(57)【要約】【課題】本発明は、フェーズドアレイＵＴ法を使用する超音波振動子を有する超音波探触子において、精度の良い超音波探触子を提供する。【解決手段】超音波プローブと、フェーズドアレイＵＴ法を使用する前記超音波プローブ内に設置された超音波振動子と、前記超音波振動子と接するように設けられる部材と、前記部材に設けられ、前記超音波振動子から発する超音波のうち、少なくとも被検査物で反射された超音波が入射される位置に設置され、超音波が発信する方向に対して少なくとも垂直面方向かつ前記超音波振動子側に凸形状を有する第１の吸音材と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブと、
フェーズドアレイＵＴ法に使用され、前記超音波プローブ内に設置された超音波振動子と、
前記超音波振動子と接するように設けられる部材と、
前記部材に設けられ、前記超音波振動子から発振する超音波のうち、少なくとも被検査物で反射された超音波が入射される位置に設置され、前記超音波振動子側に凸形状を有する第１の吸音材と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記第１の吸音材よりも前記部材内の前記超音波振動子側に第２の吸音材を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記部材において前記超音波振動子側の面と被検査物と接触する面とは並行でなく、前記第１の吸音材が設置してある側ほど厚くなるくさび形状を有することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記第１の吸音材の凸形状は２平面に角度をもたせて形成されることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項５】
X-Y平面上において、前記第１の吸音材とY軸との角度が０°より大きく、９０°より小さいことを特徴とする請求項４記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記第１の吸音材には前記超音波振動子と反対側に第１の保持部材が隣接していることを有することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記第２の吸音材は前記第１の吸音材側に第２の保持部材が隣接されていることを特徴としている請求項２記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記第１及び第２の保持部材は超音波を吸収する材質でできていることを特徴とする請求項６記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記第１の吸音材は、部材のY軸方向において全面に設置しても一部に設置しても良いことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１０】
請求項１記載の超音波探触子を用いてフェーズドアレイＵＴ法により被検査物の探傷を行う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、フェーズドアレイＵＴ法を使用する超音波振動子を有する超音波探触子及び超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波探傷試験に用いられる一般的な超音波探触子構造においては超音波振動子においてフェーズドアレイＵＴ法を使用しておらず、フェーズドアレイＵＴ法の特有の超音波の広がりをそれほど気にする必要がなかった。よって平面状の吸音材をノコギリ波状のような形状にする程度の構成で反射波の混入を防ぐことができた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
一方で、フェーズドアレイＵＴ法を用いた超音波探触子は振動子幅が狭いため、検出感度が高くなる。一方で、１つの振動子からの超音波の広がりは大きくなり分散効果が高くなる部分と分散効果が期待できない部分とが生じる。そして分散効果が期待できない部分はノイズとして探傷が誤検出される可能性がある。
【特許文献１】特開２００１-２６３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、フェーズドアレイＵＴ法を使用することで誤検出される可能性が高くなる超音波探触子及び超音波探傷方法の探傷精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、超音波プローブと、フェーズドアレイＵＴ法を使用した前記超音波プローブ内に設置された超音波振動子と、前記超音波振動子と接するように設けられる部材と、前記部材に設けられ、前記超音波振動子から発振する超音波のうち、少なくとも被検査物で反射された超音波が入射される位置に設置され、前記超音波振動子側に凸形状を有する第１の吸音材と、を有することを特徴とする超音波探触子、及び少なくとも前記第1の吸音材を用いた超音波探傷方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、フェーズドアレイＵＴ法による超音波振動子を用いた超音波探傷試験において、検出精度が向上できる超音波探触子及び超音波探傷方法が提供される。  
