(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーク型の翼植込部を有するタービン動翼において、
複数のフォークのうち回転軸方向の端部に位置し、超音波探傷試験の対象となる外フォークと、
翼植込部の回転軸の径方向の外側に前記翼植込部と一体に取り付けられた翼取付部と、
この翼取付部上の面であって、翼が取り付けられている翼取付面と、
この翼取付面上に設けられ、超音波センサが載置される平滑面とを備え、
前記超音波センサから発振された超音波が前記平滑面に進入する点を発振基準点、
前記外フォークの回転軸方向における断面形状を回転軸の径方向に射影することによって前記翼取付面上に形成される射影像に対して、回転軸方向の両側から隣接する前記翼取付面上の領域をセンサ設置領域、
前記外フォークの回転軸方向の幅をフォーク幅（Ｗ３）、
前記外フォークが拡大する箇所を変曲点、
この変曲点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波通過深さ（Ｈ４）、
前記発振基準点から前記変曲点を通過して前記外フォークのピン穴と接するように作成された直線が前記外フォークの端面に到達する点を超音波到達点、
この超音波到達点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波到達距離（Ｈｃ）とするとき、
前記センサ設置領域は、回転軸方向の幅（Ｗ４）が
Ｗ４＝Ｈ４・Ｗ３／（Ｈｃ−Ｈ４）
を満たすように形成されており、
前記平滑面は、前記センサ設置領域内に前記発振基準点が位置するように設けられており、
さらに、
３５°≦ｔａｎ−１｛（Ｗ３＋Ｗ４）÷Ｈｃ｝≦５５°
（ただし、ｔａｎ−１は正接の逆関数）
が成立するように形成されていることを特徴とするタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォーク型の翼植込部を有するタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１の斜視図に示すように、タービンは、ディスク１と、タービン動翼（動翼）２と、ピン３を備えている。
【０００３】
ディスク１は、回転軸の外周側に取り付けられた円盤状の部材であり、ディスクフォーク４と、ピン穴５を有している。なお、図１（ａ）は、ディスク１の一部のみを示しており、ディスク１の部分的な断面形状を示している。
【０００４】
ディスク１は、動翼２の翼植込部７（後述）と係合するように設けられた複数のフォーク６を備えている。ディスク４のフォーク６は、翼植込部７のフォーク１０（後述）の間隔に対応する間隔で、ディスク１の外縁部上にロータ軸方向に沿って配置されている。
【０００５】
ピン穴５は、動翼２をディスク１に固定するためのピン３が挿入されるものである。このピン穴５は、動翼２のピン穴１１（後述）と中心と直径が同一となるよう製作されている。また、応力を分散して耐久性を向上するため、ピン穴５は複数設けられている。
【０００６】
動翼２は、フォーク型の翼植込部（翼フォーク）７と、翼取付部８と、翼部９を備えている。
【０００７】
翼植込部７は、動翼２をディスク１に取り付けた姿勢（翼取付姿勢）においてディスク１側に位置する部分であり、複数のフォーク１０とピン穴１１を有している。
【０００８】
フォーク１０は、翼取付姿勢においてロータ径方向の内側に突出した部材であり、ロータ軸方向に沿って複数配列されている。また、フォーク１０は、ディスク１のフォーク６と係合するように設けられており、複数のピン穴１１を有している。
【０００９】
ピン穴１１は、動翼２をディスク１に固定するためのピン３が挿入されるもので、翼植込部７の複数のフォーク１０をロータ軸方向から貫通するように設けられている。
【００１０】
翼取付部８は、ロータ径方向に所定の厚みを有する部分であって、翼植込部７と一体に取り付けられている。翼取付部８のロータ径方向外側の翼取付面１３には翼部９が取り付けられている。また、翼取付部８は、ロータ軸方向の両端に張出部１２を有している。張出部１２は、翼取付姿勢における翼植込部７のロータ軸方向の両端面と比較して、ロータ軸方向の端面が突出するように設けられた部分である。
【００１１】
この種のタービンでは、タービンの回転に伴ってピン穴１０に応力がかかるため、亀裂（以下、欠陥）が生じることがある。このため、供用中の動翼の信頼性を確認するために、フォーク１０の欠陥検査が重要視されている。
【００１２】
フォーク１０の欠陥検査には、従来、図１０に示す磁粉探傷試験（ＭＴ（Magnetic  particle  Testing））が利用されていた。ＭＴとは、検査対象４０にＮ磁極４１とＳ磁極４２で磁場をかけた際に欠陥４４から漏洩する磁束を検出する手法であって、欠陥の漏洩磁束に集積される蛍光物質を塗布した磁性金属粉４３に紫外線を照射し、その磁性金属粉４３の集積の有無を蛍光の発光として観察することで欠陥を検出する手法である。しかし、ＭＴによる欠陥検査ではピンを抜いてディスクと動翼を分解する必要があるため、検査に時間がかかるという問題があった。
