JPS64605Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波斜角探触子の形状に関するもの
である。

斜角探触子とは、適度な角度のクサビによつ
て被検体中へ斜めに超音波パルスを発射し、被検
体中のキズによつて反射された超音波エコーを検
出するための超音波発信受信素子である。キズの
位置は、送信パルスとエコーパルスの時間差から
求められる。

第１図は、中空円筒形被検体のキズを円筒内側
面から探傷する従来の斜角探触子１である。第２
図は上記斜角探触子１を円筒２の内側面に内接さ
せて超音波３を発射したときの、円筒軸方向から
見た側面図である。第１図に示すように、従来の
斜角探触子１の底面４は、円筒内側面に内接する
円筒形の一部になつており、その上面５に超音波
トランスデユーサー６が設けられている。上記上
面は円筒の軸と平行な直線を中心として適当な角
度だけ回転した面になつているので、その面上
にある超音波トランスデユーサー６から発射され
る超音波ビーム３は被検体２に傾斜して入射す
る。その結果、超音波ビーム３は、上記円筒面の
軸に対して垂直で、かつ上記超音波トランスデユ
ーサー６を含む面内で、円筒の外側面と内側面の
間で反射を繰返しつつ、第２図に示すように、進
行する。被検体中にキズがあると、超音波３は反
射されて、上記の径路を逆にたどつて超音波トラ
ンスデユーサー６に戻り、エコーパルスとして検
出される。

なお探触子１中の超音波音速と被検体中の音速
が等しくない場合には、第３図に示すように、そ
の境界面において屈折が生じる。

この超音波の入射角をθ（）、屈折角をθ（）
とし、超音波媒質，の超音波の速度をＶ
（），Ｖ（）とすると屈折について次の式が成
立つ。

sinθ（）／sinθ（）＝Ｖ（）／Ｖ（） しかしこの屈折の効果は、本考案の本質とは直
接には関係しない。

従来の斜角探触子１から放射された超音波３
は、第２図に示すように、円筒軸に対して垂直な
面内を進行する。従つて、第４図に示すような、
円筒軸にほぼ平行なキズ７に対してほぼ直角に、
超音波３が照射される。この場合反射波はほぼ入
射経路を逆にたどつて超音波はトランスデユーサ
ー６に戻り、そしてキズが検出される。

しかし従来の斜角探触子を、第５図に示すよう
なテーパー状の被検体に適用し、内側表面あるい
は外側表面近傍にあり、それぞれの母線にほぼ平
行なキズを探傷するために使用する場合には非常
に効率が悪い。その理由は、第６図に示すよう
に、超音波の進行方向に対して垂直な面内にある
キズａの反射波３ａは入射波と逆方向に進行する
が、その面内にないキズｂの反射波３ｂは入射波
と逆方向には進行しない。従つてエコーが超音波
トランスデユーサー６に戻る効率が悪く、ほとん
どエコーが戻らない。さらに具体的に説明する
と、第５図に示すようなテーパー状の被検体の内
側円筒に、従来の斜角探触子を内接させて超音波
を発信すると、超音波の進行方向は内側円筒の軸
方向に垂直な面内にあるので、外側表面近傍にあ
り、外側円錐の母線にほぼ沿つている線状のキズ
７の反射波は超音波トランスデユーサー６にほと
んど戻らない。また内側面近傍にあり、円筒軸に
ほぼ平行な線状のキズ８を検出するために、超音
波を一度外側面によつて反射させてからそのキズ
に照射させる場合においても、超音波の進行方向
と、そのキズの方向が直角でないので、やはり反
射エコーが超音波トランスデユーサー６にほとん
ど戻らず、そのキズの検出が困難であつた。

本考案は斜角探触子の構造に改良を加えて、テ
ーパー状被検体の表面近傍にあり、テーパー外側
円錐の母線あるいはテーパー内側円筒の軸にほぼ
平行な線状のキズ７，８に対して超音波３を直角
に照射することによりそのエコーを容易に検出す
ることを可能としたものである。

