JPH0746096B2 - 転動輪収納式超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波探傷用接触子に係るもので、曲面形状の
被検体探傷面においても、超音波伝達を良好に保ちつ
つ、探触子の走査を円滑に行わせるために、超音波送受
波子を転動輪内に収納した超音波探触子の構成に関する
ものである。

超音波探傷用接触子を被検体面に沿って走査する場合、
音響的接触と走行の円滑化とを図るために送受波子を転
動輪内に収納する形式のものが用いられていることは周
知であり、その技術内容は例えば米国特許登録公報No.3
205702にも記載されている。しかしかような従来の転動
輪収納式の超音波探触子では、その転動輪と被検体との
接触部は少なくとも通過するビームの断面径を完全に収
納し得るだけの接触面積を必要とした。

上記の転動輪と被検体との接触部は所謂踏部（トレッ
ド）であって、転動輪の走行に伴って移動する。踏部が
移動しても超音波探接触子は常に踏部に向けて超音波ビ
ームを送出するよう、車軸に対して取りつけられてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のよう従来技術では、転動輪と被検体面と接触面積
を所要の大きさに常に維持する必要から転動輪自体を充
分柔軟性のある可撓体で形成しているので、その走行性
が著しく損われる。また転動輪が可撓体であると、車軸
に対して固定された超音波送受波子と転動輪踏部との距
離が変化するので転動輪内での超音波ビーム経路の変動
に基づく障害も生ずる。また被検体表面が曲面である場
合には上記所要の接触面積を常に確保することは困難と
なり、超音波伝達効率の変動の要因ともなる。さらに被
検体内における超音波ビームの指向性が表面の凹凸の影
響を受けて変動することも探傷性能の安定化をはかる上
に障害となる。

更に、踏部の接触面積を或る程度以上に保とうとする
と、転動輪を小形化することについて制約を受けるとい
う問題も有る。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、踏部の接
触面積が小さくても被検体に対して平行束の超音波ビー
ムを有効に伝達し得る。転動輪収納式の超音波探触子を
提供しようとするものである。

狭隘な踏部接触面を介して有効な超音波ビーム伝達が可
能になると、転動輪の剛性を大ならしめて走行性を向上
することもでき、転動輪の小形化にも寄与し得ることが
当然に期待される。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明では転動輪と被検体
との接触部が基本的に線接触乃至は点接触となることに
着目し、送受波子と被検体との間の超音波の伝達を上記
線接触部において行わせるようにした。そのために超音
波送受波子が送受信するビーム形態を集束性とし、その
集束点と転動輪の被検体との接触部が合致するように
し、かつ被検体内に透入した超音波ビームが平行束とな
るように拡散性音響レンズを設けた構成を創作したもの
である。

〔作用〕

上記の構成によれば、超音波送受波子から送出された超
音波ビームが踏部に向けて集束され、さらに平行束にな
るように屈折して投射されるので、該踏部の接触面積が
比較的小さくても、超音波ビームが有効に伝達される。
〔実施例〕 次に、第１図について本発明の実施例を説明するに先立
ち、第２図〜第６図を順次に参照しつつ、本発明を創作
するに至った経緯について述べる。

第２図及び第３図は第１の試案を示し、第２図は部分的
に破断して描いた側面図、第３図は同じく正面図であ
る。

１は超音波送受波子で、円柱面状振動子11が支持体12に
支持され、集束性の超音波ビーム２を送受信する。上記
送受波子１は転動輪３内に収納され、超音波ビーム２
は、転動輪３内に収納され、超音波ビーム２は、転動輪
３内に満たされている伝達媒質４を経由して転動輪３の
トレッド31を透過し、被検体５に透入する。転動輪３は
被検体５の表面51に沿って転動することにより、超音波
送受波子１の移動による走査が円滑に遂行される。

転動輪３の踏部、即ち転動輪トレッド31と被検体面51と
の接触部６は、ほぼ線接触状態となるので、超音波ビー
ム２の集束点21と接触部６とが合致するように振動子11
と転動輪３の構造を選定することにより、被検体５との
間の超音波ビームの伝達が効率よく行われる。

