JP5592632B2

JP5592632B2 - 超音波探触子及び超音波探触方法

Info

Publication number: JP5592632B2
Application number: JP2009235064A
Authority: JP
Inventors: 昌和荒井; 秀一柳; 英治米田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone East Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP2011080941A

Description

本発明は、超音波を利用した探傷診断技術に関する。

電話の音声信号やインターネットの通信信号は電線や光ファイバケーブルを通して、電話局舎と各ユーザ（各家庭やオフィス）を結んでいる。それらは電柱の間に引かれたつり線と呼ばれる鋼より線に保持されている。このつり線には電柱に保持するための吊架金物や、分岐のための分線金物、結線部分を風雨や紫外線から保護する端子かんと呼ばれる箱などが接続されている。

つり線は重いケーブルがつられているため、破断するとケーブル落下による大きな事故につながる。しかしながら、吊架金物や分線金物、端子かんなどが設置されている部分は目視による点検が困難である。また、分解して調査するには、時間と手間がかかる。そこで、非破壊で内部の局部的な腐食を診断する機器が必要とされている。

一方、鉄板などの鋼材の表面に超音波探触子を接触させて超音波を入射させて反射エコーを観測し、鋼材の表面や内部の傷を発見する方法が知られている（特許文献１参照）。そこで、本発明者は、図１３，１４に示すように、つり線１００に探触子５００を接触させて超音波を入射し、超音波エコー（反射波）を測定することにより端子かん２００内の局部腐食１１０を検出するつり線診断方法を考案した。なお、図１３では探触子５００を大きく描いているが、実際は、指でつまむことができる程度の大きさである。

特開２００３−１１４２２１号公報

従来の探触子５００は、鉄板など表面が平らなものの探傷検査に用いるものである。ところが、つり線１００は、図１５に示すように、７本程度の素線（鋼線）をよった鋼より線で、素線径は2.3〜3.5ｍｍであり、よった後のおおよその外径は7〜11 mm程度である。したがって、従来の探触子５００を径が小さいつり線１００に接触させると、図１６に示すように、探触子５００とつり線１００との接触面積が小さく、カップリング効率が悪いという問題がある。超音波エコーを測定する際には、つり線１００の長手方向に超音波が伝播するように超音波をつり線１００に入射させるが、従来の探触子５００の場合、つり線１００と探触子５００の中心線の位置がずれやすく、測定結果のばらつきが発生するという問題がある。また、探触子５００を接触させる部分には、グリセリンなどの接触媒質３１０を塗布するが、測定後に接触媒質３１０がつり線１００に付着したままの場合、接触媒質３１０に塩が溜まって、その箇所が腐食するという問題がある。さらに、高所作業車を使用せずに、地上からつり線診断をしたいという要望もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、容易に鋼より線の診断をすることを目的とする。

本発明に係る超音波探触子は、ゲル状シートを貼り付けた鋼より線に超音波を入射させて、超音波の反射波を受信する超音波探触子であって、超音波を送受信する探触子本体と、探触子本体の超音波送受信面に配置され、ゲル状シートを貼り付け鋼より線にあてがう溝を備えたアタッチメントと、を有し、ゲル状シートは当該ゲル状シートの材料の比重を膜厚方向に変化させたものであることを特徴とする。

本発明にあっては、超音波の送受信面に鋼より線をあてがう溝を有することにより、超音波探触子と鋼より線との接触面積が増え、カップリング効率が良くなるので、鋼より線の腐食部分などで反射した超音波を検出する精度が向上する。さらに、溝に鋼より線がフィットすることにより、探触子と鋼より線の中心線がずれにくくなり、測定のばらつきを減らすことができる。

