JP2009284043A - Ultrasonic probe and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe which has simple and inexpensive constitution, efficiently extracts a signal associated with a harmonic component, and measures a microscopic defect with high precision; and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The ultrasonic probe 10 comprises: an ultrasonic oscillator 11 having metal films 14 and 15 for electrode formation on both surfaces; an acoustic lens 12; and a metal foil 13 provided between the ultrasonic oscillator and acoustic lens, both being pressed against each other with the metal foil interposed therebetween to be bonded. The metal films 14 and 15 for electrode formation are gold (Au)/chromium (Cr) films, and the material of the metal foil 13 is platinum (Pt) or tungsten (W). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は超音波探触子およびその製造方法に関し、特に、非線形超音波法による微視欠陥の検出に好適な構造を有する超音波探触子、およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic probe and a manufacturing method thereof, and more particularly to an ultrasonic probe having a structure suitable for detecting a microscopic defect by a nonlinear ultrasonic method and a manufacturing method thereof.

特許文献1は、非線形超音波による介在物検出方法および装置を開示する。この検出方法では、超音波発振子から検査対象物に対して超音波バースト波を照射し、検査対象物からの超音波反射波を超音波発振子で受信し、当該反射波を処理し、反射波の振幅と、超音波バースト波に係る入射波振幅とを対比し、それらの間の二次高調波の振幅の比を求める。得られた入射波振幅に対する二次高調波の振幅の比と、超音波発振子への入力電圧との間に存する線形性に基づき、検査対象物内の介在物の有無を検出する。
特開2006−284428号公報
Patent Document 1 discloses an inclusion detection method and apparatus using nonlinear ultrasonic waves. In this detection method, an ultrasonic burst wave is applied to the inspection object from the ultrasonic oscillator, the ultrasonic reflected wave from the inspection object is received by the ultrasonic oscillator, the reflected wave is processed, and the reflected wave is reflected. The amplitude of the wave and the incident wave amplitude related to the ultrasonic burst wave are compared, and the ratio of the amplitude of the second harmonic between them is obtained. Based on the linearity existing between the obtained ratio of the amplitude of the second harmonic to the incident wave amplitude and the input voltage to the ultrasonic oscillator, the presence or absence of inclusions in the inspection object is detected.
JP 2006-284428 A

検査対象物の内部の微視欠陥を、超音波の非線形応答特性を利用しかつ超音波入射の高調波の抽出を行うことにより、検出する非線形超音波法は、近年、従来の線形超音波法では評価できない微視欠陥の検出法として注目を集めている。しかしながら、二次高調波の振幅との比の間の線形性を利用する非線形超音波法では、信号処理技術等に関してコストがかかるという問題を有する。また高調波信号は微小であることから、ノイズとの区別を行う処理が検査結果に大きく影響を与えるという問題も有する。   In recent years, the nonlinear ultrasonic method for detecting microscopic defects inside an inspection object by utilizing the nonlinear response characteristics of ultrasonic waves and extracting the harmonics of ultrasonic incidents has been a conventional linear ultrasonic method. Is attracting attention as a method for detecting microscopic defects that cannot be evaluated. However, the nonlinear ultrasonic method using the linearity between the ratio to the amplitude of the second harmonic has a problem that it is costly with respect to a signal processing technique or the like. In addition, since the harmonic signal is minute, there is a problem that the process of distinguishing from noise greatly affects the inspection result.

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、簡単かつ安価な構成で実現でき、高調波成分に係る信号を効率よく抽出することができ、微視欠陥を高精度に計測することができる超音波探触子およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to realize an ultrasonic wave that can be realized with a simple and inexpensive configuration, can efficiently extract a signal related to a harmonic component, and can accurately measure a microscopic defect. It is to provide a probe and a manufacturing method thereof.

本発明に係る超音波探触子およびその製造方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。   In order to achieve the above object, an ultrasonic probe and a manufacturing method thereof according to the present invention are configured as follows.

