【手続補正書】
【提出日】平成20年4月14日(2008.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  既知の位置座標を有するフェーズドアレイ機構の複数の要素から放射されて、表面と中心を有する球状ワークピースに向けられる超音波を、あらかじめ選択された焦点に同時に、かつ同位相で到達するように集束させる方法であって、
それぞれが、前記フェーズドアレイ機構の前記要素の１つに対応し、また、それぞれが、第１の空間軸を中心とする回転を表わす第１の角度θpと、第２の空間軸を中心とする回転を表わす第２の角度φpにより、前記球状ワークピースの中心の位置に対して一意に定められた、前記球状ワークピースの表面上の複数の好ましい屈折点の位置を、反復プロセスを用いて計算するステップと、
前記要素から放射された前記波の相対的タイミングに係わるパルス発射時間を、前記フェーズドアレイ機構の要素ごとに計算するステップと、
前記フェーズドアレイ機構の複数の要素からの超音波を、あらかじめ選択された焦点に同時に、かつ同位相で前記球状ワークピースに向けるステップと
を含む超音波を集束させる方法。
【請求項２】  前記少なくとも１つの好ましい屈折点の位置を計算するステップは、
（ａ）前記フェーズドアレイ機構の１つの要素に対応するθiの初期値を選択するサブステップと、
（ｂ）前記１つの要素に対応する可能性のある屈折点の位置を定める新たなθpとφpの値を、前記θiの初期値に基づいて計算するサブステップと、
（ｃ）前記１つの要素から放射された波が、前記あらかじめ選択された焦点を通るように、前記計算された新たなθpとφpの値が、前記球状ワークピースの表面上の１点を定めているかどうか判定するサブステップと、
（ｄ）前記１つの要素から放射された波が、前記あらかじめ選択された焦点を通るようには、前記計算された新たなθpとφpの値が、前記球状ワークピースの表面上の１点を定めていない場合に、あらかじめ選択された増分因子の関数として、新たなθiの初期値を計算し、次に、サブステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返すサブステップと、
（ｅ）前記フェーズドアレイ機構のそれぞれの要素に対して、サブステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すサブステップと
を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】  前記新たなθpとφpの値を計算するサブステップは、角度φe、θe、φf、θfの関数であって、前記角度φe、θeは、前記球状ワークピースの中心に対する前記フェーズドアレイの前記１つの要素の位置を定め、前記角度φf、θfは、前記球状ワークピースの中心に対する前記焦点の位置を定める請求項２記載の方法。
【請求項４】  前記新たなθpとφpの値を計算するサブステップは、さらに、角度βとβfの関数であって、前記角度βは、前記球状ワークピースの中心と、前記フェーズドアレイ機構の前記１つの要素との間に延びる直線と、前記球状ワークピースの中心と、前記可能性のある屈折点との間に延びる直線とが成す角度である請求項３記載の方法。
【請求項５】  角度βは、公式β＝θi−ｓｉｎ-1［（Ｒo／Ｒe）ｓｉｎ（θi）］（式中、Ｒoは前記球状ワークピースの半径であり、Ｒeは、前記球状ワークピースの中心と、前記フェーズドアレイの前記要素との間の距離である）により計算される請求項４記載の方法。
【請求項６】  前記新たなθpとφpの値を計算するサブステップは、
（ｉ）φe＝０で、かつφf＝０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝０を割り当て、かつ任意の値に等しいθpを割り当てるステップと、
（ｉｉ）φe＝０で、φf≠０で、かつφf≠１８０°であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝βを割り当て、かつθp＝θfを割り当てるステップと、
（ｉｉｉ）φe≠０で、φf＝０で、かつφe≠１８０°であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝βfを割り当て、かつθp＝θeを割り当てるステップと、
（ｉｖ）φe＝１８０°で、かつφf＝１８０°であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝１８０°を割り当て、かつ任意の値にθpを割り当てるステップと、
（ｖ）φe＝１８０°で、φf≠１８０°で、かつφf≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝１８０°−βを割り当て、かつθp＝θfを割り当てるステップと、
（ｖｉ）φf＝１８０°で、φe≠１８０°で、かつφe≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝１８０°−βfを割り当て、かつθp＝θeを割り当てるステップと、
