生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_超音波探傷ヘッド |
| 出願番号： | 2011279378 |
| 年次： | 2013 |
| IPC分類： | G01N 29/28,G01N 29/04 |
特許情報キャッシュ
川浪 精一 西田 純一朗 切東 章浩 JP 2013130445 公開特許公報(A) 20130704 2011279378 20111221 超音波探傷ヘッド 三菱重工業株式会社 000006208 光石 俊郎 100078499 光石 忠敬 230111796 光石 春平 230112449 田中 康幸 100102945 松元 洋 100120673 川浪 精一 西田 純一朗 切東 章浩 G01N 29/28 20060101AFI20130607BHJP G01N 29/04 20060101ALI20130607BHJP JPG01N29/28G01N29/10 3 1 ＯＬ 11 2G047 2G047AA05 2G047AB01 2G047BA03 2G047BB01 2G047BC03 2G047BC07 2G047CA01 2G047GA03 2G047GE01 2G047GE03 本発明は超音波探傷ヘッドに関するものであり、液体の接触媒質を使用することができない部位であっても、精度よく且つ効率的に超音波探傷検査ができるように工夫したものである。 配管や機器の健全性を検査するために、肉厚測定や欠陥検出を行う超音波探傷検査が行われている。超音波探傷検査をするためには、超音波探傷ヘッドを被検体（配管や機器など）の表面に接触させて、超音波を被検体に伝搬させる。 このとき、超音波を被検体に確実に伝搬させるために、接触媒質が用いられる。接触媒質としては、一般的には、水やグリセリン、ひまし油などの、液体の接触媒質が使われる。 一方で、被検体によっては、液体の接触媒質が使えないものがある。このような部位を超音波探傷検査するには、液体の接触媒質の代わりに、ゲル状または固体状のドライカプラントが用いられている。ドライカプラントは、超音波ゲル材などの樹脂やゴム材などにより形成されている。 図８は、ドライカプラント１を用いて超音波探傷検査をする状態を示している。同図に示すように、被検体２の表面に面状のドライカプラント１を載せ、このドライカプラント１の表面に沿い超音波探傷ヘッド３を走査させていって、超音波探傷検査をしている。 なお、超音波探傷ヘッドとしては、回転式の超音波探傷ヘッドがある。回転式の超音波探傷ヘッドは、探触子を備えた探触子支持体に対して、タイヤが回転自在に備えられたものであり、探触子支持体を回転中心としてタイヤが回転する。探触子支持体とタイヤとの間の空間には液体の接触媒質が充填されている（特許文献１，２参照）。 このような回転式の超音波探傷ヘッドでは、タイヤを被検体の表面に接触させた状態で、探触子を備えた探触子支持体を走査移動させていくと、タイヤが被検体の表面に接触しつつ回転していって超音波探傷検査をする。 この場合、被検体の表面に予め液体の接触媒質を塗布しており、検査時には、被検体と回転するタイヤとの間に液体の接触媒質を介在させている。特開昭６２−２８８５６５号公報特開２００４−１４４５６１号公報 ところで、ドライカプラントは、超音波を透過させるためゴム状やゲル状の物質で形成されており、被検体にくっつくような材質である。このためドライカプラントは、静止摩擦係数が大きく、一般的な液体カプラントを用いた場合と異なり、被検体に載せたドライカプラント上で超音波探傷ヘッドを滑らかに走査させることが困難であった。 本発明は、上記従来技術に鑑み、液体の接触媒質を使用することができない部位であっても、精度よく且つ効率的に超音波探傷ができる超音波探傷ヘッドを提供することを目的とする。 上記課題を解決する本発明の構成は、 探触子と、前記探触子を支持する支持部を回転中心として回転するタイヤと、前記探触子と前記タイヤとの間の空間に充填された液体の接触媒質と、を有する超音波探傷ヘッドにおいて、 前記タイヤは、少なくとも外周側の部分がドライカプラント材で形成されていることを特徴とする。 