上記超音波探触子において、溝の長手方向が送受信面に対して傾いていることを特徴とする。

本発明にあっては、溝の長手方向を超音波の送受信面に対して傾けることで、鋼より線への超音波の入射角度を容易に変更することができる。

上記超音波探触子は棒の先端に取り付けられるものであって、送受信面側にテーパー状に広がるスカート部を有し、スカート部がゲル状シートを保持することを特徴とする。

本発明にあっては、棒の先端に超音波探触子を取り付けることで、高所に存在する棒状鋼材の診断が容易となる。また、スカート部を有するので、超音波探触子を棒状鋼材へ接触させることも容易である。

本発明によれば、容易に鋼より線の診断をすることができる。

第１の実施の形態における探触子の構成を示す斜視図である。上記探触子をつり線に接触させて診断を行う様子を示す断面図である。つり線の切断面からの反射波の強度を測定した結果を示すグラフであり、図３（ａ）は上記探触子を用いた場合の測定結果を示し、図３（ｂ）は従来の探触子の測定結果を示す。第２の実施の形態における探触子の構成を示す断面図である。第２の実施の形態における別の探触子の構成を示す断面図である。第３の実施の形態における探触子の構成を示す側面図である。第３の実施の形態における別の探触子の構成を示す側面図である。第４の実施の形態におけるゲル状シートの特性を説明するための説明図である。第４の実施の形態における別のゲル状シートの構成を示す図であり、図９（ａ）はゲル状シートの断面を示す断面図であり、図９（ｂ）はゲル状シートの平面を示す平面図である。第４の実施の形態におけるさらに別のゲル状シートの構成を示す図であり、図１０（ａ）はゲル状シートの断面を示す断面図であり、図１０（ｂ）はゲル状シートの平面を示す平面図である。第５の実施の形態における探触子の構成を示す概略図である。上記探触子の構成を示す側面図である。つり線診断の様子を示す概略図である。つり線内を伝わる超音波の様子を示す概略図である。つり線の構成を示す側面図である。従来の探触子を用いてつり線を診断する様子を示す断面図である。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における探触子の構成を示す斜視図であり、図１（ａ）は、つり線１００との接触面を下に、図１（ｂ）は、つり線１００との接触面を上にして示している。同図に示す探触子１は、超音波を送受信する探触子本体１１、測定装置（図示せず）にケーブルを介して接続される接続端子１２、および、探触子本体１１の超音波送受信面に配置したアタッチメント２０を備える。アタッチメント２０は、つり線１００との接触面側に、つり線１００をあてがう溝２０Ａを有する。溝２０Ａは、超音波を伝播させたい方向に沿って形成される。溝２０Ａの断面は、つり線１００の外周に沿うように丸く加工されている。

図２は、探触子１をつり線１００に接触させて診断を行う様子を示す断面図であり、つり線１００を長手方向から見た断面で示している。つり線１００は鋼より線であり、その径は約１ｃｍ程度である。

つり線１００を診断する際には、まず、つり線１００にゲル状シート３０を貼付する。そして、ゲル状シート３０の上から、つり線１００を溝２０Ａにあてがい、探触子１をゲル状シート３０を介してつり線１００に接触させる。アタッチメント２０と探触子１１の間は超音波のカップリングを高めるために間にグリセリンを入れる。探触子１は、腐食を診断する箇所からおよそ３０ｃｍ以内の位置でつり線１００に接触させる。ゲル状シート３０は、高分子重合体を原料とした１ｍｍ程度の厚さのものを使用した。

続いて、探触子１は、超音波がつり線１００の長手方向に伝播するように、探触子１とつり線１００との接触面に対して斜めに、超音波をつり線１００に入射する。超音波の入射角度は、診断するつり線１００の径の大きさ、診断箇所までの距離などにより設定する。入射する超音波の周波数は１〜５ＭＨｚである。

そして、探触子１により反射波を受信して腐食箇所を検出する。つり線１００に腐食が発生しているときは、腐食箇所での反射波が観測される。

図３は、つり線１００の切断面からの反射波の強度を切断端面からの距離を変えて測定した結果を示すグラフであり、図３（ａ）は、本実施の形態における探触子１を用いて測定した結果を示し、図３（ｂ）は、接触面が平らな従来の探触子を用いて測定した結果を示す。本実施の形態における探触子１は、従来の探触子に比べて反射強度が３ｄＢ改善したことを確認した。また、つり線１００と探触子１の中心線の位置がずれにくくなり、測定ばらつきが減ることを確認した。これらの効果は、ゲル状シート３０の替わりにグリセリンを接触媒質として用いた場合でも確認できた。