（ｖｉｉ）φe＝９０°で、φf＝９０°で、かつθf＞θeであるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝９０°を割り当て、かつθp＝β＋θeを割り当てるステップと、
（ｖｉｉｉ）φe＝９０°で、φf＝９０°で、かつθf＜θeであるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝９０°を割り当て、かつθp＝θe−βを割り当てるステップと、
（ｉｘ）θe＝θfで、φe＝φfで、かつφf≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝φeを割り当て、かつθp＝θeを割り当てるステップと、
（ｘ）θe＝θfで、φe≠φfで、かつφf≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、θp＝θeを割り当て、かつφp＝１８０°−ｃｏｓ-1［｛ｃｏｓ（β）ｓｉｎ（φf）−ｃｏｓ（βf）ｓｉｎ（φe）｝／｛ｓｉｎ（φe−φf）｝］を割り当てるステップと、
ステップ（ｉ）〜（ｘ）の条件のどれも満たさない場合には、φe、θe、φf、θfの関数として、θpとφpに値を割り当てるステップと、
を含む請求項４記載の方法。
【請求項７】  前記φe、θe、φf、θfの関数として、θpとφpに値を割り当てるステップは、
φp＝ｃｏｓ-1［−Ｂ／Ａ］
（式中、Ｂ＝ｃｏｓ（β）ｓｉｎ（φf）［ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（φf）ｃｏｓ（θf−θe）−ｃｏｓ（φe）ｓｉｎ（φf）］＋ｃｏｓ（βf）ｓｉｎ（φe）［ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（φe）ｃｏｓ（θf−θe）−ｃｏｓ（φf）ｓｉｎ（φe）］であり、
かつ、
Ａ＝ｃｏｓ（φf）ｓｉｎ（φe）［ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（φf）−ｃｏｓ（φe）ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（θf−θe）］＋ｃｏｓ（φe）ｓｉｎ（φf）［ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（φe）−ｃｏｓ（φf）ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（θf−θe）］＋ｓｉｎ2（φe）ｓｉｎ2（φf）ｓｉｎ2（θf−θe）である）を割り当てるステップと、
θp＝ｓｉｎ-1｛［ｃｏｓ（β）ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（θf）−ｃｏｓ（βf）ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（θe）−（ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（θf）ｃｏｓ（θe）−ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（θe）ｃｏｓ（φf））ｃｏｓ（φp）］／（ｓｉｎ（φp）ｓｉｎ（φf）ｓｉｎ（φe）ｓｉｎ（θe−θf））｝を割り当てるステップと、
を含む請求項６記載の方法。
【請求項８】  前記新たなθpとφpの値を計算するサブステップは、以下の条件：
ｓｉｎ（θp）＞０で、かつｃｏｓ（θp）＞０である場合には、θp＝θp；
ｓｉｎ（θp）＞０で、かつｃｏｓ（θp）＜０である場合には、θp＝１８０−θp；
ｓｉｎ（θp）＜０で、かつｃｏｓ（θp）＜０である場合には、θp＝１８０−θp；
ｓｉｎ（θp）＜０で、かつｃｏｓ（θp）＞０である場合には、θp＝３６０＋θp
により、前記θpの値を調整するステップをさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】  前記フェーズドアレイ機構のそれぞれの要素に対して、前記パルス発射時間を計算するステップは、
前記フェーズドアレイ機構のそれぞれの要素に対して、要素遅延値を計算するサブステップと、
前記要素遅延値のすべての最小値を求めるサブステップと、
前記要素遅延値のそれぞれから、前記最小値を減算するサブステップと
を含む請求項２記載の方法。
【請求項１０】  前記球状ワークピースは、球状原子炉圧力容器ヘッドである
請求項１から請求項９までのいずれかに記載の方法。
【請求項１１】  既知の位置座標を有するフェーズドアレイ機構の複数の要素から放射されて、表面と中心を有する球状ワークピースに向けられる超音波を、あらかじめ選択された焦点に同時に、かつ同位相で到達するように集束させる装置であって、
