(57)【要約】【課題】本考案は、切り替えスイッチにより一の斜角探触子で複数の屈折角の超音波を発信して探傷検査をすることができる探触子を提供する。【解決手段】本考案は、振動子２と、振動子２を配置させるくさび３と、振動子２に電気的に接続しているコネクタ５と、吸音材６と、これらを収容するハウジング７とを備え、振動子２の少なくともいずれか一方の電極１０を分割するカット線１１が形成され、分割されたそれぞれの電極１０ａ，１０ｂに配線Ｌ１，Ｌ２が接続され、各配線Ｌ１，Ｌ２は切替スイッチ４を介してコネクタ５に接続され、切替スイッチ４において接続する配線Ｌ１，Ｌ２を切り替えることにより電極１０を振動させる領域１０ａ，１０ｂを切換え、入射する超音波の屈折角を変更可能な斜角探触子１Ａに関する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、この振動子を配置させるくさびと、前記振動子に電気的に接続しているコネクタと、吸音材と、これらを収容するハウジングとを備え、
前記振動子の少なくともいずれか一方の電極を分割するカット線が形成され、
分割されたそれぞれの電極に配線が接続され、
前記各配線は切替スイッチを介して前記コネクタに接続され、
前記切替スイッチにおいて接続する配線を切り替えることにより前記電極を振動させる領域を切換え、入射する超音波の屈折角を変更可能な斜角探触子。
【請求項２】
前記電極は、上下方向の寸法が１：１になるように分割されている請求項１に記載の斜角探触子。
【請求項３】
上下方向の寸法が１：１に分割された前記電極の下側の電極が更に分割されている請求項２に記載の斜角探触子。
【請求項４】
前記電極は、上下方向の寸法が１：２：１になるように分割されている請求項１に記載の斜角探触子。
【請求項５】
上下方向の寸法が１：２：１で３つに分割された前記電極のうち、中央の電極を挟む上側の電極及び下側の電極の少なくともいずれか一方が更に分割されている請求項４に記載の斜角探触子。
【請求項６】
前記振動子は、前記くさびに形成された５１度以上５３度未満の傾斜面に配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の斜角探触子。
【請求項７】
前記振動子と前記くさびとの間に整合層が配されている請求項１から６のいずれか一項に記載の斜角探触子。
【請求項８】
前記くさびには、前記整合層を配置させる凹所が形成されている請求項７に記載の斜角探触子。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、斜角探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接部など、傾斜した面に形成された傷に対して超音波を斜めに発信し、探傷検査を行う斜角探触子が用いられている。斜角探触子による超音波の屈折角は、概ね３５度から８０度の範囲で用いられているが、日本建築学会では、２００８年頃までは、斜角一探触子として公称屈折角７０度を標準としてきた。しかし、屈折角を６５度とした場合、以下の利点があることが明らかになった。すなわち、
［１］ビーム路程が短くなり、指向性も鋭くなるので欠陥位置の測定精度がよい。
［２］屈折角及び感度が温度変化の影響を受けにくく、また、音響異方性による影響も小さい。
［３］探傷できる板厚の上限が大きい。測定範囲を２５０ｍｍ以下として、一回反射で探傷する場合、７０度では板厚４２ｍｍまでの適用となるが、６５度では板厚５２ｍｍまで適用できる。従って、板厚が４５ｍｍや５０ｍｍの場合、７０度では４５度を併用しなければならないが、６５度では併用する必要がない。
［４］探触子の走査範囲が７０度よりも狭くてもよい。７０度の場合は板厚の約６倍が必要となるが、６５度の場合は約５倍でよい。
［５］欠陥の先端からの反射が大きいことから、溶け込み不良とたれ込みの判別が容易になる。「裏当て金付完全溶け込みＴ継ぎ手のルート部からのエコー判別方法に関する指針」には、板厚が２０ｍｍを超える場合６５度の探触子を使用する規定があるため、７０度から６５度に探触子を付け替えるのに手間がかかるが、最初から６５度を使用していれば付け替える必要がない。
