JP2006324889A

JP2006324889A - 超音波探触子

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Publication number: JP2006324889A
Application number: JP2005145604A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Oguma; 規泰小熊; Masahiro Kiji; 雅博貴治; Hiromi Toda; 裕己戸田; Yorinobu Murata; 頼信村田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: JP4628866B2

Abstract

【課題】被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できると共に、振動子の形状の自由度を大きくできる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の球面状の凹部５の大円上に湾曲した板状の振動子２を取り付ける。更に、バッキング部材１に、マスキング部材４を振動子２に対して位置決めするためのガイド部材３を取り付ける。振動子２と被疲労測定部材との距離を測定するときには、マスキング部材４を外した状態で測定を行う一方、漏洩レイリー波の伝播時間を測定するときには、マスキング部材４をガイド部材３に取り付けた状態で測定を行うようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波探触子に関する。

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。

この表面波測定用探触子は、基台と、基台の断面円弧状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。

この表面波測定用探触子は、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被疲労度測定部材に向けて超音波を発振して、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ようになっている。そして、この伝播速度に基づいて上記被疲労度測定部材の金属疲労の程度を測定するようになっている。

しかしながら、上記従来の表面波測定用探触子では、上記表層部を伝播した後上記一の振動子以外の振動子の方に向かう超音波が、上記一の振動子の縁（エッジ）から発振されて上記被疲労度測定部材の表面で反射した反射波と干渉して、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正確に測定できないという問題がある。また、上記従来の超音波探触子は、所定の形状を有する複数の振動子を必要とし、振動子の形状および数が限定されるという問題がある。
特開２０００−１３１２９７号公報（第３図）

そこで、本発明の課題は、被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できると共に、振動子の形状の自由度を大きくできる超音波探触子を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の超音波探触子は、
振動子と、
上記振動子からの音波を遮断する本体部に、上記振動子からの音波が通過する少なくとも一つの穴を設けてなるマスキング部材と
を備えることを特徴としている。

尚、本発明は、一つの振動子のみを有していても良く、互いに独立な複数の振動子を有していても良い。また、本発明は、一つのマスキング部材のみを有していても良く、異なる複数のマスキング部材を有していても良い。

本発明によれば、上記本体部に上記振動子からの音波が通過する少なくとも一つの穴を設けてなるマスキング部材を備えるので、上記マスキング部材に、形状および大きさが適切に設定された上記穴を形成することにより、振動子の数や形状をどのように設定しても、被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を測定できる。すなわち、振動子の形状の自由度を大きくすることができる。

また、本発明によれば、上記振動子から発振された超音波のうちで必要な部分だけを上記穴を通過させることによって容易に取り出すことができると共に、上記マスキング部材における上記穴が形成されていない部分で、上記振動子から発振された超音波のうちで不必要でノイズとなる部分を容易に遮断することができる。したがって、被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。

また、一実施形態の超音波探触子は、上記穴の縁の少なくとも一部に、波目が形成されている。

上記実施形態によれば、上記穴の縁の少なくとも一部に、波目が形成されているので、上記穴の縁の少なくとも一部を通過する複数の超音波が互いに重なることにより弱めあって、上記穴の縁の少なくとも一部から回折波（ノイズ超音波）が発生することがない。したがって、上記被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を更に正確に測定できる。

また、一実施形態の超音波探触子は、上記波目は、のこぎり波状の波目である。

上記実施形態によれば、上記波目がのこぎり波状の波目であるので、上記穴の縁の少なくとも一部の波目形状を簡単安価に形成できて、超音波探触子の製造コストを小さくすることができる。

また、一実施形態の超音波探触子は、上記本体部に、上記穴を二つ設け、少なくとも、一方の上記穴の他方の上記穴側の縁に波目が形成されている。

上記実施形態によれば、上記本体部に上記穴を二つ設け、少なくとも、一方の上記穴の他方の上記穴側の縁に波目が形成されているので、上記振動子から発振されて上記一方の穴を通過した後、被疲労度測定部材を伝播して、さらに、上記他方の穴を通過して上記振動子に到達した超音波に基づいて、超音波の被疲労度測定部材の伝播速度を測定できる。また、一方の上記穴の他方の上記穴側の縁に波目が形成されているので、一方の上記穴の他方の上記穴側の縁で発生する回折波（ノイズ超音波）を抑制できて、超音波の被疲労度測定部材の伝播速度を精密に測定できる。

