(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探触子から超音波をレールに入射させ、該超音波の反射エコーを受信して前記レールを探傷する方法であって、
前記探触子を前記レールの上首部及び／又は頭部下面に当て、前記レールの踏面に向けて超音波を入射させることを特徴とするレール探傷方法。
【請求項２】
超音波を照射する送信用探触子と、該送信用探触子からレールに照射された超音波の反射エコーを受信する受信用探触子とを前記レールの上首部及び／又は頭部下面に当て、
前記送信用探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を入射させ、
前記受信用探触子でその反射エコーを受信し、
端部エコー法により前記レール中の横裂の先端位置を測定することを特徴とするレール探傷方法。
【請求項３】
前記送信用探触子と受信用探触子とを、前記レールの腹部を挟んで配置するとともに、横裂の進行方向に対して同じ側に配置することを特徴とする請求項２記載のレール探傷方法。
【請求項４】
前記送信用探触子と受信用探触子とを、前記レールの腹部を挟んで配置するとともに、一方の探触子を横裂の進行方向前方に配置し、もう一方の探触子を進行方向後方に配置することを特徴とする請求項２記載のレール探傷方法。
【請求項５】
前記送信用探触子と受信用探触子とを、前記レールの腹部の一方の側に配置するとともに、一方の探触子を横裂の進行方向前方に配置し、もう一方の探触子を進行方向後方に配置することを特徴とする請求項２記載のレール探傷方法。
【請求項６】
超音波を照射する送信用探触子と、
該送信用探触子からレールに照射された超音波の反射エコーを受信する受信用探触子と、
前記送信用探触子及び受信用探触子とを前記レールの上首部及び／又は頭部下面に押圧させる付勢機構と、
備え、
前記送信用探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を入射させ、
前記受信用探触子でその反射エコーを受信し、
その反射エコーからレールを探傷することを特徴とするレール探傷装置。
【請求項７】
前記送信用探触子及び受信用探触子とを前記レールの上首部のアール中心を中心にして回転させる機構をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のレール探傷装置。
【請求項８】
レールの長さ方向に移動可能なスライダと、
該スライダを上方向に付勢する付勢機構と、
前記スライダに、前記レールの長さ方向の軸を中心に回動可能に設けられたアームと、
該アームの先端に、前記レールの長さ方向に移動可能に取り付けられた超音波探触子と、
前記アームの先端に設けられた前記レールの上首部に係合するレール係合部と、
を備え、
前記アームを前記レール側に向けて回動させて前記レール係合部を前記レール上首部に係合させることにより、前記超音波探触子を前記レールの上首部及び／又は頭部下面に当て、
該超音波探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を入射させ、
その反射エコーから前記レールを探傷することを特徴とするレール探傷装置。
【請求項９】
前記アームの先端に、前記超音波探触子を、前記レールの上首部のアール中心を中心にして回動可能に支持する機構をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のレール探傷装置。
【請求項１０】
前記スライダの前記レール踏面からの高さを計測するスケールを備えることを特徴とする請求項８又は９記載のレール探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波パルスの反射エコーを用いてレールを探傷する方法及び装置に関する。特には、レール頭部の横裂を正確に検査することのできるレール探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、レールに発生する傷（亀裂）について説明する。
図９は、レールの傷（亀裂）の状況を示す図である。
レール１００の頭部１００ａに発生する傷は、頭部１００ａの踏面１００ｂの起点Ｆ１から頭部１００ａを踏面１００ｂに略平行に進む水平裂Ｆ２や、この水平裂Ｆ２から派生して頭部１００ａの内部を下斜め方向に進む横裂Ｆ３がある。これらの水平裂Ｆ２や横裂Ｆ３は、車両の進行方向に延びるように発生する。
【０００３】