また本発明の構成は、 探触子と、前記探触子を間にして離間して配置された一対の回転ローラと、前記一対の回転ローラに架け渡たされた状態で前記一対の回転ローラに巻き掛けられた無端ベルトと、前記無端ベルトの内側空間に配置された前記探触子と前記無端ベルトとの間の空間に充填された液体の接触媒質と、を有する超音波探傷ヘッドにおいて、 前記無端ベルトは、少なくとも外周側の部分がドライカプラント材で形成されていることを特徴とする。 また本発明の構成は、 探触子と、前記探触子の超音波送受信面に密着されたドライカプラント板とを有する超音波センサ部と、 前記超音波センサ部を移動させていくことにより、被検体の表面の異なる複数の位置に、前記超音波センサ部の前記ドライカプラント板を順に密着させるスキャナ機構と、 からなることを特徴とする。 本発明によれば、超音波探傷ヘッド自体にドライカプラント材を組み込んでいるため、液体の接触媒質を使えない部位であっても、超音波探傷検査をすることができる。本発明の実施例１に係る超音波探傷ヘッドを示す断面図。本発明の実施例１に係る超音波探傷ヘッドを示す断面図。本発明の実施例１に係る超音波探傷ヘッドを、走査状態と共に示す構成図。本発明の実施例１に係る超音波探傷ヘッドを、走査状態と共に示す構成図。本発明の実施例２に係る超音波探傷ヘッドを示す断面図。本発明の実施例２に係る超音波探傷ヘッドを示す平面図。本発明の実施例３に係る超音波探傷ヘッドを示す構成図。従来技術を示す構成図。 以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。 図１，図２は、本発明の実施例１に係る回転式の超音波探傷ヘッドＨ１を示す。図１は図２のI−I断面図であり、図２は図１のII−II断面図である。 図１，図２に示すように、超音波探傷ヘッドＨ１の探触子支持体１１は、中空の棒状をなしており、探触子１２を支持している。 探触子１２は振動子１２ａを備えると共に、超音波送受面１２ｂが探触子支持体１１の外側に露出している。また探触子１２のリード線１２ｃは、探触子支持体１１の内部空間に配置され、外部の超音波探傷器（図示省略）に接続されている。 探触子支持体１１の一端側（図２では右側）には、シール機能を有する軸受部１３ａを介して、リング板状の端板１４ａが回転自在に備えられている。探触子支持体１１の他端側（図２では左側）には、シール機能を有する軸受部１３ｂを介して、リング板状の端板１４ｂが回転自在に備えられている。つまり、探触子１２を間にして、端板１４ａ，１４ｂが間隔を開けて相対向している。 タイヤ１５は、端板１３ａ，１３ｂの周縁部に取り付けられており、端板１３ａ，１３ｂで挟まれた空間を跨いだ状態で端板１３ａ，１３ｂの周方向全体に亘って配置されている。 このタイヤ１５は、内周側タイヤ１５ａと外周側タイヤ１５ｂとで構成されている。内周側タイヤ１５ａはタイヤ材（ゴム等）で形成されており、外周側タイヤ１５ｂはドライカプラント材（超音波ゲル材などの樹脂やゴム材等）で形成されている。 外周側タイヤ１５ｂは、内周側タイヤ１５ａの外周に、一般的な有機系の接着剤などで接着されている。この接着剤は、接着層が薄いため、インピーダンスの差や減衰が多少あったとしても、ほとんど悪影響はない。ただし、接着剤としては、内周側タイヤ１５ａや外周側タイヤ１５ｂの材質を変質させるような成分が含まれている接着剤は用いない。 なお、内周側タイヤ１５ａの外周面に、ドライカプラント材を塗布して外周側タイヤ１５ｂを形成するようにしてもよい。 接触子支持体１１と、端板１４ａ，１４ｂと、タイヤ１５とで囲まれた空間には、液体の接触媒質１６が充填されている。このため接触子１２は、液体の接触媒質１６の中に配置されることとなる。 結局、実施例１の超音波探傷ヘッドＨ１では、探触子１２を支持する探触子支持体１１を回転中心として、タイヤ１５が回転し、接触子１２とタイヤ１５との間の空間に液体の接触媒質１６が充填されており、タイヤ１５の外周側部分はドライカプラント材からなる外周側タイヤ１５ｂになっている。 