また、一実施形態の超音波探触子は、上記振動子が、超音波の送信機能と超音波の受信機能の両方を有する一つの超音波受信面を有している。

上記実施形態によれば、振動子を容易に製造できる。

また、一実施形態の超音波探触子は、上記マスキング部材が、略矩形の表面形状を有する板部材であり、上記マスキング部材の互いに対向する一対の縁部を収容するスリットを有すると共に、上記マスキング部材を上記振動子に対して位置決めする位置決め部材を備えている。

上記実施形態によれば、上記マスキング部材を上記振動子に対して位置決めする位置決め部材を備えるので、上記振動子が超音波を発振している最中に上記振動子に対する上記マスキング部材の相対位置が変化することがない。したがって、上記被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を更に正確に測定できる。また、上記位置決め部材は、上記マスキング部材を上記振動子に対して位置決めするのに、スリットを用いているので、上記マスキング部材を上記振動子に対して簡単安価に位置決めできる。

また、一実施形態の超音波探触子は、上記マスキング部材を上記振動子に対して移動させる移動装置を備えている。

上記実施形態によれば、上記マスキング部材を上記振動子に対して移動させる移動装置を備えているので、上記マスキング部材を上記振動子に近づけるように移動させることができると共に、上記マスキング部材を上記振動子から遠ざけるように移動させることができる。

本発明の超音波探触子によれば、本体部に振動子からの音波が通過する少なくとも一つの穴を設けてなるマスキング部材を備えるので、マスキング部材に、形状および大きさが適切に設定された穴を形成することにより、振動子の数や形状をどのように設定しても、被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を測定できる。すなわち、振動子の形状の自由度を大きくすることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１〜図３は、マスキング部材４を取り付ける前の第１実施形態の超音波探触子を示す図である。具体的には、図１は、第１実施形態の超音波探触子の下面図であり、図２は、第１実施形態の超音波探触子の側面図であり、図３は、図１のα−α線断面図である。尚、図１において、振動子２およびガイド部材３は、断面ではないが、部材の違いをはっきりさせるためにハッシングを施している。

図１および図３に示すように、この超音波探触子は、バッキング部材１と、振動子２と、位置決め部材の一例としてのガイド部材３と、板状のマスキング部材４とを備える。

上記バッキング部材１は、樹脂から成り、球面形状の凹面５を有している。上記振動子２は、一体の超音波送受信面８を有している。上記振動子２は、湾曲した長板形状を有している。上記振動子２は、振動子２が球面形状の凹面５の大円上を延在するように、バッキング部材１の凹面５に固定されている。上記超音波送受信面８は、超音波の送信機能と超音波の受信機能の両方を有している。上記超音波送受信面８は、仮想球面の大円上を延在している。

図１に示すように、上記ガイド部材３は、振動子２を挟むように上記大円上に対向配置される第１側方部１０および第２側方部１１と、第１側方部１０と第２側方部１１とを連結するストッパ部１３とを有する。図２に示すように、上記第１側方部１０（第２側方部１１も同様）は、バッキング部材１の厚さ方向に延在している。上記第１側方部１０（第２側方部１１も同様）は、バッキング部材１の側面に当接している。上記第１側方部１０および第２側方部１１のバッキング部材１に対する当接面は、バッキング部材１に接着されている。

また、図２に示すように、上記第１側方部１０（第２側方部１１も同様）におけるバッキング部材から突出している部分には、マスキング部材４の長手方向の端部を収容するためのスリット１５が形成されている。

第１側方部１０のスリット１５の底１７（図１参照）と、第２側方部１１のスリットの底１８との間の寸法は、マスキング部材４の長手方向の寸法と略等しくなっている。すなわち、マスキング部材４を、手動で図１に矢印ａに示す方向に移動させて、第１および第２側方部１０,１１をスリット１５に挿入したとき、マスキング部材４は、ガイド部材３および振動子２に対する相対位置がマスキング部材４の長手方向に移動不可になっている。

また、上記ストッパ部１３は、図１に示す底面図において、上記大円と略平行に延在している。上記ストッパ部１３は、バッキング部材１の凹面５に当接している。上記ストッパ部１３は、マスキング部材４を、第１および第２側方部１０,１１のスリット１５に挿入したとき、マスキング部材４の長手方向の一方の縁と接触することによって、マスキング部材４のガイド部材３および振動子２に対する相対位置を、マスキング部材４の幅方向に移動不可にしている。

上記マスキング部材４の長手方向の一方の縁を、ストッパ部１３と当接させることにより、マスキング部材４を固定位置に配置するようになっている。すなわち、上記マスキング部材４の長手方向の一方の縁が、ストッパ部１３と当接する位置は、マスキング部材４の固定位置になっている。上記ガイド部材３は、マスキング部材４の振動子２に対する相対位置が変化しないように、マスキング部材４を振動子２に対して位置決めするようになっている。

