JPH0152694B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ トランスジユーサ装置と溶融アルミニウムと
の間に超音波機械エネルギを案内する改良された
プローブにおいて、前記プローブは本質的にチタ
ンで作られた作用チツプと、真空中で蒸発されて
前記作用チツプに付着されたアルミニウムの被膜
とを備えたことを特徴とするプローブ。

２ トランスジユーサ装置と溶融アルミニウムと
の間に超音波機械エネルギを案内するプローブを
形成する方法において、本質的にチタンで作られ
たプローブ作用チツプで出発して、 (a) 前記作用チツプの表面を浄化しそしてチタン
酸化物及び他の反応生成物を前記面から除去す
るように前記面を化学的にエツチングし、 (b) 真空雰囲気内に前記作用チツプを置き、 (c) グロー放電によりイオン化されたガスを前記
作用チツプの表面に当てて前記表面を更に浄化
しそしてチタン酸化物及び他の反応生成物を前
記面から更に除去し、 (d) 前記真空雰囲気の圧力を下げ、そして (e) 前記真空雰囲気中でアルミニウムを蒸発させ
て、この蒸発したアルミニウムを前記作用チツ
プの表面に付着させ、そこに被膜を形成させ
る、 という順次の工程を備えたことを特徴とする方
法。

３ 前記工程(a)は、クローム酸、フツ化水素酸、
燐酸、硝酸、硫酸ナトリウム及び硫酸より成る群
からの少なくとも１つの酸を含む酸性水溶液を用
いて行われる請求の範囲第２項記載の方法。

４ 前記溶液は本質的に約20重量％のフツ化水素
酸と、約30重量％の硝酸と、残りは水とで構成さ
れる請求の範囲第３項記載の方法。

５ 前記工程(a)では、前記本体部材のチタン粒構
造が前記本体部材の表面に見えるようになるに充
分な量のチタン元素が前記本体部材の表面から除
去される請求の範囲第３項記載の方法。

６ 前記工程(c)は約50×10^-3mmHgないし300×
10^-3mmHgの圧力の真空雰囲気中で行われる請求
の範囲第２項記載の方法。

７ 前記工程(c)は約15ないし60分間行われる請求
の範囲第６項記載の方法。

８ 前記工程(e)は約0.005×10^-3mmHgないし0.5×
10^-3mmHgの圧力の真空雰囲気中で行われる請求
の範囲第２項記載の方法。

９ 前記工程(e)は約15ないし30秒間行われる請求
の範囲８項記載の方法。

発明の分野 本発明は、溶融アルミニウムの処理及び検査に
超音波を適用することに係る。特に、本発明は、
トランスジユーサ装置と溶融アルミニウムとの間
に超音波を案内する改良されたプローブに係る。

背景技術 最近では、超音波が非常に重要視されて来てい
る。超音波の独特の性質が工業、信号、医学及び
その他多数の分野に適用されている。

超音波を用いて溶融アルミニウムを処理及び検
査することは知られているが、広く商業的には実
施されていない。

例えば、比較的周波数が低く（15―20KHz）そ
して電力の大きな（0.1―数百ワツト）超音波で
溶融アルミニウムを処理して、金属の質を改善で
きることが知られている。超音波による効果とし
ては、溶融アルミニウムのガスが抜けてその水素
含有量が下がり、溶融アルミニウム内での合金化
元素の分散が容易にされ、そして固体化した金属
については粒度が高くそして加工性及び機械的特
性が良くなることが報告されている。

溶融アルミニウムを検査する場合には、比較的
高い周波数（１―10MHz）及び低に電力（0.004
―0.04ワツト）が使用される。実用的な検査手段
の大部分はパルス―エコー法であり、超音波パル
スを溶融アルミニウムへ送り込んでパルス反射即
ちエコーを検出しそしてそれを測定する様にされ
る。溶融アルミニウムの品質は、その中の不溶性
成分の如き不連続部から反射されるエコーの数及
び振巾、パルス振巾の減衰度、溶融アルミニウム
中のパルス速度、及び超音波周波数のずれに関し
て表わされる。

溶融アルミニウムの処理又は検査に超音波を適
用する別のやり方も、もちろん可能である。

超音波技術の実施に関する詳細については、一
般に、参考としてここに引用するMc Graw―
Hill Book Company，Inc.，ニユーヨーク―ト
ロント―ロンドン（1960年）のB.Callinによる
「Uitrasonics」を参照されたい。

