(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に配列された振動子を具備する超音波アレイ探触子本体の振動子面に取り付けられ、該振動子面の幅よりも小さな幅を有する開口部を具備し該振動子面の振動を吸収する防振部材の前記開口部の幅の寸法を決定する工程と、
前記超音波アレイ探触子本体の振動子面に、前記開口部の幅の寸法が決定された防振部材を、前記開口部を通じて前記振動子面の幅方向の一部が露出し、且つ該振動子面の露出していない部分が該防振部材と接するように着脱可能に取り付け、該振動子面から被探傷材の表面に超音波を入射することにより超音波探傷する工程とを含み、
前記開口部の幅の寸法を決定する工程では、試料に設けられ該試料表面からの距離が異なる複数の人工きずに対して、前記開口部の幅の寸法が異なる複数の前記防振部材を取り換えて超音波探傷することで、前記人工きずの前記試料表面からの距離毎、及び前記防振部材の開口部の幅の寸法毎に、表面エコーが現れる前記試料表面からの距離の範囲及び前記人工きずのきずエコー強度のデータを取得し、該取得したデータに基づき、前記被探傷材の表面近傍に位置する検出対象きずの前記被探傷材表面からの距離に応じて、前記開口部の幅の寸法を決定することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
直線状に配列された振動子を具備する超音波アレイ探触子本体と、
前記超音波アレイ探触子本体の振動子面の幅よりも小さな幅を有する開口部を具備し、該開口部を通じて該超音波アレイ探触子本体の該振動子面の幅方向の一部が露出するように、且つ該振動子面の露出していない部分と接するように該振動子面に着脱可能に取り付けられた、該振動子面の振動を吸収する防振部材とを備え、
前記開口部の幅は、試料に設けられ該試料表面からの距離が異なる複数の人工きずに対して、前記開口部の幅の寸法が異なる複数の前記防振部材を取り換えて超音波探傷することで、前記人工きずの前記試料表面からの距離毎、及び前記防振部材の開口部の幅の寸法毎に、表面エコーが現れる前記試料表面からの距離の範囲及び前記人工きずのきずエコー強度のデータを取得し、該取得したデータに基づき、被探傷材の表面近傍に位置する検出対象きずの前記被探傷材表面からの距離に応じて予め定められた寸法に決定されていることを特徴とする超音波アレイ探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アレイ探触子によって探傷する超音波探傷方法、及び超音波アレイ探触子に関する。特に、被探傷材の表面近傍のきずを容易に検出する超音波探傷方法、及び超音波アレイ探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道車輪等の車輪のきずを検出するのに、振動子を直線状に配列した超音波アレイ探触子によって探傷する超音波探傷方法が知られている。
しかしながら、被探傷材の表面近傍に在るきずは、きずエコーが表面エコーに埋もれてしまうので、検出が困難な場合がある。【０００３】
また、超音波アレイ探触子の超音波ビームのビーム径（ｄ）と、水中での波長（λ０）とが１／（ｄ・λ０）≧１となるようにビーム径を制御することによって欠陥検出能（Ｓ／Ｎ）を高くし、表面近傍のきずを検出する超音波探傷方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような方法においても、表面近傍に在るきずは、きずエコーが表面エコーに埋もれてしまい、十分には検出できない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００３−４７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、被探傷材の表面近傍に在るきずを容易に検出することができる超音波探傷方法と超音波アレイ探触子とを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を鋭意検討したところ、振動子面に以下の構成を有する防振部材を取り付けることにより、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲が小さくなり、また、きずエコーの強度が変わるという知見を得た。以下に、その知見について説明する。
振動子面への防振部材の取り付けを次のように行った。
防振部材は、開口部を具備しており、開口部の幅（以下、開口幅ともいう）の寸法は振動子面の幅の寸法よりも小さい。防振部材は、振動子面の振動を吸収する。ここで、開口部の幅とは、防振部材を振動子面に取り付けた状態において、振動子の配列方向に垂直な方向の開口部の寸法を意味する。また、振動子面の幅とは、振動子の配列方向に垂直な方向の振動子面の寸法を意味する。
