(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子設定面が平面状に形成されたフラット型超音波プローブと、当該フラット型超音波プローブの先端部に取り付けられ、前記振動子から送信された超音波を収束する音響レンズとを備えた集束型の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路と被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路との双方を有し、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度と、被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速度とを異ならせたものを用いたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、前記垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に振動子対向面からこれと対向するレンズ曲率面まで貫通する透孔を開設するか、レンズ曲率面における前記垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路にくぼみを形成したものを用いたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、前記垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に振動子対向面からレンズ曲率面まで貫通する透孔を開設するか、振動子対向面又はレンズ曲率面における前記垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路にくぼみを形成し、これら透孔内又はくぼみ内に当該音響レンズを構成する素材とは超音波の伝搬速度が異なる素材からなる充填物が充填されたものを用いたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
振動子設定面が平面状に形成されたフラット型超音波プローブと、当該フラット型超音波プローブの先端部に取り付けられ、前記振動子から送信された超音波を収束する音響レンズとを備えた集束型の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、振動子対向面にくぼみが形成したものを用い、当該くぼみと前記フラット型超音波プローブに備えられた振動子の表面にて構成される空間内に超音波遮蔽部材を封入するか、超音波遮蔽体としての空気を封入したことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、レンズ曲率面が球面状に形成された凹レンズを用いたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、シリンドリカルレンズを用いたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記フラット型超音波プローブの先端部に、前記音響レンズを着脱可能に取り付けたことを特徴とする超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の非破壊検査に適用される超音波プローブに係り、特に、被検体に発生する漏洩弾性表面波の音速変化から被検体の劣化度等を評価したり、被検体より発生する漏洩波のレベル変化から被検体表層の健全性を評価するに好適な超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平１０−３１８９９５号公報等に記載されているように、超音波モードの１つである漏洩弾性表面波の音速変化から、応力分布や破壊靭性値、それに熱脆化や粒界腐蝕といった被検体の劣化度（以下、本明細書においては、これらを総称して「被検体の劣化度等」という。）を非破壊で評価する技術が知られている。
【０００３】
図１９は従来よりこの種の非破壊検査に適用されている超音波プローブの一例を示す要部断面図及び平面図であって、これらの図から明らかなように、本例の超音波プローブ１０１は、平面形状が円形に形成された単一型の振動子１０２と、当該振動子１０２から送信された超音波を収束して被検体Ｓに入射する凹レンズ型の音響レンズ１０３とを備えた構成になっている。振動子１０２は、上下面にそれぞれ上部電極１０２ａと下部電極１０２ｂが設けられた圧電薄膜をもって構成される。一方、音響レンズ１０３は、アルミニウム等の超音波伝搬速度が大きな物質をもって構成され、振動子対向面１０３ａが平面状に、レンズ曲率面１０３ｂが球面状に形成されている。なお、前記超音波プローブ１０１の上部電極１０２ａ側には、必要以上の振動の発生を抑制するためのダンパ材が取り付けられることがあり、また下部電極１０２ｂ側には、振動子１０２の保護板が取り付けられることもある。
【０００４】
被検体の劣化度等を評価するに際し、超音波プローブ１０１は、３次元方向に移動する機械式スキャナ（図示省略）に固定され、水中で被検体Ｓと対向に配置される。その高さ位置は、図１９（ａ）に示すように、被検体Ｓの表面よりもやや下方に音響レンズ１０３の焦点Ｐがくるように調整される。図中の符号ΔＺは、被検体Ｓの表面から焦点Ｐまでのデフォーカス量を示している。この状態で、振動子１０２の電極に図示しない制御部から駆動電圧を供給すると、振動子１０２が駆動し、当該振動子１０２から送信された超音波が音響レンズ１０３及び水を通って被検体Ｓに入射する。また、被検体Ｓからの反射波及び漏洩波は、水及び音響レンズ１０３を通って振動子１０２に受信される。
【０００５】
振動子１０２から送信された超音波のうち、経路Ａ→Ｂ→Ｃを通って被検体Ｓの表面にレーリー臨界角θL で入射した斜角入射波は、漏洩弾性表面波に変換され、被検体Ｓの表面に沿って進行する。この漏洩弾性表面波は、入射点Ｃから被検体Ｓの表面を伝搬する間にレーリー臨界角θL で漏洩し、被検体表面のＤ点で漏洩した漏洩波は、経路Ｄ→Ｅ→Ｆを通って振動子１０２に受信される。一方、振動子１０２から送信された超音波のうち、垂直経路Ｇ→Ｈ→Ｉを通って被検体Ｓの表面に入射した垂直入射波は、被検体Ｓによって反射され、その反射波（垂直反射波）が経路Ｉ→Ｈ→Ｇを通って振動子２に受信される。
【０００６】
振動子１０２による漏洩波と垂直反射波との受信タイミングには、振動子１０２から斜角入射波及び垂直入射波が送信されてから漏洩波及び垂直反射波が振動子１０２に受信されるまでの各波の行程差に基づく時間差があり、この時間差Δｔと、超音波プローブ１０１と被検体Ｓとの間に介在する超音波媒質である水中を伝搬する超音波の音速ＶW と、音響レンズ１０３のデフォーカス量ΔＺとから、次式によって漏洩弾性表面波の音速ＶL を算出することができ、当該漏洩弾性表面波の音速ＶL の変化から被検体Ｓの劣化度等を評価することができる。
【０００７】
【数１】
0003753567.tif 000002
【０００８】
