(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆圧電効果によって電気的信号を音響的信号に変換する送信用振動子と、
前記送信用振動子に接触して設けられたブロック状の送信用音響的遅延材と、
圧電効果によって音響的信号を電気的信号に変換する受信用振動子と、
前記受信用振動子に接触して設けられたブロック状の受信用音響的遅延材と、前記送信用振動子および前記送信用音響的遅延材と前記受信用振動子および前記受信用音響的遅延材とが分離するように挟まれて設けられた音響的隔離板と
を備えた超音波探触子において、
前記送信用音響的遅延材と前記音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ該送信用音響的遅延材と該音響的隔離板のいずれかに形成された面取り、あるいは前記受信用音響的遅延材と前記音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ該受信用音響的遅延材と該音響的隔離板のいずれかに形成された面取りを有する
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記送信用音響的遅延材と前記音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ該送信用音響的遅延材と該音響的隔離板のいずれかに形成された面取りと前記受信用音響的遅延材と前記音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ該受信用音響的遅延材と該音響的隔離板のいずれかに形成された面取りの２つの面取りを有する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記面取りは、断面が直線となる平面状の面取りである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記面取りは、断面が曲線となる曲面状の面取りである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記面取りは、前記試験体の表面と平行となる長手方向にノコギリ刃状であり、該ノコギリ刃の大きさは、この部分で発生した端部エコーが前記受信用振動子で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記面取りは、前記試験体の表面と平行となる長手方向に円弧状であり、該円弧の大きさは、この部分で発生した端部エコーが前記受信用振動子で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波を用いて検査や計測を行う際に、センサとして用いる超音波探触子に関するものであり、特に、送信用振動子と受信用振動子を別個に有し、送信と受信を個別に行う二振動子探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の超音波探触子については、例えば、「超音波探傷試験ＩＩ」、（社）日本非破壊検査協会編、（社）日本非破壊検査協会発行、平成６年４月１５日、１９９０年版第８刷発行、第３４頁〜第４５頁（以下、「文献Ａ」と略称する）に詳しく記述されている。図１０は、文献Ａに記載されている従来の超音波探触子を説明する図である。図１０において、１は送信用振動子、２は送信用音響的遅延材、３は受信用振動子、４は受信用音響的遅延材、５は音響的隔離板である。また、６は接触媒質層、７は試験体である。
【０００３】
図１０を参照しながら、従来のこの種の超音波探触子の動作について説明する。図１０には示されていないが、送信用振動子１および受信用振動子３は探触子ケーブルを介して超音波探傷器に接続されている。この超音波探傷器からパルス状の電気信号が送信用振動子１に伝達される。送信用振動子１は逆圧電効果によって伸縮し、音響的信号を発生する。ここでは簡単のため、この音響的信号を「超音波」として説明する。
【０００４】
送信用振動子１で発生した超音波は、送信用音響的遅延材２中を伝搬し、その後、接触媒質層６中に伝搬していく。接触媒質層６中の超音波の一部は、試験体７中に伝搬していく。一方、音響的隔離板５は、送信用音響的遅延材２から受信用音響的遅延材４中に直接伝搬していく超音波をなくすために設けられているが、接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬してく超音波を全てなくすことはできず、一部は接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬していく。
【０００５】
試験体７中に伝搬した超音波は、試験体７中にきずがあった場合には、このきずで反射され、その反射波の一部は接触媒質層６の方向に戻ってくる。また、試験体７の底面で反射された反射波も接触媒質層６の方向に戻ってくる。きずあるいは試験体７の底面で反射された反射波の一部と、接触媒質層６中で多重反射の形で伝搬してきた波が、受信用音響的遅延材４の中を伝搬し、これらの波が受信用振動子３において圧電効果によって電気信号に変換される。この電気信号を超音波探傷器で受信することによって、超音波探傷を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上が、従来のこの種の超音波探触子の動作および構成である。この構成の超音波探触子では、以上に説明したように、接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬する超音波が存在し、これが「表面エコー」と呼ばれるエコーとなる。この表面エコーは、試験体７中にきずがない場合でも受信されるため、実際の超音波探傷試験においては妨害エコーとなり、探傷試験結果を劣化させるという問題があった。
【０００７】
この表面エコーを低減させる手段として、特開平４−１２２８５４号公報では、音響的隔離板を金属と非金属とでサンドイッチにし、さらにこの接合面に凸凹を付ける方法が用いられている。しかし、この方法では、音響的隔離板の製造が複雑になってしまう。また、この方法では接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬する超音波をなくすことはできない。
