(57)【要約】【課題】  安価に実現することができ、シールド効果および通信性能に優れた超音波トランスデューサを提供する。【解決手段】  超音波トランスデューサ１は、超音波を電気信号に変換する超音波センサ２０と、超音波センサ２０を収容する筐体１０とを有する。筐体１０は、少なくとも側壁部１１が導電性を有し、一端が開口端１１ａとなった筒である。超音波センサ２０は、筐体１０内において開口端１１ａに臨む開口領域を覆い、周辺部が側壁部１１に電気的に接続されたシールド電極２２と、筐体１０内においてシールド電極２２の裏側に配置された多孔質材２１と、多孔質材２１を挟んでシールド電極２２と対向する信号電極２３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波と電気信号との相互変換を行う変換部と、
前記変換部を収容する筐体とを具備し、
前記筐体は、少なくとも側壁が導電性を有し、少なくとも一端が開口端となった筒であり、
前記変換部は、
前記開口端の開口領域を覆い、周辺部が前記側壁に電気的に接続されたシールド電極と、
前記筐体内において前記シールド電極の裏側に配置された多孔質材と、
前記多孔質材を挟んで前記シールド電極と対向する信号電極と
を具備することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
孔を有し、前記変換部を前記筐体内に保持する保持具と、
前記筐体内において前記保持具を挟んで前記変換部の反対側に位置する回路基板と、
前記保持具の孔を通過して前記信号電極と前記回路基板とを電気的に接続する信号線と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記筐体が電池の収納領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波と電気信号の相互変換を行う超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の超音波トランスデューサとして、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に開示の超音波トランスデューサは、グラウンド電極層である上側電極層と、信号電極層である下側電極層との間に圧電素子を挟んだ振動子アレイを有する。この振動子アレイは、超音波と電気信号の相互変換を行う素子である。特許文献１では、振動子アレイ、ハードバッキング層およびリードアレイ内蔵バッキングからなる積層体ブロックの外側面を導電性フレームが囲っている。この導電性フレームは接地されている。振動子アレイの上側電極層は、積層体ブロックを覆うグラウンドシートと接触し、このグラウンドシートは周辺部が下方に垂れて導電性フレームに接触する。このようにして振動子アレイの上側電極層がグラウンドシートおよび導電性フレームを介して接地される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−７０４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示の超音波トランスデューサは、振動子アレイに圧電素子を利用しているため、高価であるという問題がある。また、この超音波トランスデューサは、超音波の伝搬経路上にグラウンドシートと上部電極が介在するため、超音波の通信性能が劣化する問題がある。また、この超音波トランスデューサは、グラウンドシートを利用するため、構成が複雑で高価になる問題がある。さらにこの超音波トランスデューサは、上側電極層とグラウンドシートとの接触抵抗があるため、シールド効果が不十分である問題がある。
【０００５】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、安価に実現することができ、シールド効果および通信性能に優れた超音波トランスデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、超音波と電気信号との相互変換を行う変換部と、前記変換部を収容する筐体とを具備し、前記筐体は、少なくとも側壁が導電性を有し、少なくとも一端が開口端となった筒であり、前記変換部は、前記開口端の開口領域を覆い、周辺部が前記側壁に電気的に接続されたシールド電極と、前記筐体内において前記シールド電極の裏側に配置された多孔質材と、前記多孔質材を挟んで前記シールド電極と対向する信号電極とを具備することを特徴とする超音波トランスデューサを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の一実施形態である超音波トランスデューサの構成を示す断面図である。
【図２】同超音波トランスデューサにおける超音波センサを図１の矢印Ｚ方向から見た平面図である。
【図３】同超音波トランスデューサにおいて支持体の凹面領域に支持された信号電極を開口端側から見た図である。