上記マスキング部材４は、図１に示すように、長方形の表面を有している。また、上記マスキング部材４は、マスキング部材４の表面およびマスキング部材４の長手方向の縁に垂直で、かつ、マスキング部材４の中心を通る平面に対して、面対称な二つの同一の略長方形形状の長穴２０,２１を有している。上記マスキング部材４の長穴２０,２１以外の部分は、超音波の通過を遮断する本体部になっている。上記長穴２０,２１の長手方向の縁２２,２３,２４,２５は、マスキング部材４の幅方向の縁と略平行になっている。図１に示すように、上記長穴２０の長穴２１側の縁２３、長穴２０の長穴２１側と反対側の縁２２、長穴２１の長穴２０側の縁２４、および、長穴２１の長穴２０側と反対側の縁２５には、マスキング部材４の幅方向に山と谷とが交互に形成されたのこぎり波状の波目が形成されている。詳しくは、上記山はマスキング部材４の長手方向に延びている。

以下に、この超音波探触子を用いる被疲労測定部材の一例としての玉軸受の内輪の軌道溝の軌道底の疲労度の測定方法を簡単に説明する。

先ず、図４および図５に示すマスキング部材４が取り付けられていない超音波探触子に対して、バッキング部材１の凹面５の上記大円に内輪の軌道溝の軌道底が対向するように内輪を配置する。

次に、超音波探触子と上記内輪との間に水を充填する。これは、超音波探触子と内輪とを収容している透明の水槽に水を充填する等の方法によって実現される。

次に、振動子２から超音波を発振して、振動子２から発振されて上記軌道底で反射して振動子２に到達した超音波を振動子２で検出し、振動子２が超音波を発振した時刻から超音波が最初に振動子２に到着した時刻までの時間を測定する。そして、この時間に基づいて振動子２と上記軌道溝との距離を測定し、振動子２と上記軌道溝との距離を、振動子２と凹部５の大円の中心Ｐ（図４参照）との距離よりも短い所定距離に設定する。

次に、マスキング部材４を手動でガイド部材３に挿入し、マスキング部材４を固定位置に固定する。そして、振動子２から超音波を発振して、振動子２から発振されてマスキング部材４の一方の穴２０を通過して、上記軌道底を周方向にそって所定距離伝播し、その後、マスキング部材４の他方の穴２１を通過して振動子２に到達する超音波を検出する。

最後に、この超音波の検出に基づいて、上記超音波の上記軌道底の伝播速度を算出し、上記超音波の上記軌道底の伝播速度に基づいて、上記超音波の伝播速度と対応関係がある上記軌道底の疲労の度合を測定する。

上記第１実施形態の超音波探触子によれば、穴２０,２１を有するマスキング部材４を有し、このマスキング部材４で超音波の通過を制限することができる。したがって、穴の大きさ、形状および数を適切に設定することにより、どのような形状の振動子においても被疲労測定部材の疲労度の測定を行うことができる。したがって、振動子の形状の自由度を格段に大きくすることができる。

また、上記第１実施形態の超音波探触子によれば、マスキング部材４を有し、かつ、そのマスキング部材４が振動子２から発振された超音波の一部が通過する穴２０,２１を有するので、マスキング部材４で振動子２から発振された超音波のうちで必要な部分だけを容易に取り出すことができると共に、振動子２から発振された超音波のうちの不必要でノイズとなる部分を容易に遮断することができる。したがって、被疲労度測定部材を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定できる。

また、上記第１実施形態の超音波探触子によれば、マスキング部材４の穴２０,２１の縁の一部２２,２３,２４,２５に、波目が形成されているので、穴２０,２１の縁の一部２２,２３,２４,２５を通過する複数の超音波が互いに重なることにより弱め合って、穴２２,２３の縁の一部２２,２３,２４,２５から発生する回折波（ノイズ超音波）を格段に抑制できる。したがって、上記軌道底を伝播する超音波の伝播速度を更に正確に測定できる。

また、上記第１実施形態の超音波探触子によれば、マスキング部材４の穴２０,２１の縁の一部２２,２３,２４,２５に形成されている波目が、のこぎり波状の波目であるので、穴２０,２１の縁の一部２２,２３,２４,２５の波目形状を簡単安価に形成できて、超音波探触子の製造コストを小さくできる。