図２０は、振動子１０２によって受信された漏洩波のエコー波形Ｌと垂直反射波のエコー波形Ｖとを示す図であって、前記時間差Δｔは、この漏洩波のエコー波形Ｌと垂直反射波のエコー波形Ｖとのピーク間の時間差を計測することによって求められる。また、水中を伝達する超音波の音速ＶW は、水温を測定することによって求めることができ、音響レンズ１０３のデフォーカス量ΔＺは、被検体Ｓと超音波プローブ１０１の設定間隔と音響レンズ１０３の焦点距離の差から求めることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前出の（１）式から漏洩弾性表面波の音速ＶL を求め、被検体Ｓの劣化度等を評価するためには、振動子１０２の受信信号から漏洩波のエコー波形Ｌと垂直反射波のエコー波形Ｖとを明確に分離でき、その時間差Δｔを計れることが前提となる。一般に、音響レンズ１０３のデフォーカス量ΔＺを大きくすると、漏洩弾性表面波の伝搬距離が長くなって、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆと経路Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｈ→Ｇの行程差が大きくなり、図２０に示すように時間軸上で漏洩波のエコー波形Ｌと垂直反射波のエコー波形Ｖとが分離して時間差Δｔの測定が可能になるが、本願発明者らの研究によると、漏洩弾性表面波が減衰しやすい被検体、例えば、母材の表面に溶射皮膜が施された被検体については、音響レンズ１０３のデフォーカス量ΔＺを種々変更しても漏洩波のエコー波形Ｌと垂直反射波のエコー波形Ｖとを明確に分離できず、時間差Δｔを求めることができないことが判明した。即ち、本願発明者らは、母材の表面に厚さ０．１ｍｍのＷＣ系サーメット材料からなる溶射皮膜が施された被検体について実験を行ったところ、音響レンズ１０３のデフォーカス量ΔＺを大きくすると漏洩弾性表面波の減衰が大きくなって漏洩波のエコー波形Ｌを検出することが困難になり、反対に、音響レンズ１０３のデフォーカス量ΔＺを小さくすると垂直反射波のエコー波形Ｖに漏洩波のエコー波形Ｌが埋没して両者を明確に分離することができず、時間差Δｔを求めることができなかった。
【００１０】
これについて理論的な解析を加えると、前記の被検体にのど厚（図１９（ａ）のＧＨ間）が５ｍｍのアルミニウム製（音速＝６４００ｍ／ｓ）の音響レンズからデフォーカス量ΔＺを０．２ｍｍとして１０ＭＨｚの超音波パルスを送信した場合、ＷＣ系溶射皮膜を伝搬する漏洩弾性表面波の音速ＶL は約２３００ｍ／ｓ（表面を研磨した同種の溶射皮膜を用いて予め計測した値）であり、レーリー臨界角は約４１度であるので、図１９（ａ）に示した経路Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｈ→Ｇを伝搬する垂直入射波及び垂直反射波の伝搬時間が１０．０５μｓであるのに対して、図１９（ａ）に示した経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ経路を伝搬する斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波の伝搬時間は１０．１μｓであり、その差が５０ｎｓとなって使用周波数の周期（１００ｎｓ）の半分しかないので、仮に微弱な漏洩波が受信されていても、時間差Δｔを求めることができない。
【００１１】
なお、前記においては、被検体の表層を伝搬する漏洩弾性表面波の音速変化から被検体の劣化度等を評価する技術を例にとって説明したが、漏洩弾性表面波を利用した超音波検査方法は、このほかに、被検体より漏洩する漏洩波のレベル変化からクラックの有無や被膜剥離の有無といった被検体表層の健全性を評価する方法としても適用することができる。
【００１２】
即ち、漏洩弾性表面波は、被検体の表面から１波長程度、被検体の内部に浸透するが、母材に対する被膜の密着性が良好である場合には、被検体の内部に浸透した漏洩弾性表面波の母材への浸透量が大きくなるため、振動子にて受信される漏洩波のレベルが低くなる。これに対して、母材に対する被膜の密着性が悪い場合には、母材と被膜との間に剥離による空気層が生じ、当該空気層と被膜との界面で漏洩弾性表面波が反射されるために漏洩弾性表面波の母材への浸透量が小さくなり、相対的に振動子にて受信される漏洩波のレベルが大きくなる。したがって、超音波プローブにおける漏洩波の受信レベルより演算処理部にて母材に対する被膜の密着性の良否を判定することができる。
【００１３】
一方、被検体の表層にクラック等の欠陥が存在すると、被検体の表層における漏洩弾性表面波の伝搬がクラック等によって妨げられるために、振動子にて受信される漏洩波のレベルが低くなる。これに対して、被検体の表層にクラック等の欠陥が存在しない場合には、被検体の表層における漏洩弾性表面波の伝搬がクラック等によって妨げられないため、振動子にて受信される漏洩波のレベルが高くなる。したがって、この場合にも、超音波プローブにおける漏洩波の受信レベルより演算処理部にて被検体表層におけるクラックの有無を判定することができる。
【００１４】
被検体表層の健全性を評価するためには、必ずしも漏洩波と垂直反射波の双方を検出可能な超音波プローブを用いる必要はないが、少なくとも漏洩波のエコー波形を明確に検出できる超音波プローブを用いる必要がある。
【００１５】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その課題は、被検体の表層を伝搬する漏洩弾性表面波を利用して被検体の劣化度等や健全性を評価する超音波検査方法に適用可能な超音波プローブを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を達成するため、まず第１に、振動子設定面が平面状に形成されたフラット型超音波プローブと、当該フラット型超音波プローブの先端部に取り付けられ、前記振動子から送信された超音波を収束する音響レンズとを備えた集束型の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路と被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路との双方を有し、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度と、被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速度とを異ならせたものを用いたという構成にした。
【００１７】
音響レンズの垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度と、音響レンズの斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速度とを異ならせる手段としては、
（ａ）音響レンズの垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に、振動子対向面からこれと対向するレンズ曲率面まで貫通する透孔を開設する、
（ｂ）音響レンズのレンズ曲率面における垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路にくぼみを形成する、
（ｃ）音響レンズに開設された透孔内又はくぼみ内に当該音響レンズを構成する素材よりも超音波の伝搬速度が遅い素材からなる充填物を充填する、
（ｄ）音響レンズに開設された透孔内又はくぼみ内に当該音響レンズを構成する素材よりも超音波の伝搬速度が速い素材からなる充填物を充填する、
といった手段がある。
【００１８】
なお、前記（ｃ）の具体例としては、アルミニウムからなる音響レンズの透孔内又はくぼみ内に樹脂を充填したものを挙げることができる。また、前記（ｄ）の具体例としては、樹脂からなる音響レンズの透孔内又はくぼみ内にアルミニウムの円筒体を圧入するか、アルミニウムからなる心材の周囲に樹脂をアウトサートモールドして音響レンズとしたものを挙げることができる。
【００１９】
音響レンズの垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度と、音響レンズの斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速度とを異ならせると、デフォーカス量ΔＺを大きくできない場合にも、振動子による垂直反射波の受信タイミングと漏洩波の受信タイミングとをずらすことができるので、垂直反射波のエコー波形Ｖと漏洩波のエコー波形Ｌとを時間軸上で明確に分離できるようになり、各エコー波形の受信の時間差Δｔを求めることが可能になる。したがって、漏洩弾性表面波の音速ＶL が求められることから、母材の表面に溶射皮膜などの漏洩弾性表面波Ｌが減衰しやすい被膜が施された被検体についても、その劣化度等を非破壊で評価することができる。また、垂直反射波のエコー波形Ｖと漏洩波のエコー波形Ｌとを時間軸上で明確に分離でき、漏洩波の受信レベルを正確に求められることから、被検体表層の健全性も非破壊で評価することができる。
