(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキング材で形成されたブロック体と、
圧電材料で形成され所定の厚みを有し、前記ブロック体の前面に接合された振動子である圧電体と、を備え、
前記ブロック体に接合された状態の前記圧電体にスリットが入れられることで、該圧電体が複数の圧電素子に分離されているとともに、前記ブロック体には、それぞれ複数の圧電素子への導通路となる複数の貫通孔が形成されており、
前記貫通孔には、電圧を対応する圧電素子に印加する送受信回路と各圧電素子とを電気的に接続する導線を配置し、
これにより、複数の圧電素子は互いに独立して機能する超音波センサの製造方法であって、
（Ａ）バッキング材で形成されたブロック体を用意し、
（Ｂ）前記ブロック体に複数の前記貫通孔を形成し、
（Ｃ）前記貫通孔に配置した複数の導線をそれぞれ圧電体に接続した後に、該ブロック体の前面に、圧電材料で形成され所定の厚みを有する前記圧電体を接合し、
（Ｄ）（Ｃ）で前記複数の導線のそれぞれが接続された前記圧電体を前記ブロック体の前面に接合した後に、前記圧電体を複数の圧電素子に分離するように振動子である前記圧電体と前記ブロック体の前記前面側の一部分とにスリットを入れ、該圧電体に該スリットを入れる行為は、前記ブロック体の前面と垂直な方向の前記圧電体の厚みより深くなるように、前記圧電体の一部を削り取ることで行われ、
（Ｅ）（Ｄ）の後、各圧電素子の前面を前面金属板に接合する、ことを特徴とする超音波センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を超音波により検査する超音波センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、マトリックス状に配置した複数の圧電素子から超音波を発信するとともに、３次元形状の対象物から当該超音波の反射波を受信し、この反射波の信号を検査装置内で信号処理することにより、対象物を３次元画像として捉えることができる。
【０００３】
超音波センサは、例えば、液体ナトリウムを冷却剤に使用している原子炉において使用される。この場合、液体ナトリウム中の対象物の３次元形状を捉えるために超音波センサが使用される。
【０００４】
従来において、２００℃程度の高温下で使用する超音波センサは、信号減衰特性向上用のバッキング材を接合した圧電素子を１つずつ人の手でマトリックス状に並べ、数十個の圧電素子をまとめて、前面金属板にロウ（高温半田）付けして製作していた。具体的な超音波センサの一例としては、圧電素子の寸法を２．５ｍｍとし、圧電素子間のピッチを４ｍｍとし、１６×１６＝２５６個の圧電素子を配列する。
【０００５】
上述したような超音波センサは、例えば下記の特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
超音波センサの解像度を向上させるためには、１つ１つの圧電素子を小型化し、これら圧電素子を密に精度よく配列する必要があるが、従来の超音波センサの製作方法では、上述の一例がほぼ限界であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ばらばらの圧電素子を１つ１つ手で並べて前面金属板にロウ付けする従来と比較して、加工精度や整列性が向上し、圧電素子を小型化し密に配列することができる超音波センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明によると、バッキング材で形成されたブロック体と、
圧電材料で形成され所定の厚みを有し、前記ブロック体の前面に接合された振動子である圧電体と、を備え、
前記ブロック体に接合された状態の前記圧電体にスリットが入れられることで、該圧電体が複数の圧電素子に分離されているとともに、前記ブロック体には、それぞれ複数の圧電素子への導通路となる複数の貫通孔が形成されており、
前記貫通孔には、電圧を対応する圧電素子に印加する送受信回路と各圧電素子とを電気的に接続する導線を配置し、
これにより、複数の圧電素子は互いに独立して機能する超音波センサの製造方法であって、
（Ａ）バッキング材で形成されたブロック体を用意し、
（Ｂ）前記ブロック体に複数の前記貫通孔を形成し、
（Ｃ）前記貫通孔に配置した複数の導線をそれぞれ圧電体に接続した後に、該ブロック体の前面に、圧電材料で形成され所定の厚みを有する前記圧電体を接合し、
（Ｄ）（Ｃ）で前記複数の導線のそれぞれが接続された前記圧電体を前記ブロック体の前面に接合した後に、前記圧電体を複数の圧電素子に分離するように振動子である前記圧電体と前記ブロック体の前記前面側の一部分とにスリットを入れ、該圧電体に該スリットを入れる行為は、前記ブロック体の前面と垂直な方向の前記圧電体の厚みより深くなるように、前記圧電体の一部を削り取ることで行われ、
（Ｅ）（Ｄ）の後、各圧電素子の前面を前面金属板に接合する、ことを特徴とする超音波センサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明によると、バッキング材で形成されたブロック体に圧電体を接合したものに、スリットを入れることで、圧電体を複数の圧電素子に分離するとともに、前記ブロック体に、それぞれ複数の圧電素子への導通路となる複数の貫通孔を形成することで、複数の圧電素子は互いに独立して機能するようにしたので、圧電素子の加工精度や整列性が向上し、圧電素子を小型化できる。その結果、圧電素子を密に配列することが可能となる。