溶融アルミニウムに対して超音波をやりとりす
るために、電気エネルギを機械エネルギに変換し
そして機械エネルギを電気エネルギに変換する電
気機械トランスジユーサ装置が一般に使用されて
いる。最も普及している電気機械変換装置は磁気
歪又は圧電作用のいずれかによつて作動するもの
ある。然し乍ら、磁気歪型のトランスジユーサ
は、それらの特性作動周波数が低い（例えば60K
Hz）以下）のために、溶融アルミニウムの検査に
は一般的に用いられない。

圧電型のトランスジユーサは典型的に超音波を
送受することができる。従つて１つの圧電トラン
スジユーサを用いて送受両機能を行なつてもよい
し、或いは送受に対して別々のトランスジユーサ
を用いてもよい。この圧電トランスジユーサは高
い周波数及び低に電力レベルを容易に取り扱うこ
とができ、従つて溶融アルミニウムの検査法に良
く適している。

トランスジユーサは、“遅延線”又は“機械的
なスタンドオフ”と称されるプローブを用いて溶
融金属へ便利に結合できる。例えば、R.S.Young
氏等の米国特許第3444726号を参照されたい。こ
のプローブは、通常約675ないし825℃の高い温度
にある溶融体からトランスジユーサを分離し、そ
して送信されるパルスと、このパルスが最初に溶
融体に入るところの近くに位置した含有物からの
エコーとの間に時間遅延を導入する様に働く。

プローブは通常バー又はロツドの形態であり、
その１端は溶融体の中に沈められ、これは“作用
チツプ”として知られている。そしてプローブの
他端はトランスジユーサに結合される。理想的な
プローブ材料は次の様な特性を有していなければ
ならないと云える。

(a) プローブ材料は、使用される周波数において
作用温度レンジに亘り音響エネルギの減衰量が
常に小さいものでなければならない。

(b) プローブ材料は、堅労で且つ均質で然も熱及
び機械的な衝撃に充分耐えるものでなければな
らない。

(c) プローブ材料は、溶融金属に対して充分な耐
食性を有したものでなければならない。溶融金
属と反応して保護膜を形成する様な材料は、溶
融金属に沈められるプローブの送信端の濡れが
実質的に少なくなるという欠点がある。

(d) プローブ材料は、熱伝導率が小さいものでな
ければならない。

(e) プローブ材料は、その音響インピーダンス、
即ち音響速と密度との積、が溶融金属の音響イ
ンピーダンスと同程度のものでなければならな
い。

明らかな様に、これらの条件の全てを満たす様
な材料は発見されていない。

例えば、70／30及び60／40という体積比のチタ
ンジボライド及びチタンカーバイド混合体で作ら
れた焼結ロツドがこれまでに試験されている。こ
られのロツドの場合は、充分に堅牢なロツドを得
ることと、液体アルミニウムとプローブとの間に
超音波エネルギを伝達できる様にロツドの浸入端
を濡らすこととに関して、最初に問題に遭遇し
た。濡らしを行なう試みにおいては、プローブが
不活性雰囲気即ちアルゴンの下で液体アルミニウ
ム中に沈められた。プローブを沈める前にプロー
ブの両端にろう付け金属を被せた時でも、これら
の試みは成功しなかつた。真空中で高い温度（例
えば1200℃）において純アルミニウムをロツドに
被せた時には非常に良い結果が得られ、プローブ
とアルミニウムとの界面における信号の減衰は少
なく且つ信号ロスも非常にわずかなものであつ
た。然し乍ら、プローブを液体金属から取り出し
て大気に曝した時にはこれらの利点が失なわれて
しまつた。プローブの端面は明らかに酸化され、
従つて再び沈めた際にはプローブ端面が完全に濡
れず、得られる信号のほんの１部分しか金属中に
送り込めなかつた。

５％のAl及び2.5％のsn（重量で）を含みそして
単相構造で得ることのできるチタン合金Ti317も
これまでに試験されており、相当の耐食性がある
と分つている。二相（α＋β）構造を有する物質
は減衰度が非常に大きく、２フイート×１インチ
直径のロツドを通して2.5MHzまでの信号しか送
信できない。単相構造に変換した時には、減衰度
が適度なものになるがそれでもなお所望値よりは
大きい。又、チタンは溶融アルミニウムに約30分
間沈めなければ濡れないことも試験で示されてい
る。ここで、チタンの構造について、簡単に説明
しておく。チタンの機械的特性は、実際の組成よ
りも、相構造に大きく依存している。チタンにお
いては、その熱処理中の温度によつて、次の３つ
の相構造が得られる。

