(57)【要約】【課題】様々な形状を有する被検体に対する検査を容易にするとともに、欠陥等の検出精度悪化を抑制することができる超音波探触子を提供する。【解決手段】外部から入力された駆動信号に基づいて被検体５０へ入射させる超音波を発生する複数の圧電素子、および、複数の圧電素子を保持するとともに可撓性を有する被覆部を少なくとも有する板状に形成された振動子１２と、可撓性を有するとともに、相対的に音響インピーダンスの値が被検体５０の音響インピーダンスの値に近い材料を用いて板状に形成され、振動子１２および被検体５０の間に配置される整合部１０と、可撓性を有するとともに、相対的に音響インピーダンスの値が振動子１２の音響インピーダンスの値に近い材料を用いて板状に形成され、整合部１０との間に振動子１２を挟んで配置されるダンパー部１３と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力された駆動信号に基づいて被検体へ入射させる超音波を発生する格子状に配置された複数の圧電素子、および、前記複数の圧電素子を保持するとともに可撓性を有する被覆部を少なくとも有する板状に形成された振動子と、
可撓性を有するとともに、相対的に音響インピーダンスの値が前記被検体の音響インピーダンスの値に近い材料を用いて板状に形成され、前記振動子および前記被検体の間に配置される整合部と、
可撓性を有するとともに、相対的に音響インピーダンスの値が前記振動子の音響インピーダンスの値に近い材料を用いて板状に形成され、前記整合部との間に前記振動子を挟んで配置されるダンパー部と、
が設けられていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記振動子は、１つであ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】
複数の前記振動子が設けられ、複数の前記振動子は面状に並んで配置されていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる非破壊検査では、超音波を用いて材料や構造体などの被検体に含まれる欠陥や傷の検出（探傷とも言う。）や、寸法の測定や、材質の検査などを行うことができる。この非破壊検査に用いられる超音波は、超音波探触子において超音波パルスとして発生され、超音波は超音波探触子から被検体に入射している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１４３１６３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、被検体の検査地点が平らな面である場合には、超音波探触子の探傷面を検査地点に密着させやすい。そのため、超音波探触子で発生させた超音波を被検体に入射させやすいとともに、被検体の欠陥等から反射した反射波が超音波探触子に入射しやすい。言い換えると、被検体の欠陥等の検出精度を高めやすい。
【０００５】
しかしながら、被検体の検査地点は平らな面であるとは限られず、曲面であったり、凹凸を有する面であったりすることもある。このような場合、特許文献１に記載された超音波探触子では、探傷面を検査地点に密着させることは難しく、隙間が形成されやすくなる。すると、超音波探触子から被検体に入射しない超音波の割合が増えたり、超音波探触子に入射しない欠陥等から反射した反射波の割合が増えたりすることになる。その結果、検査地点が平らな面である場合と比較して、被検体の欠陥等の検出精度が悪化しやすいという問題があった。
【０００６】
また、超音波探触子の探傷面を、被検体の検査地点の形状に応じて形成することにより、被検体の検査地点が曲面等であっても、探傷面を検査地点に密着させる方法が知られている。しかしながら、この方法では特定の形状を有する検査地点に対してのみ、探傷面を検査地点に密着させることができ、それ以外の形状では密着させることは難しい。つまり、被検体の欠陥等の検出精度悪化を防ぐためには、被検体の検査地点形状の数だけ超音波探触子を準備する必要があり、検出に要する費用が嵩むという問題があった。
【０００７】
その他に、探傷面に可撓性を持たせた探触子も知られている。この探触子場合には、探傷面が被検体の検査地点の形状に追従して変形するため、両者を密着させやすい。しかしながら、このような探触子の場合には、被検体に入射させる超音波の帯域が狭く、時間分解能が要求される測定を行いにくいという問題があった。例えば、被検体の表面直下に存在する傷の探傷には適さない、薄板の厚さ測定に適さないという問題があった。
【０００８】
本考案は、上記の課題を解決するためになされたものであって、様々な形状を有する被検体に対する検査を容易にするとともに、欠陥等の検出精度悪化を抑制することができる超音波探触子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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本考案は、以下の手段を提供する。
