JP2003319493A - 電磁超音波トランスデューサ - Google Patents
電磁超音波トランスデューサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波数の表面ＳＨ波が送受信可能なＥＭＡ
Ｔを提供する。 【解決手段】 静磁場発生用の磁石アレイ１１として、
永久磁石１３を、異極性の磁極面同士を対向させて並べ
たものを用いる。隣り合う永久磁石１３の間隔を適切に
設定することで、対象物３０の表面近傍に、その表面に
垂直な方向の磁場成分が永久磁石１３の幅Ｄ程度のピッ
チで反転する磁界Ｂを形成することができる。この磁界
Ｂと、渦巻きコイル１７に流れる高周波電流Ｉ（ω）に
より対象物３０表面近傍に誘起される渦電流Ｊ（ω）と
の相互作用により、磁界Ｂ及び渦電流Ｊ（ω）の双方に
垂直な、上記ピッチで向きの反転するローレンツ力Ｆが
発生する。このローレンツ力により対象物３０表面近傍
に表面ＳＨ波が発生する。この構成では、磁界Ｂの反転
のピッチを従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴの半分程度にするこ
とができるので高周波数の送受信が可能になる。
Ｔを提供する。 【解決手段】 静磁場発生用の磁石アレイ１１として、
永久磁石１３を、異極性の磁極面同士を対向させて並べ
たものを用いる。隣り合う永久磁石１３の間隔を適切に
設定することで、対象物３０の表面近傍に、その表面に
垂直な方向の磁場成分が永久磁石１３の幅Ｄ程度のピッ
チで反転する磁界Ｂを形成することができる。この磁界
Ｂと、渦巻きコイル１７に流れる高周波電流Ｉ（ω）に
より対象物３０表面近傍に誘起される渦電流Ｊ（ω）と
の相互作用により、磁界Ｂ及び渦電流Ｊ（ω）の双方に
垂直な、上記ピッチで向きの反転するローレンツ力Ｆが
発生する。このローレンツ力により対象物３０表面近傍
に表面ＳＨ波が発生する。この構成では、磁界Ｂの反転
のピッチを従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴの半分程度にするこ
とができるので高周波数の送受信が可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁超音波トラン
スデューサに関し、特に複数の短冊状磁石を配列したア
レイを用いる電磁超音波トランスデューサに関する。
スデューサに関し、特に複数の短冊状磁石を配列したア
レイを用いる電磁超音波トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁超音波トランスデューサ（略称ＥＭ
ＡＴ：Electromagnetic Acoustic Transducer）は，電
磁気的作用によって金属内に非接触で超音波を送信・受
信するためのデバイスである。大まかに言えば、ＥＭＡ
Ｔは磁石とコイルとから構成されており、これを金属に
近づけコイルに対して高周波電流を流すと、金属表面に
渦電流を励起され、この渦電流と磁石による静磁場との
相互作用により金属内に誘起されるローレンツ力によ
り、金属表面近傍が機械的振動することで、超音波が発
生する。また、この逆過程で、金属内を伝搬する機械的
振動を電気信号に変換して検出することができる。ＥＭ
ＡＴは、例えば超音波探傷などに用いられる。
ＡＴ：Electromagnetic Acoustic Transducer）は，電
磁気的作用によって金属内に非接触で超音波を送信・受
信するためのデバイスである。大まかに言えば、ＥＭＡ
Ｔは磁石とコイルとから構成されており、これを金属に
近づけコイルに対して高周波電流を流すと、金属表面に
渦電流を励起され、この渦電流と磁石による静磁場との
相互作用により金属内に誘起されるローレンツ力によ
り、金属表面近傍が機械的振動することで、超音波が発
生する。また、この逆過程で、金属内を伝搬する機械的
振動を電気信号に変換して検出することができる。ＥＭ
ＡＴは、例えば超音波探傷などに用いられる。
【０００３】ＥＭＡＴの一種に、ＰＰＭ（Periodic Per
manent Magnet）型ＥＭＡＴがある。ＰＰＭ型ＥＭＡＴ
では、図１８に示すように、静磁場源として、上下の面
がＮ，Ｓの磁極面となっている短冊状の永久磁石１１０
を、極性を交互に上下反転しつつ横方向に重ね合わせた
アレイ１００を用いる。そして、２つのアレイ１００
を、それぞれ渦巻きコイル１２０の各直線部分の上に並
列に配置している。このＰＰＭ型ＥＭＡＴは、特開平11
-125622号公報の「従来の技術」の欄にも示されるよう
に、板材に表面ＳＨ(Shear Horizontal)波を送受信する
手段として用いられる。
manent Magnet）型ＥＭＡＴがある。ＰＰＭ型ＥＭＡＴ
では、図１８に示すように、静磁場源として、上下の面
がＮ，Ｓの磁極面となっている短冊状の永久磁石１１０
を、極性を交互に上下反転しつつ横方向に重ね合わせた
アレイ１００を用いる。そして、２つのアレイ１００
を、それぞれ渦巻きコイル１２０の各直線部分の上に並
列に配置している。このＰＰＭ型ＥＭＡＴは、特開平11
-125622号公報の「従来の技術」の欄にも示されるよう
に、板材に表面ＳＨ(Shear Horizontal)波を送受信する
手段として用いられる。
【０００４】図１８に例示したＰＰＭ型ＥＭＡＴにおけ
る表面ＳＨ波の発生メカニズムを図１９を用いて説明す
る。図１９は、図１８に示したＰＰＭ型ＥＭＡＴを横方
向（図１８の矢印Ａで示す方向）に見た図であり、図中
の左右方向をｘ方向、上下方向をｙ方向、紙面に垂直な
方向をｚ方向とした３次元座標系を設定している。
る表面ＳＨ波の発生メカニズムを図１９を用いて説明す
る。図１９は、図１８に示したＰＰＭ型ＥＭＡＴを横方
向（図１８の矢印Ａで示す方向）に見た図であり、図中
の左右方向をｘ方向、上下方向をｙ方向、紙面に垂直な
方向をｚ方向とした３次元座標系を設定している。
【０００５】図１９に示すように、ＰＰＭ型ＥＭＡＴ
は、導電性の板材である対象物１３０の表面に渦巻きコ
イル１２０が当接するように設置する。アレイ１００の
各永久磁石１１０により、対象物１３０の表面に垂直
で、各永久磁石１１０の磁極の向きに対応して交互に逆
方向に働く磁界Ｂが形成される。一方、渦巻きコイル１
２０に高周波電流Ｉ（ω）（ωは角周波数）を流すと、
対象物１３０の表面にＩ（ω）の向きに平行な渦電流Ｊ
（ω）が誘起される。これら磁界Ｂと渦電流Ｊ（ω）の
相互作用により、対象物１３０の表面に平行で、磁界Ｂ
及び渦電流Ｊ（ω）の双方に対して垂直な向きのローレ
ンツ力Ｆが発生する。なお、ローレンツ力Ｆを示すマー
クについて説明すると、丸印の中央に黒点を示したマー
クは図の紙面に垂直に奥から手前側に向く力を示し、丸
印内に×印を示したマークは図の紙面に垂直に手前側か
ら奥に向かう力を示す。また丸印の大きさが力の大きさ
を示す。
は、導電性の板材である対象物１３０の表面に渦巻きコ
イル１２０が当接するように設置する。アレイ１００の
各永久磁石１１０により、対象物１３０の表面に垂直
で、各永久磁石１１０の磁極の向きに対応して交互に逆
方向に働く磁界Ｂが形成される。一方、渦巻きコイル１
２０に高周波電流Ｉ（ω）（ωは角周波数）を流すと、
対象物１３０の表面にＩ（ω）の向きに平行な渦電流Ｊ
（ω）が誘起される。これら磁界Ｂと渦電流Ｊ（ω）の
相互作用により、対象物１３０の表面に平行で、磁界Ｂ
及び渦電流Ｊ（ω）の双方に対して垂直な向きのローレ
ンツ力Ｆが発生する。なお、ローレンツ力Ｆを示すマー
クについて説明すると、丸印の中央に黒点を示したマー
クは図の紙面に垂直に奥から手前側に向く力を示し、丸
印内に×印を示したマークは図の紙面に垂直に手前側か
ら奥に向かう力を示す。また丸印の大きさが力の大きさ
を示す。
【０００６】それらのローレンツ力Ｆの向きは、永久磁
石１３０のｘ方向の幅のピッチで反転する。なお図１９
では、図の繁雑さを避けるため磁界Ｂ、渦電流Ｊ、ロー
レンツ力Ｆを別の段に分けて示したが、実際にはこれら
は対象物１３０内の同じ位置に対するものである。
石１３０のｘ方向の幅のピッチで反転する。なお図１９