【００１３】
そこで、非分解検査を実現する技術として、超音波探傷試験（ＵＴ（Ultrasonic Testing））の適用が検討された。ＵＴとは、図１１に示すように、超音波センサ４５を用いて検査対象４０内に超音波Ｕを送信し反射波を受信する検査方法であって、欠陥４３からの反射があるか否かで欠陥の有無を評価するものである。このＵＴのフォーク検査への適用手法としては、（１）図１１に示すように検査対象内で超音波を反射させて欠陥へ到達させる方法、（２）図１３に示すようにピン穴へ超音波を入射させて表面波に変換して欠陥へ到達させる方法が考えられる。
【００１４】
これらのＵＴ手法を利用して動翼の欠陥検査を行う技術には、図２６に示すダブテイル型の動翼に利用するのものとして、超音波探触子保持器とその位置決め治具を備えている超音波探傷センサが開発されている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−２４８３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、上記（１）の方法でＵＴを行う場合は、（i）検出感度を確保するために超音波を発振してから欠陥で反射するまでの反射回数の合計（欠陥での反射も含める）を４回以内とすること、（ii）図７に示すように反射効率を安定させるために超音波入射角の範囲を３５〜５５°程度とすることが必要となる。
【００１７】
しかし、フォーク形状が超音波の伝播を考慮したものではないため、反射回数と入射角度の制約のため、超音波が到達しない領域が発生する。また、後述の第１の実施の形態と第２の実施の形態の超音波到達距離の比較を表す図１６に示すように、翼設置面にＵＴセンサを設置すると超音波到達距離が長くなるが、翼設置面にＵＴセンサを設置しようとすると、翼曲面とセンサ間に隙間が生じ、超音波の入射が困難となる。
【００１８】
本発明の目的は、超音波探傷に好適なフォーク型翼植込部を有するタービン動翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上記目的を達成するために、フォーク型の翼植込部を有するタービン動翼において、複数のフォークのうち回転軸方向の端部に位置し、超音波探傷試験の対象となる外フォークと、翼植込部の回転軸の径方向の外側に前記翼植込部と一体に取り付けられた翼取付部と、この翼取付部上の面であって、翼が取り付けられている翼取付面と、この翼取付面上に設けられ、超音波センサが載置される平滑面とを備え、
前記超音波センサから発振された超音波が前記平滑面に進入する点を発振基準点、前記外フォークの回転軸方向における断面形状を回転軸の径方向に射影することによって前記翼取付面上に形成される射影像に対して、回転軸方向の両側から隣接する前記翼取付面上の領域をセンサ設置領域、前記外フォークの回転軸方向の幅をフォーク幅（Ｗ３）、前記外フォークが拡大する箇所を変曲点、この変曲点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波通過深さ（Ｈ４）、前記発振基準点から前記変曲点を通過して前記外フォークのピン穴と接するように作成された直線が前記外フォークの端面に到達する点を超音波到達点、この超音波到達点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波到達距離（Ｈｃ）とするとき、
前記センサ設置領域は、回転軸方向の幅（Ｗ４）が「Ｗ４＝Ｈ４・Ｗ３／（Ｈｃ−Ｈ４）」を満たすように形成されており、前記平滑面は、前記センサ設置領域内に前記発振基準点が位置するように設けられており、さらに、３５°≦ｔａｎ−１｛（Ｗ３＋Ｗ４）÷Ｈｃ｝≦５５°（ただし、ｔａｎ−１は正接の逆関数）が成立するように形成されているものとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フォーク型翼植込部を有するタービン動翼に対して超音波探傷を利用できるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】フォーク型翼植え込み部を備えるタービンの斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるタービン動翼の構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるタービン動翼でＵＴを行う際に用いられるＵＴセンサの構成図。
【図４】ＵＴセンサを用いてＵＴを行う方法を示す図。
【図５】超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］の分布の一例を示す図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における入射角θと最大到達距離Ｌとの関係図。
