(57)【要約】【課題】  振動子を水中に配置したとき、振動子の周辺に気泡が溜まりにくい超音波探触子を提供すること。【解決手段】  バッキング部材１の振動子取付面１０に、仮想球面の曲率と同じ曲率の球面の一部から成る超音波送受信面１３,１４,１５を夫々有する第１、第２、第３振動子３,４,５を、互いに非接触な状態で取り付ける。上記３つの振動子３,４,５の超音波送受信面１３,１４,１５を、互いに非接触な状態で上記仮想球面の大円上に略等間隔に配置する。上記３つの振動子３,４,５のうちの中央の振動子４の超音波送受信面１４を、上記仮想球面の大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分２４と第２部分２５とで構成する。振動子取付面１０に、第１部分２４と第２部分２５との間を通過して振動子取付面１０を横断するように延びる気泡抜き溝２０を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子取付面を有するバッキング部材と、
上記振動子取付面に互いに非接触な状態で取り付けられると共に、仮想球面の曲率と同じ曲率の球面の一部から成る超音波送受信面を夫々有する３つの振動子と
を備え、
上記３つの振動子の上記超音波送受信面は、互いに非接触な状態で上記仮想球面の大円上に略等間隔に配置されており、
上記３つの振動子のうちの中央の上記振動子の上記超音波送受信面は、上記大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分と第２部分とから成り、
上記振動子取付面には、上記第１部分と上記第２部分との間を通過して上記振動子取付面を横断するように延びる気泡抜き溝が形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探触子において、
上記気泡抜き溝の幅方向の中心線は、上記大円の中心と、上記大円における上記第１部分と上記第２部分との間の点とを含み、かつ、上記大円に垂直な平面上に略存在しており、
上記振動子取付面が上記バッキング部材の鉛直方向の下方に位置し、かつ、上記中央の振動子以外の２つの上記振動子の上記超音波送受信面の中心の鉛直方向の高さが略同一である状態において、上記中心線は、その中心線の鉛直方向の高さが上記第１部分と上記第２部分との間の点の付近で極小になる下に凸の曲線であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
振動子取付面を有するバッキング部材と、
上記振動子取付面に互いに非接触な状態で取り付けられると共に、仮想球面の曲率と同じ曲率の球面の一部から成る超音波送受信面を夫々有する３つの振動子と
を備え、
上記３つの振動子の上記超音波送受信面は、互いに非接触な状態で上記仮想球面の大円上に略等間隔に配置されており、
上記３つの振動子のうちの中央の上記振動子の上記超音波送受信面は、上記大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分と第２部分とから成り、
上記バッキング部材には、上記振動子取付面における上記第１部分と上記第２部分との間の部分に開口を有すると共に、上記バッキング部材を貫通する気泡抜き穴が形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波探触子としては、特開２０００−１３１２９７号公報（特許文献１）に記載されている表面波測定用探触子がある。
【０００３】
この表面波測定用探触子は、基台と、基台の断面円弧状の凹部上に略等間隔に貼り付けられた三つの板状の振動子とを備える。
【０００４】
この表面波測定用探触子は、次のようにして、被疲労度測定部材の疲労度の測定を行うようになっている。
【０００５】
先ず、ガラス等の透明の容器の底に被疲労度測定部材を配置した後、この容器に水を充填する。次に、上記三つの板状の振動子が水につかるように、表面波測定用探触子を上記容器中に配置した後、上記三つの振動子のうちの一の振動子の超音波送受信面から水が充填されたガラス等の透明の容器の底に載置された被疲労度測定部材の表層部に向けて超音波を発振する。そして、その発振された超音波を上記被疲労度測定部材の表層部（表面を含む）を伝播させた後、上記一の振動子以外の振動子で受信することにより、上記超音波が上記被疲労度測定部材を伝播するときの伝播速度を測定する。最後に、この測定した伝播速度に基づいて、この測定した伝播速度と相関関係がある上記被疲労度測定部材の疲労の程度を測定する。
【０００６】
