(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探触子であって、
前記被検査材との間で超音波を送受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子と一体的に設けられ、前記被検査材と接触して用いられることで前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、
前記被検査材と前記超音波伝搬部材との接触面で反射した前記超音波であって前記超音波伝搬部材内に反射してきた超音波を吸音するための吸音材と、
前記超音波伝搬部材と前記吸音材との間に形成され、前記超音波伝搬部材の材料と前記吸音材の材料とが混在した中間層と
を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記超音波伝搬部材は、前記中間層との接触面に複数のＶ溝が形成されており、
前記Ｖ溝は、角度が６０度〜１００度の範囲で、且つ、ピッチが２．０ｍｍ〜４．１ｍｍの範囲で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記超音波伝搬部材は、ポリスチレンを主材料として形成されてい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】
被検査材との間で超音波を送受信する超音波振動子と、前記超音波振動子と一体的に設けられ、前記被検査材と接触して用いられることで前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、前記被検査材と前記超音波伝搬部材との接触面で反射した前記超音波であって前記超音波伝搬部材内に反射してきた超音波を吸音するための吸音材とを備え、前記被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探触子の製造方法であって、
前記超音波伝搬部材と前記吸音材との間に、前記超音波伝搬部材の材料と前記吸音材の材料とが混在した中間層を形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項５】
前記超音波伝搬部材における前記中間層との接触面に複数のＶ溝を形成し、
前記Ｖ溝を、角度が６０度〜１００度の範囲で、且つ、ピッチが２．０ｍｍ〜４．１ｍｍの範囲で形成することを特徴とする請求項４に記載の超音波探触子の製造方法。
【請求項６】
前記超音波伝搬部材を、ポリスチレンを主材料として形成することを特徴とする請求項４または５に記載の超音波探触子の製造方法。
【請求項７】
前記吸音材を、当該吸音材の材料からなる複数のシート層を積層して形成することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探触子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波を用いて被検査材に存在する欠陥の探傷を行う超音波探触子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、特許文献１には、超音波プローブシュー（超音波伝搬部材）を介して、超音波振動子から被検査材に向けて超音波探傷用の超音波を送信した際に、超音波プローブシューと被検査材との接触面で反射し、超音波プローブシュー内に戻ってきた不要な超音波を吸音するための吸音材を形成した超音波探触子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の記載の超音波探触子では、超音波伝搬部材である超音波プローブシューと被検査材との接触面で反射し、当該超音波伝搬部材の内部に戻ってきた不要な超音波の吸音性能が不十分であった。