(57)【要約】【課題】中ぐり車軸を超音波で探傷する超音波探傷装置において装置の小型化を図る。【解決手段】本発明の超音波探傷装置１は、周方向の全体に配置された複数の超音波振動子１３を有し、中ぐり車軸２に挿入されることでフェイズドアレイ探傷を行う円柱状の探傷ヘッド１１と、超音波振動子１３を選択的に励振させるための動作信号を出力する一方、超音波振動子１３が超音波エコーを受信するのに応じて、超音波振動子１３が受信した超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力するフェイズドアレイ超音波探傷器５２と、動作信号の出力を制御するとともに、エコー信号の強度から中ぐり車軸のきずに関する情報を生成するＣＰＵ等５１とを有することを特徴としている。
2013051107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向の全体に配置された複数の超音波振動子を有し、中ぐり車軸に挿入されることでフェイズドアレイ探傷を行う円柱状の探傷ヘッドと、
前記超音波振動子を選択的に励振させるための動作信号を出力する一方、前記超音波振動子が超音波エコーを受信するのに応じて、前記超音波振動子が受信した前記超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力するフェイズドアレイ探傷器と、
前記動作信号の出力を制御するとともに、前記エコー信号の強度から前記中ぐり車軸のきずに関する情報を生成する情報生成部とを有することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記探傷ヘッドは、円錐台形状の台座部を有し、
前記超音波振動子は、縦長矩形状又は縦長台形状とされ、前記台座部の傾斜側面における周方向の全体に亘り、円錐台の中心から放射状に配置さ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装置。
【請求項３】
前記探傷ヘッドは、前記台座部の傾斜側面と密着し、かつ、前記探傷ヘッドにおける周面の一部を区画する樹脂製の超音波伝播部を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記超音波振動子は、長手方向の中央部分が端部よりも窪んだ湾曲凹状に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記中ぐり車軸と前記探傷ヘッドとの隙間に油を注入する注油機構を設けたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
装置全体を走行させるための機構と、前記探傷ヘッド、前記フェイズドアレイ探傷器、前記情報生成部、および前記走行用の機構に対し１編成以上の車両検査に渡って給電する必要の無い容量のバッテリーを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中ぐり車軸を超音波で探傷する超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中ぐり車軸は新幹線の車軸などに広く用いられている。この中ぐり車軸に対しては、探傷ヘッドを中ぐり部に挿入することで探傷検査が行われている。新幹線等の鉄道車両において、探傷検査は、交番検査、台車検査、全般検査において実施されている。ここで交番検査は、車両所にて在姿状態で（つまり解体せずに）行われる検査である。このため、超音波探傷装置を、車両所の狭い空間において、車軸にあわせて移動させる必要があった。また高速で検査する必要があった。【０００３】
特許文献１，２には従来の超音波探傷装置が記載されている。これらの装置はいずれも、中ぐり部に挿入される探傷ヘッドに関し、中ぐり部において探傷ヘッドの有する超音波探触子を軸中心に回転させるものであった。この装置では、フレキシブルチューブにワイヤーを通し、外部に設けた回転モータの回転力をワイヤーによって超音波探触子に伝達している。また、超音波探触子と中ぐり部との隙間に油を充填することで超音波を伝播させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６４９２９９号公報