しかしながら、上記従来の表面波測定用探触子では、表面波測定用探触子を水で満たされた上記容器中に配置する際に、上記断面円弧状の凹部に気泡が溜まって、上記被疲労度測定部材に対する超音波の伝播速度を正確に測定できないという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１３１２９７号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、振動子を水中に配置したとき、振動子の周辺に気泡が溜まりにくい超音波探触子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の超音波探触子は、
振動子取付面を有するバッキング部材と、
上記振動子取付面に互いに非接触な状態で取り付けられると共に、仮想球面の曲率と同じ曲率の球面の一部から成る超音波送受信面を夫々有する３つの振動子と
を備え、
上記３つの振動子の上記超音波送受信面は、互いに非接触な状態で上記仮想球面の大円上に略等間隔に配置されており、
上記３つの振動子のうちの中央の上記振動子の上記超音波送受信面は、上記大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分と第２部分とから成り、
上記振動子取付面には、上記第１部分と上記第２部分との間を通過して上記振動子取付面を横断するように延びる気泡抜き溝が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、上記振動子取付面に、上記第１部分と上記第２部分との間を通過して上記振動子取付面を横断するように延びる気泡抜き溝を形成しているので、上記振動子取付面が上記バッキング部材の鉛直方向の下方に位置し、かつ、上記中央の振動子以外の両端の振動子の上記超音波送受信面の中心が、鉛直方向の同じ高さに位置している状態で、超音波探触子を水中に配置したとき、上記振動子取付面に溜まる傾向がある気泡を、上記気泡抜き溝を通じて超音波探触子の外部に逃がすことができる。したがって、超音波の発振中に、気泡が上記振動子の周辺に存在することがないので、被疲労度測定部材に対する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００１０】
また、一実施形態の超音波探触子は、上記気泡抜き溝の幅方向の中心線は、上記大円の中心と、上記大円における上記第１部分と上記第２部分との間の点とを含み、かつ、上記大円に垂直な平面上に略存在しており、上記振動子取付面が上記バッキング部材の鉛直方向の下方に位置し、かつ、上記中央の振動子以外の２つの上記振動子の上記超音波送受信面の中心の鉛直方向の高さが略同一である状態において、上記中心線は、その中心線の鉛直方向の高さが上記第１部分と上記第２部分との間の点の付近で極小になる下に凸の曲線である。
【００１１】
上記実施形態によれば、上記状態において、上記中心線が、その中心線の鉛直方向の高さが上記第１部分と上記第２部分との間の点の付近で極小になる下に凸の曲線であるので、超音波探触子を駆動している状態で、気泡が、上記気泡抜き溝を通じて超音波探触子の外部に移動することを促進できる。
【００１２】
また、本発明の超音波探触子は、
振動子取付面を有するバッキング部材と、
上記振動子取付面に互いに非接触な状態で取り付けられると共に、仮想球面の曲率と同じ曲率の球面の一部から成る超音波送受信面を夫々有する３つの振動子と
を備え、
上記３つの振動子の上記超音波送受信面は、互いに非接触な状態で上記仮想球面の大円上に略等間隔に配置されており、
上記３つの振動子のうちの中央の上記振動子の上記超音波送受信面は、上記大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分と第２部分とから成り、
上記バッキング部材には、上記振動子取付面における上記第１部分と上記第２部分との間の部分に開口を有すると共に、上記バッキング部材を貫通する気泡抜き穴が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、上記バッキング部材が、上記振動子取付面における上記第１部分と上記第２部分との間の部分に開口を有すると共に、上記バッキング部材を貫通する気泡抜き穴を有するので、上記振動子取付面が上記バッキング部材の鉛直方向の下方に位置し、かつ、上記中央の振動子以外の両端の振動子の上記超音波送受信面の中心が、鉛直方向の同じ高さに位置している状態で、超音波探触子を水中に配置したとき、上記振動子取付面の上記第２振動子の付近に溜まる傾向がある気泡を、上記気泡抜き穴を通じて超音波探触子の外部に逃すことができる。したがって、超音波の発振中に、気泡が上記振動子の周辺に存在することがないので、被疲労度測定部材に対する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超音波探触子によれば、超音波探触子の駆動時に振動子取付面の第２振動子の付近に溜まる傾向がある気泡を、気泡抜き溝を通じて超音波探触子の外部に逃がすことができる。したがって、超音波の発振中に、気泡が上記振動子取付面に接触するように存在することがないので、被疲労度測定部材に対する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００１５】
