JP2667684B2 - 焦点探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液浸用の焦点探触子に係わり、特に、焦点
探触子として使用するほか通常の垂直探触子としても使
用可能な焦点探触子に関する。

〔従来の技術〕

従来の焦点探触子は、円板状の振動子の前面に例えば
アクリル樹脂などの材質の平凹形の音響レンズを装着し
て構成し、液体（主として水）中において音響レンズの
曲率半径により決まる焦点距離に結ぶ焦点を、被検体の
被検査面に一致させるようにして微細な欠陥を探傷して
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

焦点探触子は、従来から主として水浸法により被検体
の微細な欠陥を検出するのに使用されてきたが、これは
焦点探触子から水中に発射された超音波ビームが一定距
離に集束して被検体内で焦点を結び、その焦点における
音圧の上昇が探傷感度を高め微細な欠陥に対する検出能
力を向上させる性質を有するからである。焦点探触子の
焦点距離は、前記したように焦点探触子を構成している
振動子の前面の音響レンズの曲率半径により決まる一定
値となるが、また同時に、探傷に際して焦点探触子より
放射された超音波ビームの被検体内に結ぶ焦点の被検体
表面からの深さも被検体の材質等によって決まる一定の
寸法になる。もっともこの焦点の深さ寸法は、焦点探触
子より放射される超音波ビームの被検体内における減衰
が大きいことから実用上でも小さく、そのため焦点探触
子で探傷し得る対象物は、焦点の深さ寸法内で探傷可能
な厚さ寸法の小さい薄材や、超音波の減衰の小さい例え
ばよく磨かれた緻密な組織を有する材質等に限定され
る。この限定された範囲以外の対象物は、焦点探触子に
比べて探傷感度は低下するものの通常の水浸用の垂直探
触子や斜角探触子を使用して探傷することになる。この
ように焦点探触子と水浸用の垂直探触子または斜角探触
子との探傷可能な対象物の範囲は異なるから、異なる範
囲の被検体を同じ場所で引き続き探傷するような場合
は、上記各種の探触子をそれぞれ用意する必要があり、
コスト高となるほか管理上面倒であるなどの不具合点を
有していた。

つぎに従来の焦点探触子の使用例を第４図および第５
図により説明する。図において１は点焦点形の探触子
で、被検体２に相対させ被検体２と共に水３に浸漬して
配置されている。探傷の対象は、例えば電子部品の被検
体２を構成している薄材の部材Ａと部材Ｂとの接触面
（以下界面という）2bの接着状態などで、その状態の良
否は性能および寿命に直接影響するため界面2bの全面が
探傷の対象とされる。探傷に際してはまず、探触子１よ
り放射する超音波ビームの焦点を被検体２の表面2aに合
わせ、ついで既知の部材Ａの厚さ寸法に対応する距離だ
け被検体２または探触子１を移動させて界面2bに焦点を
結ぶように焦点位置を移動する。通常、界面2bに焦点が
結ばれているかどうかは、例えば図示しないオシロスコ
ープ上における界面2bからの反射波のエコーの最大レベ
ルを検出して判定する。しかし界面2bの端部において
は、第５図に示すように、部材Ａを介して界面2bに達す
る超音波ビームのエネルギ量は、該ビームの被検体２の
表面2aへの入射点より部材Ａの端面（探触子１の中心に
ほぼ一致する）までの寸法Ｄが超音波ビーム幅の約1/2
になり、それに伴って前記エネルギ量も約1/2となりエ
コーレベルが激減する。現状では該端部について補正そ
の他の対策を行っているものの正確な探傷は困難であり
問題点となっていた。上記寸法Ｄは、探触子１の焦点に
おける超音波ビームを大きく絞るべく焦点距離を短くす
るほど開口角が増して大きくなり、また、部材Ａの材質
がセラミックスのように音速の速いものほど屈折角も大
きくなり寸法Ｄも拡大され、上記界面2bの端部における
ビームエネルギ量の低下する範囲を拡大することにな
る。一方、界面2bを走査する場合についてみると、走査
の開始は通常、界面2bの端部から行われ、焦点位置を左
右に移動し、かつ左右と直角方向へ順次所定のピッチで
移動して行われるが、前記界面2bの端部におけるビーム
エネルギ量の低下は界面2bの中央部に比べて特に大きい
から、該端部周辺の探傷精度を著しく低下させる原因と
なっていた。