一方、６５度では接近限界長さと検出可能な深さとの関係より、直射法で探傷できる板厚の下限が大きく、板厚が２０ｍｍ以下の場合は適用しにくいという不利な点もある。従って、６５度と７０度の探触子は使い分けることが望ましい。この場合もそれぞれの板厚に応じて探触子を付け替えることは現実的ではないので、探傷箇所のうち板厚２０ｍｍ以下が多い場合には７０度を使用し、板厚２０ｍｍ超が多い場合には６５度を使用するというように、工事単位または節単位で使い分ける等の方法が考えられる。
［６］欠陥長さの短い端部欠陥を検出するという課題に対しては、試行錯誤の末、従来用いられている探触子５Ｍ１０×１０Ａ７０に変えて５Ｍ５×１０Ａ６５を用いることにより、ほぼ十分な精度で端部欠陥を検出できることが明らかとなったので、端部欠陥の探傷に際しては５Ｍ５×１０Ａ６５を使用することとした。［社団法人  日本溶接協会  溶接件検査認定委員会  鋼構造建築溶接部の超音波探傷検査基準・同解説（日本建築学会）の改訂］
このような事情から、２００８年頃より公称屈折角として７０度に加え、６５度が併記されるようになった。
ところで、アレイ探触子ではない、従来の通常の斜角探触子は、一つの振動子により一つの屈折角のみを生じさせる構成となっている。したがって、７０度の屈折角を用いる場合は５Ｍ１０×１０Ａ７０の振動子を有する探触子が、６５度の屈折角を用いる場合は５Ｍ５×１０Ａ６５の振動子を有する探触子がそれぞれ用いられてきた（例えば、下記特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２５６２１号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述したように、６５度と７０度の探触子は使い分けることが望ましいが、それぞれの板厚に応じて探触子を付け替えることは現実的ではない、すなわち板厚等の条件によって屈折角で斜角探触子を使い分けたいが、複数の異なる探触子を用意して交換しながら検査をするのは煩雑で現実には難しいという問題があった。
【０００５】
そこで、本考案は、切り替えスイッチにより一の斜角探触子で複数の屈折角の超音波を発信して探傷検査をすることができる探触子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の斜角探触子は、振動子と、この振動子を配置させるくさびと、前記振動子に電気的に接続しているコネクタと、吸音材と、これらを収容するハウジングとを備え、前記振動子の少なくともいずれか一方の電極を分割するカット線が形成され、分割されたそれぞれの電極に配線が接続され、前記各配線は切替スイッチを介して前記コネクタに接続され、前記切替スイッチにおいて接続する配線を切り替えることにより前記電極を振動させる領域を切換え、入射する超音波の屈折角を変更可能となっている。
この構成によれば、一つの探触子で複数種類の屈折角の超音波を発生させることができる。
【０００７】
本考案の前記振動子の前記電極は、上下方向の寸法が１：１になるように分割されていてもよい。
この構成によれば、一つの探触子で２種類の屈折角の超音波を発生させることができる。
【０００８】
本考案の前記振動子の上下方向の寸法が１：１に分割された前記電極の下側の電極が更に分割されていてもよい。
この構成によっても、一つの探触子で２種類の屈折角の超音波を発生させることができる。
【０００９】
本考案の前記振動子の前記電極は、上下方向の寸法が１：２：１になるように分割されていてもよい。
この構成によっても、一つの探触子で２種類の屈折角の超音波を発生させることができる。
【００１０】
本考案の前記振動子の上下方向の寸法が１：２：１で３つに分割された前記電極のうち、中央の電極を挟む上側の電極及び下側の電極の少なくともいずれか一方が更に分割されていてもよい。
この構成によっても、一つの探触子で２種類の屈折角の超音波を発生させることができる。
【００１１】