従って、本発明の超音波センサは、従来よりも優れた解像度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による超音波センサを示す斜視図である。
【図２】図１において、下方側から見た圧電体とスリットを示す。
【図３】図１の超音波センサの製造方法の手順を示す。
【図４】図１の超音波センサの製造方法の手順を示し、図３の続きを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態による超音波センサ１０の構成図である。超音波センサ１０は、対象物を超音波により検査する。超音波センサ１０は、ブロック体３、圧電体７、および金属前面板１１を備える。
【００１５】
ブロック体３は、バッキング材（例えば、セラミックス）で形成されている。ブロック体３（バッキング材）は、信号の減衰特性を向上させるために設けられる。即ち、ブロック体３（バッキング材）は、後述の圧電素子７ａ（振動子）の共振を吸収して超音波の短いパルスを送受するためのものであり、超音波の減衰の大きい（吸収性がよい）材料であるのがよい。本実施形態では、ブロック体３は、圧電素子７ａの複数列分に相当する。
【００１６】
圧電体７は、該ブロック体３の前面（図１の下側を向く面）に接合され、圧電材料で形成され所定の厚みを有する。圧電体７は、好ましくは、平板形状を有する。この場合、ブロック体３の前面は平面である。
【００１７】
本実施形態によると、ブロック体３に接合された状態の圧電体７にスリット９が入れられることで、該圧電体７が複数の圧電素子７ａに分離されているとともに、ブロック体３には、それぞれ複数の圧電素子７ａへの導通路となる複数の貫通孔１５が形成されており、これにより、複数の圧電素子７ａは互いに独立して機能する。図２は、ブロック体３の前面の側からみた図であり、圧電体７とスリット９のみを示している。図２のように、スリット９が、圧電体７に縦横に入れられることで、圧電体７が、アレイ状に配列された複数の圧電素子７ａに分割される。
【００１８】
各圧電素子７ａは、貫通孔１５に配置された導線１３に電気的に接続される。各導線１３は、図示しない検査装置内の送受信回路に接続されている。一方、前面金属板１１は、接地されていてよい。これにより、各送受信回路から導線１３を通して電圧を対応する圧電素子７ａに印加することで、当該圧電素子７ａは、前面金属板１１を透過させるように超音波を発信し、これにより発信された超音波の反射波を受信することで、対象物の３次元画像を生成できる。
例えば、導線１３は、同軸ケーブルの中心導線であり、各圧電素子７ａは、同軸ケーブルの中心導線１３に電気的に接続される。この場合、各同軸ケーブルにおける、中心導線１３を囲み中心導線１３から絶縁された円筒状導体は、接地されているとともに、前面金属板１１に接続される。
【００１９】
図３、図４は、上述した超音波センサ１０の製造方法の手順を示す。即ち、図３、図４の（Ａ）〜（Ｅ）の順で製造する。
【００２０】
図３（Ａ）において、バッキング材で形成されたブロック体３を用意する。
図３（Ｂ）において、ブロック体３に複数の貫通孔１５を形成する。
図３（Ｃ）において、複数の導線１３をそれぞれ圧電体７（即ち、後で分離される複数の圧電素子７ａ）に接続するとともに、ブロック体３の前面に、圧電材料で形成され所定の厚みを有する当該圧電体７を接合する。
図４（Ｄ）において、圧電体７を複数の圧電素子７ａに分離するように、圧電体７にスリット９を入れる。なお、スリット９は、圧電体７の一部を削り取ることで入れてよく、スリット９の深さは、圧電体７の厚み（即ち、ブロック体３の前面と垂直な方向の厚み）より深くすることで、スリット９がブロック体３内の一部分まで入れられているようにするのがよい。
図４（Ｅ）において、各圧電素子の前面（この図の下側を向く面）を前面金属板１１に接合する。
なお、複数の導線１３をそれぞれ圧電体（即ち、後で分離される複数の圧電素子）に接続する作業は、上述のタイミングに限定されず、他のタイミングで行ってもよい。
【００２１】
上述した実施形態の超音波センサ１０と製造方法によると、バッキング材で形成されたブロック体３に圧電体７を接合したものに、スリット９を入れることで、圧電体７を複数の圧電素子７ａに分離するとともに、ブロック体３に、それぞれ複数の圧電素子７ａへの導通路となる複数の貫通孔１５を形成することで、複数の圧電素子７ａは互いに独立して機能するようにしたので、加工精度や整列性が向上し、圧電素子７ａを小型化できる。その結果、圧電素子７ａを密に配列することが可能となる。従って、本発明の超音波センサ１０は、従来よりも優れた解像度を有する。
【００２２】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２３】
上述した実施形態による超音波センサ１０は、液体ナトリウムを冷却剤に使用している原子炉において使用されてよい。この場合、上述の前面金属板１１の前面は、液体ナトリウムに接触するが、各圧電素子７ａやブロック体３は、液密に構成された箱体内に収容されてよい。
また、上述した実施形態による超音波センサ１０は、原子炉以外の他の用途に使用することもできる。
【符号の説明】
【００２４】
３  ブロック体、３ｃ  後面、
７  圧電体、７ａ  圧電素子、
９  スリット、１０  超音波センサ、
１１  前面金属板、１３  導線、１５  貫通孔、
【図１】
0005618507.tif 000002
【図２】
0005618507.tif 000003
【図３】
0005618507.tif 000004
【図４】
0005618507.tif 000005