JPH04278457A - 送受並置型の超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、送受並置型の超音波
探触子に関し、詳しくは、超音波探傷装置において、超
音波送信ブロックと受信ブロックとを並置した、いわゆ
る送受並置型の超音波探触子により超音波探傷を行う場
合にその探傷領域を表面近傍及び比較的深い領域まで拡
大できるような送受並置型の超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷装置において使用される探触
子の１つとして送受並置型の超音波探触子がある。この
探触子は、送信側の回路と受信側の回路とが分離できる
ので送信側の信号が受信側に混合することが抑制され、
かつ、送信時に探触子内部での超音波の多重反射による
ノイズの発生が少ない利点があって、特に、表面近傍や
比較的浅い領域にある欠陥を検出するのに便利である。 図４は、この種の従来の送受並置型の基本的な超音波探
触子の縦断面図を示すものであって、１１は、送信側ブ
ロック、１２は受信側ブロックである。送信側ブロック
１１は、送波子１とこの送波子１がその上部に載置され
たシュー３とで構成され、受信側ブロック１２は、受波
子２とこの受波子２がその上部に載置されたシュー４と
で構成されている。送波子１と受波子２とは、一般的に
それぞれ所要の周波数の超音波を送信，受信する圧電振
動子が用いられる。なお、Ｐ−Ｐ，Ｑ−Ｑは、それぞれ
送波子１と受波子２の音軸である。シュー３及び４は、
それぞれ送波子１と受波子２と被検体５との間で超音波
ビーム１ａ及び被検体内からのエコー２ａを伝達するた
めの音響部材であって、これらは、隣接されて並設され
、これらの間には遮音板７が設けられて一体化されてい
る。この遮音板７を介在させることでシュー３と４との
間の超音波の漏れが防止できる。なお、これらシュー３
，４の前方の先端面３Ａと４Ａ及び被検体の表面５Ａと
の間には音響的接触媒質６が施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すような従来
の送波子と受波子とが並置された形式の超音波探触子で
は、送波子１に加えられる強い送信パルス信号が受波子
２側に直接印加されることがないので、被検体５の比較
的表層部に存在する欠陥のエコーを受信することが容易
である。このような送受並置型の超音波探触子にあって
は、被検体５の内部で形成される送波子１の感度指向領
域１ｂと受波子２の感度指向領域２ｂとが交叉重畳する
領域ＡＢＤＣが超音波探傷できる領域になる。逆に言え
ば、領域ＡＢＤＣの上限Ａ点よりさらに表層の領域と、
下限Ｄ点よりさらに深部の領域では有効な探傷感度が得
られない。

【０００４】このようなことから、被検体のごく表層部
と深部に存在する欠陥等の反射源が検知されない欠点が
ある。しかも、この種の探触子は、超音波ビームの指向
性領域をより傾斜させて表層部側に近付けると、深部側
が浅くなり、その傾斜を少なくして深部側を深くすると
表層部側も深くなるという相関関係にある。そこで、表
層部探傷用と深層部探傷用の両者の探触子が必要になる
。この発明はこのような従来技術の問題点を解決するも
のであって、被検体の深部方向にも表層部方向にも探傷
領域をより拡大することができる送受並置型の超音波探
触子を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の送受並置型の超音波探触子の特徴は
、従来用いられている１対の送，受波子を並置した形式
の探触子の欠点を解消するため、送，受波子のシューの
先端部に超音波ビームを拡散させるようなレンズ機能を
設けることによって、被検体内に形成される送波子及び
受波子の感度指向領域の重畳部分が被検体のごく表面近
傍から極めて深部に及ぶようにし、被検体の深さの方向
に広範囲に亙って欠陥検出範囲を与えるようにしたもの
である。

【０００６】

【作用】このように、送，受波子のシュー端面でのレン
ズ作用によって、被検体内に拡散性の超音波ビーム音場
を形成することにより、送波，受波両者の場合のビーム
音場が重畳する領域が被検体のごく表層部から極めて深
部にまで及び、結局被検体の表面直下から深部に亙る広
範囲の深さに存在する欠陥の探傷が１個の探触子のみで
可能になる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を用
いて説明する。図１は、この発明の送受並置型の超音波
探触子を適用した探触子の基本構成を示す一実施例の縦
断面説明図、図２は、この発明の送受並置型の超音波探
触子をリニアアレイ探触子に適用した他の実施例の説明
図、図３は、この発明の送受並置型の超音波探触子をア
ークアレイ探触子に適用した他の実施例に説明図である
。なお、各図において図４と同等のものは同一の符号を
用い、その構成要素についての説明を割愛する。