また、上記第１実施形態の超音波探触子によれば、マスキング部材４が、超音波が同時に通過できる二つの穴２０,２１を有しているので、超音波送受信面８から発振されて一方の穴２０または２１を通過した後、上記軌道底を伝播して、さらに、他方の穴２１または２０を通過して超音波送受信面８で受信された超音波に基づいて、超音波の軌道底に対する伝播速度を測定できる。また、一方の穴２０または２１の他方の穴２１または２０側の縁２３,２４に波目が形成されているので、一方の穴２０または２１の他方の穴２１または２０側の縁で発生する回折波（ノイズ超音波）を格段に抑制できて、超音波の軌道底に対する伝播速度を精密に測定することができる。

尚、上記第１実施形態の超音波探触子では、上記ストッパ部１３は、バッキング部材１の側面に当接していない構造であるが、この発明では、図６および図７に示すように、ストッパ部３３は、バッキング部材３０の側面に当接している構造であっても良く、この場合、ガイド部材３１をバッキング部材３０に確実に固定することができる。

また、上記第１実施形態の超音波探触子では、マスキング部材４の長穴２０,２１に、のこぎり波状の波目を形成した。しかしながら、この発明では、マスキング部材の穴に例えば正弦波状の波目等のこぎり波状の波目以外の波目を形成しても良い。

また、上記第１実施形態の超音波探触子では、図１に示すように、マスキング部材４の長穴２０,２１の長手方向の縁２２,２３,２４,２５に、のこぎり波状の波目を形成した。

しかしながら、この発明では、マスキング部材４の代わりに、図８に示すように、マスキング部材４と比較して、長穴４０の長手方向の長穴４１側と反対側の縁の波目を省略すると共に、長穴４１の長手方向の長穴４０側と反対側の縁の波目を省略したマスキング部材４５を採用しても良い。

また、マスキング部材４の代わりに、図９に示すマスキング部材６４を採用しても良い。このマスキング部材６４は、丸穴６０,６１を有し、この丸穴６０,６１の縁の全てには、マスキング部材６４の長手方向に略延びる山と谷とが、マスキング部材４の幅方向に交互に形成されたのこぎり波状の波目が形成されている。

また、マスキング部材４の代わりに、図１０に示すマスキング部材７５を採用しても良い。このマスキング部材７５は、Ｄ字状の穴７０,７１を有し、穴７０および穴７１の円弧部分は対向配置されている。また、Ｄ字状の穴７０,７１の縁の全てには、マスキング部材７５の長手方向に略延びる山と谷とが、マスキング部材７５の幅方向に交互に形成されたのこぎり波状の波目が形成されている。

また、上記第１実施形態の超音波探触子では、バッキング部材１とガイド部材３が別体であったが、バッキング部材とガイド部材は一体であっても良い。

また、上記第１実施形態の超音波探触子では、穴２０,２１の縁に形成されたのこぎり波の波目の寸法には制限を設けなかった。しかしながら、のこぎり波の波目の互いに隣接する山の間の幅ｗを、山の高さｈよりも小さくし、山の間の幅ｗを、振動子２から発振される超音波の水中での波長の１／２よりも小さく設定すると、波目が形成された縁からの回折波（ノイズ波）の発生を確実に防止できる。例えば、振動子２から発振される超音波の周波数を、５×１０⁶［Ｈｚ］とすると、水温が２６.３［℃］のときの音波の水中の音速が１５００［ｍ／ｓ］であるので、水温が２６.３［℃］の場合では、振動子２から発振される超音波の水中での波長は、略３×１０^-4［ｍ］となる。したがって、ｗを、（３×１０^-4）／２＝１.５×１０^-4［ｍ］よりも小さく設定すると、波目が形成された縁からの回折波（ノイズ波）の発生を確実に防止できる。尚、水温の変動による水中の音速の変動は非常に小さいので、水中の音速として、１５００［ｍ／ｓ］を用いることができる。

また、図１において、マスキング部材４をガイド部材３に挿入した状態で、マスキング部材４の縁２３の中心に山がきたと仮定すると共に、縁２４の中心に山がきたと仮定した場合における、縁２３の中心の山から発振されて軌道底で反射して縁２４の中心の山に到達した超音波の経路長をｙ１［ｍ］とし、マスキング部材４をガイド部材３に挿入した状態で、マスキング部材４の縁２３の中心に谷がきたと仮定すると共に、縁２４の中心に谷がきたと仮定した場合における、縁２３の中心の谷から発振されて軌道底で反射して縁２４の中心の谷に到達した超音波の経路長をｙ２［ｍ］とし、更に、上記超音波が水中を伝播するときの波長をλ［ｍ］としたとき、｜ｙ２−ｙ１｜が、｜ｙ２−ｙ１｜＝（ｎ＋１／２）λ（ここでｎは０以上の整数）の関係を満たすようにすると、縁２３および２４からのノイズ波を弱め合わせることができ、測定を正確に行うことができる。