また、本発明の超音波探触子によれば、超音波探触子の駆動時に振動子取付面の第２振動子の付近に溜まる傾向がある気泡を、気泡抜き穴を通じて超音波探触子の外部に逃すことができる。したがって、超音波の発振中に、気泡が上記振動子取付面に接触するように存在することがないので、被疲労度測定部材に対する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態の超音波探触子の振動子３,４,５の超音波送受信面１３,１４,１５が配置された仮想球面の大円を含む断面図である。
【００１８】
図１に示すように、この超音波探触子は、樹脂製のバッキング部材１と、第１振動子３と、第２振動子４と、第３振動子５とを備える。
【００１９】
上記バッキング部材１は、球面の一部からなる振動子取付面１０を有している。上記第１振動子３、第２振動子４および第３振動子５は、振動子取付面１０の大円上に、略等間隔に配置されている。上記第１振動子３は、超音波送受信面１３を有し、第２振動子４は、超音波送受信面１４を有し、第３振動子５は、超音波送受信面１５を有する。上記超音波送受信面１３,１４,１５は、同一の仮想球面の一部からなっている。第１振動子３の超音波送受信面１３、第２振動子４の超音波送受信面１４および第３振動子５の超音波送受信面１５は、互いに非接触な状態で上記仮想球面の大円上に、略等間隔に配置されている。上記第２振動子４は、３つの振動子３,４,５のうちの中央に配置されている。
【００２０】
図１に示すように、第２振動子４の超音波送受信面１４は、上記仮想球面の大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分２４および第２部分２５から成っている。上記振動子取付面１０における第１部分２４と第２部分２５との間には、大円１８方向と略垂直な方向に延在する気泡抜き溝２０が形成されている。上記バッキング部材１の振動子取付面１０および超音波送受信面１３,１４,１５は、同一の曲率中心Ｐ０を有している。
【００２１】
図２は、第１実施形態の超音波探触子の３つの振動子３,４,５の超音波送受信面１３,１４,１５側の表面を示す底面図である。
【００２２】
上記振動子取付面１０は、図２に示す底面図において略帯形状を有している。上記第１〜第３振動子３,４,５の超音波送受信面１３,１４,１５は、振動子取付面１０の幅方向（大円１８方向と垂直な方向）の中央に配置されている。振動子取付面１０の大円１８方向における第１振動子３と第２振動子４との距離ｄは、大円１８方向における第２振動子４と第３振動子５との距離ｅと等しくなっており、振動子３,４,５は、互いに非接触な状態で大円１８上に略等間隔に配置されている。
【００２３】
図２に示すように、上記第２振動子４の超音波送受信面１４は、仮想球面の大円方向に離間されて互いに非接触になっている第１部分２４と第２部分２５とから成っている。また、図２に示すように、振動子取付面１０には、気泡抜き溝２０が形成されている。上記気泡抜き溝２０は、第１部分２４と第２部分２５との間を通過して振動子取付面１０を横断するように振動子取付面１０の幅方向に延びている。上記気泡抜き溝２０の幅方向の中心線は、大円１８の中心と、大円１８における第１部分２４と第２部分２５との間の点とを含み、かつ、大円１８に垂直な平面上に略存在している。
【００２４】
図３は、図２のα−α線断面図であり、気泡抜き溝２０の幅方向の中心線２１を含む断面図である。
【００２５】
図３に示すように、上記気泡抜き溝２０の中心線２１は、バッキング部材１における振動子取付面１０に対向する表面３１に対して下に凸の２次曲線の形状を有している。正確には、上記振動子取付面１０がバッキング部材１の鉛直方向の下方に位置し、かつ、第１振動子３の超音波送受信面１３の中心と第３振動子５の超音波送受信面１５の中心とが、鉛直方向の同じ高さに位置している状態において、気泡抜き溝２０の中心線２１は、その中心線２１における大円１８を含む平面との交差点の付近の高さが極小である２次曲線になっている。
【００２６】
以下に、図１を参照しながら、第１実施形態の超音波探触子を用いた被疲労測定物の疲労度の測定方法について簡単に述べることにする。
【００２７】
先ず、ガラス等の透明な容器に水を充填させた後、この水が充填された容器の底に被疲労測定物２８を載置する。
【００２８】
