(57)【要約】【課題】安定した検査画像が得られる超音波検査装置、ノズルアタッチメント、および、超音波検査方法を提供する。【解決手段】水平方向に走査可能な走査手段１，２と、走査手段１，２に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段３と、高さ調整手段３に取り付けられるホルダ５と、ホルダ５に取り付けられる超音波探触子４と、ノズルから水を流出して超音波探触子４からワーク９への連続した水流を形成するノズルアタッチメント６と、高さ調整手段３またはホルダ５に取り付けられ、ノズルアタッチメント６を垂直方向に移動可能なギャップ調整手段６と、を備える。【選択図】図１
2014006177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に走査可能な走査手段と、
前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段と、
前記高さ調整手段に取り付けられるホルダと、
前記ホルダに取り付けられる超音波探触子と、
ノズルから水を流出して前記超音波探触子からワークへの連続した水流を形成するノズルアタッチメントと、
前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ、前記ノズルアタッチメントを垂直方向に移動可能なギャップ調整手段と、を備える
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
超音波検査時において、前記ギャップ調整手段は、
前記ノズルと前記ワークとの距離を３ｍｍ以下とする
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記超音波探触子のレンズ表面の気泡除去時において、前記ギャップ調整手段は、
前記ノズルアタッチメントの水供給路接続部を前記レンズと概ね同じ高さとする
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記ノズルアタッチメントに供給する水の流量を調整する流量調整手段を備え、
前記流量調整手段は、
前記気泡除去時に供給する流量を、前記超音波検査時に供給する流量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記ノズルの開口径は、前記超音波探触子のレンズのレンズ径以上である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項６】
水平方向に走査可能な走査手段、前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段、前記高さ調整手段に取り付けられるホルダ、および、前記ホルダに取り付けられる超音波探触子、を備える超音波検査装置に接続して、水を供給する水供給路接続部と、
水を流出して前記超音波探触子からワークへの連続した水流を形成するノズルと、
前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ、垂直方向に移動可能なギャップ調整手段と、を備える
ことを特徴とするノズルアタッチメント。
【請求項７】
超音波検査時において、前記ギャップ調整手段は、
前記ノズルと前記ワークとの距離を３ｍｍ以下とする
ことを特徴とする請求項６に記載のノズルアタッチメント。
【請求項８】
前記超音波探触子のレンズ表面の気泡除去時において、前記ギャップ調整手段は、
前記水供給路接続部を前記レンズと概ね同じ高さとする
ことを特徴とする請求項６に記載のノズルアタッチメント。
【請求項９】
水の流量を調整する流量調整手段を備え、
前記流量調整手段は、
前記気泡除去時に供給する流量を、前記超音波検査時に供給する流量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項８に記載のノズルアタッチメント。
【請求項１０】
前記ノズルの開口径は、前記超音波探触子のレンズのレンズ径以上である
ことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のノズルアタッチメント。
【請求項１１】
ノズルアタッチメントに水を供給して、ノズルから水を流出させることにより、超音波探触子からワークへの連続した水流を形成するステップと、
高さ調整手段により前記超音波探触子と前記ワークとの高さを調整するステップと、
ギャップ調整手段により前記ノズルと前記ワークとの距離を調整するステップと、
前記超音波探触子により前記ワークの超音波検査を実行するステップと、を備える
ことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項１２】
前記距離を調整するステップは、
前記ノズルと前記ワークとの距離を３ｍｍ以下とする
ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波検査方法。
【請求項１３】
前記水流を形成するステップは、
前記ギャップ調整手段により前記ノズルアタッチメントの水供給路接続部を前記超音波探触子のレンズと概ね同じ高さとして前記レンズ表面の気泡を除去する
ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波検査方法。
【請求項１４】
前記水流を形成するステップは、
前記ノズルアタッチメントに供給する水の流量を、前記超音波検査を実行するステップ時に供給する流量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１３に記載の超音波検査装置。
【請求項１５】
前記ノズルの開口径は、前記超音波探触子のレンズのレンズ径以上である