では、図の繁雑さを避けるため磁界Ｂ、渦電流Ｊ、ロー
レンツ力Ｆを別の段に分けて示したが、実際にはこれら
は対象物１３０内の同じ位置に対するものである。
【０００７】このようなメカニズムにより、表面ＳＨ波
の波長とローレンツ力Ｆの周期が一致するような高周波
電流のバースト波を渦巻きコイル１２０に入力すること
で、強度の高い表面ＳＨ波を送受信できる。
の波長とローレンツ力Ｆの周期が一致するような高周波
電流のバースト波を渦巻きコイル１２０に入力すること
で、強度の高い表面ＳＨ波を送受信できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のＰＰＭ型Ｅ
ＭＡＴでは、その構造上高い周波数の表面ＳＨ波を送受
信するためには、短冊状の永久磁石１１０を薄く（すな
わちｘ方向の幅を小さく）する必要がある。しかしなが
ら、永久磁石を薄く加工することは困難であり、またあ
まり薄くすると磁力も弱くなるので、実用に供し得る薄
さには限界がある。このため、従来は周波数１．５ＭＨ
ｚ以上の表面ＳＨ波を送受信できるＰＰＭ型ＥＭＡＴを
実現することが極めて困難であった。
ＭＡＴでは、その構造上高い周波数の表面ＳＨ波を送受
信するためには、短冊状の永久磁石１１０を薄く（すな
わちｘ方向の幅を小さく）する必要がある。しかしなが
ら、永久磁石を薄く加工することは困難であり、またあ
まり薄くすると磁力も弱くなるので、実用に供し得る薄
さには限界がある。このため、従来は周波数１．５ＭＨ
ｚ以上の表面ＳＨ波を送受信できるＰＰＭ型ＥＭＡＴを
実現することが極めて困難であった。
【０００９】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、従来より高い周波数の表面ＳＨ波を送受信可
能な電磁超音波トランスデューサを提供することを目的
とする。
のであり、従来より高い周波数の表面ＳＨ波を送受信可
能な電磁超音波トランスデューサを提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定の作用面
を対象物に近接させた状態で、電磁気的作用により対象
物に対する超音波の送信及び受信の少なくとも一方を行
う電磁超音波トランスデューサであって、前記作用面に
平行な配列方向に沿って複数の短冊状磁石を配列して構
成した磁石アレイであって、隣り合う短冊状磁石同士が
異極性の磁極面を対向させて配列される磁石アレイと、
前記磁石アレイと前記作用面との間に、その作用面と平
行に配設された扁平なコイルと、を含む電磁超音波トラ
ンスデューサを提供するものである。
を対象物に近接させた状態で、電磁気的作用により対象
物に対する超音波の送信及び受信の少なくとも一方を行
う電磁超音波トランスデューサであって、前記作用面に
平行な配列方向に沿って複数の短冊状磁石を配列して構
成した磁石アレイであって、隣り合う短冊状磁石同士が
異極性の磁極面を対向させて配列される磁石アレイと、
前記磁石アレイと前記作用面との間に、その作用面と平
行に配設された扁平なコイルと、を含む電磁超音波トラ
ンスデューサを提供するものである。
【００１１】本発明の好適な態様では、前記コイルは渦
巻きコイルであり、前記配列方向がその渦巻きコイルの
導線が延びる方向と一致するよう、前記磁石アレイが前
記渦巻きコイルに対して位置決めされている、ことを特
徴とする。
巻きコイルであり、前記配列方向がその渦巻きコイルの
導線が延びる方向と一致するよう、前記磁石アレイが前
記渦巻きコイルに対して位置決めされている、ことを特
徴とする。
【００１２】また本発明の別の好適な態様では、前記コ
イルは渦巻きコイルであり、前記配列方向がその渦巻き
コイルの導線が延びる方向に対して直交する方向に一致
するよう、前記磁石アレイが前記渦巻きコイルに対して
位置決めされていることを特徴とする。
イルは渦巻きコイルであり、前記配列方向がその渦巻き
コイルの導線が延びる方向に対して直交する方向に一致
するよう、前記磁石アレイが前記渦巻きコイルに対して
位置決めされていることを特徴とする。
【００１３】また本発明の別の好適な態様では、前記磁
石アレイは、前記対象物内の表面近傍部分に形成する磁
界の該表面に垂直な成分が、前記配列方向に沿って所定
間隔ごとに反転するよう隣り合う前記短冊状磁石同士の
間隔が設定されており、前記コイルは、前記所定間隔の
２倍を周期として蛇行するメアンダーラインコイルであ
り、前記磁石アレイは、前記配列方向が前記メアンダー
ラインコイルの直線方向に対して垂直な方向となるよう
に配設される。
石アレイは、前記対象物内の表面近傍部分に形成する磁
界の該表面に垂直な成分が、前記配列方向に沿って所定
間隔ごとに反転するよう隣り合う前記短冊状磁石同士の
間隔が設定されており、前記コイルは、前記所定間隔の
２倍を周期として蛇行するメアンダーラインコイルであ
り、前記磁石アレイは、前記配列方向が前記メアンダー
ラインコイルの直線方向に対して垂直な方向となるよう
に配設される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１５】図１は、本発明に係る電磁超音波トランス
デューサ（ＥＭＡＴ）の要部構成を模式的に示した図で
ある。
デューサ（ＥＭＡＴ）の要部構成を模式的に示した図で
ある。
【００１６】この図に示すように、本実施形態のＥＭＡ
Ｔは、磁場形成用の手段として短冊状（薄い直方体状）
の永久磁石を重ね合わせて配列したものを用いる点では
図１８及び図１９に示した従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴと同
じである。本実施形態が上記従来構成と異なる点は、両
側面、すなわち磁石アレイ１１の配列方向（すなわちｘ
方向）側の面、が磁極面となった永久磁石１３を、極性
の異なる磁極面同士が対向するように配列した点であ
る。すなわち、アレイ１１は、隣り合う永久磁石１３の
Ｎ極の面とＳ極の面とが向かい合うように配列形成され
る。隣り合う永久磁石１３同士の間には非磁性体のスペ
ーサ１５を配設することで、対向する両磁極面同士の間
隔を設定している。
Ｔは、磁場形成用の手段として短冊状（薄い直方体状）
の永久磁石を重ね合わせて配列したものを用いる点では
図１８及び図１９に示した従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴと同
じである。本実施形態が上記従来構成と異なる点は、両
側面、すなわち磁石アレイ１１の配列方向（すなわちｘ
方向）側の面、が磁極面となった永久磁石１３を、極性
の異なる磁極面同士が対向するように配列した点であ
る。すなわち、アレイ１１は、隣り合う永久磁石１３の
Ｎ極の面とＳ極の面とが向かい合うように配列形成され
る。隣り合う永久磁石１３同士の間には非磁性体のスペ
ーサ１５を配設することで、対向する両磁極面同士の間
隔を設定している。
【００１７】本実施形態のＥＭＡＴでは、図２に示すよ
うに、このような磁石アレイ１１が、渦巻きコイル１７
の直線部分１７ａの上に、永久磁石１３の配列方向がそ
の直線部分１７ａの導線の方向と一致するように、配設
される。なお、図２では繁雑さを避けるためスペーサ１
５の図示は省略している。また、図２では、渦巻きコイ
ル１７に２つある直線部分１７ａのうち、片方にしか磁
石アレイ１１を配設していないが、図１８に示した従来
構成と同様、両方に磁石アレイ１１を配設するようにす
ることももちろん可能である。この場合、それら２つの
磁石アレイ１１の向きを配列方向について逆向きにす
る。
うに、このような磁石アレイ１１が、渦巻きコイル１７
の直線部分１７ａの上に、永久磁石１３の配列方向がそ
の直線部分１７ａの導線の方向と一致するように、配設
される。なお、図２では繁雑さを避けるためスペーサ１
５の図示は省略している。また、図２では、渦巻きコイ
ル１７に２つある直線部分１７ａのうち、片方にしか磁
石アレイ１１を配設していないが、図１８に示した従来
構成と同様、両方に磁石アレイ１１を配設するようにす
ることももちろん可能である。この場合、それら２つの
磁石アレイ１１の向きを配列方向について逆向きにす
る。
