(57)【要約】【課題】表面が凹曲面の検査対象物の深い位置にも超音波を集束させることのできる超音波探触子を提供する。【解決手段】検査対象１０２の凹曲面の曲率半径の２分の１から３分の２の曲率半径を持つ音響レンズ１０３を超音波発生又は／及び受信用素子１０５と検査対象１０２との間に介在させ、音響レンズ１０３から中間媒質（接触媒質）へ超音波が伝播する際の超音波の拡散方向への屈折で、検査対象１０２の凹曲面による超音波の集束効果を低減して、凹曲面から深部（凹面の曲率半径の数倍程度）にて超音波を集束させ、その深部に有る欠陥１０６からの超音波のエコーを逆伝播経路で受信する。【選択図】  図１
2010281843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備え、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、凸曲面の形状を有した超音波探傷装置の超音波探触子において、
前記凸曲面の突出方向と同方向に突出する曲率を付けて前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とが配置されている超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項２】
請求項１において、前記音響レンズの凸曲面の曲率半径と前記検査対象の凹曲面部の曲率半径とが同じ曲率半径を有する超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記検査対象の凹曲面部の曲率半径の３倍より大きい曲率にて前記超音波を送信する素子が配置されている超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項４】
請求項３において、前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とがアレイセンサであることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項５】
請求項４において、前記アレイセンサの素子の配列の方向が円筒形状の一部の形状をした前記音響レンズの凸曲面の形状を構成する前記円筒形状の中心軸方向に向けられていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項６】
請求項４において、前記アレイセンサの素子の配列の方向が円筒形状の一部の形状をした前記音響レンズの凸曲面の形状を構成する前記円筒形状の中心軸方向と直行する他の方向に向けられていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項７】
請求項４において、前記アレイセンサの素子の配列の方向が円筒形状の一部の形状をした前記音響レンズの凸曲面の形状を構成する前記円筒形状の中心軸方向と、前記中心軸方向と直交する他の方向との両方向に配列されていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項８】
請求項４から請求項７までのいずれか一項において、前記素子の断面形状が、前記音響レンズの曲率半径の中心側で辺が短くその反対側の辺が長くされている台形であることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項９】
請求項８において、前記断面と直交する他の断面の形状も、前記音響レンズの曲率半径の中心側で辺が短くその反対側の辺が長くされている台形であることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
【請求項１０】
超音波探傷器に接続された超音波探触子内で超音波を送信する素子により超音波を発生させ、前記超音波を前記超音波探触子内の音響レンズを経由させて前記検査対象と前記超音波探触子との間の中間媒質内に伝播させ、前記超音波を前記中間媒質から前記検査対象の凹曲面部へ伝播させ、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記中間媒質から前記音響レンズを経由して前記探触子内の超音波を受信する素子で受信する超音波探傷装方法において、
前記音響レンズ内に前記超音波を発散して発生させ、
前記発散した前記超音波を、前記検査対象の凹曲面部に対面する前記音響レンズの凸曲面部から、前記超音波の縦波音速が前記音響レンズ内よりも遅い前記中間媒質内に更に発散させ、
前記中間媒質内から前記超音波を、前記超音波の縦波音速が前記中間媒質内よりも早い前記検査対象に伝播させて、前記超音波を前記検査対象内で集束させることを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷装置の超音波探触子に係わり、特には金属を検査対象とし、検査対象の検査表面が凹曲面である場合の超音波探傷技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属など縦波と横波の双方の伝播を許す固体の非破壊検査方法として、超音波による手法（超音波探傷法）が従来から一般に用いられている。このうち、特に曲面部の検査方法として、従来、以下のような検査方法が知られている。
【０００３】
例えば、超音波探傷に関するＪＩＳ規格のひとつである非特許文献１によれば、「探触子は、探傷面の形状に合わせたシューを装着して使用するものとする。」とあるように、検査対象の表面が曲面の場合、シューと呼ばれる音響的なくさび材を使用する方法が一般的である。
【０００４】
また、検査対象の表面の曲率半径が大きく、緩い曲面の場合には、非特許文献２によれば、「探傷面の半径が５０mm以上１５００mm未満で、肉厚対外径比が１６％以下の長手継手の溶接部の超音波探傷試験方法」に関して、「探触子の接触面の曲面加工は行わない」とあり、曲率の影響に関しては、屈折角の変化や感度変化に対して補正する方法が記載されている。
【０００５】
上記の方法は、斜め方向に伝播する音波を利用する斜角探傷法に関する記載である。この他に、ＴＯＦＤ法と呼ばれる超音波を利用した非破壊検査方法がある。ＴＯＦＤ法は、検査対象のひびの端部の深さを測定するために広く利用されている手法であり、特許文献１「超音波ＴＯＦＤ法探触子と探傷方法」によれば、検査対象の表面が曲面である場合、「被検体の曲面部と接触する探触子ホルダーの接触面は、被検体の曲面部に沿う形状に形成されている」との記載があり、被検体曲面部の曲率半径と、探触子の接触面の曲率半径が同じ値となっている。
【０００６】
このように、従来の超音波検査装置では、検査対象の表面の曲面形状に、超音波探触子の接触面の曲面を極力一致させて、曲面の接触性を重視する方法や、曲率が大きい場合には、探触子の接触面は平面のままとし、探触子と検査対象の間に、カプラントと呼ばれる接触媒質（水，マシン油，グリセリン、等）を充填することで、超音波の伝播効率を向上させる手法が一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５３４６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｇ  ０５８７  「炭素鋼及び低合金鋼鍛鋼品の超音波探傷方法」の付属書２「鍛鋼品の斜角法による超音波探傷方法」