【特許文献２】特許第２６９１８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の装置では、フレキシブルチューブを通したワイヤーによって超音波探触子を回転させているため、装置が大型化してしまうという問題点がある。また、回転する超音波探触子と中ぐり車軸との隙間に注油するため、油の必要量が増えてしまうという問題がある。回転装置をヘッド内部に置く方法もあるが、装置が大型化してしまう点で同じである。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、装置を小型化し、かつ高速化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の超音波探傷装置は、周方向の全体に配置された複数の超音波振動子を有し、中ぐり車軸に挿入されることでフェイズドアレイ探傷を行う円柱状の探傷ヘッドと、前記超音波振動子を選択的に励振させるための動作信号を出力する一方、前記超音波振動子が超音波エコーを受信するのに応じて、前記超音波振動子が受信した前記超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力するフェイズドアレイ超音波探傷器と、前記動作信号の出力を制御するとともに、前記エコー信号の強度から前記中ぐり車軸のきずに関する情報を生成する情報生成部とを有することを特徴とする。【０００８】
本発明の超音波探傷装置によれば、周方向の全体に配置された複数の超音波振動子が探傷ヘッドに設けられ、超音波の送受信を行っているので、探傷ヘッドを回転させなくても中ぐり車軸のきずに関する情報を取得できる。このため、モータやワイヤー等の回転機構が不要となって構成の簡素化が図れる。その結果、装置を小型化できる。また、振動子を選択的に励振する際に送受信の位相制御を行うことで、焦点を制御することも可能である。【０００９】
前述の超音波探傷装置において、前記探傷ヘッドに円錐台形状の台座部を設け、前記超音波振動子を縦長矩形状又は縦長台形状とするとともに、前記台座部の傾斜側面における周方向の全体に亘って円錐台の中心から放射状に配置した場合には、超音波振動子から発射された超音波を中ぐり車軸に向けてダイレクトに照射できる。これにより、検出精度を高めることができる。【００１０】
前述の超音波探傷装置において、前記台座部の傾斜側面と密着し、かつ、前記探傷ヘッドにおける周面の一部を区画する樹脂製の超音波伝播部を、前記探傷ヘッドに設けた場合には、超音波の伝播効率を高めることができる。【００１１】
前述の超音波探傷装置において、前記超音波振動子を、長手方向の中央部分が端部よりも窪んだ湾曲凹状に設けた場合には、超音波の過度な拡がりを抑制することができ、検出感度を高めることができる。【００１２】
前述の超音波探傷装置において、前記中ぐり車軸と前記探傷ヘッドとの隙間に油を注入する注油機構を設けた場合には、隙間に注入された油によって超音波を効率よく伝播させることができる。また、探傷ヘッドが回転しないため、油の使用量を低減できる。【００１３】
前述の超音波探傷装置において、装置全体を走行させるための機構と、前記探傷ヘッド、前記フェイズドアレイ探傷器、前記情報生成部、および前記走行用の機構に対し１編成以上の車両検査に渡って給電する必要の無い容量のバッテリーを設け、探傷期間中の給電をコードレスで行っている。これにより、検査作業途中での商用電源の接続などのわずらわしい作業がまったく不要となり、作業効率を飛躍的に高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超音波探傷装置によれば、装置を小型化でき検出能力を向上することができる。また検査時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】超音波探傷装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】（ａ）は超音波探傷装置の正面図である。（ｂ）は超音波探傷装置の左側面図である。
