送信パルス（第１パルス信号）ｔｐを送信すると共に、受信パルス（第２パルス信号）ｒｐを受信する。超音波パルサーレシーバＵＰＲから送信された送信パルスｔｐは、マルチプレクサＭＵＸ及びマルチチャネルケーブルＭＣＣを介して、超音波検査装置１０の超音波振動子１２に到達する。すなわち、送信パルスｔｐは、マルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２に到達し、当該超音波振動子１２が超音波を発信する。超音波振動子１２から発信された超音波は、配管の内周面及び外周面によって反射する。

【0016】

さらに、マルチプレクサＭＵＸによって選択された（すなわち超音波を発信した）超音波振動子１２は、配管によって反射した超音波を受信することによって、電気信号である受信パルスｒｐを発信する。当該受信パルスｒｐは、マルチチャネルケーブルＭＣＣ、マルチプレクサＭＵＸ、及びシングルチャネルケーブルＳＣＣを介して、超音波パルサーレシーバＵＰＲによって受信される。

【0017】

選択制御部ＳＣは、マルチプレクサＭＵＸに対し、選択制御信号ｓｅｌを出力する。上述の通り、マルチプレクサＭＵＸは、選択制御部ＳＣから出力された選択制御信号ｓｅｌに基づいて、マルチチャネルケーブルＭＣＣの１つのチャネルを選択する。
図１に示すように、選択制御部ＳＣは、例えば超音波パルサーレシーバＵＰＲから出力された送信パルスｔｐに基づいて、選択制御信号ｓｅｌを生成する。そのため、超音波パルサーレシーバＵＰＲから送信パルスｔｐが出力される度に、マルチチャネルケーブルＭＣＣにおいて選択されるチャネルが切り換わり、超音波を発信すると共に受信する超音波振動子１２が切り換わる。

【0018】

波形表示装置ＯＳＣは、超音波パルサーレシーバＵＰＲから受信パルスｒｐを受信し、当該受信パルスｒｐの波形を表示する。波形表示装置ＯＳＣは、例えばオシロスコープである。波形表示装置ＯＳＣには、例えば、検査対象である配管の内周面及び外周面によって反射した超音波に基づく２つの受信パルスｒｐの波形が表示される。波形表示装置ＯＳＣに表示された当該２つの受信パルスｒｐの波形から配管の肉厚を測定できる。その結果、例えば腐食や摩耗による配管の減肉を検出できる。

【0019】

＜超音波検査装置の構成＞
次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る超音波検査装置の構成の一例について詳細に説明する。図２は、第１の実施形態に係る超音波検査装置の構成を模式的に示す側面図である。
なお、図２及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものであって、図面間で共通である。

【0020】

図２に示すように、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、基部１１、複数の超音波振動子１２、及び調芯機構１３ａ、１３ｂを備える。ここで、図２には、検査対象である配管の断面図が示されている。図２に示す配管は、小径部と大径部とを接続するテーパー部を有している。本実施形態に係る超音波検査装置１０は、配管のテーパー部を検査するための装置である。

【0021】

基部１１は、配管のテーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の部材である。ここで、基部１１の中心軸に対する外周面の傾斜角と、テーパー部の中心軸に対する内周面の傾斜角とが、略等しいことが好ましいが、ある程度のズレは許容される。また、円錐台状の基部１１の外周面はある程度湾曲していてもよい。例えば、基部１１の外周面は、内側に窪むように湾曲していてもよい。
基部１１は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。基部１１は、超音波振動子１２を支持できれば、中実状である必要はなく、中空状（筒状を含む）であってもよい。

【0022】

超音波振動子１２は、基部１１の外周面上において、基部１１の長手方向に沿って延設されると共に、基部１１の円周方向に沿って並設されている。各超音波振動子１２は、マルチチャネルケーブルＭＣＣを構成する配線に接続されている。すなわち、各超音波振動子１２が、マルチチャネルケーブルＭＣＣの各チャネルに対応する。例えば、超音波振動子１２が６０本であれば、６０チャネルのマルチチャネルケーブルＭＣＣが用いられる。
なお、当然のことながら、超音波振動子１２の本数すなわちチャネル数は、適宜決定される。また、超音波振動子１２と基部１１との間には、超音波のパルス幅を小さくするための吸音材層が設けられていてもよい。