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、比較例について図１２〜図１４を用いて説明する。
【０００８】
図１２(a),(b)は本発明の比較例に係る超音波探触子を例示するための図である。なお、図１２(a),(b)中の矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、Ｘ-Ｙは水平の面方向、Ｚは鉛直方向を示している。また、図１２(a)は超音波探触子の平面図、図１２(b)は側面図を示す。
【０００９】
図１２(a),(b)に示すように  超音波探触子１０９には、超音波プローブ５、超音波振動子４、超音波プローブシュー１０１、吸音材１０３が設けられ、吸音材１０３のうち超音波プローブシューに接する部分は、のこぎり歯形状部１０６である。
【００１０】
超音波振動子４は超音波プローブ５内に埋め込まれており、超音波プローブシュー１０１に接触するように設けられている。また、超音波プローブシュー１０１のうち、被検査物１５に接する面を接触面１１３とする。
【００１１】
電圧を与えられた超音波振動子４は、圧電効果によって超音波が生じる構造となっている。超音波プローブシュー１０１はくさび型形状であり、超音波プローブシュー１０１の超音波プローブ５側の面と、接触面１１３とは並行ではない。
【００１２】
超音波プローブシュー１０１の構造は図１３に示すように、被検査物１５の内部にある傷等の反射源から反射して得られる反射波を検出する構造となっている。すなわち反射波１１１a以外に、プローブシュー内を反射してくる反射波、すなわち反射波１１１ｂが信号として検出される。反射波１１１ｂをシュー内エコーと呼んでおり、目的以外の信号であるため、本来検出したい反射波１１１aからの反射波などと区別するために、シュー内エコーを減衰させ検出されないようにシュー内に吸音材１０３が設けられている。図１２に示されるように吸音材１０３はＹ−Ｚ平面状に略並行に設置されている。
【００１３】
超音波プローブシュー１０１を用いた場合の超音波の進行状況について図１３を用いて説明をする。点線で示されたエリアＫは超音波１１１の進行範囲を示す。超音波振動子４から生じた超音波１１１は超音波プローブシュー１０１を伝播する。伝播した超音波１１１はシューと被検査物１５の境界面で、スネルの法則に従い、一部は屈折して被検査物１５内部に伝播し反射波１１１aとして反射し超音波振動子４に到達し、一部は境界面で反射して超音波プローブシュー１に反射波１１１ｂが伝播する。
【００１４】
超音波プローブシュー１０１に伝播した反射波１１１ｂは反射を繰り返したのち、超音波を超音波振動子４で検出されてしまう。
【００１５】
図１４は、基本表示（Ａスコープ表示）と呼ばれる超音波探傷結果である。横軸は超音波伝播距離（mm）、縦軸はエコーレベル（％）を示す。２０１ａが図１３で示すＲ１００の面からの反射波形を示したものであり、２０１ｂ、２０２ｂがシュー内エコーによる反射波形を示したものである。本発明による結果と比較して数値が高いことが分かる。この部分は傷などによる波形との識別が難しく、通常は不感帯と呼ばれる範囲となり、超音波探傷が不可能な範囲となる。よって超音波振動子４にフェーズドアレイＵＴ法に適用した場合、吸音材１０３の効果が十分でないため、シュー内エコーが残存してしまうことが分かる。
【００１６】
続いて本発明の実施ついて図１〜図３を用いて説明をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１７】
図１(a),(b)は、第１の実施形態に係る超音波探触子を例示するための図である。なお、図１(a),(b)中の矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、Ｘ-Ｙは水平の面方向、Ｚは鉛直方向を示している。また、図１ (a)は超音波探触子の平面図、図１(b)は側面図を示す。
【００１８】
図１(a),(b)に示すように  超音波探触子９には、超音波プローブ５、超音波振動子４、超音波プローブシュー１、吸音材２、保持部材３が設けられている。
【００１９】
超音波振動子４は超音波プローブ５内に埋め込まれており、超音波プローブシュー１に接触するように設けられている。さらに、超音波プローブシュー１の端部に設けられた超音波の吸音材２、及び吸音材２の設置を保持する保持部材３を有する。また、超音波プローブシュー１のうち、被検査物１５に接する面を接触面１３とする。
【００２０】
電圧を与えられた超音波振動子４は、圧電効果によって超音波が生じる構造となっている。超音波プローブシュー１はくさび型形状であり、超音波プローブシュー１の超音波プローブ５側の面と、接触面１３とは並行ではない。
【００２１】