上記構成となっている超音波探傷ヘッドＨ１で被検体２の超音波探傷検査をする場合には、探触子１２の超音波送受信面１２ｂから超音波ＵＳを出射させ、且つ、タイヤ１５の外周側タイヤ１５ｂを被検体２の表面に接触させた状態で、探触子１２を備えた探触子支持体１１を走査移動させていく。 そうすると、外周側タイヤ１５ｂ、即ちドライカプラント材が被検体２の表面に接触しつつタイヤ１５が回転していく。そして、タイヤ１５の回転移動中において、探触子１２から出射した超音波ＵＳは、接触媒質１６及びタイヤ１５を経由して被検体２内に入り、被検体２内で発生した反射エコー（反射超音波）は、タイヤ１５及び接触媒質１６を経由して探触子１２で受信されて、超音波探傷検査をすることができる。 この結果、超音波探傷ヘッドＨ１のタイヤ１５と被検体２との間に、液体の接触媒質を備えることなく、超音波探傷検査をすることができる。 したがって、原子力関連施設などのように、水などの液体の接触媒質を使えない部位であっても、上記構成の超音波探傷ヘッドＨ１を適用することにより、超音波探傷検査をすることができる。しかも、超音波を十分な強度で被検体２に対して送受信可能であり、かつ、ドライカプラント材である外周側タイヤ１５ｂは回転しているため、タイヤ１５（外周側タイヤ１５ｂ）の被検体２に対する摩擦係数は小さく、被検体２上でのスムーズな走査が可能となる。 超音波探傷ヘッドＨ１の走査移動は、図３に示すように、作業者の手で超音波探傷ヘッドＨ１の接触子支持体１１を把持して移動させることができる。なお図３において、２０は、超音波探傷器である。 または、図４に示すように、走査制御装置３０の制御に基づき走査移動する走査ツール３１に、超音波探傷ヘッドＨ１の接触子支持体１１を取り付け、走査ツール３１の作動により、超音波探傷ヘッドＨ１の走査移動をさせることもできる。 なお、図１，図２に示す実施例では、探触子（超音波センサ）１２として一般的な超音波センサを組み込んでいるが、この代わりに、フェーズドアレイ超音波センサを組み込むこともできる。 タイヤ１５は被検体２に線接触するため、探触子（超音波センサ）１２としてフェーズドアレイ超音波センサを組み込んだ場合には、接触面付近で超音波ビームを集束させることで、効率的に超音波を被検体２に対して送受信させることができる。 また、図１，図２に示す実施例では、タイヤ１５は、タイヤ材（ゴム等）からなる内周側タイヤ１５ａとドライカプラント材からなる外周側タイヤ１５ｂとで構成しているが、タイヤ１５全体をドライカプラント材により構成してもよい。 つまり、タイヤ１５の少なくとも外周側の部分が、ドライカプラント材で形成されていればよい。 図５，図６は、本発明の実施例２に係る回転式の超音波探傷ヘッドＨ２を示す。図５は図６のV―V断面図であり、図６は平面図である。 図５及び図６に示すように、超音波探傷ヘッドＨ２の支持枠体５０は、３本の横ビーム５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、この横ビーム５１ａ，５１ｂ，５１ｃの両端に結合された２本の縦ビーム５１ｄ，５１ｅからなる、「日」の字状になった構造体である。 探触子５２は振動子５２ａを備えると共にリード線（図示省略）が接続されている。この探触子５２は横ビーム５１ｂにより支持されている。本実施例では、斜角探傷検査をするため、探触子５２から出射した超音波ＵＳが被検体２の表面に対して斜め入射するように、探触子５２を斜めにして取り付けている。 円柱状の回転ローラ５３は、横ビーム５１ａにより回転自在に支持されており、円柱状の回転ローラ５４は、横ビーム５１ｃにより回転自在に支持されている。 無端ベルト５５は、回転ローラ５３と回転ローラ５４に架け渡す状態で回転ローラ５３，５４に巻き掛けられている。この無端ベルト５５は、内周側無端ベルト５５ａの外周に、外周側無端ベルト５５ｂを接着して構成されている。内周側無端ベルト５５ａはタイヤ材（ゴム等）で形成されており、外周側無端ベルト５５ｂはドライカプラント材（超音波ゲル材などの樹脂やゴム材等）で形成されている。 なお、内周側無端ベルト５５ａの外周面に、ドライカプラント材を塗布して外周側無端ベルト５５ｂを形成するようにしてもよい。 