【0023】

上述の通り、図１に示した超音波パルサーレシーバＵＰＲから送信された送信パルスｔｐは、マルチチャネルケーブルＭＣＣを介して、マルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２に到達する。当該超音波振動子１２は、電気信号である送信パルスｔｐに基づいて、超音波ＵＷを発信する。さらに、当該超音波振動子１２は、配管によって反射した超音波ＵＷを受信することによって、電気信号である受信パルスｒｐを発信する。

【0024】

ここで、図３は、超音波ＵＷを発信すると共に受信する超音波振動子１２が切り換わる様子を示す超音波検査装置１０の模式断面図である。図３に示すように、マルチチャネルケーブルＭＣＣにおいて選択されるチャネルが切り換わる度に、超音波ＵＷを発信すると共に受信する超音波振動子１２が、基部１１の円周方向に沿って順次切り換わる。図３に示すように、全ての超音波振動子１２が超音波ＵＷを発信すると共に受信することによって、配管を全周に亘って検査できる。例えば、２００周／秒程度の速度で検査できる。

【0025】

調芯機構１３ａ、１３ｂは、基部１１の軸方向両端に設けられている。具体的には、基部１１のｘ軸正方向側端部に調芯機構１３ａが設けられており、基部１１のｘ軸負方向側端部に調芯機構１３ｂが設けられている。調芯機構１３ａ、１３ｂは、基部１１をテーパー部の軸中心に支持しつつ、テーパー部の軸方向に沿って移動できる。すなわち、調芯機構１３ａ、１３ｂによって、基部１１をテーパー部の軸中心に支持すると共に、テーパー部の軸方向に沿って移動しつつ、超音波検査装置１０はテーパー部の全体を検査する。つまり、基部１１の中心軸とテーパー部の中心軸とは、略一致している。

【0026】

＜調芯機構の詳細な構成＞
ここで、図４、図５を参照して、一方の調芯機構１３ａの詳細な構成について説明する。図４は、調芯機構１３ａの正面図である。図５は、調芯機構１３ａの側面図である。他方の調芯機構１３ｂの構成も調芯機構１３ａと同様であるため、調芯機構１３ａのみについて説明する。

【0027】

図４、図５に示すように、調芯機構１３ａは、筒状シャフト３１、円板部材３２、連結リンク３３、アーム３４、車輪３５、及び捩りばねＳＰを備えている。ここで、図４に示すように、連結リンク３３、アーム３４、車輪３５は、３個ずつ設けられている。
なお、捩りばねＳＰは、図５のみに示されている。また、図４、図５では、理解を容易にするため、筒状シャフト３１をドット表示している。

【0028】

筒状シャフト３１は、円筒状のシャフトであって、調芯機構１３ａの軸を構成する。筒状シャフト３１の内部に基部１１が回転可能に嵌入される。すなわち、例えばベアリングもしくはブッシュ（不図示）を介して、筒状シャフト３１によって基部１１が回転可能に支持される。筒状シャフト３１の外周面には、径方向外側に向かって突出した突出部３１ａが形成されている。図４に示すように、突出部３１ａは、筒状シャフト３１の周方向に沿って等間隔に３個設けられている。

【0029】

なお、筒状シャフト３１と基部１１とが回転可能である必要はない。例えば、車輪３５が全方位に移動可能な車輪であれば、筒状シャフト３１と基部１１とが固定されていてもよい。あるいは、車輪３５の全体もしくは表面を滑り抵抗の小さい材質（例えばフッ素樹脂）から構成すれば、筒状シャフト３１と基部１１とが固定されていてもよい。