水平裂Ｆ２は、その上方のレール踏面が黒ずんでくるので目視でも発見可能であるが、その長さや深さを正確に知るために、従来より、超音波をレールに照射し、その反射エコーからレール内部の傷を発見する超音波探傷装置が用いられている。このような装置として、超音波探触子をレール踏面１００ｂに当てて、頭部１００ａの内部に向けて斜め方向に超音波を照射し、その反射エコーを検出するタイプのものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この方法においては、傷の面に対して斜めに超音波を入射させて傷の端部のエコーを検出し、このエコーの最大値が得られるときのビーム路程と探触子の屈折角から傷の深さを測定する端部エコー法（非特許文献１参照）が適用されることが多い。この端部エコー法は、傷の先端部までの超音波の伝播時間から深さ位置を特定するが、これには傷の先端部であることの識別が必要である。そのためには、傷の面からの反射エコーとの連続性（あるいは関連性）が重要である。一方で、傷の面からの反射エコーが支配的になると、先端部のエコーはこれに埋もれてしまい捉えにくい場合がある。
【０００５】
一方、横裂Ｆ３は、このような超音波探傷装置を適用しても、超音波が水平裂Ｆ２の断面で反射してしまって横裂に達せず、正確に検出できないという問題がある。そこで、水平裂Ｆ２の長さから横裂Ｆ３の程度を判定することも行われている。
【０００６】
また、このタイプの超音波探触方法では、超音波探触子は、前述のようにレール１００の踏面１００ｂに当てられる。レール踏面１００ｂは、常に鉄道車両の車輪と接触しており、摩耗して形状が変化する。特に、カーブの部分では斜めに摩耗する場合もある。このような摩耗が進むと、一探触子法では探触子の位置がずれたり、二探触子法では送信用探触子と受信用探触子との位置関係がずれてしまい、正確な測定ができなくなってしまう。
【０００７】
一方、数年前から、頭部の一側面に超音波送信用探触子を当て、反対側の側面に超音波受信用探触子を当て、送信用探触子から照射された超音波の反射エコーを受信用探触子で検出するのものが使用され始めた（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
レール頭部の横裂は、先端が深さ３０ｍｍに達するとレールが破断する可能性があるので、先端の深さを正確に把握することが必要である。そこで、レール頭部の踏面に超音波探触子を当てる探傷検査車を用いて一次検査を行い、異常が検出された部分では、レール頭部の側面に超音波探触子を当てる方法で精密な二次検査が行われている。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−３０４３６４
【特許文献２】特開２０００−９６９８
【非特許文献１】非破壊検査技術シリーズ  超音波探傷試験III  平成元年２月１日  社団法人  日本非破壊検査協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、レール頭部に発生した横裂の深さを正確に検知することのできる方法及び装置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】
【００１１】
本発明のレール探傷方法は、  探触子から超音波をレールに入射させ、該超音波の反射エコーを受信して前記レールを探傷する方法であって、  前記探触子を前記レールの上首部及び／又は頭部下面に当て、前記レールの踏面に向けて超音波を入射させることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、レール頭部の下面（裏面）から踏面に向けて超音波を照射するので、水平裂の下に存在する横裂に超音波が照射される。その反射エコーを計測することにより、横裂の存在を正確に知ることができる。従来のレールの超音波探傷は、レール頭部の踏面や側面に超音波探触子を当てて行うことが一般的であり、レール頭部の裏面に超音波探触子を当てることは行われていなかった。これは、レール頭部裏面には油や泥、さびが付着しているため、事前に清掃が必要であることや、レール上首部がアール状の凹面であることなどによる。本発明の方法では、事前の清掃は必要であるが、横裂を正確に検査できる。さらに、レール頭部裏面はレール踏面などのように摩耗が起こらないので、横裂の深さ測定の基準面として適していて、レール強度・交換要否判定の最も重要なファクターである横裂先端の位置を正確に測定できるという利点がある。
【００１３】