【００２０】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、第２に、振動子設定面が平面状に形成されたフラット型超音波プローブと、当該フラット型超音波プローブの先端部に取り付けられ、前記振動子から送信された超音波を収束する音響レンズとを備えた集束型の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、振動子対向面にくぼみが形成したものを用い、当該くぼみと前記フラット型超音波プローブに備えられた振動子の表面にて構成される空間内に超音波遮蔽部材を封入するか、超音波遮蔽体としての空気を封入するという構成にした。
【００２２】
かように、被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路を有し、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路を有しない音響レンズを備えた超音波プローブを用いると、垂直反射波のエコー波形Ｖが得られず時間差Δｔを求めることができないが、漏洩波の受信レベルを正確に求められるので、被検体表層の健全性を評価することができる。
【００２３】
なお、音響レンズの形状については何ら制限があるものではなく、曲率面が球面状に形成された凹レンズを用いることもできるし、シリンドリカルレンズを用いることもできる。
【００２４】
凹レンズを用いた場合には、被検体に超音波をスポット状に入射できるため、高精度の超音波検査を実行することができる。一方、シリンドリカルレンズを用いた場合には、被検体に超音波をライン状に入射することができるため、高精度の超音波検査を高能率に実行することができる。
【００２５】
なお、音響レンズは、フラット型超音波プローブの先端部に一体不可分に固着することもできるし、フラット型超音波プローブの先端部に着脱可能に取り付けることもできる。
【００２６】
音響レンズをフラット型超音波プローブの先端部に着脱可能に取り付けると、仕様が異なる各種のフラット型超音波プローブと音響レンズを組み合わせて、多様な仕様の集束型超音波プローブを得ることができるので、少ない部品点数で多様な超音波検査を実行することができ、超音波検査のトータルコストを低減することができる。また、フラット型の超音波プローブと音響レンズとを着脱可能に結合したことから、水中における集束型超音波プローブの組立が可能で、フラット型超音波プローブと音響レンズとの間に気泡が介在することがなく、検査結果の信頼性を高めることができる。また、気泡を除去するための手数を要しないので、この点からも検査コストの低減を図ることができる。
【００２７】
また、本発明は、前記の課題を達成するため、第３に、フラット型超音波プローブと音響レンズの組み合わせを用いる構成に代えて、振動子設定面が球面状に形成された超音波プローブを用い、当該振動子設定面に設けられた振動子の表面中央部に、当該振動子よりも小型の超音波遮蔽部材を備えるという構成にした。
【００２８】
この超音波プローブを用いた場合にも、垂直反射波のエコー波形Ｖが得られず時間差Δｔを求めることができないが、漏洩波の受信レベルを正確に求められるので、被検体表層の健全性を評価することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る超音波プローブの実施形態例を説明するに先立ち、超音波検査装置の全体構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は超音波検査装置のブロック図、図２は超音波検査装置における超音波プローブ設定部の一部断面した斜視図である。
【００３０】
これらの図に示すように、本例の超音波検査装置は、被検体Ｓの表面に沿って超音波を二次元走査する超音波走査部１０と、当該超音波走査部１０の駆動部２０と、当該駆動部２０を介して前記超音波走査部１０を制御し、超音波の受信波形から被検体の応力分布や破壊靭性値それに劣化度等の所望の検査結果を演算によって求める演算処理部３０と、当該演算処理部３０にて得られた超音波検査結果を表示する表示部４０とから主に構成されている。
【００３１】
超音波走査部１０は、図２に示すように、超音波プローブ１と、当該超音波プローブ１及び被検体Ｓを収納する水Ｗが貯えられた水槽１１と、超音波プローブ１を三次元方向に駆動する機械式スキャナ１２とからなる。機械式スキャナ１２は、水槽１１の相平行な２辺に沿ってＹ−Ｙ方向に配置された一対のＹ軸ガイド１３と、当該Ｙ軸ガイド１３によってＹ−Ｙ方向に案内されるＹ軸スライダ１４と、当該Ｙ軸スライダ１４に両端が固定され、Ｘ−Ｘ方向に配置されたＸ軸ガイド１５と、当該Ｘ軸ガイド１５によってＸ−Ｘ方向に案内されるＸ軸スライダ１６と、当該Ｘ軸スライダ１６に垂直に固定されたＺ軸ガイド１７と、前記超音波プローブ１を保持し、前記Ｚ軸ガイド１７によってＺ−Ｚ方向に案内されるＺ軸スライダ１８を有しており、前記各スライダ１４，１６，１８は、図１に示す３つのモータＭ１〜Ｍ３によって駆動される。これらの各モータには、ロータリーエンコーダ等の位置信号出力装置が備えられており、各スライダ１４，１６，１８の座標信号を演算処理部３０にて検出できるようになっている。
【００３２】
駆動部２０には、超音波プローブ１からの超音波の発信と超音波プローブ１による超音波の受信とを行うパルサー／レシーバー２１と、当該パルサー／レシーバー２１の受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２２と、前記機械式スキャナ１２に備えられた３つのモータＭ１〜Ｍ３を駆動するモータドライバ２３とが備えられている。
【００３３】
また、演算処理部３０には、ＣＰＵ３１と、キーボードやマウス等の入力手段３２と、当該入力手段３２からの指令によって駆動するトリガー３３及びモータコントローラ３４と、Ａ／Ｄ変換された受信信号をモータドライバ２３及びモータコントローラ３４を介してモータ（Ｍ１〜Ｍ３）から取り込まれた座標信号と共に蓄積する第１のメモリ３５と、トリガー３３からの信号によって起動されＣＰＵ３１による信号処理のゲートを設定するタイマー３６と、ＣＰＵ３１による信号処理の手順を記憶した第２のメモリ３７とが備えられている。
【００３４】
したがって、本例の超音波検査装置は、入力手段３２を操作することによって機械式スキャナ１２に備えられたモータＭ１〜Ｍ３を駆動することができ、水槽１１内に設定された被検体Ｓに対する超音波プローブ１の位置決めを行うことができる。このときの超音波プローブ１の座標信号は、モータドライバ２３及びモータコントローラ３４を介して第１のメモリ３５に取り込まれる。この状態から、入力手段３２を操作することによって、パルサー／レシーバー２１及びモータコントローラ３４を駆動することができ、超音波プローブ１を被検体Ｓの表面に沿って二次元的に移動しつつ、超音波プローブ１からの超音波の送信と超音波プローブ１による超音波の受信とを行うことができる。超音波プローブ１によって受信された超音波は、Ａ／Ｄ変換器２２によってＡ／Ｄ変換され、モータドライバ２３及びモータコントローラ３４を介してモータＭ１〜Ｍ３より取り込まれた座標信号と共に第１のメモリ３５に蓄積される。ＣＰＵ３１は、タイマー３６に設定されたゲートごとに第１のメモリ３５に蓄積された信号を取り込んで、第２のメモリ３７に記憶された信号処理手順に基づいてその信号処理を行い、その処理結果を表示装置４０に色調表示する。
【００３５】
以下、本発明に係る超音波プローブの実施形態例について説明する。
【００３６】
〈超音波プローブの第１例〉
