JP2750787B2 - 送受並置型の超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、送受並置型の超音波
探触子に関し、詳しくは、超音波探傷装置において、超
音波送信ブロックと受信ブロックとを並置した、いわゆ
る送受並置型の超音波探触子により超音波探傷を行う場
合にその探傷領域を表面近傍及び比較的深い領域まで拡
大できるような送受並置型の超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷装置において使用される探触
子の１つとして送受並置型の超音波探触子がある。この
探触子は、送信側の回路と受信側の回路とが分離できる
ので送信側の信号が受信側に混合することが抑制され、
かつ、探触子内部での送信時に超音波の多重反射による
ノイズの発生が少なく、特に、表面近傍や比較的浅い領
域にある欠陥を検出するのに便利である。

【０００３】図３は、この種の従来の送受並置型の基本
的な超音波探触子４０の縦断面図を示すものであって、
１１は、送信側ブロック、１２は受信側ブロックであ
る。送信側ブロック１１は、送波子１とこの送波子１が
その上部に載置されたシュー３とで構成され、受信側ブ
ロック１２は、受波子２とこの受波子２がその上部に載
置されたシュー４とで構成されている。送波子１と受波
子２とは、一般的にそれぞれ所要の周波数の超音波を送
信，受信する圧電振動子が用いられる。なお、Ｐ−Ｐ，
Ｑ−Ｑは、それぞれ送波子１と受波子２の音軸である。
シュー３及び４は、それぞれ送波子１と受波子２と被検
体５との間で超音波ビーム１ａ及び被検体内からのエコ
ー２ａを伝達するための音響部材であって、これらは、
隣接されて並設され、これらの間には遮音板７が設けら
れて一体化されている。この遮音板７を介在させること
でシュー３と４との間の超音波の漏れが防止できる。な
お、これらシュー３，４の前方の先端面３Ａと４Ａ及び
被検体の表面５Ａとの間には音響的接触媒質６が介在さ
れ、施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すような従来
の送波子と受波子とが並置された形式の超音波探触子で
は、送波子１に加えられる強い送信パルス信号が受波子
２側に直接印加されることがないので、被検体５の比較
的表層部に存在する欠陥のエコーを受信することが容易
である。

【０００５】このような送受並置型の超音波探触子にあ
っては、被検体５の内部で形成される送波子１の感度指
向領域１ｂと受波子２の感度指向領域２ｂとが交叉重畳
する領域ＡＢＤＣが超音波探傷できる領域になる。逆に
言えば、領域ＡＢＤＣの上限Ａ点よりさらに表層の領域
と、下限Ｄ点よりさらに深部の領域では有効な探傷感度
が得られない。

【０００６】このようなことから、被検体のごく表層部
と深部に存在する欠陥等の反射源が検知されない欠点が
ある。しかも、この種の探触子は、超音波ビームの指向
性領域をより傾斜させて表層部側に近付けると、深部側
が浅くなり、その傾斜を少なくして深部側を深くすると
表層部側も深くなるという相関関係にある。そこで、表
層部探傷用と深層部探傷用の両者の探触子が必要にな
る。

【０００７】この発明はこのような従来技術の問題点を
解決するものであって、被検体の深部方向にも表層部方
向にも探傷領域を拡大することができる送受並置型の超
音波探触子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の送受並置型の超音波探触子の特徴
は、従来用いられている１対の送，受波子を並置した形
式の探触子の欠点を解消するため、送，受波子自体を円
弧上の軌跡に沿って対称に反対方向に移動させて送波角
と受波角とを調整できるようにすることによって、被検
体内に形成される送波子及び受波子の感度指向領域の重
畳部分を被検体のごく表面近傍から極めて深部に及ぶと
ころまで調節できるようにし、被検体の深さの方向にお
いてその表面から深部まで広範囲に亙って欠陥検出範囲
を選択できるようにしたものであって、その構成は、送
信ブロックと、これに隣接し、送受信の中心線に対して
送信ブロックと対称となる位置に設けられた受信ブロッ
クと、送信ブロックの側面と受信ブロックの側面とがそ
の外側側面に固定されその底部が前記中心線上に配置さ
れた遮音板を兼ねるＶ字型の板部材を有しそのＶ字型の
開き角を調整することで送信ブロックと受信ブロックと
を中心線の上に中心を持つ円の弧に沿う軌跡で同時にか
つ中心線に対する開き角度が等しくなるように変化させ
る角度調節機構と、この角度調整機構による角度が調整
される範囲においてＶ字型の底部も含めて送信ブロック
の送信面および受信ブロックの受信面を超音波伝達媒体
に接触あるいは浸漬させている超音波伝達媒体を有する
液のうとを備えるものである。