このため、超音波振動子において、超音波探傷に係る被検査材からの超音波を受信する際に、この不要な超音波をノイズとして受信してしまい、被検査材の超音波探傷を高精度に行うことが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、被検査材の超音波探傷を高精度に行える仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の超音波探触子は、被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探触子であって、前記被検査材との間で超音波を送受信する超音波振動子と、前記超音波振動子と一体的に設けられ、前記被検査材と接触して用いられることで前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、前記被検査材と前記超音波伝搬部材との接触面で反射した前記超音波であって前記超音波伝搬部材内に反射してきた超音波を吸音するための吸音材と、前記超音波伝搬部材と前記吸音材との間に形成され、前記超音波伝搬部材の材料と前記吸音材の材料とが混在した中間層とを有する。
また、本発明は、上述した超音波探触子の製造方法を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被検査材の超音波探傷を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の概略構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すくさびの構成材料を選定するための実験に用いた実験システムの概略構成を示す図である。
【図３】図２に示す実験システムを用いて、図１に示すくさびの構成材料を選定するための実験を行った結果を示す図である。
【図４】図１に示す吸音材を形成するために用いる材料を選定するための実験を説明するための図である。
【図５】図１に示す吸音材を形成するために用いる材料を選定するために、各種の材料を用いて吸音材を形成して図４に示す実験を行った結果を示す図である。
【図６】図４に示す実験の結果得られた反射超音波の時系列波形を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波探触子におけるくさびの形状の一例を示す図である。
【図８】図７に示すくさびのＶ溝の形状を最適化するために、Ｖ溝の頂点に平坦部を形成しないように、Ｖ溝角度及びＶ溝ピッチを変えた複数のくさびを形成して当該くさびを伝搬する反射超音波におけるエコー強度を測定する実験を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。なお、以下に示す本発明の各実施形態では、本発明における被検査材として、溶接鋼管などの溶接部が形成された鋼材を適用した例について説明を行うが、本発明においてはこの溶接部が形成された鋼材に限定されるものではなく、超音波を用いて欠陥を探傷できる物であれば適用可能である。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の概略構成の一例を示す図である。図１に示す超音波探触子１００は、被検査材２００（より具体的に、本実施形態においては、被検査材２００の溶接部２０１）に存在する欠陥の探傷を行うものである。
【００１２】
超音波探触子１００は、図１に示すように、超音波振動子１１１を包蔵する超音波プローブ１１０、くさび１２０、吸音材１３０、及び、中間層１４０を有して構成されている。
【００１３】
超音波プローブ１１０は、その一面に、後述する超音波振動子１１１を複数有しており、当該超音波振動子１１１が配置された面と、くさび１２０とが接するように設置されている。更に、超音波プローブ１１０は、超音波振動子１１１に対する指示信号や超音波振動子１１１が検出した受信信号等を、情報処理装置などの外部装置と通信可能に構成されている。
【００１４】
超音波振動子１１１は、被検査材２００との間で超音波を送受信するものである。本実施形態においては、超音波振動子１１１として複数の超音波振動子が設けられているものとし、複数の超音波振動子１１１が、それぞれタイミングをずらして超音波を送信することで、超音波の送信方向を、電気的に制御・変更することができるようになっている。そのため、後述するくさび１２０を介して、種々の屈折角パターンの超音波（例えば後述する図２の超音波１５０−１〜１５０−９）で、被検査材２００及び後述する図２の被検査材２１０に超音波を進入させることができるようになっている。
【００１５】
