(57)【要約】【課題】超音波探傷に係るノイズの低減機能の向上を実現する超音波探傷センサを提供する。【解決手段】被検査材に超音波を送信し、被検査材からの超音波を受信する超音波探触子１１０と、超音波探触子１１０と被検査材との間に介在し、当該超音波を伝搬させる超音波伝搬部材１２０とを備える超音波探傷センサ１００であって、超音波伝搬部材１２０には、被検査材と対向する下面１２０ｂに対して平行である断面の外周を構成する全ての面である前面１２０ｃ、後面１２０ｄ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆに、複数の溝１２１が設けられている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサであって、
前記被検査材に超音波を送信し、前記被検査材からの超音波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子と前記被検査材との間に介在し、前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、
を有し、
前記超音波伝搬部材には、前記被検査材と対向する第１面に対して平行である断面の外周を構成する全ての第２面に、複数の溝が設けられていることを特徴とする超音波探傷センサ。
【請求項２】
前記第２面には、前記超音波探触子側の端部から前記被検査材側の端部に向かう方に沿って前記複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷センサ。
【請求項３】
前記第２面には、前記超音波探触子側の端部から前記被検査材側の端部に亘って、前記複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷センサ。
【請求項４】
前記複数の溝は、前記超音波伝搬部材において前記第２面で発生する疑似超音波を乱反射させるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波探傷センサ。
【請求項５】
前記疑似超音波は、前記超音波探触子が前記被検査材との間で送受信する前記超音波が、前記第２面でモード変換することによって発生したものであることを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷センサ。
【請求項６】
前記超音波伝搬部材における前記全ての第２面のうちの少なくとも一部の第２面であって前記複数の溝の外側に、前記疑似超音波を吸収するための吸収部材を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波探傷センサ。
【請求項７】
前記吸収部材は、前記全ての第２面であって前記複数の溝の外側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷センサ。
【請求項８】
前記超音波探触子は、複数の超音波振動子が配列されて構成されたアレイ探触子であって、前記超音波振動子を用いて前記被検査材との間で前記超音波を送受信するものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波探傷センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波を用いて被検査材に存在する欠陥の探傷を行う超音波探傷装置（超音波探傷センサ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、特許文献１には、超音波探傷を行うために、ウェッジ（超音波伝搬部材）を介してリニアアレイプローブ（超音波探触子）から被検査材に向けて超音波を送信する際に、リニアアレイプローブから出力されるグレーティングローブがノイズの原因となることから、ウェッジの短辺側の面に当該グレーティングローブを減衰させるための吸音部を設ける技術が記載されている。さらに、特許文献１には、より効率的にグレーティングローブを減衰させるために、吸音部と接する面であるウェッジの短辺側の面における形状を山谷が繰り返された形状とする技術も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１６１５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、超音波探触子から出力されるグレーティングローブの抑制を目的とした技術であり、例えば超音波伝搬部材の内部で発生する疑似超音波の抑制をも考慮した技術等ではないため、超音波探傷に係るノイズを低減するという観点では不十分であった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、超音波探傷に係るノイズの低減機能の向上を実現する超音波探傷センサ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】