無端ベルト５５の一端側（図６では右側）の開放面は、シール板５６ａで塞がれている。このシール板５６ａは、横ビーム５１ａ，５１ｂ，５１ｃにより支持されると共に、回転移動する無端ベルト５５の一端側と摺接しつつシールする機能を有している。 無端ベルト５５の他端側（図６では左側）の開放面は、シール板５６ｂで塞がれている。このシール板５６ｂは、横ビーム５１ａ，５１ｂ，５１ｃにより支持されると共に、回転移動する無端ベルト５５の他端側と摺接しつつシールする機能を有している。 無端ベルト５５とシール板５６ａ，５６ｂとで囲まれた空間には、液体の接触媒質５７が充填されている。このため接触子５２は、液体の接触媒質５７の中に配置されることとなる。 結局、実施例２の超音波探傷ヘッドＨ２では、接触子５２を間にして一対の回転ローラ５３，５４が離間して配置され、無端ベルト５５が一対の回転ローラ５３，５４に巻き掛けられ、無端ベルト５５の内側空間に配置された接触子５２と無端ベルト５５との間の空間に液体の接触媒質５７が充填され、無端ベルト５５の外周側の部分がドライカプラント部材からなる外周側無端ベルト５５ｂになっている。 上記構成となっている超音波探傷ヘッドＨ２で被検体２の超音波探傷検査をする場合には、探触子５２から超音波ＵＳを出射させ、且つ、無端ベルト５５の外周側無端ベルト５５ｂを被検体２の表面に接触（面接触）させた状態で、探触子５２を備えた支持枠体５１を走査移動させていく。 そうすると、回転ローラ５３，５４が回転すると共に、無端ベルト５５の外周側無端ベルト５５ｂ、即ちドライカプラント材が被検体２の表面に接触（面接触）しつつ無端ベルト５５が回転していく。そして、無端ベルト５５の回転移動中において、探触子５２から斜めに出射した超音波ＵＳは、接触媒質５７及び無端ベルト５５を経由して被検体２内に入り、被検体２内で発生した反射エコー（反射超音波）は、無端ベルト５５及び接触媒質５７を経由して探触子５２で受信されて、超音波探傷検査（斜角探傷検査）をすることができる。 この結果、超音波探傷ヘッドＨ２の無端ベルト５５と被検体２との間に、液体の接触媒質を備えることなく、超音波探傷検査をすることができる。 したがって、原子力関連施設などのように、水などの液体の接触媒質を使えない部位であっても、上記構成の超音波探傷ヘッドＨ２を適用することにより、超音波探傷検査（斜角探傷検査）をすることができる。しかも、超音波を十分な強度で被検体２に対して送受信可能であり、かつ、ドライカプラント材である外周側無端ベルト５５ｂは回転しているため、無端ベルト５５（外周側無端ベルト５５ｂ）の被検体２に対する摩擦係数は小さく、被検体２上でのスムーズな走査が可能となる。 更に、無端ベルト５５が被検体２に面接触するため、超音波ＵＳを斜め入射しても、超音波ＵＳが十分な強度で確実に被検体２に入射するため、精度の高い斜角探傷検査をすることができる。 なお、図５，図６に示す実施例では、探触子（超音波センサ）５２として一般的な超音波センサを組み込んでいるが、この代わりに、フェーズドアレイ超音波センサを組み込むこともできる。 フェーズドアレイ超音波センサでは屈折角を変えると入射点も変化（移動）するが、無端ベルト５５が被検体２に面接触して接触面積が広いため、被検体２の中に適正に超音波を入射させることができる。 また、図５，図６に示す実施例では、無端ベルト５５は、タイヤ材（ゴム等）からなる内周側無端ベルト５５ａとドライカプラント材からなる外周側無端ベルト５５ｂとで構成しているが、無端ベルト５５全体をドライカプラント材により構成してもよい。 つまり、無端ベルト５５の少なくとも外周側の部分が、ドライカプラント材で形成されていればよい。 図７は、本発明の実施例３に係るスキャナ式の超音波探傷ヘッドＨ３を示す。 この超音波探傷ヘッドＨ３は、スキャナ機構６０と超音波センサ部７０とで構成されている。 スキャナ機構６０は、水平ビーム６１と垂直ビーム６２を主要部材として構成されている。垂直ビーム６２は、水平ビーム６１に沿い水平方向（Ｘ方向）に走査移動できると共に、水平ビーム６１に対して垂直方向（Ｙ方向）に上下移動できるようになっている。 