JPS62103568A - 分割形垂直探触子 - 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】 〔発明の利用分野〕 本考案は超音波による垂直探傷法に使用される分割形垂
直探触子に係わり、特に被検体の探傷を探傷面に近い距
離から遠距離、例えば厚板の底面に至る広範囲を同時に
行うのに好適な分割形垂直探触子に関する。

〔発明の背景〕

垂直探傷法は、超音波探傷においてもっとも一般的な探
傷方法で、その基本的な方法だけでも送受信兼用の１探
触子法、送信用および受信用の２個の探触子を使用する
２探触子法、２探触子法の変形として送信用および受信
用の振動子を１つのケース内に組み込んだ分割形垂直探
触子を使用する方法などがある。これらの各方法は被検
体の性状や探傷する深さ等により使い分けられるが、ｌ
探触子法では送信パルスの幅に相当するまでの深さは、
エコーが分離できないから探傷することができない欠点
があり、２探触子法では送信パルスが受信側に大きく入
らないから比較的近距離分解能は向上するものの、２個
の探触子を操作するため１探触子法に較べて操作が面倒
で、前記近距離分解能も探傷面に近い表層部を探傷する
ことはできない。前記２探触子法の欠点を補う方法が分
割形垂直探触子を使用する方法で、その従来の通常の分
割形垂直探触子を第６図ないし第１０図により説明する
。図において１１はほぼ半円形の送信用の振動子、１２
は同じく受信用の振動子で、円筒状のケース１３内に、
該ケース１３の中央に設けられている板状の音響分割面
１４を介して対称に配設されている。１９は一般に合成
樹脂で作られる遅延材で、ケース１３内の再振動子１１
．１２の下側に挿入され、ケース１３内の各振動子１１
．１２を設定角度に設置する。１５はダンパ、１６は接
栓、１７．１８は各振動子１１゜１２の電極である。な
お音響分割面１４の上面とケース１３の内面との間にば
ばね２０が介装されており、送信側から受信側へ被検体
の表面を伝わっていく振動を防ぐために、音響分割面１
４を被検体表面に押し付けられるようになっている。

かかる構成の分割形垂直探触子を使用した場合の被検体
に対する超音波の入射および反射の状況を第７図に、ま
たその音圧分布を第８図に示す。

超音波が被検体（鋼板）９に入射されると、超音波ビー
ムは振動子１１．１２の設定角度により、第７図の斜線
で示す範囲の広がりとなり、その反射波の受信もまた同
様に入射ビームと対称形の斜線で示す範囲となる。そし
て鎖線で示すビーム軸は探傷面９ａから近い深さくたと
えば数１鵬ないし１０鶴程度）のＸＩに焦点を結ぶこと
になる。この場合の音圧分布は第８図に示すように前記
焦点深さＸ１付近がもっとも高く、その前後は急激に低
下する。これらのことから前記２探触子法の欠点を補う
ことはできるものの、内部欠陥の検出は、焦点深さＸ。

付近の近距離に限定され、それより深い遠距離部分で、
前記送・受信時の斜線で示すビーム幅が重ならない部分
は、不可能であり、しかも音圧が焦点深さＸ、付近の前
後は急に低下するから、たとえ焦点深さＸＩ付近であっ
ても焦点から外れた深さでは検出ができない場合もある
。また振動子１１゜１２と被検体９との間に遅延材１９
が介設されるため、送信パルスの次に遅延材１９の当接
面すなわち被検体の探傷面の位置に表面エコーが出現し
、以下遅延材１９の厚さに対応する路程位置に等ピッチ
で表面エコーが出現するから、それ＼らのエコーが欠陥
エコーと接近して出現する場合には表面エコーを欠陥エ
コーと誤認することがある。第９図に従来の分割形垂直
探触子による探傷とそのエコーパターンとの関連の１例
を示す。エコーは送信パルスＴの次に表面エコーＳ、が
探傷面９ａの位置に出現し、以下等ピツチにＳｚ、Ｓｚ
が出現する。そして欠陥エコーＦおよび底面エコーＢが
それらの間や近くに出現する。したがって前記したよう
に、エコーがごく接近したり重なって出現する場合には
熟練者でも誤認または混同することがある。そして遅延
材１９の介設は、近距離にビーム軸の焦点を結ぶための
ものであるがら底面エコーＢが出現しないことがあり、
通常の非分割形垂直探触子のように、底面エコー高さを
欠陥エコー高さの評価基準に使用することができない問
題点を有する。