第７図は本考案に係る斜角探触子９の斜視図で
ある。

第７図に示す斜角探触子は、第１図の斜角探触
子の超音波トランスデユーサーを含む上面を、角
度θだけさらにｚ軸を中心として回転したもので
ある。この結果、超音波が底面を横切る点におけ
る接平面に含まれ円筒の軸に平行な軸をｙ軸、上
記接平面に含まれｙ軸に直角な軸をｘ軸、ｘ軸お
よびｙ軸に直交する軸をｚ軸とするとき、従来の
斜角探触子における超音波の進行方向の方向余弦
が（−sin，０，−cos）であるのに対して、第
７図に示す斜角探触子９における超音波トランス
デユーサから放射される超音波のメインローブの
進行方向の方向余弦は（−cosθsin，−sinθsin，
−cos）に変わる。

底面への入射角θ（）はｚ軸との方向余弦で
定まるので、第１図と第７図の斜角探触子は同一
の入射角度を有する。斜角探触子中に被検体中
の超音波の音速が同一でない場合には第３図のよ
うに屈折が生じるが、屈折の態様は、第１図と第
７図の斜角探触子において変化がない。他方、超
音波の進行方向には顕著な差が、二種の斜角探触
子において現われる。すなわち第１図の斜角探触
子においては、超音波の進行方向の方向余弦にｙ
成分が含まれていないが、第７図の斜角探触子に
おいては、超音波の進行方向が円筒の軸、すなわ
ちｙ軸と直交せず、ｙ成分をも含んでいる。

第８図はテーパー状の被検体の内側円筒に、第
７図の斜角探触子を内接させて超音波を発射した
時の側面図である。超音波の進行方向はｙ成分を
含んでいるので、角度θ，の値いを選ぶことに
より、超音波がテーパー部外側円錐に当る点で
の、円錐の母線に対して超音波が直角になるよう
に調節することができる。このように調節すると
この母線の近傍にあり、この母線にほぼ平行なキ
ズがあればエコーが超音波トランスデユーサー６
に効率よくもどる。また、外側円筒で一度反射し
た超音波が、内側円筒に当る点での円筒の母線に
対して、超音波が直角になるように角度θ，を
調節することもできる。このように調節すると上
と同様に内側円筒近傍のキズを探傷することがで
きる。この場合の角度θの値いは、外側表面近傍
のキズを探傷する場合のほぼ２倍となる。

以上に説明したように、適当な角度θを選び、
斜角探触子を内側面の周方向あるいは軸方向に移
動することにより、テーパー部の外側面あるいは
内側面の母線にほぼ平行なキズを高感度で探傷す
ることができる。なお、テーパーの形状が種々あ
る場合には、角度θ，を可変にしておく必要が
ある。

本考案に係る斜角探触子は、内側面が円錐形で
外側面が円柱形であるテーパー部にも、当然容易
に応用することができる。また直接接触形のみで
なく水浸法においても同様な考え方が成り立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の斜角探触子、第２図は被検体中
の超音波径路を示す側面図、第３図は境界面での
超音波の屈折を示す模式図、第４図は円筒中のキ
ズを示す斜視図、第５図はテーパー部に従来の斜
角探触子を使用した場合の超音波の径路を示す側
面図、第６図は線状のキズによる超音波の反射を
示す模式図、第７図は本考案に係る斜角探触子の
斜視図、第８図は本考案に係る斜角探触子をテー
パー部に使用した場合の超音波の径路を示す側面
図である。 ２……被検体、３……超音波ビーム、６……超
音波トランスデユーサー、７，８……キズ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 円筒面と円錐面からなるテーパー形の管体か
   ら成る被検体の円筒面に密接するように底面が
   円筒の一部で形成され、傾斜した上面に超音波
   トランデユーサが付設されている斜角探触子に
   おいて、超音波が底面を横切る点における接平
   面に含まれ円筒の軸に平行な軸をｙ軸、上記接
   平面に含まれｙ軸に直角な軸をｘ軸、ｘ軸およ
   びｙ軸に直交する軸をｚ軸とし、φ，θを0゜以
   外の角度とするとき、上記超音波トランデユー
   サが付設された上面が上記接平面に対して角度
   φだけ傾斜し、上記上面に付設された超音波ト
   ランスデユーサから放射される超音波のメイン
   ローブの進行方向の方向余弦が（−cosθsinφ，
   −sinθsinφ，−cosφ）であり、管体中の超音波
   が管体に当る点における管体の母線の方向に対
   して超音波進行方向が直交するように上記角度
   θ，φが選ばれていることを特徴とするテーパ
   ー用斜角探触子。 (2) 上記角度φと上記角度θまたはその一方が可
   変であることを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載のテーパー用斜角探触子。