本発明の他の態様のレール探傷方法は、  超音波を照射する送信用探触子と、該送信用探触子からレールに照射された超音波の反射エコーを受信する受信用探触子とを前記レールの上首部及び／又は頭部下面に当て、  前記送信用探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を入射させ、  前記受信用探触子でその反射エコーを受信し、  端部エコー法により前記レール中の横裂の先端位置を測定することを特徴とする。
【００１４】
二探触子法の方が、一探触子法よりもノイズエコーが低く傷の反射エコーの識別性（いわゆるＳＮ比がよい）が高いので、測定性に優れる。また、傷先端の位置測定には、端部エコー法の他に、ＴＯＦＤ法や表面波法などがあるが、端部エコー法が測定精度及び簡便性の点で好ましい。
【００１５】
本発明においては、  前記送信用探触子と受信用探触子とを、前記レールの腹部を挟んで配置するとともに、横裂の進行方向に対して同じ側に配置することとできる。この方法を二探触子Ｖ走査法という。
【００１６】
この走査方法は、横裂の面と反射エコーと横裂先端部のエコーの両方を捕らえやすい利点（連続性あるいは関連性）がある。一方で、レール腹部を挟んで探触子を走査するため、両探触子の位置関係を精度よくコントロールしなければならない問題がある。
【００１７】
または、  前記送信用探触子と受信用探触子とを、前記レールの腹部を挟んで配置するとともに、一方の探触子を横裂の進行方向前方に配置し、もう一方の探触子を進行方向後方に配置することとしてもよい。この方法を二探触子斜めＶ走査法という。
【００１８】
この走査方法は、横裂をまたいでの探傷であるため、検出されるエコーはレール踏面（表面、図１の符号１００ｂ）の反射エコーと傷先端部のエコーのみの検出となり、傷の先端部の識別性に優れる。一方、横裂面と先端部の関連性は捉えられないこと、横裂をまたいで斜めに超音波が入射するため、傷先端部に対する超音波の入射角が大きくなり、測定精度が劣る。また、横裂の発生が多少横方向にずれた位置の場合は、さらに測定精度が劣る。さらに、前述の方法と同様に、レール腹部を挟んで探触子を走査するため、両探触子の位置関係を制度よくコントロールしなければならない問題がある。
【００１９】
さらに、  前記送信用探触子と受信用探触子とを、前記レールの腹部の一方の側に配置するとともに、一方の探触子を横裂の進行方向前方に配置し、もう一方の探触子を進行方向後方に配置することとしてもよい。この方法を二探触子横Ｖ走査法という。
【００２０】
この走査方法は、同一側面からの探傷のため、検出されるエコーはレール肩（図９の符号１００ｅ）の反射エコーと傷先端部のエコーのみの検出となり、横裂の発生がレールの中心よりずれて起こった場合に先端部のエコーを検出しやすい利点がある。一方で、横裂面と傷先端部の関連性は捉えられないこと、横裂をまたいで超音波が入射するため、傷先端に対する超音波の入射角が大きくなり、測定精度が劣る。
【００２１】
以上のことから、本発明においては、二探触子Ｖ走査法が好ましいといえる。さらに、この方法においては、探触子を横裂の進行方向後方に配置して、超音波をレールの踏面に向けて照射する後方探傷が、探触子を横裂の進行方向前方に配置して、超音波をレールの踏面に向けて照射する前方探傷より好ましい。その理由は、横裂先端部の位置の特定には、横裂面からの反射エコーとの連続性が重要であり、後方探傷はこれに優れるためである。一方で、傷の面からの反射エコーが支配的になると先端部のエコーがこれに埋もれてしまい捉えにくい場合があり、この場合は前方探傷を行うことが好ましい。
【００２２】
本発明のレール探傷装置は、  超音波を照射する送信用探触子と、  該送信用探触子からレールに照射された超音波の反射エコーを受信する受信用探触子と、  前記送信用探触子及び受信用探触子とを前記レールの上首部及び／又は頭部下面に押圧させる付勢機構と、備え、  前記送信用探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を入射させ、  前記受信用探触子でその反射エコーを受信し、  その反射エコーからレールを探傷することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、探触子をレールの上首部から頭部下面に押し当てる機構を有するので、探触子をレール頭部下面に密接に接触させることができる。
【００２４】
また、本発明においては、  前記送信用探触子及び受信用探触子とを前記レールの上首部のアール中心を中心にして回転させる機構をさらに備えることとすれば、探触子の探触面をレールの上首部から頭部下面に密接に接触させて超音波をレール頭部のほぼ全域に渡って入射できる。
【００２５】