第１実施形態例に係る超音波プローブを、図３及び図４に基づいて説明する。図３（ａ），（ｂ）は第１実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図、図４は振動子によって受信される漏洩波及び垂直反射波のエコー波形図である。
【００３７】
図３（ａ），（ｂ）から明らかなように、本例の超音波プローブ１Ａは、振動子設定面７ａが平面状に形成されたフラット型超音波プローブ７と、前記振動子設定面７ａに取り付けられた平面形状が円形の単一型振動子２と、当該振動子２から送信された超音波を収束して被検体Ｓに入射する凹型の音響レンズ３とを備えた構成になっている。本例の超音波プローブ１Ａは、音響レンズ３として、その中央部に、振動子対向面３ａからレンズ曲率面３ｂまで貫通する透孔４を開設したことを特徴とする。透孔４の直径は、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬範囲以上に設定すれば足りるが、雑音の受信を極力抑制するため、斜角入射波及び漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きくする方が好ましい。振動子２は、表裏両面に電極が設けられた圧電薄膜をもって構成され、前記振動子設定面７ａに接着等の手段によって固定される。一方、音響レンズ３は、アルミニウム等の超音波伝搬速度が大きな物質をもって構成され、振動子対向面３ａが平面状に形成され、これと対向するレンズ曲率面３ｂが球面状に形成されている。
【００３８】
前記したように、超音波プローブは、被検体Ｓの評価に際して、被検体Ｓと共に水中に配置される。したがって、音響レンズ３の中央部に透孔４が開設された本実施形態例の超音波プローブ１Ａを用いると、図３（ａ）に示すように、振動子２の斜角経路Ａ→Ｂ→Ｃ及びＤ→Ｅ→Ｆと被検体Ｓとの間には、超音波の伝搬速度が高いアルミニウム製の音響レンズ３（音速＝約６４００ｍ／ｓ）と超音波の伝搬速度が低い水（１９℃で約１４８０ｍ／ｓ、２６℃で約１５００ｍ／ｓ）とが介在するのに対して、振動子２の垂直経路Ｇ→Ｉ及びＩ→Ｇと被検体Ｓとの間には、超音波の伝搬速度が低い水のみが介在することになるので、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波の伝搬時間よりも経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る垂直入射波及び垂直反射波の伝搬時間の方が長くなり、図４に示すように、垂直反射波のエコー波形Ｖと漏洩波のエコー波形Ｌとが分離し、かつ漏洩波のエコー波形Ｌの方が表面反射波のエコー波形Ｖよりも先行した受信信号が得られる。したがって、漏洩波のエコー波形Ｌと表面反射波のエコー波形Ｖとの時間差Δｔを求めることができ、漏洩弾性表面波の音速ＶL を求めることができるので、当該漏洩弾性表面波の音速変化から例えば被検体Ｓの応力分布や破壊靭性値それに熱脆化や粒界腐蝕といった被検体の劣化度、並びに被検体表面におけるクラックの有無や被検体表面に設けられた被膜の剥離の有無といった被検体表面の健全性を非破壊で評価することができる。
【００３９】
前記と同様に、母材の表面に厚さ０．１ｍｍのＷＣ系溶射皮膜が施された被検体とレンズのど厚（透孔４を開設する前のＧＨ間の距離）が５ｍｍのアルミニウム製音響レンズを用い、デフォーカス量ΔＺを０．２ｍｍ、使用周波数を１０ＭＨｚ、漏洩弾性表面波の音速ＶL を２３００ｍ／ｓ、レーリー臨界角を４１度として垂直波Ｖと漏洩弾性表面波Ｌの時間差Δｔを求めると、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを伝搬する超音波の伝搬時間が約１０μｓであるのに対して、経路Ｇ→Ｉ→Ｇを伝搬する超音波の伝搬時間は約１５μｓであり、その差が５μｓ（使用周波数の周期の５０倍）となって、溶射被膜を有する被検体においても両波を分離できることが判る。
【００４０】
なお、前例においては、使用周波数を１０ＭＨｚとしたが、５〜２０ＭＨｚの範囲で変更した場合にも同様の結果が得られた。
【００４１】
〈超音波プローブの第２例〉
第２実施形態例に係る超音波プローブを、図５に基づいて説明する。図５は第２実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【００４２】
第２実施形態例に係る超音波プローブ１Ｂは、音響レンズ３の中央部（垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路）に透孔４を開設する構成に代えて、音響レンズ３のレンズ曲率面３ｂの中央部にくぼみ５を形成したことを特徴とする。くぼみ５の直径は、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬範囲以上であり、雑音の受信を極力抑制するため、斜角入射波及び漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きく形成される。
【００４３】
この超音波プローブ１Ｂを用いた場合にも、第１例に係る超音波プローブ１Ａと同様に、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間よりも経路Ｇ→Ｉ→Ｇを伝搬する超音波の伝搬時間を相対的に遅らせることができるので、垂直反射波のエコー波形Ｖと漏洩波のエコー波形Ｌの分離が可能で、被検体の劣化度等並びに被検体表層の健全性の評価を行うことができる。
【００４４】
〈超音波プローブの第３例〉
第３実施形態例に係る超音波プローブを、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて説明する。図６は第３実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【００４５】
第３実施形態例に係る超音波プローブ１Ｃは、音響レンズ３の中央部に単に透孔４を開設するかくぼみ５を形成する構成に代えて、開設された透孔４内又は形成されたくぼみ５内に音響レンズ３を構成する素材とは超音波の伝搬速度が異なる素材からなる充填物６を充填したことを特徴とする。図６（ａ）は音響レンズ３の中央部に開設された透孔４内に充填物６を充填した場合、図６（ｂ）は音響レンズ３の振動子対向面３ａに形成されたくぼみ５内に充填物６を充填した場合、図６（ｃ）は音響レンズ３のレンズ曲率面３ｂに形成されたくぼみ５内に充填物６を充填した場合を示している。その他については、第１実施形態例及び第２実施形態例に係る超音波プローブと同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。
【００４６】
音響レンズ３を構成する素材と充填物６とは、超音波の伝搬速度の差が大きいほど好ましく、音響レンズ３がアルミニウム（音速＝６４００ｍ／ｓ）をもって構成される場合には、充填物６としてはアクリル樹脂等の樹脂材料（音速＝２０００〜３０００ｍ／ｓ）が好適に用いられ、反対に音響レンズ３が樹脂材料をもって構成される場合には、充填物６としてはアルミニウムが好適に用いられる。充填部６として樹脂を用いる場合には、開設された透孔４又は形成されたくぼみ５内に充填物である樹脂をポッティングすることによって音響レンズ３を製造することができる。また、充填部６として固体を用いる場合には、開設された透孔４又は形成されたくぼみ５内に充填物である固体を圧入することによっても音響レンズ３を製造することができる。さらに、音響レンズ３が樹脂材料から構成される場合には、アルミニウム等の充填物６の周囲に樹脂をアウトサート成形することによっても所望の音響レンズ３を製造することができる。
【００４７】