【０００６】
本発明の超音波探触子は、被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサであって、前記被検査材に超音波を送信し、前記被検査材からの超音波を受信する超音波探触子と、前記超音波探触子と前記被検査材との間に介在し、前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、を有し、前記超音波伝搬部材には、前記被検査材と対向する第１面に対して平行である断面の外周を構成する全ての第２面に、複数の溝が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、超音波探傷に係るノイズの低減機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態が想定している超音波探傷に係る一般的な技術を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態が想定している超音波探傷方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態が想定している超音波探傷方法を説明するための図である。
【図４】比較例に係る超音波探傷センサを用いて超音波探傷を行った場合の様子を示す図である。
【図５】図４に示す比較例に係る超音波探傷センサを用いて被検査材の超音波探傷を行った結果を示す図である。
【図６】図５に示す疑似エコーの発生メカニズムを解明するために、数値解析を用いて超音波伝搬部材の内部における超音波の伝搬挙動を調査するシミュレーションの結果を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷センサの概略構成の一例を示す図である。
【図８】図７に示す本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷センサを用いて被検査材の超音波探傷を行った結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超音波探傷センサの概略構成の一例を示す図である。
【図１０】図９に示す本発明の第２の実施形態に係る超音波探傷センサを用いて被検査材の超音波探傷を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。なお、以下に示す本発明の各実施形態では、本発明における被検査材として、横断面が矩形の角鋳片を適用した例について説明を行うが、本発明においてはこの角鋳片に限定されるものではなく、超音波を用いて欠陥を探傷できる鋼材等であれば適用可能である。
【００１０】
本発明の実施形態の説明を行う前に、まず、本発明の実施形態が想定している超音波探傷に係る一般的な技術について説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態が想定している超音波探傷に係る一般的な技術を説明するための図である。
【００１２】
図１には、左側に、超音波探傷を行う対象である被検査材２００と、被検査材２００との間で超音波を送受信する超音波探触子３１０と、超音波探触子３１０と被検査材２００との間に介在し、当該超音波を伝搬させる超音波伝搬部材３２０を図示している。また、図１では、超音波探触子３１０と被検査材２００との間における超音波の伝搬効率を考慮して、超音波伝搬部材３２０と被検査材２００との間に水などの接触媒質２１０を介在させている。
【００１３】
この図１に示すように、超音波探触子３１０と被検査材２００との間に超音波伝搬部材３２０を介在させると、超音波探触子３１０と被検査材２００との間（おおまかに言えば、超音波伝搬部材３２０の高さＷｈ）を超音波が往復する。そのため、超音波探傷中には、例えば、図１の右側に示すように、上から下に向かう方向に経過時間ｔをとると、超音波探触子３１０で受信される超音波としては、被検査材の上面（「表面」と称してもよい）２００ａで反射した反射超音波である上面反射エコーＳ1及びその多重エコーＳ2や、被検査材の下面（「底面」と称してもよい）２００ｂで反射した反射超音波である下面反射エコーＢ1等が想定される。一般的には、超音波探傷における欠陥の誤検出等を回避するために、図１の右側に示すように、上面反射エコーＳ1と下面反射エコーＢ1と間に多重エコーＳ2が出現しないように（即ち、多重エコーＳ2が下面反射エコーＢ1よりも遅い時間に出現するように）、超音波伝搬部材３２０の高さＷｈを決定する。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態が想定している超音波探傷方法を説明するための図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