本発明のレール探傷装置の具体的な形態は、  レールの長さ方向に移動可能なスライダと、  該スライダを上方向に付勢する付勢機構と、  前記スライダに、前記レールの長さ方向の軸を中心に回動可能に設けられたアームと、  該アームの先端に、前記レールの長さ方向に移動可能に取り付けられた超音波探触子と、  前記アームの先端に設けられた前記レールの上首部に係合するレール係合部と、を備え、  前記アームを前記レール側に向けて回動させて前記レール係合部を前記レール上首部に係合させることにより、前記超音波探触子を前記レールの上首部及び／又は頭部下面に当て、  該超音波探触子から前記レールの踏面に向けて超音波を入射させ、  その反射エコーから前記レールを探傷することを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、スライダが上方に付勢されているので、レールの踏面が摩耗して形が変わっても、探触子を常に一定の状態（圧力）で検査位置に当てることができ、精度の良い計測を行うことができる。
また、アームを内方向（レール側）に回動させると、レール係合部がレールの上首部に係合して、超音波探触子がレールの上首部から頭部裏面に渡る部分に押し当てられて検査状態となり、アームを外方向（レールと反対側）に回動させると、超音波探触子がレールから離れてレールから装置を取り外すことができる。なお、アームは、スライダのレールを挟んで両側に取り付けられていることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、 前記アームの先端に、前記超音波探触子を、前記レールの上首部のアール中心を中心にして回動可能に支持する機構をさらに備えることが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明においては、  前記スライダの前記レール踏面からの高さを計測するスケールを備えることが好ましい。
【００２９】
アームが内方向（レール側）に回動した状態では、アームの先端に設けられたレール係合部がレールの上首部に係合する。スライダは、付勢機構により上方に付勢されており、アームのレール係合部がレール上首部に係合した状態では、スライダの高さは、アームの長さで決まる高さに保たれる。レール上首部は車輪との摩擦による摩耗などが起こらず初期状態を保っているが、レール踏面は車輪との摩擦により摩耗する。スライダの高さは一定であるので、レール踏面が摩耗すると、ローラはレール踏面に載っているが、スライダはローラに対してバネで上方に付勢され、スライダとレール踏面との間隔が長くなる。そこで、スライダのレール踏面からの高さを計測して、初期状態での高さと比較すれば、初期状態からのレール踏面の摩耗量を知ることができる。
【００３０】
なお、スケールをレールの幅方向の両端付近に設置すれば、レールの幅方向での摩耗量の差がわかる。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、レール頭部の下面から上首部に渡る部分に超音波探触子を当てて、同探触子から踏面に向けて超音波を入射させるので、水平裂の下の横裂を正確に検知することができる。さらに、レール頭部の裏面や上首部は、車輪との摩擦が起こらず摩耗しないので、横裂先端検知の基準面として適している。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るレール探傷装置の構造を説明する側面図である。
図２は、図１のレール探傷装置の正面図である。
図３は、図１のレール探傷装置の探触子の回転状態を説明する正面図である。
図４は、図１のレール探傷装置のローラ付近の構造を説明する側面図である。
レール探傷装置１は、図１に示すように、レール１００の長さ方向に移動可能なスライダ１０と、同スライダ１０を上方向に付勢する付勢機構と、スライダ１０に設けられた複数のアーム２０と、同アームの先端に取り付けられた超音波探触子５０と、を備える。
【００３３】
スライダ１０は、レール１００の長さ方向に長い直方体の中空のものである。底面は開口していてもよい。スライダ１０の四隅にはローラ１１が設けられており、レール踏面１００ｂ上を移動可能となっている。図４に示すように、ローラ１１の回転軸１１ａを支持する縦軸１３は、スライダ１０の内部に縦方向に延びるように設けられた中空の支持部材１５に支持されて、上下方向に移動可能となっている。縦軸１３の、ローラ回転軸１１ａのやや上方の部分には、外方向に張り出すフランジ部１３ａが設けられている。このフランジ部１３ａと支持部材１５との間には、バネ１７が介装されている。このような構成により、スライダ１０は、ローラ１１に対して、即ち、ローラ１１が接するレール踏面１００ｂに対してバネ１７により上方に付勢されている。
