特許 7023406 超音波探触子及び超音波探傷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-10

(45)【発行日】2022-02-21

(54)【発明の名称】超音波探触子及び超音波探傷方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20220214BHJP

   G01N 29/26 20060101ALI20220214BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

G01N29/26

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021142877

(22)【出願日】2021-09-02

【審査請求日】2021-09-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500171268

【氏名又は名称】三菱重工パワー検査株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】竹川 勝也

(72)【発明者】

【氏名】門下 寛孝

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０９７２５０６２（ＣＮ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０４４２５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－１１６０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４０６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８６４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５０９５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２４４２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０９４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７６４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０７１９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ウエッジ部材と、
前記第１ウエッジ部材とは異なる第２ウエッジ部材と、
前記第１ウエッジ部材と前記第２ウエッジ部材との間に配置されて、前記第１ウエッジ部材と前記第２ウエッジ部材とを音響的に隔てる音響隔離板と、
前記第１ウエッジ部材の上面に配置される、複数の圧電素子を含む送信用素子と、
前記第２ウエッジ部材の上面に配置される、複数の圧電素子を含む受信用素子と、
前記音響隔離板を跨ぎ、前記第１ウエッジ部材と前記第２ウエッジ部材とに亘って配置され、前記送信用素子と前記受信用素子とを覆う筐体と、
を備え、
前記第１ウエッジ部材及び前記送信用素子は、探傷対象物内を伝搬する縦波の超音波を第１屈折角度θ１以上第２屈折角度θ２以下の範囲内で走査可能であり、且つ、屈折角度の範囲が前記第２屈折角度θ２以上第３屈折角度θ３未満の範囲と少なくとも一部で重複するクリーピング波を出力可能である
超音波探触子。

【請求項2】

前記第１屈折角度θ１は、３０度であり、
前記第２屈折角度θ２は、８４度であり、
前記第３屈折角度θ３は、８９度である、
請求項１に記載の超音波探触子。

【請求項3】

前記送信用素子を含む第１基板と、
前記受信用素子を含み、前記第１基板とは異なる第２基板と、
を備え、
前記第１基板は、前記筐体に揺動可能に支持され、
前記第２基板は、前記筐体に前記第１基板とは独立して揺動可能に支持されている、
請求項１又は２に記載の超音波探触子。

【請求項4】

前記送信用素子及び前記受信用素子とに接続される信号線が束ねられたケーブルを備え、
前記第１ウエッジ部材の上面及び前記第２ウエッジ部材の上面は、前記音響隔離板の厚さ方向から見たときに、前記音響隔離板の延在方向であって前記第１ウエッジ部材の下面及び前記第２ウエッジ部材の下面の延在方向に沿う方向の内の一方側から他方側に向かうにつれて前記第１ウエッジ部材の下面及び前記第２ウエッジ部材の下面に近づくように前記第１ウエッジ部材の下面及び前記第２ウエッジ部材の下面に対して傾斜しており、
前記ケーブルは、前記厚さ方向から見たときに、前記筐体から前記他方側に向かって突出しており、
前記厚さ方向から見たときに、前記筐体からの前記ケーブルの突出方向と、前記音響隔離板の延在方向であって前記第１ウエッジ部材の下面及び前記第２ウエッジ部材の下面の延在方向に沿う方向との角度差は、１５度以内である、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の超音波探触子。

【請求項5】

前記送信用素子と前記受信用素子とを含む単一の基板を備える、
請求項１、２及び４の何れか一項に記載の超音波探触子。

【請求項6】

前記送信用素子を含む第１基板と、
前記受信用素子を含み、前記第１基板とは異なる第２基板と、
を備える、
請求項１、２及び４の何れか一項に記載の超音波探触子。

【請求項7】

前記第１ウエッジ部材の前記上面と下面との距離は、前記音響隔離板の厚さ方向から見たときに、前記音響隔離板の延在方向であって前記第１ウエッジ部材の前記下面の延在方向に沿う方向の前記第１ウエッジ部材の寸法よりも小さく、
前記第２ウエッジ部材の前記上面と下面との距離は、前記厚さ方向から見たときに、前記音響隔離板の延在方向であって前記第２ウエッジ部材の前記下面の延在方向に沿う方向の前記第２ウエッジ部材の寸法よりも小さい、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の超音波探触子。

【請求項8】

前記第１ウエッジ部材の前記上面と下面との距離、及び、前記第２ウエッジ部材の前記上面と下面との距離は、前記音響隔離板の厚さ方向に沿った前記第１ウエッジ部材の寸法と前記第２ウエッジ部材の寸法との合計よりも小さい、
請求項１乃至７の何れか一項に記載の超音波探触子。

【請求項9】

前記第１ウエッジ部材の前記上面と下面との距離は、前記音響隔離板の厚さ方向に沿った前記第１ウエッジ部材の寸法よりも小さく、
前記第２ウエッジ部材の前記上面と下面との距離は、前記音響隔離板の厚さ方向に沿った前記第２ウエッジ部材の寸法よりも小さい、
請求項８に記載の超音波探触子。