超音波プローブシュー１の構造は図２に示すように、被検査物１５内部にある傷等の反射源から反射して得られる反射波、すなわち反射波１１a以外に、反射波１１ｂはプローブシュー内を反射してくる反射波、すなわち反射波１１ｂが信号として検出されしまうことが多い。反射波１１ｂをシュー内エコーと呼んでおり、目的以外の信号であるため、本来検出したい反射波１１aと区別するために、シュー内エコーを減衰させ検出されないようにする目的でシュー内に吸音材２、さらに吸音材２を保持するための保持部材３が設けられている。この吸音材２は超音波プローブシュー１との接合面がＸ方向に凸となっている。すなわち図１に示すように吸音材２はX-Y平面上においてY軸からの角度θ１が0°＜θ１＜90°をなす形状をしている。また、角の頂点は超音波振動子４のＹ軸方向における中心線Ａ−Ａ上に設けられるが、これに限定されるものではない。これにより、被検査物の境界面で反射した反射波１１ｂは吸音材２で減衰した超音波の反射方向を示す角度α１を大きくさせることができ、反射した超音波を超音波振動子４で受信することを避けることによって、シュー内エコーを低減させることができる。
【００２２】
次に、本発明による超音波プローブシュー１を用いた場合の超音波の進行状況を図２に示す。点線で示されたエリアＫは超音波１１１の進行範囲を示す。超音波振動子４から生じた超音波１１はプローブシュー１を伝播する。伝播した超音波１１はシューと被検査物１５の境界面でスネルの法則に従い、一部は屈折して被検査物１５内部に伝播して反射波１１ａとして超音波振動子４に到達し、一部は境界面で反射して超音波プローブシュー１に反射波１１ｂが伝播する。
【００２３】
超音波プローブシュー１に伝播した反射波１１ｂは反射を繰り返したのち、超音波減衰効果の高い吸音材２に伝播する超音波が吸音材２の効果により、減衰および拡散させることによって、以上のシュー内エコーと呼ばれる超音波を減衰する。さらに、保持部材３が超音波を吸収できる材質であってもよく、この場合は反射する超音波の吸収、減衰の効果が増し、本来検出したい超音波を超音波振動子４でより精度よく受信できる。
【００２４】
図３は、基本表示（Ａスコープ表示）と呼ばれる超音波探傷結果である。横軸は超音波伝播距離（mm）、縦軸はエコーレベル（％）を示す。２７１aが図２で示すＲ１００の面からの反射波形を示したものであり、２７１ｂ、２７２ｂがシュー内エコーによる反射形を示したものである。比較例と比較してシュー内エコーが本発明の効果により低減するため、本来検出したい傷の検出精度が向上していることが分かる。
【００２５】
吸音材２は各種ゴム、塩化ビニル、コルクなどの木材またはその集成材などが挙げられ、必要に応じて異なる材料を混合または積層して設けてもよい。また、保持部材３に超音波を吸収する材質を用いる場合は前出の吸音材２で用いる材質を用いることができる。
【００２６】
次に第２の実施形態について図５〜図８を用いて説明をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００２７】
図４(a),(b)は、第２の実施形態に係る超音波探触子を例示するための図である。なお、図４(a),(b)中の矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、Ｘ-Ｙは水平の面方向、Ｚは鉛直方向を示している。また、図４(a)は超音波探触子の平面図、図４(b)は側面図を示す。
【００２８】
図４(a),(b)に示すように  超音波探触子１９には、超音波プローブ５、超音波振動子４、超音波プローブシュー１２、吸音材２a,２b、保持部材３a,３bが設けられている。
【００２９】
超音波振動子４は超音波プローブ５内に埋め込まれており、超音波プローブシュー１２に接触するように設けられている。また、超音波プローブシュー１２における超音波プローブ５と接する面２４側には吸音材２b、と吸音材２bを保持する保持部材３bが設けられている。さらに、超音波プローブシュー１２の端部には超音波の吸音材２a、及び吸音材２aを保持する保持部材３aを有している。また、超音波プローブシュー１２のうち、被検査物１５に接する面を接触面２３とする。
【００３０】
電圧を与えられた超音波振動子４は、圧電効果によって超音波が生じる構造となっている。超音波プローブシュー１はくさび型形状であり、超音波プローブシュー１２の超音波プローブ５側の面と、接触面２３とは並行ではない。
【００３１】
超音波プローブシュー１２の構造は図７に示すように、被検査物１５内部にある傷等の反射源から反射して得られる反射波、すなわち反射波２１a以外に、反射波２１ｂはプローブシュー内を反射してくる反射波、すなわち反射波２１ｂが信号として検出されてしまうことが多い。反射波２１ｂをシュー内エコーと呼んでおり、目的以外の信号であるため、本来検出したい反射波２１aからの反射波などと区別するために、シュー内エコーを減衰させ検出されないようにする目的でシュー内に吸音材２a、及び吸音材２aを保持する保持部材３a、吸音材２b、及び吸音材２bを保持する保持部材３bが設けられている。図５(a),(b)に示すように保持部材３ｂを用いず、吸音材２bで一体化させても良い。これらはX-Y平面上においてY軸からの角度θ２が０°＜θ２a＜90°をなす形状をしている。また、角の頂点は超音波振動子４のＹ軸方向における中心線Ｂ−Ｂ上に設けられるが、これに限定されるものではない。これにより被検査物の境界面で反射した反射波２１ｂは吸音材２a,２bで減衰した超音波の反射方向を示す角度α２を大きくさせることにより、反射した超音波を超音波振動子４で受信することを避けることによって、シュー内エコーを低減させることができる。