【００１８】図１及び図２ではＥＭＡＴの主要部分のみ
を示したが、実際のプローブではこの主要部分が必要な
回路構成と共にケースに収容されることになる。
を示したが、実際のプローブではこの主要部分が必要な
回路構成と共にケースに収容されることになる。
【００１９】このＥＭＡＴを用いて対象物に対して超音
波の送受信を行う場合には、渦巻きコイル１７の下面
（すなわち磁石アレイ１１が配設される面とは反対の
面）側を対象物に近接させる。すなわち、その下面側
が、ＥＭＡＴによる超音波の送信及び／又は受信作用の
作用面（プローブ面）となる。
波の送受信を行う場合には、渦巻きコイル１７の下面
（すなわち磁石アレイ１１が配設される面とは反対の
面）側を対象物に近接させる。すなわち、その下面側
が、ＥＭＡＴによる超音波の送信及び／又は受信作用の
作用面（プローブ面）となる。
【００２０】図３は、このＥＭＡＴを用いた検査システ
ムの構成例を示す図である。このシステムにおいて、Ｅ
ＭＡＴプローブ１０は、図１及び図２に示した構成のＥ
ＭＡＴを内蔵したプローブである。送信回路２２は、送
信制御を行うコントローラ２０からの指令に基づき、高
周波パルスのバースト信号を生成し、ＥＭＡＴプローブ
１０内の渦巻きコイル１７に供給する。この高周波パル
スの入力により、検査の対象物に対してＥＭＡＴから超
音波が送信される。この送信超音波が対象物内で反射さ
れ、ＥＭＡＴのところまで戻ってくると、送信時との逆
過程で渦巻きコイル１７に電流が誘起される。この電流
はプリアンプ２４で増幅され、受信回路２６により増
幅、フィルタリング等の作用を受けた後、信号処理装置
２８に入力される。信号処理装置２８は、受信回路２６
から入力される受信信号に基づき、検査のための所定の
信号処理や演算処理を実行する。
ムの構成例を示す図である。このシステムにおいて、Ｅ
ＭＡＴプローブ１０は、図１及び図２に示した構成のＥ
ＭＡＴを内蔵したプローブである。送信回路２２は、送
信制御を行うコントローラ２０からの指令に基づき、高
周波パルスのバースト信号を生成し、ＥＭＡＴプローブ
１０内の渦巻きコイル１７に供給する。この高周波パル
スの入力により、検査の対象物に対してＥＭＡＴから超
音波が送信される。この送信超音波が対象物内で反射さ
れ、ＥＭＡＴのところまで戻ってくると、送信時との逆
過程で渦巻きコイル１７に電流が誘起される。この電流
はプリアンプ２４で増幅され、受信回路２６により増
幅、フィルタリング等の作用を受けた後、信号処理装置
２８に入力される。信号処理装置２８は、受信回路２６
から入力される受信信号に基づき、検査のための所定の
信号処理や演算処理を実行する。
【００２１】このＥＭＡＴ構造では、永久磁石１３同士
の間隔（すなわちスペーサ１５の幅ｄ）を適切に設定す
ることで、表面ＳＨ波を送受信することができる。この
表面ＳＨ波の送受信のメカニズムを図４及び図５を参照
して説明する。図４は、異極性の磁極面同士を対向配置
した構造における磁力線の様子を矢印付きの線により模
式的に示した図であり、図５は、図１に示したＥＭＡＴ
の構成を正面方向（ｚ方向）から見た状態を示す図であ
る。なお、図５では、磁石アレイ１１による磁界Ｂ、コ
イル１７内の高周波電流Ｉ（ω）により誘起される渦電
流Ｊ（ω）、及びローレンツ力Ｆを別の段に分けて示し
たが、前述の図１９と同様、これは図示の便宜のためで
あり、実際にはこれらは対象物３０内の同じ位置に対す
るものである。
の間隔（すなわちスペーサ１５の幅ｄ）を適切に設定す
ることで、表面ＳＨ波を送受信することができる。この
表面ＳＨ波の送受信のメカニズムを図４及び図５を参照
して説明する。図４は、異極性の磁極面同士を対向配置
した構造における磁力線の様子を矢印付きの線により模
式的に示した図であり、図５は、図１に示したＥＭＡＴ
の構成を正面方向（ｚ方向）から見た状態を示す図であ
る。なお、図５では、磁石アレイ１１による磁界Ｂ、コ
イル１７内の高周波電流Ｉ（ω）により誘起される渦電
流Ｊ（ω）、及びローレンツ力Ｆを別の段に分けて示し
たが、前述の図１９と同様、これは図示の便宜のためで
あり、実際にはこれらは対象物３０内の同じ位置に対す
るものである。
【００２２】図４に示すように、大部分の磁力線はある
永久磁石１３のＮ極面、その向かいの永久磁石１３のＳ
極面へとほぼ真っ直ぐに向かうが、永久磁石１３のＮ極
面の周縁近傍から出る磁力線は、磁石アレイ１１の外側
にふくらんだ経路で向かいのＳ極面に入る。また、同じ
永久磁石１３のＮ極近傍からＳ極近傍へと回り込む磁力
線も存在する。
永久磁石１３のＮ極面、その向かいの永久磁石１３のＳ
極面へとほぼ真っ直ぐに向かうが、永久磁石１３のＮ極
面の周縁近傍から出る磁力線は、磁石アレイ１１の外側
にふくらんだ経路で向かいのＳ極面に入る。また、同じ
永久磁石１３のＮ極近傍からＳ極近傍へと回り込む磁力
線も存在する。
【００２３】これからすれば、隣り合う永久磁石１３同
士の間隔（すなわちスペーサ１５の幅）を調整すること
で、図５に示すように、超音波送受信の対象物３０の表
面近傍の部分で、磁石アレイ１１の配列方向（ｘ方向）
に沿ってほぼ等間隔のピッチで、磁界のｙ方向成分の向
きが交互に反転するような磁界Ｂを形成することができ
ることがわかる。このように等間隔で向きが反転する磁
界Ｂを形成するのに好適なスペーサ幅ｄは、永久磁石１
３の磁束密度や寸法、スペーサ１５の材質等によって変
わってくるが、実験などで予め求めることができる。大
まかに言えば、好適なスペーサ幅ｄは、永久磁石１３の
ｘ方向の幅Ｄと同等以下の長さである。したがって、磁
界Ｂのｙ方向成分の反転のピッチは永久磁石１３の幅Ｄ
以下となる。このことから、図５に例示した磁界Ｂのｙ
方向成分の変化は、パターンとしては図１９に示した従
来のＥＭＡＴを用いたときの対象物表面近傍で磁界の変
化と類似しているが、永久磁石１３の薄さ（幅Ｄ）が同
じならばその変化のピッチはその従来ＥＭＡＴの半分程
度以下となることがわかる。
士の間隔（すなわちスペーサ１５の幅）を調整すること
で、図５に示すように、超音波送受信の対象物３０の表
面近傍の部分で、磁石アレイ１１の配列方向（ｘ方向）
に沿ってほぼ等間隔のピッチで、磁界のｙ方向成分の向
きが交互に反転するような磁界Ｂを形成することができ
ることがわかる。このように等間隔で向きが反転する磁
界Ｂを形成するのに好適なスペーサ幅ｄは、永久磁石１
３の磁束密度や寸法、スペーサ１５の材質等によって変
わってくるが、実験などで予め求めることができる。大
まかに言えば、好適なスペーサ幅ｄは、永久磁石１３の
ｘ方向の幅Ｄと同等以下の長さである。したがって、磁
界Ｂのｙ方向成分の反転のピッチは永久磁石１３の幅Ｄ
以下となる。このことから、図５に例示した磁界Ｂのｙ
方向成分の変化は、パターンとしては図１９に示した従
来のＥＭＡＴを用いたときの対象物表面近傍で磁界の変
化と類似しているが、永久磁石１３の薄さ（幅Ｄ）が同
じならばその変化のピッチはその従来ＥＭＡＴの半分程
度以下となることがわかる。
【００２４】このように永久磁石１３を配列して構成し
た磁石アレイ１１を用いたＥＭＡＴで、コイル１７に高
周波電流Ｉ（ω）を通流すれば、対象物３０内に渦電流
Ｊ（ω）が誘起される。そして、この渦電流Ｊ（ω）と
磁石アレイ１１による磁界Ｂとの相互作用により、従来
ＥＭＡＴと同様のメカニズムで、対象物１３０の表面に
平行で、磁界Ｂ及び渦電流Ｉの双方に対して垂直な向き
のローレンツ力Ｆが発生する。このローレンツ力Ｆのｘ
方向についての変化のピッチは、磁界Ｂの変化のピッチ
と同等であり、このピッチでローレンツ力Ｆは交互に向
きが反転している。このローレンツ力Ｆにより、対象物
３０の表面近傍が振動して表面ＳＨ波が発生する。これ
が表面ＳＨ波の送信メカニズムである。受信はこの逆の
過程で行うことができる。
た磁石アレイ１１を用いたＥＭＡＴで、コイル１７に高
周波電流Ｉ（ω）を通流すれば、対象物３０内に渦電流
Ｊ（ω）が誘起される。そして、この渦電流Ｊ（ω）と
磁石アレイ１１による磁界Ｂとの相互作用により、従来
ＥＭＡＴと同様のメカニズムで、対象物１３０の表面に
平行で、磁界Ｂ及び渦電流Ｉの双方に対して垂直な向き