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の超音波検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置、ノズルアタッチメント、および、超音波検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波検査装置は、検査対象（以後、「ワーク」と称する。）に超音波を照射し、反射または透過してきた超音波を超音波探触子（以後、「プローブ」と称する。）で受信して画像化する装置である。
【０００３】
例えば、ワークが電子デバイスの場合、微細な欠陥を検出する必要があり、超音波検査装置には、高い分解能が要求される。超音波検査装置は、使用する超音波の周波数が高いほど高い分解能が得られるが、一方で使用する超音波の周波数が高いほど減衰が大きくなりＳ／Ｎ比が低下する。水は空気に比べて超音波の減衰の程度が小さいため、通常の超音波検査装置は、ワークを水没させて、プローブ先端とワーク表面との間を水で満たした状態で超音波検査を行うようになっている。そして、超音波検査装置は、ワーク内部の観察対象となっている界面に焦点を合わせ、プローブ先端とワーク表面との間の距離（以後、「水距離」と称する。）を一定に保ったまま、プローブを走査して得られた結果を画像化することで、欠陥の位置や深さを知ることができるようになっている。
【０００４】
ここで、ワークが水を嫌う電子デバイス等であったり、水没させることが困難な大型品や高温体であったりする場合、プローブ先端とワーク表面の間を水柱でつなぐことで、超音波を伝搬させる局所水浸方式の超音波検査装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】平２−１７４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、超音波検査装置は、高い位置分解能を得るため、プローブの先端を凹レンズ形状にして、観察位置に超音波を集束させている。内部に積層構造を持つワークの場合、１つのプローブを使用して複数の層界面を観察するには、界面毎に水距離を変えて測定する必要がある。例えば、ワークの深い部分（ワーク底面に近い側）を観察する場合は、ワークの浅い部分（ワーク表面に近い側）を観察する場合より水距離を小さくする。
【０００７】
従来の超音波検査装置では、プローブの筐体に水を供給するアタッチメントを直接取り付けており、水距離の自由度を大きくとることができるようにするため、水の噴出口（以後、ノズルと呼ぶ）をなるべくプローブ先端に近づけて取り付けるようにしている。この場合、水距離を変えるとノズルからワーク表面に伸びる水柱の長さが変わる。
【０００８】
ところで、超音波検査装置で検査画像を取得するためには、プローブをｘｙ平面内で走査する必要がある。例えば、ｘ方向に走査した後、決まったピッチだけｙ方向に送り次に−ｘ方向に走査し、さらに決まったピッチだけｙ方向に送ることを繰り返し行う。プローブをｘ方向または−ｘ方向への走査には速度０から所望の速度までの加速工程と、所望の速度での等速工程と、所望の速度から速度０までの減速工程を含んでいる。
【０００９】
プローブの走査方向が変わるとき、慣性の法則により元々のプローブの走査方向に水柱が振られるという問題点がある。この現象は、プローブの加減速が急激で、水の流量が小さく、水柱が長いときに顕著である。水柱が振られた場合には、その中を超音波が伝わることになるため、プローブ直下から外れた位置からの反射超音波信号を取り込んでしまうおそれがある。さらに極端な場合には、水柱がいくつかの水滴に分かれて途切れてしまうこともある。このようになると、観察している場所ではなく、プローブ側から見て最初の水−空気界面からの反射信号を取り込んでしまうため、正確な検査データを得ることができない。
【００１０】
従来、このような現象を防ぎ安定した検査画像を得る方法としては、観察したい領域より広い領域に対してプローブを走査する方法、プローブの加減速を緩やかにする方法、水の流量を大きくする方法、水柱を短くする方法などがある。しかし、いずれの方法も問題がある。
【００１１】
例えば、観察したい領域より広い領域に対してプローブを走査する方法やプローブの加減速を緩やかにする方法では、１つのワーク当りの検査時間が伸びる。そのため、抜き取り検査の頻度を低下させるか、検査装置の台数を増やす必要がある。前者の場合、異常を検出できる確率が低下するため、製品の信頼性は低下する。後者の場合、製造コスト増加につながる。
【００１２】
また、水の流量を大きくする方法では、局所水浸方式の超音波検査装置の場合、ワークを保持する際、水を嫌う面のシール性を向上させる必要があり、コストが増加する。
【００１３】
また、従来の超音波検査装置で水柱を短くする方法では、水距離の自由度が減少して1つのプローブで観察できる層数が限られる。これは、水柱が短いため、プローブを上下移動させることができる範囲も短くなるためである。
そのため、多層構造を持ったワークの場合、いくつもプローブを交換しながら観察を行う必要がある。これは作業者にとって大きな手間となり、検査時間の増大を招く。また、ワークの構造毎にプローブが必要になるため、多品種を検査しなければならない場合、プローブの数量が増加し、現実的ではない。
【００１４】
そこで、本発明は、安定した検査画像が得られる超音波検査装置、ノズルアタッチメント、および、超音波検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を解決するために、本発明は、水平方向に走査可能な走査手段と、前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段と、前記高さ調整手段に取り付けられるホルダと、前記ホルダに取り付けられる超音波探触子と、ノズルから水を流出して前記超音波探触子からワークへの連続した水流を形成するノズルアタッチメントと、前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ、前記ノズルアタッチメントを垂直方向に移動可能なギャップ調整手段と、を備えることを特徴とする超音波検査装置である。