【請求項10】

前記音響隔離板の厚さ方向に沿った前記筐体の寸法は、前記音響隔離板の厚さ方向に沿った前記第１ウエッジ部材の寸法と前記第２ウエッジ部材の寸法との合計よりも小さい、
請求項１乃至９の何れか一項に記載の超音波探触子。

【請求項11】

請求項１乃至１０の何れか一項に記載の超音波探触子を用いて、探傷対象物における探傷領域を縦波の超音波で探傷するステップと、
該超音波探触子を用いて、前記探傷領域とは深さが少なくとも一部で異なる領域をクリーピング波で探傷するステップと、
を備える
超音波探傷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超音波探触子及び超音波探傷方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被検体に対して超音波探傷を行うことで、被検体の内部を検査することが広く行われている。超音波探傷では、例えば被検体に送信した超音波の反射波に基づいて探傷画像を生成し、生成した探傷画像から被検体の内部のきずの有無やきずの位置を判断することができる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１４１１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、探傷対象物が比較的板厚の厚い板部材や管である場合、探触子を配置した探傷対象物の表面から板厚方向に沿って比較的遠い領域を縦波の超音波で探傷し、板厚に沿って該表面に比較的近い領域をクリーピング波で探傷することが考えられる。
この場合、従来の超音波探傷では、探触子を配置した探傷対象物の表面から板厚方向に沿って比較的遠い領域を縦波の超音波で探傷する場合と、板厚に沿って該表面に比較的近い領域をクリーピング波で探傷する場合とで、異なる探触子を用いて探傷することが一般的である。
そのため、従来の超音波探傷では、探触子を変更して超音波探傷を２回実施しなければならず、探触子を変更して探傷対象物に設置し直す作業が必要である。

【0005】

そこで、探触子を変更して探傷対象物に設置し直す作業を行わなくても済むように、探触子を配置した探傷対象物の表面から板厚方向に沿って比較的遠い領域と比較的近い領域とを１つの探触子で探傷可能な探触子が求められている。
しかし、このような探触子において、１つの探触子で超音波の送信と受信とを行うようにすると、クリーピング波を発生させようとする場合に、ウエッジ部材内に様々な雑エコーが発生してしまうため、ウエッジ部材を比較的大きくせざるを得なかった。そのため、探傷対象物の表面に他の部材等が近接して配置されている場合等では、該他の部材と探触子とが干渉して探傷対象物の表面に探触子を配置できず、超音波探傷を行うことができない。

【0006】

本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、超音波探触子の大きさを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る超音波探触子は、
第１ウエッジ部材と、
前記第１ウエッジ部材とは異なる第２ウエッジ部材と、
前記第１ウエッジ部材と前記第２ウエッジ部材との間に配置されて、前記第１ウエッジ部材と前記第２ウエッジ部材とを音響的に隔てる音響隔離板と、
前記第１ウエッジの上面に配置される、複数の圧電素子を含む送信用素子と、
前記第２ウエッジの上面に配置される、複数の圧電素子を含む受信用素子と、
前記音響隔離板を跨ぎ、前記第１ウエッジ部材と前記第２ウエッジ部材とに亘って配置され、前記送信用素子と前記受信用素子とを覆う筐体と、
を備える。

【0008】

（２）本開示の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法は、
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の超音波探触子を用いて、探傷対象物における探傷領域を縦波の超音波で探傷するステップと、
該超音波探触子を用いて、前記探傷領域とは深さが少なくとも一部で異なる領域をクリーピング波で探傷するステップと、
を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の少なくとも一実施形態によれば、超音波探触子の大きさを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】幾つかの実施形態に係る超音波探触子の外観の側面図である。

【図2A】一実施形態に係る超音波探触子を側方から見たときの模式的な断面図である。

【図2B】図２ＡのＩＩｂ－ＩＩｂ矢視断面を模式的に示した図である。

【図3A】他の実施形態に係る超音波探触子を側方から見たときの模式的な断面図である。

【図3B】図３ＡのＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ矢視断面を模式的に示した図である。

【図4】第１ウエッジ部材と第２ウエッジ部材と音響隔離板とについての分解図である。

【図5】幾つかの実施形態に係る探触子を用いた超音波探傷検査の様子を模式的に示す図である。

【図6】幾つかの実施形態に係る探触子を用いた超音波探傷方法における処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0012】

図１は、幾つかの実施形態に係る超音波探触子の外観の側面図である。
図２Ａは、一実施形態に係る超音波探触子を側方から見たときの模式的な断面図である。
図２Ｂは、図２ＡのＩＩｂ－ＩＩｂ矢視断面を模式的に示した図である。
図３Ａは、他の実施形態に係る超音波探触子を側方から見たときの模式的な断面図である。
図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ矢視断面を模式的に示した図である。
図４は、第１ウエッジ部材と第２ウエッジ部材と音響隔離板とについての分解図である。