【図７】超音波反射効率の入射角依存性を示す図。
【図８】Ｗ１＝２５［ｍｍ］、Ｓ１＝５［ｍｍ］のときにおける超音波到達距離（Ｈ）のフォーク幅（Ｗ２）に対する依存性を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態におけるＵＴ実施手順のフローチャート。
【図１０】ＭＴによる欠陥検査の説明図。
【図１１】ＵＴによる欠陥検査の説明図。
【図１２】検査対象内で反射させた超音波によるＵＴの説明図。
【図１３】表面波に変換した超音波によるＵＴの説明図。
【図１４】ＵＴセンサの取付位置の形状による問題点の説明図。
【図１５】本発明の第２の実施の形態であるタービン動翼の構成図。
【図１６】Ｗ１＝２５［ｍｍ］、Ｓ２＝５［ｍｍ］のときにおける超音波到達距離（Ｈａ）の突出部幅（Ｗ２）に対する依存性を示す図。
【図１７】横波を表面波に変換するＵＴ方法の原理図。
【図１８】本発明の第３の実施の形態であるタービン動翼の構成図。
【図１９】シューを利用した超音波入射角変更の原理を表す図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態におけるＵＴ実施手順のフローチャート。
【図２１】本発明の第３の実施の形態において欠陥までの距離を求める方法の説明図。
【図２２】突出部の側面でモード変換した超音波をピン穴に入射する方法の説明図。
【図２３】縦波の入射角θＬとモード変換の効率を示す図、及び縦波の入射角θＬと横波の反射角θＴの関係を示す図。
【図２４】本発明の第４の実施の形態であるタービン動翼の構成図。
【図２５】本発明の第４の実施の形態におけるセンサ設置領域幅Ｗ４のフォーク幅Ｗ３への依存性を示す図。
【図２６】ダブテイル型タービン動翼植え込み部の形態を示す図。
【図２７】フォーク型翼植え込み部の長さの定義図。
【図２８】フォーク型翼植え込み部の長さの定義図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
図２は本発明の第１の実施の形態である動翼２の構成図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）はその正面図（ロータ径方向から見た図）、図２（ｃ）はその側面図（ロータ軸方向から見た図）である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００２４】
この図に示す翼取付面１３に平滑面１５が設けられている。平滑面１５は、翼取付面１３上のＵＴセンサ１６が載置される面であり、ＵＴセンサ１６を載置した際に翼取付面１３との間に隙間が生じないように平滑となっている。なお、平滑面１５の面積は、ＵＴが可能な最小のＵＴセンサの大きさを考慮して９ｍｍ２以上にすることが好ましい。また、動翼を回転させる流体の乱れの発生を抑制することを考慮して１００ｍｍ２以下とすることが好ましい。また、本実施の形態の平滑面１５の大きさは、ＵＴセンサ１６の位置合わせが容易なようにＵＴセンサ１６の底面積と等しくしてあるが、ＵＴセンサ１６の底面積より大きくしても勿論良い。
【００２５】
次に図３から図５を用いてＵＴセンサ１６について説明する。
【００２６】
図３はタービン動翼２でＵＴを行う際に用いられるＵＴセンサ１６の構成図である。この図において、ＵＴセンサ１６は、複数の超音波素子３１と、検査対象に面する各超音波素子３１の底面に設けられた電極３２と各超音波素子３１の上面に設けられた電極３２Ｂに電圧を印加する信号線３３と、電極３２Ｂ上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー３４を備えている。ダンパー３４は、超音波発振時の残振を減らすので、Ｓ／Ｎを向上することができる。また、超音波素子３１、電極３２、及びダンパー３４は、保護ケース３５内に格納されている。超音波素子３１としてはＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ等の圧電素子を、電極３２と電極３２ＢしてはＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の導電性の高い金属を、信号線３３としては銅線を、ダンパー３４としてはＨｆ，Ｗ，Ｔａ等の金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース３５は、樹脂、金属のうち１つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。
【００２７】