【００１６】
また、本発明は、水平方向に走査可能な走査手段、前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段、前記高さ調整手段に取り付けられるホルダ、および、前記ホルダに取り付けられる超音波探触子、を備える超音波検査装置に接続して、水を供給する水供給路接続部と、水を流出して前記超音波探触子からワークへの連続した水流を形成するノズルと、前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ、垂直方向に移動可能なギャップ調整手段と、を備えることを特徴とするノズルアタッチメントである。
【００１７】
また、本発明は、ノズルアタッチメントに水を供給して、ノズルから水を流出させることにより、超音波探触子からワークへの連続した水流を形成するステップと、高さ調整手段により前記超音波探触子と前記ワークとの高さを調整するステップと、ギャップ調整手段により前記ノズルと前記ワークとの距離を調整するステップと、前記超音波探触子により前記ワークの超音波検査を実行するステップと、を備えることを特徴とする超音波検査方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安定した検査画像が得られる超音波検査装置、ノズルアタッチメント、および、超音波検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る超音波検査装置の斜視図である。
【図２】プローブおよびノズルアタッチメントの模式断面図である。
【図３】レンズ表面の気泡を除去する際におけるプローブおよびノズルアタッチメントの模式断面図である。
【図４】（ａ）は流量調整機構の第１例であり、（ｂ）は流量調整機構の第２例である。
【図５】ワーク上を走査する際におけるプローブおよびノズルアタッチメントの模式断面図である。
【図６】ギャップを大きくしてワーク上を走査する際におけるプローブおよびノズルアタッチメントの模式断面図である。
【図７】ギャップと水の流量との関係の実験結果である。
【図８Ａ】レンズ径６ｍｍのプローブに対してノズル径を７ｍｍとしたときの反射エコー波形である。
【図８Ｂ】レンズ径６ｍｍのプローブに対してノズル径を６ｍｍとしたときの反射エコー波形である。
【図８Ｃ】レンズ径６ｍｍのプローブに対してノズル径を５ｍｍとしたときの反射エコー波形である。
【図９】ワークホルダによるワークの保持方法の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る超音波検査装置を用いた超音波検査の処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。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。
【００２１】
≪超音波検査装置≫
本実施形態に係る超音波検査装置Ｓについて、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る超音波検査装置Ｓの斜視図である。
図１に示すように、超音波検査装置Ｓは、ｘ方向走査手段１と、ｙ方向走査手段２と、高さ調整手段３と、プローブ４と、プローブホルダ５と、ノズルアタッチメント６と、ギャップ調整手段７と、水供給路８と、ワーク９を保持するワークホルダ１０と、排水口１２が形成された水受けパン１１と、を備えている。
【００２２】
プローブ４は、超音波を送信し、反射された超音波（エコー）を受信することができるようになっている。
【００２３】
プローブ４は、プローブホルダ５に固定されている。プローブホルダ５は、高さ調整手段３に取り付けられている。高さ調整手段３は、ｘ方向走査手段１に取り付けられている。ｘ方向走査手段１は、ｙ方向走査手段２に取り付けられている。なお、プローブ４の構成については、図２を用いて後述する。
【００２４】
ノズルアタッチメント６は、水供給路８から供給された水をノズルアタッチメント６の下面に設けられた開口部であるノズル６１（図２参照）から流出させて、ワーク９の表面との間に水柱を形成し、プローブ４が送受信する超音波の伝搬路を確保することができるようになっている。
【００２５】
ノズルアタッチメント６は、ギャップ調整手段７に取り付けられている。ギャップ調整手段７は、プローブホルダ５に取り付けられている。なお、ノズルアタッチメント６の構成については、図２を用いて後述する。
【００２６】
ギャップ調整手段７は、ノズルアタッチメント６を高さ方向（ｚ方向）に移動させることができるようになっており、例えば、駆動源としての電動モータ（図示せず）と、電動モータの回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構の１つであるボールねじ機構（図示せず）と、を組み合せることで実現できる。
なお、ギャップ調整手段７は、プローブホルダ５に取り付けられているものとして説明するが、これに限られるものではく、高さ調整手段３に取り付けられていてもよい。
【００２７】
このような構成により、超音波検査装置Ｓは、ｘ方向走査手段１によりプローブ４およびノズルアタッチメント６をｘ方向に走査することができるようになっており、ｙ方向走査手段２によりプローブ４およびノズルアタッチメント６をｙ方向に走査することができるようになっている。
【００２８】