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｚ  ３０６０  「鋼溶接部の超音波探傷試験方法」の付属書４「長手継手溶接部の探傷方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した手法は、検査対象となる金属の表面が、曲率の緩やかな凹面（または凸面）の場合や、検査領域が比較的表面近傍に限定されている場合には有効である。しかし、表面が曲率半径の小さな凹面であり、かつ、検査したい領域が深い場合（例えば、曲率半径と比較して１から数倍程度）には、十分な強度を維持したまま超音波を深い領域まで伝播させることができなかった。
【００１０】
検査対象が金属のように、比較的音速が速く、密度の大きい物質の場合、凹面に超音波を入射すると、凹面形状が音響レンズの働きをし、超音波がある深さ以上は超音波の強度が弱くなる領域、即ち、探傷限界領域が存在する。このため、表面が凹面形状である金属の深部の超音波探傷は困難とされてきた。
【００１１】
図３及び図４を用いて例をあげて説明する。図３は、表面が凹面（曲率半径２０mm）の検査対象３０４に対して垂直ビームを発生する超音波探触子３０２を近づけて探傷した場合の超音波の伝播の様子を解析した結果を、直線（音線）で示した図である。超音波探触子３０２と検査対象３０４の間は、中間媒質３０３として水が充填されているとする。
【００１２】
図３の結果から、超音波探触子３０２からまっすぐ送信された超音波が検査対象３０４の凹面形状により屈折し、検査対象３０４内の領域３０５で超音波が集束していることが分かる。この場合の探傷限界領域３０１は、検査対象３０４の凹面形状の曲率半径の約０.３倍程度になる。なお、検査対象３０４の縦波音速を５９００ｍ／秒、水の縦波音速を１５００ｍ／秒とした。
【００１３】
次に、この状況を多少改善したのが図４に示す場合である。図３と図４の違いは、超音波探触子３０２と検査対象３０４の間の中間媒質として、合成樹脂製の音響レンズ（シューとも言う）を用いている点である。ここでは、合成樹脂の縦波音速を２７００ｍ／秒とした。なお、音響レンズ４０２は、検査対象３０４の曲率にぴったり密着しているものとする。
【００１４】
図４の場合、検査対象（金属）の音速と中間媒質（合成樹脂）の音速の差が、金属と水の音速の差と比べて小さいことから、検査対象表面での屈折が緩やかになり、領域４０３に超音波が集束し、探傷限界領域４０１は、中間媒質が水の場合と比較して約２〜３倍程度深くなっていることがわかる。
【００１５】
なお、この限界領域の範囲は、検査対象表面の曲率半径と、検査対象（金属）と中間媒質の音速比に依存し、検査対象の金属表面の曲率半径をＲ、金属の縦波音速をＶ２、中間媒質の音速をＶ１とすると、探傷限界距離の深さは、音速比γ＝Ｖ１／Ｖ２を用いて、Ｒ×γ／１−γとして近似的に評価することができる。γ(水／金属)＝１５００／５９００＝０.２５４の場合、凹面曲率半径Ｒに対して、０.３４×Ｒが探傷限界深さとなる。また、γ（合成樹脂／金属）＝２７００／５９００＝０.４５８の場合、探傷限界距離の深さ０.８４×Ｒとなり、図３及び図４の解析結果の傾向とよく一致する。
【００１６】
このように、検査対象３０４と超音波探触子の音響レンズ４０２の接触面の曲率を合わせていたために、両者の音速比に依存して決まる探傷限界距離を超える深い領域での超音波探傷が困難であるという課題があった。
【００１７】
さらに、超音波探触子の接触面を、検査対象３０４の表面の曲率半径とほぼ同じ値に設定してしまうと、機械加工や溶接加工にともなう検査対象の形状のばらつきがある場合が多く、このような場合には、検査対象との密着性を保つことができず、検査対象への超音波の入射効率が低下するという課題がある。
【００１８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、検査対象となる凹曲面であり、検査対象の検査領域が、凹曲面の曲率半径よりも深い領域であっても、その検査領域に超音波を集中して伝播させることが可能な超音波探触子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の他の基本構成は、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備え、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、凸曲面の形状を有した超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凸曲面の突出方向と同方向に突出する曲率を付けて前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とが配置されている超音波探傷装置の超音波探触子である。
【００２０】
このような超音波探触子にあっても、超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する素子に与えると、超音波を送信する素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に拡散方向に送信され、音響レンズ内に超音波が拡散方向に伝播して、後に検査対象内を伝播する際に集束方向へ伝播するから、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、電気的信号に変換されて超音波探傷器に入力され、反射源の存否などの検査結果が超音波探傷器で得られる。
【００２１】
このような他の基本構成に以下に述べる要件を加得ることであっても良い。即ち、
（５）検査対象となる凹曲面の曲率半径に沿う曲率半径を有する凸型の音響レンズと、検査対象となる凹曲面の曲率半径の３倍より大きい曲率半径を有する凸型の形状の超音波発生用または／及び受信用の素子を備えること。
（６）（５）に記載の超音波探触子は、超音波発生用または／及び受信用の素子として、少なくとも１方向に配列された複数個の振動子から構成される振動子列からなる、アレイセンサを有することができる。
（７）（６）に記載の超音波探触子は、前記アレイセンサを構成する複数個の振動子に関して、その断面形状が台形であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、検査対象の表面が凹曲面であり、かつ、検査したい領域が深い場合（例えば、曲率半径と比較して１から数倍程度）においても、超音波を深い領域で集束できるように伝播させることができ、凹曲面の深い部分での超音波探傷を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例に係る超音波探触子の探傷作業中の概念図である。
