JPH0416761A - 管測定用超音波探触子 - 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 本発明は、超音波により管材を内側から映像走査し、観
察するための探触子に関するものである。

従来の技術 超音波映像法は、表面の凹凸像に加えて被験体内部の状
態を映像としてとらえることが可能である。特に、超音
波内部映像法は、医療の診断に用いる密着式の装置のよ
うに、被験体内部の任意の深さの個所を観察したり、Ｘ
線透過法では検出困難な内部剥離や内部亀裂などの欠陥
等を走査検出したりするのに広く用いられている。

一方、管材については、近年水質劣化に伴ってポリ塩化
ビニルなどで内面をライニングした管が多用されている
が、ポリ塩化ビニルと鉄管の接合面での腐食が問題とな
っているし、また、腐食の問題がない軽量、高強度の管
として、ガラス繊維や炭素繊維で強化された繊維強化複
合材料製の管も使用されているが、繊維と接着材料の接
合状態や、外力による剥離の検出が問題となっている。

探触子を用いる超音波映像法は、これらの管材の問題に
対応しうる非破壊評価に好適な方法である。

これまで、管の内側あるいは内面から観察、検査するに
は、探触子を上下させて管を少しづづ回転させる方法が
一般に行われている。しかしなから、この方法は管の内
径〉（探触子長さ十焦点距離）という条件を満たすこと
が必要であるため、直径十数ｃ１以下の管には適用でき
ず、被測定管材の範囲が制限されるのを免れなかった。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような従来の探触子のもつ欠点を克服し
、直径が十数ｃｍ以下の小径の管にも使用しうる探触子
を提供することを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段 本発明者は、前記の好ましい特徴をもつ探触子を關発す
るために種々研究を重ねた結果、超音波が光と同じ挙動
を示し、全反射で弁墜曲げられることに着目して、探触
子主体に４５度傾斜した反射鏡を設け、場合により凹レ
ンズ又は凸レンズを設けることにより、その目的を達成
しうろことを見出し、この知見に基づいて本発明をなす
に至った。

すなわち、本発明は、探触子主体の先端に、探触子主体
の長さ方向に対し４５度傾斜した反射鏡を、探触子主体
の長さ方向にスライド自在に調節することにより焦点合
わせを行えるように設けたことを特徴とする管測定用超
音波探触子、及び探触子主体の先端に探触子主体の長さ
方向にスライドしうる可動部材を設け、その先端の一方
に探触子主体の長さ方向に対し４５度傾斜した反射鏡を
該可動部材をスライド自在に調節することにより焦点合
わせを行えるように設け、かつ該可動部材の先端の他方
における該反射鏡を介して超音波が出入りする個所に探
触子主体の長さ方向に凹レンズ又は凸レンズを設けたこ
とを特徴とする管測定用超音波探触子を提供するもので
ある。

本発明において、探触子主体としては超音波レンズを備
えた筒状体のような普通に慣用されている探触子が好適
に用いられる。この探触子主体の先端には探触子主体の
長さ方向に対し４５度傾斜した反射鏡が探触子の長さ方
向にスライド自在に調節されることにより焦点合わせが
行われるように設けられている。例えば探触子主体の長
さ方向にスライドしうる可動部材を設け、さらにその先
端に探触子主体の長さ方向に対し４５度傾斜した反射鏡
を設けるようにするのが好ましい。焦点調節は反射鏡を
探触子主体の長さ方向、通常は上下にスライドさせるこ
とによって行われる。反射鏡の材質としては、超音波の
反射は音速と密度の差が大きいほど増加するので、プラ
スチックスよりも良好な反射率を示すガラスの方が好ま
しい。また、セラミックスはガラスよりも一般に音速が
大きいので反射鏡材料として適している。