７は探触子駆動アームで送受波子１を所定の方向に向け
ると共に探触子を駆動走行させる機能をもたせてある。

第４図及び第５図は第２の試案を示すもので、球面状の
送受信振動子11aを用いることによって点集束された超
音波ビーム2aが得られ、その集束部21aと転動輪トレッ
ド31と被検体面51との点状の接触部6aとが合致するよう
構成されている。

さて上述した第２図及び第３図の超音波探触子のように
円柱面状振動子を用いる場合は、被検体内には扇状に拡
散する超音波ビームが形成され、第４図及び第５図のよ
うに球面振動子を用いる場合には、円錐状に拡散する超
音波ビームが形成される。このような拡散性超音波ビー
ムは、開口合成超音波探傷法や超音波ホログラフィの手
法を適用する場合に好適であり、広開口の条件を実現し
て優れた方位分解能を得ることができる。

第６図は本発明の第３の試案を示す。超音波受信振動子
11bは微小な振動素子13を多数配列してアレイ状送受波
子を形成している。その中の隣接する数個の振動子群13
nによる送受信動作を行わせる場合には、該振動子群13n
の設置方向に対応した方向に超音波ビーム2bを送受信
し、被検体５内で超音波ビーム22bとなる。いま振動子1
1bの中に占める13nの位置を順次電子的動作によって切
換え走査する場合は、被検体５内での超音波ビーム22b
は指向範囲22a′〜22a″の間で扇状に偏向走査が行われ
る。この場合、超音波ビームはその偏向方向に拘らず常
に転動輪と被検体との接触部６を通過することになる。

第１図は本発明の第１実施例を示す。本実施例は第６図
の試案を改良したものであって、送受波子11bの前方に
音響レンズ７を設ける。この音響レンズを拡散性となす
ことによって、集束性の超音波ビーム2bが音響レンズ７
を通過した後は22cなる平行束状のビームとすることが
できる。

本例のようにして平行束状の超音波ビームを被検体５内
に透入されると、遠距離まで減衰しないので、遠距離区
域の探傷感度低下を相当程度防止できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に係る超音波探触子によれば、
まず被検体への超音波ビームの伝達は、転動輪と被検体
表面との狭隘な接触部において有効になされ、かつ転動
輪の転動すなわち探触子の走行を円滑に行うことがで
き、外形が曲面で形成されている各種の機器，構造物等
の部材の欠陥検査に広汎な用途をもたらす。その上、被
検体に透入した超音波ビームが平行束状をなすので減衰
が防止され、遠距離区域の探傷感度を向上せしめること
ができる。という優れた実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す側面図である。 第２図および第３図は第１の試案を示し、第２図は部分
的に破断して描いた側面図、第３図は同じく正面図であ
る。 第４図及び第５図は第２の試案の説明図である。第６図
は第３の試案の説明図である。 １……超音波送受波子、２……集束性超音波ビーム、３
……転動輪、４……超音波伝達媒質、５……被検体、６
……転動輪と被検体との接触部、７……拡散性音響レン
ズ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空の転動輪の中へ超音波送受波子を収納
   すると共に、残余空間に超音波伝達媒質を満たした超音
   波探触子において、前記転動輪の踏部（トレッド）付近
   に拡散性音響レンズを備え、かつ、前記超音波送受波子
   は、転動輪の踏部（トレッド）に向けて超音波ビームを
   集束させる機能を備え、該拡散性音響レンズは、該超音
   波送受波子から送出された集束性の超音波ビームを、踏
   部（トレッド）付近において平行束状超音波ビームに成
   らしめるように構成されたものであることを特徴とする
   転動輪収納式超音波探触子。
2. 【請求項２】前記超音波送受波子の送受波面は、踏部
   （トレッド）を中心とする円柱面、あるいは踏部（トレ
   ッド）を中心とする球面であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の転動輪収納式超音波探触子。
3. 【請求項３】前記の超音波送受波子は、多数の振動素子
   を配列して形成されたアレイ状振動素子であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の転動輪収納式超
   音波探触子。