本考案の前記振動子は、前記くさびに形成された５１度以上５３度未満の傾斜面に配置されていてもよい。
この構成によれば、６５度の屈折角及び７０度の屈折角の超音波をより好適に発生させることができる。
【００１２】
本考案の前記振動子と前記くさびとの間に整合層が配されていてもよい。
この構成によれば、斜角探触子の感度を向上させることができる。
【００１３】
本考案の前記くさびには、前記整合層を配置させる凹所が形成されていてもよい。
この構成によれば、整合層をくさびの傾斜面に容易に形成することができる。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の斜角探触子は、一の斜角探触子で複数の屈折角の超音波を発生させることができるため、一度の探傷検査又は同じ場面で複数の屈折角で探傷を行わなければならない場合に、探傷検査を非常に簡便にすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案に係る斜角探触子の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本考案に係る斜角探触子の第１の実施形態のハウジングの一部を切り取って内部を示した右側面図である。
【図３】本考案に係る斜角探触子の第１の実施形態の配線を示す模式図である。
【図４】本考案に係る斜角探触子の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本考案に係る斜角探触子の第２の実施形態のハウジングの一部を切り取って内部を示した右側面図である。
【図６】本考案に係る斜角探触子の第２の実施形態の配線を示す模式図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本考案の実施形態について説明する。本実施形態は、縦横の全体の寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍの振動子を備え、約６５度の屈折角と約７０度の屈折角とに切り替え可能な斜角探触子を例示して説明する。
なお、本明細書において、上下とは、検査対象に接触させるくさびの底面を下面として斜角探触子を視た場合の上下を意味し、上下（方向）又は縦（方向）、これに直交する方向を横（方向）又は水平（方向）という。
【００１７】
図１に示すように、本考案の第１の実施形態の斜角探触子１Ａは、振動子２と、振動子２を固定するくさび３と、印加する電極を切り替える切替スイッチ４と、切替スイッチ４を介して振動子２と電気的に接続するコネクタ５と、吸音材６と、ハウジング７とを備えている。
【００１８】
振動子２は、圧電材料８の両面に電極９，１０が成膜された構成を有し矩形に形成されている。
圧電材料８の両面に成膜された電極９，１０のうち、くさび３に対向する電極９と反対側の電極１０にはカット線１１が形成されている。図１及び図２に示すように、電極１０は、カット線１１により、縦方向の寸法比が１：１となるように分割され、縦５ｍｍ×横１０ｍｍで上下に二つ配置されている。この上下の電極１０ａ，１０ｂは、全体として縦１０ｍｍ×横１０ｍｍの矩形になるように並べられている。
【００１９】
カット線１１は、カッター又は超音波等の機械的手段で形成されていても、予めパターニングされていてもどのような方法で形成されていてもよい。
図１に示すように、カット線１１の幅、すなわち分割された電極１０ａ，１０ｂ同士の隙間Ｓは、１００μｍ以上３００μｍ未満であればよい。隙間Ｓの寸法が１００μｍ未満であると、屈折角が大きくなるおそれがあり、３００μｍ以上であると、屈折角が小さくなるおそれがあるからである。
【００２０】
振動子２の圧電材料８としては、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）セラミックス、多孔性ポリプロピレン、ポリマー、コンポジット等が用いられている。
電極９，１０には、金電極、銀電極等が用いられている。
【００２１】
