JPS63243746A - 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、金属又はプラスチック材料等に内在する不連
続部発生位置や、その大きさ及び形状等を検知又は測定
を行なう超音波探傷試験に用いられる探触子に関するも
のである。

〈従来の技術〉 超音波を利用して金属材その他の素材の欠陥を探傷する
ことが従来から行なわれており、金属材又はプラスチッ
ク材料等が高級になるに従い、その付加価値から、それ
ら素材に内在する不連続部、即ち、欠陥の保証度も厳格
になるため、その検出精度が要求される。これら素材に
内在する欠陥は、機械的強度に影響するところから一般
的に排除゛されるものである。特に応力の集中し易い体
積の小さい欠陥、即ち面状欠陥の検出に対する現在の非
破壊検査技術では、欠陥の検出精度、検査能率等の信頼
度から超音波探傷試験方法が最も広く活用されている。

一般に超音波探傷試験において、欠陥の検出精度を向上
させる手段として、（１）超音波探傷器の信号処理方法
、（２）被検査材料の前処置方法、（３）探触子保持方
法等に依存するところも大きいが、最も検出精度を左右
するのが探触子のＳ／Ｎ比であることは周知である。

従来より超音波探触子の中間媒体として主要な部材であ
るくさび材には、諸特性が比較的安定しているアクリル
樹脂が用いられている。しかし乍らアクリル樹脂は熱変
形温度が８０°〜１２５°と低いため、高温な被検査材
に接すると入射された超音波の減衰が大きく、探傷感度
が著しく低下すると共に、熱変形による振動子の剥離や
、リード線の脱落を生じ、耐久性に乏しく、特に斜角探
触子においては探傷屈折角の変位が生じ、著るしく探傷
精度を阻害する。

又、超音波探傷試験が常温下、又は低温下で行なわれる
場合も、アクリル樹脂は、超音波の減衰、耐摩耗性、吸
水率、探傷感度のいずれにおいても満足できるものでは
なかった。アクリル樹脂は、特に耐摩耗性が低く、連続
超音波探傷試験においては、探触子シュー、ガイドリン
グその他よりなる探触子アダプターと被検査材とが直接
摺動することが多く、このような場合には、被検査材と
の摺動摩耗によるアダプターの消耗が極端となり、極め
て短時間にシューを交換することが必要であり、交換に
よる時間的又は経済的損失が大きく探傷精度にも著しい
影響を及ぼしている。

又、アクリル樹脂は熱変形温度が低いことから、高温材
料を探傷する場合の探触子としては、これに代って耐熱
樹脂（デュポン社製ＰＭＤＡ系ポリイミド樹脂、商品名
「ベスペルｊ）をくさび材として用いた探触子がある。

しかし乍ら、このピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）
と芳香族ジアミンとの重合によって得られるＰＭＤＡ系
ポリイミド樹脂を用いた探触子は、高温度には酎え得る
が、例えば特公昭５７−４４１４２号公報にても指摘さ
れるように、超音波の減衰が大きく探傷感度が低下する
と共に、長時間使用により熱変形を起し易く耐久性に乏
しく、且つ材料自体が非常に高価であるという問題点を
含んでおり、一般に普及していない。

かかる情況から、各研究者等はアクリル樹脂又は、ＰＭ
ＤＡ系ポリイミド樹脂に代る新素材の適用を模索してい
るが、Ｓ／Ｎ比を向上させる超音波減衰は解決できても
、音速又は超音波入射角に影響する吸水率、熱変形及び
耐摩耗性等の総合的特性の向上が解決できず、結果的に
は、従来のアクリル樹脂又はＰＭＤＡ系ポリイミド樹脂
に代って汎用化されるには至っていない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は上記のような事情から、ベースノイズが極めて
少なく、常温、高温又は低温のいずれにおいても超音波
の減衰が少なく、吸水率に′優れ熱変形がなく、十分な
硬度及び衝撃強度を有し、長時間の使用に耐える耐摩耗
性を備えたくさび材、レンズ、シュー若しくはディレー
を含む中間媒体を備えた超音波探触子を提供するもので
ある。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は上記の問題点を解決するために、超音波探傷子
の中間媒体をビフェニルテトラカルボン酸無二無水物（
ＢＰＤＡ）と芳香族ジアミンとの縮重合によって得られ
たＢＰＤＡ系ポリイミド樹脂にて形成することにより上
述の各問題点を解決し、良好な超音波探傷を可能とした
ものである。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例の図面に従って詳細に説明する。