超音波アレイ探触子（以下、アレイ探触子ともいう）の振動子面に接するように、防振部材を取り付けた。
防振部材が取り付けられた状態で、振動子面の幅方向の一部が開口部を通じて露出する。このように、振動子面の内で、開口部によって露出している個所を露出面という。開口部の幅が振動子面の幅よりも小さいので、露出面の幅は振動子面の幅よりも小さい。
防振部材は、振動子面に取り付けられた状態において、振動子面の内で防振部材が接している領域の振動を吸収した。【０００７】
上述した防振部材を振動子面に取り付けた場合と、取り付けない場合の表面エコーの伝搬時間の分布の概略図を図１に示す。横軸は伝搬時間を示し、縦軸はそれぞれの伝搬時間である表面エコーの割合を示す。
振動子面に防振部材を取り付けたときの表面エコーの伝搬時間の分布は、防振部材を取り付けていない場合よりも短時間側に狭まっている。【０００８】
このように、振動子面に防振部材を取り付けたときの表面エコーの伝搬時間の分布が、防振部材を取り付けていない場合よりも短時間側に狭まるのは、主として次のような理由によると考えられる。
図２は、被探傷材の表面で反射される超音波の、振動子配列方向から見た伝搬経路を示す。図２（ａ）は、振動子面に防振部材を取り付けていない場合であり、図２（ｂ）は、振動子面に防振部材を取り付けた場合である。
アレイ探触子１０１の振動子面１１１から被探傷材１０２の表面１２１に垂直に送信された超音波が、表面１２１で垂直に反射して振動子面１１１に戻る伝搬経路Ｅの長さは、防振部材１０３を取り付けていない場合でも、防振部材１０３を取り付けている場合でも、同じである。
しかしながら、振動子面１１１から被探傷材１０２の表面１２１に垂直に送信された超音波が、表面１２１で反射して振動子面１１１に戻る伝搬経路には、例えば、防振部材１０３を取り付けていない場合において、振動子面１１１の幅方向の一端側から送信された超音波が振動子面１１１の幅方向の他端側に戻る伝搬経路Ｅ１がある。そして、この伝搬経路Ｅ１は、防振部材１０３を取り付けている場合において露出面１１２の幅方向の一端側から送信された超音波が露出面１１２の幅方向の他端側に戻る伝搬経路Ｅ２よりも長い。
従って、振動子面１１１から送信された超音波が被探傷材の表面１２１で反射して振動子面１１１に戻る伝搬距離の分布は、防振部材１０３を取り付けている場合の方が防振部材１０３を取り付けていない場合よりも短い方に狭まる。
すると、防振部材１０３を取り付けている場合の伝搬時間の分布は、防振部材１０３を取り付けていない場合よりも短時間側に狭まる。
換言すれば、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲は、防振部材１０３を取り付けている場合の方が、防振部材１０３を取り付けていない場合よりも短い範囲に成り易い。【０００９】
次に、振動子面に防振部材を取り付けることにより、きずエコーの強度が変わることについて説明する。
きずエコーの強度は防振部材の開口幅の寸法によって変化し、ある開口幅の寸法で強度がピークになるという知見を得た。
これは、次のような理由によると考えられる。振動子の近距離音場限界距離、換言すれば超音波の音圧が最大になる振動子からの距離は、振動子が円形振動子の場合、公知の式（Ｘ０＝Ｄ２／４λ、  Ｘ０：近距離音場限界距離、Ｄ：振動子の直径、λ：媒質中での波長）で表わされるように、振動子の直径によって変わる。そして、防振部材を取り付けたアレイ探触子においては、近距離音場限界距離は、振動子面の内で振動に寄与する露出面の幅、即ち開口幅の寸法によって変わると考えられる。従って、被探傷材表面から被探傷材中のきずまでの距離と、取り付けた防振部材の開口幅の寸法における近距離音場限界距離とが合ったときに、きずエコーの強度がピークになると考えられる。【００１０】
本発明者は、上述したように、振動子面に接するように、振動子面の幅よりも幅の小さい開口部を具備した防振部材を取り付けることによって振動子面の内で防振部材が接している領域の振動を吸収し、振動する領域を振動子面の幅よりも幅の小さい露出面に狭めることにより、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲が、防振部材を取り付けていないときよりも短い範囲になるという知見を得た。また、きずエコーの強度は防振部材の開口幅の寸法によって変化し、ある開口幅の寸法で強度がピークになるという知見を得た。