【図３】探傷ヘッドの外観図である。
【図４】超音波振動子の周辺部分を説明する図である。
【図５】超音波振動子の配置を説明する図である。
【図６】超音波振動子の構成を説明する断面図である。
【図７】探傷検査の様子を説明する図である。
【図８】超音波振動子の選択を説明する図である。
【図９】集束の効果の例を模式的に説明する図である。
【図１０】きずによる超音波の反射を模式的に説明する図である。
【図１１】超音波振動子の変形例を説明する断面図である。
【図１２】変形例の超音波振動子による探傷を模式的に説明する図である。
【図１３】（ａ）は第２実施形態の探傷ヘッドの要部外観図である。（ｂ）はデイジー型の超音波振動子を説明する図である。
【図１４】第２実施形態の探傷ヘッドによる探傷を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜装置構成について＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態の超音波探傷装置１は、新幹線等の鉄道車両に使用されている中ぐり車軸２を検査対象にしている。図１に示すように、超音波探傷装置１は、ヘッドユニット１０と、ヘッドユニット昇降部２０と、走行機構３０と、注油機構４０と、制御部５０と、電源部６０とを有している。
【００１７】
ヘッドユニット１０は、超音波探傷の中心となる部分であり、探傷ヘッド１１を有している。探傷ヘッド１１は、超音波を出力したり、超音波エコーを受信したりする部分である。この探傷ヘッド１１は、図２に示すように、非探傷時においてハウジング１２の内部に収納され、図７に示すように、探傷時においてハウジング１２から中ぐり車軸２の中空部２ａへと繰り出される。
【００１８】
図３に示すように、探傷ヘッド１１は、円錐状をしており、その内部に超音波振動子１３が配置されている。この超音波振動子１３は、動作信号としての励振パルス（スクエアパルス，スパイクパルス）の印加によって励振され、超音波を出力する。また、傷での反射で戻ってきた超音波エコーを受信する。そして、探傷ヘッド１１の直径φ１１は、中ぐり車軸２の内径（中空部２ａの直径）よりも僅かに小さく定められている。
【００１９】
図４に示すように、超音波振動子１３は、円錐台状の台座１４における傾斜側面に取りつけられている。図５に示すように、本実施形態の超音波振動子１３は縦長矩形状とされており、傾斜側面における周方向の全体に亘って、円錐台の中心Ｃ１４から放射状に配置されている。そして、図６に示すように、各超音波振動子１３は、素子長さＥＬ１３が８ｍｍ程度、入射角θ１３は屈折角が４５〜５５度になる角度、高さＨ１３が４〜５．５ｍｍ程度、長さＬ１３が６〜７ｍｍ程度とされる。また、図５に示すように、６４個の超音波振動子１３（＃１〜＃６４）が周方向の全体に亘って均等に配置されている。なお、超音波振動子１３は、縦長矩形状に限らず縦長台形状であってもよい。
【００２０】
また、図４，５に示すように、超音波振動子１３の裏面側となる傾斜側面にはダンパー材１４ａが設けられており、超音波の台座１４側への出力を抑制している。一方、超音波振動子１３の表面側には、超音波伝播部１５が設けられている。この超音波伝播部１５は、超音波を伝播する樹脂（例えばポリスチレン）で作製されており、その角度θ１５は中ぐり車軸２へ入射する超音波の屈折角を形成する。また超音波伝播部１５は、台座１４の傾斜側面と密着し、かつ、探傷ヘッド１１における外周面の一部を区画している。
【００２１】