くさび１２０は、前記超音波プローブ１１０の超音波振動子１１１が設けられた面に接触して、前記超音波プローブ１１０と一体的に構成されている部材であり、被検査材２００と接して用いられることで、超音波振動子１１１で送受信する超音波を被検査材２００との間で伝搬させる超音波伝搬部材である。
【００１６】
吸音材１３０は、超音波振動子１１１から送信された超音波１５０が被検査材２００とくさび１２０との接触面１６０で反射し、くさび１２０内に反射してきた超音波１５２を吸音するための部材である。
【００１７】
また、図１には、超音波振動子１１１から送信された超音波１５０が接触面１６０で屈折し、被検査材２００（より具体的に、本実施形態においては、被検査材２００の溶接部２０１）の内部に伝搬してきた超音波１５１が示されている。
【００１８】
中間層１４０は、くさび１２０と吸音材１３０との間に形成され、くさび１２０の材料と吸音材１３０の材料とが混在した層である。具体的に、本実施形態においては、中間層１４０は、所定の材料からなるくさび１２０に対して、吸音材１３０を形成するための所定のゴム（後述する図５に示すテロソンゴム）を溶着させる際に形成されるものである。
本発明における「溶着」とは、熱や圧力によって接着することだけに限らず、むしろ、有機溶媒等との化学反応によって、くさび１２０等が溶け、有機溶媒と渾然一体となって再度凝固するような態様を示している。
【００１９】
ここで、本実施形態においては、くさび１２０は、ポリスチレンを主材料として形成されているものとする。この根拠となる実験結果について、図２及び図３を用いて以下に説明する。
【００２０】
図２は、図１に示すくさび１２０の構成材料を選定するための実験に用いた実験システムの概略構成を示す図である。図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
【００２１】
この図２に示す実験システムでは、検査対象として、厚みが１５ｍｍの平板に径が１．５ｍｍの貫通穴２１１をあけた被検査材２１０を用いた。この貫通穴２１１は、超音波探傷により検査すべき欠陥を模擬している。
また、くさび１２０としては、本実施形態に係るポリスチレンを主材料として形成されたくさびと、比較例に係るＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂で形成されたくさびを用いた。この際、ＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂は、非晶性熱可塑性ポリエーテルイミド樹脂を主材料とするものであり、耐熱性及び機械的特性の観点から、本発明者がくさびの構成材料として従来使用していたものである。そして、図２に示す実験システムでは、それぞれの材料からなるくさびを用いて、被検査材２１０の貫通穴２１１をターゲットとして複数の屈折角パターンに係る超音波１５０−１〜１５０−９をそれぞれ送信して、貫通穴２１１からの反射超音波におけるエコー強度を測定した。
また、くさび１２０として用いる材料と吸音材１３０を形成するために用いる材料との組み合わせによっては中間層１４０が形成されないことがあるため、図２に示す実験システムでは、中間層１４０が形成されない場合を想定したシステムを図示しているが、図１に示すような中間層１４０が形成される場合であっても、くさび１２０と吸音材１３０との間に中間層１４０を設けるだけで、同様の説明が成立する。
また、図２では、被検査材２１０とくさび１２０との接触面１６１に各超音波１５０−１〜１５０−９が入射する位置と、貫通穴２１１の中心位置との距離を、Ｙ距離としている。
【００２２】
図３は、図２に示す実験システムを用いて、図１に示すくさび１２０の構成材料を選定するための実験を行った結果を示す図である。
【００２３】
