JP4404355B2 - 超音波映像装置用探触子 - Google Patents

Description

本発明は超音波映像装置用探触子に関し、特に、媒質中での高速走査に好適な超音波映像装置用探触子に関する。

各種材料の内部欠陥等を検出し評価するための検査装置として超音波映像装置が知られている。超音波映像装置の一例を図５に示す（例えば、特許文献１参照）。超音波映像装置１０１は、試料１０２を、水槽１０３に溜めた水（液体の媒質）１０４の中に置き、探触子１０５から出射される超音波１０６を媒質１０４を介して試料１０２の中に入射する。探触子１０５は３軸ステージ１０７に支持されており、試料１０２の測定表面（ＸＹ平面）を走査できるように設けられている。試料１０２の中で反射して戻ってくる超音波は探触子１０５で受信され、電気信号に変換される。当該電気信号は探傷器１０８に入力され、ここで信号処理が行われる。コンピュータで構成される制御装置１０９は３軸ステージ１０７と探傷器１０８の動作を制御し、試料１０２の測定表面の各測定点で得られた反射信号に基づいて探傷映像を作成し、表示装置（ＣＲＴ）１１０に表示する。図示した超音波映像装置１０１による測定方法は、探触子１０５によって送受信を行う反射型測定方法である。
特開２００３−１８５６４０号公報

超音波映像装置１０１で試料１０２の測定平面すなわちＸＹ平面を走査するときには、一般的に、探触子１０５はＹ軸方向に移動しながらＸ軸方向に往復走査を行う。全体の測定時間の短縮を図るためには、探触子１０５を高速で走査させる必要があるが、従来装置の構成では探触子１０５を高速走査させると媒質１０４中に泡が発生してしまい、精度の高い測定を行うことができない。

泡が発生する原因は主に２つあり、図６を参照して発生原因を説明する。第１の発生原因を図６の（Ａ）に示す。この原因によれば、探触子１０５が軸方向に媒質（水）１０４中を矢印１１１のごとく移動した際、進行方向と逆方向に負圧が発生し、これにより水面が下がる現象が発生する。水面１０４ａが探触子１０５の下縁まで下がると、そこから気泡１２１が発生する。

第２の発生原因を図６の（Ｂ）に示す。探触子１０５はＸ軸方向に往復運動を行っているため、往復運動の端で移動方向を矢印１１２のごとく変更する。その際に、探触子１０５の走査方向の反対側に生じていた、下がった水面部により形成される空間１２２が、走査方向を反転する際に高速でつぶされ、これによって媒質１０４中に気泡１２１が発生する。

気泡１２１の発生のしやすさは、探触子１０５の太さ、走査のスピード、探触子１０５が媒質１０４に浸かっている深さ、走査範囲などの影響を受ける。

上記のごとく媒質１０４中に発生した気泡は、例えば図６の（Ｃ）の気泡１２１ａに示すごとく、矢印１１３の方向に走査中の探触子１０５から発せられる超音波の経路を遮断することがある。このような場合には、遮断された場所において信号が欠落した画像となる。さらに気泡１２１ｂのごとく探触子１０５の超音波発生部である凹面レンズ内に留まり、妨害を継続することもある。このような場合には、走査線状に信号が欠落した画像になる。以上の気泡の発生は探触子が高速で走査を行うほど顕著になる。製品検査において、走査時間の短縮と画像の信頼性の向上は共に重要な要素な要素である。以上により本発明の課題は、超音波映像装置による測定で、探触子が高速に走査移動を行っても気泡の発生を抑制し、測定時間の短縮と高い精度の画像を得ることを可能にしようとするものである。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、探触子を高速に走査させても気泡の発生を低減することができ、探触子の走査速度の高速性と測定画像の信頼性とを向上し、測定時間の短縮を実現し、高画質の測定画像を得ることができる超音波映像装置用探触子を提供することにある。

本発明に係る超音波映像装置用探触子は、上記目的を達成するために、次のように構成される。

本発明に係る超音波映像装置用探触子（請求項１に対応）は、試料が配置された液体媒質内に浸かり、試料の測定表面を走査する探触子において、液体媒質を整流するために、液体媒質の面に対し平行な方向に配置され、捩り形状を有する羽板部材を探触子の周囲に設けたことで特徴づけられる。

上記探触子によれば、液体媒質に浸かった状態で移動させられても、液体媒質の中に浸かった状態で配置された捩り形状を有する羽板部材で液体媒質を整流し、特に羽板部材の下側の領域の液体媒質における探触子の超音波発生部の近傍で気泡が発生するのを防止することが可能となる。

本発明によれば、超音波映像装置の探触子において、試料の測定表面を探触子が走査するとき、当該探触子に水等の液体媒質を整流する機能を有する捩り形状を有する羽板部材を取付け、探触子の進行方向の反対側に発生する水面等の低下を抑制したため、当該羽板部材の下側の超音波発生部の周辺で気泡が発生するのを抑制することができる。また羽板部材等の位置よりも上側で気泡が発生するため、探触子の超音波発生部周辺で探傷を妨げる状態は生じない。従って、探触子を高速に走査させても気泡の発生を低減できるので、探触子の走査速度の高速性と測定画像の信頼性とを向上し、測定時間の短縮を実現し、高画質の測定画像を得ることができる。