また、本発明においては、凹レンズ又は凸レンズを併用
することもできる。これらのレンズは探触子主体の長さ
方向にスライドしうる可動部材の先端の前記反射鏡と相
対する他方側であって、該反射鏡からの超音波が出入り
する個所に探触子主体の長さ方向に設けられる。凹レン
ズとしては両凹レンズ、片凹レンズのいずれもが用いら
れ、凸レンズとしては両凸レンズ、片凸レンズのいずれ
もが用いられる。これらのレンズの材質は入手が容易な
ガラス、プラスチックスの他、精度さえよければ金属、
セラミックス等の不透明材料でもよい。レンスの材質は
反射による超音波の減衰が少ないプラスチックがガラス
よりも適している。また、これらのレンズは光学レンズ
の形状から凹レンズ及び凸レンズと称しているが、超音
波に対しては光の場合の凸レンズ及び凹レンズとして作
用するものである。この凹レンズを併用すると、第２図
に示すように、探触子から発振される超音波ビームは凹
レンズを通過する際、屈折により焦点距離が短縮されて
開口角が増大するため分解能が向上する。

また、管内部のより深部の状態を観察する場合には、超
音波をいかに深くまで浸透、浸みさせるかが重要である
が、凸レンズを用いると、第３図に示すように、探触子
から発振される超音波ビームは凸レンズを通過する際、
屈折により開口角が小さくなり、管材中における観察部
位までの超音はオシロスコープ等から読み取る〕 波の経路長は該観察部位までの深さに対し相対的に小さ
くなることから、超音波浸透深さが増大される。

本発明において、さらに高分解能を得るためには、測定
部分への焦点合せが厳密に行われる。

この焦点合せの好適な方法は、次のようにして行われる
。

探触子の水中焦点距離に対応する超音波伝播時間Ｔ０（
μＳ）を求める。例えば、水中焦点距離が２０ｍｍの場
合には、水中の音波速度１４８０ｍ／ｓとして、往復の
伝播時間は２Ｘ　２０ｍｍ／　１．４８Ｘ　’ｉｏ”Ｗ
Ｎｍ／　ｓ＝　２．７Ｘ　１０−’ｓ＝　２７μｓと計
算される。

このＴ。を用い、次式を満足するように探触子の位置を
調整する。

Ｔ　、−Ｔ　ｏ　　Ｔ　２　Ｘ　ｖ　２／　ｖ　。

〔ただし、Ｔ１は探触子−管内表面間の超音波伝播時間
（μＳ）、Ｔ２は管内表面−被測定深さ間の超音波伝播
時間（μＳ）、ｖｌは水中の音速（ｍ／ｓ）、ｖ２は管
材内の音速（ｍ／ｓ）であり、Ｔ、及び１２次に添付図
面に従って、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の探触子の１例を示す模式図であって
、探触子主体ｌの先端部には移動部材２が探触子主体の
長さ方向にスライド自在に取り付けられ、さらに移動部
材の先端には探触子主体の長さ方向に対し４５度傾斜し
た反射鏡３が固設されている。

また、第２図は、本発明の探触子の別の１例を示す模式
図であって、探触子主体１′の先端部には移動部材２′
が探触子主体の長さ方向にスライド自在に取り付けられ
、さらに移動部材の一方の先端には探触子主体の長さ方
向に対し４５度傾斜した反射鏡３′が、また反射鏡と相
対する移動部材の先端の他方側であって、該反射鏡から
の超音波が出入りする個所には探触子主体の長さ方向に
凹レンズがそれぞれ固設されている。

また、第３図は、本発明の探触子のさらに別の１例を示
す模式図であって、探触子主体ｌ＃の先端部には移動部
材２″が探触子主体の長さ方向にスライド自在に取り付
けられ、さらに移動部材の一方の先端には探触子主体の
長さ方向に対し４５度傾斜した反射鏡３″が、また反射
鏡と相対する移動部材の先端の他方側であって、該反射
鏡からの超音波が出入りする個所には探触子主体の長さ
方向に凸レンズがそれぞれ固設されている。

次に、第４図は、本発明の探触子の使用状態を説明する
ための模式図であって、探触子１を走査して、水中にセ
ットした管４の内部の所定部５における超音波映像を形
成する状態を示している。

第５図（ａ）及び（ｂ）は、内面が０　、３＋ａ＋ｍ厚
のガラス繊維強化プラスチックス、深部が炭素繊維強化
プラスチックスから成る内径６９ｍｍ、厚さ４１の管に
対して、第１図の探触子を使用してその内部の超音波映
像を観察したときの超音波映像の写真であって、第５図
（ａ）は管の内面の表面付近のものであり、浅い角度で
巻かれｔ；ガラス繊維を判別でき、第５図（ｂ）は管の
内面からの深さ０．４５〜０゜６Ｉの部分のものであり
、急な角度で巻かれた炭素繊維を識別することができる
。