図２では、図１に示す超音波探触子３１０及び超音波伝搬部材３２０に加えて、これらを図２に示す走行方向に移動させるための移動機構３３０を有して構成された超音波探傷センサ３００を示している。また、図２に示す超音波伝搬部材３２０において、超音波探触子３１０が設置される側の面を上面３２０ａとし、被検査材の上面２００ａと対向する面を下面３２０ｂとし、超音波探傷センサ３００が走行方向に走行する際に前に位置する面及び後に位置する面をそれぞれ前面３２０ｃ及び後面３２０ｄとし、超音波探傷センサ３００が走行方向に走行する際に超音波探傷センサ３００の側面となる面をそれぞれ左側面３２０ｅ及び右側面３２０ｆとする。
【００１６】
また、図２に示す被検査材２００において、図１に示す被検査材の上面２００ａ及び下面２００ｂに加えて、超音波伝搬部材の左側面３２０ｅに対応する面を左側面２００ｅとし、超音波伝搬部材の右側面３２０ｆに対応する面を右側面２００ｆとする。
【００１７】
また、図２では、超音波探傷センサ３００の走行方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向とし、Ｘ方向と直交する鉛直方向をＺ方向とする。そして、本明細書では、説明を分かりやすくするために、被検査材の上面２００ａ及び下面２００ｂ、並びに、超音波伝搬部材の上面３２０ａ及び下面３２０ｂは、ＸＹ平面と平行な面とし、また、超音波伝搬部材の前面３２０ｃ及び後面３２０ｄは、ＹＺ平面と平行な面とし、また、被検査材の左側面２００ｅ及び右側面２００ｆ、並びに、超音波伝搬部材の左側面３２０ｅ及び右側面３２０ｆは、ＸＺ平面と平行な面とする。なお、ここで説明したＸＹＺ座標系並びに被検査材２００及び超音波伝搬部材３２０の各面における定義は、飽くまでも一例であり、本発明においてはこの定義に限定されるものではない。
【００１８】
移動機構３３０は、超音波伝搬部材の下面３２０ｂと被検査材の上面２００ａの傾き及びその間隔が一定となるようにする機能も具備しており、図２に示す例では、超音波伝搬部材の前面３２０ｃと下面３２０ｂとの境界部分、及び、超音波伝搬部材の後面３２０ｄと下面３２０ｂとの境界部分に、それぞれ２つずつ設けられている。また、図２では不図示であるが、超音波伝搬部材の下面３２０ｂと被検査材の上面２００ａとの間に、図１に示す接触媒質２１０を介在させることも考えられる。
【００１９】
そして、この図２に示すように移動機構３３０を走行方向に移動させながら、超音波探触子３１０から超音波伝搬部材３２０を介して被検査材の上面２００ａに向けて超音波を送信することによって、被検査材２００の所定領域における超音波探傷を行うことができる。なお、被検査材の上面２００ａのみならず、被検査材の下面２００ｂ、左側面２００ｅ及び右側面２００ｆについても、超音波探傷センサ３００を載置して超音波探傷を行うことも考えられる。また、ここでは、移動機構３３０が被検査材２００上を走行する構成を例示したが、例えば、その逆に移動機構３３０が走行方向に拘束されており、その下を被検査材２００が走行する構成であってもよい。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態が想定している超音波探傷方法を説明するための図である。この図３において、図１及び図２に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
具体的に、図３は、超音波探傷において、超音波探触子３１０におけるＸＺ平面と平行な面の幅Ｗ1と、超音波伝搬部材３２０においてＸＺ平面と平行な面である左側面３２０ｅの幅Ｗ2との関係を説明するための図である。具体的に、図３（ａ）は、超音波探触子３１０の幅Ｗ1に対して超音波伝搬部材の左側面３２０ｅの幅Ｗ2-1が著しく大きい場合の超音波探傷の様子を示しており、また、図３（ｂ）は、超音波探触子３１０の幅Ｗ1に対して超音波伝搬部材の左側面３２０ｅの幅Ｗ2-2が略同じ場合の超音波探傷の様子を示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、超音波探傷センサ３００が被検査材２００の最端部の位置を超音波探傷する様子を示している。
【００２２】
この図３（ａ）及び図３（ｂ）において、超音波探触子３１０から送信された超音波を超音波３０１として図示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、この超音波３０１が到達しない被検査材２００の領域を不感帯領域３０２として図示している。この場合、図３（ｂ）に示すように、超音波伝搬部材の左側面３２０ｅの幅Ｗ2-2は、超音波探触子３１０のエネルギーを最大限に活用するために超音波探触子３１０の幅Ｗ1以上とすることが要求されるが、その一方で、不感帯領域３０２を小さくするために極力小さくすることが望ましいといえる。