(1) α相構造：六方最密格子構造であり、比較的
に軟らかく、丈夫で且つ延性がある。

(2) β相構造：体心立方格子構造であり、より硬
く、より強いが、α相構造のものより延性
がない。

(3) 二相（α＋β）構造：α相とβ相との組合せ
構造 チタンジボライド―チタンカーバイドの焼結
体、及び金属チタン合金をプローブ材料として考
察してみた後、少なくとも次のものがより好まし
いことがわかつた。すなわち、例えば、商標名
「Foseco Dycohe 34」として販売されているよ
うな耐火物材料と水とを混合して、耐火物材料の
水混合物であるスラリー（水に耐火物材料が懸濁
されている）を作り、このスラリーを、エアー噴
霧装置を使用して鋼（0.26重量％の炭素含有量）
のロツド上に噴霧（エアー霧化）させてみた。そ
して、水が蒸発するに充分な時間をおくと、その
鋼のロツドに耐火物層が形成された。溶融アルミ
ニウムによつて濡らされないものであるこの耐火
物層は、その鋼のロツドが溶融アルミニウムと反
応しないようにする。このようなプロセスは、溶
融金属移送樋、縦樋、タツプホール等が溶融アル
ミニウムと反応しないようにして、それら装置の
使用寿命を長くするために、アルミニウム鋳造工
場において、広く使用されているものである。こ
のように耐火物層を形成した鋼のロツドの先端に
銀半田のキヤツプを付与したものが好ましいこと
が判明した。銀半田は濡らしを速め、従つてプロ
ーブは約３分沈めた後にエネルギを送つたり受け
たりした。このプローブは、いつたん濡れると、
液体金属から取り出して冷却させそして再び溶融
金属へ入れても結合効率が不当に低下することが
ない。そして噴霧によつて形成されたロツドの側
面の耐火物被覆層は、そのロツドの物質が溶融ア
ルミニウムに対して濡れないようにし、従つて、
不所望の超音波振動がそのロツドの側面を通して
溶融アルミニウム内へ入らないようにし、これに
より、溶融アルミニウムを検査しているときに得
られるデータの解釈に影響を及ぼすような望まし
くない信号が生じないようにする。然し乍ら、鋼
は溶融アルミニウム中で溶ける傾向があるとう問
題がある。この問題は反射エコーの振巾を観察す
ることによつて解決され、この振巾が所定レベル
に下つた時に、プローブを取り出して短く縮めそ
して再び半田付けを行なう様にされる。

従つて、これまでに調査された種々のプローブ
構造は、次の様な問題の１つ或いはそれ以上によ
つて各々影響を受ける。即ち、プローブが全く濡
れないか、或いはプローブを溶融体に初めに沈め
てから相当の時間が経つまで濡れない；プローブ
を溶融体から取り出して大気に曝して冷却しそし
て再び溶融体に沈めた後にプローブの濡れが生じ
ない；作動温度においてプローブ材料が超音波信
号を不所望な程減衰してしまう；或いはプローブ
材料が溶融アルミニウム中で化学的に安定でな
い。

本発明は以上の様な背景に対処すべく案出され
たものである。

発明の概要 本発明は、トランスジユーサ装置と溶融アルミ
ニウムとの間で超音波機械エネルギを案内する改
良されたプローブに関する。この改良されたプロ
ーブは、好ましくは単相構造を示す本質的にチタ
ンで作られた作用チツプと、真空中で蒸発されて
作用チツプに付着されたアルミニウムの被膜とを
備えている。

プローブで溶融アルミニウムに対して超音波を
やりとりするためには、その作用チツプを溶融金
属で“濡ら”さねばならない。本発明による改良
されたプローブはその作用チツプが非常に迅速に
濡らされ、そしてこのプローブはそのチツプを
850℃までの温度の溶融アルミニウムに沈めた際
には、チツプが約１分或いはそれ以下で、通常は
約15秒で、溶融金属によつて濡らされることを特
徴とする。このプローブの作用チツプは、いつた
ん濡らされると、液体金属から取り出して大気に
曝しそして冷却させてから溶融金属中に再び沈め
た際にも、同様に短い時間で、例えば約１分或い
はそれ以下で、通常は約15秒で、再び濡らすこと
ができる。