本発明に係る超音波探触子は、両面に電極形成用金属膜を有する超音波発振子と、音響レンズと、超音波発振子と音響レンズの間に設けられる金属箔とからなり、超音波発振子と音響レンズは金属箔を介して相互に圧接されて接合されていることを特徴とする。   An ultrasonic probe according to the present invention includes an ultrasonic oscillator having a metal film for electrode formation on both sides, an acoustic lens, and a metal foil provided between the ultrasonic oscillator and the acoustic lens. The oscillator and the acoustic lens are characterized by being pressed and joined to each other via a metal foil.

上記の構成において、電極形成用金属膜は銀(Au)/クロム(Cr)膜であり、金属箔の材質は白金(Pt)またはタングステン(W)であることを特徴とする。   In the above configuration, the metal film for electrode formation is a silver (Au) / chromium (Cr) film, and the material of the metal foil is platinum (Pt) or tungsten (W).

上記の構成において、音響レンズは石英からなることを特徴とする。   In the above configuration, the acoustic lens is made of quartz.

本発明に係る超音波探触子の製造方法は、超音波発振子と音響レンズを、それらの間に金属箔を置いて、かつ各々の接合面を対向させて配置するステップと、超音波発振子と金属箔と音響レンズのそれぞれの接合面に対して、真空中で、イオンビームまたはアトムビームを照射するステップと、その後、金属箔を介在させて超音波発振子と音響レンズを加圧しながら密着させるステップと、金属箔を挟んで超音波発振子と音響レンズとを相互に圧接接合するステップとからなる方法である。   An ultrasonic probe manufacturing method according to the present invention includes an ultrasonic oscillator and an acoustic lens, a step of disposing a metal foil between them and facing each bonding surface; and ultrasonic oscillation A step of irradiating an ion beam or an atom beam in a vacuum to each joint surface of the child, the metal foil, and the acoustic lens, and then pressurizing the ultrasonic oscillator and the acoustic lens through the metal foil This is a method comprising a step of closely contacting and a step of pressure-welding the ultrasonic oscillator and the acoustic lens to each other with a metal foil interposed therebetween.

本発明に係る超音波探触子では、超音波発振子と音響レンズを接合する構造をにおいて、白金(Pt)等の金属箔を介在させて圧接し接合するようにしたため、超音波の高次の高調波成分に関して複数の共振が生じ、その結果、高次の高調波成分の往復通過率が高い値をとり、水浸法計測での高調波成分を効率よく受信することができる。これによって、被検査物の内部の微視損傷や微視劣化部等を高精度で検出することができる。   In the ultrasonic probe according to the present invention, in the structure in which the ultrasonic oscillator and the acoustic lens are bonded, the metal foil of platinum (Pt) or the like is interposed and bonded so that the higher-order ultrasonic wave is obtained. As a result, a high-order harmonic component has a high reciprocation rate, and the harmonic component in the water immersion method measurement can be received efficiently. Thereby, it is possible to detect microscopic damage, microscopically deteriorated portions, and the like inside the inspection object with high accuracy.

本発明に係る超音波探触子の製造方法では、真空装置の内部で、超音波発振子と音響レンズと金属箔とを所定の配置とし、接合面を浄化し、圧接して接合するようにしたため、高調波成分を効率よく受信できる超音波探触子を簡易かつ安価に製作することができる。   In the method of manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention, the ultrasonic oscillator, the acoustic lens, and the metal foil are arranged in a predetermined manner inside the vacuum apparatus, and the bonding surface is purified and bonded by pressure welding. Therefore, an ultrasonic probe capable of efficiently receiving harmonic components can be manufactured easily and inexpensively.

以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を示す模式的な縦断面図である。超音波探触子10は、圧電素子からなる超音波発振子11と、音響レンズ12と、超音波発振子11および音響レンズ12の間に設けられた金属箔13とから構成されている。金属箔13は音響レンズ12の一方の端面(図1中下面)を全面的に覆う状態で設けられている。超音波発振子11と音響レンズ12とは、それらの間に金属箔13を介在させて、相互に圧接されることにより接合されている。   FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an internal structure of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic probe 10 includes an ultrasonic oscillator 11 made of a piezoelectric element, an acoustic lens 12, and a metal foil 13 provided between the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12. The metal foil 13 is provided so as to cover one end surface (the lower surface in FIG. 1) of the acoustic lens 12 entirely. The ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12 are joined by being pressed against each other with a metal foil 13 interposed therebetween.