【0030】

円板部材３２は、中心部に貫通孔を有する環状の円板部材である。円板部材３２の貫通孔には、筒状シャフト３１が回動可能に嵌入されている。換言すると、図４に示すように、筒状シャフト３１と円板部材３２とは、筒状シャフト３１から構成されるジョイントＪ１を回転軸として、互いに回動可能に配置されている。また、図５に示すように、円板部材３２の前面（ｘ軸負方向側の主面）は、筒状シャフト３１の突出部３１ａの背面（ｘ軸正方向側の面）に当接している。

【0031】

ここで、図５に示すように、円板部材３２の背面（ｘ軸正方向側の主面）から突出した筒状シャフト３１が捩りばねＳＰに挿通されている。換言すると、円板部材３２の背面から突出した筒状シャフト３１の外周面を覆うように、捩りばねＳＰが設けられている。捩りばねＳＰの一端（ｘ軸正方向側端部）は筒状シャフト３１の外周面に固定されており、捩りばねＳＰの他端（ｘ軸負方向側端部）は円板部材３２の背面に固定されている。

【0032】

すなわち、筒状シャフト３１と円板部材３２とが、捩りばねＳＰを介して、連結されている。捩りばねＳＰは、詳細には後述するアーム３４の先端部が、筒状シャフト３１の径方向外側に張り出すように、筒状シャフト３１と円板部材３２とを互いに回転させる回転力を付与する。

【0033】

図４に示すように、連結リンク３３は、円板部材３２とアーム３４とを連結するリンク部材である。連結リンク３３の一端は、例えばピンから構成されるジョイントＪ２を回転軸として、円板部材３２の外縁部に回動可能に連結されている。連結リンク３３及びジョイントＪ２は、円板部材３２の周方向に沿って等間隔に３個ずつ設けられている。他方、連結リンク３３の他端は、例えばピンから構成されるジョイントＪ３を回転軸として、アーム３４の中程に回動可能に連結されている。
図５に示すように、連結リンク３３は、ｘ軸方向においては、筒状シャフト３１の突出部３１ａと同様に、円板部材３２とアーム３４との間に設けられている。

【0034】

図４に示すように、アーム３４は円弧状のリンク部材である。アーム３４の根元部は、例えばピンから構成されるジョイントＪ４を回転軸として、筒状シャフト３１の突出部３１ａに回動可能に連結されている。また、アーム３４の先端部には、配管の内周面に当接する車輪３５が設けられている。車輪３５によって、超音波検査装置１０が、配管の軸方向に容易に移動できる。
図５に示すように、アーム３４は、ｘ軸方向においては、連結リンク３３及び筒状シャフト３１の突出部３１ａを介して、円板部材３２と対向配置されている。

【0035】

図４に示すように、筒状シャフト３１の突出部３１ａ、円板部材３２、連結リンク３３、及びアーム３４のそれぞれは、４節リンクを構成するリンクに該当する。この４節リンクは、筒状シャフト３１と円板部材３２とのジョイントＪ１を固定端とするパンタグラフ形式のリンク機構である。
なお、アーム３４は３本に限定されず、複数本であればよい。

【0036】

＜調芯機構の動作＞
ここで、図６～図８を参照して、配管の内径が変化した際の調芯機構１３ａの動作について説明する。図６～図８は、配管の内径が変化した際の調芯機構１３ａの動作を示す正面図である。具体的には、図６は、小径部における調芯機構１３ａの状態を示す。図７は、テーパー部における調芯機構１３ａの状態を示す。図８は、大径部における調芯機構１３ａの状態を示す。テーパー部では、図６に示す小径部における調芯機構１３ａの状態から図８に示す大径部における調芯機構１３ａの状態に向かって徐々に変化する。他方の調芯機構１３ｂの動作も調芯機構１３ａと同様である。

【0037】

図６～図８の順に、調芯機構１３ａが、小径部からテーパー部を介して大径部に移動する場合について考える。この場合、円板部材３２に固定されたジョイントＪ２と筒状シャフト３１の突出部３１ａに固定されたジョイントＪ４とが互いに接近するように、円板部材３２と筒状シャフト３１とが互いに回転する。その結果、ジョイントＪ３が筒状シャフト３１の径方向外側に移動し、アーム３４の先端部（すなわち車輪３５）が筒状シャフト３１から離間するように移動する。図８において、ジョイントＪ２とジョイントＪ４とが最も接近し、アーム３４の先端部（すなわち車輪３５）が筒状シャフト３１から最も離間している。