のローレンツ力Ｆが発生する。このローレンツ力Ｆのｘ
方向についての変化のピッチは、磁界Ｂの変化のピッチ
と同等であり、このピッチでローレンツ力Ｆは交互に向
きが反転している。このローレンツ力Ｆにより、対象物
３０の表面近傍が振動して表面ＳＨ波が発生する。これ
が表面ＳＨ波の送信メカニズムである。受信はこの逆の
過程で行うことができる。
【００２５】この構成では、図１９に示した従来のＰＰ
Ｍ型ＥＭＡＴと比べた場合、永久磁石１３のｘ方向の幅
Ｄが同じであれば、対象物３０の表面近傍の磁界Ｂの変
化のピッチ（ｘ方向についての反転周期）を半分程度に
することができる。これにより従来構成のＰＰＭ型ＥＭ
ＡＴにおいて永久磁石の幅Ｄを半分程度にしたのに近い
効果が期待できる。すなわち、同じ幅Ｄの永久磁石１３
を用いた場合、従来構成より２倍程度の周波数の表面Ｓ
Ｈ波を送受信できる。したがって、本実施形態の構成に
よれば、従来構成より高い周波数の表面ＳＨ波の送受信
が可能となる。
Ｍ型ＥＭＡＴと比べた場合、永久磁石１３のｘ方向の幅
Ｄが同じであれば、対象物３０の表面近傍の磁界Ｂの変
化のピッチ（ｘ方向についての反転周期）を半分程度に
することができる。これにより従来構成のＰＰＭ型ＥＭ
ＡＴにおいて永久磁石の幅Ｄを半分程度にしたのに近い
効果が期待できる。すなわち、同じ幅Ｄの永久磁石１３
を用いた場合、従来構成より２倍程度の周波数の表面Ｓ
Ｈ波を送受信できる。したがって、本実施形態の構成に
よれば、従来構成より高い周波数の表面ＳＨ波の送受信
が可能となる。
【００２６】次に、以上に示した構造を採用したＥＭＡ
Ｔの実験例を説明する。この実験例では、永久磁石１３
として、ネオジウム系の商品名ＮＥＯＭＡＸ（住友特殊
金属（株）製：磁束密度１．１４３Ｔ）からなる、幅Ｄ
（ｘ方向の長さ）が０．９ｍｍ、高さ（ｙ方向の長さ）
が１５ｍｍ、奥行き（ｚ方向の長さ）が１０ｍｍの寸法
のものを用いた。また、スペーサ１５の幅ｄは０．６ｍ
ｍとしている（図１参照）。幅Ｄ＝０．９ｍｍという寸
法は、現状この材質で加工可能な薄さの限界に近い値で
ある。またこの実験例では、この永久磁石１３を５個用
いた磁石アレイ１１を用いている。また、渦巻きコイル
１７は、直径０．１ｍｍのエナメル線を用いて作成し
た。また、超音波送受の対象とする対象物３０として
は、厚さ８ｍｍのアルミニウム合金（Al2017-T3）の板
を用いた。
Ｔの実験例を説明する。この実験例では、永久磁石１３
として、ネオジウム系の商品名ＮＥＯＭＡＸ（住友特殊
金属（株）製：磁束密度１．１４３Ｔ）からなる、幅Ｄ
（ｘ方向の長さ）が０．９ｍｍ、高さ（ｙ方向の長さ）
が１５ｍｍ、奥行き（ｚ方向の長さ）が１０ｍｍの寸法
のものを用いた。また、スペーサ１５の幅ｄは０．６ｍ
ｍとしている（図１参照）。幅Ｄ＝０．９ｍｍという寸
法は、現状この材質で加工可能な薄さの限界に近い値で
ある。またこの実験例では、この永久磁石１３を５個用
いた磁石アレイ１１を用いている。また、渦巻きコイル
１７は、直径０．１ｍｍのエナメル線を用いて作成し
た。また、超音波送受の対象とする対象物３０として
は、厚さ８ｍｍのアルミニウム合金（Al2017-T3）の板
を用いた。
【００２７】図６は、この構成のＥＭＡＴの作用面を導
電性材料の対象物３０に近接させたときの、対象物３０
の表面近傍での磁界の実測結果のグラフを示す。実線の
グラフは磁界のｘ方向成分Ｈxの値のｘ方向についての
変化を示し、破線のグラフは磁界のｙ方向成分Ｈyの値
のｘ方向についての変化を示す。この図から分かるよう
に、表面ＳＨ波の発生に寄与する磁界のｙ方向成分Ｈy
は、永久磁石のｘ方向の幅に近いピッチで交互に向きが
反転している。したがって、上述のメカニズムで表面Ｓ
Ｈ波を送受信可能であることが分かる。この実験例で
は、渦巻きコイル１７に周波数２ＭＨｚの信号を入力す
ることで、約２ＭＨｚの表面ＳＨ波を励起することがで
きた。
電性材料の対象物３０に近接させたときの、対象物３０
の表面近傍での磁界の実測結果のグラフを示す。実線の
グラフは磁界のｘ方向成分Ｈxの値のｘ方向についての
変化を示し、破線のグラフは磁界のｙ方向成分Ｈyの値
のｘ方向についての変化を示す。この図から分かるよう
に、表面ＳＨ波の発生に寄与する磁界のｙ方向成分Ｈy
は、永久磁石のｘ方向の幅に近いピッチで交互に向きが
反転している。したがって、上述のメカニズムで表面Ｓ
Ｈ波を送受信可能であることが分かる。この実験例で
は、渦巻きコイル１７に周波数２ＭＨｚの信号を入力す
ることで、約２ＭＨｚの表面ＳＨ波を励起することがで
きた。
【００２８】また、このグラフに示される磁界の強さの
ピーク値は、同じ磁束密度、同じ寸法の永久磁石を用い
た従来構造（図１９参照）の磁石アレイと比べて、２倍
程度の値となっている。このように本実施形態の磁石ア
レイ構造によれば、従来より強い磁界を形成することが
できるので、超音波送信の面では従来より送信出力を高
めることができ、超音波受信の面では従来より受信感度
を高めることができる。実験では、従来構造の場合より
４〜５倍程度の音圧の超音波を出力することができた。
ピーク値は、同じ磁束密度、同じ寸法の永久磁石を用い
た従来構造（図１９参照）の磁石アレイと比べて、２倍
程度の値となっている。このように本実施形態の磁石ア
レイ構造によれば、従来より強い磁界を形成することが
できるので、超音波送信の面では従来より送信出力を高
めることができ、超音波受信の面では従来より受信感度
を高めることができる。実験では、従来構造の場合より
４〜５倍程度の音圧の超音波を出力することができた。
【００２９】図７は、この実験例のＥＭＡＴに周波数２
ＭＨｚの５波の正弦波からなるバースト信号を入力して
対象物３０に表面ＳＨ波を発生させ、それを７０ｍｍ離
れた場所で同構造のＥＭＡＴで受信した受信波形を示す
図である。ここでは、ＥＭＡＴの送信回路としてRITEC
社製RAM10000を用いた。また、受信系ではプリアンプと
してRITEC PAT-0.1-20を、受信回路としてRITEC BR640
を用い、この受信回路の出力信号の波形をデジタルオシ
ロスコープIWATSU-LeCoy LT342で求めた。この実験例で
はサンプリング周波数５００ＭＨｚで受信信号をサンプ
リングし、２５０回分のサンプリング結果の波形を加算
平均した波形を受信波系として求めた。この図におい
て、横軸は時間、縦軸は受信信号の振幅を示す。
ＭＨｚの５波の正弦波からなるバースト信号を入力して
対象物３０に表面ＳＨ波を発生させ、それを７０ｍｍ離
れた場所で同構造のＥＭＡＴで受信した受信波形を示す
図である。ここでは、ＥＭＡＴの送信回路としてRITEC
社製RAM10000を用いた。また、受信系ではプリアンプと
してRITEC PAT-0.1-20を、受信回路としてRITEC BR640
を用い、この受信回路の出力信号の波形をデジタルオシ
ロスコープIWATSU-LeCoy LT342で求めた。この実験例で
はサンプリング周波数５００ＭＨｚで受信信号をサンプ
リングし、２５０回分のサンプリング結果の波形を加算
平均した波形を受信波系として求めた。この図におい
て、横軸は時間、縦軸は受信信号の振幅を示す。
【００３０】このグラフでは、２０〜３０μｓの間に表
面ＳＨ波の比較的大きな波形が現れている。同磁束密
度、同寸法の永久磁石を用いた従来構成のＰＰＭ型ＥＭ
ＡＴを用いた場合は、このような大きい波形は検出でき
ない。
面ＳＨ波の比較的大きな波形が現れている。同磁束密
度、同寸法の永久磁石を用いた従来構成のＰＰＭ型ＥＭ
ＡＴを用いた場合は、このような大きい波形は検出でき
ない。
【００３１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴよりも高い周波数の表面Ｓ
Ｈ波を送信及び／又は受信できる。また従来よりも高送
信出力、高受信感度を実現することができる。
ば、従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴよりも高い周波数の表面Ｓ
Ｈ波を送信及び／又は受信できる。また従来よりも高送
信出力、高受信感度を実現することができる。
