JP5330765B2 - 超音波プローブ素子 - Google Patents
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Description
このように構成すると、グランド電極は、第1のフィルムと第2のフィルムに挟まれているので、超音波プローブの表面に露出しないため、検査対象物との電気絶縁性が確保でき好ましい。また、第2のフィルムの膜厚に応じて共振周波数を調整可能である。また、第1のフィルムと第2のフィルムにそれぞれグランド電極を付着し、貼りあわせて圧電共振体を形成できるので、グランド電極を二重化でき、一方が途中で切断されていても静電結合により安定動作が担保される。
このように構成すると、ガラスエポキシ系材料の使用により、外力により検査対象物の外形に応じて弾性的に屈曲可能な基板を実現するのに好適である。
このように構成すると、シグナル電極は導電性が高くかつ比較的柔らかい金属又は合金なので、基板に追随して屈曲する。
このように構成すると、フッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体は電気機械結合係数が高く、弾性常数が高いので第1のフィルムとして好適であり、ポリフッ化ビニリデンはフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体と音響インピーダンスがほぼ等しいため、第2のフィルムとして好適である。これらを使用すると、効率良く超音波を発振し、受信感度の高い圧電振動素子を提供できる。
このように構成すると、外力により弾性的に屈曲可能な基板を使用するので、検査対象物の外形に沿って変形可能な、アレイ圧電振動素子を用いた超音波プローブ素子を提供できる。
第1の実施の形態では、基板に圧電振動素子がリニアアレイ状に搭載されている超音波プローブ素子をリニアアクチュエータで屈曲し、伝播材として水を用い、検査対象物である鋼管の欠陥を探査する例を説明する。
第1の実施の形態では、伝播材3として水を用い、検査対象物2である鋼管の欠陥を探査する例を説明したが、本実施の形態では、超音波プローブ素子1を鋼管2の外周に沿って変形させ、屈曲した状態で密着配置し、検査対象物2である鋼管の欠陥を探査する例を説明する。
図7に本実施の形態による超音波プローブ素子のシグナル電極13aの配列の例を示す。第1の実施の形態では、シグナル電極数16、面積5mm角、厚さ0.07〜0.1mm、電極間の間隔0.1〜0.5mmである例を説明した。これらの寸法は検査対象物に合わせて任意に設計できるが、本実施の形態では、例えば電極数32、面積1.4mm×3mm、厚さ0.07〜0.1mm、電極間の間隔0.1mmである。例えば32個のシグナル電極に一括して電圧を印加し、検査対象物の32箇所を一括探査しても良く、32個のシグナル電極にタイミングをずらして順次電圧を印加し、32箇所を順次探査しても良く、隣接するシグナル電極を10個まとめて電圧を印加し、順次シグナル電極を1極ずつずらして23回に分けて探査しても良い。これにより、第1の実施の形態に比してより詳細な傷等の探査ができる。その他の構成は第1の実施の形態と同様であり、同様の効果を奏する。なお、シグナル電極数64、面積0.7×3mm、厚さ0.07〜0.1mm、電極間の間隔0.1mmとして、さらにより詳細な傷等の探査ができるようにしても良い。
2 検査対象物
2a 探査面
3 伝播材
4a,4b 鋼板又はプラスチック板
5 リニアアクチュエータ
6 固定部
10 超音波探査装置
11 基板
12 圧電振動素子
13,13a シグナル電極
14 第1の接着剤
15 第1のフィルム
16 第1のグランド電極層
16a 第2の導電体
16b 第3の導電体
17 第2の接着剤
18 第2のグランド電極層
18a 第4の導電体
18b 第5の導電体
19 第2のフィルム
20 圧電共振体
21 配線
22 ピン穴
23 押さえ治具
30 信号発生部
31 駆動素子選択部
32 信号検出回路
33 信号処理部
33a 増幅部
33b A/D変換部
34 表示部
35 制御部
f0 共振周波数
l0 共振器長
R 超音波プローブ素子の曲率半径
r 鋼管の曲率半径
v 圧電体中の音速
Δr 伝播材の層厚
Claims (12)
- 電圧印加により超音波を発振する高分子圧電材料からなる第1のフィルムと;
前記第1のフィルムに共振する高分子圧電材料からなる第2のフィルムと;
前記第1のフィルムにアレイ状に配置され、前記第1のフィルムに電圧を印加して超音波を発振させ、検査対象物から反射された超音波を受信するための複数のシグナル電極と;
前記第1のフィルムと前記第2のフィルムに挟まれたグランド電極と;
前記第1のフィルム、前記第2のフィルム、前記複数のシグナル電極及び前記グランド電極を搭載し、外力により弾性的に屈曲可能な基板とを備え;
前記シグナル電極毎に、当該シグナル電極で画成された領域の第1のフィルム、第2のフィルム、グランド電極及び当該シグナル電極を含んで圧電振動素子が構成され、前記基板に前記圧電振動素子がアレイ状に搭載され;
前記圧電振動素子は、前記基板に、前記シグナル電極、前記第1のフィルム、前記グランド電極、前記第2のフィルムがこの順序で積層されて、構成されている;