【０００９】

【作用】このように、送，受波子自体を円弧上の軌跡に
沿って対称にかつ同時に反対方向に移動させて送波角と
受波角とを調整できるようにすることによって、送波，
受波両者の場合のビーム音場が重畳する領域が超音波探
触子の中心線に沿って被検体のごく表層部から極めて深
部にまでに及び、被検体の表面直下から深部に亙る広範
囲に存在する欠陥の探傷が１個の探触子のみで可能にな
る。しかも、この発明では、Ｖ字型の板部材は、遮音板
を兼ねているので、Ｖ字の角度が変化しても送信ブロッ
クあるいは受信ブロックと遮音板とは密着していてこれ
らの間に空間が生じないで済む。そこで、送信側からの
超音波が受信側へ回り込むのが防止される。また、送信
ブロックおよび受信ブロックのそれぞれの先端面が角度
調整機構による角度が調整される範囲においてＶ字型の
底部とともに超音波伝達媒体に接触あるいは浸漬させて
いる液のうを設けているので、被検体に進入する際にお
ける超音波の減衰が少なく、設定角度の角度変化による
不要な反射が減少して広い深さ範囲に亙って感度変化の
少ない超音波探傷が可能な探触子を実現できる。

【００１０】

【実施例】図１（ａ），（ｂ）は、この発明の送受並置
型の超音波探触子を適用した探触子の内部構成を示す一
実施例の正面及び側面断面図、図２（ａ），（ｂ）は、
この発明の他の一実施例の正面及び側面断面図である。
なお、図３と同等の構成要素は同一の符号で示す。

【００１１】図１は、送受並置型の超音波探触子１０に
対して正面手前側の部材を排除してその内部を示したも
のである。

【００１２】図において、１１ａは、超音波探触子１０
の送信側ブロックであり、１２ａは、受信側ブロックで
ある。送信側ブロック１１ａは、送波子（そのリード線
２６が接続された接続端子部分）１とこの送波子１の接
続端子がその上部に貼付られこれに電極が接続された振
動素子１３とで構成され、受信側ブロック１２ａは、受
波子（そのリード線２７が接続された接続端子部分）２
とこの受波子２の接続端子がその上部に貼付られこれに
電極が接続された振動素子１４とで構成されている。な
お、送信ブロック側１１ａと受信ブロック側１２ａとが
アレイの探触子である場合には、送波子１と受波子２と
は、直線状あるいはアーク状に配列された総数Ｎ個（Ｎ
は正の整数）の送波用振動素子と総数Ｎ個の受波用振動
素子とにより構成される。

【００１３】それぞれの送信側ブロック１１ａと受信側
ブロック１２ａとは、Ｖ字形の板部材で形成されたコン
パスプレート１５の外側面に取付部材１５ａ，１５ｂに
よりそれぞれ取付けられ、超音波探触子１０の送受信の
中心線Ｏに対称に配置されている。コンパスプレート１
５のＶ字の下側先端１５ｅは、送波側と受波側とを分け
る超音波探触子１０の中心線Ｏ上にあって、その上部両
端は、そこに埋め込まれたボールねじ１５ｃ，１５ｄを
介してスクリュー１６に螺合してこれに取付けられてい
る。

【００１４】スクリュー１６は、その両端で両端に設け
られた支持部材１７ａ，１７ｂに回転可能にかつ上下移
動可能に支持され、これらを介して筐体２８の背面枠２
２に固定されている。そしてその中心線Ｏに一致してそ
の中央の位置には、角度調整用のつまみ１６ａが固定さ
れ、この角度調整用のつまみ１６ａを回転させること
で、中心線Ｏに対するコンパスプレート１５の開き角度
βを調整することができる。なお、スクリュー１６は、
つまみ１６ａを中心にしてその左右が逆方向にねじ切り
されていて、つまみ１６の回転によって開き角度βは、
中心線Ｏに対して対称に増減する。また、コンパスプレ
ート１５の角度に応じて支持部材１７ａ，１７ｂのスク
リュー１６の両端支持点の位置が上下に移動する。