【００３２】以上、本実施形態のＥＭＡＴにおいて、磁
石アレイ１１のスペーサ１５の幅等を適切に設定するこ
とで表面ＳＨ波の送受信が可能なことを示した。
石アレイ１１のスペーサ１５の幅等を適切に設定するこ
とで表面ＳＨ波の送受信が可能なことを示した。
【００３３】次に、本実施形態において、スペーサ１５
の幅を調整することで、対象物３０に対して体積波の横
波を送受信できるＥＭＡＴを構成することができること
を、図８を参照して説明する。図８の構成は、スペーサ
間隔ｄ以外は図５に例示した構成と同一である。
の幅を調整することで、対象物３０に対して体積波の横
波を送受信できるＥＭＡＴを構成することができること
を、図８を参照して説明する。図８の構成は、スペーサ
間隔ｄ以外は図５に例示した構成と同一である。
【００３４】この例では、図５に示した表面ＳＨ波を送
受信する構成に比べて、隣接する永久磁石１３同士の間
隔（すなわちスペーサ幅ｄ）を小さくする。これによ
り、対象物３０の表面近傍に形成される磁界の分布が変
化する。大まかに言えば、上述の図５の例では、同じ強
さの磁界がほぼ等間隔で交互に反転する変化パターンで
合ったのに対し、スペーサ幅ｄを小さくすることで変化
の周期（間隔）がそれより大きくなっていく。
受信する構成に比べて、隣接する永久磁石１３同士の間
隔（すなわちスペーサ幅ｄ）を小さくする。これによ
り、対象物３０の表面近傍に形成される磁界の分布が変
化する。大まかに言えば、上述の図５の例では、同じ強
さの磁界がほぼ等間隔で交互に反転する変化パターンで
合ったのに対し、スペーサ幅ｄを小さくすることで変化
の周期（間隔）がそれより大きくなっていく。
【００３５】図８の例は、対象物３０の表面近傍での磁
界のｙ方向成分の変化の周期が磁石アレイ１１のアレイ
長（この例でも永久磁石５個でアレイ１１を構成した）
の２倍程度となるようにスペーサ幅ｄを設定した場合で
ある。この場合、対象物３０の表面近傍での磁界のｙ方
向成分の大きさは磁石アレイ１１のｘ方向（磁石の配列
方向）の両端部で最大となる。このような磁界Ｂと、コ
イル１７に印加した高周波電流により誘起される渦電流
Ｊ（ω）との相互作用により、ｘ方向に沿ってアレイ長
の約２倍の周期で変動するローレンツ力Ｆが励起され
る。このようなパターンのローレンツ力Ｆにより、対象
物３０内に体積波としての横波が誘起される。
界のｙ方向成分の変化の周期が磁石アレイ１１のアレイ
長（この例でも永久磁石５個でアレイ１１を構成した）
の２倍程度となるようにスペーサ幅ｄを設定した場合で
ある。この場合、対象物３０の表面近傍での磁界のｙ方
向成分の大きさは磁石アレイ１１のｘ方向（磁石の配列
方向）の両端部で最大となる。このような磁界Ｂと、コ
イル１７に印加した高周波電流により誘起される渦電流
Ｊ（ω）との相互作用により、ｘ方向に沿ってアレイ長
の約２倍の周期で変動するローレンツ力Ｆが励起され
る。このようなパターンのローレンツ力Ｆにより、対象
物３０内に体積波としての横波が誘起される。
【００３６】図８の構成の実験例を図９及び図１０を参
照して説明する。この実験例は、ＥＭＡＴのスペーサ幅
ｄを０．１ｍｍとした点を除き、前述の表面ＳＨ波の実
験例と同じ構成のＥＭＡＴを用い、実験システムの構成
も前述の実験例と基本的に同じである。
照して説明する。この実験例は、ＥＭＡＴのスペーサ幅
ｄを０．１ｍｍとした点を除き、前述の表面ＳＨ波の実
験例と同じ構成のＥＭＡＴを用い、実験システムの構成
も前述の実験例と基本的に同じである。
【００３７】図９は、この構成のＥＭＡＴの作用面を導
電性材料の対象物３０に近接させたときの、対象物３０
の表面近傍での磁界の実測結果のグラフを示す。この図
から磁界のｙ方向成分Ｈyが図８に示したパターンをな
していることが分かる。
電性材料の対象物３０に近接させたときの、対象物３０
の表面近傍での磁界の実測結果のグラフを示す。この図
から磁界のｙ方向成分Ｈyが図８に示したパターンをな
していることが分かる。
【００３８】図１０は、この構成のＥＭＡＴにより対象
物３０に超音波（横波）を送信し、その超音波の対象物
３０内での多重反射を同じＥＭＡＴで受信したときの受
信波形である。このグラフから、約５μｓ間隔ごとに多
重反射の反射波が検出されていることが分かる。この横
波の音速は約３１４０ｍ／ｓであった。
物３０に超音波（横波）を送信し、その超音波の対象物
３０内での多重反射を同じＥＭＡＴで受信したときの受
信波形である。このグラフから、約５μｓ間隔ごとに多
重反射の反射波が検出されていることが分かる。この横
波の音速は約３１４０ｍ／ｓであった。
【００３９】このように、本実施形態のＥＭＡＴ構成で
は、スペーサ幅ｄを小さくすることで体積波の横波を送
信及び／又は受信できる。
は、スペーサ幅ｄを小さくすることで体積波の横波を送
信及び／又は受信できる。
【００４０】なお、スペーサ幅ｄを図５の例と図８の例
の中間の大きさにした場合、磁界のｙ方向成分のｘ方向
に沿った変化の周期が、図５の例と図８の例の中間の長
さとなる。この場合、ＥＭＡＴにより対象物３０内に誘
起できる超音波は、表面ＳＨ波の成分と体積波の横波の
成分の両方を含んだ中間的な波となる。全体的な傾向と
しては、スペーサ幅ｄを小さくするほど体積波の横波の
成分が相対的に強くなり、逆にスペーサ幅ｄを大きくす
るほど表面ＳＨ波の成分が相対的に強くなる。ただし、
スペーサ幅ｄを永久磁石１３の幅Ｄよりも大きくする
と、隣り合う永久磁石１３同士の間の磁界が弱くなり、
対象物３０内に十分な大きさのｙ方向磁界を形成できな
いので、スペーサ幅ｄは永久磁石１３の幅Ｄ以下とする
ことが好適である。
の中間の大きさにした場合、磁界のｙ方向成分のｘ方向
に沿った変化の周期が、図５の例と図８の例の中間の長
さとなる。この場合、ＥＭＡＴにより対象物３０内に誘
起できる超音波は、表面ＳＨ波の成分と体積波の横波の
成分の両方を含んだ中間的な波となる。全体的な傾向と
しては、スペーサ幅ｄを小さくするほど体積波の横波の
成分が相対的に強くなり、逆にスペーサ幅ｄを大きくす
るほど表面ＳＨ波の成分が相対的に強くなる。ただし、
スペーサ幅ｄを永久磁石１３の幅Ｄよりも大きくする
と、隣り合う永久磁石１３同士の間の磁界が弱くなり、
対象物３０内に十分な大きさのｙ方向磁界を形成できな
いので、スペーサ幅ｄは永久磁石１３の幅Ｄ以下とする
ことが好適である。
【００４１】次に、本実施形態の変形例について説明す
る。図１１は、この変形例のＥＭＡＴの構成を模式的に
示した図である。この変形例のＥＭＡＴは、図１及び図
２に示したＥＭＡＴ構成から、磁石アレイ１１の配置を
渦巻きコイル１７の面内で９０度回転させた構成に変更
したものである。この変形例のＥＭＡＴでは、スペーサ
１５の幅ｄを適宜調整することで、ＳＶ(Shear Vertica
l)波や体積波の縦波を送受信することができる。
る。図１１は、この変形例のＥＭＡＴの構成を模式的に
示した図である。この変形例のＥＭＡＴは、図１及び図
２に示したＥＭＡＴ構成から、磁石アレイ１１の配置を
渦巻きコイル１７の面内で９０度回転させた構成に変更
したものである。この変形例のＥＭＡＴでは、スペーサ
１５の幅ｄを適宜調整することで、ＳＶ(Shear Vertica
l)波や体積波の縦波を送受信することができる。
【００４２】図１２は、この変形例のＥＭＡＴによるＳ
Ｖ波の送信メカニズムを説明するための図である。この
図は、渦巻きコイル１７の直線部分１７ａの部分での、
導線に対して垂直な面での断面図を示す。スペーサ１５
の幅ｄを適正値に設定することで、図１２に示すよう
に、対象物３０の表面近傍において、磁界のｘ方向（永
久磁石１３の配列方向）の成分が永久磁石１３の配列ピ
ッチのほぼ半分のピッチで交互に反転する磁界Ｂを形成
することができる。例えば前述の表面ＳＨ波の実験例で
挙げた磁石アレイ１１（スペーサ幅ｄ＝０．６ｍｍ）で
は、磁界のｘ方向成分Ｈｘが図６に実線で示したパター
ンとなっており、これは図１２に示したパターンに近い
ものである。
Ｖ波の送信メカニズムを説明するための図である。この
図は、渦巻きコイル１７の直線部分１７ａの部分での、
導線に対して垂直な面での断面図を示す。スペーサ１５