なお、プローブ４およびノズルアタッチメント６の走査は、例えば、以下の手順で行うようになっている。まず、プローブ４およびノズルアタッチメント６を、ｘ方向走査手段１により＋ｘ方向（図１において左から右方向）に走査した後、ｙ方向走査手段２により所定のピッチでｙ方向（図１において奥から手前方向）に送る。次に、プローブ４およびノズルアタッチメント６を、ｘ方向走査手段１により−ｘ方向（図１において右から左方向）に走査した後、ｙ方向走査手段２により所定のピッチでｙ方向（図１において奥から手前方向）に送る。以後、これらを繰り返し行い、検査対象の全領域を走査する。
【００２９】
ちなみに、ｘ方向走査手段１によりプローブ４およびノズルアタッチメント６を＋ｘ方向または−ｘ方向に走査する際、プローブ４およびノズルアタッチメント６を速度０から所定の速度まで加速する加速工程と、プローブ４およびノズルアタッチメント６を所定の速度で移動させる等速工程と、所定の速度から速度０まで減速する減速工程と、を含んでいる。
【００３０】
また、超音波検査装置Ｓは、高さ調整手段３によりプローブ４の高さ（ｚ方向）を調整することができるようになっている。即ち、高さ調整手段３により、プローブ４の先端のレンズ４１（図２参照）とワーク９の表面との距離である水距離を調整することができるようになっている。
【００３１】
また、超音波検査装置Ｓは、高さ調整手段３およびギャップ調整手段７によりノズルアタッチメント６の高さ（ｚ方向）を調整することができるようになっている。即ち、ギャップ調整手段７により、ノズル６１（図２参照）とワーク９の表面との距離（図５を用いて後述するギャップ３１）を、水距離とは独立して調整することができるようになっている。
【００３２】
本実施形態に係る超音波検査装置Ｓは、局所水浸方式の超音波検査装置であり、ワーク９は、一方の面および側面は水に濡れてもよいが、他方の面は水濡れを許容できない場合を例に説明する。
ワークホルダ１０は、検査対象であるワーク９を保持するとともに、ノズル６１（図２参照）から流出した水がワーク９の下面に回りこまないようにする機構を有している。
【００３３】
ワークホルダ１０によるワーク９の保持方法の一例を図９に示す。例えば、図９に示すように、ワーク９の下面９ａとワークホルダ１０の間に設けた二重のＯリング１０ａでシールをして二重のＯリング１０ａに挟まれた領域にある溝１０ｂの中を、真空配管１０ｃを介して接続された真空ポンプ（図示せず）で排気する方法（真空チャック方式）である。このようにワーク９を保持することにより、ワーク９の下面９ａに水が回りこまないようにすることができるようになっている。
なお、図９に示したワークホルダ１０は一例であり、他の方式の採用を妨げるものではない。
【００３４】
図１に戻り、水受けパン１１の底面は、ワークホルダ１０のワーク９の保持位置よりも低い位置に配置されるようになっている。そして、ノズル６１（図２参照）から供給された水でワークホルダ１０やワーク９が水没しないように、水受けパン１１の底面に形成された排水口１２から排水を行うことができるようになっている。
なお、排水口１２から流出した水は、循環ポンプ、流量コントローラを介して水供給路８に戻す構成であってもよく、そのまま超音波検査装置Ｓの外へ排出する構成であってもよい。
【００３５】
＜プローブおよびノズルアタッチメント＞
次に、本実施形態に係る超音波検査装置Ｓが備えるプローブおよびノズルアタッチメントの構成について、図２を用いて更に説明する。図２は、プローブ４およびノズルアタッチメント６の模式断面図である。
【００３６】
プローブ４は、超音波放射面であるレンズ４１と、信号線４２と、上部電極４３、圧電体４４、下部電極４５で構成される圧電素子と、接地線４６と、を備えている。なお、図２に示すように、上部電極４３には信号線４２が接続され、下部電極４５には接地線４６が接続されている構成であるものとして説明するが、上部電極４３には接地線４６が接続され、下部電極４５には信号線４２が接続されている構成であってもよい。
【００３７】
上部電極４３および下部電極４５を用いて圧電体４４に高周波またはパルス電圧を印加することにより発生した超音波は、直接または何らかの媒体（図２では省略）を介して、レンズ４１に伝えられ、そこからワーク９（図１参照）に照射されるようになっている。
また、またワーク９の表面や内部の界面や欠陥等で反射された超音波信号（エコー）は、逆の経路をたどって圧電素子（上部電極４３、圧電体４４、下部電極４５）に到達し、電気信号に変えられる。ここで、反射面の材質により返ってくるエコーの信号強度は異なるため、超音波検査装置Ｓはこれをコントラストとして画像化することにより、構造や欠陥の位置情報を知ることができるようになっている。
【００３８】
ノズルアタッチメント６は、プローブ４の先端（超音波放射面であるレンズ４１）を覆うように取り付けられ、レンズ４１の下部にあたる部分に開口部であるノズル６１が形成されている。また、矢印２１で示す流れの向きで水が流れる水供給チューブ８０を介して水供給路８からノズルアタッチメント６に水が供給されるようになっている。これにより、ノズルアタッチメント６の内部を水密し、ノズル６１からワーク９（図１参照）の表面に水を落とすことで、レンズ４１からワーク９の表面までの超音波の伝搬路を確保することができるようになっている。
【００３９】
ここで、前記したように、プローブ４はプローブホルダ５に固定され、ノズルアタッチメント６はギャップ調整手段７によりプローブホルダ５に対する高さを調整することができるようになっている。即ち、プローブ４に対して、ノズルアタッチメント６を上下させることができるようになっている。なお、図２においては、ノズルアタッチメント６を基準として図示しており、ノズルアタッチメント６を下げた状態（レンズ４１とノズル６１とを離した状態）のレンズ４１を実線で図示し、ノズルアタッチメント６を上げた状態（レンズ４１とノズル６１とを近づけた状態）のレンズ４１を破線で図示している。