以上説明したように、本実施の形態によれば、探触子１の超音波送受信面に、超音波を伝播させたい方向に沿って、つり線１００がフィットするように溝２０Ａを形成したことにより、探触子１とつり線１００との接触面積が増え、カップリング効率が良くなるので、つり線１００の腐食部分などで反射した超音波を検出する精度が向上する。さらに、つり線１００を診断する際に、溝２０Ａがつり線１００にフィットすることにより、探触子１とつり線１００の中心線がずれにくいので測定ばらつきを減らすことができる。このように、超音波を利用して、端子かんの解体が不要なつり線診断が可能となる。

なお、本実施の形態では、溝２０Ａの断面を円弧状に加工したが、もちろん、角がある凹状に加工したものでもよい。

また、本実施の形態では、鋼より線を例に説明したが、径が細い棒状鋼材でも同様に適用可能である。

［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態における探触子の構成を示す断面図である。同図は、つり線１００を長手方向から見た断面で示している。

図４に示すアタッチメント型ゲル状シート２１は、弾力性のあるゲル状シートを、つり線１００をあてがう溝を備えた形状に加工したものであり、探触子本体１１に接続するアタッチメントと接触媒質（ゲル状シート）を一体化したものである。溝を形成した反対の面には、探触子本体１１を配置するための凹部を形成した。アタッチメント型ゲル状シート２１は、高分子重合体を主原料とする。

アタッチメントと接触媒質を一体化し、つり線１００にフィットする溝を備えることにより、つり線１００との接触面積を増やし、カップリング効率を高めることができる。また、アタッチメントと接触媒質を一体化することで、界面の数を減らすことができるので、多重反射が少なくなり、カップリング効率を高める効果が期待できる。

図５は、第２の実施の形態における別の探触子の構成を示す断面図である。同図は、つり線１００を長手方向から見た断面で示している。

図５は、図４に示したアタッチメント型ゲル状シート２１に針金２１Ａを備えたものである。針金２１Ａを備えることで、アタッチメント型ゲル状シート２１をつり線１００にしっかりと固定できるので、位置決め精度、再現性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、つり線１００をあてがう溝を備えたアタッチメントを、弾力性のあるゲル状シートにより形成してアタッチメントとゲル状シートを一体化することで、界面の数を減らすことができるので、多重反射が少なくなり、カップリング効率を高めることができる。

［第３の実施の形態］
図６は、第３の実施の形態における探触子の構成を示す側面図である。

図６に示すアタッチメント２２は、つり線１００との接触面につり線１００をあてがう溝を備え、その溝の長手方向に対して探触子本体１１を傾けて設置できるように、アタッチメント２２の高さを変化させて形成し、側面からみた形状が楔形となるようにしたものである。

探触子本体１１の設定を変更して超音波の送信角度を調節することは容易にできないが、図６に示すように、探触子本体１１の設置面を、溝に対して傾けたアタッチメント２２を利用することにより、超音波の入射角度を調節することが可能となる。傾斜角の異なる複数のアタッチメント２２を用意することで、つり線１００の径にあわせて最適な入射角度を指定することが可能となる。

図７は、第３の実施の形態における別の探触子の構成を示す側面図である。

図７に示すアタッチメント２３は、つり線１００との接触面につり線１００をあてがう溝を備え、探触子本体１１を設置した位置により超音波の入射角度を変更できるように、側面からみた形状が楕円となるように、高さを変化させて形成したものである。