の幅ｄを適正値に設定することで、図１２に示すよう
に、対象物３０の表面近傍において、磁界のｘ方向（永
久磁石１３の配列方向）の成分が永久磁石１３の配列ピ
ッチのほぼ半分のピッチで交互に反転する磁界Ｂを形成
することができる。例えば前述の表面ＳＨ波の実験例で
挙げた磁石アレイ１１（スペーサ幅ｄ＝０．６ｍｍ）で
は、磁界のｘ方向成分Ｈｘが図６に実線で示したパター
ンとなっており、これは図１２に示したパターンに近い
ものである。
【００４３】このような構成のＥＭＡＴにおいて、渦巻
きコイル１７に高周波電流Ｉ（ω）を流すと、図示のご
とく、対象物３０の表面近傍にはｚ方向の渦電流Ｊ
（ω）が誘起される。この渦電流Ｊ（ω）と磁界Ｂとの
相互作用により、図示のごとく、対象物３０の表面に垂
直な向きで、磁界Ｂの反転ピッチと同じピッチで反転す
るローレンツ力Ｆが発生する。このローレンツ力により
対象物３０内にＳＶ波が誘起される。また、この逆過程
でＳＶ波を受信することができる。
きコイル１７に高周波電流Ｉ（ω）を流すと、図示のご
とく、対象物３０の表面近傍にはｚ方向の渦電流Ｊ
（ω）が誘起される。この渦電流Ｊ（ω）と磁界Ｂとの
相互作用により、図示のごとく、対象物３０の表面に垂
直な向きで、磁界Ｂの反転ピッチと同じピッチで反転す
るローレンツ力Ｆが発生する。このローレンツ力により
対象物３０内にＳＶ波が誘起される。また、この逆過程
でＳＶ波を受信することができる。
【００４４】以上、ＳＶ波の送受信メカニズムを説明し
た。これに対し、スペーサ幅ｄを小さくすることで体積
波の縦波を送受信することもできる。この縦波送受信の
メカニズムを図１３を参照して説明する。この図に示す
ように、スペーサ幅ｄを図１２の例より小さい適切な値
とすることで、対象物３０の表面近傍に、図１３に示す
ように、磁界のｘ方向成分が同一方向でかつその強弱が
周期的に変わる磁界Ｂを形成することができる。例えば
前述の体積波の横波の実験例で挙げた磁石アレイ１１
（スペーサ幅ｄ＝０．１ｍｍ）では、磁界のｘ方向成分
Ｈxが図９に実線で示したパターンとなっており、これ
は図１３に示した磁界Ｂのパターンに近いものである。
た。これに対し、スペーサ幅ｄを小さくすることで体積
波の縦波を送受信することもできる。この縦波送受信の
メカニズムを図１３を参照して説明する。この図に示す
ように、スペーサ幅ｄを図１２の例より小さい適切な値
とすることで、対象物３０の表面近傍に、図１３に示す
ように、磁界のｘ方向成分が同一方向でかつその強弱が
周期的に変わる磁界Ｂを形成することができる。例えば
前述の体積波の横波の実験例で挙げた磁石アレイ１１
（スペーサ幅ｄ＝０．１ｍｍ）では、磁界のｘ方向成分
Ｈxが図９に実線で示したパターンとなっており、これ
は図１３に示した磁界Ｂのパターンに近いものである。
【００４５】このような構成のＥＭＡＴにおいて、渦巻
きコイル１７に高周波電流Ｉ（ω）を流すと、図示のご
とく、対象物３０の表面近傍にはｚ方向の渦電流Ｊ
（ω）が誘起される。この渦電流Ｊ（ω）と磁界Ｂとの
相互作用により、図示のごとく、対象物３０の表面に垂
直な向きの、強弱がｘ方向について周期的に変わるロー
レンツ力Ｆが発生する。このローレンツ力Ｆにより対象
物３０の表面近傍にｘ方向について周期的な粗密のパタ
ーンが生まれ、これにより縦波が発生する。また、この
逆過程で縦波を受信することができる。図１４は、この
ＥＭＡＴにより対象物３０に縦波の超音波を送信し、こ
れが対象物３０内で多重反射する様子を同じＥＭＡＴで
受信したときの受信波形である。このグラフから、約３
μｓ間隔ごとに多重反射の反射波が検出されていること
が分かる。この横波の音速は約６３６０ｍ／ｓであっ
た。
きコイル１７に高周波電流Ｉ（ω）を流すと、図示のご
とく、対象物３０の表面近傍にはｚ方向の渦電流Ｊ
（ω）が誘起される。この渦電流Ｊ（ω）と磁界Ｂとの
相互作用により、図示のごとく、対象物３０の表面に垂
直な向きの、強弱がｘ方向について周期的に変わるロー
レンツ力Ｆが発生する。このローレンツ力Ｆにより対象
物３０の表面近傍にｘ方向について周期的な粗密のパタ
ーンが生まれ、これにより縦波が発生する。また、この
逆過程で縦波を受信することができる。図１４は、この
ＥＭＡＴにより対象物３０に縦波の超音波を送信し、こ
れが対象物３０内で多重反射する様子を同じＥＭＡＴで
受信したときの受信波形である。このグラフから、約３
μｓ間隔ごとに多重反射の反射波が検出されていること
が分かる。この横波の音速は約６３６０ｍ／ｓであっ
た。
【００４６】また、図１１に示した構成のＥＭＡＴによ
れば、レイリー波やラム波の送受信を行うことが可能で
ある。
れば、レイリー波やラム波の送受信を行うことが可能で
ある。
【００４７】まずレイリー波の送受信メカニズムについ
て図１５を参照して説明する。図１５は、図１２の一部
を拡大して示したものである。ただし、図１２では磁界
Ｂのｘ方向成分のみを示したのに対し、図１５ではｙ方
向成分も考慮したｘｙ平面内のベクトルとして磁界Ｂを
示している。
て図１５を参照して説明する。図１５は、図１２の一部
を拡大して示したものである。ただし、図１２では磁界
Ｂのｘ方向成分のみを示したのに対し、図１５ではｙ方
向成分も考慮したｘｙ平面内のベクトルとして磁界Ｂを
示している。
【００４８】図１１に例示したＥＭＡＴにおいて磁界Ｂ
をこのようなパターンとできることは、図６に示したＨ
x，Ｈyの分布の例からわかる。このような磁界Ｂと渦電
流Ｊ（ω）によって励起されるローレンツ力Ｆは図示の
ような変化パターンを示す。このローレンツ力Ｆの変化
パターンはレイリー波の振幅分布に類似している。した
がって、図１１に示した構成のＥＭＡＴにおいて、スペ
ーサ幅ｄ及び渦巻きコイル１７への入力信号の周波数を
適切に設定することで、対象物３０内に励起される振動
のうちレイリー波の成分を強め合わせることができる。
この場合の入力信号は、レイリー波の波長がローレンツ
力Ｆの変化パターンの周期と同じになるように設定した
バースト波でよい。適切なスペーサ幅ｄや入力信号の周
波数は、永久磁石１３の磁束密度や寸法、スペーサ１５
の材質、対象物３０の材質など様々なパラメータに依存
するが、実験等により特定することは可能である。な
お、レイリー波の受信はこの逆過程で可能である。
をこのようなパターンとできることは、図６に示したＨ
x，Ｈyの分布の例からわかる。このような磁界Ｂと渦電
流Ｊ（ω）によって励起されるローレンツ力Ｆは図示の
ような変化パターンを示す。このローレンツ力Ｆの変化
パターンはレイリー波の振幅分布に類似している。した
がって、図１１に示した構成のＥＭＡＴにおいて、スペ
ーサ幅ｄ及び渦巻きコイル１７への入力信号の周波数を
適切に設定することで、対象物３０内に励起される振動
のうちレイリー波の成分を強め合わせることができる。
この場合の入力信号は、レイリー波の波長がローレンツ
力Ｆの変化パターンの周期と同じになるように設定した
バースト波でよい。適切なスペーサ幅ｄや入力信号の周
波数は、永久磁石１３の磁束密度や寸法、スペーサ１５
の材質、対象物３０の材質など様々なパラメータに依存
するが、実験等により特定することは可能である。な
お、レイリー波の受信はこの逆過程で可能である。
【００４９】また、図１１に示した構成のＥＭＡＴを用
いた場合において、対象物３０を非常に薄い板（例えば
板厚が、励起する音波の１波長以下）とした場合には、
対象物３０内にラム波を発生させることができる。受信
はこの逆過程で可能である。この場合、ラム波を効率よ
く送信できるようにするには、スペーサ幅ｄや渦巻きコ
イル１７への入力信号の周波数を適切に設定する必要が
あるが、これは実験等で求めることができる。
いた場合において、対象物３０を非常に薄い板（例えば
板厚が、励起する音波の１波長以下）とした場合には、
対象物３０内にラム波を発生させることができる。受信
はこの逆過程で可能である。この場合、ラム波を効率よ
く送信できるようにするには、スペーサ幅ｄや渦巻きコ
イル１７への入力信号の周波数を適切に設定する必要が
あるが、これは実験等で求めることができる。
【００５０】また、図１等に示した磁石アレイ１１を利