第１図Ａ、Ｂは斜角探触子の断面図を示し、１は探触子
、２は振動子、３は本発明の中間媒体の１つであるくさ
び材（ウェッジ）、４は吸音材、５は接栓、６はコンタ
クト・シューを示す。第２図は分割形垂直探触子を示し
、符合の一致する部分の説明は省略する。７は音響分割
面、８はディレーである。　第３図は水浸探触子の断面
図で、９はレンズ、１０はダンパーを示す。本発明の中
間媒体は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香
族ジアミンとの縮重合によって得られた全芳香族ポリイ
ミド樹脂の重合体を粉末化し、これをホットプレス法に
よって高温高圧下で圧縮成形することによって形成した
成型品より構成されており、超音波探触子に用いる場合
、その諸物性は以下の通り従来のアクリル樹脂→商品名
「ベスペルｊに代表されるＰＭＤＡ系ポリイミド樹脂等
に比較し格段に優れ従来の問題点をことごとく解決する
ことができた。

第１表に本発明の樹脂と従来のアクリル樹脂及びＰＭＤ
Ａ系ポリイミド樹脂との超音波特性値を対比するが、同
表及び第４図の各素材の超音波の減衰を示すグラフから
も明らかなように、探触子のくさび材として必要な特性
のうち、特にＳ／Ｎ比に影響を与える超音波の減衰量に
おいて優れている。

一般にプラスチックの超音波減衰の大半は内部摩擦によ
るエネルギー損失が原因であることは知られている０本
発明のＢＰＤＡ系ポリイミドの分子構造は、アクリルや
ＰＭＤＡ系ポリイミドよりも分子量が大きく、剛直な長
い鎖のセグメントからなっており、この分子鎖の超音波
振動による内部摩擦の発生が非常に起こりにくい分子構
造となっているため、超音波特性としての減衰率はかな
り低いものとなる。又、ＢＰＤＡ系ポリイミドの特徴で
ある高弾性率、高耐熱性、高耐摩純性等の物性もこの剛
直な分子構造に起因しており、第１表からも明らかなよ
うに、ＰＭＤＡ系ポリイミドよりもＢＰＤＡ系ポリイミ
ドの弾性率がかなり高いことからも、ＢＰＤＡ系ポリイ
ミドの方が剛直な分子構造であることが裏付けられる。

従って、ＢＰＤＡ系ポリイミド樹脂はＰＭＤＡ系ポリイ
ミド樹脂よりも優れた超音波減衰特性を有していること
は明らかである。

又、ＢＰＤＡ系ポリイミド樹脂は高温域のみならず、低
温域に於ても優れた特性をもっており、マイナス５０°
Ｃの低温下でも常温と同程度の機械的強度を有している
ことから、低温域における超音波探傷も可能となる。

尚、第１表の比較で判明するようにＢＰＤＡ系ポリイミ
ド樹脂は音速においてはアクリル樹脂よりやや遅いため
、斜角探傷子においてはくさび面の摩耗による屈折角の
変位はスネルの式、ＣＩ　／　５ｉｎｉ　＝　ＣＩＩ　
／５ｉｎＱＣ工：第１媒質縦波音速（ＢＰＤＡ、アクリ
ル）ＣＩＩ：第２媒質横波音速（ｍ） Ｓｉｎｉ　：第１縦波入射角 ５ｉｎＱ：第２横波屈折角 によれば、アクリル樹脂のそれより大きくなるが、耐摩
耗性においてアクリル樹脂より格段優れる（手動斜角超
音波探傷パイプ用Ｒ付コンタクトシューの実験値では百
倍以上）ため、それが相殺されるばかりか、音速が遅い
ため入射角がアクリル樹脂より小さくなり、くさび層の
厚さが薄くなるため距離減衰上更に優位となる。

又、第２表は斜角探触子の感度の比較例を示す。第２表
はＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｚ２３４４附属書５に従い、Ａ１感度
、Ａ２感度、分解能及び不感帯について夫々の素材の比
較を示すもので、Ａｔ感度において１０ｄＢ、Ａ２感度
において６ｄＢ、分解能において１３ｄＢ、不感帯にお
いてはウェッジ内雑エコーを抑制することができ、本発
明の樹脂はその全てに勝っていることが判明する。

第３表は物性値を示す。

音速、超音波入射角に影響を及ぼす吸水率においても本
発明の樹脂は優れた特性を有す。又、諸物性値より高温
、常温及び低温状態での適用ができることが判明する。

第３表 第５図Ａは分割形垂直探触子の感度の比較例を示し、厚
さ４．７〜１８．０ｍｍの鋼板に内在する欠陥（ラミネ
ーション）を高感度で探傷することを目的とする探触子
の感度の比較例を示すもので、ＢＰＤＡ系ポリイミド樹
脂はアクリル樹脂に対し、１０ｄＢ以上優っていること
が判明する。又第５図Ｂ、ＣはＪ　Ｉ　Ｓ　　５ＴＢＮ
Ｉの検出精度を示す超音波探傷器本体のディスプレイに
表示されるＡスコープの表示波形であり、Ｔはパルス、
Ｓは表面エコー、Ｆは欠陥エコー、ＢＦは底面エコーを
夫々示す。　これによると、ＢＰＩｌＡ系ポリイミド樹
脂のＦ／ＢＦは一２ｄＢ、アクリル樹脂のＦ／ＢＦは＋
３ｄＢであり、目的とする欠陥を高感度で検出すること
が判明する。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明のＢＰＤＡ系ポリイミド樹脂の成
型体から構成される中間媒体は入射された超音波の減衰
が極めて少なく、又吸水率に優れていることから、従来
のアクリル又はＰＭＤＡ系樹脂よりなる中間媒体に比べ
、Ｓ／Ｎ比がはるかに向上し、探傷感度を高めることが
できる。