それぞれが、前記フェーズドアレイ機構の前記要素の１つに対応し、また、それぞれが、第１の空間軸を中心とする回転を表わす第１の角度θpと、第２の空間軸を中心とする回転を表わす第２の角度φpにより、前記球状ワークピースの中心の位置に対して一意に定められた、前記球状ワークピースの表面上の複数の好ましい屈折点の位置を、反復プロセスを用いて計算する位置計算手段と、
前記要素から放射された前記波の相対的タイミングに係わるパルス発射時間を、前記フェーズドアレイ機構の要素ごとに計算するパルス発射時間手段と
を備える超音波を集束させる装置。
【請求項１２】  前記少なくとも１つの好ましい屈折点の位置を計算する位置計算手段は、
（ａ）前記フェーズドアレイ機構の１つの要素に対応するθiの初期値を受け取る手段と、
（ｂ）前記１つの要素に対応する可能性のある屈折点の位置を定める新たなθpとφpの値を、前記θiの初期値に基づいて計算する手段と、
（ｃ）前記１つの要素から放射された波が、前記あらかじめ選択された焦点を通るように、前記計算された新たなθpとφpの値が、前記球状ワークピースの表面上の１点を定めているかどうか判定する手段と、
（ｄ）前記１つの要素から放射された波が、前記あらかじめ選択された焦点を通るようには、前記計算された新たなθpとφpの値が、前記球状ワークピースの表面上の１点を定めていない場合に、あらかじめ選択された増分因子の関数として、新たなθiの初期値を計算し、次に、サブステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返し、
（ｅ）前記フェーズドアレイ機構のそれぞれの要素に対して、サブステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返させる手段と
をさらに備える請求項１１記載の装置。
【請求項１３】  前記新たなθpとφpの値を計算する手段は、角度φe、θe、φf、θfの関数に応答する手段を含み、前記角度φe、θeは、前記球状ワークピースの中心に対する前記フェーズドアレイの前記１つの要素の位置を定め、前記角度φf、θfは、前記球状ワークピースの中心に対する前記焦点の位置を定める請求項１２記載の装置。
【請求項１４】  前記新たなθpとφpの値を計算する手段は、さらに、角度βとβfの関数に応答し、前記角度βは、前記球状ワークピースの中心と、前記フェーズドアレイ機構の前記１つの要素との間に延びる直線と、前記球状ワークピースの中心と、前記可能性のある屈折点との間に延びる直線とが成す角度である請求項１３記載の装置。
【請求項１５】  公式β＝θi−ｓｉｎ-1［（Ｒo／Ｒe）ｓｉｎ（θi）］（式中、Ｒoは前記球状ワークピースの半径であり、Ｒeは、前記球状ワークピースの中心と、前記フェーズドアレイの前記要素との間の距離である）により、角度βを計算する計算手段をさらに含む請求項１４記載の装置。
【請求項１６】  前記新たなθpとφpの値を計算する手段は、
（ｉ）φe＝０で、かつφf＝０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝０を割り当て、かつ任意の値に等しいθpを割り当てるステップと、
（ｉｉ）φe＝０で、φf≠０で、かつφf≠１８０°であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝βを割り当て、かつθp＝θfを割り当てるステップと、
（ｉｉｉ）φe≠０で、φf＝０で、かつφe≠１８０°であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝βfを割り当て、かつθp＝θeを割り当てるステップと、
（ｉｖ）φe＝１８０°で、かつφf＝１８０°であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝１８０°を割り当て、かつ任意の値にθpを割り当てるステップと、
（ｖ）φe＝１８０°で、φf≠１８０°で、かつφf≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝１８０°−βを割り当て、かつθp＝θfを割り当てるステップと、
（ｖｉ）φf＝１８０°で、φe≠１８０°で、かつφe≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝１８０°−βfを割り当て、かつθp＝θeを割り当てるステップと、
（ｖｉｉ）φe＝９０°で、φf＝９０°で、かつθf＞θeであるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝９０°を割り当て、かつθp＝β＋θeを割り当てるステップと、
（ｖｉｉｉ）φe＝９０°で、φf＝９０°で、かつθf＜θeであるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝９０°を割り当て、かつθp＝θe−βを割り当てるステップと、
（ｉｘ）θe＝θfで、φe＝φfで、かつφf≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、φp＝φeを割り当て、かつθp＝θeを割り当てるステップと、