【0013】

図２Ａに示した超音波探触子１Ａ、及び、図３Ａに示した超音波探触子１Ｂは、超音波の送信用の素子（送信用素子１５）と受信用の素子（受信用素子１６）とを備える超音波探触子である。なお、以下の説明では、図２Ａに示した超音波探触子１Ａと図３Ａに示した超音波探触子１Ｂとを区別せずに説明する場合、符号のアルファベットを省略して、超音波探触子１、又は単に、探触子１と称することもある。

【0014】

幾つかの実施形態に係る探触子１は、第１ウエッジ部材１１と、第１ウエッジ部材１１とは異なる第２ウエッジ部材１２と、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２との間に配置されて、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２とを音響的に隔てる音響隔離板１３とを備えている。
幾つかの実施形態に係る探触子１は、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕに配置される、複数の圧電素子を含む送信用素子１５と、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕに配置される、複数の圧電素子を含む受信用素子１６とを備えている。
幾つかの実施形態に係る探触子１は、音響隔離板１３を跨ぎ、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２とに亘って配置され、送信用素子１５と受信用素子１６とを覆う筐体２０を備えている。

【0015】

第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕ及び第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕは、図２Ａ及び図３Ａのように音響隔離板１３の厚さ方向（以下、第１方向Ｄｒ１と呼ぶ）から見たときに、音響隔離板１３の延在方向であって第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄの延在方向に沿う方向（以下、第２方向Ｄｒ２と呼ぶ）の内の一方側から他方側に向かうにつれて第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄに近づくように第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄに対して傾斜している。

【0016】

なお、第２方向Ｄｒ２の内の上記一方側を前方とし、上記他方側を後方とする。
第１方向Ｄｒ１と第２方向Ｄｒ２とは直交している。第１方向Ｄｒ１及び第２方向Ｄｒ２の双方に対して直交する方向を第３方向Ｄｒ３とする。
第１方向Ｄｒ１は、図１、図２Ａ及び図３Ａにおいて紙面に直交する方向であり、図２Ｂ及び図３Ｂにおいて図示左右方向である。
第２方向Ｄｒ２は、図１、図２Ａ及び図３Ａにおいて図示左右方向であり、図２Ｂ及び図３Ｂにおいて紙面に直交する方向である。
第３方向Ｄｒ３は、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂにおいて図示上下方向である。

【0017】

例えば、超音波探触子を配置した探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓから板厚方向Ｄｒｔに沿って比較的遠い領域と比較的近い領域とを１つの超音波探触子で探傷可能な超音波探触子において、一つのウエッジ部材に送信用素子と受信用素子とを配置すると、クリーピング波を発生させようとする場合に、ウエッジ部材内に様々な雑エコーが発生してしまう。そのため、該超音波探触子では、ウエッジ部材を比較的大きくせざるを得なかった。
ウエッジ部材が大きくなると、ウエッジ部材における超音波の減衰量も大きくなってしまうという課題もある。

【0018】

幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２との間に音響隔離板１３を配置し、第１ウエッジ部材１１に送信用素子１５を配置し、第２ウエッジ部材１２に受信用素子１６を配置することで、受信用素子１６において上述した雑エコーの影響を効率的に抑制できる。これにより、一つのウエッジ部材に送信用素子と受信用素子とを配置した場合と比べて、該一つのウエッジ部材の容積よりも第１ウエッジ部材１１の容積と第２ウエッジ部材１２の容積との合計容積を小さくすることができる。

【0019】

また、幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、送信用素子１５と受信用素子１６とを覆う筐体２０が音響隔離板１３を跨いで第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２とに亘って配置されるので、筐体２０の大きさを比較的小さくすることができる。
したがって、幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、縦波での探傷とクリーピング波での探傷とを１つの超音波探触子１で実施可能となり、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面に比較的近い領域まで、１つの超音波探触子１で探傷可能となる。幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２の大きさを抑制でき、超音波探触子１を小型化できるので、狭隘部における探傷が可能となる。

【0020】

幾つかの実施形態に係る探触子１では、図２Ｂに示した超音波探触子１Ａのように、送信用素子１５と受信用素子１６とを含む単一の基板１７を備えていてもよい。
すなわち、図２Ｂに示した超音波探触子１Ａでは、単一の基板１７には、送信用素子１５としての複数の素子（振動子）と、受信用素子１６としての複数の素子（振動子）とが形成されている。例えば、図２Ｂに示した基板１７では、一つのピエゾ素子複合体（基板１７）に送信用素子１５と受信用素子１６が配置されている。図２Ｂに示した超音波探触子１Ａでは、音響隔離板１３を介して、送信用素子１５と受信用素子１６とが異なるウエッジに接するように配置されている。
図２Ｂに示した超音波探触子１Ａによれば、送信用素子１５と受信用素子１６とを異なる基板に設けた場合と比べて、該異なる１つの基板の合計容積よりも基板１７の容積を小さくし易くなる。