【図２】本発明の実施例に用いる音響レンズの最適値因子に関するグラフ図である。
【図３】従来例による検査対象表面の凹面による超音波の集束効果を表した説明図である。
【図４】検査対象表面の凹面による超音波の集束効果を表した他の説明図である。
【図５Ａ】本発明の実施例による超音波探触子中のアレイ素子と検査対象の凹曲面と音響レンズとの関係を示した説明図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例による超音波探触子中のアレイ素子と検査対象の凹曲面と音響レンズとの他の関係を示した説明図である。
【図６】本発明の実施例におけるアレイ素子の配列方向一端からの各素子の位置（１ミリピッチで２４個の素子を配列して採用した場合）と超音波発生の遅延時間との関係による各音場の例示と、各音場での超音波の伝播を可視化して示した図である。
【図７】本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。
【図８】本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の他の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。
【図９】本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子のさらに他の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。
【図１０】本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の配列と音響レンズ等とのさらに一層他の配置を示した図である。
【図１１】本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の直交両方向への配列と音響レンズ等との配置を示した図である。
【図１２】本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の直交両方向への他の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る超音波探触子の探傷作業中の概念図である。
【図１４】本発明の第２実施例における超音波探触子のシューとセンサの曲率の関係を説明する図である。
【図１５】本発明の第２実施例における音響レンズの音速が図１４の場合と異なる状況下での超音波探触子のシューとセンサの曲率の関係を説明する図である。
【図１６】本発明の第２の実施例における超音波の音場の調整を説明する説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施例で採用できる台形断面を有する素子の説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施例で採用できる直交二方向の断面が台形である素子の説明図である。
【図１９】本発明の実施例における超音波探触子の内部構造の一例を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施例における超音波探触子の内部構造の他の一例を示す断面図である。
【図２１Ａ】超音波探触子の音響レンズの曲率と検査対象の曲面の曲率との関係で変化する超音波の集束位置の深さの変化を表した説明図である。
【図２１Ｂ】超音波探触子の音響レンズ内の超音波の各音場に対応する超音波の集束位置の深さの変化を表した説明図である。
【図２１Ｃ】超音波探触子の音響レンズの曲率半径の変化に対応した超音波の集束位置の深さの変化を表した説明図である。
【図２２】本発明の超音波探触子を用いた原子炉炉内検査装置で検査作業を行っている状況を示した原子炉圧力容器とその周辺部分の縦断面図である。
【図２３】図２２の要部拡大図である。
【図２４Ａ】本発明における第２の実施例で採用できる断面が台形の超音波素子の製作過程の内の前半を示す説明図である。
【図２４Ｂ】本発明における第２の実施例で採用できる断面が台形の超音波素子の製作過程の内の中盤の状況を示す説明図である。
【図２４Ｃ】本発明における第２の実施例で採用できる断面が台形の超音波素子の製作過程の終盤を示す説明図である。
【図２５Ａ】本発明における第２の実施例で採用できる直行する二方向の断面が台形の超音波素子の製作過程の前半を示す説明図である。
【図２５Ｂ】本発明における第２の実施例で採用できる直行する二方向の断面が台形の超音波素子の製作過程の中盤を示す説明図である。
【図２５Ｃ】本発明における第２の実施例で採用できる直行する二方向の断面が台形の超音波素子の製作過程の終盤を示す説明図である。
【図２６Ａ】本発明におけるアレイセンサと音響レンズの配置の組合せを示す説明図にして、音響レンズの軸方向がアレイセンサの素子の配列方向と一致している例を示すものである。
【図２６Ｂ】本発明におけるアレイセンサと音響レンズの配置の組合せを示す説明図にして、音響レンズの軸方向がアレイセンサの素子の配列方向と直交している例を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施例では、凹面形状の金属材料を検査対象として検査対象の傷の有無を検査する場合について、音響レンズの材質（媒質）は、縦波音速が約２４００ｍ／秒から２９００ｍ／秒であるアクリル，ポリスチレン，ポリイミド等といった合成樹脂製のものであり、検査対象となる金属は、縦波音速が約５９００ｍ／秒であり、水やグリセリン等の縦波音速が約１５００ｍ／秒である中間媒質を介して、超音波探傷を実施するものとして以下に説明する。
【００２５】
超音波探触子は超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する手段に与えると、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備えた超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、前記凹曲面部の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面の形状を有し、前記音響レンズの材質は、超音波の縦波音速が前記検査対象内の縦波音速よりも遅く且つ前記超音波探触子と前記検査対象との間の中間媒質内の超音波の縦波音速より早い材質によって構成されている。
【００２６】
超音波を送信する素子が超音波探傷器から電気信号を受けると、その素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に送信され、音響レンズ内から中間媒質へ超音波が伝播すると拡散方向に伝播し、その後に中間媒質から検査対象内に超音波が伝播すると集束方向に伝播する。そのため、検査対象に超音波が伝播する直前に超音波が一旦拡散するので、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、エコーを受信する手段が受信したエコーを電気的信号に変換して超音波探傷器に入力し、反射源で反射した波形を含む受信波形が超音波探傷器の表示装置に表示され反射源の存否などの検査結果が判断できるにいたる。