【０００８】
上述のように、従来のこの種の超音波探触子では、接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬して受信される表面エコーが存在し、この表面エコーが妨害エコーとなって超音波探傷試験の結果を劣化させるという問題があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、特開平４−１２２８５４号公報のように音響的隔離板の構造を複雑にすることなく、音響的遅延材の形状の一部を変形させることによって表面エコーを低減させ、精度の良い超音波探傷試験をすることができる超音波探触子を得ることを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超音波探触子においては、逆圧電効果によって電気的信号を音響的信号に変換する送信用振動子と、送信用振動子に接触して設けられたブロック状の送信用音響的遅延材と、圧電効果によって音響的信号を電気的信号に変換する受信用振動子と、受信用振動子に接触して設けられたブロック状の受信用音響的遅延材と、送信用振動子および送信用音響的遅延材と受信用振動子および受信用音響的遅延材とが分離するように挟まれて設けられた音響的隔離板とを備えた超音波探触子において、送信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ送信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取り、あるいは受信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ受信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取りを有する。
【００１１】
また、送信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ送信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取りと受信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ受信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取りの２つの面取りを有する。
【００１２】
また、面取りは、断面が直線となる平面状の面取りである。
【００１３】
また、面取りは、断面が曲線となる曲面状の面取りである。
【００１４】
また、面取りは、試験体の表面と平行となる長手方向にノコギリ刃状であり、ノコギリ刃の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている。
【００１５】
さらに、面取りは、試験体の表面と平行となる長手方向に円弧状であり、円弧の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る超音波探触子の実施の形態を示す図である。図２は図１に示した超音波探触子を図１の下方から見た場合の図である。本実施の形態の超音波探触子について、図１および図２を参照しながら説明する。図１において、１は逆圧電効果によって電気的信号を音響的信号に変換する送信用振動子である。２は送信用振動子１に接触して設けられたブロック状の送信用音響的遅延材である。３は圧電効果によって音響的信号を電気的信号に変換する受信用振動子である。４は受信用振動子３に接触して設けられたブロック状の受信用音響的遅延材である。５は送信用振動子１および送信用音響的遅延材２と受信用振動子３および受信用音響的遅延材４とが分離するように、送信用音響的遅延材２と受信用音響的遅延材４との間に挟まれて設けられた音響的隔離板である。
【００１７】
本実施の形態においては、図１に示すように、受信用音響的遅延材４と、音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部において、受信用音響的遅延材４の角部が面取りされた形になっている。そして、この面取り４ａの形状は、図１に示されるように、断面が直線となる平面状の面取りであり、また、図２に示されるように、図示しない試験体の表面と平行となる長手方向に直線状に延びたの面取りである。
【００１８】
次に、この発明の超音波探触子の動作について、図３から図６を参照しながら説明する。図３は、従来のこの種の探触子において、表面エコーが発生するメカニズムを説明するための図である。図４は、表面エコーが発生するメカニズムをシミュレーションによって確認した図である。さらに、図５は、図４のシミュレーションによって得られたエコーを示すグラフである。また、図６は、図１および図２に示した面取りの効果を説明するための図である。
【００１９】
図３に示すように、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部が面取りされていない場合には、多重反射の形で接触媒質層６を伝搬してきた超音波がこの先端角部を起点にした端部エコーを発生させ、この端部エコーを受信用振動子３で受信してしまうため、表面エコーが受信される。
【００２０】
図４は、端部エコーが表面エコーの原因となっていることを確認するため、送信用音響的遅延材２、受信用音響的遅延材４、接触媒質層６、および試験体７中の音場をシミュレーションした結果を示している。図４では、送信用振動子１を電気的に励振して超音波を発生させてから、４．３μｓｅｃ後（ａ）、５．３μｓｅｃ後（ｂ）、６．３μｓｅｃ後（ｃ）、７．３μｓｅｃ後（ｄ）、および８．３μｓｅｃ後（ｅ）の結果を示している。６．３μｓｅｃ後（ｃ）の音場シミュレーション結果から分かるように、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部を起点にした端部エコーが発生している様子が分かる。また、８．３μｓｅｃ後（ｅ）の音場シミュレーション結果から、底面エコーが受信される様子も分かる。