【００２３】
図４は、比較例に係る超音波探傷センサを用いて超音波探傷を行った場合の様子を示す図である。この図４において、図１〜図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
具体的に、図４（ａ）は、比較例に係る超音波探傷センサにおいてＸＹ平面と平行な断面の模式図であり、また、図４（ｂ）は、比較例に係る超音波探傷センサにおいてＹＺ平面と平行な断面の模式図である。
【００２５】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、比較例に係る超音波探傷センサは、図１〜図３に示す超音波探触子３１０に対応する超音波探触子４１０、図１〜図３に示す超音波伝搬部材３２０に対応する超音波伝搬部材４２０、及び、超音波伝搬部材４２０の側面の外側に設けられた吸収部材４３０を有して構成されている。なお、この図４に示す比較例に係る超音波探傷センサでは、超音波伝搬部材４２０において、図２に示す超音波伝搬部材３２０の各面３２０ａ〜３２０ｆのそれぞれに対応する各面４２０ａ〜４２０ｆを具備しているものとする。
【００２６】
また、比較例に係る超音波探傷センサでは、超音波探触子４１０として、複数の超音波振動子４１１をＹ方向に配列したアレイ探触子を用いて、送信する超音波４０１の角度が任意に変更可能となっている。また、比較例に係る超音波探傷センサでは、図４（ｂ）において矢印で示すように、斜めに進行するように制御された超音波４０１が超音波伝搬部材の下面４２０ｂで反射し、その後、超音波伝搬部材４２０の短辺側の面である左側面４２０ｅ及び右側面４２０ｆで再び反射して超音波探触子４１０に向かう反射エコーが、ノイズとなるのを抑制するため、超音波伝搬部材４２０の左側面４２０ｅ及び右側面４２０ｆに当該反射エコーを乱反射させて減衰させるための溝４２１を設けている。さらに、比較例に係る超音波探傷センサでは、上述した吸収部材４３０を超音波伝搬部材４２０の左側面４２０ｅ及び右側面４２０ｆの外側に設けて、当該反射エコーを吸収して減衰させるようにしている。
【００２７】
そして、本発明者は、この比較例に係る超音波探傷センサを用いて、図４（ｂ）に示す被検査材の左側面２００ｅの近傍に人工欠陥（２ｍｍ程度のスリット）２０１を形成した被検査材２００の超音波探傷を行った。また、図４（ｂ）では、ＹＺ面に平行な被検査材２００の面を面２００ｄとして図示している。
【００２８】
図５は、図４に示す比較例に係る超音波探傷センサを用いて被検査材２００の超音波探傷を行った結果を示す図である。
具体的に、図５には、図４（ｂ）に示す被検査材２００の探傷範囲における探傷結果を示している。また、図５に結果を示す超音波探傷では、超音波４０１のほぼ中心に人工欠陥２０１が位置するように超音波探触子４１０の超音波４０１における送受信の遅延時間を設定した。また、超音波探触子４１０における超音波のモードは、縦波を使用した。即ち、送受信の遅延時間は、図４（ｂ）に示す超音波伝搬部材４２０及び被検査材２００ともに縦波音速を用いて計算した。
【００２９】
図５に示す超音波探傷結果では、人工欠陥２０１からの反射超音波である人工欠陥エコーのエコー強度は十分に大きいものの、探傷範囲において、この人工欠陥エコーのエコー強度に匹敵する疑似エコーが観測され、超音波探傷に係る検出性能が著しく低下する結果となった。より具体的に、図５に示す超音波探傷結果では、人工欠陥エコーのエコー強度を１００％とすると、この人工欠陥エコーよりもエコー強度が大きい（即ち、エコー強度が１００％よりも大きい）疑似エコーが観測された。
【００３０】
この図５に示す疑似エコーは、図４（ｂ）に示す超音波４０１の路程において、人工欠陥２０１に至る途中で発生しているため、本発明者は、この疑似エコーが超音波伝搬部材４２０の内部で発生しているのではないかと考えた。そこで、本発明者は、上述した図５に示す結果についてノイズである疑似エコーの発生メカニズムを解明するために、数値解析を用いて超音波伝搬部材（この数値解析では、短辺側の面である側面に溝４２１を設けない図１〜図３に示す「超音波伝搬部材３２０」を使用）の内部における超音波伝搬の挙動を調査するシミュレーションを行った。
【００３１】
図６は、図５に示す疑似エコーの発生メカニズムを解明するために、数値解析を用いて超音波伝搬部材３２０の内部における超音波の伝搬挙動を調査するシミュレーションの結果を示す図である。この図６において、図２に示す超音波伝搬部材３２０の各面と同様の面には、同じ符号を付している。即ち、図６（ａ）〜図６（ｄ）では、上側に超音波伝搬部材の上面３２０ａをとり、下側に超音波伝搬部材の下面３２０ｂをとり、左側に超音波伝搬部材の前面３２０ｃをとり、右側に超音波伝搬部材の後面３２０ｄをとり、正面に被検査材の左側面２００ｅ（被検査材の右側面２００ｆとしてもよい）をとった図を示している。
【００３２】