図４はＵＴセンサ１６を用いてＵＴを行う方法を示す図である。この図に示すように、ＵＴを行う際には、センサ１６内に平行配置した複数の超音波素子３１から収束点３６に同時に超音波が届くように、各超音波素子３１における超音波発振開始時間を調整する。ここで、超音波素子３１と収束点との最大距離をｍａｘ（Ｌ）［ｍ］、図中左からｉ番目の超音波素子３１と収束点との距離をＬｉ［ｍ］、超音波の伝搬速度（音速）をＶ［ｍ／ｓ］、ｉ番目の超音波素子３１のＸ座標をｘｉ［ｍ］、ｉ番目の超音波素子３１のＹ座標をｙｉ［ｍ］、収束点のＸ座標をｘｆ［ｍ］、収束点のＹ座標をｙｆ［ｍ］とすると、ｉ番目の超音波素子３１と収束点との距離Ｌｉ［ｍ］、及び各超音波素子３１の超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］は次式（１），（２）で表される。  
Ｌｉ＝（（ｘｉ−ｘｆ）2＋（ｙｉ−ｙｆ）2）1/2［ｍ］・・・（１）
ｄｔ＝（ｍａｘ（Ｌ）−Ｌｉ）／Ｖ［ｓ］・・（２）
図５は超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］の一例を示す図である。この図は、超音波素子３１の総数が２０個、Ｖ＝５７８０［ｍ／ｓ］、ｘｉ＝（０．５ｉ−０．２５）×１０−3［ｍｍ］、ｙｉ＝０［ｍ］、ｘｆ＝０［ｍ］、ｙｆ＝３×１０−2［ｍ］のときの超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］を示している。この図に示すように、収束点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から収束点への超音波到達時間が揃うので信号強度を強くすることができる。
【００２８】
ここで図２に戻る。図２が示すように、平滑面１５上の点であってＵＴセンサ１６の中心が載置される点を発振基準点Ｐ１、外フォーク１０ａの張出部１２ａ側に位置する端面を外側端面２０、外フォーク１０ａのロータ軸方向の端面であって他のフォーク１０側に位置するものを内側端面２１、張出部幅をＷ１、外フォーク１０ａの幅をフォーク幅Ｗ２、発振基準点Ｐ１から張出部１２ａのロータ軸方向の端面までの距離をセンサ距離Ｓ１とする。なお、図示したように、本実施の形態におけるＷ２は、ロータ径方向において一定となっている。
【００２９】
ここで、発振基準点Ｐ１から端面２１に対して入射角θで超音波Ｕを発振する場合、欠陥からの反射波の検出感度を確保するために超音波Ｕを発振してから欠陥で反射するまでの合計反射回数を４回以内にする必要があることを考慮すると、超音波Ｕが外フォーク１０ａ内で反射したときに到達する距離（Ｌ）は、Ｗ１、Ｗ２、Ｓ１を利用して次式（３）で与えられる。
【００３０】
Ｌ＝（Ｗ１−Ｓ１＋４Ｗ２）／ｔａｎθ・・・（３）
また、この式（３）においてＷ１，Ｗ２，Ｓ１を固定して入射角θ（θ１＜θ２）を大きくすると、図６に示すように到達距離Ｌ（Ｌ１＞Ｌ２）が小さくなることが分かる。また、上記式（３）で表される到達距離Ｌは、図７の超音波の反射効率の入射角依存性に示すように反射効率が安定している３５〜５５°の範囲に制限すると、次式（４）のようにθ＝３５°のときに最大値（Ｌｍａｘ）となる。
【００３１】
Ｌｍａｘ＝（Ｗ１−Ｓ１＋４Ｗ２）／ｔａｎ３５°・・・（４）
ここで、外フォーク１０ａ上でＵＴセンサ１６からの超音波の到達が必要な最長到達点をＰ２とし、Ｐ１からＰ２までのロータ径方向における距離を必要到達距離Ｈとする。このとき、Ｐ２まで超音波Ｕを到達させるためには必要到達距離Ｈよりも最大到達距離Ｌｍａｘが大きくなるように設定すれば良い（即ち「Ｈ≦Ｌｍａｘ」）。これにより本実施の形態のタービン動翼２は、必要到達距離Ｈ、張出部幅Ｗ１、フォーク幅Ｗ２、及びセンサ距離Ｓ１の値が次式（５）を満たすように形成されている。
【００３２】
ｔａｎ３５°≦（Ｗ１−Ｓ１＋４Ｗ２）／Ｈ・・・（５）
図８は、Ｗ１＝２５［ｍｍ］、Ｓ１＝５［ｍｍ］、θ＝３５［°］のときにおける超音波到達距離（Ｈ）のフォーク幅（Ｗ２）に対する依存性を示した図である。図８中の直線は、式（５）にＷ１＝２５［ｍｍ］、Ｓ１＝５［ｍｍ］、θ＝３５［°］を代入した式（Ｈ≦（２０＋４Ｗ２）／ｔａｎ３５°）によって描かれるものである。例えば、Ｈ＝１００［ｍｍ］の場合、Ｗ２は約１２．５［ｍｍ］以上にする必要があることが分かる。
【００３３】
ところで、欠陥はピン穴１１の周囲に発生するので、上記において必要到達距離Ｈは、ピン穴１１ａの位置となる。
【００３４】
また、上記の実施の形態において、張出部１２ａの厚みは下記のように決定すると良い。ここで図２に示すＰ１からＰ２に対して発振された超音波Ｕが張出部１２ａを通過する際に到達する深さを張出部通過深さ（Ｈ１）とすると、Ｈ１は翼取付面１３を基準として「Ｈ１＝（Ｗ１−Ｓ１）／ｔａｎθ」で表される。これにより、例えば、図８の例（Ｗ１＝２５，Ｄ１＝５，θ＝３５°）では、Ｈ１は約２８．７［ｍｍ］となる。なお、このＨ１の範囲は、超音波の反射効率の安定性を考慮すると、