【図４】同超音波トランスデューサを利用した超音波探傷システムの構成を示すブロック図である。
【図５】同超音波探傷システムにおいて被検体に放射されるトーンバーストの波形を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態である超音波トランスデューサ１の構成を示す断面図である。図１において、筐体１０は、中空円筒状の側壁部１１と、この側壁部の底部を塞ぐ蓋部１２とからなる導電性の筐体である。蓋部１２は、ネジ止め等の手段により側壁部１１に固定される。側壁部１１における蓋部１２と反対側の端部は、開口端１１ａとなっている。
【０００９】
超音波センサ２０は、超音波と電気信号との相互変換を行う変換部であり、筐体１０内において開口端１１ａと同一面をなす位置に設けられている。この超音波センサ２０は、シート状の多孔質材２１と、その表裏両側に貼り付けられた導電性のシールド電極２２および信号電極２３とからなる。
【００１０】
多孔質材２１は例えば紙である。多孔質材２１は、筐体１０内において開口端１１ａに臨む開口領域を塞ぐ略円形の形状を有しており、外側の円環状領域と内側の凹面領域とからなる。凹面領域は、蓋部１２に向けて略球面状に凹んでいる。
【００１１】
シールド電極２２は、多孔質材２１の開口端１１ａ側に設けられている。すなわち、多孔質材２１は、筐体１０内においてシールド電極２２の裏側に配置されている。シールド電極２２は、筐体１０内において開口端１１ａに臨む開口領域を覆い、その周辺部が側壁部１１に電気的に接続されている。本実施形態において、側壁部１１は接地される。従って、シールド電極２２は、側壁部１１を介して接地される。
【００１２】
図２は超音波センサ２０を図１の矢印Ｚ方向から見た平面図である。図２に示すように、シールド電極２２は、スリット２２ｓを間に挟んで周方向に並んだ複数の扇形領域２２ａと、これらの扇形領域２２ａにより囲まれた円形の中央領域２２ｂとを繋いだ形状を有している。これは、シールド電極２２を多孔質材２１の凹面領域に沿って貼り付ける際に、シールド電極２２が複数の扇形領域２２ａに分離されていないと、シールド電極２２に割れが生じるからである。また、複数の扇形領域２２ａを繋ぐ中央領域２２ｂを設けたのは、複数の扇形領域２２ａの全てを筐体１１に接続して接地する必要があるからである。多孔質材２１の凹面領域に沿ってシールド電極２２を貼り付ける際、この中央領域２２ａは歪が小さいので割れが発生するおそれは少ない。
【００１３】
図１において、信号電極２３は、多孔質材２１を挟んでシールド電極２２の凹面領域と対向する凹面領域からなる略円形状の電極である。信号電極２３の周辺部は、側壁部１１から離れており、側壁部１１から電気的に絶縁されている。
【００１４】
支持体３０は、略円筒形の樹脂製の部材であり、シールド電極２２を開口端１１ａ側に向けた姿勢で超音波センサ２０を筐体１０内に支持する。支持体３０の開口端１１ａ側の面は、凹面状の信号電極２３を収容する凹面領域と、この凹面領域を囲む円環状の平面領域とからなる。信号電極２３は、支持体３０の凹面領域に支持されている。
【００１５】
図３はこの支持体３０の凹面領域に支持された信号電極２３を開口端１１ａ側から見た図である。図３に示すように、信号電極２３は、スリット２３ｓを間に挟んで周方向に並んだ複数の扇形領域２３ａと、これらの扇形領域２３ａにより囲まれた円形の中央領域２３ｂとを繋いだ形状を有している。そして、本実施形態では、図１における多孔質材２１において、信号電極２３の各スリット２３ｓから露出した領域と、信号電極２３の外側の円環状の領域が、接着剤４０により支持体３０に接着される。
【００１６】
支持体３０には、その中心軸に沿って貫通した孔３１が設けられている。導線５０は、この孔３１を通過し、その先端が信号電極２３と支持体３０の凹面領域との間の領域に至り、信号電極２３に電気的に接続されている。具体的には、導線５０は、導電性テープにより信号電極２３に接着されている。
【００１７】
筐体１０内において、支持体３０の蓋部１２側の空間には、回路基板６０と、電池７０が配置されている。回路基板６０には、例えばアンプが設けられており（図１では図示略）、このアンプの入力部には、導線５０を介して信号電極２３が接続される。電池７０は、例えば乾電池であり、回路基板上のアンプ等の回路に電力を供給する電源として機能する。
【００１８】
蓋部１２にはＢＮＣコネクタ８０が取り付けられている。回路基板６０におけるアンプの出力信号はこのＢＮＣコネクタ８０を介して外部の装置に供給される。
【００１９】
図４は本実施形態による超音波トランスデューサ１を利用した超音波探傷システム１００の構成を示すブロック図である。この超音波探傷システム１００は、被検体１０４における傷の発生状況を検査するシステムであり、図４に示すように、同期信号生成部１０１と、信号源１０２と、送信部１０３と、本実施形態による超音波トランスデューサ１と、ゲート１０５と、判定部１０６とを有する。