【００２１】
図５は、図４の音場シミュレーションによって得られたエコーである。図５から、底面エコーよりも早い時刻で表面エコーが受信されている。図４の音場シミュレーション結果と照らし合わせると、図５に示す表面エコーは、図４に示す端部エコーが原因となっていることが分かる。
【００２２】
図６は、図１および図２に示した面取り４ａの効果を模式的に説明するための図である。図６に示すように、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部が面取りされた形状になっているため、この先端部によって生じる端部エコーを低減することができる。すなわち、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部を面取りすることによって、表面エコーの高さを低減させることができるという効果がある。
【００２３】
また、図１および図６では、断面直線的に面取りを施した状態を示しているが、必ずしも面取りは断面直線的でなくても良い。すなわち、図７に示すように、断面曲線的（円弧状）に面取り４ｂを施しても、同様の効果が得られる。
【００２４】
さらに、ここでは受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の先端部を面取りした場合について説明したが、送信用音響的遅延材２と音響的隔離板５とが接触する面の先端部を面取りしても良い。この場合も、同様の効果がある。さらに、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の先端部と、送信用音響的遅延材２と音響的隔離板５とが接触する面の先端部の両方を面取りしても良い、この場合も、同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、上述では、受信用音響的遅延材４または送信用音響的遅延材２に面取りを施す例を示したが、面取りは、音響的隔離板５に設けても良い。この場合も、同様の効果を得ることができる。
【００２６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る超音波探触子の構成について、図８を参照しながら説明する。図８は、超音波探触子を下方から見た場合の構成図であり、実施の形態１における図２に相当する。図８に示すように、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部に面取り４ｃが施されている。この面取り４ｃの形状は、実施の形態１の場合とは異なり、図１あるいは図７の奥行き方向に対して一定でなく、ノコギリ刃状になっている。このノコギリ刃の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子３で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている。
【００２７】
本実施の形態に係わる超音波探触子の動作について説明する。実施の形態１の場合と同様に、接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬してきた超音波が、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部に達したとき、この部分が面取りされているため、実施の形態１と同様に端部エコーが低減し、その結果として受信用振動子３で受信する表面エコーの高さが低減する。そしてさらに、本実施の形態では、面取り４ｃが試験体の表面に平行な長手方向にノコギリ刃状であり、このノコギリ刃の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子３で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさであるため、表面エコーの高さがさらに低減する。
【００２８】
尚、ノコギリ刃の大きさは、図８に示した形状に限られるものでなくて、上述のようにこの部分で発生した端部エコーが受信用振動子３で受信されるときに位相が打ち消し合うようなものであればよい。すなわち、図８ではノコギリ刃が６周期で示されているが、１周期でも半周期でも構わない。
【００２９】
このように、本実施の形態においては、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部を面取りすることによって端部エコーを低減でき、さらに面取りした部分の形状を長手方向にノコギリ刃状にすることによって、表面エコーの高さをさらに低減させることができるという効果がある。
【００３０】
また、実施の形態１の場合と同様に、必ずしも面取りは断面直線的でなくても良い。すなわち、横から見た場合、実施の形態１における図７のように、断面曲線的に面取りを施しても、同様の効果が得られる。
【００３１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る超音波探触子の構成について、図９を参照しながら説明する。図９は、超音波探触子を下方から見た場合の構成図であり、実施の形態１における図２に相当する。図９に示すように、本実施の形態においては、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部に面取り４ｄが施されている。面取り４ｄは実施の形態１の場合とは異なり図１あるいは図７の奥行き方向に対して一定でなく、また実施の形態２の場合とも異なり、奥行き方向に対して円弧状に丸みを帯びている。円弧の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子３で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている。
【００３２】