【００３２】
また、図６(a),(b)に示すようにθ２ｂが０°＜θ２ｂ＜９０°をなす形状にしてもよい。
【００３３】
次に、本発明による超音波プローブシュー１２を用いた場合の超音波の進行状況を図７に示す。点線で示されたエリアＫは超音波１１１の進行範囲を示す。超音波振動子４から生じた超音波２１は、吸音材２ｂと保持部材３ｂに妨げられることなく、超音波プローブシュー１２を伝播する。伝播した超音波２１は超音波プローブシュー１２と被検査物１５の境界面でスネルの法則に従い、一部は屈折して被検査物１５内部に伝播して反射波２１aとして反射して超音波振動子４に到達し、一部は境界面で反射して超音波プローブシュー１２に反射波２１ｂが伝播する。超音波プローブシュー１２に伝播した反射波２１ｂは、まず超音波減衰効果の高い吸音材２ｂによって反射および減衰することにより、シュー内エコーの低減を計ることが可能である。さらに伝播した超音波は吸音材２ａにより減衰および拡散させることによって、以上のシュー内エコーと呼ばれる超音波を減衰する。さらに、吸音材２ａ、２ｂを保持している保持部材３a、３bの角度を調整することにより、反射する超音波を超音波振動子４で受信することを避けるようにする。
【００３４】
さらに、保持部材３が超音波を吸収できる材質であってもよく、この場合は反射する超音波の吸収、減衰の効果が増し、本来検出したい超音波を超音波振動子４でより精度よく受信できる。
【００３５】
図８は、基本表示（Ａスコープ表示）と呼ばれる超音波探傷結果である。横軸は超音波伝播距離（mm）、縦軸はエコーレベル（％）を示す。２８１aが図７で示すＲ１００の面からの反射波形を示したものであり、２８１ｂ、２８２ｂがシュー内エコーによる反射形を示したものである。比較例と比較してシュー内エコーが本発明の効果により低減するため、本来検出したい傷の検出精度が向上していることが分かる。
【００３６】
吸音材２a,２bは各種ゴム、塩化ビニル、コルクなどの木材またはその集成材  などが挙げられ、必要に応じて異なる材料を混合または積層して設けてもよい。また、保持部材３a,３bに超音波を吸収する材質を用いる場合は前出の吸音材２a,２bで用いる材質を用いることができる。
【００３７】
次に第３の実施の形態について図９〜図１１を用いて説明をする。
【００３８】
本発明の実施ついて説明をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００３９】
図９(a),(b)は、第３の実施形態に係る超音波探触子を例示するための図である。なお、図９(a),(b)中の矢印ＸＹＺは互いに直交する三方向を示しており、Ｘ-Ｙは水平の面方向、Ｚは鉛直方向を示している。また、図９(a)は超音波探触子の平面図、図９(b)は側面図を示す。
【００４０】
本実施の形態は超音波プローブは超音波入射面が狭い、周りに障害物がある等、試験条件の制約により小型にしなければならない場合に効果を発揮する。
【００４１】
図９(a),(b)に示すように  超音波探触子２９には、超音波プローブ５、超音波振動子４、超音波プローブシュー４１、吸音材２cが設けられている。
【００４２】
超音波振動子４は超音波プローブ５内に埋め込まれており、超音波プローブシュー４１に接触するように設けられている。さらに、超音波プローブシュー４１の端部に設けられた超音波の吸音材２cを有する。また、超音波プローブシュー４１のうち、被検査物２５に接する面を接触面３３とする。
【００４３】
電圧を与えられた超音波振動子４は、圧電効果によって超音波が生じる構造となっている。超音波プローブシュー４１はくさび型形状であり、超音波プローブシュー４１の超音波プローブ５側の面と、接触面３３とは並行ではない。
【００４４】
超音波プローブシュー４１の構造は図１０に示すように、被検査物１５内部にある傷等の反射源から反射して得られる反射波、すなわち反射波３１a以外に、反射波３１ｂはプローブシュー内を反射してくる反射波、すなわち反射波３１ｂが信号として検出されしまうことが多い。反射波３１ｂをシュー内エコーと呼んでおり、目的以外の信号であるため、本来検出したい反射波３１aと区別するために、シュー内エコーを減衰させ検出されないようにする目的でシュー内に吸音材２ｃが設けられている。この吸音材２ｃは超音波プローブシュー４１との接合面がＸ方向に凸となっている。すなわち図９に示すように吸音材２ｃはX-Y平面上においてY軸からの角度θ４が0°＜θ４＜90°をなす形状をしている。また、角の頂点は超音波振動子４のＹ軸方向における中心線Ｃ−Ｃ上に設けられるが、これに限定されるものではない。これにより、被検査物１５の境界面で反射した反射波１１ｂは吸音材２で減衰した超音波の反射方向を示す角度α４を大きくさせることができ、反射した超音波を超音波振動子４で受信することを避けることによって、シュー内エコーを低減させることができる。
