(57)【要約】【課題】指向性のよい超音波センサーをを提供しようとする。【解決手段】超音波発生回路及び超音波受信・判定回路の少なくとも一方を収納した回路収納部と、前記回路収納部の先端面に固着され、収納された回路の超音波信号入／出力端に電気接続されたことにより先端位置を占める超音波振動子とからなる超音波センサーに用いるためのウエーブガイドであって、その超音波センサーの先端に固着可能とした付け根部７で、超音波振動子の正面を包囲し、その正面の有効面積より小さい口径を有して前記付け根部から同軸的に突出した非弾性・可撓性を有する管体６ａ　を備え、先端に斜面切り口６ｂを形成したものである。【選択図】　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生回路及び超音波受信・判定回路の少なくとも一方を収納した回路収納部と、前記回路収納部の先端面に固着され、収納された回路の超音波信号入／出力端に電気接続されたことにより先端位置を占める超音波振動子とからなる超音波センサーに用いるためのウエーブガイドであって、
前記超音波センサーの先端に固着可能とした付け根部で、前記超音波振動子の正面を包囲し、その正面の有効面積より小さい口径を有して前記付け根部から同軸的に突出した非弾性・可撓性を有する管体を備え、先端に斜面切り口を形成したものであることを特徴とする超音波センサー用ウエーブガイド。
【請求項２】
前記ウエーブガイドの管体が、その中間部において、断面形状を実質的に変形することなく、９０°以内の角度に曲げ加工できるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波センサー用ウエーブガイド。
【請求項３】
前記ウエーブガイドの管体が、その口径の１０倍以上の任意の長さに切断されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波センサー用ウエーブガイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波センサー用ウエーブガイドであって、送波器又は受波器、及び超音波振動子の送波機能と受波機能を交互切替する送受波器（以下これらを「送／受波器」として概括する）の送／受波端において送受される超音波の絞り及び指向性選択機能を有するウエーブガイドに関するものである．
【０００２】
【従来の技術】
超音波センサーの送／受波器は、機能的には圧電素子その他からなる超音波振動子である。例えば、下記特許文献１の図３及び図６に示すように、それは、超音波発生回路及び超音波受信・判定回路を収納した回路収納部（通常は外径２０数ｍｍφ〜３０数ｍｍφの円筒形）の先端面に固着又は半没・設置された、それよりやや小さい直径の円盤型超音波振動子５から構成されたものであり、ある程度の角度範囲を有する指向性をもつ結果、ノイズを拾いやすく、狭い間隙通路のみを通した超音波探査ができない等の欠点がある。
【０００３】
このように超音波センサーが、指向性の範囲内でノイズを拾いやすいという態様は、下記の非特許文献１において、よく示されている。そして、この指向性の存在は超音波に特有のものとして、寧ろその指向範囲を維持するため、下記の特許文献２のような開放角度型のホーンが用いられることもあったが、そのノイズ問題の基本的な解決には役立たなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０８−００５７３８号公報
【特許文献２】
特開平０９−１７８８３６号公報
【非特許文献１】
１９８９年１０月発行「　検出用スイッチ」改訂版　日本制御機器工業会編　第１４９頁〜第１５７頁、「５．超音波スイッチ」の章
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の超音波センサーにおける超音波送受の指向性による問題点を解決し、送受される超音波の絞り及び指向性選択に関する超音波センサー用のウエーブガイドを提供しようとするものである。
本発明はまた、狭い間隙通路や屈曲した間隙通路を通しても超音波探査が可能となるようにした超音波センサー用のウエーブガイドを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載した本発明は、超音波発生回路及び超音波受信・判定回路の少なくとも一方を収納した回路収納部と、前記回路収納部の先端面に固着され、収納された回路の超音波信号入／出力端に電気接続されたことにより先端位置を占める超音波振動子とからなる超音波センサーに用いるためのウエーブガイドであって、
前記超音波センサーの先端に固着可能とした付け根部で、前記超音波振動子の正面を包囲し、その正面の有効面積より小さい口径を有して前記付け根部から同軸的に突出した非弾性・可撓性を有する管体を備え、先端に斜面切り口を形成したものであることを特徴とする超音波センサー用ウエーブガイドを構成したものである。