図３に示すように、探傷ヘッド１１のケーブル側下面には油吐出口４２ａが、先端側上面及びケーブル側上面には油回収口４２ｂが設けられ、それぞれ油供給管４２ｃ及び油回収管４２ｄを介して、給油タンク４１と接続されている。油は下端の油吐出口４２ａから供給された後に上方に回り込んで上面の油回収口４２ｂより回収され、さらに探傷の動きに合わせ気泡を後方へ押し出す形となる。この構成により、探傷上有害な気泡を効率よく排出することができる。
【００２２】
また探傷ヘッド１１には、超音波振動子１３を前後から挟むようにＯリング４４が設けられており、車軸内径とヘッド外径のギャップをシールし、油の流出を防いでいる。探傷ヘッド１１と車軸先端側とは、これらのＯリング４４によって密封状態となる。このため、探傷ヘッド１１の移動に伴い軸先端部に圧力変化が起こり、そのままではシール部分から油が漏洩することになる。このような圧力変化による油の漏洩を防止するため、探傷ヘッド１１の中央部には空気抜き穴（図示せず）が施されている。
【００２３】
油吐出口４２ａは探傷ヘッド１１の全周に対して１個設けられ、油回収口４２ｂは同様に２個設けられている。油吐出口４２ａの総断面積と油回収口４２ｂの総断面積の比を１：２にすることにより、探傷ヘッド１１と中ぐり車軸２（検査材）内部の隙間のバランスがとれ、探傷中の油切れをなくし、また探傷終了後の油残留を最小限にとどめることができる。また、油供給機構４０に油吐出口４２ａ、油排出口４２ｂ及び空気抜き穴が含まれており、かつ、探傷ヘッド１１が回転しないため、油の使用量を極めて少なくすることができる。その結果、油の残留量が一軸当たり２０ｃｃ以下に抑えられ、残油の除去作業は不要になる。
【００２４】
ヘッドユニット昇降部２０は、前述のヘッドユニット１０を昇降させるための部分であり、ヘッドユニット１０が上端に取りつけられた可動フレーム２１と、この可動フレーム２１を昇降させる昇降機構（図示せず）とを有している。
【００２５】
可動フレーム２１にはケーブル２２を送ったり引き戻したりするチェーン駆動機構２３が取り付けられている。図３に示すように、ケーブル２２は探傷ヘッド１１の基端部に接続されており、超音波信号の送受信をするための信号線２４や油を供給するための油供給管４２ｃ、油を回収するための油回収管４２ｄ等が収容されている。
【００２６】
チェーン駆動機構２３は、チェーン２３ａとモータ２３ｂとリール２３ｃとを有している。チェーン２３ａの先端は探傷ヘッド１１に接続されており、モータ２３ｂによって回転されるギア（図示せず）と噛み合って駆動される。チェーン２３ａが繰り出されると、探傷ヘッド１１は中ぐり車軸２の内部を奥側に移動する。反対に、チェーン２３ａが引き戻されると、探傷ヘッド１１は中ぐり車軸２の内部をヘッドユニット１０側に移動する。
【００２７】
可動フレーム２１の下部にはケーブルストック２５が設けられ、探傷ヘッド１１が引き戻されて回収されたときにケーブル２２を収納する。このような構造のため、ケーブル２４、油供給管４２ｃ及び油回収管４２ｄ等は、超音波信号と油配管のロータリジョイント部を経由せず直接探傷ヘッド１１からフェイズドアレイ超音波探傷器５２や注油機構４０に接続される。
【００２８】
昇降機構は、制御部５０による制御の下で動作が制御される。そして、可動フレーム２１を昇降させることで、中ぐり車軸２の高さ位置に探傷ヘッド１１を位置付けることができる。これにより、検査の容易化が図れる。
【００２９】
走行機構３０は、超音波探傷装置１の全体を走行させるための機構であり、走行モータ（図示せず）と車輪３１（図２を参照）とを有している。本実施形態の走行機構３０は、超音波探傷装置１を、車軸方向と略直交する方向（すなわち車両の側面に沿った方向）に走行させる。これにより、或る中ぐり車軸２に対する検査の終了後、超音波探傷装置１を次の中ぐり車軸２の位置まで容易に移動できる。その結果、多くの中ぐり車軸２に対する検査を効率よく行うことができる。この走行モータはバッテリー６２により駆動される。そして、バッテリー６２がフル充電された状態であれば、１編成以上の全検査工程の間、商用電源６３を接続する必要は無い。
【００３０】