また、上記被疲労度測定部材の疲労度の測定では、超音波探触子と被疲労度測定部材の一例としての内輪と間に溶媒としての水を充填した状態で、内輪を伝播する超音波の伝播速度を測定するようにした。しかしながら、この発明の超音波探触子と被疲労度測定部材との間に、スピンドル油（音波の伝播速度は３２℃で１３４２［ｍ／ｓ］）、エタノール（音波の伝播速度は２０℃で１１６８［ｍ／ｓ］）、または、空気（音波の伝播速度は１５℃で３４０［ｍ／ｓ］）等の水以外の溶媒を充填して、被疲労度測定部材の疲労度を測定しても良いことは勿論である。そして、この場合に、マスキング部材の穴の縁（エッジ）の形状を波目形状にし、かつ、隣接する山の幅を、山の高さ以下に設定すると共に振動子から発振される超音波の溶媒中の波長の１／２以下に設定すると、上記溶媒が水である場合と同様に、穴の縁からノイズ超音波が発振されることがなくて、被疲労度測定部材の疲労度の判定を正確に行うことができる。

図１１〜図１４は、第２実施形態の超音波探触子を示す図である。第２実施形態の超音波探触子は、第１実施形態の超音波探触子のバッキング部材１、ガイド部材３、振動子２およびマスキング部材４に加えて、２つ目の新たな板状の第２マスキング部材８４を備える点が第１実施形態の超音波探触子と異なっている。

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および変形例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、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

上記第２マスキング部材８４は、図１１の断面図および図１２の下面図に示すように、長方形の表面形状を有している。上記第２マスキング部材８４は、長手方向の略中央に幅方向に延びる略長方形状の一つの穴８６を有している。上記第２マスキング部材８４の穴８６以外の部分は、超音波の通過を遮断する本体部になっている。上記第２マスキング部材８４は、板厚等の穴の形状以外の構造がマスキング部材４と同一になっている。

また、上記穴８６の長手方向の縁は、マスキング部材８４の幅方向の縁に略平行になっている。図１３に示すように、上記穴８６の長手方向の縁には、のこぎり波の波目が形成されている。

この第２マスキング部材８４は、振動子２と被疲労度測定部材（例えば、玉軸受の内輪の軌道底）との距離の測定を行うときに、使用されるようになっている。すなわち、第２マスキング部材８４を、ガイド部材３のストッパ部１３に当接するまで挿入して、第２マスキング部材８４を固定位置に配置した後、振動子２から超音波を発振するようになっている。このようにして、被疲労度測定部材に到達できる超音波を、振動子２から発振された全超音波のうちで穴８６を通過した部分に制限するようになっている。

以下に、第２実施形態の超音波探触子を用いた被疲労度測定部材（例えば、玉軸受の内輪の軌道底）の疲労度の測定法を、簡単に説明する。

先ず、図１１,１２に示すように、ガイド部材３のスリットに第２マスキング部材８４を挿入して、第２マスキング部材８４を固定位置に配置すると共に、バッキング部材１の凹面５の上記大円に内輪の軌道溝の底が対向するように内輪を配置する。

次に、前と同様に、超音波探触子と上記内輪との間に水を充填する。

次に、振動子２から超音波を発振して、振動子２から発振されて第２マスキング部材８４の穴８６を通過して上記軌道底で反射して再び穴８６を通過して振動子２に到達した超音波を、振動子２で検出し、振動子２が超音波を発振した時刻から超音波が最初に振動子２に到着した時刻までの時間を測定する。そして、この時間に基づいて振動子２と上記軌道底との距離を測定し、振動子２と上記軌道底との距離を、振動子２と上記大円の中心Ｐとの距離よりも短い所定距離に設定して、バッキング部材１を適当な固定器具で固定する。

次に、第２マスキング部材８４を手動で取り外した後、マスキング部材４を手動でガイド部材３に挿入して、図１３および図１４に示すように、マスキング部材４を固定位置に固定する。そして、前と同様に、振動子２から超音波を発振して、振動子２から発振されてマスキング部材４の一方の穴２０を通過して、上記軌道底を周方向にそって所定距離伝播し、その後、マスキング部材４の他方の穴２１を通過して振動子２に到達する超音波を検出して、上記軌道底の疲労の度合を測定する。

上記第２実施形態の超音波探触子によれば、振動子２と、被疲労測定部材である上記内輪の軌道底との距離の測定を、第２マスキング部材８４を用いて行い、測定を行う超音波を、振動子２が発振する全超音波のうちの第２マスキング部材８４の穴８６を通過する部分に制限している。したがって、軌道底に対して振動子２が傾いていない状態、すなわち、穴８６に対向している軌道底の部分の法線が、振動子２の超音波送受信面の中心の法線と一致している状態で、上記距離の測定をできて、上記距離の測定を精密に行うことができる。