図３（ａ）は、図２に示すＹ距離を５０ｍｍ程度とした際に、本実施形態に係るポリスチレンを主材料として形成されたくさびと、比較例に係るＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂で形成されたくさびをそれぞれ用いて得られた、貫通穴２１１からの反射超音波におけるエコー強度の実験結果を示している。また、図３（ｂ）は、図２に示すＹ距離を１００ｍｍ程度とした際に、本実施形態に係るポリスチレンを主材料として形成されたくさびと、比較例に係るＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂で形成されたくさびをそれぞれ用いて得られた、貫通穴２１１からの反射超音波におけるエコー強度の実験結果を示している。ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す横軸の屈折角パターン番号は、当該番号ｎを１〜９とすると、図２に示す超音波１５０−ｎを送信した場合の屈折角パターンの番号を示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す縦軸の相対エコー強度は、それぞれの図において、屈折角パターン番号が４でポリスチレンを主材料として形成されたくさびを用いて得られた反射超音波におけるエコー強度の最大値を基準としたｌｏｇ比を示している。
【００２４】
この図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す結果から、本実施形態に係るポリスチレンを主材料として形成されたくさびは、比較例に係るＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂で形成されたくさびよりも、貫通穴２１１からの反射超音波における相対的なエコー強度が高いことが分かった。このことから、本実施形態に係るポリスチレンを主材料として形成されたくさびは、比較例に係るＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂で形成されたくさびよりも、内部を伝搬する超音波の減衰が少なく、超音波の伝搬効率が高いことが分かった。
以上の結果から、本実施形態においては、くさび１２０として、ポリスチレンを主材料として形成されているくさびを適用することにした。
【００２５】
次に、図１に示す吸音材１３０を形成するために用いる材料を選定するための実験について、図４〜図６を用いて以下に説明する。
【００２６】
図４は、図１に示す吸音材１３０を形成するために用いる材料を選定するための実験を説明するための図である。図４において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。また、図４に示す実験では、図２及び図３を用いて上述した実験の結果から、くさび１２０として、本実施形態に係るポリスチレンを主材料として形成されているくさびを適用した。また、図４では、図１に示す超音波１５２を模擬するために、超音波振動子１１１をくさび１２０の底面に設置し、くさび１２０の底面から吸音材１３０に向けて送信する超音波を超音波１５２とし、その反射超音波１５３におけるエコー強度を測定する実験の様子を示している。
【００２７】
図５は、図１に示す吸音材１３０を形成するために用いる材料を選定するために、各種の材料を用いて吸音材を形成して図４に示す実験を行った結果を示す図である。
【００２８】
図５（ａ）には、形成した吸音材を識別するための試料番号、当該吸音材を形成する際に用いた材料が記載されている。具体的に、図５（ａ）の試料番号１及び２は、接着剤用のエポキシ樹脂を用いて形成した吸音材を示し、図５（ａ）の試料番号３及び４は、接着剤用のシリコン樹脂を用いて形成した吸音材を示し、図５（ａ）の試料番号５及び６は、変性シリコン樹脂を用いて形成した吸音材を示し、図５（ａ）の試料番号７は、ポリウレタン樹脂を用いて形成した吸音材を示している。また、図５（ａ）の試料番号８は、図５（ｂ）に示す用途に用いられ、且つ、図５（ｂ）に示す成分（クロロプロピレンゴム：３５％程度，有機溶剤（具体的にはノルマルヘキサンを主成分とする溶剤）：６５％程度）からなる、旧テロソンコーポレーション社製のゴム（図５において「テロソンゴム」と称する）を用いて形成した吸音材を示している。また、図５（ａ）の試料番号９は、図５（ｂ）に示す用途に用いられ、且つ、図５（ｂ）に示す成分（未加硫炭化水素樹脂，合成ゴム，テトラクロロエチレン）からなる、コロンブス社製のゴム（図５において「コロンブスゴム」と称する）を用いて形成した吸音材を示している。
【００２９】