なお、この明細書等において使用される「圧接」という用語は、接合しようとする面を清浄にし、高い圧力を加えて2つの部材を接合面で接触させ、当該接合面で拡散現象を生じさせ、2つの部材を接合することを意味する。   The term “pressure welding” used in this specification and the like means that the surfaces to be joined are cleaned and two members are brought into contact with each other by applying high pressure to cause a diffusion phenomenon on the joining surface. It means joining two members.

超音波発振子11は、板状の形態を有し、材質には、例えば音響インピーダンスが38のPbTiO(チタン酸鉛)や、PZT(Pb(Zr,Ti)O系セラミックス)等が用いられている。これらの材質は当業者には周知である。超音波発振子11の中心周波数は例えば50MHzである。 The ultrasonic oscillator 11 has a plate-like form and is made of, for example, PbTiO 3 (lead titanate) having an acoustic impedance of 38, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 -based ceramics), or the like. It has been. These materials are well known to those skilled in the art. The center frequency of the ultrasonic oscillator 11 is, for example, 50 MHz.

金属箔13は、材質としては、例えば白金(Pt)で作られている。金属箔13の厚さは例えば50μmである。白金(Pt)を使用した金属箔13について、その音響インピーダンスは84.6、縦波音速は3960m/sである。金属箔13は、他の材質としてタングステン(W)を用いて作ることもできる。   The metal foil 13 is made of, for example, platinum (Pt) as a material. The thickness of the metal foil 13 is, for example, 50 μm. The metal foil 13 using platinum (Pt) has an acoustic impedance of 84.6 and a longitudinal wave speed of 3960 m / s. The metal foil 13 can also be made using tungsten (W) as another material.

超音波発振子11の両面のそれぞれには電極14,15が形成されている。超音波発振子11の一方の面の電極14を上部電極と呼び、他方の面の電極15を下部電極と呼ぶ。電極14,15は電極形成用金属膜により作られ、材質は導体であればよく、任意である。本実施形態では、上部電極14は例えばAu/Cr膜から形成されている。上部電極14の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリングまたは真空蒸着などのベーパデポジションなどの方法により形成することができる。上部電極14の厚さは特に限定されないが、一般的に、3000〜5000Åの範囲内であることが好ましい。3000Å未満では超音波発振子11の表面の粗さのために、上部電極14の存在する箇所がないなどの不都合が生じ、また5000Å超では特に問題はないが、不経済なだけである。   Electrodes 14 and 15 are formed on both surfaces of the ultrasonic oscillator 11. The electrode 14 on one surface of the ultrasonic oscillator 11 is called an upper electrode, and the electrode 15 on the other surface is called a lower electrode. The electrodes 14 and 15 are made of an electrode forming metal film, and any material may be used as long as it is a conductor. In the present embodiment, the upper electrode 14 is formed of, for example, an Au / Cr film. Although the formation method of the upper electrode 14 is not specifically limited, For example, it can form by methods, such as vapor deposition, such as sputtering or vacuum evaporation. The thickness of the upper electrode 14 is not particularly limited, but generally it is preferably in the range of 3000 to 5000 mm. If it is less than 3000 mm, the surface of the ultrasonic oscillator 11 has a roughness, which causes inconveniences such as the absence of the upper electrode 14, and if it exceeds 5000 mm, there is no particular problem, but it is only uneconomical.

また下部電極15は上部電極14と同様にAu/Cr膜から形成することができ、厚み等の形成条件も上部電極14の場合と同じである。下部電極15の形成材料としてAu/Cr蒸着膜を使用しているので、音響レンズ12の接合面側に設けた金属箔13と、接合時にPt−Au接合となるため、化学的にも安定となる。   The lower electrode 15 can be formed of an Au / Cr film in the same manner as the upper electrode 14, and the formation conditions such as the thickness are the same as those of the upper electrode 14. Since an Au / Cr vapor deposition film is used as a material for forming the lower electrode 15, the metal foil 13 provided on the bonding surface side of the acoustic lens 12 and the Pt-Au bonding at the time of bonding are chemically stable. Become.