「（Ｗ１−Ｓ１）／ｔａｎ５５°≦Ｔ１≦（Ｗ１−Ｓ１）／ｔａｎ３５°」となる。したがって、外フォーク１０ａの外側端面２０位置における張出部１２ａの厚さを張出部最小厚さ（Ｔ１）とすると、「Ｈ１≦Ｔ１」とすれば良い。このように張出部１２ａを形成すれば、超音波Ｕを張出部１２ａ内で反射させることなく、外フォーク１０ａ内へ導入することができる。
【００３５】
図９は本実施の形態におけるＵＴ実施手順のフローチャートである。この図に示すように、本実施の形態においてＵＴを実施するためには、まず、翼植込部７（外フォーク１０ａ及び張出部１２ａ）の形状、ＵＴセンサ１６内の超音波素子３１の位置、及び式（１）（２）から、超音波発振開始時間差ｄｔを求める（Ｓ２０１）。次に、ＵＴセンサ１６を平滑面１５上に設置し、Ｓ２０１で求めた時間差ｄｔを利用して超音波を発振し、超音波探傷信号を取得する（Ｓ２０２）。最後に、超音波探傷信号の測定結果から翼植込部７の欠陥の有無を評価してＵＴを終了する（Ｓ２０３）。
【００３６】
次に本実施の形態の効果について、比較例等を参照しながら説明する。
【００３７】
フォーク型のタービン動翼植込部の欠陥検査には、従来、磁粉探傷試験（ＭＴ（Magnetic  particle  Testing））が利用されていた。しかし、このＭＴによる欠陥検査をフォーク型翼植込部を有するタービン動翼に用いると、ピンを抜いてディスクと動翼を分解する必要があるため、検査に時間がかかるという問題があった。そこで、非分解検査を実現する技術として、ＵＴによる検査技術が開発された。ＵＴとは、超音波センサを用いて検査対象内に超音波Ｕを送信し反射波を受信する検査方法であって、欠陥からの反射があるか否かで欠陥の有無を評価するものである。このＵＴの手法としては、図１２に示した検査対象４０内で超音波Ｕを反射させて欠陥４３へ到達させる方法がある。しかし、この方法でＵＴを行う場合は、（i）検出感度を確保するために超音波を発振してから欠陥で反射するまでの反射回数の合計（欠陥での反射も含める）を４回以内とすること、（ii）反射効率を安定させるために超音波反射角の範囲を３５〜５５°程度とすることが必要となる。この制約のため、超音波を欠陥４３まで到達できない場合があった。
【００３８】
これに対して本実施の形態のタービン動翼は、超音波センサ１６が載置される平滑面１５を翼取付面１３上に有しており、Ｗ１、Ｗ２、Ｓ１、Ｈの間に、「ｔａｎ３５°≦（Ｗ１−Ｓ１＋４Ｗ２）／Ｈ」が成立するように形成されている。このようにタービン動翼を形成すれば、ＵＴが必要な箇所のうちロータ径方向の最も内側に位置する点（最長到達点Ｐ２）に超音波を発振するときにも上記条件（i）（ii）が満たされるので、Ｐ２よりロータ径方向の内側に位置する部分にも超音波を到達することができる。これによりフォーク型翼植込部を有するタービン動翼の供用中に欠陥が発生してもＵＴによって発見することが容易になるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。
【００３９】
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００４０】
本実施の形態のタービン動翼２Ａが第１の実施の形態のタービン動翼２と異なる点は、ＵＴセンサ１６を張出部１２ａのロータ径方向の外側端面に取り付けている点である。
【００４１】
図１５は本発明の第２の実施の形態であるタービン動翼２Ａの構成図である。図１５（ａ）はタービン動翼２Ａの上面図、図１５（ｂ）はその正面図（ロータ径方向から見た図）、図１５（ｃ）はその側面図（ロータ軸方向から見た図）である。なお、この図では翼部９は省略してある。
【００４２】
この図において、張出部１２ａのロータ径方向の端面は平滑に設けられており、この端面上にはＵＴセンサ１６が着脱可能に取り付けられている。また、この図において、張出部１２ａのロータ径方向の端面上の点であってＵＴセンサ１６の中心が載置される点を発振基準点Ｐ１ａとし、Ｐ１ａから翼取付面１３までの距離をセンサ距離Ｓ２とする。このとき、Ｐ１ａにおいて入射角θで発振された超音波Ｕが外フォーク１０ａ内で４回目に反射する点から翼取付面１３までの距離（最大到達距離Ｌａ）は、張出部幅Ｗ１、フォーク幅Ｗ２、及びセンサ距離Ｓ２を利用して次式（６）で与えられる。  
Ｌａ＝（Ｗ１＋４Ｗ２）／ｔａｎθ＋Ｓ２・・・（６）
第１の実施の形態同様、超音波の反射効率の安定性から最大到達距離Ｌａはθ＝３５°のときに実質最大となることを考慮すると、翼取付面１３から最長到達点Ｐ２までのロータ径方向における距離を必要到達距離Ｈａは、次式（８）を満たすように設定すれば良い。
【００４３】
Ｈａ≦（Ｗ１＋４Ｗ２）／ｔａｎ３５°＋Ｓ２・・・（８）
図１６は、Ｗ１＝２５［ｍｍ］、Ｓ２＝５［ｍｍ］、θ＝３５［°］における超音波到達距離（Ｈａ）のフォーク幅（Ｗ２）に対する依存性を示した図である。この図において、Ｈａ＝１００［ｍｍ］とすると、Ｗ２は約１０．４［ｍｍ］以上にする必要があることが分かる。
【００４４】
