JP7204202B2 - 超音波ユニット及び超音波検査装置 - Google Patents
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Description
前記基台の表面に載置される圧電シートと、前記圧電シートの厚さ方向の共振周波数を調整する周波数調整機構と備え、前記圧電シートが、圧電体と、前記圧電体の第一面に積層される第一電極と、少なくともその一部が前記第一電極と対向するように前記圧電体の第二面に積層される第二電極とを有する。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態の超音波測定装置及び超音波ユニットを詳説する。
超音波受信器2は、後述する超音波発信器3の発する超音波Sを受信可能に配置される。具体的には、図1に示すように、X方向に垂直な断面でみて、円弧状に形成されている超音波発信器3の発信面から発信された超音波Sは、この円弧の中心に向かってその幅が絞られるように進み、円弧の中心付近で収束する。そして、この円弧の中心付近に検査対象物Tが位置している。なお、発信される超音波SはX方向に幅を有するので、立体視でみると検査対象物T付近で超音波Sはライン状に収束している。検査対象物Tを透過した超音波Sは、X方向に垂直な断面でみて、再び円弧状に広がっていく。そして、超音波Sは、発信面での広がりと同程度まで広がった位置で超音波受信器2により受信される。従って、超音波受信器2は、超音波発信器3と幅方向が平行となるように、かつ幅方向に広がった超音波Sが、後述する圧電シート12の第二電極12cと対向する第一電極12bの領域(以下、「測定領域R」ともいう)で受信できるように配設されている。
基台11は、圧電シート12を保持する土台である。
圧電シート12は、図2乃至図4に示すように、圧電体12aと、第一電極12bと、第二電極12cとを有する。
圧電体12aの主成分としては、高分子圧電材料であることが好ましく、特に可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。圧電体12aの主成分を高分子圧電材料とすることで、超音波受信器2の感度を高めることができるとともに、共振周波数の調整の制御性を高められる。
第一電極12bは、圧電体12aの第一面に積層される電極である。第一電極12bは、後述する第二電極12cと合わせて、圧電体12aの第一面及び第二面間の電位差を検出するために用いられる。
第二電極12cは、少なくともその一部が第一電極12bと対向するように圧電体12aの第二面に積層される電極である。
周波数調整機構13は、圧電シート12の温度を制御する温度制御部を有する。前記温度制御部としては、例えば図2乃至図4に示すように、シート状のヒーター13aを用いることができる。
接着剤層14は、圧電シート12と基台11とを固定する。また、接着剤層14は、ヒーター13aを基台11に固定する。
超音波発信器3は、超音波受信器2に対して超音波Sを発信可能である。超音波発信器3は、発信する超音波Sを検査対象物Tの位置でライン状に収束するように構成されている。
基台21は、圧電シート22を保持する土台である。基台21は、第1超音波ユニット10の基台11と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
圧電シート22は、圧電体22aと、圧電体22aの第一面に積層される第一電極22bと、少なくともその一部が第一電極22bと対向するように圧電体22aの第二面に積層される第二電極22cとを有する。
周波数調整機構23は、圧電シート22の温度を制御する温度制御部を有する。前記温度制御部としては、例えば図5に示すように、シート状のヒーターを用いることができる。前記温度制御部は、第1超音波ユニット10の温度制御部と同様に構成できるので、その他の詳細説明を省略する。
接着剤層24は、圧電シート22と基台21とを固定する。接着剤層24は、第1超音波ユニット10の接着剤層14と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
当該超音波検査装置1は、超音波発信器3の発信する超音波Sの周波数を調整する工程(発信周波数調整工程)と、超音波受信器2の共振周波数を調整する工程(共振周波数調整工程)とを備える周波数調整方法により感度を高めることができる。
当該超音波検査装置1は、超音波受信器2が当該第1超音波ユニット10を有し、超音波発信器3が当該第2超音波ユニット20を有する。この当該第1超音波ユニット10及び当該第2超音波ユニット20は、圧電シートの厚さ方向の共振周波数を調整する周波数調整機構を備えるので、発信側の超音波の周波数と受信側の共振周波数とが一致するように周波数調整することができる。従って、当該超音波検査装置1の感度を容易に高められる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の第2実施形態の超音波測定装置及び超音波ユニットを詳説する。
超音波受信器5は、後述する超音波発信器6の発する超音波Sを受信可能に配設される。超音波発信器6が発する超音波Sは、後述するように検査対象物Tの位置でライン状に収束する。その後、超音波Sは検査対象物Tを透過し、超音波発信器6の幅方向(図4のY方向)に広がっていく。従って、超音波受信器5は、超音波発信器6と幅方向が平行となるように、かつ幅方向に広がった超音波Sが測定領域Rで受信できるように配設されている。