音響レンズ12は石英から形成されている。石英は化学的に非常に安定であり、耐食性にも優れている。従って、金属製音響レンズの場合に発生する腐食の問題は全く起こらない。また音響レンズ12と超音波発振子11との間には、下部電極15(Au/Cr膜)および金属箔11しか存在しないので、発振時にこの膜に起因する反射波の発生は殆どなく、良好な音響特性が得られる。   The acoustic lens 12 is made of quartz. Quartz is very stable chemically and has excellent corrosion resistance. Therefore, the problem of corrosion that occurs in the case of a metal acoustic lens does not occur at all. Further, since only the lower electrode 15 (Au / Cr film) and the metal foil 11 are present between the acoustic lens 12 and the ultrasonic oscillator 11, there is almost no generation of a reflected wave due to this film at the time of oscillation. Sound characteristics can be obtained.

音響レンズ12の端面に接合される金属箔13の一端に電極接続用リード線16を接続している。このリード線16の接続は、例えば、銀ペーストまたは常温硬化性導電性樹脂などを用いることにより行うことができる。   An electrode connecting lead wire 16 is connected to one end of a metal foil 13 bonded to the end face of the acoustic lens 12. The connection of the lead wire 16 can be performed by using, for example, a silver paste or a room temperature curable conductive resin.

次に図2を参照して本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing an ultrasonic probe according to the present invention will be described with reference to FIG.

図2は、本実施形態に係る超音波探触子を製造するための装置の要部構成を示し、併せてその製造方法の工程を説明するための模式的な図である。図2において、符号11は圧電素子を材料とする前述の超音波発振子、12は石英を材料とする前述の音響レンズ、21aおよび21bはアトムビームを発生するビーム源、22aおよび22bは加圧治具であり、これらは真空処理室30内に配置されている。真空処理室30の適当な箇所には、真空排気手段(図示されていない)に接続されるダクト31が設けられている。   FIG. 2 is a schematic diagram for illustrating a configuration of a main part of an apparatus for manufacturing the ultrasonic probe according to the present embodiment and for explaining the steps of the manufacturing method. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes the above-described ultrasonic oscillator made of a piezoelectric element, 12 denotes the above-described acoustic lens made of quartz, 21a and 21b denote beam sources that generate an atom beam, and 22a and 22b denote pressures. These are jigs, and these are arranged in the vacuum processing chamber 30. A duct 31 connected to an evacuation unit (not shown) is provided at an appropriate location in the vacuum processing chamber 30.

上記において、超音波発振子11の両面には前述したように電極14,15が形成されているものとする。   In the above description, it is assumed that the electrodes 14 and 15 are formed on both surfaces of the ultrasonic oscillator 11 as described above.

まず、超音波発振子11および音響レンズ12をそれぞれ加圧治具22aおよび22bに装着して真空処理室30内の雰囲気をダクト31から真空排気する。次にビーム源21aおよび21bからアルゴンのアトムビームを発生させ、当該アトムビームをそれぞれ超音波発振子11および音響レンズ12の接合面に照射して、これら接合面に存在する汚染層(例えば、自然酸化物または物理吸着水など)を除去する。なお金属箔13についても、超音波発振子11と音響レンズ12との間のスペースに、適宜な支持機構によって金属箔13を図中上下に移動自在に配置し、当該金属箔13の両側の接合面にアトムビームを照射して汚染層を除去する。この操作により、超音波発振子11、音響レンズ12、金属箔13の各々の接合面は清浄かつ活性な面となる。その後、超音波発振子11と音響レンズ12は、それらの間に金属箔13を介在させ、加圧治具22aおよび22bを用いて矢印32のごとく加圧して両部材の接合面を密着させ、所定時間加圧し続ける。これにより、超音波発振子11と音響レンズ12は、両部材の接合面で拡散が起こり、金属箔13を介在させた状態で、圧接接合される。加圧治具は各部材間の圧接接合を行うためのものであり、油圧シリンダなどにより構成される。   First, the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12 are mounted on the pressurizing jigs 22 a and 22 b, respectively, and the atmosphere in the vacuum processing chamber 30 is evacuated from the duct 31. Next, an atom beam of argon is generated from the beam sources 21a and 21b, and the atom beam is irradiated to the bonding surfaces of the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12, respectively. Remove oxides or physisorbed water). The metal foil 13 is also arranged in a space between the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12 by an appropriate support mechanism so as to be movable up and down in the drawing, and bonded on both sides of the metal foil 13. Irradiate the surface with an atom beam to remove the contaminated layer. By this operation, the bonding surfaces of the ultrasonic oscillator 11, the acoustic lens 12, and the metal foil 13 become clean and active surfaces. Thereafter, the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12 interpose the metal foil 13 between them, pressurize as indicated by the arrow 32 using the pressurizing jigs 22a and 22b, and bring the joint surfaces of both members into close contact with each other. Continue to pressurize for a predetermined time. Thereby, the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12 are diffused at the joint surfaces of the two members, and are pressure-welded with the metal foil 13 interposed. The pressurizing jig is for performing press-contact joining between the members, and is configured by a hydraulic cylinder or the like.