勿論、音響レンズ３を構成する素材よりも超音波の伝搬速度が低い充填物６を充填した場合には、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間よりも経路Ｇ→Ｉ→Ｇを伝搬する超音波の伝搬時間が相対的に遅くなって、図４に示すように漏洩波のエコー波形Ｌの方が垂直反射波のエコー波形Ｖより先行した形になり、逆に、音響レンズ３を構成する素材よりも超音波の伝搬速度が高い充填物６を充填した場合には、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間よりも経路Ｇ→Ｉ→Ｇを伝搬する超音波の伝搬時間が相対的に速くなって、図２０に示すように垂直反射波のエコー波形Ｖの方が漏洩波のエコー波形Ｌより先行した形になる。
【００４８】
本例の超音波プローブ１Ｃは、音響レンズ３における垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路Ｇ→Ｉ及びＩ→Ｇと斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路Ａ→Ｂ→Ｃ及びＤ→Ｅ→Ｆとを音速が異なる素材で構成したので、各経路を通る超音波の伝搬時間の差が大きくなって、垂直反射波のエコー波形Ｖと漏洩波のエコー波形Ｌの分離が可能になり、被検体の劣化度等並びに被検体表層の健全性の評価を行うことができる。
【００４９】
〈超音波プローブの第４例〉
第４実施形態例に係る超音波プローブを、図７（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図７（ａ），（ｂ）は第４実施形態例に係る超音波プローブの平面方向から見た要部斜視図及び底面方向から見た要部斜視図である。
【００５０】
第４実施形態例に係る超音波プローブ１Ｄは、図７（ａ）に示すように、音響レンズ３としてシリンドリカルレンズを用いると共に、振動子２として複数個の振動子２ａ〜２ｎが隣接して一方向に配列されたアレイ型の振動子を備えたことを特徴とする。このシリンドリカルレンズの底面の垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路には、図７（ｂ）に示すように、透孔４が開設されている。透孔４の大きさは、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬範囲以上であり、雑音の受信を極力抑制するため、斜角入射波及び漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きく形成される。なお、シリンドリカルレンズの底面に透孔４を開設する構成に代えてくぼみを形成することも可能であり、さらには、開設された透孔又は形成されたくぼみ内に、斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路とは超音波の伝搬速度が異なる充填物を充填することも勿論可能である。
【００５１】
本例の超音波プローブ１Ｄは、音響レンズ３としてシリンドリカルレンズを用いると共に、振動子２としてアレイ型の振動子を備えたので、被検体Ｓの表面を面状にトレースすることができ、円筒形の音響レンズに平面形状が円形の単一型の振動子を備えた場合に比べて、被検体Ｓの検査効率を高めることができる。
【００５２】
〈超音波プローブの第５例〉
第５実施形態例に係る超音波プローブの第５例を、図８に基づいて説明する。図８は第５実施形態例に係る超音波プローブの平面方向から見た要部斜視図である。
【００５３】
第５実施形態例に係る超音波プローブ１Ｅは、図８に示すように、音響レンズ３としてシリンドリカルレンズを用いると共に、振動子２として単一型の振動子を備えたことを特徴とする。このシリンドリカルレンズの底面の垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路には、図７（ｂ）に示したと同様に、透孔４が開設される。勿論、シリンドリカルレンズの底面に透孔４を開設する構成に代えてくぼみを形成することも、開設された透孔又は形成されたくぼみ内に、斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路とは超音波の伝搬速度が異なる充填物を充填することも可能である。その他については、第４実施形態例に係る超音波プローブと同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。
【００５４】
本例の超音波プローブ１Ｅは、音響レンズ３としてシリンドリカルレンズを用いると共に、振動子２として単一型の振動子を備えたので、被検体Ｓの表面に超音波ビームを線状に照射することができ、円筒形の音響レンズに平面形状が円形の単一型の振動子を備えた場合に比べて、被検体Ｓの検査効率を高めることができる。
【００５５】
〈超音波プローブの第６例〉
第６実施形態例に係る超音波プローブの第６例を、図９に基づいて説明する。図９は第６実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【００５６】
第６実施形態例に係る超音波プローブ１Ｆは、図９に示すように、音響レンズ３の振動子対向面３ａの中央部（垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路）にくぼみ５を形成し、当該くぼみ５と前記フラット型超音波プローブ７に備えられた振動子２の表面にて構成される空間内に超音波遮蔽部材８を封入するか、超音波遮蔽体としての空気を封入するという構成にした。くぼみ５の直径は、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬範囲以上であり、雑音の受信を極力抑制するため、斜角入射波及び漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きく形成される。
【００５７】
この超音波プローブ１Ｆを用いた場合は、被検体Ｓへの垂直入射波の伝搬及び被検体Ｓからの垂直反射波の伝搬が超音波遮蔽部材８又は超音波遮蔽体としての空気によって制限されるので、垂直反射波のエコー波形Ｖが得られず、したがって時間差Δｔを求めることができないが、斜角入射波の伝搬経路と漏洩波の伝搬経路とが設けられているので、漏洩波の受信レベルを検出することができ、この漏洩波の受信レベルから被検体表層の健全性を評価することができる。
【００５８】
〈超音波プローブの第７例〉
第７実施形態例に係る超音波プローブの第７例を、図１０（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図１０（ａ），（ｂ）は第７実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び要部平面図である。
【００５９】
第７例の超音波プローブ１Ｇは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、音響レンズ３に透孔４やくぼみ５を形成せず、レンズ曲率面３ｂの中央部（垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路）に、前記フラット型超音波プローブ７に備えられた振動子２よりも小径の超音波遮蔽部材８を配設したことを特徴とする。超音波遮蔽部材８の直径は、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬範囲以上であり、雑音の受信を極力抑制するため、斜角入射波及び漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きく形成される。
【００６０】
本例の超音波プローブ１Ｇを用いた場合も、被検体Ｓへの垂直入射波の伝搬及び被検体Ｓからの垂直反射波の伝搬が超音波遮蔽部材８によって制限されるが、斜角入射波の伝搬経路と漏洩波の伝搬経路とが設けられているので、漏洩波の受信レベルを検出することができ、この漏洩波の受信レベルから被検体表層の健全性を評価することができる。
【００６１】