また、図１６中の１点破線は同一の翼植え込み部形状における第１の実施の形態の超音波到達距離の参照データである。この破線は式（４）にＷ１＝２５［ｍｍ］、Ｓ１＝５［ｍｍ］、θ＝３５［°］を代入した式（Ｈａ≦（２５−５＋４Ｗ２）／ｔａｎ３５°）によって描かれるものである。このように第２の実施の形態は、第１の実施の形態に比し超音波到達距離は短くなる。しかし、以上のように構成した本実施の形態のタービン動翼２Ａによれば、第１の実施の形態のように翼取付面１３上に平滑面を設けることなくＵＴを実施することができる。したがって、翼取付面１３に平滑面を設けることが難しい場合にも、ＵＴを実施することができる。
【００４５】
次に本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００４６】
本実施の形態のタービン動翼２Ｂが上記の各実施の形態のタービン動翼と異なる点は、横波を表面波（レイリー波）に変換してＵＴを行っている点である。
【００４７】
図１７はこのＵＴ方法の原理図である。この図に示すように、横波をレイリー波に変換してＵＴを行う際には、ピン穴の表面に接するように超音波Ｕを発振する。この図において、接線５０は超音波Ｕの発振位置からピン穴１１の表面に接するように作成した直線であり、接点５１は直線５０がピン穴１１と接する点である。横波５２は接線５０上を進むように発振されており、接点５１でピン穴１１の表面に接する。接点５１でピン穴１１の表面に接した横波５２は、レイリー波５３となってピン穴１１の表面を伝播し、ピン穴１１の表面に形成された欠陥５４に到達している。ピン穴１１においてレイリー波を発生させるためには、ピン穴１１の径方向の振動成分が超音波Ｕに含まれていることが必要であるため、超音波Ｕは、図１７に示すような側面図内で振動する成分（即ち、横波成分）を有している。
【００４８】
以下では、まず、横波成分を有する超音波Ｕをピン穴１１の表面に直接入射する方法について説明する。
【００４９】
図１８は本発明の第３の実施の形態であるタービン動翼２Ｂの構成図である。図１８（ａ）はタービン動翼２Ｂの上面図、図１８（ｂ）はその正面図（ロータ径方向から見た図）、図１８（ｃ）はその側面図（ロータ軸方向から見た図）である。フォーク１０のロータ軸方向における断面形状を翼取付面１３に対してロータ径方向に射影するものとする。このとき、平滑面１５Ｂは、翼取付面１３上に射影されたフォーク１０の断面形状（断面形状Ｄ１とする）内に発振基準点Ｐ１ｂが位置するように設けられている。すなわち、本実施の形態の平滑面１５Ｂは、図１８（ｂ）に示すフォーク１０の端面６０に対し、発振基準点Ｐ１ｂがロータ径方向外側に位置するように翼取付面１３上に設けられている。このように平滑面１５Ｂを形成すると、ピン穴１１に超音波Ｕを直接入射させることができるので、レイリー波を利用したＵＴを実施することができる。
【００５０】
図１８に示すタービン動翼２Ｂは、翼取付面１３上に、超音波センサ（ＵＴセンサ）５５が載置される平滑面１５Ｂを有している。ＵＴセンサ５５は、単一の超音波素子を利用したシングルプローブ型のもので、シュー５６を超音波発信素子と試験体間に挿入することで超音波入射角θを調整する。図１９は本実施の形態のタービン動翼のＵＴに利用するシューの構成図である。この図に示すように、シュー５６は、角度θ１に傾いた斜面５７を有するクサビ型に形成されおり、平滑面１５Ｂ上に載置されている。斜面５７上にはネジ等によってＵＴセンサ５５が固定されている。シュー５６内での超音波速度をＶ１とし、検査対象（タービン動翼２Ｂ）内での超音波速度をＶ２とし、検査対象内での超音波入射角度をθ２とする。このとき、スネルの法則から下記式（９）が成り立つ。  
ｓｉｎθ１／Ｖ１＝ｓｉｎθ２／Ｖ２・・・（９）
したがって、平滑面１５Ｂに対する超音波入射角θ２を所望の角度に調整する場合には、（９）式が成立する角度θ１を有するシュー５６を用いて超音波を発振すれば良い。また、シュー５６の素材としてはアクリル等を利用することが好ましい。
【００５１】
図２０は本実施の形態におけるＵＴ実施手順のフローチャートである。この図に示すように、本実施の形態においてＵＴを実施するためには、まず、発振基準点Ｐ１ｂを通過しかつピン穴１１の表面に接する直線の傾きから、平滑面１５Ｂに対する超音波Ｕの入射角θ２を求める（Ｓ２１１）。このように定めた入射角θ２で超音波Ｕを入射すれば、超音波Ｕはピン穴１１の表面でレイリー波に変換される。次に、Ｓ２１１で求めた入射角θ２と、シュー５６内での超音波速度Ｖ１と、タービン動翼２Ｂ内での超音波速度をＶ２を、式（９）に代入し、シュー５６の傾斜角度θ１を求める（Ｓ２１２）。そして、Ｓ２１２で求めた角度θ１を有し、斜面５７上にＵＴセンサ５５が固定されたシュー５６を平滑面１５Ｂ上に載置し、超音波を発振して超音波探傷信号を取得する。最後に、超音波探傷信号の測定結果から翼植込部７（フォーク１０）の欠陥の有無を評価してＵＴを終了する（Ｓ２１３）。