プローブ内での超音波エネルギの減衰は、典型
的に、大電力の使用目的（0.1ワツト或いはそれ
以上）では問題にならない。

低電力の使用目的（0.004―0.04ワツト）の場
合には、作用チツプを短いものにし（例えば長さ
１／４ないし２インチ）、そして作用チツプの浸入点
からプローブ温度が300℃以下に下がる点までプ
ローブの長手軸に沿つて急撃な負の温度勾配（例
えば少なくとも200℃／インチ）を確保する様な
冷却手段を設けることが望ましい。

本発明による改良されたプローブは溶融アルミ
ニウムに対して実質的に不活性であると分つてい
る。

又、本発明は、上記した改良されたプローブを
作る特殊な方法にも係る。本質的にチタンで作ら
れたプローブ作用チツプで出発して、チツプ表面
を浄化しそしてチタン酸化物及び他の反応生成物
をチツプ表面から除去する様にチツプを化学的に
エツチングする。化学的にエツチングしたチツプ
を次いで真空雰囲気中に置き、そこでグロー放電
によりイオン化されたガスを当てて、更に浄化を
行ない且つチタン酸化物及び他の反応生成物を更
に除去する。次いでこの真空雰囲気の圧力を下
げ、この低い圧力の真空雰囲気中でアルミニウム
を蒸発し、この蒸発したアルミニウムをチツプに
付着させて被膜を形成する。

【図面の簡単な説明】

添付図面において、第１図はここに述べる特殊
な溶融アルミニウム検査プローブの側面図であ
り、第２図は第１図に示されたプローブの前面図
であつて、１部分を除去及び破断した図であり、
そして第３図は第１図及び第２図に示されたプロ
ーブを作動する例示的なブロツク回路図である。

好ましい実施例の開示 第２図及び第３図は本発明の好ましい実施例で
ある改良されたプローブ１を示している。プロー
ブ１は溶融アルミニウム検査法に用いるのに特に
適しており、そして溶融アルミニウムの処理の様
な他の使用目的に対しては、当業者にとつて明ら
かなアダプタ装置を設ける必要があることが理解
されよう。

プローブ１は本質的にチタンで作られた本体部
材３を備えており、これは単相構造の錬チタンバ
ーから加工されるのが好ましい。この本体部材３
は両端５及び７を有し、その各々は実質的に平ら
な端面９を有し、これは本体部材３の長手軸１１
に対して実質的に垂直である。

適当な圧電トランスジユーサ装置１３は、第２
図に示された様に、保持プレート１７によつてＯ
リング１５に対して与えられる機械的な圧力によ
り本体部材の端７の面９に便利に結合される。図
示された様に、プレート１７は複数個の親指操作
ネジ１９によつて固定される。音響抵抗を小さく
するためには、例えば非常に薄い音響導通物質又
は適当な耐高温度オイル又はグリースの様に適当
な結合媒体を、本体部材の端７の面９と、トラン
スジユーサ装置１３の作用接触面との間に挿入し
なければならない。例えば、結合媒体は、Dow
Corning Corporationの710シリコーン流体（０
ないし500〓で働く）の様な適当なシリコーン化
合物で構成される。

トランスジユーサ装置１３は、周波数及び電力
の所望のレジン内で作動する一般型式のものでよ
い。小晶、チタン酸バリウム、又は適当なセラミ
ツク材で作られた結晶を用いたトランスジユーサ
が本発明のここに示す実施例に一般的に用いられ
る。例えば、Panametrics，Inc.で製造されたＡ
―3000シリーズの平坦浸入型探知ユニツトが用い
られる。

典型的な圧電トランスジユーサの作動性はその
キユーリ点温度によつて制約を受ける。水晶の結
晶を用いているトランスジユーサは通常例えば
300℃以下の温度で作動されねばならない。チタ
ン酸バリウムの結晶を用いているトランスジユー
サは通常110℃以下の温度で作動されねばならな
い。従つて、本体部材の端７の面９がトランスジ
ユーサ装置１３の作動限界内の温度になる様にプ
ローブ１を冷却することが重要となる。この面９
の温度は第２図に示された穴２１に接続される熱
電対を用いて監視できる。