【００３４】
さらに、縦軸１３の上部には、目盛り１３ｂが付されており、スライダ１０の上面の高さを計測できるようになっている。
【００３５】
図１や図２に示すように、スライダ１０の両側面の両端付近には、下方に延びるアーム２０が、レール１００の長さ方向の軸を中心に回動可能に取り付けられている。図１に示すように、スライダ１０の一方の側の両アーム２０の先端間は、クランク機構２３を介してロッド２５で接続している。このロッド２５上に、超音波探触子５０が回動不能かつ手動でスライド可能に支持されている。超音波探触子５０のスライド距離は、例えば約１００ｍｍである。なお、超音波探触子５０は、スライダ１０の両側のロッド２５に各々１個取り付けてもよく、一方のロッド２５のみに１個又は２個取り付けてもよい。これらは、後述する探傷方法によって決まる。
【００３６】
超音波探触子５０は、振動子等を収容した筐体５１を有し、筐体５１のレールと接する側には、探傷シュー５２が設けられている。探傷シュー５２は、被検査体であるレール１００と同じ超音波伝播速度を有する材質で作製され、図３に示すように、レール上首部１００ｃの曲率半径よりやや小さい曲率半径を有する凸状の部材である。
【００３７】
アーム２０は、図２に示すように、実線で示す、鉛直方向に向く位置（内位置）と、二点鎖線で示す、レール１００から外方向に開いた位置（外位置）との間を手動で回動可能となっている。アーム２０の回動角度は、例えば、１５〜２０°である。
【００３８】
スライダ１０の一方の側の一方のアーム２０の先端には、内側（レール側）に突き出たレール係合部２０ａが設けられている。レール係合部２０ａの、レール上首部１００ｃに対向する部分にはレストパッド２１が取り付けられている。このアーム２０が内位置に回動すると、レストパッド２１がレール上首部１００ｃのアールに係合する。このとき、超音波探触子５０は、探傷シュー５２がレール頭部裏面から上首部１００ｃに当たる。
また、前述のようにスライダ１０はローラ１１に対して上方に付勢されているため、このようにアーム２０がレール上首部１００ｃに係合した状態では、スライダ１０は、バネ１７によりレール踏面１００ｂに押し付けられているともいえる。
【００３９】
さらに、レール係合部２０ａには、レール１００の長さ方向の軸を中心に回転するウオームホイール２７が取り付けられている。ウオームホイール２７は、後述する探触子回転機構３０により回転する。ウオームホイール２７が回転すると、クランク機構２３を介して、ロッド２５が、レール上首部１００ｃのアール中心Ｃを回転中心として約６０°の円弧状を移動する。これにより、ロッド２５に回動不能に支持されている超音波探触子５０は、図３に示すように、レール上首部１００ｃのアール中心Ｃを中心として回転する。詳細には、超音波探触子５０の回転角度θは約６０°であり、探傷シュー５２が、レール頭部裏面の最も外側の部分に当接する位置と、上首部１００ｃの中心よりやや下方の部分に当接する位置との間を回転する。この回転中、探傷シュー５２は、レール１００の表面に面接触しながら移動する。これにより、レール頭部１００ａのほとんどの部分に超音波を入射させることができる。
【００４０】
図２に示すように、同アーム２０には、超音波探触子５０を回転させるための回転機構３０が、アーム２０と並列して一体に設けられている。回転機構３０は、ノブ３１と、ノブ３１から下方に延びる回転軸３２と、回転軸３２の下端に固定されたウオーム３３を有する。このウオーム３３は、アーム２０の先端のレール係合部２０ａに取り付けられたウオームホイール２７と噛み合う。ノブ３１を回転させると、回転軸３２とともにウオーム３３が回転し、同ウオーム３３に噛み合うウォームホイール２７を回転させる。
【００４１】
図１に示すように、もう一方のアーム２０には、超音波探触子５０の回転角度を検出するエンコーダ３５が取り付けられている。エンコーダ３５の検出値は、スライダ１０にとりつけられた表示部３７に表示される。
【００４２】
次に、このレール探傷装置１の使用方法を説明する。
まず、検査対象となるレールの頭部下面と上首部とを清掃し、付着していた泥や油、錆を除去しておく。そして、装置１の両側のアーム２０を外位置に回動させて、スライダ１０をレールの被検査位置に乗せる。そして、アーム２０を内位置に回動させて、アーム２０のレール係合部２０ａをレール上首部１００ｃに係合させる。次に、超音波探触子５０をロッド２５上で手動でスライドさせて、以下に説明する配置となるように位置決めする。
【００４３】
超音波探触子５０の配置及び超音波入射方向について説明する。