次に、超音波探触子の第１〜第３振動子３,４,５を上記容器内に充填されている水に接触させた後、超音波送受信面１４から超音波を発振する。そして、超音波が超音波送受信面１４から発振された時から、超音波送受信面１４から発振された超音波が被疲労測定物２８の表面で反射して超音波送受信面１４に到達した時までの第１時間を測定する。また、超音波送受信面１３から超音波を発振して、超音波が超音波送受信面１３から発振された時から、超音波送受信面１３から発振された超音波が被疲労測定物２８の表面で反射して超音波送受信面１５に到達した時までの第２時間を測定する。そして、超音波探触子を、上記第１時間と上記第２時間とが等しい点に配置して、曲率中心Ｐ０を、被疲労測定物２８の表面２７上に位置させるようにする。
【００２９】
次に、超音波探触子を被疲労測定物２８に近づけるように、被疲労測定物２８の表面２７の法線方向に、曲率中心Ｐ０を距離ｚ移動させる。図１は、この状態を図示したものである。この状態において、超音波を超音波送受信面１３から図１に矢印ａで示す超音波送受信面１３の中心の法線方向に発振して、超音波を、超音波送受信面１３から矢印ａ方向に水中を伝播させた後、矢印ｂに示す方向に被疲労測定物の表面２７（厳密には表層）を伝播させ、その後、矢印ｃに示す超音波送受信面１５の中心の法線方向に水中を伝播させる。そして、この経路を伝播した超音波における、超音波が超音波送受信面１３から発振した時から超音波が超音波送受信面１５に到達した時までの時間を測定する。そして、図１の状態において、表面Ａから曲率中心Ｐ０までの矢印ａ方向のＡ−Ｐ０の距離と、曲率中心Ｐ０から表面Ｃまでの矢印ｃ方向のＣ−Ｐ０の距離とが厳密に算出できることと、水に対する超音波の伝播速度がわかっていることとに基づいて、超音波の被疲労測定物２８の表層部の伝播速度を導き出す。
【００３０】
最後に、超音波の被疲労測定物２８の表層部の伝播速度に基づいて、この伝播速度と相関関係がある被疲労測定物２８の疲労度を測定する。例えば、この方法を被疲労測定物の一例としての玉軸受の内輪の軌道底に適用すれば、その軌道底の転動疲労を測定することができる。
【００３１】
尚、振動子取付面１０がバッキング部材１の鉛直方向の下方に位置し、かつ、第１振動子３の超音波送受信面１３の中心と第３振動子５の超音波送受信面１５の中心とが、鉛直方向の略同じ高さに位置し、かつ、第１〜第３振動子３,４,５が水に接触している状態で、図２の底面図における振動子取付面１０の大円１８方向に垂直な方向である幅方向の幅ｆは、上記透明な容器の側面から第２振動子４の周辺に溜まっている気泡が視認できる程度の短い長さに設定されている。
【００３２】
上記第１実施形態の超音波探触子によれば、振動子取付面１０に、第１部分２４と第２部分２５との間を通過して振動子取付面１０を横断するように延びる気泡抜き溝２０を形成しているので、振動子取付面１０がバッキング部材１の鉛直方向の下方に位置し、かつ、第１振動子３の超音波送受信面１３の中心と第３振動子５の超音波送受信面１５の中心とが、鉛直方向の同じ高さに位置している状態で、超音波探触子を水中に配置したとき、振動子取付面１０の第２振動子４の付近に溜まる傾向がある気泡を、気泡抜き溝２０を通じて超音波探触子の外部に逃がすことができる。したがって、超音波の発振中に、気泡が第１〜第３振動子３,４,５の周辺に存在することがないので、被疲労度測定部材２８に対する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００３３】
また、上記第１実施形態の超音波探触子によれば、気泡抜き溝２０の幅方向の中心線２１は、大円１８の中心と、大円１８における第１部分２４と第２部分２５との間の点とを含み、かつ、大円１８に垂直な平面上に存在し、更に、振動子取付面１０がバッキング部材１の鉛直方向の下方に位置し、かつ、中央の振動子２以外の２つの振動子１,３の中心の鉛直方向の高さが略同一である状態において、中心線２１は、その中心線２１の鉛直方向の高さが第１部分２４と第２部分２５との間の点の付近で極小になる下に凸の２次曲線であるので、超音波探触子を駆動している状態で、気泡が、気泡抜き溝２０を通じて超音波探触子の外部に移動することを促進できる。
【００３４】
尚、この発明では、気泡抜き溝の幅方向の中心線は、超音波探触子を駆動している状態で、その中心線の鉛直方向の高さが第１部分と第２部分との間の点の付近で極小になる下に凸の曲線であればどのような曲線であっても良く、例えば４次の曲線等、２次の曲線に限らない。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施形態の超音波探触子の振動子３,４,５の超音波送受信面１３,１４,１５が配置された仮想球面の大円を含む断面図である。また、図５は、第２実施形態の超音波探触子の３つの振動子３,４,５の超音波送受信面１３,１４,１５側の表面を示す底面図である。また、図６は、図５のβ−β線断面図であり、気泡抜き穴５０を含む振動子取付面４０の幅方向の断面図である。