なお、前記第６実施形態例及び第７実施形態例においては、振動子２として平面形状が円形に形成されたものを用い、その対向面の中央部に超音波遮蔽部材８を配置するか、超音波遮蔽体としての空気層を形成するという構成にしたが、かかる構成に代えて、振動子２をリング状に形成し、被検体Ｓへの垂直入射波の伝搬及び被検体Ｓからの垂直反射波の伝搬を制限するという構成にすることもできる。
【００６２】
〈超音波プローブの第８例〉
第８実施形態例に係る超音波プローブを、図１１に基づいて説明する。図１１は第８実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【００６３】
図１１から明らかなように、本例の超音波プローブ１Ｈは、フラット型超音波プローブ７の外周面には雄ねじ７ａを刻設すると共に、音響レンズ３の上半部に形成された凹部３ｃの内周面に前記雄ねじ７ａと螺合可能な雌ねじ３ｄを刻設し、これら両ねじ７ａ、３ｄを螺合することによって、フラット型超音波プローブ７の先端部に音響レンズ３を着脱可能に固定したことを特徴とする。
【００６４】
前記凹部３ｃの底面は平面状に形成されており、フラット型超音波プローブ７の先端部に密着できるようになっている。また、当該音響レンズ３の中央部（垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路）には、凹部３ｃの底面からレンズ曲率面３ｂまで貫通する透孔４が開設されている。
【００６５】
本例の超音波プローブ１Ｈは、第１実施形態例に係る超音波プローブ１Ａと同様の効果を奏するほか、フラット型超音波プローブ７の先端部に音響レンズ３を着脱可能に取り付けるという構成にしたので、仕様が異なる各種のフラット型超音波プローブ７と音響レンズ３とを組み合わせて多様な仕様の集束型超音波プローブを得ることができ、少ない部品点数で多様な超音波検査を実行することができることから、超音波検査のトータルコストを低減することができる。また、フラット型超音波プローブ７と音響レンズ３とを着脱可能に結合したことから、水中における集束型超音波プローブの組立が可能であり、フラット型超音波プローブ７と音響レンズ３の間に気泡が介在することがないので、検査結果の信頼性を高めることができる。加えて、気泡を除去するための手数を要しないので、この点からも検査コストの低減を図ることができる。
【００６６】
なお、本例の超音波プローブ１Ｈには、音響レンズ３として、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に凹部３ｃの底面からレンズ曲率面３ｂまで貫通する透孔４を開設したものが用いられているが、第２実施例に係る超音波プローブ１Ｂと同様に、透孔４に代えてくぼみ５が形成されたものを用いることもできるし、第３実施例に係る超音波プローブ１Ｃと同様に、透孔４内又はくぼみ５内に充填物６が充填されたものを用いることもできる。さらには、第６実施例に係る超音波プローブ１Ｆ又は第７実施例に係る超音波プローブ１Ｇと同様に、所定の部分に超音波遮蔽部材８（空気を含む。）が設けられたものを用いることもできる。
【００６７】
〈超音波プローブの第９例〉
第９実施形態例に係る超音波プローブを、図１２に基づいて説明する。図１２は第９実施形態例に係る超音波プローブの要部斜視図である。
【００６８】
図１２から明らかなように、本例の超音波プローブ１Ｉは、音響レンズ３の側面に、凹部３ｃまで貫通するねじ孔３ｅを開設し、当該ねじ孔３ｅに螺合されたビス３ｆにて、凹部３ｃ内に挿入されたフラット型超音波プローブ７の先端部を締結したことを特徴とする。  本例の超音波プローブ１Ｉも、第８実施形態例に係る超音波プローブ１Ｈと同様の効果を有する。
【００６９】
なお、かかる構成は、アレイ型の振動子を備えたフラット型超音波プローブにシリンドリカルレンズ型の音響レンズを装着する場合にのみ適用できるものではなく、単一型の振動子を備えたフラット型超音波プローブにシリンドリカルレンズ型の音響レンズを装着する場合にも適用できることは勿論である。また、第８実施形態例においては、フラット型超音波プローブ７の外周面に雄ねじ７ａを刻設すると共に、音響レンズ３の凹部内周面に雌ねじ３ｄを刻設し、これら両ねじ７ａ、３ｄを螺合することによって、フラット型超音波プローブ７の先端部に音響レンズ３を固定したが、かかる構成に代えて、フラット型超音波プローブ７の外周面と音響レンズ３の凹部内周面とを平滑面とし、音響レンズ３の凹部３ｃに挿入されたフラット型超音波プローブ７の先端外周面を、音響レンズ３の外部より貫通されたビスにて固定するように構成することもできる。
【００７０】
〈超音波プローブの第１０例〉
第１０実施形態例に係る超音波プローブを、図１３（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図１３（ａ），（ｂ）は、第１０実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【００７１】
第１０実施形態例に係る超音波プローブ１Ｊは、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、フラット型超音波プローブ７の先端部に音響レンズ３を装着する構成に代えて、プローブ本体に形成された球面状の振動子設定面１ａにリング状の振動子２を設定し、当該振動子２の表面を保護材９にて覆ったことを特徴とする。
【００７２】
本例の超音波プローブ１Ｊは、第６実施形態例に係る超音波プローブ１Ｆ及び第７実施形態例に係る超音波プローブ１Ｇと同様の効果を有するほか、音響レンズを省略できるので、超音波プローブの小型化を図ることができる。
【００７３】
〈超音波プローブの第１１例〉
第１１実施形態例に係る超音波プローブを、図１４（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図１４（ａ），（ｂ）は、第１１実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【００７４】
第１１実施形態例に係る超音波プローブ１Ｋは、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、プローブ本体に形成された球面状の振動子設定面１ａに平面形状が円形の振動子２を設定すると共に、その中心部にそれよりも小径の超音波遮蔽部材８を設け、これら振動子２及び超音波遮蔽部材８の表面を保護材９にて覆ったことを特徴とする。
【００７５】
本実施形態例に係る超音波プローブ１Ｋも、第１０実施形態例に係る超音波プローブと同様の効果を有する。
【００７６】
以下、前記のように構成された超音波検査装置を用いた超音波検査方法の一例を、前出の図３（ａ）並びに図１５及び図１６に基づいて説明する。この検査方法は、水温の測定を行うことなく、漏洩弾性表面波の音速ＶL を算出できるようにしたことを特徴とする。図１５は音響レンズの焦点を被検体の表面に合致した場合における超音波プローブの配置を示す説明図であり、図１６は超音波検査方法の手順を示すフローチャートである。図１６に示した超音波検査方法の手順は、図１に示した第２のメモリ３７に記憶される。
【００７７】
まず、手順Ｓ１で、機械式スキャナ１２のＺ軸スライダ１８を駆動して超音波プローブ１を被検体Ｓに接近する方向又は被検体Ｓから離隔する方向に移動し、図１５に示すように、音響レンズ３の焦点を被検体Ｓの表面に合致させる。音響レンズ３の焦点が被検体Ｓの表面に合致すると、漏洩波のエコーレベルが最大になるので、音響レンズ３の焦点が被検体Ｓの表面に合致したことを知ることができる。
【００７８】
手順Ｓ２で、振動子２から超音波を送信し、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間ｔL0と、経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔV0を計測する。また、Ｚ軸スライダ１８の出力値Ｚ0 の読み込みを行う。