用した別の変形例として、図１６に示すようにメアンダ
ーラインコイル（蛇行コイル）１８と組み合わせる構成
も可能である。この構成では、メアンダーラインコイル
１８を構成する導線の直線部分１８ａの方向が磁石アレ
イ１１の永久磁石１３の配列方向と垂直になるように両
者の位置関係を設定する。ここで、スペーサ幅ｄを適切
に設定すると、対象物３０の表面近傍に、図１７に示す
ようなｘ方向の磁界成分が一定周期で交互に反転する磁
界Ｂを形成することができる。例えば表面ＳＨ波の実験
例で挙げた磁石アレイでは、図６及び図１２に示したよ
うに、その条件を満足する比較的強い磁界Ｂを形成する
ことができる。そして、図１７に示すように、メアンダ
ーラインコイル１８の蛇行のパターンをこの磁界Ｂの反
転パターンに一致したものとすることで、誘起されるロ
ーレンツ力Ｆの方向と大きさを磁石アレイ１１の配列方
向のほぼ全域にわたってほぼ均一に揃えることができ
る。そして、配列方向各部で発生するローレンツ力Ｆの
大きさは、コイル１８に入力する高周波電流の変化に応
じてほぼ一斉に揃って変化するので、全体として強い縦
波を発生させることができる。受信はこの逆過程で実現
できる。
用した別の変形例として、図１６に示すようにメアンダ
ーラインコイル（蛇行コイル）１８と組み合わせる構成
も可能である。この構成では、メアンダーラインコイル
１８を構成する導線の直線部分１８ａの方向が磁石アレ
イ１１の永久磁石１３の配列方向と垂直になるように両
者の位置関係を設定する。ここで、スペーサ幅ｄを適切
に設定すると、対象物３０の表面近傍に、図１７に示す
ようなｘ方向の磁界成分が一定周期で交互に反転する磁
界Ｂを形成することができる。例えば表面ＳＨ波の実験
例で挙げた磁石アレイでは、図６及び図１２に示したよ
うに、その条件を満足する比較的強い磁界Ｂを形成する
ことができる。そして、図１７に示すように、メアンダ
ーラインコイル１８の蛇行のパターンをこの磁界Ｂの反
転パターンに一致したものとすることで、誘起されるロ
ーレンツ力Ｆの方向と大きさを磁石アレイ１１の配列方
向のほぼ全域にわたってほぼ均一に揃えることができ
る。そして、配列方向各部で発生するローレンツ力Ｆの
大きさは、コイル１８に入力する高周波電流の変化に応
じてほぼ一斉に揃って変化するので、全体として強い縦
波を発生させることができる。受信はこの逆過程で実現
できる。
【００５１】以上説明したように、本実施形態のＥＭＡ
Ｔでは、各種の超音波の送受信が可能である。
Ｔでは、各種の超音波の送受信が可能である。
【００５２】なお、以上の例では、ローレンツ力Ｆによ
り対象物３０内に超音波を励起する場合を説明した。対
象物３０が実験例として例示したアルミニウムなどの非
磁性体である場合は、ローレンツ力Ｆしか発生しないた
めその説明でよい。これに対し、対象物３０が鉄等の強
磁性体の場合は、対象部３０の表面近傍にはローレンツ
力Ｆの他に磁歪力も発生する。しかし、この磁歪力は、
永久磁石１３の配列方向について、ローレンツ力Ｆと同
様の変化を示すため、超音波の発生源となる。したがっ
て、対象物３０が強磁性体の場合は、ローレンツ力Ｆと
磁歪力の和が超音波源となる。特に、ローレンツ力Ｆの
方向と磁歪力の方向とが一致する場合は、強い超音波を
送信できる。実験では、強磁性体に対しても、従来構造
のＰＰＭ型ＥＭＡＴより４〜５倍程度の強さの超音波が
送信できた。ただし、図１３に示した体積波の縦波を送
受信するための構成では、ローレンツ力Ｆと磁歪力の向
きが正反対になるので、超音波送信の効率はよくない。
り対象物３０内に超音波を励起する場合を説明した。対
象物３０が実験例として例示したアルミニウムなどの非
磁性体である場合は、ローレンツ力Ｆしか発生しないた
めその説明でよい。これに対し、対象物３０が鉄等の強
磁性体の場合は、対象部３０の表面近傍にはローレンツ
力Ｆの他に磁歪力も発生する。しかし、この磁歪力は、
永久磁石１３の配列方向について、ローレンツ力Ｆと同
様の変化を示すため、超音波の発生源となる。したがっ
て、対象物３０が強磁性体の場合は、ローレンツ力Ｆと
磁歪力の和が超音波源となる。特に、ローレンツ力Ｆの
方向と磁歪力の方向とが一致する場合は、強い超音波を
送信できる。実験では、強磁性体に対しても、従来構造
のＰＰＭ型ＥＭＡＴより４〜５倍程度の強さの超音波が
送信できた。ただし、図１３に示した体積波の縦波を送
受信するための構成では、ローレンツ力Ｆと磁歪力の向
きが正反対になるので、超音波送信の効率はよくない。
【図１】 本発明の実施の形態の電磁超音波トランスデ
ューサ（ＥＭＡＴ）の要部構成を示す斜視図である。
ューサ（ＥＭＡＴ）の要部構成を示す斜視図である。
【図２】 実施の形態のＥＭＡＴにおける磁石アレイと
渦巻きコイルとの位置関係を示す図である。
渦巻きコイルとの位置関係を示す図である。
【図３】 実施の形態のＥＭＡＴを用いた検査システム
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図４】 実施の形態のＥＭＡＴの磁石アレイによる形
成される磁場を説明するための図である。
成される磁場を説明するための図である。
【図５】 実施の形態のＥＭＡＴによる表面ＳＨ波の送
受信のメカニズムを説明するための図である。
受信のメカニズムを説明するための図である。
【図６】 永久磁石同士の間隔を表面ＳＨ波用に設定し
た磁石アレイにより形成される磁場の実測データを示し
た図である。
た磁石アレイにより形成される磁場の実測データを示し
た図である。
【図７】 実施の形態のＥＭＡＴにより送信した表面Ｓ
Ｈ波を、同型のＥＭＡＴで受信した受信波形の一例を示
す図である。
Ｈ波を、同型のＥＭＡＴで受信した受信波形の一例を示
す図である。
【図８】 実施の形態のＥＭＡＴによる体積波の横波の
送受信のメカニズムを説明するための図である。
送受信のメカニズムを説明するための図である。
【図９】 永久磁石同士の間隔を横波用に設定した磁石
アレイにより形成される磁場の実測データを示した図で
ある。
アレイにより形成される磁場の実測データを示した図で
ある。
【図１０】 実施の形態のＥＭＡＴにより送受信した横
波の受信波形の一例を示す図である。
波の受信波形の一例を示す図である。
【図１１】 変形例のＥＭＡＴにおける磁石アレイと渦
巻きコイルとの位置関係を示す図である。
巻きコイルとの位置関係を示す図である。
【図１２】 変形例のＥＭＡＴによるＳＶ波の送受信の
メカニズムを説明するための図である。
メカニズムを説明するための図である。
【図１３】 変形例のＥＭＡＴによる体積波の縦波の送
受信のメカニズムを説明するための図である。
受信のメカニズムを説明するための図である。
【図１４】 変形例のＥＭＡＴにより送受信した縦波の
受信波形の一例を示す図である。
受信波形の一例を示す図である。
【図１５】 レイリー波の送受信メカニズムを説明する
ための図である。
ための図である。
【図１６】 磁石アレイをメアンダーラインコイルと組
み合わせる更に別の変形例を説明するための図である。
み合わせる更に別の変形例を説明するための図である。
【図１７】 メアンダーラインコイルを用いた変形例で
強力な縦波を発生可能なことを説明するための図であ
る。
強力な縦波を発生可能なことを説明するための図であ
る。
【図１８】 従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴの要部構成を示す
図である。
図である。
【図１９】 従来のＰＰＭ型ＥＭＡＴにおける表面ＳＨ
波の送受信メカニズムを説明するための図である。
波の送受信メカニズムを説明するための図である。
１１ 磁石アレイ、１３ 永久磁石、１５ スペーサ、
１７ 渦巻きコイル、１９ 作用面、３０ 対象物。
１７ 渦巻きコイル、１９ 作用面、３０ 対象物。
フロントページの続き
(72)発明者 安井 一
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 川嶋 紘一郎
三重県桑名市大字本願寺45
(72)発明者 山本 龍司
石川県金沢市石引４丁目１番11号