【0021】

幾つかの実施形態に係る探触子１では、図３Ｂに示した超音波探触子１Ｂのように、送信用素子１５を含む第１基板１８と、受信用素子１６を含み、第１基板１８とは異なる第２基板１９と、を備えていてもよい。
すなわち、図３Ｂに示した超音波探触子１Ｂでは、第１基板１８には、送信用素子１５としての複数の素子（振動子）が形成され、第２基板１９には、受信用素子１６としての複数の素子（振動子）が形成されている。例えば、図３Ｂに示した第１基板１８及び第２基板１９では、１つのピエゾ素子複合体（第１基板１８）に送信用素子１５が配置され、他のピエゾ素子複合体（第２基板１９）に受信用素子１６が配置されている。図３Ｂに示した超音波探触子１Ｂでは、送信用素子１５が第１ウエッジ部材１１にのみ接するように配置され、受信用素子１６が第２ウエッジ部材１２にのみ接するように配置されている。
図３Ｂに示した超音波探触子１Ｂによれば、例えば、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕとが異なる平面上に存在していても、第１基板１８と第２基板１９とをそれぞれの上面１１ｕ、１２ｕに配置できる。

【0022】

すなわち、幾つかの実施形態に係る探触子１では、探傷対象物Ｔａが円柱や円管等のように表面Ｔａｓが円周面である場合に、第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ、及び、第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄを表面Ｔａｓに合わせて円周面を有するようにしてもよい。この場合に、図３Ｂに示した超音波探触子１Ｂでは、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕ、及び、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕを下面１１ｄ、１２ｄの円周面に倣うように傾斜させてもよい。この場合には、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕとが異なる平面上に存在することとなる。

【0023】

上述したように、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓが円周面である場合、探傷対象物Ｔａによって該円周面の曲率半径が異なる場合が想定される。具体的には、探傷対象物Ｔａが円管等である場合に、管径の異なる探傷対象物Ｔａの探傷を行う必要が生じる。
そこで、該円周面の曲率半径に合わせて下面１１ｄ、１２ｄの曲率半径が異なる複数の第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２を用意しておき、探傷対象物Ｔａの管径に合わせて第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２を交換するようにしてもよい。

【0024】

下面１１ｄ、１２ｄの曲率半径が異なる複数の第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２において、上面１１ｕ、１２ｕを下面１１ｄ、１２ｄの曲率半径に応じて傾斜させてもよい。この場合、下面１１ｄ、１２ｄの曲率半径が変われば、上面１１ｕ、１２ｕを傾斜させる角度も変わることとなる。

【0025】

そこで、図３Ａに示した超音波探触子１Ｂでは、第１基板１８は、筐体２０に揺動可能に支持されているとよい。第２基板１９は、筐体２０に第１基板１８とは独立して揺動可能に支持されているとよい。
具体的には、例えば図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１基板１８を第１保持部材３１で保持し、第２基板１９を第２保持部材３２で保持する。そして、例えば図３Ａに示すように、第１保持部材３１が上面１１ｕの延在方向に平行な軸線ＡＸ周りに揺動可能に筐体２０に軸支され、第２保持部材３２が上面１２ｕの延在方向に平行な軸線ＡＸ周りに揺動可能に筐体２０に軸支されているとよい。
これにより、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕとのなす角度が変わっても、各基板１８、１９を各上面１１ｕ、１２ｕに配置し易くなる。

【0026】

なお、幾つかの実施形態に係る探触子１では、各ウエッジ部材１１、１２の下面１１ｄ、１２ｄは、上述したように曲面であってもよいが、平面であってもよい。

【0027】

また、幾つかの実施形態に係る探触子１では、筐体２０は、第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２に対して、不図示のボルト等の締結部材によって着脱可能に取り付けられていてもよい。
また、例えば図３Ａに示す超音波探触子１Ｂでは、第１保持部材３１及び第２保持部材３２がそれぞれ第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２に対して、不図示のボルト等の締結部材によって着脱可能に取り付けられ、第１保持部材３１及び第２保持部材３２を介して筐体２０が第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２に固定されるようにしてもよい。

【0028】

（ケーブルについて）
幾つかの実施形態に係る探触子１は、送信用素子１５及び受信用素子１６とに接続される信号線ｓが束ねられたケーブル３５を備えているとよい。なお、図３では、信号線ｓの記載を省略している。
幾つかの実施形態に係る探触子１では、ケーブル３５は、第１方向Ｄｒ１から見たときに、筐体２０から後方に向かって突出しているものとする。第１方向Ｄｒ１から見たときに、筐体２０からのケーブル３５の突出方向Ｄｒｃと、第２方向Ｄｒ２との角度差は、１５度以内であるとよい。なお、図１、図２Ａ及び図３Ａでは、筐体２０からのケーブル３５の突出方向Ｄｒｃと、第２方向Ｄｒ２との角度差は０度、すなわち、第１方向Ｄｒ１から見たときに、筐体２０からのケーブル３５の突出方向Ｄｒｃは第２方向Ｄｒ２と平行である場合を表している。

