JPH0239252Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は導電性を有する被検材の表層部に渦
電流を発生させる電磁超音波発生用コイルと上記
表層部に発生した渦電流を検出する電磁超音波検
出用コイルとを備えた電磁超音波変換子（以下単
に変換子と略す）に関するもので、さらに詳しく
のべると、上記変換子の指向性の改良、すなわち
探傷精度の向上を図つた点を特徴とするものであ
る。

第１図はこの種変換子が被検材に超音波を発生
する場合を示した図であり、同図において１は変
換子であつて、この変換子１は、偏平渦巻状にし
かも巻数密度が均一になるように等間隔に巻かれ
たコイル２を主構成要素とする。このようなコイ
ル２に第２図に示したような時間的に振動する電
流ｉを加えると、第１図に示すごとく被検材３の
表層部において前記電流ｉの周囲にはアンペール
の法則でも知られているように磁界Ｂが発生す
る。この磁界Ｂは前記電流ｉが時間的に振動する
ものであるために時間的にパルス振動するものと
なり、この磁界Ｂを以後パルス磁界Ｂと適宜記
す。

ところで、パルス磁界Ｂは前述のように時間的
に変化するために電磁誘導の法則でも知られてい
るように被検材３の表層部には超電力が誘導され
る。この際、被検材３には被検材３の電気抵抗で
決る図示しない渦電流Ｉが流れるが、この渦電流
Ｉは電流ｉによるパルス磁界Ｂを打ち消すような
方向、つまり、電流ｉとは逆の方向に流れる。こ
の渦電流Ｉと磁界Ｂとの相互作用によりローレン
ツ力Ｆが発生し、このローレンツ力Ｆは縦波とし
て被検材３内を伝播していく。上記コイル２によ
り発生する超音波の音源は被検材３の表面のコイ
ル２に対向したコイル２とほぼ同寸法のピストン
運動をする仮想的な音源とみなすことができる。
ところで、上記コイル２の巻数密度が均一である
ので、被検材３の表層部に誘導される渦電流の密
度および磁速密度も均一である。そのため上記ロ
ーレンツ力Ｆの大きさも上記仮想的な音源の中で
は一様である。よつて、第１図に示したようなコ
イル２により発生する電磁超音波の上記仮想的な
音源による指向性は第３図に示すようになる。な
お、４は上記仮想的な音源、Ｍは主ローブ、そし
てＳは副ローブである。すなわち第１図に示した
ようなコイル２を用いると第３図のように副ロー
ブＳが多く発生し、分解能の低下を招くため探傷
精度上問題があつた。すなわち探傷精度は副ロー
ブＳが少ないほどよくなるため、探傷精度を上げ
るには副ローブＳを少なくする必要がある。

この考案は上記従来の変換子を構成するコイル
の問題点を改善するためになされたもので、前記
したように副ローブを少なくし指向性を向上した
変換子を提供することを目的としている。

以下この考案の一実施例を図面を用いて説明す
る。第４図はこの考案による変換子と被検材との
関係を示すもので、この考案による変換子１のコ
イル２は巻回層が複数でありかつ各層の断面はフ
ラツトケーブル状をなし外周に近づくほど巻回層
数は少なくなつている。第５図は第４図に示した
コイル２に第２図に示す振動電流ｉを流した場合
の指向性を示したもので、４は仮想的な音源、Ｍ
は主ローブおよびＳは副ローブである。

次にこの考案の動作について説明する。第４図
に示したごとくコイル２の巻数密度が半径方向で
は異なるため被検材３の表層部に誘起される渦電
流の大きさがコイル２の半径方向において異なり
外周側ほど小さくなる。またコイル２に流れる振
動電流による磁界も外周側ほど小さい。よつて被
検材３の表層部に発生するローレンツ力Ｆも、コ
イル２に対向しコイル２の大きさに相当する面内
で中心から外周側に向かうほど小さくなる。

ところで超音波振動子の分野においては音源の
中心部より外周側を弱く励振すると副ローブが抑
制されることが知られており、従つて被検材３の
表面でのコイル２に対向しコイル２と同寸法の音
源においては、第４図のようなコイル２により被
検材３の表層部に発生するローレンツ力は外周側
ほど小さいため、第５図に示したように従来のも
のより副ローブＳは小さくなる。