【００４０】
ノズルアタッチメント６をギャップ調整手段７により上下するストロークは、水供給路８の接続部８ａの上下方向の開口長さｄと概ね同じ程度とすることが望ましい。また、水供給路８のノズルアタッチメント６への取り付け位置（接続部８ａの位置）は、プローブ４のレンズ４１と概ね同じ高さとすることができることが望ましい。
【００４１】
水の流量を小さくするためには、ノズル６１の開口径Ｄは、小さいほうが望ましい。一方、ノズル６１の開口径Ｄがレンズ４１のレンズ径φより小さいと、ノズル６１に超音波が当たって反射するため、観察したい部分に到達する超音波信号が減衰してＳ／Ｎ比が小さくなる上、不要なエコーが圧電素子に戻ってしまい、測定に影響を及ぼすおそれがある。したがって、ノズル６１の開口径Ｄは、レンズ４１のレンズ径φ以上であることが望ましい。
【００４２】
さらに、ノズル６１の開口部には図２に示すようにレンズ４１の側が大きく開口し、ワーク９（図１参照）の側が小さく開口するようにテーパー６２が設けられていることが望ましい。テーパー６２を設けることにより、不要なエコーを防止するとともに、ノズル６１からの水流を安定させることができる。
【００４３】
＜気泡除去動作＞
次に、図３を用いて、レンズ４１の表面の気泡１３の除去について説明する。図３は、レンズ４１の表面の気泡１３を除去する際におけるプローブ４およびノズルアタッチメント６の模式断面図である。
【００４４】
レンズ４１は、照射された超音波が焦点を結ぶように凹レンズとなっており、中央部が外周部よりも高くなっている。このため、レンズ４１の表面に気泡１３が残ってしまうおそれがある。なお、レンズ４１の表面に気泡１３が残っていると、気泡１３で超音波が反射され、不要なエコーが発生するとともに、観察したい部分に到達する超音波信号が減衰してＳ／Ｎ比が小さくなる。
【００４５】
このため、本実施形態に係る超音波検査装置Ｓは、レンズ４１の表面の気泡１３を除去することができるようになっている。
具体的には、前記したように水供給路８のノズルアタッチメント６への取り付け位置（接続部８ａの位置）をプローブ４のレンズ４１と概ね同じ高さにする。
【００４６】
このように配置された状態で、水供給チューブ８０から矢印２１の向きに大流量の水を流し込むことで、気泡１３は水流に乗って矢印２２の方向に移動してノズルアタッチメント６から排出されるか、矢印２３の方向に移動してノズルアタッチメント６の上部に溜まり、レンズ４１の面上からは除去される。
【００４７】
なお、高さ方向に見て、接続部８ａの上端から３ｍｍ程度上げた位置から接続部８ａの下端から３ｍｍ程度下げた位置までの間にレンズ４１の表面が配置されるようにすることにより、レンズ４１の表面からの気泡除去効果は有効に作用する。
【００４８】
また、超音波検査をする際に、レンズ４１の高さが水供給路８の接続部８ａの高さから大きく外れてしまうと、有効に気泡除去することができなくなるおそれがあるが、そのような場合には、あらかじめ接続部８ａの位置をプローブ４のレンズ４１と概ね同じ高さにして気泡除去を行った後に、所定の高さにレンズ４１を移動させることにより、気泡が除去された状態で超音波検査をすることができる。
【００４９】
図４に、水供給チューブ８０を介して水供給路８に供給する水の流量を調整する流量調整機構の例を示す。
気泡除去動作時に大流量の水を供給して、超音波検査動作時に所定の流量に調整する方法としては、例えば、図４（ａ）のように、遮断弁８１と流量コントローラ８２を備え、気泡除去動作時には流量コントローラ８２を最大流量とし、超音波検査動作時には流量コントローラ８２で所定の流量に調整することにより達成することができる。また、図４（ｂ）のように、源流２０を分岐して源流２０ａ，２０ｂとし、源流２０ａの側には遮断弁８１ａを備え、源流２０ｂの側には遮断弁８１ｂと流量コントローラ８２を備え、気泡除去動作時には遮断弁８１ａを開弁し遮断弁８１ｂを閉弁して大流量の水を供給し、超音波検査動作時には遮断弁８１ａを閉弁し遮断弁８１ｂを開弁して流量コントローラ８２で所定の流量に調整するものであってもよい。なお、以下の説明において、超音波検査装置Ｓは図４（ａ）に示す流量調整機構を備えているものとして説明する。
【００５０】
＜超音波検査動作＞
次に、図５を用いて、ワーク９上を走査して超音波検査する場合について説明する。図５は、ワーク９上を走査する際におけるプローブ４およびノズルアタッチメント６の模式断面図である。
【００５１】
ギャップ調整手段７により、ノズル６１とワーク９の表面との距離であるギャップ３１を調整する。ギャップ３１の高さは、ワーク９の表面で水が表面張力で盛り上がる高さであり、具体的には図７を用いて後述するように３ｍｍ以下とすることが望ましい。また、下限については、ノズル６１がワーク９の表面にぶつからない程度であればよい。
【００５２】
図５に示すように、ワーク９の左側の端面付近でプローブ４及びノズルアタッチメント６の高速走査を左向きから右向き（進行方向３２）に折り返すと、慣性の法則および水の流れやすさから、水柱は、進行方向３２と反対側に偏った形状となり、水は主に矢印２５の方向に流れる。
【００５３】
ここで、前述したように水が表面張力で盛り上がる高さ以下にギャップ３１を設定すると、水の一部は表面張力および毛細管現象によりノズル６１の進行方向３２にも少量の水が溜まる水溜め２４を形成することができ、超音波ビーム３０の伝搬路を水で満たして、超音波ビーム３０をワーク９に到達させることができる。これにより、プローブ４およびノズルアタッチメント６を高速で走査した場合でも安定した測定が可能となる。
【００５４】