【００１５】コンパスプレート１５には、その先端側の
内側に同様なＶ字形の板ばね１８が設けられていて、こ
れによりコンパスプレート１５に外側に開く力を与えて
スクリュー１６とボールねじ１５ｃ，１５ｄとの間での
ガタを防止して正確な角度に開き角βを保つ。１９ａ，
１９ｂ，２０ａ，２０ｂは、取付部材１５ａ，１５ｂに
それぞれ取付けられ、あるいは、これと一体化された楕
円形で溝に沿って弧状に湾曲した駒であって、ぞれぞれ
が筐体２８の前面枠２１（図（ａ）では、これを排除し
ている。），背面枠２２に設けられた弧状溝２１ａ，２
２ａに嵌合して、これらの溝をスライドしてコンパスプ
レート１５の開きをガイドする。なお、弧状の溝２１
ａ，２２ａは、中心がコンパスプレート１５の先端１５
ｅに一致する円の一部となる弧に対応している。さら
に、コンパスプレート１５は、ここでは遮音板７の役割
も果たしている。

【００１６】２３は、超音波探触子１０の先端側をカバ
ーしている柔軟なゴム膜の液のうであって、その内部
は、振動素子１３と振動素子１４の先端面が浸漬される
状態で超音波を伝達するための液体又はペースト状の超
音波伝達媒質２６ａが満たされている。なお、前記振動
子１３，１４の先端にシューを貼付けて超音波を伝達す
ることも可能である。ところで、この発明でいうところ
の液のうには、ペースト状の超音波伝達媒質が充填され
たのうも当然含まれるものである。

【００１７】２６，２７は、送信側ブロック１１ａと受
信側ブロック１２ａの超音波振動子に接続されたリード
線である。なお、前面枠２１，背面枠２２と側面枠２
４，２５からなる筐体２８の材質は、ＳＵＳ等の金属を
用いるとよい。

【００１８】以上により構成される超音波探触子１０
は、図３と同様に、被検体５の内部で形成される送波子
１の感度指向領域１ｂと受波子２の感度指向領域２ｂと
が交叉重畳する領域ＥＦＧＨが超音波探傷領域として形
成される。この領域ＥＦＧＨは、前記の構造から理解で
きるように、送波子１と受波子２の角度２βによって変
化する。これを調整することで探傷深さｄが変化し、こ
れにより被検体５の表面付近の領域から深い領域まで超
音波探傷できる領域を容易に調整でき、設定できる。

【００１９】これは、つまみ１６ａをマニュアルにて操
作し、角度βを調整するものであるが、次に図２に示す
実施例では、コンパスプレート１５の角度を被検体５の
走査に合わせてダイナミックに変化させて被検体５の表
面付近の領域から深い領域までを同時に探傷することが
できる。

【００２０】図２において、コンパスプレート１５の上
部端部は、二股リンク機構３０に結合され、これにより
開き角βが左右対称に開閉される構造となっている。二
股リンク機構３０は、そのリンク３０ａ，３０ｂの先端
側がコンパスプレート１５の上部先端に結合されてい
る。また、コンパスプレート１５の上部先端側は、コイ
ルスプリング３０ｃにより戻り付勢されている。二股リ
ンク機構３０のリンク３０ａ，３０ｂの後部は、共通に
軸３１に先端側のリングを介して嵌合していて、軸３１
が前面枠２１，背面枠２２に対応して設けられた溝３２
ａ，３２ｂに嵌合してこれによりガイドされ、上下方向
に移動する。軸３１の上下方向の駆動は、前面枠２１，
背面枠２２にブラケット３４を介して固定されたエアー
シリンダ３３により行われる。エアーシリンダ３３のロ
ッド３３ａは、その先端が軸３１に係合していて先の戻
りコイルスプリング３０ｃにより常時上方向に押上げら
れ戻される。これによりエアーシリンダ３３のロッド３
３ａは初期位置に復帰し、その駆動により軸３１が上下
動する。その結果、コンパスプレート１５が開閉する。
その開閉回数は、５Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度の範囲で行われ
る。そして、その駆動機構としては、エアーシリンダ３
３に代わってボイスコイルモータや圧電アクチュエータ
等、種々のアクチュエータを用いることもできる。

【００２１】このようにアクチュエータにより二股リン
ク機構３０を上下方向に周期的に駆動することで、コン
パスプレート１５の角度２βは、周期的かつ連続的に変
化し、探傷領域を示す深さｄもそれに応じて周期的に変
化する。その結果、被検体５の深さ方向に連続的な超音
波探傷が可能になる。なお、この実施例においても、先
の実施例と同様にコンパスプレート１５の送信ブロック
１１ａと受信ブロック１２ａに対する開閉動作は、これ
らブロックを中心線Ｏ上（必ずしもコンパスプレート１
５の先端部１５ｅにその中心が一致していなくてもよ
く、多少ここから前後してもよい。この意味で中心線Ｏ
上）に中心を持つ円の弧に沿う軌跡で同時にかつ中心線
Ｏに対する開き角度が等しくなるように行われる。