超音波発振子11と音響レンズ12の圧接接合が完了したら、超音波発振子11と加圧治具22aを分離する。その後は、同じ真空処理装置30内で、加圧治具22aに新たに装着した超音波吸収材を、超音波発振子11の圧接の際の真空圧を維持しながら、前述した同様な圧接接合の条件に基づいて、超音波発振子11における解放された接合面と超音波吸収材の接合面とを圧接し、接合させる。   When the pressure welding of the ultrasonic oscillator 11 and the acoustic lens 12 is completed, the ultrasonic oscillator 11 and the pressing jig 22a are separated. Thereafter, in the same vacuum processing apparatus 30, the ultrasonic absorber newly attached to the pressurizing jig 22 a is bonded in the same manner as described above while maintaining the vacuum pressure when the ultrasonic oscillator 11 is pressed. Based on the above conditions, the released bonding surface of the ultrasonic oscillator 11 and the bonding surface of the ultrasonic absorber are pressed and bonded.

本発明では、超音波発振子11、音響レンズ12等の各接合面を清浄化する手段としてイオンビームまたはアトムビームを使用するが、その理由は、真空の状態で活性な面をつくり、かつその状態を保持しながら同一チャンバ内で接合するためである。表面清浄化手段としてはプラズマ、有機溶剤または超純水等がある。表面活性化と接合を同一チャンバ内で実施するにはイオンビームまたはアトムビームを使用するのが最も好ましい。イオンビームまたはアトムビームとしては、例えばアルゴンなどのビームが使用できる。   In the present invention, an ion beam or an atom beam is used as a means for cleaning the bonding surfaces of the ultrasonic oscillator 11, the acoustic lens 12, and the like. The reason is that an active surface is formed in a vacuum state, and This is for joining in the same chamber while maintaining the state. Examples of the surface cleaning means include plasma, an organic solvent, and ultrapure water. Most preferably, an ion beam or an atom beam is used to perform surface activation and bonding in the same chamber. As the ion beam or atom beam, for example, a beam of argon or the like can be used.

またビーム源21aおよび21bとしては、例えば、アトムテックなどから市販されているビームガンなどの当業者に公知の装置を使用できる。接合面の清浄化処理に必要なイオンビームまたはアトムビームの出力は特に限定されない。   Further, as the beam sources 21a and 21b, for example, a device known to those skilled in the art such as a beam gun commercially available from Atomtech can be used. The output of the ion beam or atom beam required for the cleaning process of the joint surface is not particularly limited.

加圧治具22aおよび22bによる各部材の加圧圧力及び加圧時間は各部材間で圧接接合を形成させるのに必要充分な大きさおよび長さであればよく、特に限定されない。   The pressurization pressure and pressurization time of each member by the pressurizing jigs 22a and 22b are not particularly limited as long as the size and length are sufficient and sufficient to form a press-contact between the members.