そして、防振部材を取り付けたときの表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、きずエコーの強度との両方を考慮し、きずが検出し易くなる防振部材の開口幅の寸法を検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じて予め定める。超音波探傷にあたっては、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた寸法の開口幅を具備した防振部材を振動子面に取り付けて超音波探傷する。このことにより、表面近傍のきずであってもきずエコーが表面エコーに埋もれ難くなり、きずを容易に検出できることを見い出した。【００１１】
本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成されたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、直線状に配列された振動子を具備する超音波アレイ探触子本体の振動子面に取り付けられ、該振動子面の幅よりも小さな幅を有する開口部を具備し該振動子面の振動を吸収する防振部材の前記開口部の幅の寸法を決定する工程と、前記超音波アレイ探触子本体の振動子面に、前記開口部の幅の寸法が決定された防振部材を、前記開口部を通じて前記振動子面の幅方向の一部が露出し、且つ該振動子面の露出していない部分が該防振部材と接するように着脱可能に取り付け、該振動子面から被探傷材の表面に超音波を入射することにより超音波探傷する工程とを含み、前記開口部の幅の寸法を決定する工程では、試料に設けられ該試料表面からの距離が異なる複数の人工きずに対して、前記開口部の幅の寸法が異なる複数の前記防振部材を取り換えて超音波探傷することで、前記人工きずの前記試料表面からの距離毎、及び前記防振部材の開口部の幅の寸法毎に、表面エコーが現れる前記試料表面からの距離の範囲及び前記人工きずのきずエコー強度のデータを取得し、該取得したデータに基づき、前記被探傷材の表面近傍に位置する検出対象きずの前記被探傷材表面からの距離に応じて、前記開口部の幅の寸法を決定することを特徴とする超音波探傷方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、振動子面に接するように、振動子面の幅よりも幅の小さい開口部を具備した防振部材を取り付けることによって、振動子面の内で防振部材が接している領域の振動を吸収し、振動する領域を振動子面の幅よりも幅の小さい露出面に狭める。すなわち、防振部材によって、振動する領域の幅が、振動子面の幅から露出面の幅に狭められる。そして、露出面の幅が振動子面の幅よりも小さいので、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲が、防振部材を取り付けていないときよりも短い範囲になる。
そして、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を予め定めておき、超音波探傷するときには、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材を取り付けて超音波探傷する。
検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を定めるときに、検出対象きずを検出し易いように、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、きずエコーの強度との両方を考慮し、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じて開口幅の寸法を定めることにより、表面近傍のきずであってもきずエコーが表面エコーに埋もれ難くなり、容易に検出することができる。【００１３】
検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を、検出対象きずを検出し易いように定めるには、例えば、次のように行えばよい。
被探傷材表面からの距離が異なる複数の人工きずを設けた試料と、開口幅の寸法が異なる複数の防振部材とを用意し、個々の人工きずに対して開口幅の寸法が異なる複数の防振部材を取り換えて超音波探傷し、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、人工きずのきずエコーの強度を調べる。こうして、人工きずの被探傷材表面からの距離毎、及び防振部材の開口幅の寸法毎に表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、人工きずのきずエコーの強度のデータとを揃える。