さらに被検体が第１０図に示す丸棒のような曲率を有す
る探傷面の場合にも、精度のよい探傷ができないという
問題点を有する。すなわち第１Ｏ図（ａ）。

（ｂ）　、　（ｃ）に示すように欠陥１０を有する丸棒
９′に対し分割形垂直探触子を当接すると、当接部分は
主として音響分割面１４のみとなり遅延材１９は僅かで
、丸棒９′内に超音波はほとんど入射し得ない。

これは分割形垂直探触子の向きを変えて当接しても遅延
材１９との接触面積は小さく前記と同様となる。このた
め通常に探傷を行うためには被検体９′の探傷面の曲率
に合わせて、分割形垂直探触子の遅延材１９、音響分割
面１４の各当接面およびケースを特製しなければならな
い。このように従来の分割形垂直探触子は多くの問題点
を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は前記従来技術の問題点を解消するためになされ
たもので、探傷面の近距離の探傷に、限定されることな
く遠距離の探傷を可能にし、通常の非分割形の垂直探触
子としても使用することができる、分割形と非分割形の
両方の機能を併有する分割形垂直探触子を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は分割された振動子が、ケース内に音響分割面を
介して配設されている分割形垂直探触子において、振動
子が同心円状に円形の中心部とその外周部とに分割され
、その分割された各振動子の被検体への当接面が、前記
ケースの底面に、リング状の音響分割面を介して同一平
面状に配設されていることにより、探傷面の近距離だけ
でなく遠距離の探傷をも可能にし、分割形と非分割形の
両方の機能を併有することができるようにした分割形垂
直探触子である。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図ないし第５図により説明する。

第１図は構造の概略説明図で、１は中心部の円形の送信
用の振動子、２は送信用振動子１の外周に同心円状に配
設されている受信用の振動子で、両振動子１，２は被検
体への当接面１ａおよび２ａが、円筒状のケース３の底
面部に、リング状の音響分割面４を介して同一平面上に
配設されている。本構成から明らかなように本願発明に
係わる分割形垂直探触子は、各振動子１，２に角度を付
けて設置する必要がないから遅延材を使用せず、通常の
非分割形垂直探触子と同様に振動子１．２の当接面１ａ
、２ａが直接被検体の探傷面に接触する。この場合にお
ける被検体に対する超音波の入射および反射の状況を第
２図に、またその音圧分布を第３図に示す。第２，３図
は前記従来の分割形垂直探触子における第７図および第
８図に対応するものである。超音波が被検体９に入射さ
れると１．超音波ビームは２点鎖線で示す範囲の広がり
変１となり、その反射波の受信範囲は点線で示す範囲と
なる。この結果各ビーム軸は焦点を結ぶことなく、送・
受信のビーム幅が重なる斜線で示す範囲が内部欠陥の検
出可能範囲となる。

この欠陥検出可能範囲は第２図かられかるように、被検
体９の送信用振動子１の直下のごく浅い部分を除き（だ
だし送信用振動子１と受信用振動子２との隣接する部分
は除外されない）底面まで、通常の非分割形垂直探触子
と同様に広範囲となる。

そして前記送信用振動子１の直下の部分は、該振動子１
の寸法を小さくすることおよび周波数を高くすることに
よりさらに小さくすることが可能であり、斜線部をさら
に拡大することができる。つぎに音圧分布は被検体９の
探傷面９ａからの深さ、すなわちビーム路程Ｘに対する
エコー高さｈの関係が、実験的に第３図に示すようにエ
コー高さｈはビーム路程Ｘに、ごく浅い部分を除き逆比
例するｈ（Ｘ１／ｘの直線状になることが求められた。

この関係から欠陥エコー高さの評価基準に底面エコー高
さを、通常の非分割形垂直探触子のように使用すること
が可能となる。また遅延材を使用しないから第９図にお
いて説明した従来の分割形垂直探触子のように、表面エ
コーＳ、、Ｓ、、Ｓ３・・・等が全く出現することなく
第４図に示すように送信パルスＴにつづいて欠陥エコー
Ｆおよび底面エコーＢが出現するのみで、欠陥エコーＦ
を表面エコーＳ、、Ｓ、等と誤認する心配はなくなった
。さらに前記第１０図と同様の丸棒のような曲率を有す
る被検体を探傷する場合でも、第５図（ａ）　、　（ｂ
）　、　（ｃ）に示すように欠陥１０を有する丸棒９′
に対して分割形垂直探触子を当接すると、第５図（ａ）
では送信用振動子１の当接面１ａの中心部のみが接触し
ているようにみえるが、実際は第５図（ｂ）で明らかな
ように、送信用振動子１の当接面１ａおよび受信用振動
子２の当接面２ａとも接触媒質を介して多少の幅を持つ
帯状に接触し、超音波の送・受が可能であるから第２図
で説明したと同じ斜線で示す範囲の欠陥検出可能範囲が
でき探傷することができる。

