JP6362568B2

JP6362568B2 - 超音波探触子

Info

Publication number: JP6362568B2
Application number: JP2015115092A
Authority: JP
Inventors: 昌義中村; 和浩木村
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: JP2017003320A

Description

本発明は、二振動子型の超音波探触子に係り、特に、接触媒質が塗布された被検査体に接触させつつ、移動させながら超音波検査を行うのに好適な超音波探触子に関する。

二振動子型（送受分割型）の超音波探触子において、探触子の移動方向に離間された送信用振動子及び受信用振動子と、送信用振動子と被検査体の間に介在する送信用遅延材と、受信用振動子と被検査体の間に介在する受信用遅延材と、送信用遅延材と受信用遅延材の間に設けられた音響遮蔽板とを備えたものが知られている。

一振動子型の超音波探触子（詳細には、送受信用振動子を備えたもの）では、不感帯（詳細には、送受信用振動子が超音波を送信している時間帯であって、被検査体からの反射波を送受信用振動子が受信できない時間帯）が生じるものの、二振動子型の超音波探触子では、不感帯を回避することが可能である。また、音響遮蔽板により、被検査体の表面で反射した超音波などの漏れ込みを防止して、検出ノイズを低減することが可能である。

ところで、一振動子型の超音波探触子においては、探触子の底面（言い換えれば、被検査体と接触する側の面）に全体的に複数の溝を形成することが提案されている（例えば特許文献１参照）。各溝は、探触子の移動方向に延在するとともに、探触子の移動方向両側端部に開口するように形成されている。

そして、接触媒質（詳細には、例えば水又はグリセリン等）が塗布された被検査体に対し、一振動子型の超音波探触子を接触させて移動させながら超音波検査を行う。このとき、探触子の移動に伴って、探触子の底面の溝に接触媒質を取込み、溝から底面全体に接触媒質を供給する。これにより、探触子の底面に溝が形成されない場合と比べ、探触子の底面と被検査体の表面の間の接触媒質が途切れるのを防止する。したがって、超音波の伝達効率を高めることが可能である。

特開２００８−８９３１７号公報

接触媒質が塗布された被検査体に対し、上述した二振動子型の超音波探触子を接触させて移動させながら超音波検査を行うことを想定する。そして、超音波の伝達効率を高めるため、二振動子型の超音波探触子の底面においても、特許文献１に記載の一振動子型の超音波探触子の底面と同様、探触子の移動方向に延在する複数の溝を形成することが考えられる。

しかし、その場合、二振動子型の超音波探触子の底面の一部を構成する音響遮蔽板の底面にも、探触子の移動方向に延在する複数の溝部を形成することになる。そのため、音響遮蔽板の溝部内の接触媒質を介して超音波が漏れ込み、検出ノイズが発生しやすくなる。

本発明の目的は、超音波の伝達効率を高めることができ、かつ検出ノイズを低減することができる超音波探触子を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、探触子の移動方向に離間された送信用振動子及び受信用振動子と、前記送信用振動子と被検査体の間に介在する送信用遅延材と、前記受信用振動子と前記被検査体の間に介在する受信用遅延材と、前記送信用遅延材と前記受信用遅延材の間に設けられた音響遮蔽板とを備えた超音波探触子において、前記被検査体と接触する側の面に形成された複数の溝を有し、前記複数の溝のそれぞれは、前記音響遮蔽板の底面に形成された第１溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第１溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向一方側端部に開口する第２溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第１溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向他方側端部に開口する第３溝部とで構成されており、前記第１溝部は、前記探触子の移動方向に対して傾斜するように延在する。

本発明によれば、超音波の伝達効率を高めることができ、かつ検出ノイズを低減することができる。

本発明の第１の実施形態における超音波探触子の構造を表す平面図である。図１中断面II−IIによる断面図である。図１中矢印III方向から見た側面図である。本発明の第１の実施形態における超音波探触子の構造を表す底面図である。図４中Ｖ部の部分拡大図であり、本発明の第１の実施形態における音響遮蔽板の溝部の構造を表す。比較例における音響遮蔽板の溝部の構造を表す図である。本発明の第２の実施形態における超音波探触子の構造を表す底面図である。図７中VIII部の部分拡大図であり、本発明の第２の実施形態における音響遮蔽板の溝部の構造を表す。本発明の第３の実施形態における超音波探触子の構造を表す底面図である。本発明の一変形例における超音波探触子の構造を表す平面図である。図１０中断面XI−XIによる断面図である。図１０中矢印XII方向から見た側面図である。