【０００８】図１は、送受並置型の超音波探触子１０を
受波子と送波子の音軸に沿って遮音板７と直角となる面
で縦に割った断面図を示している。なお、この探触子１
０は、切断面に平行な面で前後に断面を採っても図１と
同じ断面図形が現れる立体形状をしている。図において
、１３は、送信側ブロックであり、１４は受信側ブロッ
クである。送信側ブロック１３は、送波子１とこの送波
子１がその上部に載置されたシュー３１とで構成され、
受信側ブロック１４は、受波子２とこの受波子２がその
上部に載置されたシュー４１とで構成されている。 それぞれのシュー３１，４１の先端面３１Ａ，４１Ａは
、送波子１，受波子２の音軸Ｐ−Ｐ１　，Ｑ−Ｑ１　を
含む断面内で一定の曲率を有する曲面になっていて音響
的レンズ機能を持っている。このレンズの前面に当たる
先端面３１Ａ，４１Ａと被検体５の表面５Ａとの間隙の
部分には超音波を伝達するための液体又はペースト状の
超音波伝達媒質８が充填されている。

【０００９】この超音波伝達媒質８は、柔軟なゴム膜状
液のう９に収容され、保持されている。いま、送波子１
から送出された超音波ビーム１ａａがシュー３１を伝搬
し、先端面３１Ａに至るとすると、この先端面３１Ａで
は音速度がシュー３１の材質より小なる超音波伝達媒質
８に接し、かつ適当な曲率の凸面を形状をしていること
から上記超音波ビーム１ａａが被検体５に透入する際に
は拡散性ビームとなる。その結果、これにより扇状の感
度指向領域１ｂｂが形成される。同様に受波子２につい
てもシュー４１が送波子側シュー３１とここでは対称な
形態に作られているので、送波子側感度指向領域１ｂｂ
と対称な感度指向領域２ｂｂが形成されていて、この領
域内で被検体５内からの反射されるエコー２ａａが受信
される。

【００１０】その結果、感度指向領域１ｂｂ，２ｂｂの
両者の重畳部分Ａ１　Ｂ１　Ｄ１　Ｃ１　のの上限Ａ１
　は、図４におけるＡの位置よりも一層被検体５の表面
５Ａに近接させることができる。一方、下限Ｄ１　は図
４におけるＤの位置よりもはるかに深い位置に形成され
る。あるいは先端面３１Ａ，４１Ａの曲率を変えること
で感度指向領域１ｂｂ，２ｂｂを重畳させる領域を延ば
して無限に深い位置まで探傷領域を広げることもできる
。また、上述のようにシュー３１，４１の先端面３１Ａ
，４１Ａを凸面に形成させることにより、感度指向領域
１ｂｂ，２ｂｂの重畳領域Ａ１　Ｂ１　Ｄ１　Ｃ１は、
被検体５のごく表面近傍から極めて深部の領域まで広い
範囲に及ぶので、それに応じて検知可能な欠陥の存在す
る深さも広範囲に亙る。

【００１１】図２は、この発明をリニアアレイの探触子
１００に適用した一実施例を示す図で、（ａ）は、図１
に対応する縦断面図であり、（ｂ）は、その側面図であ
る。１０１は、総数Ｎ個の送波用振動素子１０１１　，
１０１２　，…，１０１ｉ　，…，１０１Ｎが配列され
た探触子１００のアレイ式送波子であり、１０２はＮ個
の受波用振動素子１０２１　，１０２２　，…，１０２
ｉ　，…，１０２Ｎが配列された探触子１００のアレイ
式受波子である。　　送波用振動素子１０１ｉ（ｉ＝１
〜Ｎ）と受波用振動素子１０２ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とは、
それぞれ対応する位置のものが対になって対称な位置関
係に配置されていて、これらそれぞれが図１に示す探触
子１０の送波子と受波子とに対応している。また、送波
子１０１及び受波子１０２に結合されているシュー１０
３及び１０４の先端面１０３Ａ，１０４Ａは、図１の場
合と同様に曲面が形成されていて、ビーム拡散性のレン
ズとなっている。