本発明は、上記の問題点に鑑み、焦点探触子と垂直探
触子を兼用可能にするとともに、界面の端部周辺の探傷
精度を中央部と同等の精度で探傷することができる焦点
探触子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〕

上記目的を達成するため本発明に係わる焦点探触子
は、筒の一端側に閉塞面を設け、該閉塞面の中央部に内
方へ球面状に膨出させた音響レンズを形成するとともに
内部に液状の媒質を入れた筒形のケースを備え、該ケー
ス内に前記閉塞面に相対させかつケース内の媒質に浸漬
させて、送受信兼用の垂直探触子と該垂直探触子より放
射する超音波ビームを一定の距離に集束させるレンズと
を、たがいに密接させかつ着脱可能に嵌装し、嵌装した
前記垂直探触子とレンズとを該レンズの焦点距離が前記
ケースに形成した音響レンズの表面に一致するように移
動可能に内設したものである。

そして音響レンズのケース内の表面に焦点を結んだ超
音波ビームをケースから効果的に出射するために、音響
レンズを該音響レンズにおける屈折により焦点の大きさ
とほぼ同径の平行ビームに変えられる曲率のレンズに形
成するとよい。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。図中第４図および第５図と同符号のものは
同じものを示す。図において４は筒形のケースで、ケー
ス４は筒4aと、筒4aの一端側の閉塞面4bとにより形成さ
れており、内部には液状の媒質（主として水）６が満た
されている。閉塞面4bの中央部には該閉塞面4bをケース
４の内方へ球面状に膨出させて形成した音響レンズ５が
設けられている。音響レンズ５のケース４内の表面5aと
その裏面5bとは共に球面を形成している。７は送受信兼
用の通常の水浸用の垂直探触子で、その外周にはねじ7a
が切られており、ねじ7aと筒4aの内周に切られているね
じ4cと螺合してケース４に着脱可能に嵌装される。８は
ケース４内の垂直探触子７と音響レンズ５との間に介装
され、垂直探触子７の放射する超音波ビームを一定の距
離に集束させるレンズで、垂直探触子７と同様に外周に
ねじ8aが切られねじ8aと筒4aの内周のねじ4cと螺合して
ケース４に着脱可能に嵌装される。垂直探触子７とレン
ズ８の両者は、ケース４内においてたがいに密接した状
態で媒質６に浸漬して嵌装されており、さらに前記両者
はレンズ８の焦点距離を音響レンズ５の表面5aに一致さ
せられるように微細な移動が可能になっている。９は垂
直探触子７とレンズ８をケース４内で移動する際、媒質
６がケース４内を自由に移動できるように設けたスリッ
トである。なお、ケース４および音響レンズ５は、均質
の石英ガラス，アクリル樹脂，アルミ合金等が使用さ
れ、強度，加工性および音響性等を考慮して厚さを薄い
寸法（例えば1mm〜3mm）にして製作されるが、ケース４
と音響レンズ５を含む閉塞面4bとを同じ材質にして一体
的に製作してもよく、また、加工性等を考慮して音響レ
ンズ５または閉塞面4bをケース４と別に製作してもよ
い。一方、音響レンズ５の球面の曲率は音響レンズ５と
媒質６との音速比により決まるが、表面5aにて焦点を結
んだ超音波ビームが、該表面5aにて屈折し裏面5bより結
んだ焦点の大きさとほぼ同径の平行ビームに変えられて
出射される曲率に設定する。