【００５２】
上記のように構成したタービン動翼２Ｂによれば、翼取付面１３上に設けた平滑面１５Ｂを介して超音波Ｕをピン穴１１の表面に対して直接入射することができる。これにより、超音波Ｕの横波成分をピン穴１１でレイリー波に変換して、ピン穴１１の表面上を伝播させることができる。これによりフォーク型翼植込部を有するタービン動翼の供用中に欠陥が発生してもＵＴによって発見することが容易になるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態において、欠陥が無い場合に得られる超音波探傷信号と、欠陥が有る場合に得られる超音波探傷信号とを比較することで、ＵＴセンサ５５から欠陥までの距離を求める方法を図２１を利用して説明する。図２１（ａ）は欠陥が無い場合、図２１（ｂ）は欠陥が有る場合のものである。この図において、ピン穴１１に対する横波６１の入射点をＡ点とし、フォーク１０の側面をＢ点とし、ピン穴上の欠陥６３の位置をＣ点とする。レイリー波が伝播する面が平面でない場合には、曲面の曲がり（曲率等）に応じてレイリー波の伝搬速度が異なることが知られている。レイリー波の伝搬速度が既知でない場合においても、超音波の入射点（Ａ点）からフォーク１０の端面（Ｃ点）までの伝搬時間と、超音波の入射点（Ａ点）から欠陥（Ｂ点）までの伝搬時間の比を求めることによって、円弧ＡＢと円弧ＡＣの長さの比を求めることができる。したがってこの円弧ＡＢ及び円弧ＡＣの長さの比に基づいて、欠陥までの距離を求めることができる。
【００５４】
上記では、超音波Ｕをピン穴１１に直接入射する方法について説明したが、縦波成分で形成された超音波を一旦フォーク１０の側面に入射し、モード変換によって縦波成分を横波成分に変換してからピン穴１１に入射させる方法を利用しても良い。次に、この方法を図２２及び図２３を用いて説明する。
【００５５】
図２２はフォーク１０の側面でモード変換した超音波をピン穴に入射する方法の説明図、図２３（ａ）は縦波の入射角θＬとモード変換の効率を示す図、図２３（ｂ）は縦波の入射角θＬと横波の反射角θＴの関係を示す図である。
【００５６】
図２２において、縦波成分から成る超音波は、平滑面１５Ｂに対して入射角θ２（θ２＋θＬ＝９０°）で入射され、フォーク１０の側面に対して入射角θＬで入射している。フォーク１０に入射角θＬで入射した超音波（縦波成分）は、
ｓｉｎ（θＴ）÷ＶＳ＝ｓｉｎ（θＬ）÷ＶＬ  （１１）
に基づいて横波にモード変換されて反射角θＴで反射される。
【００５７】
例えば、ＶＳ＝３１００［ｍ／ｓ］、ＶＬ＝６１００［ｍ／ｓ］の検査対象の平滑面１５Ｂからθ２＝３０°で縦波の超音波を入射すると、フォーク１０の側面に対する縦波の入射角θＬは６０°となる。このように縦波が入射角６０°で入射される場合、フォーク１０における横波へのモード変換効率は図２３（ａ）に示されるように９０％以上にし、モード変換が効率的に行われる。また、モード変換後の横波は、図２３（ｂ）に示されるように、約３０°で反射される。したがって、平滑面１５Ｂに入射角３０°で縦波を入射させれば、ピン穴１１に対して幾何学的に探傷に好適な横波が発生することが分かる。このように、縦波を横波にモード変換してＵＴを実施する場合には、モード変換効率と反射角θＴを考慮しながら入射角θ２を定め、超音波をピン穴１１に入射すれば良い。
【００５８】
なお、上記では、シングルプローブ型のＵＴセンサ５５を利用する方法について説明したが、本実施の形態でも第１及び第２の実施の形態のようなアレイ型のＵＴセンサ１６を利用し、発振開始時間差（ｄｔ）を与えて超音波を入射しても良いことは言うまでもない。
【００５９】
次に本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００６０】
本実施の形態のタービン動翼２Ｃが第３の実施の形態と異なる点は、ＵＴセンサ５５の設置箇所である。
【００６１】
図２４は本発明の第４の実施の形態であるタービン動翼２Ｃの構成図である。図２４（ａ）はタービン動翼２Ｃの上面図、図２４（ｂ）はその正面図（ロータ径方向から見た図）、図２４（ｃ）はその側面図（ロータ軸方向から見た図）である。この図に示すタービン動翼２Ｃは、翼取付面１３上に設けられた領域Ｄ２のいずれかに、発振基準点Ｐ１ｃが設定される平滑面１５Ｃを備えている。平滑面１５Ｃは、翼取付面１３上に設けられた平滑な面であって、超音波センサ５５又は超音波センサ５５が固定されたシュー５６が載置される面である。発振基準点Ｐ１ｃは、ＵＴセンサ５５から発振された超音波Ｕが平滑面１５Ｃに進入する点である。平滑面１５Ｃは、センサ設置領域Ｄ２内に発振基準点Ｐ１ｃが位置するように翼取付面１３上に設けられている。
【００６２】