注油機構４０は、探傷時において中ぐり車軸２と探傷ヘッド１１との隙間に油を注入するための機構であり、図２に示すように、給油タンク４１と、油供給管４２ｃと、油回収管４２ｄと、給油ポンプ４３とを有している。給油タンク４１は注入用の油を貯留する部分である。油供給管４２ｃは、給油タンク４１の油を探傷ヘッド１１まで導くためのパイプであり、油回収管４２ｄは、探傷ヘッド１１で回収された油を給油タンク４１まで導くためのパイプである。また、給油ポンプ４３は油を送出するものであり、油供給管４２ｃの途中に設けられている。
【００３１】
制御部５０は、探傷ヘッド１１、ヘッドユニット昇降部２０、及び走行機構３０など、超音波探傷装置１が有する各部の制御を行うものである。本実施形態における制御部５０は、図１に示すように、ＣＰＵ５１等とフェイズドアレイ超音波探傷器５２とを有する。
【００３２】
ＣＰＵ５１等は、情報生成部に相当するものであり、ＣＰＵとメモリーの組からなる。ＣＰＵは、メモリーに記憶された動作プログラムに従って動作し、各種の制御を実行する。メモリーは、動作プログラムを記憶する他、各種の情報が記憶される。例えば、超音波振動子１３の選択パターンを定めるデータも記憶される。また中ぐり車軸２は、モータ軸、トレーラ軸などで形状が異なり、車軸形状から来る妨害エコーの発生位置が異なるため、車軸形状に応じた部外エコーのマスク位置情報などが、車軸情報として記憶される。また中ぐり車軸２は編成によっても形状が異なる。このため、車軸情報は、中ぐり車軸２の種類毎に保存される。そして、検査結果は車両編成単位ですべて保存される。
【００３３】
フェイズドアレイ超音波探傷器５２は、超音波振動子１３を励振させるための励振パルスを出力したり、超音波振動子１３が受信した超音波エコーの強度に応じた出力を取得し、エコー信号として出力したりする。このため、フェイズドアレイ超音波探傷器５２は、励振パルスを出力するパルサー（図示せず）を、複数の超音波振動子１３のそれぞれについて有している。同様に、フェイズドアレイ超音波探傷器５２は、超音波エコーの受信に伴って超音波振動子１３から出力される電気信号を増幅し、エコー信号として出力するレシーバー（図示せず）を、複数の超音波振動子１３のそれぞれについて有している。
【００３４】
また、フェイズドアレイ超音波探傷器５２は、各レシーバーからのエコー信号の電圧値をデジタル変換し、デジタル変換された電圧値を、時間情報と関連付けて記憶する波形メモリー（図示せず）も有している。さらに、フェイズドアレイ超音波探傷器５２は、超音波の送受信を行う超音波振動子１３とパルサー及びレシーバーとを電気的に接続するための切り替え部（図示せず）も有している。この切り替え部は、超音波の出力時にパルサーを超音波振動子１３に接続するとともに、超音波の出力後にレシーバーを超音波振動子１３に接続する。
【００３５】
そして、情報生成部として機能するＣＰＵ５１等は、励振パルスを供給する超音波振動子１３を選択したり、励振パルスの強度を設定したりする。また、ＣＰＵ５１等は、フェイズドアレイ超音波探傷器５２が有する波形メモリーの電圧値（エコー信号の強度）を読み出し、中ぐり車軸におけるきずの有無、位置、大きさといった中ぐり車軸のきずに関する情報を生成する。
【００３６】
電源部６０は、超音波探傷装置１の各部で使用される電源を生成する部分であり、電源回路６１とバッテリー６２とを有する。電源回路６１は、商用電源６３の電力を各部で使用される直流電力に変換する部分である。バッテリー６２は、電源回路６１による給電を行わない期間（例えば走行機構３０による走行期間）において、ヘッドユニット１０や制御部５０等の各部に直流電力を供給する部分であり、本実施形態では電源回路６１からの直流電力によって充電される。このバッテリー６２は、フル充電状態において１編成以上の検査を、車軸間の移動を含めてすべて給電可能な容量に定められている。これにより、検査工程内で商用電源への接続が不要になり、効率の良い検査作業が可能である。
【００３７】
＜探傷動作について＞
次に、超音波探傷装置１による探傷動作について説明する。ここでは、鉄道車両が備える中ぐり車軸２に対する探傷検査を例に挙げて説明する。