また、図４に示す実験では、実験精度の向上を図る等の目的で、図５（ａ）に示すように、既存の３種類の超音波探触子を用いて行った。具体的に、図５（ａ）に示す探触子［１］において、ＫＢ−ＡＥＲＯＴＥＣＨはクラウトクレーマー社製超音波探触子のシリーズ名を示し、５ＭＨｚは送信する超音波の周波数を示し、Ｄ＝１２．７ｍｍは超音波振動子の径を示している。同様に、図５（ａ）に示す探触子［２］において、ＢＥＮＣＨＭＡＲＫはクラウトクレーマー社製超音波探触子のシリーズ名を示し、５ＭＨｚは送信する超音波の周波数を示し、Ｄ＝１２．７ｍｍは超音波振動子の径を示している。また、図５（ａ）に示す探触子［３］において、Ｂ５Ｓ−Ｎは探触子の種別を示し、５ＭＨｚは送信する超音波の周波数を示し、Ｄ＝２４ｍｍは超音波振動子の径を示している。そして、図５（ａ）に示す実験結果には、このような３種類の超音波探触子をそれぞれ用いて、上述した試料番号１〜９の吸音材をそれぞれ形成した図４の試験材に対して超音波１５２を送信し、その反射超音波１５３におけるエコー強度の測定結果が数字で示されている。
【００３０】
図４に示す試験材において、反射超音波１５３は、被検査材に届くことなくくさび１２０内で生じる反射波であるため、被検査材を検査するうえでは、反射超音波１５３におけるエコー強度が小さい方が吸音材１３０における吸音特性が優れていると考えられるため、図５（ａ）に示す数字が小さい方が吸音材１３０を形成するために用いる材料として好適であるといえる。
図５（ａ）では、これを評価として示している。図５（ａ）の場合、◎の評価が一番良いことを示しており、その他の評価については、○，△，×の順に評価が良いことを示している。
【００３１】
図５（ａ）に示す実験結果から、本実施形態においては、吸音材１３０を形成するために用いる材料として、図５に示すテロソンゴムを適用することにした。
より具体的には、図５（ａ）において、試料番号１の接着剤用のエポキシ樹脂は、本発明者が吸音材１３０を形成するために用いる材料として従来使用していたものである。この点、図５（ａ）に示す実験結果から、本実施形態に係るテロソンゴム（試料番号８）を用いて形成した吸音材１３０は、比較例に係る接着剤用のエポキシ樹脂（試料番号１）を用いて形成した吸音材よりも（更には、その他の試料番号２〜７、９を用いて形成した吸音材よりも）、吸音特性が良いことが分かる。そして、本発明者は、この要因を探るべく、図４に示す試験材を解析したところ、比較例に係る接着剤用のエポキシ樹脂（試料番号１）を用いて形成した吸音材では、図４（ａ）に示すように、ポリスチレンを主材料として形成されているくさび１２０に直に接して当該吸音材が形成されていたのに対して、本実施形態に係るテロソンゴム（試料番号８）を用いて形成した吸音材１３０では、図４（ｂ）に示すように、ポリスチレンを主材料として形成されているくさび１２０と当該吸音材１３０との間に中間層１４０が形成されていた点で違いがあった。
また、テロソンゴムを用いて形成した吸音材１３０では、吸音材１３０の製造過程で、テロソンゴムに含まれる有機溶媒の揮発成分によって、吸音材中に気泡が生じているという点でも違いがあった。
【００３２】
そして、本発明者がこの中間層１４０について検証したところ、この中間層１４０は、ポリスチレンを主材料として形成されているくさび１２０に対して吸音材１３０を形成するためのテロソンゴムを溶着させた際に、当該テロソンゴムに含まれている図５（ｂ）に示す有機溶剤（具体的にはノルマルヘキサンを主成分とする溶剤）がくさび１２０を溶かし、この作用によって形成された、当該くさび１２０の材料と当該吸音材１３０の材料とが混在した層であることが分かった。そして、本発明者は、図４（ｂ）に示す中間層１４０が形成される場合の反射超音波１５３ｂのエコー強度が、図４（ａ）に示す中間層１４０が形成されない場合の反射超音波１５３ａのエコー強度よりも小さくなる要因として以下の考えに至った。図４（ａ）の場合は、くさび１２０と吸音材１３０との音響インピーダンスの差が大きいため、その接触面を通過する超音波１５４ａが相対的に少なくなってその接触面で反射する反射超音波１５３ａが相対的に多くなると考え、これに対して、図４（ｂ）の場合は、くさび１２０と吸音材１３０との間に中間層１４０が存在することにより、くさび１２０と中間層１４０との音響インピーダンスの差がくさび１２０と吸音材１３０との音響インピーダンスの差よりも小さいため、図４（ａ）の場合と比較して接触面を通過する超音波１５４ｂが相対的に多くなってその接触面で反射する反射超音波１５３ｂが相対的に少なくなると考えた。即ち、本発明者は、くさび１２０と吸音材１３０との間に中間層１４０を形成することにより、くさび１２０の音響インピーダンスと吸音材１３０の音響インピーダンスとの不連続性を緩和することを想到した。