超音波センサ部７０は、探触子７１と、ドライカプラント材からなるドライカプラント板７２とで構成されている。探触子７１は振動子７１ａを有しており、超音波送受信面７１ｂにドライカプラント板７２が接着されている。 この著音波センサ部７０は、垂直ビーム６２の下端に配置されている。 上記構成となっている超音波探傷ヘッドＨ３で被検体２の超音波探傷検査をする場合には、探触子７１の超音波送受信面７１ｂから超音波ＵＳを出射させ、ドライカプラント板７２から超音波ＵＳを出力した状態にする。 そして、例えば、垂直ビーム６２を位置Ｐ１に位置させてから下方に移動させる。そして、ドライカプラント板７２を被検体２の表面に密着させて、位置Ｐ１での超音波探傷検査をする。 その後、垂直ビーム６２を上方に移動させてドライカプラント板７２を被検体２の表面から離し、位置Ｐ１から水平方向に移動させて位置Ｐ２に位置させる。そして、位置Ｐ２にある垂直ビーム６２を下方に移動させ、ドライカプラント板７２を被検体２の表面に密着させて、位置Ｐ２での超音波探傷検査をする。 以降は、同様にして、位置Ｐ３，Ｐ４において超音波探傷検査をする。このように、位置Ｐ１〜Ｐ４において一定のスキャンピッチで走査をして、超音波探傷検査をする。 本実施例では、ドライカプラント板７２を備えた超音波センサ部７０を、スキャナ機構６０により上下方向と水平方向に移動させて、一定のスキャンピッチ位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４において、ドライカプラント板７２を被検体２の表面に密着させて超音波探傷検査をするため、ドライカプラント板７２が被検体２の表面に沿い摺動することはない。したがって、ドライカプラント板７２の粘性が高くても、スムーズに超音波探傷検査をすることができる。 １１ 探触子支持体 １２ 探触子 １３ａ，１３ｂ 軸受部 １４ａ１４ｂ 端板 １５ タイヤ １５ａ内周側タイヤ １５ｂ 外周側タイヤ １６ 接触媒質 ５１ 支持枠体 ５２ 探触子 ５３，５４ 回転ローラ ５５ 無端ベルト ５５ａ 内周側無端ベルト ５５ｂ 外周側無端ベルト ５６ａ，５６ｂ シール板 ５７ 接触媒質 ６０ スキャナ機構 ７０ 超音波センサ部 ７１ 探触子 ７２ ドライカプラント板 Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３ 超音波探傷ヘッド ＵＳ 超音波 探触子と、前記探触子を支持する支持部を回転中心として回転するタイヤと、前記探触子と前記タイヤとの間の空間に充填された液体の接触媒質と、を有する超音波探傷ヘッドにおいて、 前記タイヤは、少なくとも外周側の部分がドライカプラント材で形成されていることを特徴とする超音波探傷ヘッド。 探触子と、前記探触子を間にして離間して配置された一対の回転ローラと、前記一対の回転ローラに架け渡たされた状態で前記一対の回転ローラに巻き掛けられた無端ベルトと、前記無端ベルトの内側空間に配置された前記探触子と前記無端ベルトとの間の空間に充填された液体の接触媒質と、を有する超音波探傷ヘッドにおいて、 前記無端ベルトは、少なくとも外周側の部分がドライカプラント材で形成されていることを特徴とする超音波探傷ヘッド。 探触子と、前記探触子の超音波送受信面に密着されたドライカプラント板とを有する超音波センサ部と、 前記超音波センサ部を移動させていくことにより、被検体の表面の異なる複数の位置に、前記超音波センサ部の前記ドライカプラント板を順に密着させるスキャナ機構と、 からなることを特徴とする超音波探傷ヘッド。 【課題】液体の接触媒質を使えない部位であっても、正確に超音波探傷検査をする。【解決手段】超音波ＵＳを送受信する探触子１２は、探触子支持体１１で支持されている。タイヤ１５は、探触子支持体１１により支持されて回転する。探触子１２とタイヤ１５との間の空間には、液体の接触媒質１６が充填されている。タイヤ１５は、内周側タイヤ１５ａがタイヤ材により形成され、外周側タイヤ１５ｂがドライカプラント材により形成されている。ドライカプラント材である外周側タイヤ１５ｂが被検体２に接触するため、別途の接触媒質は不要になる。【選択図】図１