【００２０】
図４において、同期信号生成部１０１は、周期が１ｍｓｅｃの同期信号を生成する。信号源１０２は、同期信号が与えられる毎に、４００ｋＨｚの矩形波１０波のバースト信号を送信部１０３に出力する。送信部１０３は、このバースト信号を超音波のトーンバーストとして被検体１０４に放射する。図５はこの被検体１０４に放射される超音波のトーンバースト波形を示すタイムチャートである。
【００２１】
超音波トランスデューサ１の超音波センサ２０は、この被検体１０４を透過した超音波を電気信号に変換する。さらに詳述すると、被検体１０４を透過した超音波は、図１における開口端１１ａから筐体１０内に伝搬し、超音波センサ２０に到達する。この結果、超音波の圧力変化に応じて超音波センサ２０の多孔質材２１の厚みが変化し、信号電極２３およびシールド電極２２間の電圧が多孔質材２１の厚みの変化に応じて変化する。超音波トランスデューサ１において回路基板６０（図１参照）に設けられたアンプ６１は、このようにして超音波センサ２０の信号電極２３に発生する電気信号を増幅して出力する。
【００２２】
ゲート１０５は、同期信号生成部１０１から同期信号が与えられる都度、アンプ６１の出力信号を一定期間通過させ、判定部１０６に供給する。判定部１０６は、ゲート１０５を介して与えられる信号に基づいて、被検体１０４における傷の発生状況を判定する。
【００２３】
次に本実施形態の効果について説明する。まず、本実施形態では、多孔質材２１までの超音波の伝搬経路にシールド電極２２しかないので、超音波の受信性能を損なわない。また、本実施形態では、シールド電極２２が筐体１０内において開口端１１ａに臨む開口領域を覆い、その周囲が筐体１０の側壁部１１に接続されているので、シールド効果を高めることができる。また、本実施形態によれば、多孔質材２１により超音波センサ２０を構成したので超音波トランスデューサ１を安価にすることができる。
【００２４】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００２５】
（１）上記実施形態では、超音波を電気信号に変換する超音波トランスデューサにこの発明を適用したが、この発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。電気信号を超音波に変換する超音波トランスデューサにこの発明を適用してもよい。
【００２６】
（２）上記実施形態では、接着剤４０により信号電極２３と支持体３０とを接着したが、接着剤４０の代わりに、両面テープを使用してもよい。
【００２７】
（３）上記実施形態では、シールド電極２２を側壁部１１の開口端１１ａから蓋部１２側に退行した位置に配置したが、開口端１１ａの位置に配置してもよい。
【００２８】
（４）上記実施形態において、筐体１０の側壁部１１に開閉可能な扉を設け、この扉を開けて電池７０を筐体１０内に収容するようにしてもよい。この態様は超音波トランスデューサ１の電池交換が容易であるという利点がある。
【００２９】
（５）電池７０として充電可能な電池を筐体１０内に収容するとともに、この電池の電極と接続された外部電極を筐体１０の外表面に設け、筐体１０外部の充電装置がこの外部電極を介して筐体１０内の電池を充電するようにしてもよい。
【００３０】
（６）上記実施形態では、筐体１０内において開口端１１ａと同一面をなす位置に超音波センサ２０を設けたが、超音波の進入を妨げない範囲で超音波センサ２０を開口端１１ａから蓋部１２側に退行した位置に設けてもよく、開口端１１ａから突出した位置に設けてもよい。
【００３１】
（７）超音波センサ２０、特にシールド電極２２を保護するために、シールド電極２２の外側に超音波の進入を妨げないようなメッシュ状のカバー部材を設けてもよい。ここで、超音波の進入を妨げないとは、超音波が透過したときに実質的に減衰しないという意味である。具体的には、カバーの厚みが超音波の波長以下にすれば、超音波が実質的に減衰しないようにすることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１……超音波トランスデューサ、１０……筐体、１１……側壁部、１１ａ……開口端、１２……蓋部、２０……超音波センサ、２１……多孔質材、２２……シールド電極、２３……信号電極、３０……支持体、３１……孔、４０……接着剤、５０……導線、６０……回路基板、７０……電池、８０……ＢＮＣコネクタ、２２ａ，２３ａ……扇形領域、２２ｓ，２３ｓ……スリット、２２ｂ，２３ｂ……中央領域、１００……超音波探傷システム、１０１……同期信号生成部、１０２……信号源、１０３……送信部、１０４……被検体、６１……アンプ、１０５……ゲート、１０６……判定部。
【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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