【００２７】
このように本発明の実施例では、超音波の集束位置を検査対象の深い位置にできる超音波探触子を提供できる。
【００２８】
このような基本構成に前述の要件（１）〜（４）が加わることにより、加えられた要件ごとに以下のような特徴的作用効果が加えられる。即ち、
前記した（１）の要件を採用した超音波探触子によれば、超音波発生用素子から送信された超音波は、金属内部に伝播する前に、音響レンズの中を伝播する。音響レンズの媒質として、縦波音速は、通常水（１５００ｍ／秒）より速く、金属（５９００ｍ／秒）より遅く設定されているため材料を使用するものとする。例えば、（４）の要件に記載したように、音響レンズを伝播する縦波音速として、約２４００ｍ／秒から２９００ｍ／秒となるような媒質、例えば、アクリル，ポリスチレン，ポリイミド等といった合成樹脂製の音響レンズを用いることができる。
【００２９】
音響レンズ内を伝播する超音波は、音響レンズから中間媒質に、即ち、音速の速い媒質から遅い媒質へ入射する際に、凸面型の音響レンズ表面の凸面形状による屈折現象により、超音波の進行方向は拡散方向に変化する。
【００３０】
さらに、中間媒質から検査対象である金属材料に、即ち、音速の遅い媒質から速い媒質へ、超音波が入射する際に、金属表面の凸面形状による音波の屈折現象により、超音波の進行方向は集束方向に変化する。
【００３１】
このとき、音響レンズによる拡散の効果と、金属表面による集束の効果では、一般に金属表面による集束効果の方が強い影響を持っている。（１）の要件を採用した超音波探触子においては、音響レンズの曲率半径を、金属表面の曲率半径より小さい値（金属表面の曲率半径の２分の１から３分の２）に設定することで、従来の密着した音響レンズと比較して、より強い拡散効果を得ることができ、金属表面での強い拡散効果を緩和することができる。また、金属表面と比較して、小さな曲率半径を設定しているために、金属表面の曲率半径に数ミリから１０ミリ程度のバラツキがある場合でも、探触子を曲面に押し付けることが可能となり、超音波の検査対象に対する入出効率が向上する。
【００３２】
図２１を用いて音響レンズによる集束効果を説明する。図２１には、既に説明したように、検査対象となる曲率（半径２０mm）と同じ曲率半径を持つ中間媒質の場合（図４と同
じ）と、曲率半径がやや小さい場合（半径１５mmと設定）について、図３及び図４と同様
に、超音波の伝播を解析によりを示した。金属表面の曲率半径より音響レンズの曲率半径を小さくすることで、音響レンズから水へ送信された超音波が一旦拡散し、その後、金属に入射される際に、集束して、結果的に、音響レンズの曲率半径が金属表面の曲率半径と等しい場合（図２１の上図の４０１）より深い位置２１０１まで超音波が届いていることが確認できる。
【００３３】
また、前記した（２）の要件を採用した超音波探触子によれば、金属表面にばらつきがある場合に、アレイセンサの特性を活かして、当該金属表面の曲率半径に対応した最適な集束超音波を形成することができる。
【００３４】
ここで、アレイセンサとは、フェーズドアレイ方式の超音波探傷法に用いられる、超音波発生及び受信用のセンサである。また、フェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれるので、例えば圧電素子からなる複数の超音波発生素子をアレイ状に配置した超音波探触子（アレイセンサまたはアレイ探触子）を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイセンサの各素子に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度，送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。ここでは、各素子に与える超音波発生または／及び受信のタイミングのことを、以下、遅延時間パターンと呼ぶこととする。
【００３５】
このようにアレイセンサを用いることで、検査対象の曲率半径がばらつく場合に、（１）に記載したように、音響レンズの曲率半径を金属表面の曲率半径より小さくすることで得られる接触性に加えて、アレイセンサを構成する各素子に与える遅延時間パターンを電子的に変化させることで、ばらつきのある検査対象の曲率半径に対応して、発散効果を制御することができ、ばらつきの影響に応じて、金属表面による強い集束効果を打消した発散超音波ビームを送信することが可能となる。
【００３６】
また、（３）の用件を採用した探触子によれば、音響レンズ内で超音波が多重反射することで発生するノイズを抑制することができる。
【００３７】
超音波発生素子と音響レンズが接触する構造であるため、音響レンズと中間媒質との境界層による反射により、音響レンズ内に超音波の多重反射が残響のように残り、強いノイズ信号となる可能性が懸念される。このノイズを避けるためには、超音波発生用の素子と、超音波受信用の素子を物理的に分離することに加えて、音響レンズ内に遮音板（材料は、例えばコルクやゴム性の遮音）を設けることで、受信用の素子に音響レンズ内の多重反射ノイズが混入することをさけることができる。
【００３８】
本発明の他の実施例による超音波探触子では、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備え、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、凸曲面の形状を有した超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凸曲面の突出方向と同方向に突出する曲率を付けて前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とが配置されている。
【００３９】
このような超音波探触子にあっても、超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する素子に与えると、超音波を送信する素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に拡散方向に送信され、音響レンズ内に超音波が拡散方向に伝播して、後に検査対象内を伝播する際に集束方向へ伝播するから、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、電気的信号に変換されて超音波探傷器に入力され、反射源の存否などの検査結果が超音波探傷器で得られる。ここで、音響レンズの媒質として、縦波音速は、通常水（１５００ｍ／秒）より速く、検査対象の金属（５９００ｍ／秒）より遅く設定されている材料を使用するものとする。
【００４０】