【００７９】
次に、手順Ｓ３，Ｓ４で、漏洩弾性表面波を検出するまで超音波プローブ１を被検体Ｓに接近させる。超音波プローブ１の停止位置は、必ずしも漏洩弾性表面波のエコーレベルが最大になる位置とする必要はなく、漏洩弾性表面波を検出できる範囲内で任意に設定できる。漏洩弾性表面波が検出されたとき、超音波プローブ１は、図３（ａ）に示す位置になり、音響レンズ３の焦点位置は、被検体Ｓの表面からデフォーカス量ΔＺだけ内側になる。
【００８０】
手順Ｓ５で、振動子２から超音波を送信し、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間ｔL1と、経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔV1を計測する。また、Ｚ軸スライダ１８の出力値Ｚ1 の読み込みを行う。
【００８１】
次いで手順Ｓ６に移行し、手順Ｓ２で計測された経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間ｔL0と手順Ｓ５で計測された経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間ｔL1との時間差ΔｔL（＝ｔL0−ｔL1）、手順Ｓ２で計測された経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔV0と手順Ｓ５で計測された経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔV1との時間差ΔｔV（＝ｔV0−ｔV1）及び手順Ｓ２で計測されたＺ軸スライダ１８の出力値Ｚ0 と手順Ｓ５で計測されたＺ軸スライダ１８の出力値Ｚ1 の差、即ち音響レンズ３のデフォーカス量ΔＺ（＝Ｚ0−Ｚ1）を算出する。
【００８２】
最後に、これらの算出値から、下記の（２）式を用いて漏洩弾性表面波の音速ＶL を求める
【００８３】
【数２】
0003753567.tif 000003
【００８４】
（２）式は水の音速ＶW を変数に含まないので、この式に基づけば、水の音速ＶW を測定することなく漏洩弾性表面波の音速ＶL を算出することができる。なお、上記においては説明を省略したが、上記の検査方法を実行するに際しては、機械式スキャナ１２のＹ軸スライダ１４及び／又はＸ軸スライダ１６を適宜駆動して、被検体Ｓの表面に沿って超音波プローブ１を走査することはもちろんである。また、図１６の超音波検査方法においては、手順Ｓ１で音響レンズ３の焦点を被検体Ｓの表面に合致させたが、この手順において音響レンズ３の焦点を被検体Ｓの表面に完全に合致させなければ所要の超音波検査を実行できないというものではなく、音響レンズ３の焦点を被検体Ｓの表面よりやや内側に位置付けることもできる。この場合には、手順Ｓ３，Ｓ４において、音響レンズ３の焦点位置が、手順Ｓ１で設定された音響レンズ３の焦点位置よりもさらに被検体Ｓの内側に移動される。
【００８５】
以下、当該（２）式の妥当性について説明する。
音響レンズ３の焦点位置を被検体Ｓの表面に合致させたときに経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間ｔL0と音響レンズ３の焦点位置を被検体Ｓの表面からずらしたときに経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間ｔL1との時間差ΔｔL は、音響レンズ３のデフォーカス量をΔＺ、レーリー臨界角をθL 、水の音速をＶW 、漏洩弾性表面波の音速をＶL としたとき、
【００８６】
【数３】
0003753567.tif 000004
【００８７】
で表され、スネルの法則からＶW＝ＶLｓｉｎθLであることを利用して（３）式からθL を消去すると、下記の（４）式が得られる。
【００８８】
【数４】
0003753567.tif 000005
【００８９】
一方、音響レンズ３の焦点位置を被検体Ｓの表面に合致させたときに経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔV0と音響レンズ３の焦点位置を被検体Ｓの表面からずらしたときに経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔV1との時間差ΔｔV は、下記の（５）式で表される。
【００９０】
【数５】
0003753567.tif 000006
【００９１】
この（５）式から、水の音速をＶW は、下記の（６）式で求められる。
【００９２】
【数６】
0003753567.tif 000007
【００９３】
ここで、（６）式を（４）式に代入すれば、水の音速ＶW を変数に含まない漏洩弾性表面波の音速ＶL を求める（２）式を得ることができる。
【００９４】
なお、本例においては、第１実施形態例に係る超音波プローブ１Ａを用いた検査方法について説明したが、第２乃至第５実施例に係る超音波プローブ１Ｂ乃至１Ｅを用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００９５】
次に、前記のように構成された超音波検査装置及び超音波プローブを用いた超音波検査方法の他の例を、図１、図２、図３、図１５及び図１７を参照して説明する。ここに、図１７は超音波検査方法の手順を示すフローチャートである。
【００９６】
まず、図１７の手順Ｓ１において、入力手段３２を操作し、機械式スキャナ１２に備えられたモータＭ１，Ｍ２を駆動して、水槽１１内に設定された被検体Ｓに対する超音波プローブ１のＸ−Ｙ方向の位置決めを行う。このときの超音波プローブ１のＸ−Ｙ座標は、モータドライバ２３及びモータコントローラ３４を介して第１のメモリ３５に取り込まれ、超音波プローブ１の現在位置が特定される。
【００９７】
次いで、図１７の手順Ｓ２に移行し、入力手段３２を操作して機械式スキャナ１２に備えられたモータＭ３を駆動し、機械式スキャナ１２のＺ軸スライダ１８に取り付けられた超音波プローブ１をＺ方向に移動し、図３に示すように、音響レンズ３の焦点を被検体Ｓの表面より所要のデフォーカス量ΔＺだけ下方に合致させる。音響レンズ３の焦点が図１５に示すように被検体Ｓの表面に合致すると漏洩波のエコーレベルが最大になるので、超音波プローブ１をＺ方向に移動しつつ、漏洩波のエコーレベルを連続的に検知することによって、音響レンズ３の焦点を被検体Ｓの表面に合致させることができ、その位置から所要のデフォーカス量ΔＺだけ超音波プローブ１を下降することによって、音響レンズ３の焦点を所定の位置に合致させることができる。この操作は、演算処理部３０に備えられた第２のメモリ３７に記憶されたプログラムに基づいて自動的に行わせることができる。なお、デフォーカス量ΔＺが大きいほど垂直反射波の検出タイミングと漏洩波の検出タイミングとがずれて漏洩波レベルの検出が容易になるが、その反面溶射皮膜Ｓ2 による漏洩弾性表面波の減衰が大きくなって漏洩波レベルが低下するため、両者を勘案して、膜厚が０．１ｍｍの溶射皮膜の場合、デフォーカス量ΔＺを０．２ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００９８】
次いで、図１７の手順Ｓ３に移行し、入力手段３２を操作して所要の範囲で超音波プローブ１をＸ−Ｙ方向に二次元走査しつつ、所要の走査ピッチで漏洩波のエコー像を超音波プローブ１の座標信号と共に演算処理部３０に備えられた第１のメモリ３５に取り込む。この操作も、演算処理部３０に備えられた第２のメモリ３７に記憶されたプログラムに基づいて自動的に行わせることができる。
【００９９】
最後に、図１７の手順Ｓ４に移行し、第１のメモリ３５に蓄積されたデータを順次ＣＰＵ３１に取り込んでＣ画像化し、その結果を表示部４０に表示する。この操作も、演算処理部３０に備えられた第２のメモリ３７に記憶されたプログラムに基づいて自動的に行わせることができる。
【０１００】