【0038】

図６～図８の逆順に、調芯機構１３ａが、大径部からテーパー部を介して小径部に移動する場合について考える。この場合、円板部材３２に固定されたジョイントＪ２と筒状シャフト３１の突出部３１ａに固定されたジョイントＪ４とが互いに離間するように、円板部材３２と筒状シャフト３１とが互いに回転する。その結果、ジョイントＪ３が筒状シャフト３１の径方向内側に移動し、アーム３４の先端部（すなわち車輪３５）が筒状シャフト３１に接近するように移動する。図６において、ジョイントＪ２とジョイントＪ４とが最も離間し、アーム３４の先端部（すなわち車輪３５）が筒状シャフト３１に最も接近している。

【0039】

上述の通り、車輪３５が常に配管の内周面に当接するように、筒状シャフト３１と円板部材３２とを互いに回転させる回転力が、捩りばねＳＰによって付与されている。すなわち、図６～図８に示すように、車輪３５は常に配管の内周面に押し付けられており、配管の周方向における車輪３５の位置はあまり変化しない。従って、図６～図８に示す動作においては、ジョイントＪ２、Ｊ４が互いに接近もしくは離間するように、円板部材３２と筒状シャフト３１とが回転する。

【0040】

＜比較例１に係る超音波検査装置の構成＞
次に、図９～図１１を参照して、発明者が事前に検討した比較例１に係る超音波検査装置について説明する。図９～図１１は、比較例１に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。図９～図１１は、図２に対応する。
なお、比較例１に係る超音波検査装置１００を用いた超音波検査システムは、図１と同様の構成である。

【0041】

図９～図１１に示すように、比較例１に係る超音波検査装置１００は、基部１１０、複数の超音波振動子１２０、及び調芯機構１３０ａ、１３０ｂを備える。ここで、図９～図１１には、検査対象である配管の断面図が示されている。図９～図１１に示す配管は、小径部と大径部とを接続するテーパー部を有している。比較例に係る超音波検査装置１００は、内径が一定である配管の小径部及び大径部すなわち定径部を検査するための装置である。後述するように、比較例１に係る超音波検査装置１００は、配管のテーパー部を検査できない。

【0042】

図２に示す本実施形態に係る超音波検査装置１０では、基部１１は、テーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の部材である。これに対し、図９～図１１に示す比較例１に係る超音波検査装置１００では、基部１１０が、小径部及び大径部の内周面に対向する外周面を有する円柱状の部材である。
基部１１０は、基部１１と同様に、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。基部１１０は、超音波振動子１２０を支持できれば、中実状である必要はなく、中空状（筒状を含む）でもよい。

【0043】

超音波振動子１２０は、基部１１０の外周面上において、基部１１０の長手方向に沿って延設されると共に、基部１１０の円周方向に沿って並設されている。各超音波振動子１２０は、マルチチャネルケーブルＭＣＣを構成する配線に接続されている。すなわち、比較例１に係る超音波検査装置１００の超音波振動子１２０は、本実施形態に係る超音波検査装置１０の超音波振動子１２と同様の構成を有している。
また、比較例１に係る超音波検査装置１００の調芯機構１３０ａ、１３０ｂは、本実施形態に係る超音波検査装置１０の調芯機構１３ａ、１３ｂと同様の構成を有している。

【0044】

ここで、図９、図１１に示すように、配管の小径部及び大径部では、超音波振動子１２０が形成された基部１１０の外周面が配管の内周面に対向している。そのため、図１に示すマルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２０は、図９、図１１に示すように、超音波ＵＷを発信すると、配管の小径部及び大径部によって反射した超音波ＵＷを受信できる。