【００２２】ところで、図１，図２のコンパスプレート
１５の開き角度としては、β＝２°から１０°程度の範
囲が好ましい。また、実施例のコンパスプレート１５の
開き機構は、一例であって、各種の機構を採ることがで
きる。基板に設けられるコンパスプレートの開閉をガイ
ドする溝とそれに係合する駒の形状は、種々の形状を採
ることができ、その材質としては、ＡＢＳ樹脂やデルリ
ン等の滑り摩擦係数の低いものを使用するとよい。

【００２３】実施例では、送波子と受波子との角度調整
をＶ字形のコンパスプレートで行っているが、角度調整
の機構は、このようなコンパスプレートによる場合に限
定されない。中心線Ｏを中心として円弧に沿って対称に
角度調整できるものであれば、どのような機構であって
もよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明にあって
は、送，受波子自体を円弧上の軌跡に沿って対称にかつ
同時に反対方向に移動させて送波角と受波角とを調整で
きるようにすることによって、送波，受波両者の場合の
ビーム音場が重畳する領域が超音波探触子の中心線に沿
って被検体のごく表層部から極めて深部にまでに及び、
被検体の表面直下から深部に亙る広範囲に存在する欠陥
の探傷が１個の探触子のみで可能になる。

【００２５】しかも、この発明では、Ｖ字型の板部材
は、遮音板を兼ねているので、Ｖ字の角度が変化しても
送信ブロックあるいは受信ブロックと遮音板とは密着し
ていてこれらの間に空間が生じないで済む。そこで、送
信側からの超音波が受信側へ回り込むのが防止される。
また、送信ブロックおよび受信ブロックのそれぞれの先
端面が角度調整機構による角度が調整される範囲におい
てＶ字型の底部とともに超音波伝達媒体に接触あるいは
浸漬させている液のうを設けているので、被検体に進入
する際における超音波の減衰が少なく、設定角度の角度
変化による不要な反射が減少して広い深さ範囲に亙って
感度変化の少ない超音波探傷が可能な探触子を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ），（ｂ）は、この発明の送受並置
型の超音波探触子を適用した探触子の内部構成を示す一
実施例の正面及び側面断面図である。

【図２】 図２（ａ），（ｂ）は、この発明の他の一実
施例の正面及び側面断面図である。

【図３】 図３は、従来の超音波センサの全体的な構造
の断面説明図。

【符号の説明】

１…送波子、２…受波子、１３，１４…振動素子、 ５…被検体、１０，３０…送受並置型の超音波探触子、 １１，１１ａ…送信側ブロック、１２ａ，１２ａ…受信
側ブロック、 １５…コンパスプレート、１５ａ，１５ｂ…取付部材、 １５ｃ，１５ｄ…ボールねじ、１６…スクリュー、１６
ａ…つまみ、 １７ａ，１７ｂ…側面枠、１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２
０ｂ…駒、 ２１，２２…基板、２１ａ，２２ａ…弧状溝、２３…ゴ
ム膜、２６ａ …超音波伝達媒質。

フロントページの続き (72)発明者 金谷 章宏 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82 号 九州電力株式会社内 (72)発明者 木野 裕敏 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 滝下 利男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 冨田 禎久 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 平３−85443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−149749（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信ブロックと、これに隣接し、送受信の
   中心線に対して前記送信ブロックと対称となる位置に設
   けられた受信ブロックと、前記送信ブロックの側面と前
   記受信ブロックの側面とがその外側側面に固定されその
   底部が前記中心線上に配置された遮音板を兼ねるＶ字型
   の板部材を有しこのＶ字型の開き角を調整することで前
   記送信ブロックと前記受信ブロックとを前記中心線の上
   に中心を持つ円の弧に沿う軌跡で同時にかつ前記中心線
   に対する開き角度が等しくなるように変化させる角度調
   節機構と、この角度調整機構による角度が調整される範
   囲において前記Ｖ字型の底部も含めて前記送信ブロック
   の送信面および前記受信ブロックの受信面を超音波伝達
   媒体に接触あるいは浸漬させている前記超音波伝達媒体
   を有する液のうとを備えることを特徴とする送受並置型
   の超音波探触子。
2. 【請求項２】 角度調節機構は、アクチュエータにより
   所定の周期で駆動されて前記送信ブロックと前記受信ブ
   ロックとの角度を周期的に変化させることを特徴とする
   請求項１記載の送受並置型の超音波探触子。