図１８に、前記実施形態例に係る装置にて得られた漏洩波のＣスコープ画像を示す。図１８（ａ）は、溶射皮膜Ｓ2 の形成前に母材Ｓ1 に当然施されるべき前処理としてのブラスト処理を中央部にのみ施さないで溶射皮膜Ｓ2 が形成された被検体より得られた漏洩波のＣスコープ画像であり、図１８（ｂ）は、母材Ｓ1 の表面に正常に溶射皮膜Ｓ2 が形成され、溶射皮膜Ｓ2 の形成後に曲げ応力が負荷された被検体より得られた漏洩波のＣスコープ画像である。
【０１０１】
図１８（ａ）の例では、ブラスト処理が施されなかった母材Ｓ1 の中央部における漏洩波のエコーレベルが周囲の正常部分に比べて明らかに高くなっており、前記実施形態例に係る装置にて溶射皮膜Ｓ2 の剥離若しくは密着不足を鮮明に映像化できることが判る。また、図１８（ｂ）の例では、母材Ｓ1 の中央部に漏洩波のエコーレベルが周囲の正常部分に比べて明らかに低い縞状のエコー像が現れており、肉眼では観察できない微小（幅２〜５μｍ）なクラックも鮮明に映像化できることが判る。
【０１０２】
これに対して、超音波プローブ１として、被検体Ｓへの漏洩弾性表面波を励起させる斜角入射波の送信と被検体Ｓからの漏洩波の受信とが可能ではあるが、振動子にて検出される漏洩波のエコー像と垂直反射波のエコー像が時間軸上で分離できないものを用いて同様の検査を行った場合には、正常部分と欠陥部のエコーレベルのレベル差が小さく、欠陥を鮮明に検出することが困難であった。
【０１０３】
なお、本例においては、第１実施形態例に係る超音波プローブ１Ａを用いた検査方法について説明したが、第２乃至第１１実施例に係る超音波プローブ１Ｂ乃至１Ｋを用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
以上説明した各超音波検査方法によると、被検体Ｓの表面側から検査部位である被検体Ｓの表層部分に超音波を入射するので、被検体Ｓの厚みや被検体Ｓの内部状態それに被検体Ｓの底面の状態に関わりなく、常に高精度の欠陥検査を行うことができる。また、上記と同様の理由から、被検体Ｓの端部まで超音波検査が可能で、信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１乃至３に記載の発明によると、振動子設定面が平面状に形成されたフラット型超音波プローブと、当該フラット型超音波プローブの先端部に取り付けられ、前記振動子から送信された超音波を集束する音響レンズとを備えた集束型の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度と、被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速度とを異ならせたものを用いたので、デフォーカス量ΔＺを大きくできない場合にも、振動子による垂直反射波の受信タイミングと漏洩波の受信タイミングとをずらすことができ、各エコー波形の受信の時間差Δｔを求めることができる。よって、母材の表面に溶射皮膜などの漏洩弾性表面波Ｌが減衰しやすい被膜が施された被検体についても、その劣化度等を非破壊で評価することができると共に、漏洩波の受信レベルを正確に求められることから、被検体表層の健全性も非破壊で評価することができる。
【０１０６】
請求項４乃至６に記載の発明によると、前記と同様の集束型の超音波プローブにおいて、前記音響レンズとして、被検体への斜角入射波及び被検体からの漏洩波の伝搬経路を有し、被検体への垂直入射波及び被検体からの垂直反射波の伝搬経路を有しないものを用いたので、漏洩波の受信レベルが正確に求められ、被検体表層の健全性を評価することができる。
【０１０７】
請求項７に記載の発明によると、音響レンズとして、レンズ曲率面が球面状に形成された凹レンズを用いたので、フラット型超音波プローブから出力された超音波を被検体の表層部分にスポット状に集中させることができ、高精度の検査を行うことができる。
【０１０８】
請求項８に記載の発明によると、音響レンズとして、シリンドリカルレンズを用いたので、フラット型超音波プローブから出力された超音波を被検体の表層部分にライン状に集中させることができ、高精度の検査を高能率に行うことができる。
【０１０９】
請求項９に記載の発明によると、音響レンズをフラット型超音波プローブの先端部に着脱可能に取り付けたので、仕様が異なる各種のフラット型超音波プローブと音響レンズを組み合わせて、多様な仕様の集束型超音波プローブを得ることができ、少ない部品点数で多様な超音波検査を実行することができるので、超音波検査のトータルコストを低減することができる。また、フラット型の超音波プローブと音響レンズとを着脱可能に結合したことから、水中における集束型超音波プローブの組立が可能で、フラット型超音波プローブと音響レンズとの間に気泡が介在することがなく、検査結果の信頼性を高めることができる。また、気泡を除去するための手数を要しないので、この点からも検査コストの低減を図ることができる。
【０１１０】
請求項１０に記載の発明によると、フラット型超音波プローブと音響レンズの組み合わせを用いる構成に代えて、振動子設定面が球面状に形成された超音波プローブを用い、当該振動子設定面に設けられた振動子の表面中央部に、当該振動子よりも小型の超音波遮蔽部材を備えたので、超音波プローブの構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波検査装置のブロック図である。
【図２】超音波検査装置における超音波走査部の構成図である。
【図３】第１実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【図４】振動子によって受信される漏洩波及び垂直反射波のエコー波形である。
【図５】第２実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【図６】第３実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【図７】第４実施形態例に係る超音波プローブの平面側から見た斜視図と底面側から見た斜視図である。
【図８】第５実施形態例に係る超音波プローブの平面側から見た斜視図である。
【図９】第６実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【図１０】第７実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【図１１】第８実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図である。
【図１２】第９実施形態例に係る超音波プローブの斜視図である。
【図１３】第１０実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【図１４】第１１実施形態例に係る超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【図１５】音響レンズの焦点を被検体の表面に合致した場合の説明図である。
【図１６】第１例に係る超音波検査方法の手順を示すフローチャートである。
【図１７】第２例に係る超音波検査方法の手順を示すフローチャートである。
【図１８】第２例に係る超音波検査方法を実行することによって得られる漏洩波のＣ画像を示す図である。
【図１９】従来より知られている超音波プローブの要部断面図及び平面図である。
【図２０】振動子によって受信される漏洩波及び垂直反射波のエコー波形である。
【符号の説明】
１  超音波プローブ
２  振動子
３  音響レンズ
３ａ  振動子対向面
３ｂ  レンズ曲率面
４  透孔
５  くぼみ
６  充填物
７  フラット型超音波プローブ
８  超音波遮蔽部材
９  保護材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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