尚、上記第２実施形態の超音波探触子では、図１２に示すように、第２マスキング部材８４の長穴８６の長手方向の縁に、のこぎり波の波目を形成した。

しかしながら、この発明では、第２マスキング部材８４の代わりに、図１５に示す第２マスキング部材１０４を採用しても良い。この第２マスキング部材１０４は、略中心に丸穴１０６を有し、この丸穴１０６の縁の全てには、第２マスキング部材１０４の長手方向に略延びる山と谷とが、第２マスキング部材１０４の幅方向に交互に形成されたのこぎり波状の波目が形成されている。

図１６〜図１８は、本発明の第３実施形態の超音波探触子を示す図である。第３実施形態の超音波探触子は、マスキング部材を手動で移動させるのではなくて、マスキング部材を移動装置で移動させる点が、第１実施形態の超音波探触子と異なる。

第３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および変形例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、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

この超音波探触子は、振動子１１２の超音波送受信面を示す図１６に示すように、バッキング部材１１１と、振動子１１２と、ガイド部材１１３と、移動装置の一例としてのモータ１１４と、マスキング部材１１５とを備える。

上記振動子１１２は、バッキング部材１１１の球面状の凹面１１７の大円上に延在するように、バッキング部材１１１に取り付けられている。また、上記ガイド部材１１３は、図１６に示すように、大円方向において、一方の側方部１１８の肉厚が、他方の側方部１１９の肉厚よりも厚くなっている。

上記モータ１１４は、本体１１７とギヤ１２０とを有する。図１６に示すように、上記本体１１７は、上記一方の側方部１１８における上記大円方向と略垂直な方向の端面に、固定されている。

また、図１６に示すように、マスキング部材１１５は、表面長方形の板状の部材である。マスキング部材１１５は、第１実施形態のマスキング部材４と同一の長穴１３０,１３１を有している。また、長方形の表面形状を有する板状のマスク部材１１５の一方の側の長手方向の端部には、幅方向に延びるギヤ１２１が形成されている。

モータ１１４のギヤ１２０は、マスキング部材１１５のギヤ１２１と噛合している。側面図である図１７に示すように、モータ１１４のギヤ１２０を矢印α方向に回転させることによって、マスキング部材１１５をスリット１３３中に挿入するようになっている。また、モータ１１４のギヤ１２０を矢印β方向に回転させることによって、マスキング部材１１５をスリット１３３中から取り出すようになっている。

第３実施形態の超音波探触子は、振動子１１２と、被疲労測定部材との間の距離を測定するときには、モータ１１４のギヤ１２０を矢印β方向に回転させることによって、図１６に示すように、マスキング部材１１５をスリット１３３中から完全に取り出すようになっている。

一方、超音波が被疲労測定部材を伝播するときの伝播速度を測定するときには、モータ１１４のギヤ１２０を矢印α方向に回転させることによって、図１８に示すように、マスキング部材１１５がガイド部材１１３のストッパ部１１６に接触するまでマスキング部材１１５をスリット１３３中に移動させ、マスキング部材１１５を固定位置に配置するようになっている。

上記第３実施形態の超音波探触子によれば、マスキング部材１１５を振動子１１２に対して移動させるモータ１１４を備えているので、マスキング部材１１５を固定位置に移動させることができると共に、マスキング部材１１５を固定位置から移動させることができる。

図１９〜図２２は、第４実施形態の超音波探触子を示す図である。

第４実施形態の超音波探触子は、ガイド部材１４３にストッパが存在しない点と、マスキング部材１４５が、第１実施形態のマスキング部材４の長手方向の縁と、第２マスキング部材８４の長手方向の縁とをくっつけたような形状をしている点とが、第３実施形態の超音波探触子と異なる。また、マスキング部材１４５が第１固定位置および第２固定位置に配置される点、すなわち、固定位置が二つ存在する点も第３実施形態の超音波探触子と異なる。

第４実施形態の超音波探触子では、第１〜３実施形態の超音波探触子と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１〜３実施形態の超音波探触子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

第４実施形態の超音波探触子は、上記のように、マスキング部材１４５が、第１実施形態のマスキング部材４の長手方向の縁と、第２マスキング部材８４の長手方向の縁とをくっつけたような形状をしている。詳細には、マスキング部材１４５は、矩形の表面形状を有し、マスキング部材１４５の一方の表面の一つの辺の縁部には、ギヤ１５０が形成されている。