本実施の形態に係わる超音波探触子の動作について説明する。実施の形態１の場合と同様に、接触媒質層６中を多重反射の形で伝搬してきた超音波が、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部に達したとき、この部分が面取りされているため、実施の形態１と同様に端部エコーが低減し、その結果として表面エコーの高さが低減する。さらに、本実施の形態では、面取り４ｄは円弧状に丸みを帯びており、この円弧の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子３で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさであるため、表面エコーの高さをさらに低減させる。
【００３３】
尚、円弧の大きさは、図９に示したものに限るものでなく、上述したようにこの部分で発生した端部エコーが受信用振動子３で受信されるときに位相が打ち消し合うようなものであればよい。すなわち、図９では丸みは上下対象な円弧になっているが、特に上下対象な円弧でなくても構わない。
【００３４】
このように、受信用音響的遅延材４と音響的隔離板５とが接触する面の試験体側の先端部を面取りすることによって端部エコーを低減でき、さらに面取りした部分の形状を長手方向に丸みを帯びた形にしているため、表面エコーの高さをさらに低減させることができるという効果がある。
【００３５】
また、実施の形態１の場合と同様に、必ずしも面取りは断面直線的でなくても良い。すなわち、横から見た場合、実施の形態１における図７のように、断面曲線的に面取りを施しても、同様の効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明に係る超音波探触子においては、逆圧電効果によって電気的信号を音響的信号に変換する送信用振動子と、送信用振動子に接触して設けられたブロック状の送信用音響的遅延材と、圧電効果によって音響的信号を電気的信号に変換する受信用振動子と、受信用振動子に接触して設けられたブロック状の受信用音響的遅延材と、送信用振動子および送信用音響的遅延材と受信用振動子および受信用音響的遅延材とが分離するように挟まれて設けられた音響的隔離板とを備えた超音波探触子において、送信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ送信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取り、あるいは受信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ受信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取りを有する。そのため、表面エコーを低減させることができ、精度の良い超音波探傷試験をすることができる超音波探触子を得ることができる。
【００３７】
また、送信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ送信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取りと受信用音響的遅延材と音響的隔離板とが接触する面の試験体側の先端部に設けられ受信用音響的遅延材と音響的隔離板のいずれかに形成された面取りの２つの面取りを有する。そのため、さらに表面エコーを低減させることができ、さらに精度の良い超音波探傷試験をすることができる超音波探触子を得ることができる。
【００３８】
また、面取りは、断面が直線となる平面状の面取りである。そのため、加工が容易で安価に作製することができる。
【００３９】
また、面取りは、断面が曲線となる曲面状の面取りである。そのため、加工方法を選ばず任意の方法にて作製することができる。
【００４０】
また、面取りは、試験体の表面と平行となる長手方向にノコギリ刃状であり、ノコギリ刃の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている。そのため、表面エコーの高さをさらに低減させることができ、さらに精度の良い超音波探傷試験をすることができる超音波探触子を得ることができる。
【００４１】
さらに、面取りは、試験体の表面と平行となる長手方向に円弧状であり、円弧の大きさは、この部分で発生した端部エコーが受信用振動子で受信されるときに位相が打ち消し合うような大きさにされている。そのため、表面エコーの高さをさらに低減させることができ、さらに精度の良い超音波探傷試験をすることができる超音波探触子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る超音波探触子の実施の形態１を示す図である。
【図２】図１に示した超音波探触子を図１の下方から見た場合の図である。
【図３】表面エコーが発生するメカニズムを説明するための図である。
【図４】表面エコーが発生するメカニズムをシミュレーションによって確認した図である。
【図５】図４のシミュレーションによって得られたエコーを示すグラフである。
【図６】図１および図２に示した面取りの効果を模式的に説明するための図である。
【図７】断面曲線的に面取りを施した例を示す図である。
【図８】この発明に係る超音波探触子の実施の形態２を示す図である。
【図９】この発明に係る超音波探触子の実施の形態３を示す図である。
【図１０】従来の超音波探触子を説明する図である。
【符号の説明】
１  送信用振動子、２  送信用音響的遅延材、３  受信用振動子、４  受信用音響的遅延材、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  面取り、５  音響的隔離板、６  接触媒質層、７  試験体。
【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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【図６】
0003593055.tif 000007
【図７】
0003593055.tif 000008
【図８】
0003593055.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003593055.tif 000011