超音波プローブ素子。 - 前記第2のフィルムの音響インピーダンスが前記第1のフィルムとほぼ同じである;
請求項1に記載の超音波プローブ素子。 - 各前記圧電振動素子は前記第1のフィルム、前記第2のフィルム及び前記グランド電極を含む圧電共振体を有し、
前記圧電共振体の厚さで共振周波数が定まる;
請求項2に記載の超音波プローブ素子。 - 前記圧電共振体の共振周波数が1〜50MHzの範囲にある;
請求項3に記載の超音波プローブ素子。 - 前記グランド電極は、前記第1のフィルムに形成された前記第1のグランド電極と、前記第2のフィルムに形成された前記第2のグランド電極とが、第2の接着剤を挟んで積層されて、構成されている;
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の超音波プローブ素子。 - 前記第1のグランド電極は、スパッタリングにより付着力が強い第2の導電体と導電性に優れた第3の導電体が積層形成されたものであり、前記第2のグランド電極は、スパッタリングにより付着力が強い第4の導電体と導電性に優れた第5の導電体が積層形成されたものである;
請求項5に記載の超音波プローブ素子。 - 前記基板がガラスエポキシ系材料で形成される;
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の超音波プローブ素子。 - 前記シグナル電極が銅を主成分とする金属又は合金で形成される;
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の超音波プローブ素子。 - 前記第1のフィルムがフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体で形成され、
前記第2のフィルムがポリフッ化ビニリデンで形成される;
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の超音波プローブ素子。 - 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の超音波プローブ素子と当該超音波プローブ素子の前記基板に外力を付与するリニアアクチュエータとを備え;
前記外力により円弧状に屈曲された基板の円弧の曲率を少なくとも0〜200m−1の一部の範囲で可変にできる;
超音波探査装置。 - 請求項10に記載の超音波探査装置を用い、前記基板と前記検査対象物の間に一定の間隔を保って伝播材を介在させて、前記圧電振動素子から発振され、前記検査対象物の探査面に垂直に入射され、前記検査対象物から反射された超音波を前記シグナル電極で検出することにより前記検査対象物を探査する;
超音波探査方法。 - 外力により弾性的に屈曲可能な基板の一方の面に導電性に優れた第1の導電体を形成するシグナル電極層形成工程と;
前記シグナル電極層形成工程で形成された前記第1の導電体をパターニング及びエッチングすることにより前記基板にアレイ状に配置されたシグナル電極を形成するシグナル電極形成工程と;
前記シグナル電極形成工程で形成されたアレイ状に配置されたシグナル電極を搭載した基板と電圧印加により超音波を発振可能な高分子圧電材料からなる第1のフィルムを第1の接着剤で接着して、前記基板に前記第1のフィルムを固着する第1の接着工程と;
前記第1のフィルムにスパッタリングにより付着力が強い第2の導電体と導電性に優れた第3の導電体を積層形成する第1のグランド電極形成工程と;
前記第1のフィルムに共振可能な第2のフィルムにスパッタリングにより付着力が強い第4の導電体と導電性に優れた第5の導電体を積層形成する第2のグランド電極形成工程と;
前記第1のグランド電極形成工程で形成された第3の導電体と前記第2のグランド電極形成工程で形成された第5の導電体を第2の接着剤で接着して、前記第1のフィルムと前記第2のフィルムで前記第2ないし第5の導電体からなるグランド電極を挟んだ圧電共振体を形成する第2の接着工程とを備え;
前記基板に圧電振動素子がアレイ状に搭載された超音波プローブ素子を製造する;
超音波プローブ素子の製造方法。
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JP2008213819A JP5330765B2 (ja) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | 超音波プローブ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2010050796A JP2010050796A (ja) | 2010-03-04 |
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JP2008213819A Active JP5330765B2 (ja) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | 超音波プローブ素子 |
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