この図６に示す結果から、図５に示す疑似エコーの発生は、超音波伝搬部材３２０の長辺側の面である超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃや後面３２０ｄにおいて、送信した縦波の超音波がモード変換することによって発生したものであることが分かった。以下に、詳しく説明する。
【００３３】
不図示の超音波探触子から超音波伝搬部材の上面３２０ａに向けて縦波の超音波を送信すると、図６（ａ）に示すように、超音波伝搬部材３２０の内部を縦波の超音波６１０が伝搬する。なお、図６（ａ）には、超音波伝搬部材３２０の内部で発生した横波の超音波６２０を図示している。
【００３４】
その後、図６（ａ）に示す縦波の超音波６１０等の超音波が、超音波伝搬部材の下面３２０ｂ側に伝搬した様子を図６（ｂ）に示す。この際、図６（ｂ）に示す主成分の縦波の超音波６１０が、超音波伝搬部材３２０の後面３２０ｄで横波にモード変換（Ｌ→ＬＴ）して横波の超音波６３０が生じるとともに、超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃで横波にモード変換（Ｌ→ＬＴ'）して横波の超音波６４０が生じる様子が観測された。これは、領域６０２に示す、スネルの法則から計算される縦波入射角（ｄｅｇ）と横波反射角（ｄｅｇ）との関係から検証した。即ち、図６（ｂ）に示す基準線６０１に対する縦波の超音波６１０の進行方向６１１に係る縦波入射角をほぼ９０°とみなすと、横波の超音波６３０の進行方向６３１に係る横波反射角はおよそ３０°となり、これは図６（ｂ）に示す波面の角度関係と良く一致しているからである。
【００３５】
その後、図６（ｂ）に示す縦波の超音波６１０並びに横波の超音波６３０及び６４０等が超音波伝搬部材の下面３２０ｂ側に伝搬し、縦波の超音波６１０が超音波伝搬部材の下面３２０ｂで反射して超音波伝搬部材の上面３２０ａ側に伝搬した様子を図６（ｃ）に示す。この図６（ｃ）では、縦波の超音波６１０の進行方向６１１、横波の超音波６３０の進行方向６３１、横波の超音波６４０の進行方向６４１を矢印で示している。そして、この図６（ｃ）では、図６（ｂ）に示す横波の超音波６３０が、超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃで縦波にモード変換（ＬＴ→ＬＴＬ）して縦波の超音波６５０が生じ、また、図６（ｂ）に示す横波の超音波６４０が、超音波伝搬部材３２０の後面３２０ｄで縦波にモード変換（ＬＴ'→ＬＴ'Ｌ）して縦波の超音波６６０が生じる様子が観測された。これは、図６（ｂ）で説明した関係と相反関係にあるものである。
【００３６】
その後、図６（ｃ）に示す縦波の超音波６１０、６５０及び６６０等が超音波伝搬部材３２０の内部を伝搬した様子を図６（ｄ）に示す。この図６（ｄ）では、縦波の超音波６１０の進行方向６１１、縦波の超音波６５０の進行方向６５１、縦波の超音波６６０の進行方向６６１を矢印で示している。即ち、図６（ｄ）では、図６（ｃ）に示す縦波の超音波６１０が超音波伝搬部材の上面３２０ａ側に更に伝搬し、また、図６（ｃ）に示す縦波の超音波６５０及び６６０が超音波伝搬部材の下面３２０ｂで反射して超音波伝搬部材の上面３２０ａ側に伝搬した様子を示している。そして、この図６（ｄ）に示す場合、超音波伝搬部材の上面３２０ａの上方に位置する超音波探触子（不図示）では、超音波探傷に係る正規の超音波である縦波の超音波６１０に加えて、超音波伝搬部材の前面３２０ｃ及び後面３２０ｄで発生した超音波探傷に係る疑似超音波である縦波の超音波６５０及び６６０も検出されることになる。そして、本発明者は、この疑似超音波である縦波の超音波６５０及び６６０が、図５に示すノイズである疑似エコーに相当するものであると考えた。
【００３７】
そして、本発明者は、この図６を用いて説明したシミュレーションの結果を踏まえて、超音波探傷に係るノイズの低減機能の向上を実現すべく、以下に示す本発明の実施形態を想到した。
【００３８】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３９】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１の概略構成の一例を示す図である。この図７では、図２〜図４で定義したＸＹＺ座標系と同様のＸＹＺ座標系を図示している。
【００４０】
具体的に、図７（ａ）は、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１においてＸＹ平面と平行な断面の模式図であり、また、図７（ｂ）は、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１においてＹＺ平面と平行な断面の模式図である。また、図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図２に示す被検査材２００に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサである。