そして、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、人工きずのきずエコーの強度に基づいて、検出対象きずの被探傷材表面からの距離毎に、きずを検出し易い開口幅の寸法を定める。換言すれば、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を定める。開口幅の寸法を定めるには、例えば、検出対象きずの位置が被探傷材表面に近い場合には、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲がほぼ最短になる開口幅の寸法に定め、検出対象きずの位置が被探傷材表面から離れている場合には、その検出対象きずのきずエコーの強度がほぼ最大になる開口幅の寸法に定めればよい。
また、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を定めるには、全ての距離に亘って、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲がほぼ最短になる開口幅の寸法に定めてもよいし、また、検出対象きずのきずエコーの強度がほぼ最大になる開口幅の寸法に定めてもよい。【００１４】
このようにして、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材を振動子面に取り付けて超音波探傷することにより、表面近傍のきずであってもきずエコーが表面エコーに埋もれ難くなり、きずを容易に検出できる。【００１５】
また、防振部材が振動子面に着脱可能なので、防振部材を取り換えることができる。これによって、複数の検出対象きずの被探傷材表面からの距離がそれぞれ異なる場合であっても、それぞれの検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材を選択してアレイ探触子本体に取り付けることにより、単一のアレイ探触子を用いて検出することができる。【００１６】
また、前記課題を解決するため、本発明は、直線状に配列された振動子を具備する超音波アレイ探触子本体と、前記超音波アレイ探触子本体の振動子面の幅よりも小さな幅を有する開口部を具備し、該開口部を通じて該超音波アレイ探触子本体の該振動子面の幅方向の一部が露出するように、且つ該振動子面の露出していない部分と接するように該振動子面に着脱可能に取り付けられた、該振動子面の振動を吸収する防振部材とを備え、前記開口部の幅は、試料に設けられ該試料表面からの距離が異なる複数の人工きずに対して、前記開口部の幅の寸法が異なる複数の前記防振部材を取り換えて超音波探傷することで、前記人工きずの前記試料表面からの距離毎、及び前記防振部材の開口部の幅の寸法毎に、表面エコーが現れる前記試料表面からの距離の範囲及び前記人工きずのきずエコー強度のデータを取得し、該取得したデータに基づき、被探傷材の表面近傍に位置する検出対象きずの前記被探傷材表面からの距離に応じて予め定められた寸法に決定されていることを特徴とする超音波アレイ探触子を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被探傷材の表面近傍のきずを容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、防振部材を振動子面に取り付けた場合と、取り付けない場合の表面エコーの伝搬時間の分布の概略図である。
【図２】図２は、被探傷材の表面で反射される超音波の、振動子配列方向から見た伝搬経路を示す図である。図２（ａ）は、振動子面に防振部材を取り付けていない場合の伝搬経路を示す図あり、図２（ｂ）は、振動子面に防振部材を取り付けた場合の伝搬経路を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る超音波探傷方法に用いる超音波探傷装置の一例を説明する構成図である。
【図４】図４は、アレイ探触子の構成を示す図である。図４（ａ）は、アレイ探触子の斜視図であり、図４（ｂ）は、アレイ探触子の分解斜視図であり、図４（ｃ）は、アレイ探触子の振動子面の法線方向から見たアレイ探触子の正面図であり、図４（ｄ）は、アレイ探触子の平面図である。
【図５】図５は、人工きずを設けた被探傷材を超音波探傷したときのＡスコープを示す図である。
【図６】図６は、柱状の２本の防振部材を用いたアレイ探触子の分解斜視図である。
【図７】図７は、Ｆｅ階段試験片の構造図である。
【図８】図８は、きずエコーの強度の評価方法と、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲の評価方法とを説明する図である。