このような他の基本構成に上述の（５）（６）（７）の要件を加えることであっても良い。
【００４１】
音響レンズ内を伝播する超音波は、音響レンズから中間媒質に、即ち、音速の速い媒質から遅い媒質へ入射する際に、凸面型の音響レンズ表面の凸面形状による屈折現象により、超音波の進行方向は拡散方向に変化する。
【００４２】
さらに、中間媒質から検査対象である金属材料に、即ち、音速の遅い媒質から速い媒質へ、超音波が入射する際に、金属表面の凸面形状による音波の屈折現象により、超音波の進行方向は集束方向に変化する。
【００４３】
このとき、音響レンズによる拡散の効果と、金属表面による集束の効果では、一般に金属表面による集束効果の方が強い影響を持っている。（５）の要件を加えた超音波探触子においては、音響レンズの曲率半径は、金属表面の曲率半径と同等の値に設定されており、十分な拡散効果を得ることはできない。そこで、超音波を発生または／及び受信する素子自体に、凸面の曲率（検査対象の金属表面の曲率半径の３倍より大きい曲率半径）を付与することで、金属表面に密着状態を維持したまま、超音波のより強い拡散効果を得ることができ、金属表面での強い集束効果を緩和することができる。
【００４４】
また、前記した（６）の要件を加えた超音波探触子によれば、ばらつきの範囲内で想定される金属表面の凹面曲率半径のうち、最小値に併せて形状を決めておくことで、金属表面にばらつきがある場合に、アレイセンサの特性を活かして、検査対象の金属表面の曲率半径に対応した最適な集束超音波を形成することができる。
【００４５】
また、前記した（７）の要件を加えた超音波探触子によれば、音響レンズ内のような曲面上にアレイセンサを形成する場合、素子の断面形状を台形状にすることで、各素子の形状追従性が向上する。
【００４６】
形状追従性の向上は、例えば、以下のような場合に非常に有効である。検査対象となる曲面の曲率半径が多数種類ある場合に、曲率半径の異なる音響レンズを複数個準備し、該音響レンズに、アレイセンサを密着させて使用することで、様々な曲率半径に対応した曲面用超音波探触子として使用することができる。このとき、アレイセンサは、曲率の異なる面への密着と剥離を繰り返すことになるため、アレイセンサを構成する素子の状面（凹面に接触しない側）に切れ込みを設け、曲面への追従性を向上し、信頼性の高い超音波探触子を構成することが可能となる。
【実施例１】
【００４７】
以下、本発明による超音波探傷方法及び装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。また、検査対象を金属とし、その金属の検査表面が曲率半径として数十から百ミリ程度の凹曲面で、板厚数十から百ミリ程度の母材及び溶接部の検査を対象として想定している。
【００４８】
図１は本発明の第１の実施形態で、図示のように、この実施対象である検査対象１０２に対して、超音波を入射する超音波探触子１０１を押し付けて探傷する。検査すべき欠陥は、例えば、曲面側に開口したひび１０４や、欠陥１０６のように、内在する欠陥等である。超音波探触子１０１内の素子１０５は、印加された電気信号で超音波を発生する送信用素子及び超音波を受信して電気信号を発生する受信用素子（両素子は同等なのでいずれも１０５と符番して説明する）及び音響レンズ１０３から構成される。送信用素子と受信用素子を一つの素子で兼用させ、超音波の発生時と超音波エコーの受信時に切り替えて用いるように超音波探傷器でコントロールしてもよく、この場合には超音波探触子には送受信に兼用する一個の素子が装備される。
【００４９】
実施形態の適用先は、凹曲面を有する金属（例えば、ステンレス鋼）及びその溶接部の超音波検査であり、検査対象１０２の曲面は、局所的には、円筒面の一部または球面の一部から形成されているとみなせるものとする。また、図１では、曲面側に開口するひび１０４を示したが、必ずしも曲面部に開口していないひびに対しても同様に適用することが可能である。
【００５０】
検査対象１０２と超音波探触子の間には、音響の伝播をよくするために、中間媒質として、水やグリセリンといった接触媒質（または、カプラントとも呼ばれる）が塗布または充填されているものとする。
【００５１】
音響レンズ１０３は、検査対象１０２と接触媒質との中間の特性を持つものが利用される。例えば、アクリル，ポリスチレン，ポリイミドといった合成樹脂を用いる。これらの材料は、縦波の伝播速度が、２４００ｍ／秒から２９００ｍ／秒であり、検査対象１０２と接触媒質との中間の音速となっている。
【００５２】
音響レンズの曲率半径の最適値は、検査対象１０２の曲率半径と、音響レンズの媒質の縦波音速，中間媒質の縦波音速，検査対象１０２の縦波音速の音速比に依存する。例えば、音響レンズの音速が２７００ｍ／秒、中間媒質の音速が１５００ｍ／秒、検査対象１０２の音速が５９００ｍ／秒の場合、曲率半径Ｒに対する最適な音響レンズの曲率半径は、０.６×Ｒと近似的に評価することができる。ここで、検査対象表面の曲率半径Ｒと、最適な音響レンズの曲率半径の比を最適値因子と呼ぶことにする。
【００５３】
ここで、「最適」とは、検査対象１０２の凹面による集束効果を、音響レンズの凸面による発散効果が打消す条件を満たす場合を意味しており、音響レンズの曲率半径が、最適値より大きい場合は、音響レンズによる拡散効果が弱まるために、検査対象１０２表面での集束効果が打ち勝ち、所望の深さに比べて浅い位置に焦点が形成される現象が発生する。
【００５４】
逆に、音響レンズの曲率半径が、最適値より小さい場合には、音響レンズによる拡散効果が、検査対象１０２表面による集束効果より勝るために、検査対象１０２内部での発散音場が形成されることになる。
【００５５】
図２に、音響レンズの音速を横軸に、最適値因子を縦軸にして、検査対象となる金属の音速を５５００ｍ／秒及び６０００ｍ／秒の場合の解析結果をグラフで示す。音響レンズの音速が２４００ｍ／秒から２９００ｍ／秒の間にある場合に、ステンレス鋼などの金属材料の代表的な縦波音速値（５５００〜６０００ｍ／秒）に対して、検査対象表面の曲率半径Ｒと、最適な音響レンズの曲率半径の比を最適値因子は、２分の１から３分の２の範囲に入っており、音響レンズの曲率半径が、上記の値近傍にある場合には、検査対象表面の集束効果と音響レンズによる拡散効果が相殺し、検査対象の深い部分まで効率的に超音波が入射することが確認できる。
【００５６】
このようなことは、超音波発生または／及び受信用素子１０５として、通常の圧電素子を用いても得ることができ、深い部分まで超音波を集束させることは可能である。しかし、音響レンズ内の多重反射エコーの低減によるＳＮ比改善と、検査対象の曲率半径の変化への追従のためには、超音波探触子を構成する超音波発生または／及び受信用素子１０５として、図５Ａ及び図５Ｂに示すような、アレイセンサを用いてもよい。
【００５７】
アレイセンサを有する超音波探触子５０１には、アレイセンサを構成する複数の素子５０２が１次元または２次元的に配置されている。
【００５８】