次に、図3と図4等を参照して、図1に示した構造を有する超音波探触子10の特性(高調波成分に対するフィルタ特性)について説明する。   Next, the characteristics (filter characteristics with respect to the harmonic component) of the ultrasonic probe 10 having the structure shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

図3は従来の圧接接合を用いた超音波探触子の構造(PbTiO/(Au/Cr)/石英)における往復通過率の計算結果を示し、図4は本実施形態の圧接接合を用いた超音波探触子の構造(PbTiO/Pt箔/石英)における往復通過率の計算結果を示している。なお、従来の超音波探触子の構造では、上記の金属箔13の代わりに、音響レンズ12の端面の全面にAu/Cr蒸着膜等が形成されている。従来の超音波探触子の例としては例えば特許第3337179号公報に開示されている。 FIG. 3 shows the calculation result of the reciprocation rate in the structure (PbTiO 3 / (Au / Cr) / quartz) of the ultrasonic probe using the conventional pressure welding, and FIG. 4 uses the pressure welding of this embodiment. The calculation result of the round-trip pass rate in the structure (PbTiO 3 / Pt foil / quartz) of the existing ultrasonic probe is shown. In the conventional ultrasonic probe structure, an Au / Cr vapor deposition film or the like is formed on the entire end face of the acoustic lens 12 instead of the metal foil 13 described above. An example of a conventional ultrasonic probe is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3337179.

従来の超音波探触子の構造によれば、超音波探触子の中心周波数を50MHz(Qは1として計算)として周波数に応じた往復通過率の計算を行うと、図3に示すごとく周波数変化(横軸)に対する往復通過率(縦軸)の変化はなだらかに減少するごとく変化し、大きな変化は見られない。特に、高次の高調波成分に関する往復通過率は、全体として0.5に近くなり、低い値の往復通過率を示している。なお、往復通過率の計算式は下記の式(1)と式(2)によって定義される。なお「往復通過率の計算式」は、例えば「(社)日本非破壊検査協会 超音波分科会(平成12年7月)資料 No.2163 三重媒質の往復通過率とその周波数応答」に説明されている。   According to the structure of the conventional ultrasonic probe, when the center frequency of the ultrasonic probe is 50 MHz (Q is calculated as 1) and the round-trip pass rate is calculated according to the frequency, the frequency is as shown in FIG. The change in the round-trip pass rate (vertical axis) with respect to the change (horizontal axis) changes as it gradually decreases, and no significant change is observed. In particular, the round-trip rate for high-order harmonic components is close to 0.5 as a whole, indicating a low-value round-trip rate. In addition, the calculation formula of the round-trip passing rate is defined by the following formulas (1) and (2). The "round-trip pass rate calculation formula" is explained in, for example, "Japan Nondestructive Inspection Association, Ultrasound Subcommittee (July 2000) Material No.2163 Round-trip pass rate of triple media and its frequency response". ing.

Figure 2009284043
Figure 2009284043

上記式(1),(2)において、Zは音響インピーダンス、ρは密度、Cは音速、Zは超音波発振子の音響インピーダンス、Zは箔の音響インピーダンス、Zは音響レンズの音響インピーダンス、dは箔の厚さ、kは2π/λ、λは箔の中の波長、である。 In the above formulas (1) and (2), Z is the acoustic impedance, ρ is the density, C is the speed of sound, Z 1 is the acoustic impedance of the ultrasonic oscillator, Z 2 is the acoustic impedance of the foil, and Z 3 is the acoustic impedance of the acoustic lens. Impedance, d is the thickness of the foil, k 2 is 2π / λ 2 , and λ 2 is the wavelength in the foil.