【0029】

幾つかの実施形態に係る探触子１では、第１方向Ｄｒ１から見たときに、筐体２０からのケーブル３５の突出方向Ｄｒｃが第２方向Ｄｒ２に比較的近づくこととなる。これにより、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓに他の部材等が近接して配置されている場合等であっても、該他の部材とケーブル３５とが干渉し難くなり、狭隘部における探傷が可能となる。また、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓとケーブル３５とが干渉し難くなるので、筐体２０からケーブル３５が突出する位置を探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓに近づけ易くなる。これにより、筐体２０の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離を抑制できるので、上記他の部材とケーブル３５とがさらに干渉し難くなる。

【0030】

例えば、探傷対象物Ｔａが円柱や円管であって、円柱や円管が径方向に間隔を空けて複数配置されていて、隣り合う円柱や円管同士の間隔が比較的小さい場合を考える。このような場合であっても、幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、ケーブル３５が隣の円管に干渉し難くなるので、探触子１を円柱や円管の周方向に沿って移動させながら探傷できる。また、幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、上述したように筐体２０の高さを抑制できるので、筐体２０が隣の円柱や円管に干渉し難くなり、探触子１を円柱や円管の周方向に沿って移動させながら探傷できる。

【0031】

図５は、幾つかの実施形態に係る探触子１を用いた超音波探傷検査の様子を模式的に示す図である。
なお、例えば、探傷対象物Ｔａが円柱や円管である場合、幾つかの実施形態に係る探触子１の第２方向を探傷対象物Ｔａである円柱や円管の軸線ＡＸｃ方向と一致させ、第１方向Ｄｒ１を探傷対象物Ｔａである円柱や円管の周方向を向くように探触子１を探傷対象物Ｔａに配置するとよい。そして、探触子１を該周方向に沿って移動させながら探傷するとよい。
なお、図５に示す例では、探傷対象物Ｔａが円管５１である場合に、円管５１の円周方向の溶接部５２の近傍に生じるきずの有無を検査する場合についての一例を表している。

【0032】

図５に示す例では、例えば探触子１は、溶接部５２を挟んで円管５１の軸線ＡＸｃ方向に離間した２カ所に配置される。そして、２つの探触子１を円管５１の周方向に移動させながら超音波探傷を行う。
図５において、超音波探傷装置５５は、セクタ走査と呼ばれる電子走査の走査面が、円管５１の軸線ＡＸｃ方向及び円管５１の板厚方向に沿って延在する平面に沿うように超音波を走査する。
図５に示す例では、探触子１は、探触子１の移動装置５６に取り付けられている。移動装置５６は、手動、又はモータ等の駆動力によって円管５１の周方向に探触子１を移動可能に構成されている。なお、図５に示す移動装置５６は、２つの探触子１同士の周方向の位置がずれないように、且つ、軸線ＡＸｃ方向の離間距離が変化しないように探触子１を移動可能に構成されている。

【0033】

（各ウエッジ部材１１、１２の寸法について）
図２Ａ及び図３Ａに示すように、幾つかの実施形態に係る探触子１では、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと下面１１ｄとの距離、すなわち、第３方向に沿った距離であって、下面１１ｄと、上面１１ｕの内、下面１１ｄから最も離れている上面１１ｕの位置との距離ｈ１は、第１方向Ｄｒ１から見たときに、第２方向Ｄｒ２の第１ウエッジ部材１１の寸法Ｌ１よりも小さいとよい。
同様に、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕと下面１２ｄとの距離、すなわち、第３方向に沿った距離であって、下面１２ｄと、上面１２ｕの内、下面１２ｄから最も離れている上面１２ｕの位置との距離ｈ２は、第１方向Ｄｒ１から見たときに、第２方向Ｄｒ２の第２ウエッジ部材１２の寸法Ｌ２よりも小さいとよい。
これにより、各ウエッジ部材１１、１２の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離が抑制され、狭隘部における探傷が可能となる。

【0034】

図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、幾つかの実施形態に係る探触子１では、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと下面１１ｄとの距離（すなわち距離ｈ１）、及び、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕと下面１２ｄとの距離（すなわち距離ｈ２）は、第１方向Ｄｒ１に沿った第１ウエッジ部材１１の寸法Ｗ１と第２ウエッジ部材１２の寸法Ｗ２との合計（Ｗ１＋Ｗ２）よりも小さいとよい。
これにより、各ウエッジ部材１１、１２の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離が抑制され、狭隘部における探傷が可能となる。