【0045】

他方、図１０に示すように、配管のテーパー部では、超音波振動子１２０が形成された基部１１０の外周面が配管の内周面に対向していない。そのため、図１に示すマルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２０は、図１０に示すように、超音波ＵＷを発信しても、配管のテーパー部によって反射した超音波ＵＷを受信できない。
そのため、比較例１に係る超音波検査装置１００は、配管のテーパー部を検査できず、配管のテーパー部については、他の超音波検査装置を使用する必要がある。

【0046】

＜比較例２に係る超音波検査装置の構成＞
次に、図１２を参照して、発明者が事前に検討した比較例２に係る超音波検査装置について説明する。図１２は、比較例２に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。図１２は、図２に対応する。

【0047】

図１２に示すように、比較例２に係る超音波検査装置２００は、回転シャフト１４、探触子アーム１５、超音波探触子１６、及び調芯機構１３０ａ、１３０ｂを備える。ここで、図１２には、検査対象である配管の断面図が示されている。図１２に示す配管は、小径部と大径部とを接続するテーパー部を有している。比較例２に係る超音波検査装置２００は、配管のテーパー部を検査するための装置である。

【0048】

図１２に示す比較例２に係る超音波検査装置２００では、配管の軸方向に延設された回転シャフト１４が、調芯機構１３０ａ、１３０ｂによって、テーパー部の軸中心に支持される。また、回転シャフト１４は、調芯機構１３０ａ、１３０ｂに回転可能に支持されると共に、図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動される。
なお、比較例２に係る超音波検査装置２００の調芯機構１３０ａ、１３０ｂも、本実施形態に係る超音波検査装置１０の調芯機構１３ａ、１３ｂと同様の構成を有している。

【0049】

探触子アーム１５の根元部は、回転シャフト１４に回動可能に連結されている。他方、探触子アーム１５の先端部には、超音波探触子１６が回動可能に連結されている。
回転シャフト１４が回転駆動されると、超音波探触子１６が、テーパー部に当接しつつ、テーパー部の円周方向に機械的に回転する。

【0050】

このように、比較例２に係る超音波検査装置２００では、超音波探触子１６が、テーパー部に当接しつつ、テーパー部の円周方向に機械的に回転することによって、テーパー部を検査する。そのため、比較例２に係る超音波検査装置２００では、検査速度が遅いという問題があった。

【0051】

なお、超音波探触子１６は、シングルチャネルケーブルＳＣＣを介して、図１に示す超音波パルサーレシーバＵＰＲに接続されている。そのため、比較例２に係る超音波検査装置２００を用いた超音波検査システムでは、図１におけるマルチチャネルケーブルＭＣＣ、マルチプレクサＭＵＸ、及び選択制御部ＳＣが不要となる。

【0052】

＜効果の説明＞
以下では、本実施形態に係る超音波検査装置１０が奏する効果について説明する。
上述の通り、比較例１に係る超音波検査装置１００では、超音波振動子１２０が形成された基部１１０が円柱状であって、基部１１０の外周面が配管のテーパー部の内周面に対向していない。そのため、図１に示すマルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２０は、図１０に示すように、超音波ＵＷを発信しても、配管のテーパー部によって反射した超音波ＵＷを受信できない。そのため、比較例１に係る超音波検査装置１００では、配管のテーパー部を検査できない。

【0053】

これに対し、図２に示すように、本実施形態に係る超音波検査装置１０では、超音波振動子１２が形成された基部１１が円錐台状であって、基部１１の外周面が配管のテーパー部の内周面に対向するように保持されている。そのため、図１に示すマルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２は、図２に示すように、超音波ＵＷを発信すると、配管のテーパー部によって反射した超音波ＵＷを受信できる。すなわち、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、配管のテーパー部を検査できる。

【0054】

また、比較例２に係る超音波検査装置２００では、超音波探触子１６が、テーパー部に当接しつつ、テーパー部の円周方向に機械的に回転することによって、テーパー部を検査する。そのため、検査速度が遅いという問題があった。