まず、レールに対する探触子の配置について説明する。
図５は、超音波探傷子の配置を説明する図である。
図５（Ａ）は、１個の超音波探触子５０をレール腹部１００ｄの一方の側に配置した一探触子法を示している。この方法では、探触子５０をロッド２５上でスライドさせて、横裂の進行方向の前方又は後方（この例では前方）に位置させ、横裂Ｆ３に向けて超音波パルスを入射させる。そして、横裂Ｆ３で反射したエコーを同探触子５０で受信する。この際、探触子回転機構３０のノブ３１を回転して探触子５０の角度を調整する。
【００４４】
図５（Ｂ）は、送信用超音波探触子５０Ｔ及び受信用超音波探触子５０Ｒをレール腹部１００ｄの両側に配置するとともに、横裂Ｆ３の進行方向に対して同じ側（この例では前方）に位置させる二探触子Ｖ走査法を示している。この方法では、送信用探触子５０Ｔをロッド２５上でスライドさせて、横裂Ｆ３の進行方向の前方に位置させて、横裂Ｆ３に向けて超音波パルスを入射させる。そして、受信用探触子５０Ｒもロッド２５上でスライドさせて、横裂Ｆ３の進行方向の前方に位置させ、横裂Ｆ３で反射したエコーを受信させる。この際、各探触子回転機構３０のノブ３１を回転して各探触子５０の角度を調整する。
【００４５】
図５（Ｃ）は、送信用超音波探触子５０Ｔ及び受信用超音波探触子５０Ｒをレール腹部１００ｄの両側に配置するとともに、横裂Ｆ３に対して、横裂Ｆ３の進行方向に対し前方及び後方に位置させる二探触子斜めＶ走査法を示している。この方法では、送信用探触子５０Ｔをロッド２５上でスライドさせて、横裂Ｆ３の進行方向の前方に位置させて、横裂Ｆ３に向けて超音波パルスを入射させる。そして、受信用探触子５０Ｒもロッド２５上でスライドさせて、横裂Ｆ３の進行方向の後方に位置させ、横裂Ｆ３で反射したエコーを受信させる。この際、各探触子回転機構３０のノブ３１を回転して各探触子５０の角度を調整する。
【００４６】
図５（Ｄ）は、送信用超音波探触子５０Ｔ及び受信用超音波探触子５０Ｒをレール腹部１００ｄの一方の側に配置するとともに、横裂Ｆ３に対して、横裂Ｆ３の進行方向の前方及び後方に位置させる二探触子横Ｖ走査法を示している。この方法では、送信用探触子５０Ｔをロッド２５上でスライドさせて、横裂Ｆ３の進行方向の前方に位置させて、横裂Ｆ３に向けて超音波パルスを入射させる。そして、受信用探触子５０Ｒもロッド２５上でスライドさせて、横裂Ｆ３の進行方向の後方に位置させ、横裂で反射したエコーを受信させる。この際、各探触子回転機構３０のノブ３１を回転して各探触子５０の角度を調整する。
【００４７】
次に、超音波の入射方向について説明する。
横裂Ｆ３への超音波の入射方向として、横裂Ｆ３の進行方向に対して後方から入射させる後方探傷と、前方から入射させる前方探傷がある。
図６は、後方探傷を説明する図である。
図７は、前方探傷を説明する図である。
【００４８】
図６に示す後方探傷では、探触子５０を横裂Ｆ３の進行方向に対して後方に位置させ、超音波パルスを、横裂Ｆ３の進行方向前方に向って斜め上に入射させる。この場合、図６（Ａ）で示すように、超音波が横裂Ｆ３の横断面に照射されると、高いエコーが検出される。探触子５０を横裂進行方向前方に移動させていくと、図６（Ｂ）に示す、超音波が横裂Ｆ３の横断面の先端付近に照射されるまで、高いエコーが検出される。そして、図６（Ｃ）に示すように、さらに探触子５０を前進させて、超音波が横裂Ｆ３の先端に達すると、横断面のエコーは低下し、端部エコーが検出される。この際のビーム路程と超音波の入射角度から横裂の深さが推定できる（端部エコー法）。
【００４９】
図７に示す前方探傷では、探触子５０を横裂Ｆ３の進行方向に対して前方に位置させ、超音波パルスを、横裂Ｆ３の進行方向後方に向って斜め上方に入射させる。この場合、図７（Ａ）で示すように、超音波が、横裂Ｆ３の先端に照射され、端部エコーが検出される。探触子５０を横裂進行方向前方に移動させていくと、図７（Ｂ）に示すように、超音波はレール踏面１００ｂで反射した後、水平裂Ｆ２の横断面に照射され、横裂Ｆ３には達せず、横裂Ｆ３のエコーは検出されない。そして、図７（Ｃ）に示すように、さらに探触子５０を前進させると、超音波はレール踏面１００ｂで反射した後、横裂Ｆ３の横断面に照射され、高い反射エコーが得られる。
【００５０】
本発明のレール探傷装置１では、探触子５０をロッド２５上でスライドさせることにより、上記のいずれの方法も適用できる。その中でも、二探触子Ｖ走査方法、かつ、後方探傷が適している。これは、二探触子Ｖ走査方法がノイズエコーが低く傷の反射エコーの識別性が高いためである。また、後方探傷は、横裂面からの反射エコーとの連続性をみることができ、横裂先端部の位置を正確に特定しやすい。なお、傷の面からの反射エコーが支配的になると先端部のエコーがこれに埋もれてしまい捉えにくい場合には、前方探傷を行うことが好ましい。