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。

本発明に係る超音波映像装置の全体的な構成については、従来装置として説明した図５の構成と同じであるので、図５を援用することとし、重複した説明を省略する。本発明の特徴的構成は探触子の部分の構造にある。従って以下の実施形態の説明では、探触子の具体例を説明する。

図１と図２を参照して本発明に係る探触子の前提となる基本的な実施の形態を示す。図１は、水である液体の媒質１１中に下半分が浸かった状態で走査移動している探触子１２を示し、図２は探触子１２を下方から見た下面図を示す。

探触子１２の全体形状は、従来のものと同様に、外観が円柱形状を有したものである。特徴的な部分は、探触子１２の下側部分の媒体１１に浸かる部分に、平面形状が楕円形状の羽板部材１３が固定して設けられている点である。羽板部材１３は、探触子１２の軸心に対して好ましくは垂直になるように取り付けられている。すなわち、羽板部材１３は、媒質１１の表面に対して平行になるように配置されている。また探触子１２が矢印１４の方向に走査移動しているとき、楕円形状をした羽板部材１３の長軸が矢印１４の方向を向くように設定される。

上記の羽板部材１３は、後述するごとく、媒質１１である水を切る水切り作用、または整流する作用を有する手段である。

試料の測定表面（ＸＹ平面）を探触子１２が走査するとき、図１に示されるように矢印１４の方向に移動する。このとき羽板部材１３は媒質１１の中に浸かり、その状態で探触子１２と共に移動する。探触子１２の走査方向（矢印１４）と反対側の探触子１２の裏側箇所では空気の巻き込みが生じ、媒質すなわち水１１の面１１ａが下降するが、羽板部材１３よりも下側に水面が下がることは阻止される。気泡１５は羽板部材１３の上側では生じる可能性があるが、羽板部材１３の下側で発生することは防止される。従って第１実施形態の探触子では、探触子１２の媒質１１中に浸ける部分に羽板部材１３を所定の形状および取付け姿勢で設けることにより、画像に影響を与える気泡の発生を抑制することができる。

上記の羽板部材１３は探触子１２に対して着脱自在に設けることができる。着脱自在の取付け構造は任意の構造を採用することができる。例えば、ゴム等のＯリング部材、擦り割構造、留めねじ構造を採用することができる。また探触子１２の側部に横ねじ機構部を付設することにより、探触子１２における羽板部材１３の取付け高さ位置を任意に変えることができるように構成することもできる。この構成を採用することにより、媒質１１の深さ、または媒質中に浸かる探触子の部分の長さに応じて羽板部材１３の高さ位置を調整することができる。なお、羽板部材１３の材質には任意の材料を用いることができる。

次に図３を参照して本発明に係る探触子の特徴的構造を有する実施形態を説明する。図３で、（Ａ）は探触子の正面図、（Ｂ）は側面図を示している。この探触子１２に取り付けられる羽板部材２２は、平面形状は、好ましくは長方形であり、全体形状として、進行側の前辺部とその反対側の後辺部とが反対向きの傾斜角で傾斜されるように捩り形状が与えられている。その形状により、羽板部材２２は、前辺部から見て左右非対称の形状を有している。かかる形状を有する羽板部材２２によれば、探触子１２の後側に発生した空間を媒質（水）１１の流れによりつぶすようにしている。空間をつぶす過程で気泡は発生するが、羽板部材２２の下側において気泡は発生しない。この実施形態による羽板部材２２によれば、特に、径の大きい探触子等のように大きな羽板部材を用意できない場合に有効である。

図４は本発明に係る探触子の変形の実施形態を示す。この探触子１２では、螺旋状の構造を付加することにより多層構造の羽板部材２３が設けられている。螺旋状の構造により捩り形状を作っている。この羽板部材２３によれば、多層の構造により、径方向のサイズを小さくすることができ、前述の実施形態と同様に気泡の発生を防止できる。

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）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。

本発明は、超音波映像装置によって試料の測定表面を探触子で走査するとき超音波発生部の周辺で気泡の発生を抑制するのに利用される。

本発明に係る超音波映像装置用探触子の基本となる実施の形態を示す側面図である。 基本の実施の形態に係る探触子の下面図である。 本発明に係る超音波映像装置用探触子の特徴的構造を有する実施形態を示し、側面（Ａ）と正面（Ｂ）を示す図である。 本発明に係る超音波映像装置用探触子の変形実施形態を示す側面図である。 超音波映像装置の構成の一例を示す構成図である。 超音波映像装置用探触子の問題点を説明するための図である。

１１ 媒質（水）
１２ 探触子
１３ 羽板部材
１４ 進行方向
１５ 気泡
２２ 捩り形状を有する羽板部材

Claims (1)

1. 試料が配置された液体媒質内に浸かり、前記試料の測定表面を走査する探触子において、
   前記液体媒質を整流するために、前記液体媒質の面に対し平行な方向に配置され、捩り形状を有する羽板部材を前記探触子の周囲に設けたことを特徴とする超音波映像装置用探触子。

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