【００３８】
図７に示すように、中ぐり車軸２の探傷検査では探傷ヘッド１１を中ぐり車軸２の中空部２ａに挿入する。このため、探傷ヘッド１１が収納された状態のヘッドユニット１０を、ヘッドユニット昇降部２０によって昇降させ、探傷ヘッド１１を中ぐり車軸２に臨ませる。そして、チェーン駆動機構２３により探傷ケーブル２２を送り出す。このとき、制御部５０は、給油ポンプ４３を作動させ、給油タンク４１に貯留された油を、油供給管４２ｃを介して探傷ヘッド１１と中ぐり車軸２の内壁面との間に注入し、また油回収管４２ｄを介して余剰の油を回収する。
【００３９】
これにより、探傷ヘッド１１が押されて中ぐり車軸２の中空部２ａを奥側へと移動する。このとき、注油機構４０によって注入された油により、探傷ヘッド１１と中ぐり車軸２との摩擦が低減され、探傷ヘッド１１の移動が円滑になる。探傷ヘッド１１を十分に押し込んだならば（例えば中ぐり車軸２における挿入側とは反対側の端部まで移動させたならば）、中ぐり車軸２に対する探傷検査を開始する。
【００４０】
探傷検査では、複数の超音波振動子１３をグループ分けし、超音波の出力と超音波エコーの受信をグループ毎に行う。この実施形態では、（Ｎ×Ｍ）個の超音波振動子１３を（２×Ｎ）個の超音波振動子１３からなるＭ個のグループに分け、各グループに属する超音波振動子１３をＮ個ピッチずつずらして選択する。図８の例では、Ｎが８個、Ｍが８個になっている。このため、１６個の超音波振動子１３で１つのグループが形成されており、各グループは超音波振動子８個分ずれている。
【００４１】
具体的には、１番目の超音波振動子１３（以下単に振動子＃１ともいう。他の超音波振動子１３についても同様。）から振動子＃１６までの１６個の超音波振動子１３で第１グループＧＲ１が、振動子＃２５から振動子＃４０で第２グループＧＲ２がそれぞれ形成されている。同様に、振動子＃４９から振動子＃６４で第３グループＧＲ３が、振動子＃９から振動子＃２４で第４グループＧＲ４が、振動子＃３３から振動子＃４８で第５グループがそれぞれ形成されている。さらに、振動子＃５７から振動子＃８で第６グループＧＲ６が、振動子＃１７から振動子＃３２で第７グループＧＲ７が、振動子＃４１から振動子＃５６で第８グループＧＲ８がそれぞれ形成されている。
【００４２】
なお、図８の例では６４個の超音波振動子１３を有する探傷ヘッド１１を例示したが、３２個であっても１２８個であっても同様である。３２個の場合、例えば上記のＮが４個になり、上記のＭが８個になる。そして、８個の超音波振動子１３で１つのグループが形成され、各グループが超音波振動子４個分ずれることになる。また、１２８個の場合、例えば上記のＮが１６個になり、上記のＭが８個になる。そして、３２個の超音波振動子１３で１つのグループが形成され、各グループが超音波振動子１６個分ずれることになる。
【００４３】
探傷検査に際し、制御部５０は、例えば番号の若いグループから順に超音波の出力と超音波エコーの受信とを行う。例えば、図８に示すように、サイクル１では第１グループＧＲ１に属する振動子＃１〜＃１６による超音波探傷が行われ、サイクル２では第２グループＧＲ２に属する振動子＃２５〜＃３９による超音波探傷が行われる。以下同様にしてサイクル８まで選択されると、サイクル１に戻って振動子＃１〜＃１６による超音波探傷が行われる。
【００４４】
この探傷動作では、直前に制御対象としたグループから所定の間隔以上に離れたグループを、次の制御対象とすることができる。そして、先の探傷動作と同じ範囲の探傷動作を行うまで、少なくとも２サイクル分の非探傷期間を挟んでいる。例えば、第１グループＧＲ１と第４グループＧＲ４とで探傷される振動子＃９から＃１５については、第１サイクルで探傷された後、２サイクル挟んで、第４サイクルで探傷される。これにより、先の探傷動作で生成された超音波エコーが十分に減衰した後に、後の探傷処理を行うことができる。その結果、直前に制御対象としたグループで生成された超音波エコーの影響を確実に抑制できる。