【００５１】
さらに、この装置では、縦軸１３に付された目盛り１３ｂ（図３参照）を用いて、レール踏面１００ｂの摩耗量を知ることができる。アーム２０が内方向（レール側）に回動してレールの上首部１００ｃに係合した状態では、スライダ１０とレール上首部１００ｃとの間の距離は、常にアーム２０の長さで決まる距離に保たれる。レール上首部１００ｃは車輪との摩擦による摩耗などが起こらず初期状態を保っているが、レール踏面１００ｂは車輪との摩擦により摩耗する。スライダ１０とレール上首部１００ｃ間の距離は一定であるので、レール踏面１００ｂが摩耗すると、図３の想像線で示すように、ローラ１１はレール踏面１００ｂに載っているためその高さが低くなるが、スライダ１０はローラ１１に対してバネ１７で上方に付勢されているため、スライダ１０とレール踏面１００ｂとの距離が長くなる。そこで、スライダ１０のレール踏面１００ｂからの高さを目盛り１３ｂで計測して、初期状態での高さと比較すれば、初期状態からのレール踏面１００ｂの摩耗量を知ることができる。
【００５２】
このような目盛り１３ｂを左右の縦軸１３に設けることにより、レール１００の幅方向の摩耗量の差を知ることができる。
【実施例】
【００５３】
レールに、横裂を模した種々の深さのスリットを放電加工により設けた試験片を準備した。スリットは、レール踏面における幅が１０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ及び３５ｍｍで、深さが各々１０ｍｍ、１５ｍｍ２０ｍｍ及び２５ｍｍである。各スリットの踏面に対する角度は６０°である。超音波探触子（２Ｋ１０Ａ６０ＰＳ（商品名）、株式会社検査技術研究所社製、探傷周波数：２ＭＨｚ、屈折角：横波屈折角６０°）を用いたレール探傷装置で、各試験片のスリットの深さを計測した。超音波探触子の配置方法は、レール腹部の両側に、横裂の進行方向に対して同じ側に位置させる二探触子Ｖ走査法とした。超音波パルスの入射方向は、横裂の進行方向後方から超音波を入射させる後方探傷と、前方から入射させる前方探傷の両方を行った。
【００５４】
図８は、スリットの設計寸法に対して計測結果をプロットしたグラフである。横軸は、スリット深さの設計寸法、縦軸は計測値を示す。
グラフの△で示すように、後方探傷の場合、設計寸法と計測値がほぼ一致しており、スリット深さを正確に計測できることがわかる。グラフの●で示す前方探傷の場合も、後方探傷に比べて精度は劣るが、ほぼ正確に計測できることがわかる。このことから、本発明のレール探傷装置により横裂の深さを正確に検知することができるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係るレール探傷装置の構造を説明する側面図である。
【図２】図１のレール探傷装置の正面図である。
【図３】図１のレール探傷装置の探触子の回転状態を説明する正面図である。
【図４】図１のレール探傷装置のローラ付近の構造を説明する側面図である。
【図５】超音波探傷子の配置を説明する図である。
【図６】後方探傷を説明する図である。
【図７】前方探傷を説明する図である。
【図８】スリットの設計寸法に対して計測結果をプロットしたグラフである。
【図９】レールの傷（亀裂）の状況を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  レール探傷装置                      １０  スライダ
１１  ローラ                              １３  縦軸
１５  支持部材                            １７  バネ
２０  アーム                              ２３  クランク機構
２５  ロッド                              ２７  ウオームホイール
３０  探触子回転機構                      ３１  ノブ
３２  回転軸                              ３３  ウオーム
５０  超音波探触子                        ５１  筐体
５２  探傷シュー
１００  レール
【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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