【００１２】したがって、これは、各送波用振動素子１
０１ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）と受波用振動素子１０２ｉ（ｉ＝
１〜Ｎ）とシュー１０３及び１０４の先端面１０３Ａ，
１０４Ａとにより図１に示す送信ブロックと受信ブロッ
クを単位とした複数の送受信素子がＮ個直線状に並設さ
れて配列され、それぞれのシューと遮音板とが共通にな
って一体化されている形態の探触子になる。そこで、例
えば、送波用振動素子１０１ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）と受波用
振動素子１０２ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とのうち、いくつかを
群として駆動するとすると、ｉ番地から始まって連接す
るｋ個の振動素子対（１０１ｉ，１０２ｉ），（１０１
ｉ＋１　，１０２ｉ＋１　），……，（１０１ｉ＋ｋ−
１　，１０２ｉ＋ｋ−１　）が同時に送，受波動作を行
うことによって超音波ビーム１０１ａｉが送出され、そ
の指向領域は、１０１ｂｉ（同図（ｂ）参照）となる。 このとき受波用振動素子群による１０２ｂｉなる受信感
度指向領域からのエコー１０２ａｉの受信が可能になる
。

【００１３】その結果、送信ビームの指向領域１０１ｂ
ｉと受信感度指向領域１０２ｂｉとが重畳する領域ＡＡ
１ｉＢ１ｉＤ１ｉＣ１ｉの上限Ａ１ｉと下限Ｄ１ｉとで
定まる範囲の表層部から深さ方向に亙る広い範囲でエコ
ーを検知することが可能になる。言い換えれば、この領
域で欠陥を検出することができる。なお、この場合には
、上述の送，受波動作をｉ＝１，２，……，Ｎ−ｋ＋１
の順に、図示していない電子的スイッチング制御回路部
によって順次切換えて行わせることによって、超音波ビ
ームのリニア走査が遂行される。このようにリニアアレ
イ探触子１００においても、シュー１０３，１０４の先
端面１０３Ａ，１０４Ａにレンズ機能を与えることによ
り、被検体のごく表層部から極めて深部に亙って電子的
リニア走査による欠陥検査ができる。

【００１４】図３は、この発明をアークアレイ探触子に
適用した一実施例を示す図で、（ａ）は、図１に対応す
る縦断面図であり、（ｂ）は、その側面図である。円弧
状端面をもつ扇形のシュー２０３，２０４の上記端面２
０３Ｂ，２０４ＢにはそれぞれＭ個の圧電振動素子から
なるアレイ式送波子２０１及び同受波子２０２が設けら
れている。そのそれぞれのＭ個の圧電振動子２０１ｉ（
ｉ＝１からＭ）とＭ個の圧電振動子２０２ｉ（ｉ＝１か
らＭ）とがアークアレイ探触子２００の音軸Ｐ−Ｐ２　
及びＱ−Ｑ２　を含む縦断面の周面に配列されている。 図２の場合と同様に送波子２０１及び受波子２０２の各
々Ｍ個の振動素子群のうちｉ，ｉ＋１，……，ｉ＋ｌ−
１番地のｌ個の振動素子を同時あるいはタイミングをず
らせて送，受信動作させ、被検体５の内部で超音波ビー
ム２０１ａｉが送出され、その指向領域を２０１ｂｉと
する。２０２ｂｉなる受信感度指向領域からのエコー２
０２ａｉの受信を上記ｌ個の受波子側振動素子群によっ
て行う。

【００１５】円弧状に配列された送，受波子２０１，２
０２の円弧中心Ｏの位置にシュー２０３，２０４の前方
の先端面２０３Ａ，２０４Ａの側面の中央位置をほぼ合
致させ、かつ上記中心Ｏにおいて被検体表面５Ａに接す
る場合は、送，受信されるビーム２０１ａｉ，２０２ａ
ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｍ−ｌ＋１）は、点Ｏを中心と
して被検体５内で扇状の偏向走査が行われる。このとき
、送波子２０１あるいは受波子２０２の各圧電素子が配
列されている円弧の中心Ｏを通り、かつ送波子２０１の
音軸Ｐ−Ｐ２　と受波子２０２の音軸Ｑ−Ｑ２　を含む
断面内で、シュー２０３，２０４の先端面２０３Ａ，２
０４Ａを図示の如く適当な曲率の凸面に形成させると、
被検体５の内部の上記断面における、送，受波子の感度
指向領域２０１ｂｉ，２０２ｂｉは、それぞれ広がりを
生じる。そこで、その重畳部分Ａ２ｉＢ２ｉＤ２ｉＣ２
ｉは、被検体５のごく浅い領域から極めて深部の領域に
まで及び、広範囲の深さに亙り、広い範囲での探傷が可
能になる。

