JPH04166761A - 超音波探触子 - 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】 ］産業上の利用分野］ この発明は例えば液中において被検材の欠陥検出などに
用いられる超音波探触子、特に直交する方向の超音波ヒ
ームの形式に鴛するものである。

Ｉ従来の技術［ 液中へ被検材と超音波探触子を隔離して配設し、超音波
を用いて被検材の欠陥検出か行われている。

第５図は従来の圧電振動子による超音波ヒーム形式の一
例、 ４は保護層、５は超音波を減衰させる背板、１３は圧電
振動子、Ｒは圧電振動子１３超音波放射゛面の曲率半径
、Ｄは圧電振動子１３の開口寸法である。

従来の超音波探触子は上記のように構成され、超音波送
受波面か曲率半径Ｒの球面をなす円形状圧電振動子３は
、超音波送受波面には保護１４がまた背面には背板５が
設けられている。圧電振動子３の開口寸法りを小ざくす
ると焦点位置におけるビーム巾が広い超音波ヒームが形
成される。

第６図ａは従来の圧電振動子の超音波ビーム形成の他の
一例、第６図すは第６図ａの直交方向における超音波指
向持重の一例、 方形状の圧電振動子１３は一方向に円柱状曲面をなして
おり、第６図ａに示すように円柱状曲面によって超音波
ビームか形成される。また第６図すに示すとありこれと
直交する方向における圧電振動子１３から放射される超
音波は集束されず圧電振動子１３全而から均一に放射さ
れる。従って焦点位置における超音波ビームは直交する
２方向にラインフォーカスをなしている。

上記に示す超音波ビームを備えた超音波探触子が液中に
あける被検材の欠陥検出に供されている。

１発明が解決しようとする課題１ 上記のような従来の超音波探触子ては、超音波送受波面
が球面をなす円形状圧電振動子１３から放射される超音
波ビームは集束され、直交する２方向に関しては同一の
指向特性を示している。

従って例えば水中にて旋回送り機構により搬送される管
または棒の欠陥検出において、径方向と長さ方向で欠陥
検出寸法が異なるとき、上記要件に適合した分解能にて
感度良く欠陥検出が行えない。さらに被検材の移動ピッ
チか小さくなり検査に時間を要する。

また一方向か円柱状曲面をなす方形状の圧電振動子１３
から放射される超音波ビームは、−方向においては集束
されるがこれと直交する方向の超音波は集束されないの
で、従って直交する２方向について被検材は指定された
欠陥寸法即ち分解能にて欠陥検出が行えず、更に欠陥信
号対雑音比（Ｓ／凡）も小さくなる。

被検材搬送方向に所定巾の超音波ビームか得られないと
、被検材の移動ピッチと整合できないので全表面にｎり
欠陥検出か効率良く行えないという問題点がめった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、被検材内の直交する２方向に亙り指定された欠陥検
出寸法による分解能が得られ且つ効率良く欠陥検出か行
える超音波探触子を冑ることを目的とする。

］課題を解決するための手段二 この発明Ｉこ係る超音波探触子は、超音波送受波面か球
面状で且つ開口部が長方形をなす圧電振動子を設けたも
のである。

１作用］ この発明においては、超音波送受波面が球面状をなし且
つ周波数の高い圧電振動子が用いられた超音波探触子は
、開口部を方形状にすると形成される超音波ビームは開
口寸法に依存する。

即ち開口寸法が大きくなるとビームは集束されてビーム
巾が細くなる。しかし開口寸法が小さくなるに従いビー
ム巾は広くなる。

従って開口部か長方形をなす超音波探触子がらは直交す
る２方向についてそれぞれビーム巾の具なる超音波が放
射される。ご−ムは広がりをもっているので直交する２
方向の焦点位置において長さの異なるライシンを一カス
が形成される。

上記のとあり変形自在な高分子圧電体またはセラミック
圧電体を用いて、球面の曲率半径ならびに開口部の寸法
を選定することにより、上記ラインフォーカスの寸法を
欠陥検出寸法と整合させることかでき、被検材の欠陥検
出寸法に適合した超音波じ−ムを形成させ信号対雑音化
かすぐれた適正な検査か行える。

また被検材の移動ピッチと超音波ビームの整合により検
査効率か向上できる。

「実施例］ この発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明す
るｇ 第１図ａはこの発明の一実施例を示す正面図、第１図す
は第１図ａのＡ−Ａ断面図である。

図において、４．５は上記従来探触子と同一て必り、１
は超音波探触子、２はケース、３は高分子圧電体などが
用いられる圧電振動子、６ｔよ超音波を放射する開口部
、７は圧電振動子３の一方の面に付設された第１電極、
８は圧電振動子３の他方の面に付設された第２電極、９
は・ソート線、１０はケーブルを示している。

上記のように構成された超音波探触子においては、超音
波探触子ユの超音波を放射するケース２正而には方形状
の開口部６か設けられている。ケース２内部には超音波
伝搬時減衰の大きな材質よりなる背板５を設は前面は凹
面状の球面をなしている。

圧電振動子３は高周波且つ広帯域特性を備え任意形状の
加工か容易で音響インピーダンスは水に近似して小さい
値の高分子圧電体が上記背板５前面に設けられ、圧電振
動子３の両面には第１電恒７ならびに第２電極８か付設
されている。更に圧電振動子３前面には防水構造ならび
に水との音響インピーダンス整合のため、例えばポリエ
チレン、ポリイミド、ポリエステル、ポリプロピレンな
とのフィルムを用いた保護葡４か設けられている。上記
球面状の圧電振動子３の開口部６は方形状をなしている
。