【図９】図９は、開口幅を変化させたときのきずエコーの強度を示す図である。図９（ａ）は、８０％感度のデータ表であり、図９（ｂ）は、８０％感度のグラフである。
【図１０】図１０は、開口幅を変化させたときの表面エコーが現れる距離の範囲を示す図である。図１０（ａ）は、２０％Ｓエコー距離のデータ表であり、図１０（ｂ）は、２０％Ｓエコー距離のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
図３は、本実施形態に係る超音波探傷方法に用いる超音波探傷装置の一例を説明する構成図である。
超音波探傷装置１は、車輪２を探傷する超音波アレイ探触子（以下、アレイ探触子ともいう）３を備えている。アレイ探触子３は、車輪２の探傷箇所に対向するように配置される。
また、超音波探傷装置１は、アレイ探触子３に送受信制御信号を送信すると共にアレイ探触子３から受信した信号を増幅する等の機能を奏するアレイ探傷器１１と、アレイ探傷器１１に対する各種パラメータ設定を行ったり、アレイ探傷器１１からの信号を受信してＡスコープ、Ｂスコープ等の画像を作成する等の機能を奏するパーソナルコンピュータ１２と、後述する回転駆動部１３に回転信号等を与えるための制御盤１４と、車輪２の全周の探傷を行うべく車輪２を回転させる回転駆動部１３と、車輪２及びアレイ探触子３を水浸させるための槽１５とを備えている。
【００２０】
図４は、アレイ探触子３の構成を示す図である。図４（ａ）は、アレイ探触子３の斜視図であり、図４（ｂ）は、アレイ探触子３の分解斜視図であり、図４（ｃ）は、アレイ探触子３の振動子面の法線方向から見たアレイ探触子３の正面図であり、図４（ｄ）は、アレイ探触子３の平面図である。
アレイ探触子３は、直線状に配列された複数の振動子３１を具備している超音波アレイ探触子本体（以下、アレイ探触子本体ともいう）３２を備えている。振動子３１から超音波が送信させるアレイ探触子本体３２の面を振動子面３３という。
アレイ探触子３は、振動子面３３に取り付けられ振動子面３３の振動を吸収する防振部材４と、防振部材４を取り付ける取付枠５とを具備している。
防振部材４の材質は、例えば、ゴム、樹脂、コルク材等であるが、振動子面３３の振動を吸収するならどのような材質でもよい。
防振部材４は、開口部４１を具備しており、開口部４１の幅の寸法は振動子面３３の幅の寸法よりも小さい。開口部４１は、振動子３１の配列方向に延びた矩形をしている。ここで、開口部４１の幅とは、防振部材４を振動子面３３に取り付けた状態において、振動子３１の配列方向に垂直な方向の開口部４１の寸法を意味する。また、振動子面３３の幅とは、振動子３１の配列方向に垂直な方向の振動子面の寸法を意味する。
防振部材４は、振動子面３３に接するように、取付枠５によって取り付けられる。
防振部材４が取り付けられた状態で、振動子面３３の幅方向の一部が開口部４１を通じて露出する。このように、振動子面の内で、開口部４１によって露出している個所を露出面３４という。開口部４１の幅が振動子面の幅よりも小さいので、露出面３４の幅は振動子面の幅よりも小さい。
防振部材４は、振動子面３３に取り付けられた状態において、振動子面３３の内で防振部材４が接している領域の振動を吸収する。
【００２１】
取付枠５は、防振部材４を振動子面３３に向けて固定する固定部５１と、振動子配列方向と垂直なアレイ探触子本体３２の側面に当接する側面部５２とを具備し、側面部５２には側面部５２を貫通するねじ孔５３が設けられている。
防振部材４を振動子面３３に取り付けるには、防振部材４を振動子面３３に接するように配置し、取付枠５の固定部５１で防振部材４を振動子面３３に固定する。そして、ねじ５４をねじ孔５３に螺入し、取付枠５を取り付ける。
このようにして、防振部材４は、振動子面３３に着脱可能に取り付けられる。
【００２２】
超音波探傷方法は、次のように行う。
アレイ探触子本体３２の振動子面３３に、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材４を、取付枠５によって取り付ける。