【００４５】
グループ毎の探傷検査を繰り返し行うことにより、中ぐり車軸２における周方向の全体に亘って探傷検査を行える。すなわち、探傷ヘッド１１を回転させなくても中ぐり車軸２における周方向の全体に亘って探傷検査を行える。その結果、従来の探触子回転タイプでは２００ｒｐｍが上限であったが、この超音波探傷装置１では、１０００ｒｐｍ以上相当の速度で探傷検査が行え、１本の車軸あたり８０秒以下で検査を終えることができる。
【００４６】
このとき、同じグループに属する超音波振動子１３について、遅延設定を適宜変えることにより、超音波の集束位置を変えることができる。例えば図９に実線で示すように、遅延設定が無ければ、超音波ビームは中ぐり車軸２の中を広がりながら伝播する。ここで同じグループに属する超音波振動子１３に焦点を結ぶような円弧状の遅延設定をすると、図９に破線で示すように、超音波ビームは集束しながら伝播する。これにより、中ぐり車軸２の外表面位置での超音波のビーム幅を制御することができ、検出能力とビーム幅で決まる処理能力を制御することができる。
【００４７】
図１０に示すように、探傷ヘッド１１の外周面と中ぐり車軸２との隙間には、油の層ＯＬが形成されている。このため、各超音波振動子１３から出力されて超音波伝播部１５の内部を進んできた超音波は、油の層ＯＬを通じて中ぐり車軸２に伝播される。この油の層ＯＬによって超音波の損失を抑制できるため、検出精度の低下を抑えることができる。そして、きずＸによって反射された超音波エコーは逆のルートで超音波振動子１３に到達する。ここでも、油の層ＯＬを通じて超音波エコーが伝播されるので、検出精度の低下を抑えることができる。
【００４８】
＜まとめ＞
このように、本実施形態の超音波探傷装置１では、周方向の全体に放射状に配置された複数の超音波振動子１３を探傷ヘッド１１が有しており、超音波の送信と超音波エコーの受信とを行っているので、探傷ヘッド１１を回転させなくても中ぐり車軸２のきずに関する情報を取得できる。このため、モータやワイヤー等の回転機構が不要となって装置構成の簡素化が図れる。その結果、超音波探傷装置１を小型化及び軽量化でき、車両所の狭い空間であっても取り回しが容易になる。
【００４９】
また、本実施形態では、フェイズドアレイによる位相制御を行ってビームを集束させているので、検出能力を高めることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、台座１４の傾斜側面と密着し、かつ、探傷ヘッド１１における周面の一部を区画する樹脂製の超音波伝播部１５を設けているので、超音波の伝播効率を高めることができる。
【００５１】
また、本実施形態の超音波探傷装置１において、中ぐり車軸２と探傷ヘッド１１との隙間に油を注入する注油機構４０（給油タンク４１、油供給管４２ｃ、油回収管４２ｄ、及び給油ポンプ４３）を設けているので、隙間に注入された油によって超音波を効率よく伝播させることができる。また、探傷ヘッド１１が回転しないため、油の使用量を極めて少なくすることができる。ここで、油は超音波を効率的に中ぐり車軸に入れるために重要であり、部分的にしろ油切れを起こすと超音波は伝播しない。また過度な油の供給は検査終了後に車軸内部に油を残し検査終了後に油除去作業が必要になり余計な作業を増やすことになる。この点、本実施形態では、少ない量の油であっても超音波を確実に伝播させることができる。
【００５２】
さらに、装置が小型化及び軽量化され、探傷ヘッド１１の回転機構も不要になったことから、超音波探傷装置１の消費電力も低減された。これに伴い、バッテリー６２を電源として走行機構３０を動作させることができる。そして、１編成以上分の検査がバッテリー６２の電力だけでまかなえる為、検査作業途中での商用電源の接続などのわずらわしい作業がまったく不要である。そのため検査の高速化、油除去作業の不要化とあわせ作業効率を飛躍的に高め、その結果、検査時間を大幅に短縮することができる。
【００５３】
＜他の実施形態について＞