次に、プローブ４とワーク９との距離（水距離）を図５の例と同じに保ったまま、ギャップを大きくして走査した状態を図６を用いて説明する。図６は、ギャップを大きくしてワーク９上を走査する際におけるプローブ４およびノズルアタッチメント６の模式断面図である。
【００５５】
図６に示すように、ギャップ３１ａの高さは、ワーク９の表面で水が表面張力で盛り上がる高さより高い状態となっている。
ワーク９の左側の端面付近でプローブ４及びノズルアタッチメント６の高速走査を左向きから右向き（進行方向３２）に折り返すと、慣性の法則および水の流れやすさから、水柱は、進行方向３２と反対側に偏った形状となり、水は主に矢印２５ａの方向に流れる。
【００５６】
図６の場合では、図５の場合と異なり、進行方向３２の側の水柱側面２４ａには毛細管現象による水溜め２４（図５参照）が形成されず、ワーク９の表面状態や微妙な測定環境の変動によって超音波ビーム３０の伝搬路の一部が水柱から外れることがあり、安定した測定ができない。また水の流量が小さいときは、水柱が水滴状に途切れてしまうことがある。これは、水の落下速度に対し走査速度が大きいときに起こると考えられる。
【００５７】
＜ギャップ長と水の流量の関係＞
図７は、ノズル径を９ｍｍ、走査速度を１０００ｍｍ／秒としたときに、安定した検査画像を得られる水の流量とギャップ長を調べた実験結果である。「○」は安定した検査画像を得られた条件、「×」は一部が欠けた検査画像しかえられなかった条件を示し、「−」については実験を行っていないことを示す。
【００５８】
図７に示すように、３ｍｍよりギャップ長を大きくすると流量をどのように変更しても安定した画像が得られないことが分かる。これは、図６で示したように、走査方向が右から左、または左から右に変化するときに、慣性の法則により水柱が振られることでレンズ４１とワーク９の間に空気層が入り込んでしまうためと考えられる。
また、流量を大きくすると（流量が１．０（Ｌ／分）、１．４（Ｌ／分）の場合）、ワーク９の表面に泡ができる現象も見られた。
【００５９】
これに対し、ギャップ長が３ｍｍ以下とすると、水の流量を適切に設定することにより、安定した検査画像が得られる。また、ギャップ長が小さくなるにつれて、より少ない水量でも安定した画像が得られることが明らかになった。
【００６０】
＜ノズル６１の開口径Ｄとレンズ４１のレンズ径φとの関係＞
次に、レンズ径φが６ｍｍのプローブ４に対して、ノズル６１の開口径Ｄを７、６、５ｍｍとしたときの反射エコー波形を図８Ａから図８Ｃに示す。
図８Ａは、レンズ径φが６ｍｍ、ノズル開口径Ｄが７ｍｍの場合であり、Ｅ11はワーク９の表面からの反射エコーであり、Ｅ12は超音波が集束した界面からの反射エコーである。図８Ｂは、レンズ径φが６ｍｍ、ノズル開口径Ｄが６ｍｍの場合であり、Ｅ21はワーク９の表面からの反射エコーであり、Ｅ22は超音波が集束した界面からの反射エコーである。図８Ｃは、レンズ径φが６ｍｍ、ノズル開口径Ｄが５ｍｍの場合であり、Ｅ31はワーク９の表面からの反射エコーであり、Ｅ32は超音波が集束した界面からの反射エコーである。
【００６１】
ノズル開口径Ｄ＝５ｍｍの反射エコーＥ32は、ノズル開口径Ｄ＝７ｍｍ，６ｍｍの反射エコーＥ12，Ｅ22と比較して信号強度が小さくなっており、Ｓ／Ｎ比が低下していることがわかる。これは、ノズル６１のエッジで超音波の一部が反射されて、焦点位置に照射されるエネルギーが下がるためである。したがって、ノズル６１の開口径Ｄは、レンズ４１のレンズ径φ以上であることが望ましい。
【００６２】
≪超音波検査装置処理≫
本実施形態に係る超音波検査装置Ｓを用いた超音波検査の処理について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る超音波検査装置Ｓを用いた超音波検査処理のフローチャートである。
【００６３】
ステップＳ１において、検査員は、ワーク９をワークホルダ１０にセットする。この際、プローブ４は原点位置に配置されている。なお、必要であれば、ワーク９を観察するための適切なプローブ４をプローブホルダ５にセットする。
【００６４】
ステップＳ２において、超音波検査装置Ｓは、遮断弁８１（図４（ａ）参照）を開弁して、水供給路８からノズルアタッチメント６に水を供給して水柱を形成する。
【００６５】
ステップＳ３において、超音波検査装置Ｓは、ギャップ調整手段７を制御して水供給路８の接続部８ａの位置をプローブ４のレンズ４１と概ね同じ高さにする。
ステップＳ４において、超音波検査装置Ｓは、流量コントローラ８２（図４（ａ）参照）を制御して水の流量を超音波検査時よりも大流量にしてレンズ４１の表面の気泡１３を除去する。気泡１３の除去が完了すると、流量コントローラ８２を制御して水の流量を超音波検査時の流量にしてステップＳ５に進む。
【００６６】
ステップＳ５において、超音波検査装置Ｓは、ｘ方向走査手段１およびｙ方向走査手段２を制御して、プローブ４をワーク９の観察位置へと移動させる。なお、移動の際、ノズル６１がワーク９の表面に接触することを防止するため、高さ調整手段３によりプローブ４およびノズルアタッチメント６を高い位置としておくことが望ましい。
【００６７】
ステップＳ６において、超音波検査装置Ｓは、高さ調整手段３を制御してプローブ４とワーク９の表面との距離である水距離を調整して、ワーク９の観察対象となっている層に超音波の焦点を合わせる。
【００６８】
ステップＳ７において、超音波検査装置Ｓは、ギャップ調整手段７を制御してノズル６１とワーク９の表面との距離であるギャップ３１を調整する。具体的には、ギャップ３１を３ｍｍ以下の適切な位置に調整する。
【００６９】
ステップＳ８において、超音波検査装置Ｓは、ｘ方向走査手段１およびｙ方向走査手段２を制御して、プローブ４を走査させながら、プローブ４により超音波検査を行う。
【００７０】