そして、振動子面３３が車輪２の探傷箇所に対向するようにアレイ探触子３を配置し、槽１５に車輪２とアレイ探触子３とが浸漬するように接触媒質として水を入れる。接触媒質としては油等を用いることも可能である。パーソナルコンピュータ１２から、アレイ探触子３から送信する超音波の強度や走査速度等の探傷条件をアレイ探傷器１１に送信し、探傷条件はアレイ探傷器１１によって送受信制御信号に変換されてアレイ探触子３に送信される。アレイ探触子３は、車輪２の探傷箇所に超音波を送信して反射エコーを受信し、受信した反射エコーに応じた信号をアレイ探傷器１１に送信する。アレイ探傷器１１は、アレイ探触子３から受信した信号を増幅等してパーソナルコンピュータ１２に送信し、パーソナルコンピュータ１２は、Ａスコープ、Ｂスコープ等の画像を表示する。また、パーソナルコンピュータ１２から制御盤１４を介して回転駆動部１３に回転信号を送信し、車輪２の全周を探傷できるように車輪２を回転させる。このようにして、車輪２の探傷を行う。このように、超音波探傷方法は、アレイ探触子本体３２の振動子面３３に、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材４を取り付け、振動子面３３から被探傷材の表面に超音波を入射することにより超音波探傷する工程を含む。
【００２３】
アレイ探触子３からの超音波の送受信は、例えば、リニアスキャン（リニアスキャンとは、アレイ探触子３を構成する幾つかの振動子３１を１送信単位とし、該１送信単位で超音波を送信するときに、各振動子３１からの超音波が互いに平行になるように送信したり、各振動子３１のそれぞれの送信のタイミングをずらして各振動子３１からの超音波を一点に集中させて送信する。そして、その状態で、振動子３１の配列方向に沿って、順次送信単位をずらせていくようにアレイ探傷器４からの送受信制御信号によってアレイ探触子３を制御することにより、超音波を平行走査する方法）やステアリングスキャン（ステアリングスキャンとは、アレイ探触子３を構成する幾つかの振動子３１を１送信単位とし、該１送信単位で超音波を送信するときに、各振動子３１からの超音波が互いに平行になるように送信したり、各振動子３１のそれぞれの送信のタイミングをずらして各振動子３１からの超音波を一点に集中させて送信する。そして、その状態で、出射角を変えていくことにより走査する方法）によって行う。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴である、防振部材４を振動子面３３に取り付けることについて説明する。
図５は、人工きずを設けた被探傷材を超音波探傷したときのＡスコープの画像である。横軸は、超音波の伝搬時間であって被探傷材の表面からの距離を示し、縦軸はエコー強度である。
このＡスコープを撮像した被探傷材には、超音波を入射する入射面の反対側の面から、入射面に向けて垂直に人工キズを設けている。人工きずの先端のきずエコーがＡスコープで検出されている。また、Ａスコープには、入射面の表面エコーと、入射面の反対側の面の形状エコーが現れている。
表面エコーは、被探傷材の表面の位置から現れ、被探傷材表面からの距離が長くなるにつれて減少する。きずが被探傷材の表面近傍にあり、きずエコーの強度が小さい場合には、きずエコーが表面エコーに埋もれてしまい、きずを検出することができない。
従って、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲は、出来るだけ短いことが望ましく、きずエコーは出来るだけ強度が大きく現れることが望ましい。
【００２５】
本実施形態では、防振部材４を振動子面３３に取り付けて露出面３４の幅の寸法を小さくすることによって、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲を短くし、きずエコーの強度を変えることによって、きずを検出し易くする。
具体的には、開口幅の寸法を、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じて、きずを検出し易い寸法に予め定めておき、超音波探傷するときには、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材を取り付けて超音波探傷する。
検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を定める場合に、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、きずエコーの強度との両方を考慮し、検出対象きずを検出し易いように、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じて開口幅の寸法を定めれば、表面近傍のきずであってもきずエコーが表面エコーに埋もれ難くなり、容易に検出することができる。
【００２６】
検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を、検出対象きずを検出し易いように定めるには、例えば、次のように行えばよい。