プローブ１は本体部材３の端５で形成された作
用チツプを有している。チタンのプローブ材によ
つて超音波信号が不当に減衰するのを防止するた
めには、作用チツプが比較的短くなければならな
い。従つて作用チツプの長さＡは約1/8ないし３
インチ、好ましくは約1/4ないし２インチ、例え
ば約3/8インチでなければならない。

図示された様に、本体部材３は、作用チツプに
隣接した側部２９によつてその１部が形成され、
この側部２９は長さＢを有し、プローブ１の冷却
ゾーンを形成する。プローブ１を適当に冷却する
に充分な表面積を与えつつも超音波信号の不当な
減衰を防止するためには、この長さＢが比較的短
く、好ましくは約2.5ないし３インチでなければ
ならない。

水ジヤケツト３１又はそれと同様のものである
冷却手段により上記冷却ゾーンにおいて熱が取り
去られる。黄銅で作られて収縮嵌着されるこの水
ジヤケツト３１は、約675ないし825℃の温度の溶
融アルミニウム中に作用チツプが沈められてこれ
が熱的平衡状態に達した時に、プローブの冷却ゾ
ーン内で軸１１に沿つて少なくとも200℃／イン
チ、例えば約250℃／インチ、の負の温度勾配が
生じる様に、プローブ１を冷却できねばならな
い。この負の温度勾配は、プローブの浸入点例え
ば点ｃからプローブの温度が300℃以下である点
まで軸１１に沿つてプローブの温度を下げるもの
でなければならない。この負の温度勾配は、チタ
ンのプローブ材が低電力超音波信号を不当に減衰
するのを防止するために必要とされるものであ
る。又、本体部材の端７の面９の温度も圧電トラ
ンスジユーサ装置１３の作動限界内に下げねばな
らない。

第２図に示された様に、水ジヤケツト３１は２
片より成る組立体で構成され、これは銀半田で固
定できるキヤツプ２２を含んでいる。図面におい
て、指操作ネジ１９はトランスジユーサ保持プレ
ート１７を貫通し、そしてキヤツプ２２へネジ込
まれる。プローブ１が作動される時にプローブの
側部２９と水ジヤケツト３１とがスリツプしない
様に固定するため、更に別の指操作ネジ（図示せ
ず）が保持プレート１７を貫通して本体部材の端
７へネジ込まれる。

又、プローブ１は、本体部材３の端５の面９と
実質的に平行に対向離間関係で実質的に平らな反
射面２３を備えている。第２図に示された様に、
この反射面２３は１対の対向した支持壁２５によ
つて面９から離間される。従つて、端５の面９は
空胴２７を形成し、これは支持壁２５及び反射面
２３によつて更に形成される。この空胴２７は、
プローブ１の作用チツプを溶融金属中に沈めた時
に溶融金属で満たされ、そして溶融アルミニウム
の流れを検査するために作用チツプを沈めた時に
は溶融アルミニウムの流れを受け入れる。所望な
らば、支持壁２５、反射面２３及び本体部材３の
全部をチタンバー素材の１つの片で作つてもよ
く、この場合は一般の加工作業を用いて空胴２７
が形成される。

端５の面９及び反射面２３は各々約２インチ×
２インチ平方であり、そしてこれらの面は距離Ｄ
だけ離間され、作動中に面９から送られた超音波
信号が反射面２３で反射されそして既知の基準距
離だけ進んだ後に端５の面９へ戻る様にされる。
超音波信号を検出しそしてその速度並びに相対的
な振巾減衰及び周波数ずれを求めるためには面２
３の様な反射面を用いることが必要である。然し
乍ら、不連続部を検出するには基準反射面が不要
である。もちろん、反射面２３及び支持壁２５を
除去し、そしてその代りに、プローブ１から取り
外して溶融アルミニウム内に配置される様な適当
な反射面を用いることもできる。例えば、、溶融
アルミニウムを収容する様な構造体の部分を用い
てもよい。然し乍ら、ここに示す構成では、プロ
ーブ１を整列したり或いは信号が進む距離を再設
定したりしなくてもプローブ１を設置及び移動で
きる様にすることによつて相当の簡単化がなされ
る。