くさび３は、検査対象に当てるよう平坦に形成され接触面をなす底面３ａと、底面３ａに対して斜めに広がり、振動子２を配する傾斜面３ｂとを有した正面視概略台形の部材である。
傾斜面３ｂの底面３ａに対する傾斜角度θは、５０度よりも大きく５４度未満、好ましくは５１度以上５３度未満に形成されていればよく、本実施形態では最も好ましい５１．５度から５２．５度で形成されている。
【００２２】
図２に示すように、斜角探触子１Ａを右側面視したくさび３の横寸法は、１０ｍｍの横寸法を有する振動子２が収まる寸法に形成されている。
くさび３は、アクリル、ポリスチレン、ポリエーテルイミド等の合成樹脂により形成されている。
図１に示すように、傾斜面３ｂの反対側は底面３ａに対して傾斜した面３ｃとなっており、吸音材６が配されている。また、くさび３の上面３ｄにも吸音材６が配されている。
【００２３】
図２，図３に示すように、切替スイッチ４には、少なくとも１極３端子を備えた例えば公知のトグルスイッチが適用されている。
切替スイッチ４は、斜角探触子１Ａを右側面視して３端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が略水平方向に並ぶ向きで、かつ端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が図２に示す底面３ａに向かって延びるようにハウジング７に固定されている。
図１に示すように、コネクタ５は、振動子２及びくさび３に被せられたハウジング７に固定されている。
【００２４】
コネクタ５、切替スイッチ４及び上下に分割された電極１０ａ，１０ｂは、以下のように接続されている。
すなわち、図２又は図３に示すように、コネクタ５と共通端子Ｔ２とが信号線１２により接続され、共通端子Ｔ２と端子Ｔ１（以下「第１端子Ｔ１」という）とが配線Ｌ０により接続され、第１端子Ｔ１と分割された上側の電極１０ａとが配線Ｌ１により２．７μＨのコイルを介して接続されている。コイルから電極１０ａに向かって延びた配線Ｌ１は、その途中で吸音材６上に半田付けされ固定されている。
【００２５】
また、端子Ｔ３（以下「第２端子Ｔ３」という）は、共通端子Ｔ２とは配線で接続されずに，配線Ｌ２により２．２μＨのコイルを介して分割された下側の電極１０ｂに接続されている。コイルから電極１０ｂに向かって延びた配線Ｌ２は、その途中で吸音材６上に半田付けされ固定されている。
【００２６】
図１及び図２に示すように、ハウジング７は、四方を取り囲む側板部７ａと天板部７ｂとを有し、下方が開口した箱状に形成されている。
【００２７】
天板部７ｂには、貫通孔１３が形成されている。この貫通孔１３には、切替スイッチ４が嵌入されて固定され、天板部７ｂから接続する端子を切り替えるレバー１４が突出している。
図１に示すように、天板部７ｂと右側面側の側板部７ａの一つがなす角部は切り取られて傾斜板部７ｃとなっている。傾斜板部７ｃには、貫通孔１５が形成され、貫通孔１５にコネクタ５が軸線方向を斜めにして嵌め込まれている。
【００２８】
このように、本考案の斜角探触子１Ａは、図１又は図２に示すように、５ｍｍ×１０ｍｍに形成された電極１０ａ，１０ｂがカット線１１を隔てて上下に設けられ、全体として視た場合に１０ｍｍ×１０ｍｍの電極１０となるように構成されている。そして、振動子２を配するくさび３の傾斜面３ｂの底面３ａに対する角度を５１度より大きく５３度よりも小さく調整することにより、６５度の屈折角及び７０度の屈折角の双方を発生させ得るようになっている。そして、前述したように切替スイッチ４により印加する電極１０を上側の電極１０ａと上下双方の電極１０に切り替えられるようになっている。
【００２９】
したがって、斜角探触子１Ａは、第１端子Ｔ１に通電した場合に、分割された上方の電極１０ａのみに印加することになり、すなわち５ｍｍ×１０ｍｍの振動子２を印加した場合と同じ状態となり、６５度の屈折角による超音波を発することができる。
また、斜角探触子１Ａは、第２端子Ｔ３に通電した場合に、下側の電極１０ｂ及び共通端子Ｔ２を通じて上側の電極１０ａに印加することになり、１０ｍｍ×１０ｍｍの振動子２を印加した場合と同じ状態となり、７０度の屈折角による超音波を発することができる。