図６を用いて、アレイセンサの特徴を説明する。アレイセンサは、超音波を送受信することのできる圧電素子の小片から構成され、超音波探傷器からの制御によって各素子において超音波を発生させるタイミングに対して遅延時間を与えることで、各素子から発生する超音波の干渉の状況を変化させることで、集束，平行，発散といった、さまざまな音場を形成することができる。
【００５９】
図６（Ａ）は発散音場に対する遅延時間のパターンと音場の例（２ＭＨｚ，１mm×２４素子の１次元配列アレイセンサのセンサ面の法線方向を含む断面図）を、図６（Ｂ）はフラット、図６（Ｃ）は発散の計算例をそれぞれ示している。素子からの超音波発生のタイミング（遅延時間）のパターンを変化させることで、集束から発散まで音場が変化していることが分かる。
【００６０】
例えば、１次元的に素子５０２を配置する場合、音響レンズの向きとの関係により、以下の２つの組合せが考えられる。組合せ１は、アレイセンサを構成する素子の素子配列方向と音響レンズ１０３の軸方向が図２６Ａのように平行の場合、組合せ２は、アレイセンサを構成する素子の素子配列方向と音響レンズ１０３の軸方向が図２６Ｂのように直交の場合である。
【００６１】
組合せ１の場合は、アレイセンサを構成する素子の配列方向が、音響レンズの軸方向となっているため、アレイセンサによる音場は、各素子に与える遅延時間のパターンに関係なく、音響レンズの曲率半径のみの影響を受けることになる。
【００６２】
このため、音響レンズの軸方向に垂直な断面図（図５Ａ）上では、１つの素子のみが表現される。このため、音響レンズの効果を説明する場合、パターン１の場合は、超音波探触子１０１がアレイ構造ではない場合の説明と同様とみなすことができるので、特に断りのない場合、通常のセンサ（アレイ構造ではないセンサ）の説明（図１，図２，図２１Ａ）と、「組合せ１」のアレイセンサの説明は、共通と見なすことができる。
【００６３】
逆に、組合せ２の場合は、アレイセンサの素子配列の方向に音響レンズの曲率がついているので、各素子に与える遅延時間のパターンにより、アレイセンサによる音場が変化することになる。
【００６４】
具体的なアレイセンサの構造（素子と音響レンズの配置）を図７から図１２を用いて説明する。図７及び図８は、上述の「組合せ２」のアレイセンサの場合に相当し、音響レンズの軸方向と素子の配列方向が直交している場合である。
【００６５】
図７は、遮音板７０３をはさんで、アレイセンサ群７０１とアレイセンサ群７０２が左右に配置されており、図８は、遮音板８０３をはさんで、アレイセンサ群８０１とアレイセンサ群８０２が上下に配置されている場合である。これらのタイプのアレイセンサは、例えば、検査対象１０２に対して水平方向に入った欠陥７０４の検査に適している。
【００６６】
一方、図９及び図１０に示すアレイセンサの場合は、上述の「組合せ１」のアレイセンサの場合に相当し、音響レンズの軸方向と素子配列の方向が平行である場合である。図９は、遮音板９０３をはさんで、アレイセンサ群９０１とアレイセンサ群９０２が左右に配置されており、図１０は、遮音板１００３をはさんで、アレイセンサ群１００１とアレイセンサ群１００２が上下に配置されている場合である。これらのタイプのセンサは、例えば、検査対象１０２に対して、垂直方向に入った欠陥９０４の検査に適している。
【００６７】
検査対象の曲率半径に変化が見られる場合、図７及び図８に示したアレイセンサの場合は、音響レンズの曲率のある側に素子が配列されているため、図６に示したような遅延時間の制御により、検査対象内部に送信される超音波の集束または発散の程度を電子的に制御することができるため、検査対象の曲率半径に追従することが容易である。
【００６８】
しかし、図９及び図１０に示したアレイセンサは、音響レンズの曲率がある側には、素子が配列されていないために、検査対象面の曲率変化への対応が困難となる。
【００６９】
そこで、図９及び図１０に示したアレイセンサの改良案を図１１及び図１２に示す。図９のアレイセンサ群９０１及びアレイセンサ群９０２を、さらに３列に分割し、アレイセンサ群１１０１及びアレイセンサ群１１０２（図１１）とする。また、図１０に示すアレイセンサ群１００１及びアレイセンサ群１００２も同様に、３列に分割し、アレイセンサ群１２０１及びアレイセンサ群１２０２（図１２）とする。このようにアレイセンサを構成する素子を２次元的に配置することで、音響レンズの曲率を設けた側に対しても、素子が配列されるため、遅延時間の電子的な制御によって、検査対象の曲率半径の変化に対応した最適な集束または発散音場を形成することが可能となる。
【００７０】
いずれのアレイセンサにおいても、二群のアレイセンサ群の一群が超音波発生用（送信用ともいう）に他の一群が超音波受信用に利用される。アレイセンサ群が一群しかない場合には、一群中の選択した複数の素子を超音波発生用に他に選択した複数の素子を受信用に用いることであっても良い。
【００７１】
図１９及び図２０を用いて、アレイセンサを有する超音波探触子５０１の内部構造を簡単に説明する。図１９及び図２０は、前述の図７及び図８に該当するが、音響レンズや遮音板の配置が異なるのみで、図９及び図１０の場合も同様の内部構造である。
【００７２】
アレイセンサ５０１の内部には、送受信のための素子５０２と、素子の振動する時間を適切に制限するためのバッキング層１９０２，送受信効率を調整するための整合層１９０３，音響レンズ１０３から構成されており、音響レンズ１０３を外部に露出している以外、その他の部分はケース１９０１に収納されている。これら各部は接着やネジなどで一体に結合されている。
【００７３】
超音波の送信とエコーの受信に対して、それぞれ別のアレイセンサ群を用いる場合には、図７から図１２において、音響レンズに音響の伝播を阻止する遮音板を設けるのと同様に（後述）、送受信アレイセンサ群の間の音響的なクロストークを防ぐために、アレイセンサ内部において、図２０のように遮音板２００１を設けてもよい。
【００７４】
次に、図２１Ａから図２１Ｃを用いて音響レンズによる集束効果を説明する。図２１Ａは、超音波探触子１０１として、従来のセンサ（アレイ構造ではないセンサ）である場合、及び「組合せ１」のアレイセンサの場合の説明図である。図２１Ｂ及び図２１Ｃは、「組合せ２」のアレイセンサの場合の説明図である。
【００７５】
図２１Ａには、既に説明したように、検査対象となる曲率（半径２０mm）と同じ曲率半径を持つ中間媒質の場合（図４と同じ）と、曲率半径がやや小さい場合（半径１５mmと設定）について、図３及び図４と同様に、超音波の伝播を解析によりを示した。金属表面の曲率半径より音響レンズの曲率半径を小さくすること（図２１Ａ(Ｂ)）で、音響レンズから水へ送信された超音波が一旦拡散し、その後、金属に入射される際に、集束して、結果的に、音響レンズの曲率半径が金属表面の曲率半径と等しい場合（図２１Ａの位置４０１）より深い位置２１０１に超音波が集束した領域が届いていることが確認できる。
【００７６】
図２１Ｂには、検査対象となる曲率（半径２０mm）と音響レンズの曲率半径が近い値（半径１８mm）の場合において、アレイセンサ２１０５によって形成される音場を３パターン変化させた場合の検査対象（金属）中での焦点音場を解析した結果である。