本発明の第１の実施形態を、図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施形態における超音波探触子の構造を表す平面図である。図２は、図１中断面II−IIによる断面図であり（但し、便宜上、探触子の底面に形成された溝を図示せず）、図３は、図１中矢印III方向から見た側面図である。図４は、本実施形態における超音波探触子の構造を表す底面図であり、図５は、図４中Ｖ部の部分拡大図である。

本実施形態の超音波探触子１は、探触子１の移動方向（図１及び図２中左右方向）に離間された送信用振動子２Ａ及び受信用振動子２Ｂと、送信用振動子２Ａの底面側（図２中下側）に設けられた送信用遅延材３Ａと、受信用振動子２Ｂの底面側（図２中下側）に設けられた受信用遅延材３Ｂと、送信用遅延材３Ａ及び受信用遅延材３Ｂの底面側（図２中下側）に設けられたシュー４Ａ，４Ｂと、送信用遅延材３Ａ及びシュー４Ａと受信用遅延材３Ｂ及びシュー４Ｂの間に設けられた音響遮蔽板（遮音板）５とを備えている。

遅延材３Ａ，３Ｂは、振動子２Ａ，２Ｂと被検査体６の間に介在するものであり、例えばアクリル樹脂又はポリイミド樹脂などの樹脂で構成されている。シュー４Ａ，４Ｂは、遅延材３Ａ，３Ｂと被検査体６の間に介在するものであり、例えば遅延材３Ａ，３Ｂと同じ材料、すなわち、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂などの樹脂で構成されている。音響遮蔽板５は、例えばコルク等で構成されている。なお、本実施形態では、シュー４Ａ，４Ｂは、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着されている。

そして、接触媒質７（詳細には、例えば水又はグリセリン等）が塗布された被検査体６に対し、超音波探触子１を接触させて移動させながら超音波検査を行う。このとき、送信用振動子２Ａから送信された超音波Ｓ１は、送信用遅延材３Ａ、シュー４Ａ、及び接触媒質７を伝播した後、被検査体６の内部へ伝播する。被検査体６の内部で反射された超音波Ｓ２は、接触媒質７、シュー４Ｂ、受信用遅延材３Ｂを伝播した後、受信用振動子２Ｂで受信される。この受信波を解析・評価することにより、例えば被検査体６内のきずを検出することが可能である。

ここで、本実施形態の超音波探触子１の底面（言い換えれば、被検査体６と接触する側の面）は、音響遮蔽板５の底面及びシュー４Ａ，４Ｂの底面で構成されている。そして、探触子１の底面には、複数（本実施形態では８つ）の溝８が形成されている。各溝８の断面は、例えば三角形状（Ｖ字状）である。

各溝８は、音響遮蔽板５の底面に形成された溝部９Ａと、シュー４Ａの底面に形成された溝部９Ｂと、シュー４Ｂの底面に形成された溝部９Ｃとで構成されている。シュー４Ａの溝部９Ｂは、音響遮蔽板５の溝部９Ａに連通するとともに、探触子１の移動方向一方側（図３中右側）の端部に開口している。シュー４Ｂの溝部９Ｃは、音響遮蔽板５の溝部９Ａに連通するとともに、探触子１の移動方向他方側（図３中左側）の端部に開口している。

シュー４Ａの溝部９Ｂ及びシュー４Ｂの溝部９Ｃは、探触子１の移動方向に延在している。一方、音響遮蔽板５の溝部９Ａは、探触子１の移動方向に対して傾斜するように延在している。探触子１の移動方向に対する溝部９Ａの傾斜角は、好ましくは１５度〜７５度の範囲とし、本実施形態では４５度としている。これにより、溝部９Ａにおいて、探触子１の移動方向（言い換えれば、振動子２Ａ，２Ｂの配列方向）に貫通する部分の断面積が小さくなるか、若しくは無くなるようになっている。

このように構成された本実施形態では、超音波探触子１の移動に伴って、探触子１の底面の溝８に接触媒質７を取込み、溝８から底面全体に接触媒質７を供給する。これにより、探触子１の底面に溝が形成されない場合と比べ、探触子１の底面と被検査体６の表面の間の接触媒質７が途切れるのを防止する。したがって、超音波の伝達効率を高めることができる。