Ｆターム(参考） 2G047 AA07 BC07 CA02 CB01 GB02
GC01 GC02 GC04
5D019 AA09
Claims (4)
- 【請求項１】 所定の作用面を対象物に近接させた状態
で、電磁気的作用により対象物に対する超音波の送信及
び受信の少なくとも一方を行う電磁超音波トランスデュ
ーサであって、 前記作用面に平行な配列方向に沿って複数の短冊状磁石
を配列して構成した磁石アレイであって、隣り合う短冊
状磁石同士が異極性の磁極面を対向させて配列される磁
石アレイと、 前記磁石アレイと前記作用面との間に、その作用面と平
行に配設された扁平なコイルと、 を含む電磁超音波トランスデューサ。 - 【請求項２】 前記コイルは渦巻きコイルであり、 前記配列方向がその渦巻きコイルの導線が延びる方向と
一致するよう、前記磁石アレイが前記渦巻きコイルに対
して位置決めされている、 ことを特徴とする請求項１記載の電磁超音波トランスデ
ューサ。 - 【請求項３】 前記コイルは渦巻きコイルであり、 前記配列方向がその渦巻きコイルの導線が延びる方向に
対して直交する方向に一致するよう、前記磁石アレイが
前記渦巻きコイルに対して位置決めされている、 ことを特徴とする請求項１記載の電磁超音波トランスデ
ューサ。 - 【請求項４】 前記磁石アレイは、前記対象物内の表面
近傍部分に形成する磁界の該表面に垂直な成分が、前記
配列方向に沿って所定間隔ごとに反転するよう隣り合う
前記短冊状磁石同士の間隔が設定されており、 前記コイルは、前記所定間隔の２倍を周期として蛇行す
るメアンダーラインコイルであり、 前記磁石アレイは、前記配列方向が前記メアンダーライ
ンコイルの直線方向に対して垂直な方向となるように配
設される、 ことを特徴とする請求項１記載の電磁超音波トランスデ
ューサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126935A JP3886843B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 電磁超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002126935A JP3886843B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 電磁超音波トランスデューサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003319493A true JP2003319493A (ja) | 2003-11-07 |
| JP3886843B2 JP3886843B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=29541204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002126935A Expired - Fee Related JP3886843B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 電磁超音波トランスデューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3886843B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008074200A1 (fr) * | 2006-12-19 | 2008-06-26 | Chongqing Ronghai Medical Ultrasound Industry Ltd. | Transducteur à ultrasons électromagnétique et ensemble transducteur |
| WO2010131794A1 (ko) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | 영남대학교 산학협력단 | 나선형 코일 제조방법과 그 나선형 코일 및 이를 구비한 전자기음향변환기 |
| US9664650B2 (en) | 2014-07-02 | 2017-05-30 | Seoul National University R & Db Foundation | Omni-directional shear-horizontal wave electromagnetic acoustic transducer |
| CN107085042A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-08-22 | 湖北工业大学 | 一种可聚焦和换向的sh波电磁超声换能器 |
| WO2018029445A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-02-15 | Guided Ultrasonics Ltd | Determining a thickness of a region of wall- or plate-like structure |
| CN116930325A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-10-24 | 哈尔滨工业大学 | 用于金属管道缺陷成像的电磁超声复合式换能器 |
| CN117647577A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 西安爱邦电磁技术有限责任公司 | 被雷击或撞击结构的健康监测装置及监测方法 |
| CN117884340A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 中国石油大学(华东) | 一种周期性线圈阵列的电磁铁式sh导波电磁声换能器 |
| RU226630U1 (ru) * | 2024-02-19 | 2024-06-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭНТЭ" | Электромагнитно-акустический раздельный преобразователь для формирования SH-волн |
-
2002
- 2002-04-26 JP JP2002126935A patent/JP3886843B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN107085042B (zh) * | 2016-12-16 | 2018-07-24 | 湖北工业大学 | 一种可聚焦和换向的sh波电磁超声换能器 |
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| CN117647577B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-05-10 | 西安爱邦电磁技术有限责任公司 | 被雷击或撞击结构的健康监测装置及监测方法 |
| RU226630U1 (ru) * | 2024-02-19 | 2024-06-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭНТЭ" | Электромагнитно-акустический раздельный преобразователь для формирования SH-волн |
| CN117884340A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 中国石油大学(华东) | 一种周期性线圈阵列的电磁铁式sh导波电磁声换能器 |
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|---|---|
| JP3886843B2 (ja) | 2007-02-28 |
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