【0055】

これに対し、本実施形態に係る超音波検査装置１０では、図３に示すように、超音波振動子１２は、基部１１の外周面上において、基部１１の円周方向に沿って並設されている。ここで、図３に示すように、マルチチャネルケーブルＭＣＣにおいて選択されるチャネルが電気的に切り換わる度に、超音波ＵＷを発信すると共に受信する超音波振動子１２が、基部１１の円周方向に沿って順次切り換わる。そして、全ての超音波振動子１２が超音波ＵＷを発信すると共に受信することによって、配管を全周に亘って検査できる。

【0056】

このような構成によって、本実施形態に係る超音波検査装置１０では、超音波探触子１６を機械的に回転させる比較例２に係る超音波検査装置２００に比べ、例えば６０チャネルの場合、検査速度が１０倍程度速くなる。なお、チャネル数は配管周方向のデータ点数に対応するため、チャネル数が多い程、精密に検査できるが、検査速度は低下する。
このように、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、高速で配管のテーパー部を検査できる。

【0057】

＜検査対象の具体例＞
次に、図１３を参照して、本実施形態に係る超音波検査装置による検査対象の一例である水管ボイラの構成について説明する。図１３は、第１の実施形態に係る超音波検査装置による検査対象の一例である水管ボイラの正面図である。

【0058】

図１３に示す水管ボイラは、二胴曲管式の水管ボイラである。ここで、「二胴曲管式」における「二胴」は、図１３に示す水ドラム及び蒸気ドラムの２つのドラムを意味する。また、「二胴曲管式」における「曲管」とは、水ドラムと蒸気ドラムとを接続する水管が、直管でなく曲管であることを意味する。

【0059】

下部に設けられた水ドラム及び上部に設けられた蒸気ドラムはいずれも紙面奥行き方向に延設されている。図１３に示すように、水ドラムと蒸気ドラムとを接続する複数の水管は、上下方向に略平行に直線状に延びるように設けられている。ここで、各水管と水ドラム及び蒸気ドラムのそれぞれとの接続部では、水ドラム及び蒸気ドラムの各壁面に対して、各水管が略垂直に接続されている。すなわち、複数の水管は、水ドラム及び蒸気ドラムのそれぞれの円周方向に並んで、放射状に接続されている。

【0060】

このように、水ドラムと蒸気ドラムとを接続する複数の水管は、大部分が上下方向に略平行に直線状に延びると共に、両端部において、水ドラム及び蒸気ドラムのそれぞれの壁面に対して略垂直に接続するように湾曲している。この水ドラムと蒸気ドラムとを接続する複数の水管は、水ドラム及び蒸気ドラムの長手方向（図１３における紙面奥行き方向）にも並設されている。
さらに、図１３に示すように、Ｃ字状に大きく湾曲して水ドラムと蒸気ドラムとを接続する炉壁水管は、燃焼室の炉壁に沿って設けられている。

【0061】

図１３に示すように、水管及び炉壁水管は、水ドラム及び蒸気ドラムとの接続部近傍にテーパー部を有している。本実施形態に係る超音波検査装置１０は、当該テーパー部の検査に使用できる。
なお、本実施形態に係る超音波検査装置１０による検査対象は、テーパー部を有する配管であれば、何ら限定されない。

【0062】

（第２の実施形態）
次に、図１４～図１６を参照して、第２の実施形態に係る超音波検査装置について説明する。図１４～図１６は、第２の実施形態に係る超音波検査装置を模式的に示す側面図である。図１４～図１６は、図２、図９～図１１に対応する。

【0063】

図１４～図１６に示すように、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、図２に示す基部１１、複数の超音波振動子１２、及び調芯機構１３ａ、１３ｂに加え、図９～図１１に示す基部１１０及び複数の超音波振動子１２０を備える。すなわち、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、図２に示す第１の実施形態に係る超音波検査装置１０及び図９～図１１に示す比較例１に係る超音波検査装置１００の構成及び機能を兼ね備えている。そのため、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、配管のテーパー部に加え、配管の小径部及び大径部も検査できる。

【0064】

図１４～図１６に示すように、基部（第１基部）１１は、配管のテーパー部の内周面に対向する外周面を有する円錐台状の部材である。基部１１０（第２基部）は、配管の小径部及び大径部の内周面に対向する外周面を有する円柱状の部材である。基部１１の一端に基部１１０の一端が連結されている。