リード線８とケーブル１０を介して圧電振動子３への付
勢ならびに圧電振動子３がらの信号伝達か行われている
。

第２図は第］図ａのＡ−Ａ要部甑面図を示し、高周波圧
電振動子３は曲率半径Ｒ１開口部６の開口寸法りて且つ
超音波の波長か人のとき、これを用いた超音波探触子ユ
か形成する焦点位置にあける一３ｄｂの超音波ビーム巾
ｄ−３はにて示される。

周波数ならびに球面の曲率半径Ｒか一定のときは焦点位
置にあける超音波ビーム巾は開口部６の開口寸法りの関
数となる。

第３図は第１図ａのＢ−８要部断面図を示し、Ａ−Ａ断
面とＢ−８断面は直交しており、圧電振動子３の開口部
６の開口寸法りか異なる他は同一構成をなしている。

上記において開口部６の開口寸法りか小さくなると超音
波ビーム巾ＣＬ３は広くなる。開口部６か方形状をなす
超音波探触子ユか形成する超音波ビームは直交する２方
向についてそれぞれ異なる。

また高周波且つ広帯載持［生を備えた高分子圧電体（ユ
パルス巾の短い信号にて付勢てきるので、被＠材表面近
１労ならびに深さ方向の欠陥検出の分解能か向上できる
。

例えば水中（音速１５００ｍ　　ｓ）にあ（ブる、開口
部６の開口寸法Ｄ　５．１ｍｍＸ　１Ｑｍｍ、周波数２
０＼・ＩＨ２、の圧電振動子３か焦点距離１０ｍｍにて
形成する超音波ビーム（よ、水平方向ビーム巾ｄ１＝０
．　１５ｍｍ垂直方向ヒームビーム巾０．０７７ｍｍと
なり、水浸探＠【こおいて直交する２方向の欠陥検出寸
法か８０μｍＸ１５０μｍの超音波探触子ユか得られる
。

第４図ａは水浸探傷の一例を示す側面図、第４区すは第
４図ａの正面図を示し、 水漕９内水中に焦点距離Ｆ隔てて超音波探触子ユと被検
材１０としての管または丸棒か浸漬され、被検材１０は
回転しつつ矢示の方向へ搬送される。

超音波探触子ユからむ２射される超音波ビーム（は、焦
・点距離Ｆに１之置する被検材１０の搬送方向のビーム
巾ｄ１、これと直交する方向のビーム巾ｄ２とし且つａ
＝波パルスのパルス巾か珀いとき、搬送される被検材１
Ｑの全面検査に際し移動ピンチをじ一ムＦｉ］　（ｊ　
１　寸法と等しくなし、且つ搬送方向ならび（ここれと
直交する方向のビーム巾寸法を欠陥検出寸法と整合させ
ると、被検材１０の検査効率か向上できると共に信号対
雑音比か改良され欠陥検ま能も向上できる。

更に深さ方向については表面近傍から分解能のすくれた
欠陥検出か行える。

上記のとあり、任意形状への適合か容易な高周波高分子
圧電体は超音波送受波面か球面状で且つ開口部６か方形
状をなしているので、球面の曲率半径ならひに方形状の
開口を所定の寸法とすることにより、直交する２方向の
それぞれのビーム中部ちラインフォーカスの寸法を欠陥
検出寸法に整合できる。

併せてパルス巾の囲い超音波パルスを用いて細径管など
において信号対雑音比か改良された微小欠陥検出か容易
に行える。

また圧電振動子３にセラミック圧電１本を用いても同等
の動作か行える。

１発明の効果］ この発明は以上説明したとあり、曲面形状をなす高周波
圧電振動子の開口部を方形状とする簡単な構造により、 直交する２方向について超音波ビーム巾を被検材の欠陥
検出寸法に整合できる。

被検材の移動ピッチと超音波ビーム巾を整合させ全表面
に亙る検査が効率良く行える。

更に改良された信号対雑音比による微小欠陥検出かでき
。

パルス巾の短い超音波パルスを用いて被検材の深さ方向
の欠陥検出の分解能か向上できるという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの説明の一実施例を示す正面図、第２図は第
１図のＡ−Ａ断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ要部断面
図、第３図（よ第１図ａのＢ−Ｂ要部石面図、第４図ａ
は水浸探傷の一例を示す側面図、第４図ｂ１は第４区ａ
の正面図、第５図は従来の圧電振動子による超音波ビー
ム形成の一例、第６図ａは従来の圧電振動子による超音
波ビーム形成の他の一例、第６図すは第６図ａの直交方
向の超音波パルス［生の一例である。 図において３は圧電振動子、４は保護層、５は背板、６
は開口部、Ｒは曲率半径、Ｄは開口寸法である。 なあ、各区中同−符号は同一または相当部分を示す。 特許出願人　　　株式会社　　トキメツクＢＬ＝− ３、圧電膜（重力子 ４　保護層 ５　　背板 ６　開口部 巳゛曲率手径 Ｄ゛開口寸）去 第２図 第３図 第４図す 、８ ）　　　　＼ 第６図ａ　　　　　　　　第６図ｂ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波の送受波を行う圧電振動子前面に保護層を
   また後面に超音波を減衰させる背板を備えた超音波探触
   子において、 超音波送受波面が球面状で且つ開口部が長方形をなす圧
   電振動子を備えたことを特徴とする超音波探触子。
2. （２）圧電振動子は高分子圧電体である請求項１記載の
   超音波探触子。
3. （３）圧電振動子はセラミック圧電体である請求項１記
   載の超音波探触子。
4. （４）球面は凹面である請求項１記載の超音波探触子。