反射面２３はプローブ端５の面９から少なくと
も約1/2インチ離間されねばならない。例えば、
約1.5ないし約２インチの離間距離Ｄを使うこと
ができる。これにより溶融アルミニウムを通る信
号路は特性データを得るに充分な長さとなる。
又、この離間距離Ｄは、この距離Ｄ・対・プロー
ブ長さ（Ａ＋Ｂ）の比が、溶融アルミニウム中の
信号速度・対・プローブ中の平均信号速度（作動
状態の下での）の比より小さくなる様なものでな
ければならない。これは溶融アルミニウムから受
けた信号と、プローブと溶融アルミニウムとの界
面から受けた第２反射とが重畳するおそれをなく
すためである 本発明によれば、プローブの作用チツプにはア
ルミニウムの被膜が被せられ、このアルミニウム
は真空中で蒸発されて作用チツプに付着される。
プローブ１は、約850℃までの温度の溶融アルミ
ニウム中に作用チツプを沈めた際に作用チツプが
約１分或いはそれ以下で、例えば約15秒で、溶融
アルミニウムによつて濡されることを特徴とす
る。いつたん濡らされると、プローブの作用チツ
プは液体金属から取り出して大気に曝して冷却せ
しめそして溶融アルミニウム中に再び沈めた際に
も、同様に短い時間で、例えば約１分或いはそれ
以下で、そして通常は約15秒で、この作用チツプ
を再び濡らすことができる。

アルミニウム被膜は次の様な特殊なプロセスを
用いてプローブの作用チツプへ便利に付着するこ
とができる。

先ず第１に、作用チツプの表面を浄化しそして
チタン酸化物及びその他の反応生成物を作用チツ
プの表面から除去するために作用チツプを化学的
にエツチングする。この工程は、クローム酸、フ
ツ化水素酸・燐酸、硝酸、硫酸ナトリウム、及び
硫酸より成る群から選択された少なくとも１つの
酸を含む適当な酸性水溶液を用いて行なわれる例
えば、本質的に約20重量％のフツ化水素酸、約30
重量％の硝酸及び残りは水より成る様な溶液を用
いて満足な結果が得られている。このエツチング
工程は、充分な量のチタン元素をプローブの作用
チツプから除去してその下のチタン粒構造体が作
用チツプの表面に見える様になるまで続けられる
のが好ましい。

エツチングされた被加工片を、次いで、好まし
くは約50×10^-3mmHgないし300×10^-3mmHgの圧
力、例えば約200×10^-3mmHgの圧力の真空雰囲気
中に置き、そこでこの作用チツプの表面にグロー
放電によりイオン化されたガスを好ましくは約15
ないし60分間、例えば約45分間、当てる様にす
る。これらの工程により、作用チツプの表面が更
に浄化されそしてチタン酸化物及びその他の反応
生成物が作用チツプの表面から更に除去される。

次いで真空雰囲気の圧力を好ましくは約0.005
×10^-3mmHgないし0.5×10^-3mmHgの圧力、例えば
約0.01×10^-3mmHgの圧力まで下げ、そして作用
チツプの存在する中でアルミニウムを好ましくは
約15ないし30秒間、例えば20秒間、蒸発して、こ
の蒸発したアルミニウムを作用チツプの表面に付
着し、所望の被膜を形成する。

被膜付けされたプローブ作用チツプをシールし
て酸化を防止するためには、プローブを真空雰囲
気中から取り出した後に作用チツプを溶融アルミ
ニウム中に数分間沈めるのが良好なやり方であ
る。又、この時にプローブを作動させることも助
けとなる。プローブを溶融アルミニウムから取り
出した際にはプローブが冷却せしめられそして保
管される。

以上述べたことをさらに詳細に説明すると、従
来プローブ材料として使用されたチタンジボライ
ドおよびチタンカーバイドは、溶融アルミニウム
に対して容易には濡れないものであつた。すなわ
ち、、溶融アルミニウム温度（例えば、660〜820
℃）では、アルミニウム―チタンジボライドまた
はアルミニウム―チタンカーバイドのような金属
間化合物は形成されないのである。プローブを首
尾良く作動させ繰り返して使用するためには、濡
らすことが必要である。真空の下でアルミニウム
を最初に被せると、溶融アルミニウムに浸けて後
大気にさらすことによつて形成されるものよりも
はるかに品質の良い被膜（機械的結合）が与えら
れる。しかし、そのプローブを溶融金属から一度
取り出すと、再び有効に使用しうるものとするた
めには、真空中において再び被覆しなければなら
ないものであり、したがつて、これらの従来のプ
ローブ材料は、一回きりの使用にしか適さないも
のである。