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項２に記載した本発明は、前記ウエーブガイドの管体が、その中間部において、断面形状を実質的に変形することなく、９０°以内の角度に曲げ加工できるものであることを特徴とする超音波センサー用ウエーブガイドを構成したものである。
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項３に記載した本発明は、前記ウエーブガイドの管体が、その口径の１０倍以上の任意の長さに切断されたものであることを特徴とする超音波センサー用ウエーブガイドを構成したものである。
【０００９】
本発明は、上記の構成を用いることにより前述した課題を解決するほか、従来当然のこととして看過されてきた、超音波振動子（送／受波器の物理的先端）と検査対象との接近限度が不明確であるという問題をも解消する。
【００１０】
図１は従来の超音波センサーの側面を示している。図示の通り、円筒型の超音波センサー１は先端面２側に超音波振動子　（図示せず）を填装し、後端に信号ライン及びパワーラインを一括した電気ケーブル３を接続したものである。この超音波センサー１は、ここでは図示しない超音波発生回路及び超音波受信・判定回路の少なくとも一方を収納した回路収納部と、前記回路収納部の先端面に固着され、同部に収納された回路の超音波信号の入／出力端に電気接続された超音波振動子とを備えており、先端面２から超音波を送出するときは、一定の指向性を有するが、一般に先端面２の直前空間４は超音波伝達の乱調により不感帯となり、この空間４内に被検査対象物があっても検知できず、可能な検出エリアはその先に模式的に示した仮想ホーン５内に限られる。これに対し、図２〜図８に示した実施例を含む本発明においては以下に説明する通り、このような不感帯問題は生じない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例においては図２に示すとおり、超音波センサー１の本体先端面２（超音波発振面）側から、管状本体（以下「　管体」と略称する）６ａを有する超音波ウエーブガイド６のキャップ状付け根部７を被せ、ねじ込み固定する。キャップ状付け根部７の先端ボス部は、後に詳述する半円筒状の管保持部８と、これにねじ止めされて合体する半円筒８ａ　とから構成されている。このキャップ状付け根部７の内周面と超音波センサー１の本体外周面には対応するねじ溝が切られ、後者（１）の外周面における先端部にはそのねじ込み状態を固定するための留めリング９が、また後部には、センサー固定用ナット１ａ，１ｂがワッシャーを挟んで対峙するように螺合している。
【００１２】
超音波センサー１とウエーブガイド６との突き合わせ部における係合状態は図３に示すとおりである．ウエーブガイド６はそのキャップ状付け根部７で、前者１の先端面（超音波振動子の正面）２を包囲し、その正面の有効面積より小さい口径を有した十分な長さ、好ましくは口径の１０倍〜数１０倍程度の任意の長さを有する管体６ａ部が同軸的に突出したものである。キャップ状付け根部７の内部には超音波センサー先端面２と管体６ａの後端との間に、超音波伝播のための絞り空間１０が形成され、超音波センサー１が送波機能を発揮している場合、超音波振動子の正面（２）から発せられた超音波を、より小さい口径のウエーブガイドの管体６ａ内に有効に伝達する。
【００１３】
ウエーブガイド管体６ａ内に伝達された超音波は、管先端面６ｂより管軸方向に伝播していく。これは図３のごとく、管先端面６ｂが管軸直交面ｐに対して所定の角度θを有していること　（斜め切り口であること）が条件となる。この角度θは超音波伝播性能からは４５°程度が最もよいが、好ましくは２５°〜３５°、特に好ましくは３０°とされる。このような角度θの存在を不可欠とすることは、本発明において初めて明らかになった事項であり、それは次のような理由によると考えられる．
【００１４】
図４（ａ）はウエーブガイドにおける管体６ａの先端切り口が管軸と直角である場合の、発射超音波及び反射超音波を示し、図４（ｂ）は管体６ａの先端切り口が管軸直交面に対して３０°の場合の、発射超音波及び反射超音波を示している。まず（ａ）先端切り口が管軸と直角である場合、時点Ｔ０でセンサー本体の先端面２から超音波１１が発射されると、Ｂ　時間後にウエーブガイドの管体６ａにおける先端切り口に達し、ここで全反射ほど大きくはないが所定の大きさの反射波を生じ、これが受信機能に切り替わった超音波センサーにより、Ａ　時間後における本来の検知目的物からの反射波１２に先立ち、不正な反射波１３として有為に検出されることになる．これは空気流が急激に開放されたところで「　渦」　が発生することに伴う現象に準じたものと考えられる。
【００１５】
一方、（ｂ）ウエーブガイドにおける管体６ａの先端切り口が管軸直交面に対して３０°の場合、超音波は先端切り口に角度がある故に緩和的に前方に飛び出し、本来の検知目的物からの反射波１２のみが正確に検出されることになる。
【００１６】