【００３３】
図６は、図４に示す実験の結果得られた反射超音波１５３の時系列波形を示す図である。図６（ａ）は、基準となる反射超音波１５３の時系列波形を示すものであって、図４（ａ）において、吸音材１３０は形成せずにポリスチレンを主材料として形成されているくさび１２０のみ（即ち、吸音材１３０を設けない）を試験材として、その反射超音波１５３の時系列波形をとったものである。また、図６（ｂ）は、図４（ａ）に示す試験材の反射超音波１５３ａの時系列波形をとったものであり、図６（ｃ）は、図４（ｂ）に示す試験材の反射超音波１５３ｂの時系列波形をとったものである。
なお、図６（ａ）〜図６（ｃ）の横軸は、経過時間と各図に示されている（超音波の）音速とに基づき算出される伝搬時間を示し、図６（ａ）〜図６（ｃ）の縦軸は、入力超音波のエコー強度に増幅ゲインの値を掛けた値を１００％とした相対エコー強度（％）を示している。また、図６（ａ）〜図６（ｃ）には、それぞれの反射超音波１５３の時系列波形を取得した際の設定感度を表すゲインの値が示されている。
【００３４】
図６（ａ）において、ピーク位置６１１のエコー強度は、くさび１２０のみの試験材について当該くさび１２０を超音波が１往復した時点における反射超音波１５３のエコー強度を示しており、また、ピーク位置６１２のエコー強度は、当該くさび１２０を超音波が２往復した時点における反射超音波１５３のエコー強度を示している。
【００３５】
図６（ｂ）において、ピーク位置６２１のエコー強度は、図４（ａ）に示す試験材についてくさび１２０を超音波が１往復した時点における反射超音波１５３ａのエコー強度を示しており、また、ピーク位置６２２のエコー強度は、当該くさび１２０を超音波が２往復した時点における反射超音波１５３ａのエコー強度を示している。また、図６（ｂ）の領域６２３には、図４（ａ）に示す超音波１５４ａが吸音材１３０の上面で反射することにより発生した反射超音波のエコー強度が示されている。
【００３６】
図６（ｃ）において、ピーク位置６３１のエコー強度は、図４（ｂ）に示す試験材についてくさび１２０を超音波が１往復した時点における反射超音波１５３ｂのエコー強度を示しており、また、ピーク位置６３２のエコー強度は、当該くさび１２０を超音波が２往復した時点における反射超音波１５３ｂのエコー強度を示している。また、図６（ｂ）の領域６２３に対応する図６（ｃ）の領域６３３には、図４（ｂ）に示す超音波１５４ｂが吸音材１３０の上面で反射することにより発生した反射超音波のエコー強度が示されるはずであるが、図６（ｃ）では当該反射超音波は検出されていない。
ここで図６（ｂ）及び図６（ｃ）を比較すると、図６（ｂ）のピーク位置６２１のエコーに比べ、図６（ｃ）のピーク位置６３１のエコーの強度が９ｄＢ程度小さくなっているが、この差は、中間層１４０の存在により、くさび１２０と吸音材１３０の間の音響インピーダンスの急激な変化が緩和されることに起因するものと考えられる。従って、中間層１４０が存在することで、エコーが減衰することが分かる。
また、図６（ｂ）の領域６２３のエコーに比べて、図６（ｃ）の領域６３３のエコーが略消滅しているが、この差は、エポキシ樹脂及びテロソンゴムの吸音性能によるものであると考えられる。つまり、エポキシ樹脂とテロソンゴムの吸音材の差として、テロソンゴムの場合であれば、上記中間層１４０の存在とともに、吸音材生成中に、テロソンゴムに含まれる有機溶媒中の揮発成分が揮発することによって、吸音材中に気泡が生じることが考えられるが、その気泡の効果としてエコーが散乱されると考えられる。即ち、中間層１４０及び吸音材１３０中の気泡とによって、エコーが減衰することが分かる。
【００３７】
次に、本実施形態に係る超音波探触子１００の製造方法（具体的には、吸音材１３０の製造方法）について説明する。
【００３８】
