JPH0519809Y2 - - Google Patents
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- JPH0519809Y2 JPH0519809Y2 JP6583686U JP6583686U JPH0519809Y2 JP H0519809 Y2 JPH0519809 Y2 JP H0519809Y2 JP 6583686 U JP6583686 U JP 6583686U JP 6583686 U JP6583686 U JP 6583686U JP H0519809 Y2 JPH0519809 Y2 JP H0519809Y2
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
(1) 産業上の利用分野
本考案は、超音波探傷試験、超音波計測等に使
用される斜角探触子に関する。 (2) 従来の技術 斜角探触子において、音響くさび材は、超音波
振動子で発生させられた超音波の縦波から、鋼等
の被検材中で効率良く横波を発生させる目的で使
用される。一般に、音響くさび材としては従来よ
りメタクリル樹脂を加工し使用している。 従つて、日本工業規格のJIS−Z2344「金属材料
のパルス反射法による超音波探傷試験」も、音響
くさび材にメタクリル樹脂を使用している斜角探
触子を対象としてその性能を規定している。 上記のように、一般に斜角探触子は、超音波の
縦波振動モードを横波振動モードへモード変換し
て使用される。第１図に示すように、超音波が材
料から材料へ入射して屈折する際の入射角を
θ1、屈折角をθ2、材料及びの中の音速をそれ
ぞれC1，C2とすると、スネル（Snell）の法則に
より次の関係式(1)が成立する。 C1／sinθ1＝C2／sinθ2 ……(1) ここで第２図に、一般の鋼材用であつて音響く
さびとしてメタクリル樹脂を使用する5Z10×
10A70形（すなわち、使用する超音波の周波数
5MHz、振動子サイズ10×10mm、屈折角（θ2）
70°）の斜角探触子の例を示す。 計測器等から送られてきた電気的信号は、探触
子と計測器等とを結合するコネクタ４からリード
線３を介して超音波振動子２に送られそこで超音
波に変換される。 この超音波振動子２は、一般にセラミツク系圧
電磁器材料を使用しており、電気的信号と超音波
機械振動の変換を行なう。 そして、その変換の結果発生した超音波は音響
くさび１を通つて被検材たる鋼材に、入射角θ1が
52.8°で入射する（この角度θ1は、第２図の例にお
いては、C1＝メタクリル樹脂の縦波の音速
2740m／ｓ、C2＝鋼中の横波の音速3230m／ｓ、
θ2＝鋼中の屈折角70°で計算）。 上記のように、従来から音響くさび材として使
用されているメタクリル樹脂中の縦波の音速は約
2740m／ｓである。 ところで、第２図に示す超音波入射点８は、入
射する超音波の音場の最も強い位置を表わす。 この超音波入射点８と、ハウジング用及び特性
表示用として使用されるケース５の先端部と、の
間の距離９は接近限界距離と呼ばれ、なるべく短
いことが後に説明するように要求される。ここに
示した従来技術の斜角探触子の場合は12mmであ
る。 (3) 考案が解決しようとする問題点 次に、上記の5Z10×10A70形斜角探触子を溶接
部におけるビード探傷に使用した場合を、第３図
に示す。 この場合、鋼中屈折角度が一定（70°）である
ため、溶接部１２内の溶接部欠陥１３が鋼材１１
の表面（第３図においては上部）近くに有る場合
は、探触子１４を溶接部１２に接近させなければ
ならない。すなわち、第３図においては、左方向
へ移動させなければならない。その際、探触子１
４の先端部１８と溶接部１２とが当たつてしま
い、溶接部表面近く（図中上方向）の超音波探傷
が不可能となる。このようなことから、接近限界
距離９の短い探触子が溶接部探傷に要求されてい
る。 現在一般に使用されている、メタクリル樹脂を
音響くさび材に用いた斜角探触子（例えば上記の
5Z10×10A70形斜角探触子）の場合、問題点とし
て、超音波ビームをケース等でマスクすることな
く製作した場合、接近限界距離を12ミリメートル
（mm）以下にすることは非常に困難であるという
ことがある。 また、音響くさび材としてメタクリル樹脂を使
用した場合、その熱変形温度は100℃であり、実
用的にみても70℃以上で使用すれば超音波の減衰
が大きくなつて感度が低下したり白く変質したり
するため、温度の高い被検材への使用には適さな
いという問題点もある。 本考案は、上記のような接近限界距離及び耐熱
性の欠点を解決し、感度が良好で信号対雑音比が
大きく、しかも温度による性能の変動が少なくて
機械的強度の大きい斜角探触子を提供することを
目的とする。 (4) 問題点を解決するための手段 本考案は、ポリエーテルイミド樹脂より成る音
響くさびを斜角探触子に組込んだものであつて、
上記のように従来技術の問題を解決し、さらに斜