被探傷材表面からの距離が異なる複数の人工きずを設けた試料と、開口幅の寸法が異なる複数の防振部材４とを用意し、個々の人工きずに対して開口幅の寸法が異なる複数の防振部材４を取り換えて超音波探傷し、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、人工きずのきずエコーの強度を調べる。こうして、人工きずの被探傷材表面からの距離毎、及び防振部材の開口幅の寸法毎に表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、人工きずのきずエコーの強度のデータとを揃える。
そして、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲と、人工きずのきずエコーの強度に基づいて、検出対象きずの被探傷材表面からの距離毎に、きずを検出し易い開口幅の寸法を定める。換言すれば、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を定める。開口幅の寸法を定めるには、例えば、検出対象きずの位置が被探傷材表面に近い場合には、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲がほぼ最短になる開口幅の寸法に定め、検出対象きずの位置が被探傷材表面から離れている場合には、その検出対象きずのきずエコーの強度がほぼ最大になる開口幅の寸法に定めればよい。
また、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を定めるには、全ての距離に亘って、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲がほぼ最短になる開口幅の寸法に定めてもよいし、また、検出対象きずのきずエコーの強度がほぼ最大になる開口幅の寸法に定めてもよい。
【００２７】
このようにして、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた寸法の開口幅を具備した防振部材４を振動子面に取り付けて超音波探傷することにより、表面近傍のきずであってもきずエコーが表面エコーに埋もれ難くなり、きずを容易に検出できる。
特に、被探傷材表面からの距離が４０ｍｍ以内、更には１０ｍｍ以内のきずの検出に有効である。
【００２８】
また、防振部材が振動子面に着脱可能なので、防振部材を取り換えることができる。これによって、複数の検出対象きずの被探傷材表面からの距離がそれぞれ異なる場合であっても、それぞれの検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を具備した防振部材を選択してアレイ探触子本体に取り付けることにより、単一のアレイ探触子を用いて検出することができる。
【００２９】
なお、上記の実施形態では、開口部４１の形状を矩形としたが、開口部４１の形状は矩形に限られず、例えば楕円形状や、台形形状等でもよい。
【００３０】
また、防振部材４の形状は、上記の形状に限られず、露出面３４の幅の寸法を小さくするならば、どのような形状でもよい。
例えば、振動子３１の配列方向に延びた柱状の２本の防振部材を用いてもよい。図６に、そのような場合のアレイ探触子３の分解斜視図を示す。
２本の柱状の防振部材４ａを振動子面３３の幅方向の両端側に配置し、取付枠５によって取り付ける。この場合の露出面３４の幅は、２本の防振部材４ａの間の距離をいう。
このような２本の柱状の防振部材４ａを取り付けた場合も、開口部４１を具備した防振部材４を取り付けた場合と、同様の効果を得ることができる。
【００３１】
（実施例）
次に、超音波探傷方法の実施例を説明する。
図３に示したものと同様の超音波探傷装置１を用い、車輪２に変えて試験用の被探傷材を設置して超音波探傷を行った。
配列方向の長さが０．８５ｍｍの振動子３１が１２８個、１ｍｍピッチで直線状に配列されており、振動子面３３の幅が１２．５ｍｍのアレイ探触子本体３２を用いた。振動子３１の発振周波数は、５ＭＨｚであった。
開口幅の寸法が、４．５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍの７個の発泡性ゴムの防振部材４を用意し、順次、取り替えてアレイ探触子本体３２の振動子面３３に取付枠５を用いて取り付け、超音波探傷を行った。防振部材４の厚みを２ｍｍとし、開口部４１の振動子配列方向の長さを、配列した振動子３１の配列長さよりも長くした。
超音波探傷は、１発振単位を１６とし、リニアスキャンを行った。
アレイ探傷器１１には、日本クラウトクレーマー（株）の、ポータブルフェイズドアレイ超音波探傷器「ＰＡＬ２」を用いた。
【００３２】