【００４１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、超音波探触子１１０、超音波伝搬部材１２０、及び、吸収部材１３０を有して構成されている。なお、この図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１では、超音波伝搬部材１２０において、図２に示す超音波伝搬部材３２０の各面３２０ａ〜３２０ｆのそれぞれに対応する各面１２０ａ〜１２０ｆを具備しているものとする。即ち、図７には、超音波伝搬部材の上面１２０ａ、超音波伝搬部材の下面１２０ｂ、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ、及び、超音波伝搬部材の右側面１２０ｆが示されているものとする。この図７において、図７（ｂ）に示す超音波伝搬部材の下面１２０ｂは、被検査材２００と対向する第１面に相当する。また、図７（ａ）に示す超音波伝搬部材１２０の断面は、第１面である超音波伝搬部材の下面１２０ｂに対して平行である断面に相当する。また、図７（ａ）に示す超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、後面１２０ｄ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆは、それぞれ、図７（ａ）に示す超音波伝搬部材１２０の断面の外周を構成する第２面に相当する。
【００４２】
さらに、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図７では不図示であるが、図２に示す移動機構３３０を有して構成されている。この場合、超音波伝搬部材の下面１２０ｂと被検査材の上面２００ａとの間に、図１に示す接触媒質２１０を介在させる形態もとり得る。また、必要に応じて、超音波探触子１１０と超音波伝搬部材の上面１２０ａとの間にも、同様の接触媒質２１０を介在させる形態をとり得る。
【００４３】
超音波探触子１１０は、被検査材２００との間で超音波を送受信する探触子である。より具体的に、超音波探触子１１０は、被検査材２００に向けて超音波を送信し、被検査材２００からの超音波を受信する探触子である。また、本実施形態の超音波探触子１１０は、Ｙ方向に複数の超音波振動子１１１が配列されて構成されたアレイ探触子であり、各超音波振動子１１１を用いて被検査材２００との間で超音波を送受信する。
【００４４】
超音波伝搬部材１２０は、超音波探触子１１０と被検査材２００との間に介在し、超音波を伝搬させる部材である。この超音波伝搬部材１２０としては、例えば、送受信する超音波の減衰が小さい材料であるポリスチレンを用いることが好適である。
【００４５】
また、第１の実施形態では、この超音波伝搬部材１２０に、当該超音波伝搬部材１２０の断面であって被検査材２００（より具体的には、被検査材の上面２００ａ）と対向する超音波伝搬部材の下面１２０ｂに対して平行である複数の断面（例えば、図７（ｂ）に示すＡ−Ａ'断面及びＢ−Ｂ'断面等）において、図７（ａ）に示すように、当該断面の外周の周方向に複数の溝１２１が設けられている。具体的に、図７（ａ）に示す溝１２１としては、Ｖ字形状の溝であるＶ溝が示されている。この場合、本実施形態では、複数の溝１２１は、図７（ａ）に示すＶ溝ピッチ１２１１が２．３ｍｍ程度で、図７（ａ）に示すＶ溝角度１２１２が６０°程度であることが好適であるが、本発明においてはこれらの数値に限定されるものではない。
【００４６】
具体的に、ＸＹ平面と平行である超音波伝搬部材１２０の断面は、図７（ａ）に示すように長方形の形状をしており、複数の溝１２１は、図７（ａ）に示すように長方形の外周を構成する４つの面である、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ、及び、超音波伝搬部材の右側面１２０ｆのうちの全ての面に、当該長方形の外周の周方向に設けられている。そして、これらの複数の溝１２１は、主として、超音波伝搬部材１２０において、当該４つの面である、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ、及び、超音波伝搬部材の右側面１２０ｆで発生する疑似超音波を乱反射させて減衰されるために設けたものである。ここでいう疑似超音波は、図６を用いて説明したように、超音波探触子１１０が被検査材２００との間で送受信する超音波が、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、後面１２０ｄ、左側面１２０ｅ及び超音波伝搬部材の右側面１２０ｆのうちの少なくとも１つの面でモード変換することによって発生したものを想定している。