【００７７】
アレイセンサを構成する各素子に与える遅延時間を変化させることで、金属中の焦点距離が変化していることが確認できる。例えば、図２１Ｂ（Ａ）はアレイセンサにより集束音場を形成した場合、図２１Ｂ（Ｃ）はアレイセンサにより発散音場を形成した場合の結果をそれぞれ表す。図２１Ｂ（Ｂ）のフラット（非集束）な音場における金属中の超音波の集束の焦点の深さの位置２１０３と比較して、集束音場を設定した場合（Ａ）の金属中の超音波の集束の焦点の深さの位置２１０２は浅めに、発散音場を設定した場合（Ｃ）の超音波の集束の焦点の深さの位置２１０４は深めに、それぞれ変化していることがわかる。
【００７８】
この効果を利用することで、検査対象となる金属表面の曲率半径にばらつきがある場合においても、アレイセンサ２１０５によって形成する音場を変化させることで、検査対象中での焦点深さを一定に制御することができる。
【００７９】
例として、図２１Ｃに、音響レンズの曲率半径が近い値（半径１５mm）で固定し、検査対象となる曲率を半径１６，２０，２５mmと変化させた場合に、金属中の焦点音場がほぼ一定値となる解析結果を示した。図２１Ｃ（Ａ）に示す、金属表面の曲率２０mmでアレイセンサによる音場がフラットの場合を基準として考える。金属表面の曲率半径が２５mmの場合（図２１Ｃ（Ｂ））、曲率半径が大きくなったために金属表面における集束効果も低下する。そのため、図２１Ｃ（Ａ）に示した焦点深さ２１０６とほぼ同じ深さに焦点を結ばせるためには、アレイセンサ２１０５によって形成される音場を集束音場とする必要がある。
【００８０】
逆に、金属表面の曲率半径が１６mmの場合（図２１Ｃ（Ｃ））、曲率半径が小さくなったために金属表面における集束効果が強くなる。そのため、図２１Ｃ（Ａ）に示した焦点深さ２１０６とほぼ同じ深さに焦点を結ばせるためには、アレイセンサ２１０５によって形成される音場を発散音場とする必要がある。
【００８１】
このように、前述のアレイセンサ配置と音響レンズの「組合せ２」の場合には、アレイセンサによって形成される音場を変化させることで、検査対象となる金属表面の曲率半径にばらつきが生じる場合においても、焦点深さを所望の値に一定に保つことができる。
【００８２】
次に、図２２及び図２３を用いて、本実施例に記載の超音波探触子を原子力発電プラントの原子炉内構造物の検査装置として使用する場合を以下に説明する。原子力発電プラントの原子炉建屋内のオペレーションフロア２２０１上の作業台車２２０２から原子炉圧力容器内の炉水２２０６に、検査装置用マスト２２１０が作業台車２２０２上の上下移動機構２２０３からワイヤ２２０５で吊って降ろされる。
【００８３】
炉水２２０６中に降ろされたマスト２２１０は、原子炉圧力容器内の上部格子板２２２０及び炉心支持板２２２１を通過し、ＣＲＤハウジング２３０１に着座させる。マスト２２１０には多関節マニピュレータ２３０２が据え付けられていて、前記多関節マニピュレータ２３０２の先端に超音波探触子１０１を含む検査ヘッド２３０３が装着されている。
【００８４】
超音波探触子１０１及びマニピュレータ２３０２の信号ケーブル，動力ケーブル及び高水圧ケーブルは、マスト２２１０の上部より一括してケーブル及びホース２３０４として束ねられ、オペレーションフロア２２０１まで引き伸ばされ、コントローラ２２０７に接続される。
【００８５】
マニピュレータ２３０２の基部２３０５は、マスト２２１０に取付けられ、上下及び回転運動が可能な構造である。マニピュレータ２３０２は、複数個の屈曲間接２３０６及び回転間接２３０７から構成されている。マニピュレータ２３０２の先端には、ハンド部２３０８があり、超音波探触子１０１，探触子押し付け機構２３０９，探触子走査機構２３１０からなる検査ヘッド２３０３を把持することができる。
【００８６】
超音波探触子１０１は、探触子押し付け機構２３０９によって、ＣＲＤスタブ溶接部の曲面に追従しながら、走査機構２３１０によって移動し、当該溶接部のひび１０４の超音波検査を実施することができる。
【００８７】
マスト２２１０の回転，多関節マニピュレータ２３０２の制御，検査ヘッド２３０３（探触子走査及び押し付け）等の動作は、オペレーションフロア２２０１上の検査装置コントローラ２２０７で制御し、制御信号は信号ケーブル２２０８を用いて伝送される。検査ヘッド２３０３に内蔵された超音波探触子１０１は、超音波探傷器２２０９で制御（及び収録）され、送受信信号は信号ケーブル２２０８を用いて相互に伝送される構成となっている。
【００８８】
なお、図２２及び図２３に記載の検査装置の構成例は、第２の実施例においても同様の構成を適用することができる。
【実施例２】
【００８９】
図１３は本発明の第２の実施形態で、図示のように、曲面を有する検査対象１０２に対して、超音波を入射する超音波探触子１３０１を押し付けて探傷する。検査すべき欠陥は、第１の実施例と同様で、曲面側に開口したひび１０４や、検査対象に内在する欠陥１０６等である。
【００９０】
超音波探触子１３０１は、送信用または／及び受信用素子１３０２及び音響レンズ１３０３から構成される。
【００９１】
検査対象１０２と超音波探触子１３０１の間には、音響の伝播をよくするために、中間媒質として、水やグリセリンといった接触媒質（または、カプラントとも呼ばれる）が塗布または充填されているものとする。
【００９２】
音響レンズ１０３は、検査対象１０２と接触媒質との中間の特性を持つものが利用される。例えば、アクリル，ポリスチレン，ポリイミドといった合成樹脂を用いる。これらの材料は、縦波の伝播速度が、２４００ｍ／秒から２９００ｍ／秒であり、検査対象１０２と接触媒質との中間の音速となっている。
【００９３】
第２の実施例では、音響レンズの曲率半径は、検査対象１０２の曲率半径に沿ってよいとする。この場合、第１の実施例で述べたように、音響レンズの曲率半径が、最適値となる曲率半径より大きくなるために、音響レンズによる拡散効果が弱まり、検査対象１０２表面での集束効果が打ち勝ち、所望の深さに比べて浅い位置に焦点が形成される現象が発生する。
【００９４】
この現象を回避し、検査対象の深い部分まで効率的に超音波を伝播させるために、超音波発生または／及び受信用の素子１３０２に凸型の形状を設けることにする。素子１３０２を凸型にすることで、音響レンズによる拡散効果と、素子の形状による拡散効果が加算され、検査対象１０２の凹面による集束効果を相殺し、検査対象１０２の深部まで超音波を伝えることができるようになる。
【００９５】
図１４及び図１５を用いて、音響レンズに付与すべき曲率と、素子に付与すべき曲率の関係について説明する。図１４及び図１５は、横軸に、音響レンズの曲率半径(Ｒシュー)と検査対象の曲率半径（Ｒ鋼）の比をとり、縦軸に、素子の曲率半径（Ｒ素子）と検査対象の曲率半径（Ｒ鋼）の比をとったものである。図１４は、音響レンズの縦波音速が２４００ｍ／秒の場合であり、図１５は、２９００ｍ／秒の場合である。
【００９６】