【００１６】以上説明してきたが、実施例では、リニア
アレイやアークアレイを例に挙げているが、このような
探触子に限らず、この発明は、各種の探触子に適用でき
る。また、シューの先端面の断面形状は、実施例で挙げ
たものに限定されるものではなく、超音波ビームを拡散
する形状になっていればよい。

【００１７】

【発明の効果】以上に述べたように、この発明になる超
音波探傷用探触子によれば、送，受波子のシュー端面で
のレンズ作用によって、被検体内に拡散性の超音波ビー
ム音場を形成することにより、送波，受波両者の場合の
ビーム音場が重畳する領域が被検体のごく表層部から極
めて深部にまで及び、結局被検体の表面直下から深部に
亙る広範囲の深さに存在する欠陥の探傷が１個の探触子
のみで可能になる。したがって、従来の送受並置式の探
触では達成されない優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　図１は、この発明の送受並置型の超音波探
触子を適用した探触子の基本構成を示す一実施例の縦断
面説明図である。

【図２】　　図２は、この発明の送受並置型の超音波探
触子をリニアアレイ探触子に適用した他の実施例の説明
図である。

【図３】　　図３は、この発明の送受並置型の超音波探
触子をアークアレイ探触子に適用した他の実施例の説明
図である。

【図４】　　図４は、従来の送受並置形超音波探傷用探
触子の感度指向領域を示した説明図である。

【符号の説明】

１…送波子、２…受波子、３，４…シュー、５…被検体
、６…音響的接触媒体、７…遮音板、８…超音波伝達媒
質、９…ゴム膜状液のう、１０…送受並置型の超音波探
触子、１１，１３…送信側ブロック、１２，１４…受信
側ブロック、３１，１０３，２０３…送波子側のシュー
、３１Ａ，１０３Ａ，２０３Ａ…送波子側のシューの先
端面、４１，１０４，２０４…受信側のシュー、４１Ａ
，１０４Ａ，２０３…受信側のシューの先端面、１０１
１　，１０１２　，１０１Ｎ…リニア走査式アレイ探触
子の送波子振動素子、　　１０２１　，１０２２　，１
０２Ｎ…リニアアレイ探触子の受波子振動素子、１０３
…リニア走査式アレイ探触子の送波子側シュー、１０３
Ａ…シューの先端面、１０４…リニアアレイ探触子の受
波子側のシュー、１０４Ａ…シューの先端面、２０１１
　，２０１２　，２０１Ｍ…アークアレイ探触子の送波
子振動素子、２０２１　，２０２２　，……，２０２Ｍ
…アークアレイ探触子の受波子振動素子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　送信用の超音波振動子とそのシューと
   からなる送信ブロックとこれに隣接して並設された受信
   用の超音波振動子とそのシューとからなる受信ブロック
   とを有し、前記送信ブロックの縦断面における前記シュ
   ーの先端側の形状が前記受信ブロック側に向かって内側
   に傾斜する超音波ビーム拡散面となっていて、かつ、前
   記受信ブロックの縦断面における前記シューの先端側の
   形状が前記送信ブロック側に向かって内側に傾斜する超
   音波ビーム拡散面となっていて、前記送信ブロックと前
   記受信ブロックとが送受信する超音波ビームの指向領域
   の一部が重複し、前記傾斜により形成される凹部の空間
   に超音波伝達媒質が充填されていることを特徴とする送
   受並置型の超音波探触子。
2. 【請求項２】　　送信ブロックと受信ブロックとが遮音
   板を介して一体化され、前記送信ブロックと受信ブロッ
   クの各シューの先端側の形状が前記遮音板に対して対称
   となっていることを特徴とする請求項１記載の送受並置
   型の超音波探触子。
3. 【請求項３】　　送信ブロックと受信ブロックとが遮音
   板を介して一体化された対を単位素子とし、複数個の前
   記単位素子が超音波探傷方向に対して直角な方向に直線
   状に並設され、かつ、前記送信ブロックのシューと前記
   受信ブロックのシューと前記遮音板とがそれぞれ一体と
   なって前記単位素子の送信用と受信用のそれぞれの超音
   波振動子に対して共通に形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の送受並置型の超音波探触子。
4. 【請求項４】　　一体のシューはその周面に各単位素子
   における超音波振動子を並設した扇型になっていること
   を特徴とする請求項３記載の送受並置型の超音波探触子
   。
5. 【請求項５】　　扇型の中心位置にシューの先端側端部
   が位置付けられることを特徴とする請求項４記載の送受
   並置型の超音波探触子。