なお図示していないが、ケース３上の接栓６付近に両振
動子１．２に対する送信と受信の切換スイッチを設け、
その切り換えを、送信用振動子１を受信用に、反対に受
信用振動子２を送信用に相互変換でき、また両振動子１
，２を同時に送信用に、または受信用のいずれかに変換
できるようになっているから、両振動子１．２を送信か
受信のいずれかに同時に切り換えた場合には、送信用ま
たは受信用の通常の１探触子の非分割形垂直探触子とし
て超音波ビームのエネルギレベルを上げた状態で使用す
ることが可能である。このため探傷面に近い距離から底
面の遠距離に至る広範囲を１つの探触子でほぼ同時に連
続して探傷することができる。

前記説明は両振動子１．２の平面積がいずれも任意の場
合についてしたが、送信用と受信用の各振動子１．２を
同一面積に構成すると、超音波ビームの送受のエネルギ
が一定となり受信効率が向上する効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、分割された振動子が、ケ
ース内に音響分割面を介して配設されている分割形垂直
探触子において、振動子が同心円状に円形の中心部とそ
の外周部とに分割され、その分割された各振動子の被検
体への当接面が、前記ケースの底面に、リング状の音響
分割面を介して同一平面状に配設されるように構成した
から、１つの分割形垂直探触子で探傷面の近距離および
遠距離の探傷を可能にし、通常の５非分割形垂直探触子
としても使用することができ、分割形と非分割形の両方
の機能を併有することができる実用上顕著な効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第５図は本発明の詳細な説明図で、第１図
（ａ）は構造の概略説明用側断面図、第１図（ｂ）は第
１図（ａ）のＩ　（ｂ）矢視図、第２図は被検体に対す
る超音波の入射および反射の状況説明図、第３図は第２
図の場合における音圧分布を示すグラフ、第４図は欠陥
を有する被検体の探傷とそのエコーパターンとの関連を
示す図、第５図は丸棒材に対する探傷例で、第５図（ｂ
）は第５図（ａ）のＶ　（ｂ）矢視図、第５図（ｃ、）
は第５図（ａ）のＶ　（ｃ）矢視図である。 第６図ないし第１０図は従来の分割形垂直探触子の説明
図で、第６図（ａ）は構造概略説明用側断面図′、第６
図（ｂ）は第６図（ａ）のＶｌ（ｂ）矢視図、第７図は
被検体に対する超音波の入射および反射の状況説明図、
第８図は第７図の場合の音圧分布を示すグラフ、第９図
は欠陥を有する被検体の探傷とそのエコーパターンとの
関連を示す図、第１０図は丸棒材の探傷例で、第１０図
（ｈ）は第１０図の（ａ）のＸ　（ｂ）矢視図、第１０
図（ｃ）は第１０図（ａ）のＸ　（ｃ）矢視図である。 １．１１・・・送信用の振動子、２．１２・・・受信用
の振動子、３，１３・・・ケース、４．１４・・・音響
分割面、５゜１５・・・ダンパ、９，９′・・・被検体
、１９・・・遅延材。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 第３図 ビームＦｌ！％−程　　（ｘ） 第５図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（ｂ）Ｖｃｂ）＋−’ （Ｃ） （ｂ） 第７図 第８図 ビーム銘Ｉ至　　（ｘ） 第９図 Ｔ　　　　Ｓ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分割された振動子が、ケース内に音響分割面を介し
   て配設されている分割形垂直探触子において、振動子が
   、同心円状に円形の中心部とその外周部とに分割され、
   その分割された各振動子の被検体への当接面が、前記ケ
   ースの底面に、リング状の音響分割面を介して同一平面
   状に配設されていることを特徴とする分割形垂直探触子
   。 ２、分割された各振動子の被検体への当接面の面積が、
   同一に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の分割形垂直探触子。 ３、分割された各振動子が、送信用と受信用に相互にま
   た同時にいずれかに変換可能に切り換えられる切換スイ
   ッチを、ケース上に設けたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の分割形垂直探触子。