JP4233947B2

JP4233947B2 - 超音波探触子

Info

Publication number: JP4233947B2
Application number: JP2003274484A
Authority: JP
Inventors: 秀明運崎; 寧男戸村; 拓也山崎; 一高田; 隆雄宮; 貴章中野
Original assignee: JFE Steel Corp; Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: JP2005037244A

Description

本発明は、金属帯の内部欠陥を連続的に探傷する超音波探傷装置の超音波探触子に関する。

金属帯の内部に非金属介在物や傷，空洞等（以下、内部欠陥という）が存在すると、各種の加工を施す際に金属帯の破断，割れ等を引き起こす原因になる。そこで金属帯の製造工程で内部欠陥を連続的に探傷するために、種々の探傷装置が開発されている。たとえば超音波探傷装置として、金属帯の酸洗ライン等に設置され、水などの液体中で金属帯に超音波を照射して、内部欠陥で反射された反射波と、健全な部位を透過した透過波とを検知することによって、内部欠陥を検出するものがある。

上記の超音波探傷装置では金属帯の幅方向に超音波探触子を複数個配設し、かつ金属帯を長手方向に移動させることによって、金属帯全面を連続的に探傷できる。各々の超音波探触子は、超音波を発振する超音波振動子と、その外側に配設されて超音波振動子を保護する保護体を有する構造になっている。図２は、従来から知られている超音波探触子の例を模式的に示す断面図である。

図２に示すように超音波振動子は、金属帯12に対向する面に電極2a，2bを配設する。電極2a，2bの間隙には圧電フィルム４が充填され、電源（図示せず）からリード線10および導電体9a，9bを介して供給される高周波電流によって振動することによって超音波を発振する。なお、探傷中に電極2aが破損するのを防止するために、電極2aの外面は保護膜３を被覆する。

導電体9a，9bの後端部は絶縁体からなる中継板８で固定され、中継板８，電極2bおよび導電体9a，9bで形成される空間には絶縁性のバッキング材７が充填される。さらに中継板８の背後はモールド材11が充填される。

超音波振動子から発振された超音波は、水などの液体を介して金属板12に伝播される。つまり探傷中は、保護膜３と金属板12との間に水などの液体が存在する。この水などの液体が超音波探触子の超音波振動子と保護体５との間隙に浸入すると、電極2a，2bの短絡やリード線10から供給される高周波電流の漏電が発生するばかりでなく、超音波振動子が保護体５から剥離する等の問題が生じるので、金属帯12の探傷が困難になる。そこで、水などの液体の浸入を防止するために、超音波振動子と保護体５との間隙にプラスチック６を充填する。

しかしながら、単にプラスチック６を充填するのみでは、探傷中の水などの液体の浸入を防止する効果は不十分であり、超音波探触子の耐用性をさらに改善するために種々の技術が検討されている。たとえば特開平2-241440号公報には、体腔内用の超音波探触子の洗浄，消毒の対象となる部位の間隙にシリコーンオイル入りシリコーン接着剤を埋め込むことによって、超音波探触子の耐用性を向上させる技術が開示されている。しかし特開平2-241440号公報に開示された技術では、体腔内用の超音波探触子の洗浄，消毒に対する防水性は向上するものの、使用時の防水性は改善されない。まして金属板の製造工程における連続探傷のような過酷な条件で使用する超音波探触子の耐用性を向上するのは困難であった。
特開平2-241440号公報

本発明は上記のような問題点を解消し、金属帯の内部欠陥を連続的に探傷する際に発生する水などの液体の浸入を防止して耐用性を向上できる超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明者らは、金属帯の連続探傷に用いる超音波探傷装置の超音波探触子に水などの液体が浸入する原因について調査した結果、金属帯表面から剥離した固形物（たとえばスケール，金属粉等）がプラスチックの表面に損傷を与え、その損傷部から水などの液体が浸入することを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

本発明は、金属帯の内部欠陥を探傷する超音波探傷装置の超音波探触子において、超音波を発振する超音波振動子と、超音波振動子を保護する保護体とを有し、超音波振動子と保護体との間隙にプラスチックを充填した、液体中で用いる超音波探触子であって、探傷中に液体と接触するプラスチックの面をシリコーン樹脂で被覆することを特徴とする超音波探触子である。

本発明によれば、超音波探触子の耐用性が向上するのみならず、金属板の内部欠陥の探傷精度も向上できる。

図１は、本発明の超音波探触子の例を模式的に示す断面図である。以下、液体として水を用い、超音波振動子からの超音波を水を介して金属板に伝播させる場合をとりあげて説明する。

図１に示すように超音波探触子は、超音波を発振する超音波振動子と、その超音波振動子を保護するために外側に設けられる保護体５とを有し、超音波振動子と保護体５との間隙にプラスチック６を充填して、探傷中の水の浸入を防止する。なお保護体５は、超音波振動子の変形や破損を防止できる強度を有する材料を使用する。ただし、強度と耐食性をあわせ持つ材料（たとえばステンレス鋼等）を保護体５に使用するのが好ましい。

