JP2001041938A

JP2001041938A - 超音波プローブ

Info

Publication number: JP2001041938A
Application number: JP21792799A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takishita; 芳彦瀧下; Hiroshi Yamamoto; 弘山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-16
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP3753567B2

Abstract

(57)【要約】【課題】漏洩弾性表面波の減衰が大きい被検体につい
ても振動子によって受信される漏洩波と垂直反射波との
時間差Δｔを明確に求めることができ、被検体の応力分
布や破壊靭性値それに劣化度等を非破壊で評価可能な超
音波プローブを提供する。【解決手段】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に入射する音響レンズ３とを
備えた超音波プローブ１において、音響レンズ３の垂直
入射波の伝搬経路Ｇ→Ｉ及び垂直反射波の伝搬経路Ｉ→
Ｇにおける超音波の伝搬速度と、斜角入射波の伝搬経路
Ａ→Ｂ→Ｃ及び漏洩波の伝搬経路Ｄ→Ｅ→Ｆにおける超
音波の伝搬速度とを異ならせる。具体的には、音響レン
ズの垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に、振動子設
定面３ａからレンズ曲率面３ｂまで貫通する透孔４を開
設するか、振動子設定面３ａ又はレンズ曲率面３ｂにく
ぼみ５を形成する。透孔又はくぼみ内に充填物を充填す
ることもできる。

Description

【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１０−３１８９
９５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１
０３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θ_L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θ_L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１０
２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１０
１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Ｖ_W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Ｖ_Lを算出することができ、当該漏洩弾性表面波の
音速Ｖ_L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】

【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Ｖ_W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Ｖ_L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１０ＭＨ
ｚ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Ｖ_L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るという構成
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Ｖ_L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るという構成にした。

【００２１】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除く手段としては、（ａ）音響レ
ンズとして、振動子対向面の中央部にくぼみが形成され
たものを用い、前記フラット型超音波プローブの振動子
設定面と前記くぼみにて構成される空間内に空気を封入
する、（ｂ）音響レンズの振動子対向面に、前記フラッ
ト型超音波プローブに備えられる振動子よりも小型の超
音波遮蔽部材を設ける、といった手段がある。

【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１
０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１
３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〜Ｍ
３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。ＣＰ
Ｕ３１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６
４００ｍ／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Ｖ_L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０．１ｍ
ｍ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Ｖ_L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１０
ＭＨｚ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の振動子設定面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３
ａ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３
ｃ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、３
ｄ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１
Ｊ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１
Ｋ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Ｖ_L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ｔ_L0と、経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔ_V0
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ｔ_L1と、経路Ｇ→Ｉ→Ｇを通る超音波の伝搬時間ｔ_V1
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ｔ_L0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ｔ_L1との時間差Δｔ
_L（＝ｔ_L0−ｔ_L1）、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ｔ_V0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ｔ_V1との時間
差Δｔ_V（＝ｔ_V0−ｔ_V1）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Ｖ_Lを求める

【００８３】

【数２】

【００８４】（２）式は水の音速Ｖ_Wを変数に含まない
ので、この式に基づけば、水の音速Ｖ_Wを測定すること
なく漏洩弾性表面波の音速Ｖ_L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ｔ_L0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ｔ_L1との時間差Δｔ_L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
θ_L、水の音速をＶ_W、漏洩弾性表面波の音速をＶ_Lと
したとき、

【００８６】

【数３】

【００８７】で表され、スネルの法則からＶ_W＝Ｖ_Lｓｉ
ｎθ_Lであることを利用して（３）式からθ_Lを消去す
ると、下記の（４）式が得られる。

【００８８】

【数４】

【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ｔ_V0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ｔ_V1との時間差Δｔ_Vは、下記の（５）式で表
される。

【００９０】

【数５】

【００９１】この（５）式から、水の音速をＶ_Wは、下
記の（６）式で求められる。

【００９２】

【数６】

【００９３】ここで、（６）式を（４）式に代入すれ
ば、水の音速Ｖ_Wを変数に含まない漏洩弾性表面波の音
速Ｖ_L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１
Ｂ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振動子設定面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

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月３日（１９９９．８．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【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

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｒ 1/44 ３３０Ｈ０４Ｒ 1/44 ３３０Ｌ３３０Ｃ 17/00 ３３０ 17/00 ３３０ＡＦターム(参考） 2G047 BB01 BB02 BC02 CB03 GB11 GB25 GG09 GG24 GG30 5D019 AA01 AA05 AA11 AA21 BB12 BB18 BB22 BB23 EE01 FF02 FF05 GG03 GG09 GG10

Claims

【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
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ことを特徴とする超音波
プローブ。
【請求項５】請求項４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、振動子対向面の中央部にく
ぼみが形成されたものを用い、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６】請求項４に記載の超音波プローブにおい
て、前記音響レンズの振動子対向面中央部に、前記フラ
ット型超音波プローブに備えられる振動子よりも小型の
超音波遮蔽部材を設けたことを特徴とする超音波プロー
ブ。
【請求項７】請求項１又は４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８】請求項１又は４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９】請求項１又は４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。
【請求項１０】球面状の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
蔽部材を備えたことを特徴とする超音波プローブ。