本発明の超音波探触子は、外部から入力された駆動信号に基づいて被検体へ入射させる超音波を発生する格子状に配置された複数の圧電素子、および、前記複数の圧電素子を保持するとともに可撓性を有する被覆部を少なくとも有する板状に形成された振動子と、可撓性を有するとともに、相対的に音響インピーダンスの値が前記被検体の音響インピーダンスの値に近い材料を用いて板状に形成され、前記振動子および前記被検体の間に配置される整合部と、可撓性を有するとともに、相対的に音響インピーダンスの値が前記振動子の音響インピーダンスの値に近い材料を用いて板状に形成され、前記整合部との間に前記振動子を挟んで配置されるダンパー部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本考案の超音波探触子によれば、可撓性を有する振動子、整合部およびダンパー部が設けられているため、整合部を被検体に密着させやすい。さらに、ダンパー部が設けられているため、ダンパー部が設けられていない場合と比較して、広帯域の超音波を被検体に入射させることができる。コンポジット振動子を用いるため、それ以外の振動子を用いた場合と比較して、感度を高くすることができる。
【００１１】
上記考案において前記振動子は、１つであることが好ましい。
このように振動子を１つとすることにより、振動子に駆動信号を伝達する配線などのように超音波探傷子の構成を簡略化しやすくなる。
【００１２】
上記考案においては、複数の前記振動子が設けられ、複数の前記振動子は面状に並んで配置されていることが好ましい。
このように複数の振動子を並べて配置することにより、超音波振動子の可撓性を確保しつつ、大型化を図りやすくなる。なお、複数の超音波振動子は一方向に並べられることにより面状に配置されてもよいし、マトリクス状に並べられることにより面状に配置されてもよい。さらに、面状には平面状が含まれると共に曲面状も含まれる。
【考案の効果】
【００１３】
本考案の超音波探触子によれば、可撓性を有する振動子、整合部およびダンパー部が設けられているため、整合部を被検体に密着させやすく様々な形状を有する被検体に対応しやすくなるという効果を奏する。また、ダンパー部が設けられているため、ダンパー部が設けられていない場合と比較して、広帯域の超音波を被検体に入射させることができ、欠陥等の検出精度悪化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本考案に係る超音波探触子の一実施形態を説明する図であり、図１（ａ）は超音波探触子の正面視図であり、図１（ｂ）は上面視図である。
【図２】図１におけるプローブ部の概略構成を説明する断面図である。
【図３】プローブ部から被検体へ超音波が入射する状態を説明する模式図であり、図１（ａ）は本考案に係るプローブ部、図１（ｂ）は従来のプローブ部における状態を説明する図である。
【図４】図１の超音波探触子における超音波の波形および周波数分布を説明する図である。
【図５】従来の超音波探触子における超音波の波形および周波数分布を説明する図である。
【図６】図１の超音波探触子の適用例を説明する模式図である。
【図７】図１の超音波探触子の別の適用例を説明する模式図である。
【図８】図１の超音波探触子の更に別の適用例を説明する模式図である。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
以下、本考案の一実施形態に係る超音波探触子ついて図１から図８を参照しながら説明する。本実施形態の超音波探触子１は、被検体５０に含まれる欠陥や傷の検査を行う超音波探傷に用いられるものである。
【００１６】
超音波探触子１には、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、被検体５０と接触する部分であって可撓性を有する板状に形成されたプローブ部１０と、プローブ部１０を保持する筺体部２０と、から主に構成されている。
【００１７】
プローブ部１０は薄板状に形成され、筺体部２０から一方向に突出して延びて配置されるものである。さらに、プローブ部１０は、プローブ部１０の板厚方向へ自由に屈曲可能なものでもある。本実施形態では、プローブ部１０の厚さが２ｍｍである例に適用して説明する。
【００１８】
本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、プローブ部１０が長方形状の板状に形成された例に適用して説明するが、プローブ部１０は薄板状に形成されていればよく、上面視における形状を特に限定するものではない。
【００１９】
プローブ部１０は、図２に示すように、整合層（整合部）１１と、振動子１２と、ダンパー材（ダンパー部）１３と、保護ゴム１４と、から主に構成され、これらを順に積層して形成されている。また、整合層１１と振動子１２との間、および、ダンパー材１３と保護ゴム１４との間には、両者を接着する接着剤の層である接着層１５が設けられている。なお、接着層１５を構成する接着剤としては、超音波探触子１の分野で可撓性を有する公知の接着剤を用いることができ、特に限定するものではない。