角探触子の感度や信号対雑音比及び温度に係る性
能を向上させるものである。 (5) 実施例 本考案の好適な実施例を第４図に示す。但し、
第２図に示した従来技術の斜角探触子と同一部材
には同一の参照符号を付してある。 計測器等からコネクタ４及びリード線３を介し
て送られてきた電気的信号は超音波振動子２で超
音波に変換される。この超音波は、上記のように
ポリエーテルイミド樹脂を材料として使用した音
響くさび１を通つて被検体たる鋼中に入射する。
この実施例においては、上記の従来技術の例と同
じく鋼中の屈折角度θ2として70°を得るものであ
るが、後述のようにポリエーテルイミド樹脂中の
音速がメタクリル樹脂中の音速よりもかなり遅い
ために入射角θ′1は45°となり、第２図の従来技術
の例の場合の入射角θ1＝52.8°に比較してかなり小
さい。また、接近限界距離９も、この実施例の場
合11mm以下である。 なお、第２図及び第４図に示す超音波吸音材６
は、探触子内の不要な超音波の吸収減衰、不感帯
等の性能向上、及びケース内充填のために使用さ
れる。 また、表面吸音部７は、横波への変換の際発生
する一部の表面波成分を吸音し、信号対雑音比を
改善するために使用される。 (6) 考案の効果 (i) メタクリル樹脂を音響くさび材として用いた
従来技術の斜角探触子に比較して、音響くさび
中における音速が減少し、このため同じ被検体
中において等しい屈折角（例えば70°）を得る
ための被検体への超音波の入射角は小さくて済
む。従つて、第５図に入射角との関係を示した
ビーム幅Ｌも短くなり、さらにこれにより斜角
探触子の接近限界距離もビーム幅の短くなつた
分だけ短くすることが可能である。同じ5Z10
×10A70形斜角探触子において音響くさび材と
してメタクリル樹脂を用いたものと、ポリエー
テルイミド樹脂を用いたものとの、被検体（例
えば鋼材）への超音波の入射角は、鋼中の横波
の音速C2＝3230m／ｓ、屈折角θ2＝70°、及び
上記(1)式とから第１表に示す通りになる。また
ビーム幅Ｌと音響くさび材との関係も第１表に
示す通りである。
用される斜角探触子に関する。 (2) 従来の技術 斜角探触子において、音響くさび材は、超音波
振動子で発生させられた超音波の縦波から、鋼等
の被検材中で効率良く横波を発生させる目的で使
用される。一般に、音響くさび材としては従来よ
りメタクリル樹脂を加工し使用している。 従つて、日本工業規格のJIS−Z2344「金属材料
のパルス反射法による超音波探傷試験」も、音響
くさび材にメタクリル樹脂を使用している斜角探
触子を対象としてその性能を規定している。 上記のように、一般に斜角探触子は、超音波の
縦波振動モードを横波振動モードへモード変換し
て使用される。第１図に示すように、超音波が材
料から材料へ入射して屈折する際の入射角を
θ1、屈折角をθ2、材料及びの中の音速をそれ
ぞれC1，C2とすると、スネル（Snell）の法則に
より次の関係式(1)が成立する。 C1／sinθ1＝C2／sinθ2 ……(1) ここで第２図に、一般の鋼材用であつて音響く
さびとしてメタクリル樹脂を使用する5Z10×
10A70形（すなわち、使用する超音波の周波数
5MHz、振動子サイズ10×10mm、屈折角（θ2）
70°）の斜角探触子の例を示す。 計測器等から送られてきた電気的信号は、探触
子と計測器等とを結合するコネクタ４からリード
線３を介して超音波振動子２に送られそこで超音
波に変換される。 この超音波振動子２は、一般にセラミツク系圧
電磁器材料を使用しており、電気的信号と超音波
機械振動の変換を行なう。 そして、その変換の結果発生した超音波は音響
くさび１を通つて被検材たる鋼材に、入射角θ1が
52.8°で入射する（この角度θ1は、第２図の例にお
いては、C1＝メタクリル樹脂の縦波の音速
2740m／ｓ、C2＝鋼中の横波の音速3230m／ｓ、
θ2＝鋼中の屈折角70°で計算）。 上記のように、従来から音響くさび材として使
用されているメタクリル樹脂中の縦波の音速は約
2740m／ｓである。 ところで、第２図に示す超音波入射点８は、入
射する超音波の音場の最も強い位置を表わす。 この超音波入射点８と、ハウジング用及び特性
表示用として使用されるケース５の先端部と、の
間の距離９は接近限界距離と呼ばれ、なるべく短
いことが後に説明するように要求される。ここに
示した従来技術の斜角探触子の場合は12mmであ
る。 (3) 考案が解決しようとする問題点 次に、上記の5Z10×10A70形斜角探触子を溶接
部におけるビード探傷に使用した場合を、第３図
に示す。 この場合、鋼中屈折角度が一定（70°）である
ため、溶接部１２内の溶接部欠陥１３が鋼材１１
の表面（第３図においては上部）近くに有る場合
は、探触子１４を溶接部１２に接近させなければ
ならない。すなわち、第３図においては、左方向
へ移動させなければならない。その際、探触子１
４の先端部１８と溶接部１２とが当たつてしま