ウエーブガイド６の組立て構造は図５に示す通りである。キャップ状付け根部７は、この場合、プラスチック製であって、大径のセンサー嵌合部１４と、そのキャップ状頂部から突出した管保持部８とからなっている。管保持部８は半円筒状であり、単体半円筒８ａ　と合体してウエーブガイドにおける管体６ａの後部を挟持するものである。管保持部８と半円筒８ａ　には合体用のねじ孔１５、１６がそれぞれ形成され、前者（８）には更にねじ操作孔１７が形成されることにより、ねじ１８をねじ孔１５、１６中に容易に挿入できるようになっている．
【００１７】
かくして組立てられたウエーブガイド６を、キャップ状付け根部７を介して超音波センサー１に取り付けた状態は図６に示す通りであり、可能な検出エリアはその先端面６ｂから直ちに始まる仮想エリアチューブ１９内に形成され、従来のような超音波センサーの物理的先端　（この場合、先端面６ｂ）直前における不感帯は生じない．
【００１８】
ウエーブガイド６の管体６ａは非弾性であって可撓性を有する材質、例えば鋼管からなっており、図７に示すとおり、曲げ角度は９０°以内であれば、またそれによって屈曲部の内周円が型崩れしなければ、超音波は実質的に減衰することなく伝播される。
【００１９】
図８は本発明の超音波センサーを装備したウエーブガイドの効果的な使用状態を、従来の超音波センサーの使用状態の不都合と比較して示すものである。すなわち図８において、（ａ）従来の、ウエーブガイドなしの超音波センサー１で、検査対象物２０を、障壁２１の小穴２２を通して超音波観察しようとしても　（光なら、十分可能であるが）、超音波はこの小穴２２の縁で乱され、検査対象物２０の表面に届かないため、有効な反射波を得ることはできない。それに対して、（ｂ）本発明のウエーブガイド６付き超音波センサー１の場合、そのウエーブガイドの管体６ａを小穴２２に挿通することにより、管先端６ｂから発射された超音波は検査対象物２０の表面にそのまま到達可能である．
【００２０】
また図８（ｃ）のように、壁体又はブロック２３、２４間の隙間２５内を超音波観察するときは好ましくは９０°折り曲げたウエーブガイド管体６ａを用い、その先端を隙間２５に挿入するように超音波センサー１を配置する。この配置は、例えばセンサー固定用ナット１ａ，　１ｂで、壁面２３ａ　に固着したＬ型支持金具２６を挟むことにより達せられる．
【００２１】
以上、本発明はウエーブガイドの管体６ａが円形断面を有するものとして説明したが、この断面形状は四角形その他の多角形状、楕円形状等の種々の形態にすることができる。また、超音波センサーとウエーブガイドとは、使用条件が特定される需要に対しては、初めから一体型として製造し、機械的安定性及び長寿命化に寄与させることができる．
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成された結果、従来の超音波センサーにおいて多発していた指向性の角度範囲内におけるノイズ問題を解消し、送受される超音波の絞り及び指向性調整機能を有する超音波センサー用ウエーブガイドを提供するものである。
【００２３】
本発明はまた、狭い間隙通路や屈曲した間隙通路を通しても超音波探査が可能となるようにした超音波センサー用ウエーブガイドを提供するものである。これに関連して、本発明のウエーブガイドは、製造販売時の管体寸法を口径の数１０倍程度と長く且つ真っ直ぐな形にしておいても、使用者側でこれを自由な寸法及び自由な切り口角度で切断し、更に使用条件に合わせて折り曲げることが可能である。
【００２４】
本発明は更に、従来当然のこととして看過されてきた、超音波振動子（送／受波器の物理的先端）と検査対象との接近限度が不明確であるという問題をも解消したものであることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の典型的な超音波センサーの側面図である。
【図２】本発明の実施例における、超音波センサーとウエーブガイドとの対応関係を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例における、超音波センサーと組み付け後のウエーブガイドとの対応関係を示す縦断面図である。
【図４】本発明のウエーブガイド付き超音波センサーにおけるウエーブガイド先端切り口の角度による超音波の先端反射の有無を模式的に示す波形図である。
【図５】本発明の実施例における、ウエーブガイドの分解斜視図である。
【図６】本発明の実施例における、ウエーブガイド付き超音波センサーの検出エリア仮想図を含む側面図である。
【図７】本発明の実施例における、ウエーブガイド付き超音波センサーの側面図であって、ウエーブガイドの管体が曲げ加工可能であることを示すものである。
【図８】本発明のウエーブガイド付き超音波センサーの効果的な使用状態を、従来の超音波センサーの使用状態の不都合と比較して示す略図である。
【符号の説明】
１　超音波センサー
２　先端面
３　電気ケーブル
４　不感帯
５　仮想ホーン（従来の検出エリア）
６　ウエーブガイド
６ａ　管体
７　キャップ状付け根部
８　管保持部
９　留めリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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