【００４５】
次に、本発明による超音波プローブシュー４１を用いた場合の超音波の進行状況を図１０に示す。点線で示されたエリアＫ’は超音波１１１の進行範囲を示す。超音波振動子４から生じた超音波３１は超音波プローブシュー４１を伝播する。伝播した超音波３１はシューと被検査物１５の境界面で、スネルの法則に従い、一部は屈折して被検査物１５内部に反射波３１ａが伝播し、反射波３１aとして反射し、超音波の一部は境界面で反射して超音波プローブシュー４１に反射波３１ｂが伝播する。
【００４６】
超音波プローブシュー４１に伝播した反射波３１ｂは反射を繰り返したのち、超音波減衰効果の高い吸音材２cに伝播する超音波が吸音材２cの効果により、減衰および拡散させることによって、以上のシュー内エコーと呼ばれる超音波を減衰する。その結果、反射する超音波の吸収、減衰の効果が増し、本来検出したい超音波を超音波振動子４で精度よく受信できる。
【００４７】
図１１は、基本表示（Ａスコープ表示）と呼ばれる超音波探傷結果である。横軸は超音波伝播距離（mm）、縦軸はエコーレベル（％）を示す。２９１aが図１０で示すＲ５０の面からの反射波形を示したものであり、２９１ｂがシュー内エコーによる反射形を示したものである。比較例と比較してシュー内エコーが本発明の効果により低減するため、本来検出したい傷の検出精度が向上していることが分かる。
【００４８】
また、第１〜第３の実施の形態に係る吸音材２,２a，２b，２cを用いて探傷検出に不要な反射波を分散させることで検出精度を向上させる超音波探傷方法を挙げることができる。
【００４９】
吸音材２ｃは各種ゴム、塩化ビニル、コルクなどの木材またはその集成材などが挙げられ、必要に応じて異なる材料を混合または積層して設けてもよい。また、実施例１、２のように保持部材を設けてもよく、超音波を吸収する材質を用いる場合は前出の吸音材２で用いる材質を用いてもよい。
【００５０】
以上、本実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。  
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。  
例えば、超音波プローブ５、超音波振動子４、超音波プローブシュー１、１２、４１、吸音材２、２a、２b、２c、保持部材３、３aなどが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態に係る超音波探触子を例示するための(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図２】実施形態に係る超音波探触子及び被検査物を例示するための模式図である。
【図３】実施形態に係る超音波の探傷結果の基本表示図である。
【図４】実施形態に係る超音波探触子を例示するための(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図５】実施形態に係る超音波探触子を例示するための(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図６】実施形態に係る超音波探触子を例示するための(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図７】実施形態に係る超音波探触子及び被検査物を例示するための模式図である。
【図８】実施形態に係る超音波の探傷結果の基本表示図である。
【図９】実施形態に係る超音波探触子を例示するための(a)は平面図、(b) は側面図である。
【図１０】実施形態に係る超音波探触子及び被検査物を例示するための模式図である。
【図１１】実施形態に係る超音波の探傷結果の基本表示図である。
【図１２】従来の超音波探触子を例示するための(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図１３】従来の超音波探触子及び被検査物を例示するための模式図である。
【図１４】従来の超音波の探傷結果の基本表示図である。
【符号の説明】
【００５２】
１,４１  超音波プローブシュー、２,２a,２b,２c  吸音材、３,３a,３b  保持部材、４  超音波振動子、５  超音波プローブ、９,１９,２９  超音波探触子
【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】
2010145357.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010145357.tif 000009
【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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