また、音響遮蔽板５の溝部９Ａが探触子１の移動方向に対して傾斜するように延在するので、図６で示す比較例のように音響遮蔽板５の溝部１０が探触子１の移動方向に延在する場合と比べ、探触子１の移動方向（言い換えれば、振動子２Ａ，２Ｂの配列方向）に伝播する超音波Ｓ３の漏れ込みを抑えることができる。したがって、検出ノイズを低減することができる。

なお、第１の実施形態においては、溝８の断面が三角形状である場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば半円形状であってもよい。

本発明の第２の実施形態を、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態における超音波探触子の構造を表す底面図であり、図８は、図７中VIII部の部分拡大図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態の超音波探触子１の底面には、複数（本実施形態では７つ）の溝１１が形成されている。各溝１１は、音響遮蔽板５の底面に形成された溝部１２Ａと、シュー４Ａの底面に形成された溝部１２Ｂと、シュー４Ｂの底面に形成された溝部１２Ｃとで構成されている。シュー４Ａの溝部１２Ｂは、音響遮蔽板５の溝部１２Ａに連通するとともに、探触子１の移動方向一方側（図７中右側）の端部に開口している。シュー４Ｂの溝部１２Ｃは、音響遮蔽板５の溝部１２Ａに連通するとともに、探触子１の移動方向他方側（図７中左側）の端部に開口している。

音響遮蔽板５の溝部１２Ａは、探触子１の移動方向に対して傾斜するように延在している。探触子１の移動方向に対する溝部１２Ａの傾斜角は、好ましくは１５度〜７５度の範囲とし、本実施形態では１５度としている。これにより、溝部１２Ａにおいて、探触子１の移動方向（言い換えれば、振動子２Ａ，２Ｂの配列方向）に貫通する部分の断面積が小さくなるか、若しくは無くなるようになっている。

シュー４Ａの溝部１２Ｂ及びシュー４Ｂの溝部１２Ｃは、音響遮蔽板５の溝部１２Ａと同様、探触子１の移動方向に対して傾斜するように延在している。本実施形態では、探触子１の移動方向に対する溝部１２Ｂの傾斜角及び溝部１２Ｃの傾斜角は、溝部１２Ａの傾斜角と同じである。

このように構成された本実施形態でも、超音波探触子１の移動に伴って、探触子１の底面の溝１１に接触媒質７を取込み、溝１１から底面全体に接触媒質７を供給する。これにより、探触子１の底面に溝が形成されない場合と比べ、探触子１の底面と被検査体６の表面の間の接触媒質７が途切れるのを防止する。したがって、超音波の伝達効率を高めることができる。

また、音響遮蔽板５の溝部１２Ａが探触子１の移動方向に対して傾斜するように延在するので、音響遮蔽板５の溝部が探触子１の移動方向に延在する場合と比べ、探触子１の移動方向（言い換えれば、振動子２Ａ，２Ｂの配列方向）に伝播する超音波の漏れ込みを抑えることができる。したがって、検出ノイズを低減することができる。

なお、第２の実施形態においては、シュー４Ａの溝部１２Ｂの傾斜角及びシュー４Ｂの溝部１２Ｃの傾斜角が音響遮蔽板５の溝部１２Ａの傾斜角と同じである場合を例にとって説明したが、これに限られず、異なってもよい。

また、第１及び第２の実施形態においては、シュー４Ａの溝部１２Ｂ及びシュー４Ｂの溝部１２Ｃが直線状に延在する場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば折線状又は曲線状に延在してもよい。

本発明の第３の実施形態を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態における超音波探触子の構造を表す底面図である。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態の超音波探触子１の底面には、大別して２つの溝１３Ａ，１３Ｂが形成されている。

溝１３Ａは、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向（図９中上下方向）の一方側端部位置より外側で、探触子１の移動方向（図９中左右方向）に延在するように形成された溝部１４Ａを有している。溝部１４Ａは、音響遮蔽板５の底面、シュー４Ａの底面、及びシュー４Ｂの底面にそれぞれ形成された部分を含む。