次に、第６１３１（ａ　）及び（ｂ）は、第５ＦＸＪ（
ａ）及び（ｂ）の場合に用いたのと同様の探触子にさら
にプラスチックス製凹レンズを組み込んだ探触子を用い
て、第５図（ａ）及び（ｂ）と同じ付近を観察したとき
の超音波映像の写真である。これから、凹レンズの併用
により分解能が向上することが分る。

発明の効果 本発明の探触子は、焦点合せ可能に探触子本体の長さ方
向にスライド自在とした反射鏡を有しているので、直径
が十数ｃｒｔｒ以下の小径の管にも超音波映像を観察す
るために使用することができ、さらに凹レンズを併用す
ると超音波映像の分解能を向上させることができ、また
、凸レンズを併用すると超音波の浸透深さを増大させ透
過能を向上させることができるという顕著な効果を奏す
る。また、同時に、探触子の適正な焦点距離を保持させ
ることにより、物体内部や、その欠陥部の鮮明な映像が
得られ、欠陥などに適確に対応することができる。また
物体の任意の深さの映像を簡単に形成しうるので、定ま
った位置に欠陥を生じやすい製品の検査などに好適に利
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の探触子の１例を示す模式図、第２図
は、本発明の探触子の別の１例を示す模式図、第３図は
、本発明の探触子のさらに別の１例を示す模式図、第４
図は、本発明の探触子の使用状態を説明するための模式
図、第５図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１図の探触
子の使用による管の内面及び所定内部の超音波映像の写
真、第６図（ａ）及び（ｂ）は、凹レンズを組み込んだ
探触子による第５図（ａ）及び（ｂ）と同じ付近の超音
波映像の写真である。 手 続補 正 書（ｍｆｆ　５う マ盛ろ〜９？騙１３日Ｐ出 特許庁長官　　植　　松　　　　　敏　　殿１、事件の
表示 平成２年特許願第１２２４３５号 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 （１１４）工業技術院長　杉　　浦　　　賢４、指定代
理人 ６、補正により増加する請求項の数　０７、補正の対象
　明細書の発明の詳細な説明の欄、図面の簡単な説明の
欄及び図面 ８、補正の内容 （１）　　明細書第９ページ第１２行〜第１Ｏページ第
７行「第５図（ａ）及び（ｂ）は、・・・向上すること
が分る。」を以下のとおり訂正します。 ［以上のようにして、表層部が０．３■厚のガラス強化
プラスチックス、深層部が炭素繊維強化プラスチックス
からなる内径６９ｔｍｔｘ、厚さ４貢ｍの管について、
娘１図に示す探触子を使用して、その内部の超音波映像
を観察したところ、表面付近では、浅い角度で巻かれた
ガラス繊維を、また管の内面から深さ０．４５〜０．６
ｍｍの部分では、急な角度で巻かれた炭素繊維をそれぞ
れ明確に識別することができた。 次に、第１図の探触子にプラスチックス製凹レンズを組
み込んだものを用いて同じ部分の超音波映像を観察した
ところ、さらに鮮明な識別がなされた。このことから、
凹レンズの併用により分解能が向上することが分る。」 （２）同第１１ページＭ８〜１３行の「、第５図（ａ）
及び（ｂ）は、・・・超音波映像の写真」を削除します
。 （３）添付図面のうち、第５図（ａ）、（ｂ）及び第６
ｒＩ！Ｊ（ａ）、（ｂ）を削除します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　探触子主体の先端に、探触子主体の長さ方向に対し
   ４５度傾斜した反射鏡を、探触子主体の長さ方向にスラ
   イド自在に調節することにより焦点合わせを行えるよう
   に設けたことを特徴とする管測定用超音波探触子。 ２　探触子主体の先端に探触子主体の長さ方向にスライ
   ドしうる可動部材を設け、その先端の一方に探触子主体
   の長さ方向に対し４５度傾斜した反射鏡を該可動部材を
   スライド自在に調節することにより焦点合わせを行える
   ように設け、かつ該可動部材の先端の他方における該反
   射鏡を介して超音波が出入りする個所に探触子主体の長
   さ方向に凹レンズ又は凸レンズを設けたことを特徴とす
   る管測定用超音波探触子。