（ｘ）θe＝θfで、φe≠φfで、かつφf≠０であるかどうか判定し、もし、そうであれば、θp＝θeを割り当て、かつφp＝１８０°−ｃｏｓ-1［｛ｃｏｓ（β）ｓｉｎ（φf）−ｃｏｓ（βf）ｓｉｎ（φe）｝／｛ｓｉｎ（φe−φf）｝］を割り当てるステップと、
ステップ（ｉ）〜（ｘ）の条件のどれも満たさない場合には、φe、θe、φf、θfの関数として、θpとφpに値を割り当てるステップと、
を実施する手段を備える請求項１４記載の装置。
【請求項１７】  前記φe、θe、φf、θfの関数として、θpとφpに値を割り当てる手段は、
φp＝ｃｏｓ-1［−Ｂ／Ａ］
（式中、Ｂ＝ｃｏｓ（β）ｓｉｎ（φf）［ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（φf）ｃｏｓ（θf−θe）−ｃｏｓ（φe）ｓｉｎ（φf）］＋ｃｏｓ（βf）ｓｉｎ（φe）［ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（φe）ｃｏｓ（θf−θe）−ｃｏｓ（φf）ｓｉｎ（φe）］であり、
かつ、
Ａ＝ｃｏｓ（φf）ｓｉｎ（φe）［ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（φf）−ｃｏｓ（φe）ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（θf−θe）］＋ｃｏｓ（φe）ｓｉｎ（φf）［ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（φe）−ｃｏｓ（φf）ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（θf−θe）］＋ｓｉｎ2（φe）ｓｉｎ2（φf）ｓｉｎ2（θf−θe）である）を割り当てるステップと、
θp＝ｓｉｎ-1｛［ｃｏｓ（β）ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（θf）−ｃｏｓ（βf）ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（θe）−（ｓｉｎ（φf）ｃｏｓ（θf）ｃｏｓ（θe）−ｓｉｎ（φe）ｃｏｓ（θe）ｃｏｓ（φf））ｃｏｓ（φp）］／（ｓｉｎ（φp）ｓｉｎ（φf）ｓｉｎ（φe）ｓｉｎ（θe−θf））｝を割り当てるステップと、
を実施する手段を備える請求項１６記載の装置。
【請求項１８】  前記新たなθpとφpの値を計算するステップは、以下の条件：
ｓｉｎ（θp）＞０で、かつｃｏｓ（θp）＞０である場合には、θp＝θp；
ｓｉｎ（θp）＞０で、かつｃｏｓ（θp）＜０である場合には、θp＝１８０−θp；
ｓｉｎ（θp）＜０で、かつｃｏｓ（θp）＜０である場合には、θp＝１８０−θp；
ｓｉｎ（θp）＜０で、かつｃｏｓ（θp）＞０である場合には、θp＝３６０＋θp
により、前記θpの値を調整するステップをさらに含む請求項１７記載の装置。
【請求項１９】  前記フェーズドアレイ機構のそれぞれの要素に対して、前記パルス発射時間を計算する手段は、
前記フェーズドアレイ機構のそれぞれの要素に対して、要素遅延値を計算するサブステップと、
前記要素遅延値のすべての最小値を求めるサブステップと、
前記要素遅延値のそれぞれから、前記最小値を減算するサブステップと、
を実施する手段を備える請求項１３記載の装置。
【請求項２０】  球状原子炉圧力容器ヘッドで請求項１１から請求項１９までのいずれかに記載の装置を使用する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１及び１１にそれぞれ記載されているように、フェーズドアレイ機構から送信された超音波パルスを球形状ワークピースに集束させて、このワークピースの非破壊内部検査の有効性を高める方法および装置を含む。本発明は、いかなる球状対象物にも使用できるが、このような考えられる用途の１つは、原子炉圧力容器ヘッドの内部きずの検出に関連する。超音波パルスが、ワークピース内の特定の選択された焦点に到達するときに、超音波パルスの強度を最大にするためには、このフェーズドアレイの一要素から送信される各パルスを適正に順序付けて、これらのパルスがすべて、ある選択された焦点に、同時に、かつ同位相で到達するようにしなければならない。したがって、一態様において、本発明は、これらの入射波が球状ワークピース内のどこまで伝搬するのか、また、このフェーズドアレイを含むあらゆる位相要素から送信されるパルスを、どのように適正に順序付けるのか決定する方法および装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
式中、θf＝ｓｉｎ-1［（ｃ2／ｃ1）ｓｉｎ（θi）］であり、また、ｃ1とｃ2は、それぞれ、結合物質中の音速と、球状境界物質中の音速である。式（６）中の他のパラメータは、以下のように定義される。