ステップＳ９において、超音波検査装置Ｓは、ｘ方向走査手段１およびｙ方向走査手段２を制御して、プローブ４を原点位置に移動させる。なお、移動の際、ノズル６１がワーク９の表面に接触することを防止するため、高さ調整手段３によりプローブ４およびノズルアタッチメント６を高い位置としておくことが望ましい。
【００７１】
以上により、ワーク９の超音波検査を終了する。必要であれば、検査済みのワーク９をワークホルダ１０から取り外して、新たなワーク９をワークホルダ１０にセットし一連の超音波検査処理を行う。
【００７２】
なお、図１０に示した原点位置で気泡除去動作（Ｓ３，Ｓ４）を行うものとして説明したが、これに限られるものではなく、原点位置で水柱を形成し（Ｓ２）、プローブ４を観察位置へ移動（Ｓ５）した後に、気泡除去動作（Ｓ３，Ｓ４）を行うものであってもよい。また、プローブ４を観察位置へ移動（Ｓ５）した後に、原点位置で水柱を形成し（Ｓ２）、気泡除去動作（Ｓ３，Ｓ４）を行うものであってもよい。
【００７３】
＜作用・効果＞
以上のように、本実施形態に係る超音波検査装置Ｓによれば、プローブ４を高速で走査させても、進行方向側に水溜め２４（図５参照）を形成して安定した水柱（超音波伝搬路）を形成して、水の流量が少なくても安定した検査画像を得ることができる。また、プローブ４とノズルアタッチメント６とは独立して高さを調整することができるので、プローブ４の高さ（水距離）を制限することはない。
また、水の流量を低減させることができるため、ワーク９の下面９ａを水から保護するワークホルダ１０のシール構造も図９に示すような簡易な構成なもので十分となる。
【００７４】
また、本実施形態に係る超音波検査装置Ｓによれば、レンズ４１の表面の気泡１３を除去する気泡除去動作を行うことができるので、安定した検査画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
超音波検査装置Ｓ
１                    ｘ方向走査手段（走査手段）
２                    ｙ方向走査手段（走査手段）
３                    高さ調整手段
４                    プローブ（超音波探触子）
５                    プローブホルダ（ホルダ）
６                    ノズルアタッチメント
７                    ギャップ調整手段
９                    ワーク
８                    水供給路
８ａ                  接続部
３１                  ギャップ（ノズルとワークとの距離）
４１                  レンズ
６１                  ノズル
８１，８１ａ，８１ｂ  遮断弁（流量調整手段）
８２                  流量コントローラ（流量調整手段）
Ｄ                    開口径
φ                    レンズ径
【図１】
2014006177.tif 000003
【図２】
2014006177.tif 000004
【図３】
2014006177.tif 000005
【図４】
2014006177.tif 000006
【図５】
2014006177.tif 000007
【図６】
2014006177.tif 000008
【図７】
2014006177.tif 000009
【図８Ａ】
2014006177.tif 000010
【図８Ｂ】
2014006177.tif 000011
【図８Ｃ】
2014006177.tif 000012
【図９】
2014006177.tif 000013
【図１０】
2014006177.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に走査可能な走査手段と、
前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段と、
前記高さ調整手段に取り付けられるホルダと、
前記ホルダに取り付けられる超音波プローブと、
ノズルから水を流出して前記超音波プローブの先端に設けられたレンズからワークの表面への連続した水流を形成するノズルアタッチメントと、
前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ、前記ノズルアタッチメントを垂直方向に移動可能なギャップ調整手段と、を備え、
前記高さ調整手段により、前記レンズと前記ワークの表面との距離を調整可能とし、
前記ギャップ調整手段により、前記超音波プローブの前記レンズの位置を前記ノズルアタッチメントの内部で垂直方向に変化させるとともに、前記ノズルの前記ワークとの対向面と前記ワークの表面との距離を調整可能とする
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
超音波検査時において、前記ギャップ調整手段は、
前記ノズルと前記ワークの表面との距離を３ｍｍ以下とする
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記ノズルアタッチメントに接続され、該ノズルアタッチメントに水を供給する水供給手段を更に備える
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記超音波プローブの前記レンズの表面の気泡除去時において、前記ギャップ調整手段は、
前記ノズルアタッチメントと前記水供給手段との接続部である水供給路接続部を前記レンズと概ね同じ高さとする
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記水供給手段により供給する流量を調整する流量調整手段を備え、
前記流量調整手段は、