被探傷材には、Ｆｅ階段試験片を用いた。図７は、Ｆｅ階段試験片の構造図である。
Ｆｅ階段試験片には、超音波を入射する入射面の反対側の面から、入射面に向けて垂直に１．１９ｍｍφの平底穴の人工キズを設けた。入射面から人工きずの先端までの距離は、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの４段階とした。
図８は、きずエコーの強度の評価方法と、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲の評価方法とを説明する図である。
きずエコーの強度の評価は、きずエコーのピークの強度が、Ａスコープでの強度のフルスケールの８０％になるようにアレイ探傷器１１の感度を調整し、そのときの感度（ｄＢ）（以下、この感度を８０％感度という）によって評価した。８０％感度の値が小さいほど、きずエコーのピークの強度が大きく現れていることを示す。
表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲の評価は、アレイ探傷器１１の感度を８０％感度に調整したときの表面エコーの強度が、Ａスコープでの強度のフルスケールの２０％に低下するときの被探傷材表面からの距離（以下、２０％Ｓエコー距離という）によって評価した。
なお、この実施例では、表面エコーが現れる被探傷材表面からの距離の範囲の評価を、アレイ探傷器の感度を８０％感度に調整して行ったが、アレイ探傷器の感度を同一にして評価するようにしてもよい。
【００３３】
図９は、開口幅を変化させたときのきずエコーの強度を示す図であり、図９（ａ）は、８０％感度のデータ表であり、図９（ｂ）は、８０％感度のグラフである。図９（ｂ）では、横軸が開口幅を示し、縦軸が８０％感度を示す。なお、開口幅の寸法が１２．５ｍｍのデータは、防振部材４を取り付けずに超音波探傷したときのデータである。
被探傷材表面からきずまでの距離が異なるそれぞれのデータにおいて、８０％感度の値は、開口幅の寸法によって変化し、ピークを有している。
図１０は、開口幅を変化させたときの表面エコーが現れる距離の範囲を示す図であり、図１０（ａ）は、２０％Ｓエコー距離のデータ表であり、図１０（ｂ）は、２０％Ｓエコー距離のグラフである。
図１０（ｂ）では、横軸が開口幅を示し、縦軸が２０％Ｓエコー深さを示す。
２０％Ｓエコー距離は、８０％感度の値が同程度の場合に、開口幅の寸法が小さいほど短くなる傾向になっている。
上記のデータに基づいて、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法を次のように決めた。
検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法は、検出対象きずの被探傷材表面からの距離が１０ｍｍ以下の場合には、２０％Ｓエコー距離がほぼ最少になる開口幅の寸法とし、検出対象きずの被探傷材表面からの距離が１０ｍｍを超える場合には、きずエコーのピーク強度がほぼ最大、つまり８０％感度がほぼ最少になる開口幅の寸法とした。
上記の試験結果から、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた開口幅の寸法は、検出対象きずの被探傷材表面からの距離が５ｍｍの場合には６ｍｍ、１０ｍｍの場合には６ｍｍ、１５ｍｍの場合には８ｍｍ、２０ｍｍの場合には１０ｍｍとした。
そして、検出対象きずの被探傷材表面からの距離に応じた寸法の開口幅を具備した防振部材４を振動子面に取り付けて超音波探傷した。
被探傷材に設けた人工きずの被探傷材表面からの距離に応じた寸法の開口幅を具備した防振部材４を振動子面に取り付けることにより、人工きずのきずエコーが表面エコーに埋もれずに容易に検出できたので、自然きずの超音波探傷においても、表面近傍のきずであってもきずエコーが表面エコーに埋もれ難くなり、容易に検出できることが期待できる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
３・・・アレイ探触子
３１・・・振動子
３２・・・アレイ探触子本体
３３・・・振動子面
４・・・防振部材
４１・・・開口部
【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６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
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【図８】
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