又、熱変形温度が高いことから高温探傷も、又、低温強
度も優れていることから低温域での探傷も可能となり、
耐摩耗性にも優れ長期の安定した使用が可能であり検査
能率が大幅に向上し、状態のいかんに拘らず被検査材に
内在する欠陥を精度よく探傷することができる。しかも
、本発明のＢＰＤＡ系ポリイミド樹脂の成型体は切削仕
上り性に優れているところから、探触子ケース内に精度
よく収めることかで・きる。

尚、本発明の中間媒体は上述したくさび材、シュー、レ
ンズ及びディレーに使用できるもめで、これ以外にも探
触子と被検査材との中間に介在される媒体に応用できる
ものであることは言うまでもなく、これらは本発明に含
まれるものであることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図Ａ、Ｂは
斜角探触子の断面図、第２図は分割形垂直探触子の断面
図、第３図は水浸探触子の断面図、第４図は各素材の超
音波の減衰量を示すグラフ、第５図Ａは分割形垂直探触
子の感度比較例、第５図Ｂ、ＣはＡスコープの表示波形
を示すものである。 １、、、、探触子　　　３．、、、＜さび材６、、、、
コンタクト・シュー ８、、、、ディレー　　９．、、、レンズ１０、、、、
ダンパー 特許出願人鈴幸精密工業株式会社 新日産ダイヤモンド工業株式会社 第４図 〔Ｊ促＃：４子〕 ！１４ｙＨ−：　５ｏｕｔｃ　Ｍｘ−ｚ樫４−）　　　
：　ｔ−ｔｓｓｔｓθＮｔｃ　５ＣＡ／Ｌ１角式４ｖ　
；　り′クセソン ｔべ、￥１４５云　　：　ヂλ６、ｔχ２！、δ（汽初
？；Ｂ＃）１！ｙ７　　：　　ｒｔｓｘｔ７ｎｔ　　ｔ
：ｚｙｘｚｌｃ　　ｚｅＭｔ、ｖｈ）第５１；ｊｌ（Ａ
） 第５図（Ｂ）　　　　　第５図（Ｃ） 〔看１定条村〕 躍４益　：　５ｔｌＮＩＣ感づ Ｒ＆−）　　　：　５ｚｔｘ２ｆ／ＹＤ＃触−しｙｖ　
　二水（つ（”ｗ　・ノフ＠ａニジ）す啼→手続補正書
（自発） 昭和６２年　５月２会日 昭和６２年特許願第７８１０７号 ２、発明の名称 超音波探触子 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　東京都中央区銀座１丁目２８番１３号名称　　
　鈴幸精密工業株式会社 代表者　　鈴　木　幸三部 住所　横浜市金沢区鳥浜町２番３０ 名称　新日産ダイヤモンド工業株式会社代表者　鈴木克
昌 ４、代理人 住所　　東京都港区新橋４丁目２４番７号７、補正の内
容 （１）明細書第４頁第６行、及び同第８行の「アダプタ
ーＪをｒアダプター」と補正します。 （２）同第６頁第１Ｏ行のｒ探傷子」をｒ探触子」と補
正します。 （３）同第６頁第１１行の１無二無水物Ｊを「二無水物
ｊと補正します。 （４）同第９頁第１表の「縦波に対する音響インピーダ
ジスｊ（７）欄の３行（１）　ｆｌｏｋｇ／ｒｎ’ｓ　
ｊをｆｆ１０ｋｇ／ｍ″Ｓ」補正します。 （５）同第９頁第１表のく測定条件〉の欄の２行目、　
「接触媒体１をｒ接触媒質Ｊと補正します。 （６）同第９頁第２表のＦＡ２感度」の１行目、ｆｆ５
３ｄＢＪ　をｆ５２ｄＢｊと補正します。 （７）同第１Ｏ頁第１６行のｒ斜角探傷子１をｒ斜角探
触子」と補正すます。 し 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中間媒体がビフェニルテトラカルボン酸二無水物と
   芳香族ジアミンとの縮重合によって得られた全芳香族ポ
   リイミド樹脂により形成されたことを特徴とする超音波
   探触子。 ２、中間媒体は、くさび材である特許請求の範囲第１項
   記載の超音波探触子。 ３、中間媒体は、レンズである特許請求の範囲第１項記
   載の超音波探触子。 ４、中間媒体は、コンタクト・シューである特許請求の
   範囲第１項記載の超音波探触子。 ５、中間媒体は、ディレーである特許請求の範囲第１項
   記載の超音波探触子。