超音波振動子は、金属帯12に対向する面に電極2a，2bを配設する。電極2a，2bの間隙には圧電フィルム４が充填され、電源（図示せず）からリード線10および導電体9a，9bを介して供給される高周波電流によって振動することによって超音波を発振する。なお圧電フィルム４の材質は特定の種類に限定せず、従来から知られている圧電フィルム４が使用できる。ただし、圧電フィルム４としてポリフッ化ビニリデン，フッ化ビニリデンと３フッ化エチレンとの共重合体，フッ化ビニリデンと４フッ化エチレンとの共重合体を使用すると、高感度が得られるので好ましい。

さらに、探傷中に電極2aが破損するのを防止するために、電極2aの外面は保護膜３を被覆する。保護膜３の材質は特定の種類に限定せず、従来から知られている保護膜３が使用できる。ただし、保護膜３としてポリイミドフィルムを使用すると、耐化学薬品性に優れ、耐環境性が高いので好ましい。

バッキング材７の材質は特定の種類に限定せず、従来から知られているバッキング材７が使用できる。バッキング材７として、具体的には、アクリル樹脂，メタアクリル樹脂，ＰＳ，ＡＢＳ，ベークライト，エポキシ樹脂などが使用できる。また、モールド材11の材質は特定の種類に限定せず、従来から知られているモールド材11が使用できる。ただし、モールド材11としてシリコーン樹脂を使用すると、硬化前の流動性に優れるものがあり、すき間なくモールドできるので好ましい。

超音波振動子から発振された超音波は、水を介して金属板12に伝播される。つまり探傷中は、超音波振動子と金属板12との間に水が存在する。この水は金属板12に吹き付けられたり、あるいは金属板12の移動に伴って流動している。探傷中に金属板12表面から剥離した固形物（たとえばスケール，金属粉等）は、水に巻き込まれて超音波探触子と金属板12との間を流動する。

このような固形物の流動によってプラスチック６が損傷を受けるのを防止するために、プラスチック６が水と接触する面をシリコーン樹脂１で被覆する。シリコーン樹脂１は、密着性，耐久性に優れ、シリコーン樹脂１でプラスチック６を被覆すると、固形物によるプラスチック６の損傷を防止できるので、超音波振動子と保護体５との間隙に水は浸入しない。その結果、超音波探触子の耐用性を向上できる。

プラスチック６の材質は特定の種類に限定せず、従来から知られているプラスチック６が使用できる。また、シリコーン樹脂１の材質は特定の種類に限定せず、従来から知られている市販のシリコーンシール剤などのシリコーン樹脂１が使用でき、市販のシリコーンシール剤などを使用しても良い。

また、プラスチック６が水と接触する面を被覆したシリコーン樹脂１は、超音波振動子から発振される超音波の雑振動を抑制する効果も有する。したがって超音波探傷におけるＳＮ比が向上し、金属帯12の内部欠陥の探傷精度を高めることができる。

図１に示すシリコーン樹脂１を塗布した超音波探触子を用いて熱延鋼板の酸洗ラインで水中での連続探傷を行なった。なお、圧電フィルム４はフッ化ビニリデンと３フッ化エチレンとの共重合体，保護膜３はポリイミドフィルム，バッキング材７はアクリル樹脂，モールド材11はシリコーン樹脂を使用した。熱延鋼板の搬送速度は 330ｍ／分以下の範囲内で通常の操業と同一条件に設定した。これを発明例とする。

一方、比較例として、図２に示す超音波探触子を用いて熱延鋼板の連続探傷を行なった。設定した条件は発明例と同じである。

発明例と比較例について、超音波探触子の寿命と超音波探傷のＳＮ比を調査した。その結果、発明例は、比較例に比べて、超音波探触子の寿命が20％延長され、超音波探傷のＳＮ比が３dB程度向上した。

したがって本発明の超音波探触子は、耐用性が向上するのみならず、探傷精度も向上することが確かめられた。

本発明の超音波探触子の例を模式的に示す断面図である。従来の超音波探触子の例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１シリコーン樹脂
2a 電極
2b 電極
３保護膜
４圧電フィルム
５保護体
６プラスチック
７バッキング材
８中継板
9a 導電体
9b 導電体
10 リード線
11 モールド材
12 金属帯

Claims

金属帯の内部欠陥を探傷する超音波探傷装置の超音波探触子において、超音波を発振する超音波振動子と、前記超音波振動子を保護する保護体とを有し、前記超音波振動子と前記保護体との間隙にプラスチックを充填した、液体中で用いる超音波探触子であって、探傷中に前記液体と接触する前記プラスチックの面をシリコーン樹脂で被覆することを特徴とする超音波探触子。