なお、アタッチメント２２，２３は、ポリイミドなどの合成樹脂により形成してもよいし、第２の実施の形態のように、ゲル状シートで形成するものでもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、つり線１００を接触させる溝に対して探触子本体１１の設置面が傾くように形成したアタッチメント２２，２３を利用することにより、容易に超音波の送信角度を調節することが可能となる。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、第１の実施の形態で探触子とつり線との間に配置したゲル状シート、あるいは、第２の実施の形態におけるアタッチメント型ゲル状シートに工夫をしたものである。

図８は、第４の実施の形態におけるゲル状シートの特性を説明するための図である。図８の左側で、探触子本体１１、本実施の形態におけるゲル状シート２５、および、つり線１００を模式的に示し、図８の右側に、それぞれ部材における音響インピーダンスのグラフを示した。

図８に示すゲル状シート２５は、ゲル状シート材料の比重を膜厚方向に徐々に変化（グレーテッド）させて形成したものである。これにより、ゲル状シート２５の音響インピーダンスを探触子本体１１の音響インピーダンスからつり線１００の音響インピーダンスへ徐々に変化させることができるので、音響インピーダンスの不整合による多重反射を抑えることが可能となる。なお、ゲル状シート２５を、ゲル状シート材料の比重の異なる数層をステップ状に製膜して形成してもよい。

図９は、第４の実施の形態における別のゲル状シートの構成を示す図であり、図９（ａ）は、ゲル状シートの断面を示す断面図であり、図９（ｂ）は、ゲル状シートの平面を示す平面図である。

図９に示すゲル状シート２６は、鋼より線であるつり線１００の表面の形状に合わせた凸部２６Ａをゲル状シート２６の表面に形成したものである。凸部２６Ａは、つり線１００表面の溝の傾きに合わせて、図の上下方向に対して約１０度傾けた直線に沿って形成したものである。凸部２６Ａの間隔は、つり線１００表面の溝の間隔とし、凸部２６Ａの高さは、つり線１００表面の溝の深さ程度とする。ゲル状シート２６の表面に凸部２６Ａを備えることにより、ゲル状シート２６をつり線１００に、よりフィットさせることが可能となる。

図１０は、第４の実施の形態におけるさらに別のゲル状シートの構成を示す図であり、図１０（ａ）は、ゲル状シートの断面を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、ゲル状シートの平面を示す平面図である。

図１０に示すゲル状シート２７は、ゲル状シート２７の表面にドット状の凸部２７Ａを形成したものである。凸部２７Ａの間隔は、つり線１００表面の溝の間隔とし、凸部２７Ａの高さは、つり線１００表面の溝の深さ程度とする。凸部２７Ａは、つり線１００表面の溝の傾きに合わせた直線上に並べるとよい。ゲル状シート２７の表面に凸部２７Ａを備えることにより、ゲル状シート２７をつり線１００に、よりフィットさせることが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ゲル状シート２５を、ゲル状シート材料の比重を膜厚方向に徐々に変化させて形成することにより、探触子本体１１の音響インピーダンスからつり線１００の音響インピーダンスへ徐々に変化させることができるので、音響インピーダンスの不整合による多重反射を抑えることが可能となる。

本実施の形態によれば、ゲル状シート２６，２７の表面に、つり線１００表面の形状に合わせた凸部２６Ａ，２７Ａを形成することにより、ゲル状シート２６，２７をつり線１００によりフィットさせることが可能となる。

［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、高所作業車を使用せずに、地上からつり線診断を可能にした探触子である。

図１１は、第５の実施の形態における探触子の構成を示す概略図である。本実施の形態は、図１１に示すように、伸縮可能な棒５１の先端に第１の実施の形態における探触子１を取り付けたものである。探触子１は、ケーブルを介して測定者の保持する測定装置に接続される。測定者は、測定装置を操作して探触子１により超音波を送受信してつり線１００の診断を行う。

探触子１の超音波送受信面に、超音波を伝播させたい方向に沿った溝を備えることにより、棒５１の先端に探触子１を配置した構成でも、つり線１００の長手方向に超音波が伝播するように探触子１を容易に接触させることができる。言い換えると、容易に溝に沿ってつり線１００を接触させることができるので、棒５１の先端に探触子１を取り付けて、離れた場所からつり線１００の診断が可能となる。