【００２０】
整合層１１は、超音波探傷の際に被検体５０と接触するものであり、被検体５０へ音の通りをよくするためのものである。整合層１１を構成する材料としては、可撓性を有するとともに、音響インピーダンスの値が相対的に（例えば、振動子１２と比較して）被検体５０に近い材料、具体的には、樹脂材料を挙げることができる。本実施形態では、整合層１１が上記の樹脂材料から形成された樹脂フィルムである例に適用して説明する。
【００２１】
振動子１２は、超音波探傷に用いられる超音波を発生させる板状の部材であり、本実施形態では以下に説明するコンポジット振動子と呼ばれる振動子を用いる例に適用して説明する。
【００２２】
振動子１２には、外部から入力される印加電圧（駆動信号）に基づいて超音波を発生する複数の圧電セラミクスである圧電素子と、複数の圧電素子を覆うと共に可撓性を有する被覆材（被覆部）と、から主に構成されている。圧電素子は格子状に並んで配置され、圧電素子と圧電素子との間には被覆材が配置されている。この被覆材が圧縮、伸長することにより、振動子１２は可撓性を有することになる。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、振動子１２は、プローブ部１０における先端側の中央に、中心軸線Ｌに沿って延びる矩形状に配置されている。振動子１２を挟んで両側には、振動子１２に超音波を発生させるための印加電圧を供給する配線部１６が配置されている。この配線部１６についても、可撓性を有する材料で形成されていることが好ましい。
【００２４】
なお、本実施形態における振動子１２は、複数の振動子１２が中心軸線Ｌに沿って並んでアレイ状に配置されたものであってもよいし、１枚の振動子１２が配置されたものであってもよく、特に限定するものではない。
【００２５】
複数の振動子１２をアレイ状に配置した場合には、プローブ部１０における可撓性を確保しつつ、その面積の大型化を図りやすくなる。また、１枚の振動子１２を配置した場合には、振動子に駆動信号を伝達する配線部１６などの構成を簡略化しやすくなる。
【００２６】
ダンパー材１３は、図２に示すように、振動子１２における自由振動を抑制するものであり、少なくとも振動子１２が配置されている領域に配置されるものである。言い換えると、電圧の印加が終了した振動子１２の振動エネルギを吸収し、振動子１２の振動を収束させるものである。ダンパー材１３を構成する材料としては、可撓性を有するとともに、音響インピーダンスの値が相対的に（例えば、被検体５０と比較して）振動子１２に近い材料を挙げることができる。
【００２７】
保護ゴム１４は、プローブ部１０における被検体５０と接触しない面を覆うものであり、上述の振動子１２やダンパー材１３などを保護するものである。保護ゴム１４としては、可撓性を有する材料であり、かつ、振動子１２やダンパー材１３などを保護できるものであればよく、特に限定するものではない。
【００２８】
筺体部２０は、図１に示すように、プローブ部１０を保持するものであり、また、非破壊探傷を行う検査員が超音波探触子１を把持する部分でもある。筺体部２０には、超音波探触子１を駆動制御する印加電圧や、振動子１２が検知した反射波の検出信号が伝達されるケーブル２２が取り付けられるコネクタ２１が設けられている。
【００２９】
次に、上記の構成からなる超音波探触子１における帯域特性などについて説明する。
超音波探触子１を用いて超音波探傷を行う場合には、図３（ａ）に示すように、プローブ部１０における整合層１１を被検体５０に接触させ、振動子１２で発生させた超音波を被検体５０に入射させる。なお、図３（ｂ）には比較対象である従来のダンパー材が設けられていない超音波探触子のプローブ部１０Ｐを示している。
【００３０】
さらに、本実施形態の超音波探触子１を用いた際の超音波の波形、および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）後の結果である周波数分布について説明する。超音波を測定した際の条件は次の通りである。周波数は５ＭＨｚ、被検体５０はポリスチレン、測定方法は一探エコー法。
【００３１】
本実施形態の超音波探触子１を用いた際の超音波の波形は、図４（ａ）に示す通りとなり、ＦＦＴの結果は、図４（ｂ）に示す通りとなった。これに対して図３（ｂ）に示す従来の超音波探触子１Ｐを用いた際の超音波の波形は、図５（ａ）に示す通りとなり、ＦＦＴの結果は、図５（ｂ）に示す通りとなった。
【００３２】
超音波の波形に注目すると、本実施形態の超音波探触子１は、振動子１２に電圧を印加すると３つのピークを有する超音波が生成され、その後、超音波の振幅は速やかに収束している。その一方で、従来の超音波探触子１Ｐは、超音波の振幅が緩やかに収束している。
【００３３】