図２４（ｂ）に示すように、フォーク１０のロータ径方向の幅をＷ３、Ｗ３が拡大する箇所をＰ３、Ｐ３からＰ１ｃまでのロータ径方向における距離を超音波通過深さＨ４とし、Ｐ３を通りピン穴１１ｂと接する直線がフォーク１０の端面に到達する点を超音波到達点Ｐ２ｃとし、Ｐ３を通りピン穴１１ｂと接する直線が翼取付面１３に到達する点をＰ１ｃｍとし、Ｐ２ｃからＰ１ｃまでのロータ径方向における距離を超音波到達距離Ｈｃとする。なお、本実施の形態では、フォーク幅Ｗ３はロータ径方向において一定であり、超音波通過深さＨ４はフォーク１０のロータ軸方向の端面の位置における翼取付部８の厚さに相当している。ここで、Ｐ１ｃｍは領域Ｄ２の境界線上の点である。このとき、センサ設置領域Ｄ２のロータ軸方向における幅Ｗ４は、次式（１０）によって与えられる。
【００６３】
Ｗ４＝Ｈ４・Ｗ３／（Ｈｃ−Ｈ４）・・・（１０）
このように幅Ｗ４を有するセンサ設置領域Ｄ２を設定し、その領域内にＰ１ｃが位置するように平滑面１５Ｃを設ければ、フォーク１０に設けられた複数のピン穴１１に対して超音波Ｕを直接入射することができる。これによりフォーク型翼植込部を有するタービン動翼の供用中に欠陥が発生してもＵＴによって発見することが容易になるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。
【００６４】
図２５はセンサ設置領域幅Ｗ４のフォーク幅Ｗ３への依存性を示す図である。図２５（ａ）は超音波通過深さＨ４を一定（３０［ｍｍ］）とした場合のものであり、図２５（ｂ）は超音波到達距離Ｈｃと超音波通過深さＨ４の差（本実施の形態ではフォーク１０の長さ）“Ｈｃ−Ｈ４”を一定（８０［ｍｍ］）とした場合のものである。この図に示すように、フォーク幅Ｗ３を大きくすると、センサ設置領域幅Ｗ４を大きくすることができる。このように本実施の形態によれば、第３の実施の形態と比較してＵＴセンサの設置位置の自由度を増加することができる。
【００６５】
このように平滑面１５Ｃを設ければ、第３の実施の形態同様に、超音波センサ５５から発振された超音波Ｕをピン穴１１ｂの表面に接するように直接入射することができる。また、このように最もロータに近いピン穴１１ｂに対して超音波Ｕを入射できれば、ピン穴１１ｂよりロータ径方向外側に位置する他のピン穴１１に対しても超音波Ｕを入射することができるので、フォーク１０に設けられたすべてのピン穴１１に対してＵＴを実施することができる。特に本実施の形態によれば、平滑面を設けることができる範囲を第３の実施の形態の場合より拡張することができるので、平滑面設置位置の自由度を向上させることができる。これにより、例えば、第３の実施の形態の設置位置では作動流体の流れを乱す恐れがある場合にも、本実施の形態によってそれを解消できることもある。
【００６６】
本実施の形態においては、第３の実施の形態で説明した、ＵＴセンサ５５から欠陥までの距離の求め方や、フォーク１０の側面でのモード変換を利用したＵＴ方法等は、本実施の形態にも勿論適用することができる。また、アレイ型のＵＴセンサ１６も本実施の形態に勿論利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  ディスク
２    タービン動翼
３    ピン
４  ディスクフォーク
５  ピン穴
６  ディスク１のフォーク
７    翼植込部
８    翼取付部
９    翼部
１０  フォーク
１０ａ  外フォーク
１１  ピン穴
１１ａ  最もロータに近いピン穴
１２  張出部
１２ａ  張出部
１３  翼取付面
１５  平滑面
１５Ｂ  平滑面
１５Ｃ  平滑面
１６  ＵＴセンサ
２０  外側端面
２１  内側端面
３１  超音波素子
３２  電極
３２Ｂ  電極
３３  信号線
３４  ダンパー
３５  保護ケース
３６  収束点
４０  検査対象
４１  Ｎ磁極
４２  Ｓ磁極
４３  磁性金属粉
４４  欠陥
４５  超音波センサ
５０  超音波Ｕの発振位置からピン穴１１の表面に接するように作成した直線
５１  直線５０がピン穴１１と接する点
５２  横波
５３  レイリー波
５５  ＵＴセンサ
５６  シュー
５７  シュー上の斜面
６０  フォーク１０の端面
６１  横波
Ｗ１  張出部幅
Ｗ２  突出部幅
Ｗ３  突出部幅
Ｗ４  センサ設置領域幅
Ｓ１  センサ距離
Ｓ２  センサ距離
θ    入射角
Ｈ    必要到達距離
Ｈ１  張出部通過深さ
Ｈ４  超音波通過深さ
Ｈｃ  超音波到達距離
Ｄ１  断面形状
Ｄ２  センサ設置領域
Ｔ１  張出部最小厚さ
Ａ点  横波６１の入射点
Ｂ点  フォーク１０の側面
Ｃ点  ピン穴上の欠陥６３の位置
Ｐ１  発振基準点
Ｐ１ｂ  発振基準点
Ｐ１ｃ  発振基準点
Ｐ２  最長到達点
Ｐ３  Ｗ３が拡大する箇所
Ｐ１ｃｍ  Ｐ３を通りピン穴１１ｂと接する直線が翼取付面１３に到達する点
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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