上記に対して本実施形態に係る超音波探触子10の構造によれば、同様にして往復通過率を計算すると、図4に示すように共振作用に起因する複数のディップ(往復通過率の値の低下部分)41が見られ、大きな変化が生じている。図4の横軸で示した周波数の帯域は、図3で示した横軸の場合と同じである。図4に示した変化特性によれば、ディップの発生領域を基準として、40MHzを1次とし、複数の高次の共振現象を観察することができる。これにより、超音波探触子10で生じる高次の超音波成分(高調波成分)についてその往復通過率の向上を達成することができる。こうして、図1に示した構造を有する超音波探触子10を備えてなる超音波映像検査装置では、水浸式計測において、検査対象物の内部の微視欠陥から戻ってくる超音波についてその高調波成分を効率良く受信することができる。材料等の検査対象物に内在する微視損傷や微視劣化部等を高精度で検出することができる。   In contrast to the above, according to the structure of the ultrasonic probe 10 according to the present embodiment, when the reciprocating pass rate is calculated in the same manner, as shown in FIG. 41), a large change has occurred. The frequency band shown on the horizontal axis in FIG. 4 is the same as that on the horizontal axis shown in FIG. According to the change characteristics shown in FIG. 4, it is possible to observe a plurality of high-order resonance phenomena with 40 MHz as the primary with the dip generation region as a reference. Thereby, it is possible to achieve an improvement in the reciprocating pass rate of higher-order ultrasonic components (harmonic components) generated in the ultrasonic probe 10. Thus, in the ultrasonic image inspection apparatus including the ultrasonic probe 10 having the structure shown in FIG. 1, the ultrasonic wave returning from the microscopic defect inside the inspection object is measured in the water immersion type measurement. Harmonic components can be received efficiently. It is possible to detect microscopic damages, microscopic deterioration portions, and the like inherent in inspection objects such as materials with high accuracy.

次に、図5を参照して、本発明の他の本実施形態に係る超音波探触子10の特性について説明する。図5では、他の実施形態の超音波探触子(PbTiO/W箔/石英)における往復通過率の計算結果を示している。この実施形態は、前述した通り金属箔13にタングステン(W)を用いた例である。この場合、タングステン(W)で作られた金属箔では、音響インピーダンスは104、縦波音速は5460m/s、厚さは例えば50μmである。図5に示した変化特性においても、図4に示した白金(Pt)の変化特性と同様に、ディップ51の発生領域を基準として、55MHzを1次とし、複数の高次の共振現象を観察することができる。これにより、本実施形態に係る超音波探触子で生じる高次の超音波成分(高調波成分)についてその往復通過率の向上を達成することができる。これにより、この実施形態に係る超音波探触子を備えてなる超音波映像検査装置でも、水浸式計測において、検査対象物の内部の微視欠陥から戻ってくる超音波についてその高調波成分を効率良く受信することができ、当該検査対象物に内在する微視損傷や微視劣化部等を高精度で検出することができる。 Next, the characteristics of the ultrasonic probe 10 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the calculation result of the round-trip pass rate in the ultrasonic probe (PbTiO 3 / W foil / quartz) of another embodiment is shown. This embodiment is an example in which tungsten (W) is used for the metal foil 13 as described above. In this case, the metal foil made of tungsten (W) has an acoustic impedance of 104, a longitudinal wave velocity of 5460 m / s, and a thickness of, for example, 50 μm. Also in the change characteristic shown in FIG. 5, similarly to the change characteristic of platinum (Pt) shown in FIG. can do. Thereby, the improvement of the round-trip pass rate can be achieved for higher-order ultrasonic components (harmonic components) generated in the ultrasonic probe according to the present embodiment. Thereby, even in the ultrasonic image inspection apparatus including the ultrasonic probe according to this embodiment, the harmonic component of the ultrasonic wave returning from the microscopic defect inside the inspection object in the water immersion type measurement. Can be efficiently received, and microscopic damage, a microscopic degradation part, etc. inherent in the inspection object can be detected with high accuracy.

本発明に係る超音波探触子10において、超音波発振子と音響レンズとの間に設けられる金属箔の材質としては、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、銀(Ag)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、金(Au)等であっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を生じさせることができる。   In the ultrasonic probe 10 according to the present invention, the metal foil provided between the ultrasonic oscillator and the acoustic lens may be made of zinc (Zn), aluminum (Al), titanium (Ti), magnesium (Mg). ), Silver (Ag), zirconium (Zr), tin (Sn), gold (Au), and the like can produce the same effects as those of the above-described embodiment.

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。   The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the respective components Is just an example. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

本発明に係る超音波探触子は、超音波映像検査装置等において材料等の微視欠陥を高い精度で検出することに利用される。   The ultrasonic probe according to the present invention is used for detecting microscopic defects such as materials with high accuracy in an ultrasonic image inspection apparatus or the like.