【００３６】
第２実施形態の超音波探触子は、第２振動子４の第１部分２４と第２部分２５との間に、第１実施形態のように気泡抜き溝２０を設けるのではなくて気泡抜き穴５０を設けた点のみが第１実施形態の超音波探触子と異なる。
【００３７】
第２実施形態の超音波探触子では、第１実施形態の超音波探触子の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第２実施形態の超音波探触子では、第１実施形態の超音波探触子と共通の作用効果については説明を省略することにし、第１実施形態の超音波探触子と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行うことにする。
【００３８】
図４および図６に示すように、気泡抜き穴５０は、球面の一部からなる振動子取付面４０の径方向に略延びており、バッキング部材４１を貫通している。また、図５に示すように、上記気泡抜き穴５０は、振動子取付面４０の大円１８上における第１部分２４と第２部分２５との間に一方の開口を有している。上記開口は、断面略円形の形状を有している。尚、開口は、断面矩形の形状等、断面円形の形状以外の形状であっても良いことは勿論である。
【００３９】
上記第２実施形態の超音波探触子によれば、振動子取付面４０における第１部分２４と第２部分２５との間の部分に開口を有すると共に、バッキング部材４１を貫通する気泡抜き穴５０を有するので、振動子取付面４０がバッキング部材４１の鉛直方向の下方に位置し、かつ、第１振動子３の超音波送受信面１３の中心と第３振動子５の超音波送受信面１５の中心とが、鉛直方向の同じ高さに位置している状態で、超音波探触子を水中に配置したとき、振動子取付面４０の第２振動子４の付近に溜まる傾向がある気泡を、気泡抜き穴５０を通じて超音波探触子の外部に逃すことができる。したがって、超音波の発振中に、気泡が第１〜第３振動子３,４,５の周辺に存在することがないので、被疲労度測定部材に対する超音波の伝播速度を正確に測定できる。
【００４０】
また、上記第２実施形態の超音波探触子によれば、気泡抜き穴５０が、バッキング部材４１を貫通するように、振動子取付面４０の径方向に略延びているので、振動子取付面４０がバッキング部材４１の鉛直方向の下方に位置し、かつ、第１振動子３の超音波送受信面１３の中心と第３振動子５の超音波送受信面１５の中心とが、鉛直方向の略同じ高さに位置し、かつ、第１〜第３振動子３,４,５が水に接触している測定状態で、気泡が超音波探触子の遠方に移動する力を大きくすることができる。
【００４１】
また、上記第２実施形態の超音波探触子によれば、図５の底面図における振動子取付面４０の大円１８方向に垂直な方向である幅方向の幅ｆが、透明容器の側面から第２振動子４の周辺に溜まっている気泡が視認できる程度の短い長さに設定されているので、超音波探触子の駆動状態で第２振動子４の周辺に溜まる傾向がある気泡を、バッキング部材４１の幅方向の両側面５５,５６を通じて逃がすことができる。したがって、上記測定状態において気泡が振動子取付面４０に溜まることを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態の超音波探触子の振動子の超音波送受信面が配置された仮想球面の大円を含む断面図である。
【図２】第１実施形態の超音波探触子の３つの振動子の超音波送受信面側の表面を示す底面図である。
【図３】図２のα−α線断面図である。
【図４】第２実施形態の超音波探触子の振動子の超音波送受信面が配置された仮想球面の大円を含む断面図である。
【図５】第２実施形態の超音波探触子の３つの振動子の超音波送受信面側の表面を示す底面図である。
【図６】図５のβ−β線断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１,４１  バッキング部材
３  第１振動子
４  第２振動子
５  第３振動子
１０,４０  振動子取付面
１３,１４,１５  超音波送受信面
２０  気泡抜き溝
２１  中心線
２４  第１部分
２５  第２部分
２８  被疲労測定物
５０  気泡抜き穴
【図１】
2007010622.tif 000003
【図２】
2007010622.tif 000004
【図３】
2007010622.tif 000005
【図４】
2007010622.tif 000006
【図５】
2007010622.tif 000007
【図６】
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