本実施形態における吸音材１３０は、少なくとも、くさび１２０を伝搬する超音波の波長以上の厚みを有している必要がある。一方、使用する超音波プローブ１１０は広帯域の周波数における超音波を発振する場合が多く、これらの超音波に対応するためには、吸音材１３０を数ｍｍ（ここでは４ｍｍ程度）の厚みで形成する必要がある。
【００３９】
しかしながら、本実施形態における吸音材１３０を形成するために用いるテロソンゴムは、揮発性の有機溶剤を含んでいることに加え、軟らかいため、厚みを持たせて硬化させることが困難である。そこで、本実施形態においては、吸音材１３０を製造する際に、テロソンゴムを硬化させた複数のシート層を予め作製しておき、これらのシート層を順次積層して溶着させることにより、吸音材１３０を形成する。これにより、厚みの厚い吸音材１３０を確実に形成することができるとともに、その製造工期を短縮することも可能となる。
【００４０】
以上説明したように、第１の実施形態に係る超音波探触子では、超音波伝搬部材であるくさび１２０と吸音材１３０との間に、くさび１２０の材料と吸音材１３０の材料とが混在した中間層１４０を形成するようにしたので、くさび１２０の音響インピーダンスと吸音材１３０の音響インピーダンスとの不連続性を緩和することができる。これにより、くさび１２０と被検査材２００との接触面１６０で反射し、くさび１２０の内部に戻ってきた不要な超音波１５２の吸音性能を向上させることができるため、被検査材２００の超音波探傷を高精度に行うことができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４２】
上述した第１の実施形態に係る超音波探触子では、くさび１２０と吸音材１３０との間に中間層１４０を形成することにより、くさび１２０内を伝搬する不要な超音波１５２の吸音性能を向上させるものであった。これに対して、第２の実施形態に係る超音波探触子では、くさび１２０における吸音材１３０側の界面に複数のＶ溝を形成し、当該Ｖ溝の形状を最適化することにより、くさび１２０内を伝搬する不要な超音波１５２の吸音性能を向上させるものである。
【００４３】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る超音波探触子におけるくさび１２０の形状の一例を示す図である。
本実施形態においては、図７に示すように、くさび１２０には、吸音材１３０側の界面に複数のＶ溝７１０を形成する。ここでは、複数のＶ溝７１０について、図７に示すように、Ｖ溝角度７１１、Ｖ溝ピッチ７１２及び溝深さ７１３を定義する。ここで、本実施形態では、Ｖ溝７１０が形成されることによって生じるくさび１２０先端の三角形状の頂点部分（単に、「Ｖ溝７１０の頂点」と称する）には、平坦部分が形成されないものとする。そうすることで、Ｖ溝角度７１１及びＶ溝ピッチ７１２の値が決まれば、必然的に溝深さ７１３の値が決まる関係となる。
【００４４】
そして、本発明者は、図７に示すＶ溝７１０の形状を最適化するために、Ｖ溝角度７１１及びＶ溝ピッチ７１２を変えた複数のくさび１２０を作製し、図４で説明した場合と同様に、当該くさび１２０の底面に超音波振動子１１１を設置して、当該くさび１２０の底面から吸音材１３０に向けて送信する超音波を超音波１５２とし、その反射超音波１５３におけるエコー強度を測定する実験を行った。
【００４５】
図８は、図７に示すくさび１２０のＶ溝７１０の形状を最適化するために、Ｖ溝７１０の頂点に平坦部を形成しないように、Ｖ溝角度７１１及びＶ溝ピッチ７１２を変えた複数のくさびを形成して当該くさびを伝搬する反射超音波１５３におけるエコー強度を測定する実験を行った結果を示す図である。なお、図８に示す実験の結果は、吸音材１３０等を形成せずにくさび１２０のみを形成して行った実験の結果である。
【００４６】
図８には、形成したくさび１３０を識別するための試料番号、当該くさび１３０のＶ溝角度７１１、当該くさび１３０のＶ溝ピッチ７１２、当該くさび１３０の溝深さ７１３が記載されている。具体的に、図８の試料番号１は、Ｖ溝角度７１１が５０度、Ｖ溝ピッチ７１２が１．６ｍｍ、溝深さ７１３が１．７ｍｍのＶ溝７１０を形成したくさびを示し、図８の試料番号２は、Ｖ溝角度７１１が６０度、Ｖ溝ピッチ７１２が２．０ｍｍ、溝深さ７１３が１．７ｍｍのＶ溝７１０を形成したくさびを示し、図８の試料番号３は、Ｖ溝角度７１１が９０度、Ｖ溝ピッチ７１２が３．４ｍｍ、溝深さ７１３が１．７ｍｍのＶ溝７１０を形成したくさびを示し、図８の試料番号４は、Ｖ溝角度７１１が１００度、Ｖ溝ピッチ７１２が４．１ｍｍ、溝深さ７１３が１．７ｍｍのＶ溝７１０を形成したくさびを示している。