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００５４】
図１１は、超音波振動子１３の変形例を説明する断面図である。変形例の超音波振動子１３は、先に説明した超音波振動子１３と同様に縦長矩形状又は縦長台形状であるが、長手方向の中央部分が端部よりも窪んだ湾曲凹状に設けられている点が相違している。超音波振動子１３の窪み度合いは適宜定められるが、超音波がきずＸに向けて収束する程度が好ましい。このように構成することで、図１２に示すように、超音波振動子１３から出力された超音波をきずＸに向けて収束させることができる。これにより、超音波の過度な拡がりが抑制され、検出感度を高めることができる。
【００５５】
図１３（ａ），（ｂ）は、第２実施形態の要部を説明する図である。この第２実施形態では、超音波振動子の構成が第１実施形態と相違している。すなわち、探傷ヘッド１１´は、デイジー型の超音波振動子７１を有している。図１３（ｂ）に示すように、この超音波振動子７１は中空円盤状の外観形状をしている。そして、超音波を出力する素子７２が円盤中心から放射状に配置されている。従って、この超音波振動子１３では、円盤表面における周方向の全体に配置された複数の素子７２の中から必要な素子７２を選択することで、円周上の一部から選択的に超音波を出力できる。
【００５６】
また、この探傷ヘッド１１´では、図１３（ａ）に示すように、超音波振動子７１の円盤表面に対向して円錐台状の反射部材７３を設けている。この反射部材７３は、超音波振動子７１からの超音波やきずＸからの超音波エコーを反射する部材であり、傾斜側面が反射面として機能する。従って、図１４に示すように、超音波振動子７１からの超音波を傾斜側面で反射させることで、この超音波を中ぐり車軸２に照射することができる。また、きずＸからの超音波エコーを傾斜側面で反射させることで、超音波エコーを超音波振動子７１に受信させることができる。
【００５７】
この第２実施形態でも、超音波の出力と超音波エコーの受信をする素子７２を切り換えることで周方向の全体に亘る探傷検査が行えるため、探傷ヘッド１１´を回転させなくても中ぐり車軸２のきずに関する情報を取得できる。このため、モータやワイヤー等の回転機構が不要となって構成の簡素化が図れる。その結果、超音波探傷装置１を小型化できる。
【００５８】
なお、前述の第１，２実施形態において、探傷の対象となる中ぐり車軸として鉄道車両が備える中ぐり車軸２を例示したが、中ぐり車軸であれば新幹線用のものに限られない。
【００５９】
また、超音波振動子１３や素子７２の選択パターンは、図８に例示したパターンに限られない。素子数やグループ数も適宜定めることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…超音波探傷装置，２…中ぐり車軸，２ａ…中空部，１０…ヘッドユニット，１１…探傷ヘッド，１１´…探傷ヘッド，１３…超音波振動子，１４…台座，１４ａ…ダンパー材，１５…超音波伝播部，２０…ヘッドユニット昇降部，２１…可動フレーム，２２…ケーブル，２３…チェーン駆動機構，２３ａ…チェーン，２３ｂ…モータ，２３ｃ…リール，２４…通信線，２５…ケーブルストック，３０…走行機構，３１…車輪，４０…注油機構，４１…給油タンク，４２ａ…油吐出口，４２ｂ…油回収口，４２ｃ…油供給管，４２ｄ…油回収管，４３…給油ポンプ，４４…Ｏリング，５０…制御部，５１…ＣＰＵ，５２…メモリー，６０…電源部，６１…電源回路，６２…バッテリー，６３…商用電源，７１…超音波振動子，７２…素子，７３…反射部材，φ１１…探傷ヘッドの直径，ＥＬ１３…超音波振動子の素子長さ，θ１３…超音波振動子の入射角，Ｈ１３…超音波振動子の高さ，Ｌ１３…超音波振動子の長さ，Ｃ１４…円錐台の中心，ＯＬ…油の層，Ｘ…きず
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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