図１２は、探触子１を接続した棒５１の先端を拡大した図である。同図に示すように、探触子１は、治具５２に保持され、棒５１に固定される。より具体的には、治具５２により、探触子本体１１、接触面に溝を形成したアタッチメント２０、および、接触媒質としてのゲル状シート３０が保持される。ゲル状シート３０は、治具５２に接着してもよいし、ゲル状シート３０の両端部を探触子１の両側面に回り込ませて治具５２で挟むものでもよい。

また、治具５２がテーパー状に広がるスカート部を備えることにより、スカート部をつり線１００に引っ掛け、容易に探触子１をつり線１００に接触させることができる。

なお、棒５１の先端に取り付ける探触子１は、第１の実施の形態の探触子１に限らず、アタッチメント型ゲル状シート２１を備えた第２の実施の形態のものでも、他の実施の形態の探触子を用いるものでもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接触面に溝を備えた探触子１を棒５１の先端に配置することにより、つり線１００から離れた場所においてつり線１００の診断をすることができる。

１…探触子
１１…探触子本体
１２…接続端子
２０…アタッチメント
２０Ａ…溝
３０…ゲル状シート
２１…アタッチメント型ゲル状シート
２１Ａ…針金
２２，２３…アタッチメント
２５，２６，２７…ゲル状シート
２６Ａ，２７Ａ…凸部
５１…棒
５２…治具
１００…つり線
１１０…局部腐食
２００…端子かん
３１０…接触媒質
５００…探触子

Claims

ゲル状シートを貼り付けた鋼より線に超音波を入射させて、前記超音波の反射波を受信する超音波探触子であって、
超音波を送受信する探触子本体と、
前記探触子本体の超音波送受信面に配置され、前記ゲル状シートを貼り付け鋼より線にあてがう溝を備えたアタッチメントと、を有し、
前記ゲル状シートは当該ゲル状シートの材料の比重を膜厚方向に変化させたものであることを特徴とする超音波探触子。
ゲル状シートを貼り付けた鋼より線に超音波を入射させて、前記超音波の反射波を受信する超音波探触子であって、
超音波を送受信する探触子本体と、
前記探触子本体の超音波送受信面に配置され、前記ゲル状シートを貼り付け鋼より線にあてがう溝を備えたアタッチメントと、を有し、
前記ゲル状シートは前記鋼より線の表面の形状に合わせた凸部を一方の表面に形成したものであることを特徴とする超音波探触子。
前記溝の長手方向が前記送受信面に対して傾いていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波探触子。
前記超音波探触子は棒の先端に取り付けられるものであって、
前記送受信面側にテーパー状に広がるスカート部を有し、
前記スカート部が前記ゲル状シートを保持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波探触子。
ゲル状シートを貼り付けた鋼より線にあてがう溝を備えたアタッチメントを超音波送受信面に有する超音波探触子を用いて鋼より線を診断する超音波探触方法であって、
ゲル状シートを鋼より線に貼り付けるステップと、
前記ゲル状シートに前記溝をあてがうステップと、
前記鋼より線に超音波を入射して反射波を受信するステップと、を有し、
前記ゲル状シートは当該ゲル状シートの材料の比重を膜厚方向に変化させたものであることを特徴とする超音波探触方法。
ゲル状シートを貼り付けた鋼より線にあてがう溝を備えたアタッチメントを超音波送受信面に有する超音波探触子を用いて鋼より線を診断する超音波探触方法であって、
ゲル状シートを鋼より線に貼り付けるステップと、
前記ゲル状シートに前記溝をあてがうステップと、
前記鋼より線に超音波を入射して反射波を受信するステップと、を有し、
前記ゲル状シートは前記鋼より線の表面の形状に合わせた凸部を一方の表面に形成したものであることを特徴とする超音波探触方法。