【００４７】
また、図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図７（ｂ）に示すように、ＸＹ平面と平行であるＡ−Ａ'断面及びＢ−Ｂ'断面のみならず、超音波伝搬部材の上面１２０ａから超音波伝搬部材の下面１２０ｂに至るＸＹ平面と平行な複数の断面において、それぞれ、図７（ａ）に示す複数の溝１２１が設けられている。即ち、図７に示す例では、図７（ｂ）に示すように、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ（前面１２０ｃ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆについても同様）には、上面１２０ａと接する部分（超音波探触子１１０側の端部）から下面１２０ｂと接する部分（被検査材２００側の端部）に亘って、複数の溝１２１が設けられている例を示している。なお、本発明においては、この図７に示す形態に限定されるものではなく、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ（前面１２０ｃ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆについても同様）に設けられている溝１２１が、例えば、Ａ−Ａ'断面とＢ−Ｂ'断面との間で切断されている等、途切れ途切れ（断続的）に形成される形態も、本発明に適用可能である。また、図７に示す形態では、それぞれの溝１２１が一様の深さである溝を図示しているが、異なる深さの溝１２１を形成する形態も、本発明に適用可能である。また、図７に示す形態では、図７（ｂ）に示すＺ方向に沿ってそれぞれの溝１２１を形成する例を示したが、これに換えて、図７（ｂ）に示すＹ方向（更にはＸ方向）に沿ってそれぞれの溝１２１を形成する形態も、同様の効果が期待でき、本発明に適用可能である。さらに、図７（ｂ）に示すＺ方向に沿った溝１２１に加えて、図７（ｂ）に示すＹ方向に沿った溝１２１及び図７（ｂ）に示すＸ方向に沿った溝１２１のそれぞれを形成する形態も、本発明に適用可能である。
【００４８】
また、図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図６において上述した超音波６５０及び６６０に基づく疑似超音波をより減衰させるために、図７（ａ）に示すように、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆであって複数の溝１２１の外側に、当該疑似超音波を吸収して減衰させるための吸収部材１３０を更に有する構成となっている。この吸収部材１３０としては、例えば、タングステン粉末を分散させたエポキシ樹脂（タングステン入りエポキシ樹脂）や、フェライト粉末を充填したゴムを用いることが好適である。また、吸収部材１３０の硬度としては、例えば、硬度０〜５０程度のゲル状ではなく、硬度が５０よりも大きい吸収部材１３０を用いることが好適である。
【００４９】
図８は、図７に示す本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１を用いて被検査材２００の超音波探傷を行った結果を示す図である。この図８に示す超音波探傷の条件は、超音波探傷センサ１００−１の構成以外は、図５に示す超音波探傷の条件と同様である。
【００５０】
図８に示す超音波探傷結果では、人工欠陥エコーのエコー強度を１００％とすると、この人工欠陥エコーよりもエコー強度が小さい（約７５％）疑似エコーが観測されるのにとどまった。この図８に示す超音波探傷結果は、図５に示す超音波探傷結果と比較して、ノイズである疑似エコーのエコー強度が低減している結果となっている。即ち、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１によれば、上述した複数の溝１２１（更には、吸収部材１３０）を設けることにより、疑似エコーのエコー強度を低減させることができ、その結果、超音波探傷に係るノイズの低減機能を向上させることが可能である。
【００５１】
また、以下に、図３を用いて、本発明の第１の実施形態における効果を記載する。