【0065】

図１４～図１６に示す例では、基部１１の小径側の一端に基部１１０の一端が連結されており、基部１１の小径側の一端の径と基部１１０の径とが等しくなっている。
なお、基部１１と基部１１０とは一体に形成されていてもよい。また、基部１１の大径側の一端に基部１１０の一端が連結されていてもよい。

【0066】

超音波振動子（第１超音波振動子）１２は、基部１１の外周面上において、基部１１の長手方向に沿って延設されると共に、基部１１の円周方向に沿って並設されている。超音波振動子（第２超音波振動子）１２０は、基部１１０の外周面上において、基部１１０の長手方向に沿って延設されると共に、基部１１０の円周方向に沿って並設されている。例えば、超音波振動子１２と超音波振動子１２０とは、同数であって、超音波振動子１２の延長上に超音波振動子１２０が設けられている。

【0067】

各超音波振動子１２、１２０は、マルチチャネルケーブルＭＣＣを構成する配線に接続されている。すなわち、各超音波振動子１２、１２０が、マルチチャネルケーブルＭＣＣの各チャネルに対応する。例えば、超音波振動子１２、１２０がそれぞれ６０本ずつであれば、１２０チャネルのマルチチャネルケーブルＭＣＣが用いられる。

【0068】

ここで、６０本の超音波振動子１２と６０本の超音波振動子１２０とをマルチチャネルケーブルＭＣＣに対して並列に接続すれば、６０チャネルのマルチチャネルケーブルＭＣＣを用いることができ、マルチチャネルケーブルＭＣＣを細径化できる。
なお、当然のことながら、超音波振動子１２、１２０の本数すなわちチャネル数は、適宜決定される。

【0069】

図１４、図１６に示すように、配管の小径部及び大径部では、超音波振動子１２０が形成された基部１１０の外周面が配管の内周面に対向するように保持される。そのため、図１に示すマルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２０は、図１４、図１６に示すように、超音波ＵＷを発信すると、配管の小径部及び大径部によって反射した超音波ＵＷを受信できる。

【0070】

他方、図１５に示すように、配管のテーパー部では、超音波振動子１２が形成された基部１１の外周面が配管の内周面に対向するように保持される。そのため、図１に示すマルチプレクサＭＵＸによって選択された超音波振動子１２は、図１５に示すように、超音波ＵＷを発信すると、配管のテーパー部によって反射した超音波ＵＷを受信できる。
第２の実施形態に係る超音波検査装置１０におけるその他の構成は、第１の実施形態に係る超音波検査装置１０と同様であるため、説明を省略する。

【0071】

第１の実施形態に係る超音波検査装置１０は、配管のテーパー部については検査できるが、配管の定径部については検査できない。そのため、定径部の検査については、例えば比較例１に係る超音波検査装置１００を別途用いる必要がある。
これに対し、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、配管のテーパー部に加え、配管の小径部及び大径部すなわち定径部も検査できる。すなわち、本実施形態に係る超音波検査装置１０は、第１の実施形態に係る超音波検査装置１０に比べ、配管をより効率良く検査できる。

【0072】

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0073】

１０ 超音波検査装置
１１ 基部（第１基部）
１１０ 基部（第２基部）
１２ 超音波振動子（第１超音波振動子）
１２０ 超音波振動子（第２超音波振動子）
１３ａ、１３ｂ 調芯機構
１４ 回転シャフト
１５ 探触子アーム
１６ 超音波探触子
３１ 筒状シャフト
３１ａ 突出部
３２ 円板部材
３３ 連結リンク
３４ アーム
３５ 車輪
Ｊ１～Ｊ４ ジョイント
ＭＣＣ マルチチャネルケーブル
ＭＵＸ マルチプレクサ
ＯＳＣ 波形表示装置
ＳＣ 選択制御部
ＳＣＣ シングルチャネルケーブル
ＳＰ 捩りばね
ＵＰＲ 超音波パルサーレシーバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】