【0035】

図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、幾つかの実施形態に係る探触子１では、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと下面１１ｄとの距離（すなわち距離ｈ１）は、第１方向Ｄｒ１に沿った第１ウエッジ部材１１の寸法Ｗ１よりも小さいとよい。同様に、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕと下面１２ｄとの距離（すなわち距離ｈ２）は、第１方向Ｄｒ１に沿った第２ウエッジ部材１２の寸法Ｗ２よりも小さいとよい。
これにより、各ウエッジ部材１１、１２の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離がさらに抑制され、狭隘部における探傷が可能となる。

【0036】

図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、幾つかの実施形態に係る探触子１では、第１方向Ｄｒ１に沿った筐体２０の寸法Ｗｃは、第１方向Ｄｒ１に沿った第１ウエッジ部材１１の寸法Ｗ１と第２ウエッジ部材１２の寸法Ｗ２との合計（Ｗ１＋Ｗ２）よりも小さいとよい。
例えば、探傷対象物Ｔａが円柱や円管等のように表面Ｔａｓが円周面である場合に、筐体２０の寸法Ｗｃが大きくなるほど、第１方向Ｄｒ１における筐体２０の端部と探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓとの距離が大きくなる傾向にある。そのため、円柱や円管が径方向に間隔を空けて複数配置されていて、隣り合う円柱や円管同士の間隔が比較的小さい場合、第１方向Ｄｒ１における筐体２０の端部と探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓとの距離は、出来るだけ小さい方がよい。
幾つかの実施形態に係る探触子１によれば、上述したように第１方向Ｄｒ１に沿った筐体２０の寸法Ｗｃを寸法Ｗ１と寸法Ｗ２との合計（Ｗ１＋Ｗ２）よりも小さくすることで、第１方向Ｄｒ１における筐体２０の端部と探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓとの距離を抑制できる。これにより、狭隘部における探傷が可能となる。

【0037】

なお、筐体２０の上面２０ｕは、第２方向Ｄｒ２に沿って見たときに、第１方向Ｄｒ１と平行であってもよく、図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、第２方向Ｄｒ２に沿って見たときに、曲率半径の中心が第３方向Ｄｒ３に沿って上面２０ｕよりも図示下方に位置するような湾曲面であってもよい。

【0038】

（超音波の走査範囲について）
幾つかの実施形態に係る探触子１では、第１ウエッジ部材１１及び送信用素子１５は、探傷対象物Ｔａ内を伝搬する縦波の超音波を第１屈折角度θ１以上第２屈折角度θ２以下の範囲内で走査可能であり、且つ、屈折角度の範囲が第２屈折角度θ２以上第３屈折角度θ３未満の範囲と少なくとも一部で重複するクリーピング波を出力可能である。
なお、第１屈折角度θ１は、３０度であるとよく、第２屈折角度θ２は、８４度であるとよく、第３屈折角度θ３は、８９度であるとよい。
これにより、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面Ｔａｓに比較的近い領域まで、１つの超音波探触子１で探傷可能となる。

【0039】

（探傷について）
幾つかの実施形態に係る探触子１を用いた超音波探傷方法について説明する。
図６は、幾つかの実施形態に係る探触子１を用いた超音波探傷方法における処理手順を示すフローチャートである。
一実施形態に係る超音波探傷方法は、幾つかの実施形態に係る探触子１を用いて、探傷対象物Ｔａにおける探傷領域を縦波の超音波で探傷するステップＳ１と、幾つかの実施形態に係る探触子１を用いて、上記探傷領域とは深さが少なくとも一部で異なる領域をクリーピング波で探傷するステップＳ２と、を備える。
なお、一実施形態に係る超音波探傷方法では、上記ステップＳ１及び上記ステップＳ２の何れを先に実施してもよい。

【0040】

以下、図５を参照しながら一実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
縦波の超音波で探傷するステップＳ１では、超音波探傷装置５５は、探傷対象物Ｔａにおける探傷領域を縦波の超音波で探傷するように２つの探触子１を制御する。縦波の超音波で探傷するステップＳ１による探傷は、手動、又はモータ等の駆動力によって円管５１の周方向に探触子１を１周移動するまで実施される。
縦波の超音波で探傷するステップＳ１において得られた探傷データは、超音波探傷装置５５の不図示の記憶装置に格納される。

【0041】

クリーピング波で探傷するステップＳ２では、超音波探傷装置５５は、探傷対象物Ｔａにおける探傷領域をクリーピング波で探傷するように２つの探触子１を制御する。クリーピング波で探傷するステップＳ２による探傷は、手動、又はモータ等の駆動力によって円管５１の周方向に探触子１を１周移動するまで実施される。
クリーピング波で探傷するステップＳ２において得られた探傷データは、超音波探傷装置５５の不図示の記憶装置に格納される。

【0042】

一実施形態に係る超音波探傷方法によれば、縦波での探傷とクリーピング波での探傷とを探触子１を交換することなく実施可能となり、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面に比較的近い領域まで、探触子１を交換することなく探傷可能となる。一実施形態に係る超音波探傷方法によれば、縦波での探傷とクリーピング波での探傷とで探触子１の交換作業を省略でき、効率的に検査できる。

