JPH02110366A - 焦点探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
て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Ｒ’ｌ！３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２
ｂ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２０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）までの寸法りが
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
寸法りは、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りも拡大され
、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
特に太きいがら、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。

［１１！［！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−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１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４
ｃ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ＩＲ６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１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ＩＩＩｆｉ〜３ｍ）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１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１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ｃｔｏ
で集束させられる。そして第２図に示すように１表面５
ａ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ｄｏ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図に示す寸法りが、音響レンズ５の表面
５ａに結ぶ焦点の大きさｄ、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１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図のパイ″部詳細図。 第３図は第１図の■−■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)

【特許請求の範囲】
1. 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. 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。