周波数調整機構16は、圧電シート12の温度を制御する温度制御部を有する。前記温度制御部としては、図6に示すように、ケーシング7の内側に配設されたヒーター16aを用いることができる。ヒーター16aは、ケーシング7の内側の温度を制御できる限り、その配設位置は特に限定されないが、例えば図6ではヒーター16aは、ケーシング7の内側の対向する一対の側面に1つずつ配設されている。
超音波発信器6は、超音波受信器2に対して超音波Sを発信可能である。超音波発信器6は、発信する超音波Sを検査対象物Tの位置でライン状に収束するように構成されている。
周波数調整機構16は、圧電シート22の温度を制御する温度制御部を有する。上述のように、この周波数調整機構16は、当該第1超音波ユニット15の周波数調整機構と同一のものである。
ケーシング7は、当該第1超音波ユニット15の圧電シート12と、当該第2超音波ユニット25の圧電シート22とを、その内部に包含するように超音波受信器5と、超音波発信器6とを覆う。ケーシング7の内側には上述のようにヒーター16aが配設されており、このヒーター16aによりケーシング7の内部空間を温めることができるように構成されている。そして、このケーシング7の内部空間の温度制御により、当該第1超音波ユニット15の圧電シート12と、当該第2超音波ユニット25の圧電シート22との温度を制御することができる。
当該超音波検査装置4は、超音波発信器6の発信する超音波Sの周波数及び超音波受信器5の共振周波数を同時に調整する工程(調整工程)を備える周波数調整方法により感度を高めることができる。
当該超音波検査装置4は、既存の装置をヒーター16aを備えるケーシング7で覆うことで構成できるので、実現が容易である。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の第3実施形態の超音波ユニットを詳説する。
図7に示す超音波ユニット17は、基台11と、基台11の表面に載置される圧電シート12と、圧電シート12の厚さ方向の共振周波数を調整する周波数調整機構18とを備える。当該超音波ユニット17は、図1の超音波検査装置1の第1超音波ユニット10に代えて用いることができる。
基台11は、圧電シート12を保持する土台である。基台11は、図1の超音波検査装置1の第1超音波ユニット10の基台11と同様に構成できる。なお、図7では、当該超音波ユニット17の基台11の表面が平面である場合を示している。
圧電シート12は、圧電体12aと、圧電体12aの第一面に積層される第一電極12bと、少なくともその一部が第一電極12bと対向するように圧電体12aの第二面に積層される第二電極12cとを有する。
周波数調整機構18は、圧電シート12に加わる張力を制御する張力制御部を有する。前記張力制御部としては、圧電シート12に加える張力を制御できる限り、その構成は特に限定されない。例えば図7に示すように、前記張力制御部は、圧電シート12の長さ方向に延び、第二電極12cの両外側で圧電シート12の側辺を支持する一対の支持部18aとできる。この一対の支持部18aは、その間隔が変更できるように構成されている。図7では、一方の支持部18aが、一対の支持部18aの間隔を変更できるようスライド可能に構成されている。また、この一方の支持部18aは、例えばネジ留めにより基台11に固定可能に構成される。つまり、図7に示す張力制御部では、前記一方の支持部18aを、一対の支持部18aが離間する方向にスライドさせ、基台11に固定することで、圧電シート12に加わる張力を増大させることができる。逆に、前記一方の支持部18aを、一対の支持部18aが接近する方向にスライドさせ、基台11に固定すると、圧電シート12に加わる張力が減少する。
当該超音波ユニット17は、例えば温度制御といった特別な制御系を必要としないので、安価かつ簡便に実現することができる。
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
2、5 超音波受信器
3、6 超音波発信器
7 ケーシング
10、15 第1超音波ユニット
11 基台
12 圧電シート
12a 圧電体
12b 第一電極
12c 第二電極
13、16 周波数調整機構
13a、16a ヒーター
14 接着剤層
17 超音波ユニット
18 周波数調整機構
18a 支持部
20、25 第2超音波ユニット
21 基台
22 圧電シート
22a 圧電体
22b 第一電極
22c 第二電極
23 周波数調整機構
24 接着剤層
R 測定領域
S 超音波
T 検査対象物
Claims (5)
- 基台と、
前記基台の表面に載置される圧電シートと、
前記圧電シートの厚さ方向の共振周波数を調整する周波数調整機構と
を備え、
前記圧電シートが、
圧電体と、
前記圧電体の第一面に積層される第一電極と、
少なくともその一部が前記第一電極と対向するように前記圧電体の第二面に積層される第二電極と
を有し、
前記周波数調整機構が、前記圧電シートの温度を制御する温度制御部を有する超音波ユニット。 - 前記圧電体の主成分が高分子圧電材料である請求項1に記載の超音波ユニット。
- 請求項1又は請求項2に記載の超音波ユニットを有する超音波受信器と、
前記超音波受信器に対して超音波を発信可能な超音波発信器と
を備える超音波検査装置。 - 前記超音波発信器が、請求項1又は請求項2に記載の超音波ユニットを有する請求項3に記載の超音波検査装置。
- 前記超音波発信器の温度制御部及び前記超音波受信器の温度制御部が、前記超音波発信器の圧電シート及び前記超音波受信器の圧電シートの温度を独立して制御可能に構成されている請求項4に記載の超音波検査装置。
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