なお、接近限界長さ（入射点）を極力短くするために、屈折角を６５度にする場合の電極として上側の電極１０ａを用いている。
【００３０】
このように、本考案の斜角探触子１Ａは、異なる２種類の屈折角で検査対象の探傷検査を行わなければならない場合に、２つの探触子を用いて交換して検査するのではなく、一つの斜角探触子１Ａで非常に簡便に検査を行うことができるという効果を奏する。
また、斜角探触子１Ａの屈折角の切り替えは、切替スイッチ４により極めて容易に行うことができるという効果を奏する。
【００３１】
なお、斜角探触子１Ａは、図２又は図３に示すように、電極１０を上下に１：１に分けた構成を例として示したが、電極１０を縦方向に２分の１した上側に電極１０ａを形成していれば、下側の電極１０ｂは、更に上下及び／又は左右方向に分割されていてもよい。この場合、電極１０ｂを更に分割した全ての電極を、第２の端子Ｔ３に接続する。このように配線することによって、第１の端子Ｔ１に切替スイッチ４を入れると電極１０ａに印加して屈折角を６５度にすることができ、第２の端子Ｔ３に切替スイッチ４を入れると分割された電極１０ｂの全ての電極１０ｂ及び共通端子Ｔ２を介して電極１０ａに印加され、屈折角を７０度にすることができる。また、電極１０ｂを分割してその間をエポキシ等の樹脂で埋めることにより、斜角探触子１Ａの感度を上げることが可能となる。
【００３２】
また、上側の電極１０ａについても、電極１０ａを更に分割した全ての電極を第１の端子Ｔ１に接続し、第１の端子Ｔ１に通電した際に分割された電極１０ａの全てに通電できるようにしていれば、更に上下及び／又は左右方向に分割されていてもよい。この場合にも、前述したように同様の屈折角の切り替えができるとともに、斜角探触子１Ａの感度を上げることができる。
【００３３】
次に、本考案の第２の実施形態について図４−図６を用いて説明する。本実施形態について、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、主として第１の実施形態と異なる構成について説明する。
【００３４】
図４及び図５に示すように、本実施形態の斜角探触子１Ｂは、振動子２の電極１０が上下に１：２：１の比率で、すなわち電極１０の上端から２．５ｍｍ，５ｍｍ，２．５ｍｍの間隔でカット線１１により３分割されているという点で第１の実施形態の斜角探触子１Ａと異なっている。
また、斜角探触子１Ｂは、振動子２とくさび３の傾斜面３ｂとの間に整合層２０を有している点でも斜角探触子１Ａと異なっている。
【００３５】
図５又は図６に示すように、コネクタ５、切替スイッチ４及び分割された電極１０ｅ，１０ｆ，１０ｇは、以下のように接続されている。
コネクタ５と共通端子Ｔ２とが信号線１２により接続され、共通端子Ｔ２と第１端子Ｔ１とが配線Ｌ０により接続され、第１端子Ｔ１と分割された中央の電極１０ｆとが、配線Ｌ１により２．７μＨのコイルを介して接続されている。コイルから電極１０ｆに向かって延びた配線Ｌ１は、その途中で吸音材６上に半田付けされ固定されている。
【００３６】
また、第２端子Ｔ３は、共通端子Ｔ２とは配線によって接続されずに、配線Ｌ２により中央の電極１０ｆを挟んでいる上側の電極１０ｅ及び下側の電極１０ｇに２．２μＨのコイルを介して接続されている。コイルから電極１０ｅ，１０ｇに向かった延びた配線Ｌ２は、その途中で吸音材６上に半田付けされ固定されている。
【００３７】
このように、電極１０ｅ，１０ｆ，１０ｇとコネクタ５とが切替スイッチ４を介して接続されているため、第１端子Ｔ１に通電した場合、分割された中央の電極１０ｆのみに印加される。すなわち、５ｍｍ×１０ｍｍの振動子２のみに印加した場合と同じ状態となり、斜角探触子１Ｂは、６５度の屈折角の超音波を発することができる。
【００３８】
また、第２端子Ｔ３に通電した場合には、上下の電極１０ｅ，１０ｇに印加されるとともに、共通端子Ｔ２を通じて中央の電極１０ｆにも印加される。したがって、この場合、斜角探触子１Ｂは、１０ｍｍ×１０ｍｍの振動子２を印加した場合と同じ状態となり、７０度の屈折角の超音波を発することができる。