【００４７】
また、図８に示す実験では、実験精度の向上を図る等の目的で、図５（ａ）と同様に、既存の３種類の超音波探触子［１］〜［３］を用いて行った。そして、図８に示す実験結果には、この３種類の超音波探触子［１］〜［３］をそれぞれ用いて、上述した試料番号１〜４のくさびに対して超音波１５２を送信し、その反射超音波１５３におけるエコー強度の測定結果が数字で示されている。
【００４８】
図８に示す実験結果では、図５（ａ）と同様に、反射超音波１５３におけるエコー強度が小さい方が、くさび内を伝搬する不要な超音波１５２の吸音特性が優れていると考えられるため、図８に示す数字が小さいくさびの方が好適であるといえる。図８では、これを評価として示している。図８の場合、◎の評価が一番良いことを示しており、その他の評価については、○，×の順に評価が良いことを示している。
【００４９】
図８に示す実験結果から、本発明者は、本実施形態におけるくさび１２０として、評価が◎または○の試料番号２〜４のくさびを選定した。即ち、本実施形態におけるくさび１２０は、Ｖ溝７１０のＶ溝角度７１１が６０度〜１００度の範囲で、且つ、Ｖ溝７１０のＶ溝ピッチ７１２が２．０ｍｍ〜４．１ｍｍの範囲で形成されているものとする。
【００５０】
ここで、第２の実施形態に係る超音波探触子としては、例えば、図１に示す第１の実施形態に係る超音波探触子１００と同様の概略構成を有するものを適用することができ、この場合、図１に示すくさび１２０の部分に、図７に示すくさび１２０を適用した態様を採る。即ち、この態様の超音波探触子の場合、図７に示すくさび１２０は、図１に示す中間層１４０との接触面に複数のＶ溝７１０が形成されるものとなる。
【００５１】
また、第２の実施形態に係る超音波探触子としては、くさび１２０内を伝搬する不要な超音波１５２の吸音性能を向上させるという観点からは、第１の実施形態における中間層１４０を形成した上で、本実施形態におけるくさび１２０の最適なＶ溝７１０の形状を適用する上述した態様がより好適ではあるが、本発明おいてはこの態様に限定されるものではない。即ち、本発明おいては、本実施形態におけるくさび１２０の最適なＶ溝７１０の形状を適用することのみによっても、くさび１２０内を伝搬する不要な超音波１５２の吸音性能を向上させることができるため、第１の実施形態における中間層１４０を形成することなく、本実施形態におけるくさび１２０の最適なＶ溝７１０の形状を適用する態様も、本発明に含まれる。即ち、この態様の超音波探触子の場合、図７に示すくさび１２０は、図１に示す吸音材１３０との接触面に複数のＶ溝７１０が形成されるものとなる。
【００５２】
以上説明したように、第２の実施形態に係る超音波探触子では、超音波伝搬部材であるくさび１２０の吸音材１３０側の界面に複数のＶ溝７１０を形成し、くさび１２０内を伝搬する不要な超音波１５２の吸音特性の観点から当該Ｖ溝７１０の形状を最適化するようにしたので、不要な超音波１５２の吸音性能を向上させることができ、被検査材２００の超音波探傷を高精度に行うことができる。
【００５３】
なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  超音波探触子、１１０  超音波プローブ、１１１  超音波振動子、１２０  くさび（超音波伝搬部材）、１３０  吸音材、１４０  中間層、１５０〜１５２  超音波、１６０  接触面、２００  被検査材、２０１  溶接部
【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】
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【図７】
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【図８】
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