この考案は金属に近接されたコイルに電流を流
すことにより金属にパルス磁界及び電流を発生さ
せ、しかもそれらの相互作用によつて発生する電
磁力が超音波となつて金属内部を伝わつていく場
合において、円渦巻状コイルを多層構造とし、し
かも中心ほど巻層を多くしたという構造である。

巻層が多層構造となると、被検材である金属内
に発生するパルス磁界の強度が強くなることはア
ンペールの法則の通りである。また、パルス磁界
の強度が強くなるということは電磁誘導の法則に
基づけば被検材である金属内に発生する渦電流も
大きくなる。但し、多層構造の円渦巻状コイルに
おいて発生するパルス磁界及び渦電流は被検材表
面からの距離が遠くなる部分ほどその距離に従つ
て小さくなるので、多層構造だからといつて単純
にパルス磁界及び渦電流は大きくなるわけではな
い。

しかしながら、多層構造のためにパルス磁界及
び渦電流は増大し、従つて両方の相互作用により
発生する超音波もまた増大する。そして以上の説
明より、前記超音波の強度は、中心ほど多層とな
つているために中心ほど大きくなるのである。

以上述べたように、この考案は多層構造の円渦
巻状コイルにおいて中心ほど多層とすることによ
り被検材である金属表層部に発生させる超音波と
しては、中心ほど強度が大きいビームパターンと
することができ、更に被検材の探傷精度の向上を
はかることができる。

なお実施例ではコイル２の外径が最小である層
を被検材の表面に対向させてある変換子をあげた
が、逆にコイル２の外径が最大である層を被検材
の表面に対向させてある変換子も同様に、外周側
ほどコイルの巻回層数が少ないために被検材に発
生するローレンツ力も外周側ほど小さくなり、従
つて副ローブを抑制し指向性を向上できることは
言うまでもない。

また、実施例では外部磁界なしで縦波を発生さ
せる場合について示したが、外部磁界を用いて縦
波または横波を発生させる場合にもこの考案の要
旨とする点を適用できる。

なお、本実施例では電磁超音波を発生するコイ
ルについて示したが、被検材を伝播してきた超音
波を検出する際にやはり電磁誘導の原理を利用し
て用いられる検出用のコイルの場合でも同様にし
てこの考案の要旨とする点を適用できる。

即ち、超音波がその内部を伝播している金属で
ある被検材の表層部に対して静磁界を発生させる
と、前記超音波振動を行つている金属粒子と前記
静磁界との間で相互作用が行われて、前記静磁界
の向きと関連した渦電流が発生する。そして前記
渦電流を検出するように前記被検材の表面に近接
させてコイルを設けると、前記渦電流はそのコイ
ルによつて検出される。

この際、前記検出コイルの巻数の密度が中心ほ
ど大きいと、中心ほど前記渦電流を検出しやすく
なる。

この考案では、前記検出コイルの巻数の密度を
巻回層の大小によつて変えており、即ち、中心ほ
ど巻回層を多くすることによつて受信の指向性を
中心ほど高くしているのである。

さらにまた実施例では電磁超音波を発生するコ
イルについて示したが、他のコイルによつて発生
した電磁超音波を検出するコイルについてもこの
考案の要旨とする点を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁超音波変換子の説明図、第
２図はコイルに流す電流の波形を図す図、第３図
は従来の電磁超音波変換子の指向性を示す図、第
４図はこの考案による電磁超音波変換子の実施例
を示す図、第５図はこの考案による電磁超音波変
換子の指向性を示す図であり、１は電磁超音波変
換子、２はコイル、３は被検材、４は仮想的な音
源である。 なお、図中同一符号は同一あるいは相当部分を
示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 導電性を有する被検材の表層部に渦電流を発生
   させる電磁超音波発生用のコイルと、上記表層部
   に発生した渦電流を検出する電磁超音波検出用の
   コイルとを備えた電磁超音波変換子において、上
   記二つのコイルの少なくとも一方のコイルが、コ
   イルの巻回層が複数であつて、かつ各層の断面が
   フラツトケーブル状をなし、かつ外周辺に近づく
   ほど巻回層数を少なくしてあることを特徴とする
   電磁超音波変換子。