ところで焦点探触子が放射する超音波ビームの焦点
は、厳密には点ではなく音波の波動性のために微小な有
限の大きさとなる。第２図は焦点の大きさを説明するた
めのもので、その理解を容易にするため拡大して示した
ものであるが、具体的に焦点の径ｄは、焦点探触子の振
動子径，焦点距離および周波数により決まる波長とによ
り計算される値になる。本実施例の場合、垂直探触子７
より放射された超音波ビームは、レンズ８を介してその
焦点距離に一致する音響レンズ５の表面5aに焦点径d₀で
集束させられる。そして第２図に示すように、表面5aよ
り裏面5bに至るまでに音響レンズ５における屈折により
焦点径d₀とほぼ同径の大きさｄの平行ビームとなり、裏
面5bより水３に出射され平行ビームのまま被検体２へ入
射して被検査面である界面2bに達する。このため前記第
５図に示す寸法Ｄが、音響レンズ５の表面5aに結ぶ焦点
の大きさd₀の1/2となり実質的には零に近い小さい値と
なる。従って界面2bの端部においても超音波ビームのエ
ネルギは実質的に減少することなく入射され、界面2bが
中央部，端部の区別なく探傷されることになり精度よく
全面を探傷することが可能になる。

一方、探傷においては同一の被検体であっても探傷す
る部位によっては焦点探触子では測定することができず
通常の垂直探触子によらなければ測定し得ない場合、例
えば厚さ寸法が厚い部分と薄い部分がある場合があり、
また焦点探触子では測定し得ない厚さまたは材質などの
他の異なる被検体を引き続き測定するような場合等があ
るが、このような場合においては、垂直探触子７をケー
ス４より取り外し、焦点探触子とは関係なく通常の水浸
用の垂直探触子として使用することができる。このため
探傷作業の中断がなく能率よく行うことができるほか、
従来のように焦点探触子と垂直探触子とを別に備える必
要がなくなり、コスト的にもまた探触子の管理上におい
ても利点を有する。

なお、前記実施例においては、ケース４を円筒形と
し、その筒4aの内周に設けたねじ4cと垂直探触子７およ
びレンズ８の外周に設けたねじとを螺合させて、ケース
４内を移動可能に、またケース４に着脱可能としたが、
ケース４の外周を角形，内周を円形にした角筒形として
もよく、また、ねじを設けることなく、ケース４の内周
面と、たがいに密接した状態でかつ着脱可能に一体に連
結した垂直探触子７とレンズ８の外周面とを微動可能に
摺動させる構成にしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

筒形のケースの一端側の閉塞面中央に音響レンズを設
け、該ケース内に送受信兼用の垂直探触子とレンズとを
該レンズの焦点距離が前記音響レンズの表面に一致する
ようにたがいに密接させかつ着脱可能に嵌装したことに
より、焦点探触子を通常の独立の水浸用垂直探触子とし
ても使用可能にするとともに、被検体の界面の端部周辺
の探傷精度を中央部と同等の精度で探傷することができ
る。

そしてケースに設けた音響レンズの曲率を、該音響レ
ンズの表面に結ぶ超音波ビームの焦点とほぼ同径の平行
ビームに変えて出射する曲率に形成したことにより、被
検体の界面の端部周辺の探傷精度を中央部並に向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す焦点探触子の全体断面
図、第２図は第１図の“イ”部詳細図、第３図は第１図
のIII−III断面図である。 第４図は従来の焦点探触子の使用例の説明図で、焦点を
被検体の表面に合わせた図、第５図は第４図に同じく焦
点を被検体の界面に合わせた図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒の一端側に閉塞面を設け、該閉塞面の中
   央部に内方へ球面状に膨出させた音響レンズを形成する
   とともに内部に液状の媒質を入れた筒形のケースを備
   え、該ケース内に前記閉塞面に相対させかつケース内の
   媒質に浸漬させて、送受信兼用の垂直探触子と該垂直探
   触子より放射する超音波ビームを一定の距離に集束させ
   るレンズとを、たがいに密接させかつ着脱可能に嵌装
   し、嵌装した前記垂直探触子とレンズとを該レンズの焦
   点距離が前記ケースに形成した音響レンズの表面に一致
   するように移動可能に内設してなる焦点探触子。
2. 【請求項２】前記音響レンズを、該音響レンズのケース
   内の表面に焦点を結んだ超音波ビームが、該音響レンズ
   における屈折により焦点の大きさとほぼ同径の平行ビー
   ムに変えられて出射される曲率のレンズに形成した請求
   項１の焦点探触子。