その上、焼結チタンジボライドは、例えば、次
のような２つの異なる条件の下では、溶融アルミ
ニウムに対して濡れうるものである。

(a) 溶融アルミニウムが少なくとも1050℃である
時、または、 (b) 溶融フルオライドを添加する場合には、750
〜800℃である時。

このような技術は、アルミニウム還元セルに関
する多くの特許に開示されている。超音波検査お
よび処理のための装置として実際に使用するため
には、このように非常に高い温度やフルオライド
の添加は、許されないことである。すなわち、通
常のアルミニウム鋳造温度は、せいぜい710℃程
度のあたりであり、フルオライドを添加すると、、
溶融アルミニウムに対して望ましくない異質物が
与えられることになり、悪影響が及び、最終製品
が欠陥のあるものとなつてしまう。

これに対して、本発明の如く本質的にチタンで
形成されたプローブの作用チツプ、例えば、純粋
のチタンで形成された作用チツプは、このような
従来のものとは異なる特性を示すのである。すな
わち、純粋のチタンは、前述したような本発明に
従えば、通常のアルミニウム鋳造温度でアルミニ
ウムに対して容易に濡れるのである。要するに、
還元された純粋のチタン表面へ真空蒸着されたア
ルミニウム膜は、そのチタンが再酸化するのを防
止するのである。このように被覆され保護された
表面が溶融アルミニウム中に置かれるとき、その
真空蒸着アルミニウム膜は、その溶融アルミニウ
ムと共に蒸発し、その純粋のチタンと反応する。
このようなプロセスにより、チタン／アルミニウ
ム金属間化合物が形成され、このチタン／アミニ
ウム金属間化合物により、その純粋なチタンが再
酸化しないようにされる。すなわち、そのチタ
ン／アルミニウム金属間化合物の露出表面のみが
酸化されて、主として、酸化アルミニウムとな
る。この酸化アルミニウム膜が、そのチタン／ア
ルミニウム金属間化合物の表面を保護し、従つ
て、純粋のチタンを保護するのである。実際に、
本発明による作用チツプは、多層チツプ、すなわ
ち、酸化アルミニウム層―チタン／アルミニウム
金属間化合物層―チタン層というような多層作用
チツプとなるのである。このために、本発明によ
る本質的にチタンで形成されたプローブは、この
ような第２の保護被覆、すなわち、酸化アルミニ
ウム層ができるので、大気にさらされても悪影響
を受けることなく、何度も繰り返し使用できるの
である。

プローブ１は良く知られた一般のパルスエコー
回路を用いて作動できる。例えば、使用すること
のできる反射スコープ用の回路がF.A.Firestone
氏の米国特許第2280226号に開示されている。
Automationlndustries.lnc.で製造されているモデ
ルPR―１パルサ／受信器を有するモデルＳ―80
反射スコープを用いて良好な結果を得ることがで
きる。或いは又、Matec.lnc.で製造されているモ
デル9000減衰比較器を用いることもできる。

プローブ１を作動するための例示的な回路ブロ
ツク図が第３図に示されている。図示された様
に、パルス発振器３３及び高周波発振器３５から
の出力は変調器３７へ送られ、この変調器は次い
で増巾器３９へ出力を送る。この増巾器３９の出
力は高周波パルスであり、そのパルス巾は数マイ
クロ秒でありそしてそのパルス繰返数は約50HHz
ないし約5000Hzで、例えば約2.5KHzである。こ
の高周波パルスの繰返数は厳密なものではない
が、次々のパルスによる反射が互いに重畳するの
を防止できるに充分な程低いものでなければなら
ない。最大パルス振巾は数百ないし数千ボルト程
度であるが、電圧を上げても必ずしもそれに比例
して感度が高くならず、約500ボルトで充分であ
る。パルスの搬送波周波数は溶融アルミニウム検
査法に対して必要とされる程度のもので、例えば
9.5MHzであり、これはもちろん圧電トランスジ
ユーサ１３の作動特性によつて左右される。