また、ＦＦＴの結果に注目すると、本実施形態の超音波探触子１の超音波には５ＭＨｚ付近を中心として幅広い帯域の周波数成分が含まれているのに対し、従来の超音波探触子１は、同じく５ＭＨｚ付近を中心としても、超音波に含まれる周波数成分の帯域が狭い。
【００３４】
次に、本実施形態の超音波探触子１の適用例について図６から図８を参照しながら説明する。
溶接によるビード５２などの凹凸面を有する被検体５０に本実施形態の超音波探触子１を適用すると、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すようになる。超音波探触子１のプローブ部１０は可撓性を有するため、被検体５０の凹凸面に追従することができ密着することができる。
【００３５】
従来は斜角探触子１Ｓを用いてビード５２に含まれる、または、ビード５２の近傍に存在する欠陥５１を遠方から検査していた。これに対して、本実施形態の超音波探触子１では、より近い位置であるビード５２の上から欠陥５１を検査することができる。
【００３６】
うねるような凹凸面を有する被検体５０に本実施形態の超音波探触子１を適用すると、図７（ａ）に示すようになる。超音波探触子１のプローブ部１０は可撓性を有するため、被検体５０の凹凸面に追従することができ密着させやすい。そのため、凹凸面を有する被検体５０の検査が容易にできる。
【００３７】
また、被検体５０の近傍に他の構造物が配置され、両者の隙間に超音波探触子１のプローブ部１０を差し込んだ状態が図７（ｂ）となる。この場合、隙間の幅Ｗが、従来のプローブを差し込むことができないほど狭隘（例えば、１０ｍｍ以下）であっても、被検体５０の欠陥５１の検査を行うことができる。
【００３８】
被検体５０における曲率半径が小さい面に超音波探触子１を適用すると、図７（ｃ）に示すようになる。この場合、曲率半径Ｒが、従来のプローブでは密着できないほど極小であっても、被検体５０にプローブ部１０を密着させることができる。具体的にはガスタービンの部品などを例示することができる。また、小径の棒が被検体５０の場合には、図８（ａ）に示すようになる。ここでは、この場合、直径が、従来のプローブでは密着できないほど小さな丸棒の円周面にプローブ部１０が配置されている。プローブ部１０には可撓性があるため、これらの場合であっても被検体５０にプローブ部１０を密着させることができ、検査を行うことができる。
【００３９】
また、被検体５０が複数の径が異なるパイプであっても、図８（ｂ）に示すように、一つの超音波探触子１で検査を行うことができる。つまり、被検体５０であるパイプの円周面の曲率が様々に変化しても、可撓性によってプローブ部１０は被検体５０に密着することができ、検査を行うことができる。
【００４０】
上述の超音波探触子１では、プローブ部１０を被検体５０に直接接触させる例に適用して説明したが、その他に、ギャップ方式や、水深探傷に適用することもでき、特にその方法を限定するものではない。
【００４１】
上記の構成の超音波探触子１によれば、可撓性を有する振動子１２、整合層１１およびダンパー材１３などから構成されているため、整合層１１を被検体に密着させやすい。そのため、様々な形状を有する被検体に対する検査を容易にすることができる。
【００４２】
また、ダンパー材１３が設けられているため、ダンパー材１３が設けられていない場合と比較して、広帯域の超音波を被検体５０に入射させることができる。そのため、欠陥等の検出精度悪化を抑制することができる。さらに、振動子１２としてコンポジット振動子を用いるため、それ以外の振動子を用いた場合と比較して、感度を高くすることができる。
【００４３】
なお、本考案の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述の実施形態では、被検体５０としてポリスチレンが用いられた例について触れたが、本実施形態の超音波探触子１が検査できる被検体５０としては、ポリスチレン以外の樹脂や、金属や、複合材料（炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）など）や、木材や、コンクリートや、人体などを挙げることができる。
【００４４】
人体における検査部位としては首や胸を例示することができる。首が検査部位の場合には、例えば頸動脈を検査することが可能となり、胸が検査部位の場合には、例えば乳がんを検査することが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１…超音波探触子、１１…整合層（整合部）、１２…振動子、１３…ダンパー材（ダンパー部）
【図２】
0003191253.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003191253.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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