また、図１９に示すように、移動装置の一例としてのモータ１４７は、ガイド部材１４３のバッキング部材側と反対側の表面に固定されている。上記モータ１４７のギヤ１４８は、マスキング部材１４５のギヤ１５０と噛合している。

振動子１５１と、被疲労測定部材との間の距離を測定するとき、すなわち、鏡面反射波を測定するときには、モータ１４７のギヤ１４８を、図２０に示す矢印δに回転させて、図１９および図２０に示すように、マスキング部材１４５における、マスキング部材１４５の移動方向に垂直な方向の中央に長穴１５６が一つ存在する部分を、振動子１５１に対向させるようにする。詳しくは、長穴１５６の中央を、振動子１５１に対向させるようにして、マスキング部材１４５を第１固定位置に配置する。この状態において、上記一つの長穴１５６の長手方向の縁、すなわち、長穴１５６におけるマスキング部材１４５のギヤ１５０と平行な縁には、波目が形成されている。

一方、被疲労測定部材を伝播する超音波の伝播速度を測定するとき、すなわち、漏洩レイリー波を検出するときには、モータ１４７のギヤ１４８を、図２０に示す矢印γに回転させて、図２１および図２２に示すように、マスキング部材１４５の移動方向に垂直な方向の垂直２等分面に対して、面対称な二つの長穴１５４および１５５が存在するマスキング部材１４５の部分を、振動子１５１に対向させるようにする。詳しくは、長穴１５４および１５５の中央を、振動子１５１に対向させるようにして、マスキング部材１４５を第２固定位置に配置する。この状態において、上記長穴１５４,１５５の長手方向の縁、すなわち、長穴１５４,１５５におけるマスキング部材１４５のギヤ１５０と平行な縁には、波目が形成されている。上記マスキング部材１４５における長穴１５４,１５５,１５６以外の部分は、超音波の通過を遮断する本体部になっている。

図１９に示すように、上記マスキング部材１４５は、ガイド部材１４３に固定されているモータ１４７のギヤ１４８と、ガイド部材１４３の振動子１５１のモータ側と反対側の側面部１５７のスリット１５８とで支持されている。

上記第４実施形態の超音波探触子によれば、マスキング部材１４５が、移動方向において、振動子１５１との対向配置において、被疲労測定部材との距離を測定する長穴１５６が一つの部分と、超音波の被疲労測定部材の伝播速度を測定する長穴１５４,１５５が二つの部分とからなる。したがって、モータ１４７の回転方向を変化させるだけで、振動子１５１との対向配置で、マスキング部材１４５における長穴１５６が一つの部分と、マスキング部材１４５における長穴１５４,１５５が二つの部分とを容易に移動させることができて、被疲労測定部材の疲労度の測定を容易に行うことができる。

尚、上記第４実施形態の超音波探触子では、上記マスキング部材１４５を第１または第２固定位置に配置するのに、センサを用いなかったが、この発明では、例えば、長穴の長手方向の縁の中央付近に塗料を塗布して、この塗料を塗布した部分にマーカを作成し、このマーカを光センサ等で検出することにより、超音波探触子を、第１または第２固定位置に正確に配置するようにしても良い。

図２３〜図２６は、本発明の第５実施形態の超音波探触子を示す図である。

第５実施形態の超音波探触子は、振動子の超音波の発信機能（発振機能）と超音波の受信機能の両方を有する超音波送受信面が一体（一つのみ）ではなくて、振動子の超音波送受信面が三つの互いに独立な部分からなること、言い換えれば、振動子が、第１振動子１６１、第２振動子１６２および第３振動子１６３からなることが、第１実施形態の超音波探触子と異なっている。

第５実施形態の超音波探触子では、第１〜４実施形態の超音波探触子と共通の作用効果および変形例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、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

この超音波探触子は、上記のように、第１振動子１６１、第２振動子１６２および第３振動子１６３を備える。図２３および図２４に示すように、上記第１、第２および第３振動子１６１,１６２,１６３は、略同一の形状を有し、バッキング部材１６４の球面状の凹面１６５の大円上に、間隔をおいて略等間隔に配置されている。図２４に示すように、上記第１、第２および第３振動子１６１,１６２,１６３は、略正方形の超音波送受信面を有している。

この超音波探触子は、被疲労測定部材との距離を測定するときには、図２４に示すように、マスキング部材１７０（図２５,図２６参照）を取り外した状態で、第２振動子１６２から発振されて被疲労測定部材（図示しない）で反射して第２振動子１６２に到達した超音波の伝播時間と、第１振動子１６１から発振されて被疲労測定部材で反射して第３振動子１６３に到達した超音波の伝播時間とが同一であることを検出することによって、超音波探触子が被疲労測定部材に対して傾いた状態でないことを確認するようになっている。そして、この状態から、超音波探触子と被疲労測定部材との距離を所定距離短くして、超音波が伝播する被疲労測定部材の部分の距離を設定するようになっている。