【0043】

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0044】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る超音波探触子１は、第１ウエッジ部材１１と、第１ウエッジ部材１１とは異なる第２ウエッジ部材１２と、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２との間に配置されて、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２とを音響的に隔てる音響隔離板１３と、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕに配置される、複数の圧電素子を含む送信用素子１５と、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕに配置される、複数の圧電素子を含む受信用素子１６と、音響隔離板１３を跨ぎ、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２とに亘って配置され、送信用素子１５と受信用素子１６とを覆う筐体２０と、を備える。

【0045】

上記（１）の構成によれば、第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２との間に音響隔離板１３を配置し、第１ウエッジ部材１１に送信用素子１５を配置し、第２ウエッジ部材１２に受信用素子１６を配置することで、受信用素子１６において上述した雑エコーの影響を効率的に抑制できる。これにより、一つのウエッジ部材に送信用素子と受信用素子とを配置した場合と比べて、該一つのウエッジ部材の容積よりも第１ウエッジ部材１１の容積と第２ウエッジ部材１２の容積との合計容積を小さくすることができる。
また、上記（１）の構成によれば、送信用素子１５と受信用素子１６とを覆う筐体２０が音響隔離板１３を跨いで第１ウエッジ部材１１と第２ウエッジ部材１２とに亘って配置されるので、筐体２０の大きさを比較的小さくすることができる。
したがって、上記（１）の構成によれば、縦波での探傷とクリーピング波での探傷とを１つの超音波探触子１で実施可能となり、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面Ｔａｓに比較的近い領域まで、１つの超音波探触子１で探傷可能となる。上記（１）の構成によれば、第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２の大きさを抑制でき、超音波探触子１を小型化できるので、狭隘部における探傷が可能となる。

【0046】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、第１ウエッジ部材１１及び送信用素子１５は、探傷対象物Ｔａ内を伝搬する縦波の超音波を第１屈折角度θ１以上第２屈折角度θ２以下の範囲内で走査可能であり、且つ、屈折角度の範囲が第２屈折角度θ２以上第３屈折角度θ３未満の範囲と少なくとも一部で重複するクリーピング波を出力可能であるとよい。

【0047】

上記（２）の構成によれば、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面に比較的近い領域まで、１つの超音波探触子１で探傷可能となる。

【0048】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、第１屈折角度θ１は、３０度であってもよく、第２屈折角度θ２は、８４度であってもよく、第３屈折角度θ３は、８９度であってもよい。

【0049】

上記（３）の構成によれば、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面Ｔａｓに比較的近い領域まで、１つの超音波探触子１で探傷可能となる。

【0050】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、送信用素子１５と受信用素子１６とを含む単一の基板１７を備えていてもよい。

【0051】

上記（４）の構成によれば、送信用素子１５と受信用素子１６とを異なる基板に設けた場合と比べて、該異なる１つの基板の合計容積よりも基板１７の容積を小さくし易くなる。

【0052】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、送信用素子１５を含む第１基板１８と、受信用素子１６を含み、第１基板１８とは異なる第２基板１９と、を備えていてもよい。

【0053】

上記（５）の構成によれば、例えば、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕとが異なる平面上に存在していても、第１基板１８と第２基板１９とをそれぞれの上面１１ｕ、１２ｕに配置できる。

【0054】

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、第１基板１８は、筐体２０に揺動可能に支持されているとよい。第２基板１９は、筐体２０に第１基板１８とは独立して揺動可能に支持されているとよい。

【0055】

例えば探傷対象物Ｔａが円管５１の場合、管径に応じて下面１１ｄ、１２ｄの形状や第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕとのなす角度が異なる、他の第１ウエッジ部材１１及び第２ウエッジ部材１２に変更することがある。この場合に、上記（６）の構成によれば、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕとのなす角度が変わっても、各基板１８、１９を各上面に配置し易い。

【0056】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、送信用素子１５及び受信用素子１６とに接続される信号線ｓが束ねられたケーブル３５を備えているとよい。第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕ及び第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕは、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）から見たときに、音響隔離板１３の延在方向であって第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄの延在方向に沿う方向（第２方向Ｄｒ２）の内の一方側から他方側に向かうにつれて第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄに近づくように第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄに対して傾斜しているものとする。ケーブル３５は、上記厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）から見たときに、筐体２０から上記他方側に向かって突出しているものとする。上記厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）から見たときに、筐体２０からのケーブル３５の突出方向Ｄｒｃと、音響隔離板１３の延在方向であって第１ウエッジ部材の下面及び第２ウエッジ部材の下面の延在方向に沿う方向（第２方向Ｄｒ２）との角度差は、１５度以内であるとよい。