また、溝１３Ａは、シュー４Ａの底面に形成された複数（本実施形態では３つ）の溝部１４Ｂと、シュー４Ｂの底面に形成された複数（本実施形態では３つ）溝部１４Ｃとを有している。各溝部１４Ｂは、折線状に延在しており、探触子１の移動方向に対して直交する方向（図９中上下方向）に延在して溝部１４Ａに連通する部分と、探触子１の移動方向に延在して探触子１の移動方向一方側（図９中右側）の端部に開口する部分とで構成されている。各溝部１４Ｃは、折線状に延在しており、探触子１の移動方向に対して直交する方向に延在して溝部１４Ａに連通する部分と、探触子１の移動方向に延在して探触子１の移動方向他方側（図９中左側）の端部に開口する部分とで構成されている。

溝１３Ｂは、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の他方側端部位置より外側で、探触子１の移動方向に延在するように形成された溝部１４Ｄを有している。溝部１４Ｄは、音響遮蔽板５の底面、シュー４Ａの底面、及びシュー４Ｂの底面にそれぞれ形成された部分を含む。

また、溝１３Ｂは、シュー４Ａの底面に形成された複数（本実施形態では３つ）の溝部１４Ｅと、シュー４Ｂの底面に形成された複数（本実施形態では３つ）溝部１４Ｆとを有している。各溝部１４Ｅは、折線状に延在しており、探触子１の移動方向に対して直交する方向に延在して溝部１４Ｄに連通する部分と、探触子１の移動方向に延在して探触子１の移動方向一方側の端部に開口する部分とで構成されている。各溝部１４Ｆは、折線状に延在しており、探触子１の移動方向に対して直交する方向に延在して溝部１４Ｄに連通する部分と、探触子１の移動方向に延在して探触子１の移動方向他方側の端部に開口する部分とで構成されている。

このように構成された本実施形態でも、超音波探触子１の移動に伴って、探触子１の底面の溝１３Ａ，１３Ｂに接触媒質７を取込み、溝１３Ａ，１３Ａから底面全体に接触媒質７を供給する。これにより、探触子１の底面に溝が形成されない場合と比べ、探触子１の底面と被検査体６の表面の間の接触媒質７が途切れるのを防止する。したがって、超音波の伝達効率を高めることができる。

また、音響遮蔽板５の溝部は、２箇所だけであり、しかも、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の両外側に形成されている。これにより、例えば音響遮蔽板５の溝部が振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の中央に形成された場合と比べ、振動子２Ａから音響遮蔽板５の溝部に到達する超音波の強度が低減する。したがって、音響遮蔽板５の溝部内の接触媒質７を介して漏れ込む超音波の強度が低減し、検出ノイズを低減することができる。

なお、第３の実施形態においては、溝部１４Ａが、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の一方側端部位置より外側に形成され、溝部１４Ｄが、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の他方側端部位置より外側に形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、溝部１４Ａが、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の一方側端部位置（詳細には、例えば振動子の幅寸法の１０％程度に相当する部分の位置）に形成されてもよい。また、溝部１４Ｄが、振動子２Ａ（又は２Ｂ）の幅方向の他方側端部位置に形成されてもよい。

また、第３の実施形態においては、溝部１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｅ，１４Ｆが折線状に延在する場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば探触子１の移動方向に対して傾斜するように直線状に延在してもよいし、又は曲線状に延在してもよい。

また、第１〜第３の実施形態においては、分割されたシュー４Ａ，４Ｂを設けた場合を例にとって説明したが、これに限られず、シュー４Ａ，４Ｂが一体化されたシューを設けてもよい。また、第１〜第３の実施形態においては、送信用遅延材３Ａ及び受信用遅延材３Ｂの底面側にシュー４Ａ，４Ｂを接着した場合を例にとって説明したが、これに限られず、シューを着脱可能に取付けてもよい。このような変形例を、図１０〜図１２を用いて説明する。

図１０は、本変形例における超音波探触子の構造を表す平面図である。図１１は、図１０中断面XI−XIによる断面図であり（但し、便宜上、探触子の底面に形成された溝を図示せず）、図１２は、図１０中矢印XII方向から見た側面図である。