本発明に係る超音波探触子の実施形態を示し、その内部構造を示す模式的な縦断面図である。1 is a schematic longitudinal sectional view showing an internal structure of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る超音波探触子を製造するための装置の要部構成を示し、併せてその製造方法の工程を説明するための模式的な図である。It is a typical figure for showing the principal part composition of the device for manufacturing the ultrasonic probe concerning this embodiment, and explaining the process of the manufacturing method collectively. 従来の圧接接合を用いた超音波探触子の構造(PbTiO/(Au/Cr)/石英)における往復通過率の計算結果を示す周波数特性図である。It is a frequency characteristic diagram showing a calculation result of the reciprocating passage rate in the structure of the ultrasonic probe using a conventional pressure bonding (PbTiO 3 / (Au / Cr ) / silica). 本実施形態による圧接接合を用いた超音波探触子の構造(PbTiO/Pt箔/石英)における往復通過率の計算結果を示す周波数特性図である。Is a frequency characteristic diagram showing a calculation result of the reciprocating passage rate in the structure of the ultrasonic probe using a pressure bonding according to the present embodiment (PbTiO 3 / Pt foil / quartz). 本発明の他の実施形態の超音波探触子(PbTiO/W箔/石英)における往復通過率の計算結果を示す周波数特性図である。It is a frequency characteristic diagram showing a calculation result of the reciprocating passage rate in the ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention (PbTiO 3 / W foil / quartz).

符号の説明Explanation of symbols

10 超音波探触子
11 超音波発振子
12 音響レンズ
13 金属箔
14,15 電極
16 リード線
21a,21b ビーム源
22a,22b 加圧治具
30 真空処理室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic probe 11 Ultrasonic oscillator 12 Acoustic lens 13 Metal foil 14, 15 Electrode 16 Lead wire 21a, 21b Beam source 22a, 22b Pressure jig 30 Vacuum processing chamber

Claims (5)

両面に電極形成用金属膜を有する超音波発振子と、
音響レンズと、
前記超音波発振子と前記音響レンズの間に設けられる金属箔と、からなり、
前記超音波発振子と前記音響レンズは前記金属箔を介して相互に圧接されて接合されていることを特徴とする超音波探触子。
An ultrasonic oscillator having a metal film for electrode formation on both sides;
An acoustic lens,
A metal foil provided between the ultrasonic oscillator and the acoustic lens,
The ultrasonic probe, wherein the ultrasonic oscillator and the acoustic lens are pressed and joined to each other through the metal foil.
前記金属箔の材質は白金(Pt)であることを特徴とする請求項1記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the metal foil is made of platinum (Pt). 前記金属箔の材質はタングステン(W)であることを特徴とする請求項1記載の超音波探触子。   2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the metal foil is made of tungsten (W). 前記音響レンズは石英からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic lens is made of quartz. 超音波発振子と音響レンズを、それらの間に金属箔を置いて、かつ各々の接合面を対向させて配置するステップと、
前記超音波発振子と前記金属箔と前記音響レンズのそれぞれの前記接合面に対して、真空中で、イオンビームまたはアトムビームを照射するステップと、
その後、前記金属箔を介在させて前記超音波発振子と前記音響レンズを加圧しながら密着させるステップと、
前記金属箔を挟んで前記超音波発振子と前記音響レンズとを相互に圧接接合するステップと、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
Placing an ultrasonic oscillator and an acoustic lens with a metal foil between them and facing each joint;
Irradiating an ion beam or an atom beam in vacuum with respect to each joint surface of the ultrasonic oscillator, the metal foil, and the acoustic lens;
Then, contacting the ultrasonic oscillator and the acoustic lens while interposing the metal foil while pressing,
Pressure-bonding the ultrasonic oscillator and the acoustic lens to each other with the metal foil interposed therebetween;
A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116026933A (en) * 2023-03-27 2023-04-28 天津市特种设备监督检验技术研究院(天津市特种设备事故应急调查处理中心) Method for determining detection resolution and detection sensitivity of nonlinear ultrasonic detection system

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