【0057】

上記（７）の構成によれば、上記厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）から見たときに、筐体２０からのケーブル３５の突出方向Ｄｒｃが音響隔離板１３の延在方向であって第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄ及び第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄの延在方向（第２方向Ｄｒ２）に比較的近づくこととなる。これにより、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓに他の部材等が近接して配置されている場合等であっても、該他の部材とケーブル３５とが干渉し難くなり、狭隘部における探傷が可能となる。また、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓとケーブル３５とが干渉し難くなるので、筐体２０からケーブル３５が突出する位置を探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓに近づけ易くなる。これにより、筐体２０の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離を抑制できるので、上記他の部材とケーブル３５とがさらに干渉し難くなる。

【0058】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと下面１１ｄとの距離（距離ｈ１）は、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）から見たときに、音響隔離板１３の延在方向であって第１ウエッジ部材１１の下面１１ｄの延在方向に沿う方向（第２方向Ｄｒ２）の第１ウエッジ部材１１の寸法Ｌ１よりも小さいとよい。第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕと下面１２ｄとの距離（距離ｈ２）は、上記厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）から見たときに、音響隔離板１３の延在方向であって第２ウエッジ部材１２の下面１２ｄの延在方向に沿う方向（第２方向Ｄｒ２）の第２ウエッジ部材１２の寸法Ｌ２よりも小さいとよい。

【0059】

上記（８）の構成によれば、各ウエッジ部材１１、１２の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離が抑制され、狭隘部における探傷が可能となる。

【0060】

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと下面１１ｄとの距離（距離ｈ１）、及び、第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕと下面１２ｄとの距離（距離ｈ２）は、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）に沿った第１ウエッジ部材１１の寸法Ｗ１と第２ウエッジ部材１２の寸法Ｗ２との合計（Ｗ１＋Ｗ２）よりも小さいとよい。

【0061】

上記（９）の構成によれば、各ウエッジ部材１１、１２の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離が抑制され、狭隘部における探傷が可能となる。

【0062】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、第１ウエッジ部材１１の上面１１ｕと下面１１ｄとの距離（距離ｈ１）は、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）に沿った第１ウエッジ部材１１の寸法Ｗ１よりも小さいとよい。第２ウエッジ部材１２の上面１２ｕと下面１２ｄとの距離（距離ｈ２）は、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）に沿った第２ウエッジ部材１２の寸法Ｗ２よりも小さいとよい。

【0063】

上記（１０）の構成によれば、各ウエッジ部材１１、１２の高さ、すなわち、探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓからの距離がさらに抑制され、狭隘部における探傷が可能となる。

【0064】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）に沿った筐体２０の寸法Ｗｃは、音響隔離板１３の厚さ方向（第１方向Ｄｒ１）に沿った第１ウエッジ部材１１の寸法Ｗ１と第２ウエッジ部材１２の寸法Ｗ２との合計（Ｗ１＋Ｗ２）よりも小さいとよい。

【0065】

上記（１１）の構成によれば、筐体２０の高さ、すなわち、第１方向Ｄｒ１における筐体２０の端部と探傷対象物Ｔａの表面Ｔａｓとの距離が抑制されるので、狭隘部における探傷が可能となる。

【0066】

（１２）本開示の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法は、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成の超音波探触子１を用いて、探傷対象物Ｔａにおける探傷領域を縦波の超音波で探傷するステップＳ１と、該超音波探触子１を用いて、上記探傷領域とは深さが少なくとも一部で異なる領域をクリーピング波で探傷するステップＳ２と、を備える。

【0067】

上記（１２）の方法によれば、縦波での探傷とクリーピング波での探傷とを探触子１を交換することなく実施可能となり、探傷対象物Ｔａにおいて、表面Ｔａｓから比較的遠い領域から、表面に比較的近い領域まで、探触子１を交換することなく探傷可能となる。上記（１２）の方法によれば、縦波での探傷とクリーピング波での探傷とで探触子１の交換作業を省略でき、効率的に検査できる。

【符号の説明】

【0068】

１、１Ａ、１Ｂ 超音波探触子
１１ 第１ウエッジ部材
１２ 第２ウエッジ部材
１３ 音響隔離板
１５ 送信用素子
１６ 受信用素子
１７ 基板
１８ 第１基板
１９ 第２基板
２０ 筐体
３１ 第１保持部材
３２ 第２保持部材
３５ ケーブル

【要約】

【課題】超音波探触子の大きさを抑制する。
【解決手段】少なくとも一実施形態に係る超音波探触子は、第１ウエッジ部材と、第１ウエッジ部材とは異なる第２ウエッジ部材と、第１ウエッジ部材と第２ウエッジ部材との間に配置されて、第１ウエッジ部材と第２ウエッジ部材とを音響的に隔てる音響隔離板と、第１ウエッジの上面に配置される、複数の圧電素子を含む送信用素子と、第２ウエッジの上面に配置される、複数の圧電素子を含む受信用素子と、音響隔離板を跨ぎ、第１ウエッジ部材と第２ウエッジ部材とに亘って配置され、送信用素子と受信用素子とを覆う筐体と、を備える。
【選択図】図２Ｂ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】