また、超音波が被疲労測定部材を伝播する伝播速度を測定するとき、すなわち、漏洩レイリー波の伝播時間を測定するときには、図２５および図２６に示すように、マスキング部材１７０をガイド部材１７４に取り付ける。そして、第１振動子１６１から発振されて、マスキング部材１７０の第１の穴１７６を通過して被疲労測定部材に到達して被疲労測定部材を所定距離伝播した後、マスキング部材１７０の第２の穴１７７を通過して第３振動子１６３に到達した超音波に基づいて、超音波の被疲労測定部材の伝播速度を測定する。

上記第５実施形態の超音波探触子によれば、漏洩レイリー波の伝播時間を測定するときに、マスキング部材１７０を取り付けた状態で測定を行うので、第１の穴１７６および第２の穴１７７を通過した超音波を測定できて、所望の経路の超音波を測定できる。したがって、超音波の被疲労測定部材の伝播速度を精密に測定できる。

第１実施形態の超音波探触子の下面図である。第１実施形態の超音波探触子の側面図である。図１のα−α線断面図である。マスキング部材が取り付けられていない超音波探触子を示す図である。マスキング部材が取り付けられていない超音波探触子を示す図である。第１実施形態の超音波探触子の変形例を示す図である。第１実施形態の超音波探触子の変形例を示す図である。第１実施形態の超音波探触子のマスキング部材の変形例を示す図である。第１実施形態の超音波探触子のマスキング部材の変形例を示す図である。第１実施形態の超音波探触子のマスキング部材の変形例を示す図である。第２マスキング部材を装着した第２実施形態の超音波探触子の断面図である。第２マスキング部材を装着した第２実施形態の超音波探触子の下面図である。マスキング部材を装着した第２実施形態の超音波探触子の断面図である。マスキング部材を装着した第２実施形態の超音波探触子の下面図である。第２実施形態の超音波探触子の第２マスキング部材の変形例を示す図である。マスキング部材を装着していない第３実施形態の超音波探触子の下面図である。マスキング部材を装着していない第３実施形態の超音波探触子の側面図である。マスキング部材を装着している第３実施形態の超音波探触子の下面図である。マスキング部材を第１固定位置に配置している第４実施形態の超音波探触子の下面図である。マスキング部材を第１固定位置に配置している第４実施形態の超音波探触子の側面図である。マスキング部材を第２固定位置に配置している第４実施形態の超音波探触子の下面図である。マスキング部材を第２固定位置に配置している第４実施形態の超音波探触子の側面図である。マスキング部材を装着していない第５実施形態の超音波探触子の断面図である。マスキング部材を装着していない第５実施形態の超音波探触子の底面図である。マスキング部材を装着している第５実施形態の超音波探触子の断面図である。マスキング部材を装着している第５実施形態の超音波探触子の底面図である。

符号の説明

１,１１１,１６４バッキング部材
２,１１２,１５１振動子
３,３１,１１３,１４３,１７５ガイド部材
４,４５,６４,７５,１１５,１４５,１７０マスキング部材
８４,１０４第２マスキング部材
１１４,１４７モータ
１６１第１振動子
１６２第２振動子
１６３第３振動子

Claims

振動子と、
上記振動子からの音波を遮断する本体部に、上記振動子からの音波が通過する少なくとも一つの穴を設けてなるマスキング部材と
を備えることを特徴とする超音波探触子。
請求項１に記載の超音波探触子において、
上記穴の縁の少なくとも一部に、波目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に記載の超音波探触子において、
上記波目は、のこぎり波状の波目であることを特徴とする超音波探触子。
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の超音波探触子において、
上記本体部に、上記穴を二つ設け、
少なくとも、一方の上記穴の他方の上記穴側の縁に波目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１乃至４のいずれか１つに記載の超音波探触子において、
上記振動子は、超音波の送信機能と超音波の受信機能の両方を有する一つの超音波送受信面を有することを特徴とする超音波探触子。
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の超音波探触子において、
上記マスキング部材は、略矩形の表面形状を有する板部材であり、
上記マスキング部材の互いに対向する一対の縁部を収容するスリットを有すると共に、上記マスキング部材を上記振動子に対して位置決めする位置決め部材を備えることを特徴とする超音波探触子。
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の超音波探触子において、
上記マスキング部材を上記振動子に対して移動させる移動装置を備えることを特徴とする超音波探触子。