本変形例のシュー１５は、上述したシュー４Ａ，４Ｂにそれぞれ相当する部分と、それらの部分を一体化するための四角枠状の枠部１６とで構成されている。超音波探触子１の底面は、音響遮蔽板５の底面及びシュー１５の底面で構成されている。そして、上述した第１（又は第２若しくは第３）の実施形態とほぼ同様、探触子１の底面には、複数の溝８（又は１１若しくは１３Ａ，１３Ｂ）が形成されている。したがって、上記同様の効果を得ることができる。また、シュー１５の強度を高めることができる。

また、本変形例のシュー１５は、例えば枠部１６の雌ネジ部に螺合された雄ネジ１７を用いて、着脱可能に取付けられている。したがって、シュー１５を交換することができる。

なお、第１〜第３の実施形態においては、送信用遅延材３Ａ及び受信用遅延材３Ｂの底面側にシューを設けた場合（すなわち、音響遮蔽板５の底面及びシュー４Ａ，４Ｂの底面が探触子１の底面を構成し、これに溝を形成した場合）を例にとって説明したが、これに限られず、シューを設けなくともよい。すなわち、音響遮蔽板５の底面、送信用遅延材３Ａの底面、及び受信用遅延材３Ｂの底面が探触子１の底面を構成し、これに溝を形成してもよい。この場合も、同様の効果を得ることができる。

１超音波探触子
２Ａ送信用振動子
２Ｂ受信用振動子
３Ａ送信用遅延材
３Ｂ受信用遅延材
４Ａ，４Ｂシュー
５音響遮蔽板
６被検査体
８溝
９Ａ〜９Ｃ溝部
１１溝
１２Ａ〜１２Ｃ溝部
１３Ａ，１３Ｂ溝
１４Ａ〜１４Ｆ溝部
１５シュー
１６枠部

Claims

探触子の移動方向に離間された送信用振動子及び受信用振動子と、
前記送信用振動子と被検査体の間に介在する送信用遅延材と、
前記受信用振動子と前記被検査体の間に介在する受信用遅延材と、
前記送信用遅延材と前記受信用遅延材の間に設けられた音響遮蔽板とを備えた超音波探触子において、
前記被検査体と接触する側の面に形成された複数の溝を有し、
前記複数の溝のそれぞれは、前記音響遮蔽板の底面に形成された第１溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第１溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向一方側端部に開口する第２溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第１溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向他方側端部に開口する第３溝部とで構成されており、
前記第１溝部は、前記探触子の移動方向に対して傾斜するように延在した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、
前記第２溝部及び前記第３溝部は、前記探触子の移動方向に延在した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、
前記第２溝部及び前記第３溝部は、前記探触子の移動方向に対して傾斜するように延在したことを特徴とする超音波探触子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波探触子において、
前記送信用遅延材と前記被検査体の間に介在する一部分、前記受信用遅延材と前記被検査体の間に介在する他の部分、並びに前記一部分及び前記他の部分を一体化するための枠部を有するシューをさらに備え、
前記被検査体と接触する側の面は、前記音響遮蔽板の底面及び前記シューの底面で構成されたことを特徴とする超音波探触子。
請求項４に記載の超音波探触子において、
前記シューは、着脱可能に取付けられたことを特徴とする超音波探触子。
探触子の移動方向に配列された送信用振動子及び受信用振動子と、
前記送信用振動子と被検査体の間に介在する送信用遅延材と、
前記受信用振動子と前記被検査体の間に介在する受信用遅延材と、
前記送信用遅延材と前記受信用遅延材の間に設けられた音響遮蔽板とを備えた超音波探触子において、
前記被検査体と接触する側の面に形成された大別して２つの溝を有し、
前記２つの溝のうちの一方は、前記振動子の幅方向の一方側端部位置又はその外側に形成されて、少なくとも前記音響遮蔽板の底面に形成された部分を含む第１溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第１溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向一方側端部に開口する複数の第２溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第１溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向他方側端部に開口する複数の第３溝部とで構成されており、
前記２つの溝のうちの他方は、前記振動子の幅方向の他方側端部位置又はその外側に形成されて、少なくとも前記音響遮蔽板の底面に形成された部分を含む第４溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第４溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向一方側端部に開口する複数の第５溝部と、前記音響遮蔽板の底面以外の領域に形成されて、前記第４溝部に連通するとともに前記探触子の移動方向他方側端部に開口する複数の第６溝部とで構成されたことを特徴とする超音波探触子。