検査対象の曲面と超音波探触子との密着性を向上させる、または、第１の実施例で推奨される最適値として決定される音響レンズの曲率半径よりも大きな曲率半径をもつ音響レンズを用いて、凹面を探傷する場合、Ｒセンサ／Ｒ鋼の値は、第１の実施例での最適値に該当する、約０.６から、完全密着を意味する１.０までの間をとることができる。
【００９７】
最適値より小さな曲率半径の音響レンズは、検査対象内部で発散音場を形成するために、検査対象内部での超音波の強度が低下するためにさけるべきであり、音響レンズの曲率半径が検査対象の曲率半径を超えることは接触性の観点から、物理的に困難である。
【００９８】
Ｒセンサ／Ｒ鋼の値が０.６から１.０までの間を変化する場合、素子の曲率は以下のような考えに基づいて決定される。即ち、第１の実施例での推奨値は、音響レンズが検査対象の曲率の約０.６倍であり、センサに対しては曲率がない（フラット）場合に相当する。このときの発散音場と等価とみなせるような拘束条件を与えて、音響レンズの曲率を変化させたときの、素子の曲率を解析的に求めることで、素子の曲率の最適値を評価することができる。
【００９９】
例えば、音響レンズの曲率と検査対象の凹面の曲率半径の比が約０.６の場合、図１４及び図１５の両方において、素子の曲率と検査対象面の曲率の比が＋∞に発散していることがわかる。これは、素子がフラットであることに対応している。音響レンズの曲率に関する比（グラフの横軸）を０.６から少しずつ１.０に向けて大きくしていくと、素子の曲率半径に関する比（グラフの縦軸）が、＋∞から徐々に小さな値となり、音響レンズの曲率の比が１.０となり検査対象の曲率半径と一致したときに、素子の曲率半径は、検査対象の凹面の曲率半径の約３〜４倍になることが分かる。
【０１００】
この解析結果から、音響レンズが曲率半径に沿う場合には、素子の曲率半径として、検査対象の凹面の曲率半径の３倍よりも大きな曲率半径を設定することで、検査対象内部で効率的な超音波を深部まで入射することが可能となることが分かる。
【０１０１】
なお、検査対象の曲率半径にばらつきが存在する場合には、接触性の観点から、想定されるもっとも小さい曲率半径を基準にとり、素子及び音響レンズの曲率半径を求めることで、ばらつきに対応することが可能となる。
【０１０２】
第２の実施例においても、第１の実施例と同様に、超音波探触子を構成する超音波発生または／及び受信用素子１０５として、アレイセンサを構成する素子を１次元または２次元的に配置することができる。
【０１０３】
ここで、第２の実施例においても、第１の実施例で記載したように、アレイセンサの配置と音響レンズの配置に関して、以下の２つの組合せを考えることができる。組合せ１は、素子配列方向と音響レンズの軸方向が平行の場合、組合せ２は、素子配列方向と音響レンズの軸方向が直交の場合である。
【０１０４】
組合せ１の場合は、アレイセンサを構成する素子の方向が、音響レンズの軸方向となっているため、アレイセンサによる音場は、各素子に与える遅延時間のパターンに関係なく、音響レンズの曲率半径のみの影響を受けることになる。このため、音響レンズの軸方向に垂直な断面図上では、１つの素子のみが表現され、図１３のように表示される。このため、通常のセンサ（アレイ構造ではないセンサ）の説明（図１３，図１４，図１５）と、「組合せ１」のアレイセンサの説明は、共通と見なすことができる。
【０１０５】
逆に、組合せ２の場合は、アレイセンサの素子配列の方向に音響レンズの曲率がついているので、各素子に与える遅延時間のパターンにより、アレイセンサによる音場が変化することになる。このため、音響レンズの軸方向に垂直な断面図上では、１つの素子のみが表現され、図１６のように表示される。
【０１０６】
図１６は、音響レンズの軸方向と直交する方向に１次元的に素子を配列した場合の例である。超音波探触子を構成する超音波発生または／及び受信用素子１０５として、図１６に示すアレイセンサ１６０２を用いる場合、実施例１と同様に、図６に示すように、各素子から超音波が発生するタイミング（遅延時間）を変化させることで、フラット，集束，発散の程度を変化させたさまざまな音場を形成することができ、検査対象の凹面の曲率半径の変化に応じた集束あるいは発散音場を電子的に合成することができる。
【０１０７】
また、第２の実施例による超音波探触子では、検査対象の曲率半径の変化に対応するために、音響レンズ１３０３に関して、曲率半径の異なる音響レンズ（１６０３または１６０４）に対して、アレイセンサを形成する素子群１６０５を共通化させて、曲率の異なる音響レンズにアレイセンサを接触させて使用することで、多数の曲率半径に対応した超音波探触子とすることができる。
【０１０８】
ここで、曲率のことなる音響レンズに接触させるアレイセンサの素子の構造を、図１７及び図１８を用いて説明する。図１７は１次元的に素子を配列させた場合であり、図１８は２次元的に素子を配列させた場合である。いずれの場合も、素子を凹面に接触させる場合（図１７の１７０３）に、素子の上下の曲率の違いにより、たわみ量に差が生じて、素子の破壊や断線などを起す可能性が懸念される。
【０１０９】
そこで、凹面に密着させるアレイセンサを構成する素子（図１７の１７０１及び図１８の１８０１）に関して、各素子に切れ込みを設けて、断面形状が台形形状になるようにすることで、凹面での密着性を向上することができる。
【０１１０】
図２４（ＡからＣ）を用いて、図１７に示した１次元的に素子を配列する場合の製造手順について説明する。まず、超音波素子を適切な間隔に設置し、その周辺に合成樹脂を流し込み、シート状のフレキシブルアレイ用超音波素子を製作する（図２４Ａ）。次に、１次元配置になるように、当該素子に切れ込みを入れ（図２４Ｂ）、完成する（図２４Ｃ）。
【０１１１】
また、図１８に示した２次元的に素子を配列する場合の製造手順について、図２５（ＡからＣ）を用いて説明する。まず、最終的な２次元的に配列された台形形状部をくり貫いた型に超音波素子を配置する(図２５Ａ)。次に、その型に合成樹脂を流し込み(図２５Ｂ)、型から取り出して完成する（図２５Ｃ）。
【０１１２】
このような第２実施例の超音波探触子も、第１実施例と同様に超音波探傷器２２０９で制御（及び収録）され、送受信信号は信号ケーブル２２０８を用いて相互に伝送される構成となっている。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
この発明は、超音波を用いた非破壊検査を行うために超音波探傷器に接続して用いられる超音波探触子に採用される。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１…超音波探触子、１０２…検査対象、１０３…音響レンズ、１０４…ひび、１０５…超音波発生または／及び受信用素子、１０６…欠陥。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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