い、溶接部表面近く（図中上方向）の超音波探傷
が不可能となる。このようなことから、接近限界
距離９の短い探触子が溶接部探傷に要求されてい
る。 現在一般に使用されている、メタクリル樹脂を
音響くさび材に用いた斜角探触子（例えば上記の
5Z10×10A70形斜角探触子）の場合、問題点とし
て、超音波ビームをケース等でマスクすることな
く製作した場合、接近限界距離を12ミリメートル
（mm）以下にすることは非常に困難であるという
ことがある。 また、音響くさび材としてメタクリル樹脂を使
用した場合、その熱変形温度は100℃であり、実
用的にみても70℃以上で使用すれば超音波の減衰
が大きくなつて感度が低下したり白く変質したり
するため、温度の高い被検材への使用には適さな
いという問題点もある。 本考案は、上記のような接近限界距離及び耐熱
性の欠点を解決し、感度が良好で信号対雑音比が
大きく、しかも温度による性能の変動が少なくて
機械的強度の大きい斜角探触子を提供することを
目的とする。 (4) 問題点を解決するための手段 本考案は、ポリエーテルイミド樹脂より成る音
響くさびを斜角探触子に組込んだものであつて、
上記のように従来技術の問題を解決し、さらに斜
角探触子の感度や信号対雑音比及び温度に係る性
能を向上させるものである。 (5) 実施例 本考案の好適な実施例を第４図に示す。但し、
第２図に示した従来技術の斜角探触子と同一部材
には同一の参照符号を付してある。 計測器等からコネクタ４及びリード線３を介し
て送られてきた電気的信号は超音波振動子２で超
音波に変換される。この超音波は、上記のように
ポリエーテルイミド樹脂を材料として使用した音
響くさび１を通つて被検体たる鋼中に入射する。
この実施例においては、上記の従来技術の例と同
じく鋼中の屈折角度θ2として70°を得るものであ
るが、後述のようにポリエーテルイミド樹脂中の
音速がメタクリル樹脂中の音速よりもかなり遅い
ために入射角θ′1は45°となり、第２図の従来技術
の例の場合の入射角θ1＝52.8°に比較してかなり小
さい。また、接近限界距離９も、この実施例の場
合11mm以下である。 なお、第２図及び第４図に示す超音波吸音材６
は、探触子内の不要な超音波の吸収減衰、不感帯
等の性能向上、及びケース内充填のために使用さ
れる。 また、表面吸音部７は、横波への変換の際発生
する一部の表面波成分を吸音し、信号対雑音比を
改善するために使用される。 (6) 考案の効果 (i) メタクリル樹脂を音響くさび材として用いた
従来技術の斜角探触子に比較して、音響くさび
中における音速が減少し、このため同じ被検体
中において等しい屈折角（例えば70°）を得る
ための被検体への超音波の入射角は小さくて済
む。従つて、第５図に入射角との関係を示した
ビーム幅Ｌも短くなり、さらにこれにより斜角
探触子の接近限界距離もビーム幅の短くなつた
分だけ短くすることが可能である。同じ5Z10
×10A70形斜角探触子において音響くさび材と
してメタクリル樹脂を用いたものと、ポリエー
テルイミド樹脂を用いたものとの、被検体（例
えば鋼材）への超音波の入射角は、鋼中の横波
の音速C2＝3230m／ｓ、屈折角θ2＝70°、及び
上記(1)式とから第１表に示す通りになる。また
ビーム幅Ｌと音響くさび材との関係も第１表に
示す通りである。
【表】
第１表に示すように、従来通りメタクリル樹
脂のくさびを使用する場合に比較して、ポリエ
ーテルイミド樹脂のくさびを使用する場合、ビ
ーム幅Ｌは1.2mm短くでき、従つて接近限界距
離も1.2mm短くできる。 (ii) 音響くさびの材料中の超音波減衰が、ポリエ
ーテルイミド樹脂を材料とした場合は、メタク
リル樹脂を材料とした従来の場合に比較して少
なくなり感度が高くなる。 例えば、振動周波数が5MHzの超音波を使用
した場合、メタクリル樹脂中の超音波減衰が９
デシベル毎センチメートル（dB／cm）である
のに対して、ポリエーテルイミド樹脂を使用し
た場合の超音波減衰は3dB／cmでしかない。従
つて、斜角探触子の製品においては６乃至
10dBも感度が高くなる。 (iii) 耐熱性能が著しく向上し、従来のメタクリル
樹脂を音響くさび材として使用した斜角探触子
に比較して高い温度での被検体への使用が可能
である。本考案に係る斜角探触子における音響
くさび材として用いるポリエーテルイミド樹脂
の熱変形温度は約200℃であつて、従来技術の
音響くさび材として用いられたメタクリル樹脂
の約100℃と比較して、著しく高くなつている。 (iv) 機械的特性についても、第２表に示す通り、
ポリエーテルイミド樹脂はメタクリル樹脂より
も優れており、本考案に係る斜角探触子はこの
点でも従来技術より改善されるものである。
脂のくさびを使用する場合に比較して、ポリエ
ーテルイミド樹脂のくさびを使用する場合、ビ
ーム幅Ｌは1.2mm短くでき、従つて接近限界距
離も1.2mm短くできる。 (ii) 音響くさびの材料中の超音波減衰が、ポリエ