【００３９】
また、図１に示すように、斜角探触子１Ｂの振動子２とくさび３との間には、整合層２０が介装されている。
この場合、整合層２０は、約０．２ｍｍの厚さでエポキシ樹脂等の材料により少なくとも振動子２を覆う大きさで形成されているとよい。
【００４０】
また、この場合、必須ではないが、くさび３の傾斜面３ｂには、整合層２０を嵌め込むための凹所２１が形成されている。凹所２１の深さは、整合層２０の厚さと同一又は同等になるように形成されているとよい。
【００４１】
以上のように、斜角探触子１Ｂは、斜角探触子１Ａと同様に、異なる２種類の屈折角で探傷検査を行わなければならない場合に、２つの探触子を交換しつつ検査するのではなく、一つの斜角探触子１Ｂで簡便に検査を行うことができるという効果を奏する。
また、斜角探触子１Ｂの屈折角の切り替えは、切替スイッチ４により極めて容易に行うことができるという効果を奏する。
【００４２】
また、振動子２とくさび３との間に整合層２０が設けられているため、斜角探触子１Ｂの感度が向上するという効果が得られる。また、くさび３の傾斜面３ｂに整合層２０を配する凹所２１が形成されているため、溶融状態の整合層２０を凹所２１に充填し、傾斜面３ｂと同一面上で整合層２０の表面を形成し固化させることで、整合層２０を容易に形成することができるという効果を奏する。
なお、このような整合層２０及び凹所２１は、斜角探触子１Ａにも形成されていてもよい。
【００４３】
なお、斜角探触子１Ｂは、電極１０を上下に１：２：１に分けた構成を例として示したが、電極１０ｆを縦方向の中央に形成していれば、上側の電極１０ｅ及び／又は下側の電極１０ｇは、更に上下及び／又は左右方向に分割されていてもよい。この場合、上側の電極１０ｅ及び／又は下側の電極１０ｇを分割した全ての電極を、第２の端子Ｔ３に接続する。また、分割された電極間にエポキシ等の樹脂を充填しておく。このように配線することによって、斜角探触子１Ｂは、第１の端子Ｔ１に切替スイッチ２を入れると電極１０ｆのみに印加して屈折角を６５度にすることができる。また、第２の端子Ｔ３に切替スイッチ４を入れると、斜角探触子１Ｂは、分割された上側の電極１０ｅ及び／又は下側の電極１０ｇの全ての電極に印加され屈折角を７０度にすることができる。また、斜角探触子１Ｂの感度を上げることができる。
【００４４】
また、中央の電極１０ｆについても、電極１０ｆを更に分割した全ての電極を第１の端子Ｔ１に接続し、第１の端子Ｔ１に通電した際に分割された電極１０ｆの全てに通電できるようにしていれば、更に上下及び／又は左右方向に分割されていてもよい。この場合にも、前述したように同様の屈折角の切り替えができるとともに、斜角探触子１Ｂの感度を上げることができる。
【００４５】
なお、斜角探触子１Ａ，１Ｂで示した電極の分割は、電極に５μｍの銅箔、ＳＵＳ箔を接着させいれば、くさび３の傾斜面３ｂに対向させる電極９側に形成されていても、電極９，１０の双方に形成されていてもよい。  
【符号の説明】
【００４６】
１    斜角探触子        
２    振動子
３    くさび
３ｂ  傾斜面
４    切り替えスイッチ
５    コネクタ
６    吸音材
７    ハウジング
９    電極
１０  電極
１０ａ  上側の電極
１０ｂ  下側の電極
１０ｅ  上側の電極
１０ｆ  中央の電極
１０ｇ  下側の電極
１１  カット線
１２  信号線
２０  整合層
２１  凹所
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２  配線
【図１】
0003212735.tif 000003
【図２】
0003212735.tif 000004
【図３】
0003212735.tif 000005
【図４】
0003212735.tif 000006
【図５】
0003212735.tif 000007
【図６】
0003212735.tif 000008