前記気泡除去時に供給する流量を、超音波検査時に供給する流量よりも大きくすることを特徴とする請求項４に記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記ノズルの開口径は、前記レンズのレンズ径以上である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
【請求項７】
水平方向に走査可能な走査手段、前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段、前記高さ調整手段に取り付けられるホルダ、前記ホルダに取り付けられる超音波プローブ、ノズルから水を流出して前記超音波プローブの先端に設けられたレンズからワークの表面への連続した水流を形成するノズルアタッチメント、および、前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ前記ノズルアタッチメントを垂直方向に移動可能なギャップ調整手段、を有する超音波検査装置の超音波検査方法であって、
前記ノズルアタッチメントに水を供給して、前記ノズルから水を流出させることにより、前記レンズから前記ワークの表面への連続した水流を形成するステップと、
前記高さ調整手段により前記レンズと前記ワークの表面との高さを調整するステップと、
前記ギャップ調整手段により、前記超音波プローブの前記レンズの位置を前記ノズルアタッチメントの内部で垂直方向に変化させるとともに、前記ノズルの前記ワークとの対向面と前記ワークの表面との距離を調整するステップと、
前記超音波プローブにより前記ワークの超音波検査を実行するステップと、を備える
ことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項８】
前記距離を調整するステップは、
前記ノズルと前記ワークの表面との距離を３ｍｍ以下とする
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波検査方法。
【請求項９】
前記水流を形成するステップは、
前記ギャップ調整手段により前記ノズルアタッチメントの水供給路接続部を前記レンズと概ね同じ高さとして前記レンズの表面の気泡を除去する
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の超音波検査方法。
【請求項１０】
前記水流を形成するステップは、
前記ノズルアタッチメントに供給する水の流量を、前記超音波検査を実行するステップ時に供給する流量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波検査方法。
【請求項１１】
前記ノズルの開口径は、前記レンズのレンズ径以上である
ことを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の超音波検査方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置、および、超音波検査方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
そこで、本発明は、安定した検査画像が得られる超音波検査装置、および、超音波検査方法を提供することを課題とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このような課題を解決するために、本発明は、水平方向に走査可能な走査手段と、前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段と、前記高さ調整手段に取り付けられるホルダと、前記ホルダに取り付けられる超音波プローブと、ノズルから水を流出して前記超音波プローブの先端に設けられたレンズからワークの表面への連続した水流を形成するノズルアタッチメントと、前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ、前記ノズルアタッチメントを垂直方向に移動可能なギャップ調整手段と、を備え、前記高さ調整手段により、前記レンズと前記ワークの表面との距離を調整可能とし、前記ギャップ調整手段により、前記超音波プローブの前記レンズの位置を前記ノズルアタッチメントの内部で垂直方向に変化させるとともに、前記ノズルの前記ワークとの対向面と前記ワークの表面との距離を調整可能とすることを特徴とする超音波検査装置である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明は、水平方向に走査可能な走査手段、前記走査手段に取り付けられる垂直方向の高さ調整手段、前記高さ調整手段に取り付けられるホルダ、前記ホルダに取り付けられる超音波プローブ、ノズルから水を流出して前記超音波プローブの先端に設けられたレンズからワークの表面への連続した水流を形成するノズルアタッチメント、および、前記高さ調整手段または前記ホルダに取り付けられ前記ノズルアタッチメントを垂直方向に移動可能なギャップ調整手段、を有する超音波検査装置の超音波検査方法であって、前記ノズルアタッチメントに水を供給して、前記ノズルから水を流出させることにより、前記レンズから前記ワークの表面への連続した水流を形成するステップと、前記高さ調整手段により前記レンズと前記ワークの表面との高さを調整するステップと、前記ギャップ調整手段により前記ノズルの前記ワークとの対向面と前記ワークの表面との距離を調整するステップと、前記超音波プローブにより前記ワークの超音波検査を実行するステップと、を備えることを特徴とする超音波検査方法である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明によれば、安定した検査画像が得られる超音波検査装置、および、超音波検査方法を提供することができる。