ーテルイミド樹脂を材料とした場合は、メタク
リル樹脂を材料とした従来の場合に比較して少
なくなり感度が高くなる。 例えば、振動周波数が5MHzの超音波を使用
した場合、メタクリル樹脂中の超音波減衰が９
デシベル毎センチメートル（dB／cm）である
のに対して、ポリエーテルイミド樹脂を使用し
た場合の超音波減衰は3dB／cmでしかない。従
つて、斜角探触子の製品においては６乃至
10dBも感度が高くなる。 (iii) 耐熱性能が著しく向上し、従来のメタクリル
樹脂を音響くさび材として使用した斜角探触子
に比較して高い温度での被検体への使用が可能
である。本考案に係る斜角探触子における音響
くさび材として用いるポリエーテルイミド樹脂
の熱変形温度は約200℃であつて、従来技術の
音響くさび材として用いられたメタクリル樹脂
の約100℃と比較して、著しく高くなつている。 (iv) 機械的特性についても、第２表に示す通り、
ポリエーテルイミド樹脂はメタクリル樹脂より
も優れており、本考案に係る斜角探触子はこの
点でも従来技術より改善されるものである。
【表】
(v) 弾性係数（ヤング率）の温度による変化につ
いても第３表に示す通り、ポリエーテルイミド
樹脂はメタクリル樹脂に比較して著しく小さ
い。固体中における超音波の縦波の音速は、弾
性係数の平方根に比例する。このため、音速へ
の温度の影響を著しく小さくすることができ、
斜角探触子の性能の温度特性を改善できる。
いても第３表に示す通り、ポリエーテルイミド
樹脂はメタクリル樹脂に比較して著しく小さ
い。固体中における超音波の縦波の音速は、弾
性係数の平方根に比例する。このため、音速へ
の温度の影響を著しく小さくすることができ、
斜角探触子の性能の温度特性を改善できる。
第１図は、スネルの法則を説明するために用い
る図、第２図は、従来技術に係る斜角探触子を示
す断面図、第３図は、溶接部のビード探傷に使用
する斜角探触子の接近限界距離を説明するために
用いる図、第４図は、本考案の実施例の斜角探触
子を示す断面図、第５図は、斜角探触子の超音波
の被検体への入射角とビーム幅との関係を説明す
るために用いる図である。 尚、図面において、１……音響くさび、２……
超音波振動子、３……リード線、４……コネク
タ、５……ケース、６……超音波吸音材、７……
表面吸音部、８……超音波入射点、９……接近限
界距離。
る図、第２図は、従来技術に係る斜角探触子を示
す断面図、第３図は、溶接部のビード探傷に使用
する斜角探触子の接近限界距離を説明するために
用いる図、第４図は、本考案の実施例の斜角探触
子を示す断面図、第５図は、斜角探触子の超音波
の被検体への入射角とビーム幅との関係を説明す
るために用いる図である。 尚、図面において、１……音響くさび、２……
超音波振動子、３……リード線、４……コネク
タ、５……ケース、６……超音波吸音材、７……
表面吸音部、８……超音波入射点、９……接近限
界距離。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 振動子から放射された超音波が音響くさびを通
つて上記くさびと試験体の境界面に対し斜めに入
射する超音波斜角探触子において、 ポリエーテルイミド樹脂を音響くさび材として
使用したことを特徴とする超音波斜角探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6583686U JPH0519809Y2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6583686U JPH0519809Y2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62178369U JPS62178369U (ja) | 1987-11-12 |
| JPH0519809Y2 true JPH0519809Y2 (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=30903280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6583686U Expired - Lifetime JPH0519809Y2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0519809Y2 (ja) |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP6583686U patent/JPH0519809Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62178369U (ja) | 1987-11-12 |
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