図３（ａ）に示すように、超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃや後面３２０ｄにおいて、送信した縦波の超音波がモード変換することによって発生する疑似エコーを減衰させる方法として、超音波伝搬部材３２０の幅Ｗ2を超音波探触子３１０の幅Ｗ1よりも大きく設定することがある。しかしながら、このようにしてしまうと、不感帯領域３０２が大きくなってしまい、探傷すべき範囲をカバーできなくなる場合がある。これに対して、本実施形態の超音波探傷センサ１００−１では、図７（ａ）に示すように、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆに加えて、前面１２０ｃ、後面１２０ｄの全面に全周に亘って溝１２１が形成されており、さらに、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆにおける複数の溝１２１の外側に吸収部材１３０を設けることで、疑似エコーを減衰させている。即ち、超音波伝搬部材３２０の幅Ｗ2に依存することなく、疑似エコーを減衰させることが可能となる。そのため、図３（ｂ）に示すように、超音波探触子の幅Ｗ1と超音波伝搬部材の幅Ｗ2とを同程度にした場合であっても、疑似エコーを減衰させることができる。そして、超音波探触子の幅Ｗ1と超音波伝搬部材の幅Ｗ2とを同程度にすることができると、図３（ｂ）に示すように不感帯領域３０２を小さくすることができ、より広範囲の探傷を行うことができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と共通する事項の説明は省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。
【００５３】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２の概略構成の一例を示す図である。この図９において、図７に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。また、この図９では、図２〜図４で定義したＸＹＺ座標系と同様のＸＹＺ座標系を図示している。
【００５４】
具体的に、図９に示す第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２は、上述した図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１に対して、吸収部材１３０を、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆの外側だけではなく、音波伝搬部材の上面１２０ａ及び下面１２０ｂの外側にも設けたものである。即ち、第１の実施形態では、超音波伝搬部材の上面１２０ａ、下面１２０ｂ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆのうちの一部の面である超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆにおける複数の溝１２１の外側に吸収部材１３０を設ける形態であったが、第２の実施形態では、超音波伝搬部材の上面１２０ａ、下面１２０ｂ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆのうちの全部の面における複数の溝１２１の外側に、吸収部材１３０を設ける形態である。
【００５５】
図１０は、図９に示す本発明の第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２を用いて被検査材２００の超音波探傷を行った結果を示す図である。この図１０に示す超音波探傷の条件も、超音波探傷センサ１００−２の構成以外は、図５に示す超音波探傷の条件と同様である。
【００５６】
図１０に示す超音波探傷結果では、人工欠陥エコーのエコー強度を１００％とすると、この人工欠陥エコーよりもエコー強度が著しく小さい（２５％未満）疑似エコーが観測されるのにとどまった。この図１０に示す超音波探傷結果は、図５に示す超音波探傷結果と比較して、ノイズである疑似エコーのエコー強度が大幅に低減している結果となっている。さらに、図１０に示す超音波探傷結果は、図８に示す第１の実施形態における超音波探傷結果と比較しても、ノイズである疑似エコーのエコー強度が更に低減した結果となっている。即ち、第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２によれば、上述した複数の溝１２１及び吸収部材１３０を設けることにより、疑似エコーのエコー強度を大幅に低減させることができ、その結果、超音波探傷に係るノイズの低減機能を更に向上させることが可能である。
【００５７】
なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００：超音波探傷センサ、１１０：超音波探触子、１１１：超音波振動子、１２０：超音波伝搬部材、１２０ａ：超音波伝搬部材の上面、１２０ｂ：超音波伝搬部材の下面、１２０ｃ：超音波伝搬部材の前面、１２０ｄ：超音波伝搬部材の後面、１２０ｅ：超音波伝搬部材の左側面、１２０ｆ：超音波伝搬部材の右側面、１２１：溝、１３０：吸収部材、２００：被検査材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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