増巾器３９の出力はインピーダンス整合回路網
４１を経てトランスジユーサ１３へ送られ、この
インピーダンス整合回路網はトランスジユーサの
キヤパシタンスをインダクタンスと整合させて作
動効率を改善する。増幅器３９の出力に応答して
トランスジユーサ１３はプローブ１を経て検査中
の溶融アルミニウムへ超音波信号を送出する。こ
れら信号の反射エコーはトランスジユーサ１３へ
戻される。トランスジユーサ１３はこれらのエコ
ーを電気エネルギに変換し、この電気エネルギは
整合回路網４１を経て、同調された受信器４３へ
と送られる。この受信器４３の出力は次いで可変
信号減衰器４９を経てオシロスコープ４５へ送ら
れる。このオシロスコープ４５は、可変遅延装置
５３を経てパルス発振器３３ヘリニアスイープ装
置５１を接続することによつて同期される。

送信されたパルス及び受信したパルスの両方が
受信器４３に与えられるので、これら両パルスを
オシロスコープ４５の可視表示装置で同時に読み
取ることができる。然し乍ら、送信パルスが現わ
れない様に遅延装置５３を調整することできる。

減衰器４９を調整して、表示されるパルスの振
巾を調整することができ、且つ又この減衰器は校
正の目的にも有用である。例えば、溶融金属中の
不溶性粒状物体即ち不連続部を検査する場合に
は、1/4インチアルミニウムボールの様な既知の
型式及びサイズの欠陥体に対する距離―振巾修正
曲線に基いて表示装置を校正するのが有用であ
る。

受信したパルスに対する読み出し感度は、送信
パルスの搬送波周波数を選択又は調整することに
よつて調整できる。感度は行なわれる測定の形式
によつて異なるから、、高周波発振器３５に可変
制御機能を設けるのが便利である。

以上に述べたプローブ１は、金属の浄化及び鋳
造作業において溶融アルミニウムを監視しそして
その品質を定めるのに良く適した装置である。こ
の装置は簡単で、丈夫で然も信頼性が高く、そし
てアルミニウム鋳物工場で製造品質管理手段とし
て毎日のルーチンベースで使用するのに適してい
る。又、この装置は、プロセス中の或る係数又は
変数による影響を研究又は実証したり、特定のプ
ロセス及び製品に対する品質レベル条件を確立し
たり、或いは所与の作業における品質を既に確立
された品質レベル規準と比較したりするのにも使
用できる。

プローブ１を用いると、金属の品質を、個々の
粒に関して、信号減衰の変化に関して、そして速
度変化又は周波数変化に関係した品質上の問題に
関して、超音波で測定することができる。適当な
電子装置及び読み出し装置を用いれば、溶融金属
中に１本のプローブを入れるだけで、これら品質
測定のいずれか１つを行なうこともできるし或い
はこれら品質測定を所望の組合せで行なうことも
できる。

第３図を参照して述べた様に、陰極線管に表示
される測定特性を介して、プローブ空胴内の金属
の瞬時品質状態を知ることができる。それとは別
に、或いは同時に、信号を記録することもでき
る。この様な記録はプローブを通して流れる金属
全体に対する総合品質尺度として役立ち、１つの
完全な作業に亘る時間スケールに基いて品質の変
動や問題点を知ることができる。

金属の品質を多数の位置で測定又は記録するた
めには、多数のプローブを使用することもできる
し、或いは１本のプローブをこれら位置間で移動
させることもできる。というのは、プローブを最
初に使用状態にした時或いはプローブを或る安置
から別の位置へ移動させた時にプローブの機能に
著しい遅れがないからである。

超音波信号を送信及び受信するという両方の機
能を達成するプローブについて本発明を説明した
が、これら機能の片方のみを行なう様にされたプ
ローブにも本発明を等しく適用できることが理解
されよう。又、本発明は、圧電トランスジユーサ
を用いて溶融アルミニウム検査法を実施する様な
プローブに関するものであるが、例えば磁気歪ト
ランスジユーサの様な他の型式のトランスジユー
サに接続されたプローブや、溶融アルミニウム処
理法を実施するのに用いられるプローブにも関す
るものである。それ故本発明の多数の実施例が考
えられることは明らかであり、従つて本発明は特
許請求の範囲のみによつて定められたものとす
る。