特許 6797788 超音波プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6797788

(24)【登録日】2020年11月20日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】超音波プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20201130BHJP

   G01N 29/28 20060101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/24

   G01N29/28

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-247490(P2017-247490)

(22)【出願日】2017年12月25日

(65)【公開番号】特開2018-116049(P2018-116049A)

(43)【公開日】2018年7月26日

【審査請求日】2019年9月30日

(31)【優先権主張番号】特願2017-7432(P2017-7432)

(32)【優先日】2017年1月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100176315

【弁理士】

【氏名又は名称】荒田 秀明

(72)【発明者】

【氏名】福井 利英

(72)【発明者】

【氏名】和佐 泰宏

(72)【発明者】

【氏名】野村 航大

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−０３４３６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−０７５７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８３６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１６７２５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭４８−０３５８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６２２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２８３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２７６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２００９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１０９３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１９１３４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−１７５７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−００８６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３７０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３９８４２１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１０６４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１３３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２９２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−０３０５８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９６９２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − Ａ６１Ｂ ８／１５

Ｇ０１Ｂ １７／００ − Ｇ０１Ｂ １７／０８

Ｇ０１Ｎ ２９／００ − Ｇ０１Ｎ ２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を送信する送信振動子と、
前記送信振動子から送信された超音波が検査対象の内部領域に存在する欠陥で反射することにより生成される反射超音波を受信する受信振動子と、
前記送信振動子から送信された超音波を吸収する吸収部と、
超音波を送信する送信部及び当該送信部から送信された超音波が前記検査対象の表面領域に存在する欠陥で反射することにより生成される反射超音波を受信する受信部を含む送受信振動子と、
前記送信振動子、前記受信振動子、前記吸収部及び前記送受信振動子を保持するくさびと、
前記送信振動子と前記送受信振動子との間において前記送信振動子及び前記送受信振動子から送信された超音波の一部を吸収する仕切吸収部と、を備え、
前記くさびは、
前記送信振動子から送信された超音波が前記検査対象の内部に入射する角度で当該送信振動子を保持する第１保持部と、
前記送信振動子から送信された超音波が前記検査対象の内部領域に存在する欠陥で反射することにより生成された反射超音波を受信可能な角度で前記受信振動子を保持する第２保持部と、
前記第１保持部と前記第２保持部との間で前記吸収部を保持する吸収部保持部と、
前記第１保持部を基準として前記吸収部保持部とは反対側において、前記送受信振動子から送信された超音波が前記検査対象の表面領域を表面波として伝播する角度で前記送受信振動子を保持する第３保持部と、を有し、
前記仕切吸収部は、前記くさびの底面から離間する形状を有する、超音波プローブ。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波プローブにおいて、
前記表面波が前記くさび内に入射することにより生成される超音波を受信する表面波受信振動子をさらに備え、
前記くさびは、前記第２保持部を基準として前記吸収部保持部とは反対側において、前記表面波受信振動子を保持する第４保持部をさらに有する、超音波プローブ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の超音波プローブにおいて、
前記送信振動子は、広帯域振動子である、超音波プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検査対象の欠陥を検査する超音波プローブに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、超音波を用いた内部欠陥の検出手法として、垂直探傷法や斜角探傷法が用いられている。特許文献１では、送信用振動子と受信用振動子を別個に有し、送信と受信を個別に行う二振動子探触子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−３０２３８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、二分割することで表面不感帯を低減させることは出来るものの、1mm程度の不感帯は残り、表層0mmからの探傷を実現することはできない。

【0005】

そこで、本発明では上記課題を鑑み、表面不感帯がほぼ無い超音波プローブを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、超音波を送信する送信振動子と、前記送信振動子から送信された超音波が検査対象の内部領域に存在する欠陥で反射することにより生成される反射超音波を受信する受信振動子と、前記送信振動子から送信された超音波を吸収する吸収部と、超音波を送信する送信部及び当該送信部から送信された超音波が前記検査対象の表面領域に存在する欠陥で反射することにより生成される反射超音波を受信する受信部を含む送受信振動子と、前記送信振動子、前記受信振動子、前記吸収部及び前記送受信振動子を保持するくさびと、を備え、前記くさびは、前記送信振動子から送信された超音波が前記検査対象の内部に入射する角度で当該送信振動子を保持する第１保持部と、前記送信振動子から送信された超音波が前記検査対象の内部領域に存在する欠陥で反射することにより生成された反射超音波を受信可能な角度で前記受信振動子を保持する第２保持部と、前記第１保持部と前記第２保持部との間で前記吸収部を保持する吸収部保持部と、前記第１保持部を基準として前記吸収部保持部とは反対側において、前記送受信振動子から送信された超音波が前記検査対象の表面領域を表面波として伝播する角度で前記送受信振動子を保持する第３保持部と、を有する、超音波プローブを提供する。

【0007】

本超音波プローブでは、表面不感帯がほぼ無い超音波プローブを提供することができる。

【0008】

この場合において、前記表面波が前記くさび内に入射することにより生成される超音波を受信する表面波受信振動子をさらに備え、前記くさびは、前記第２保持部を基準として前記吸収部保持部とは反対側において、前記表面波受信振動子を保持する第４保持部をさらに有することが好ましい。

【0009】

このようにすれば、くさびが検査対象に接触していることの確認が可能になる。具体的に、くさびのうち吸収部よりも第２保持部側に位置する部位の底面が検査対象から離間していると、表面波受信振動子によって表面波に基づく超音波がほとんど受信されない。よって、表面波受信振動子が超音波を受信したことにより、くさびが検査対象に接触していると判断することができる。

【0010】

また、前記超音波プローブにおいて、前記送信振動子と前記送受信振動子との間において前記送信振動子及び前記送受信振動子から送信された超音波の一部を吸収する仕切吸収部をさらに備える。

【0011】

このようにすれば、くさび内で反射することにより生成される不要な反射超音波（ノイズ）が低減されるので、欠陥の検知精度が高まる。

【0012】

具体的に、前記仕切吸収部は、前記くさびの底面から離間する形状を有する。

【0013】

このようにすれば、表面波の伝播が仕切吸収部で遮断されないので、表面領域に存在する欠陥を有効に検知することが可能となる。

【0014】

また、前記送信振動子は、広帯域振動子であることが好ましい。なお、広帯域振動子とは、１波又は２波程度の超音波パルスを発生する振動子を指す。

【0015】

この態様では、送信振動子及び受信振動子によって検査対象の表面領域に存在する欠陥を検知することが可能となる。具体的に、広帯域振動子から送信される超音波は、波の数が少ないので、検査対象の表面で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子での受信信号と、前記表面領域に存在する欠陥で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子での受信信号と、の識別が可能となる。よって、表面不感帯がより小さくなる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明によれば、表面不感帯がほぼ無い超音波プローブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１形態の超音波プローブの概要を示す図である。

【図2】送信振動子として広帯域振動子が用いられた場合に受信振動子で受信される受信信号の例を示す図である。

【図3】送信振動子として狭帯域振動子が用いられた場合に受信振動子で受信される受信信号の例を示す図である。

【図4】第２形態の超音波プローブの概要を示す図である。

【図5】本発明の第３実施形態の超音波プローブの概要を示す図である。

【図6】第４形態の超音波プローブの概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（第１形態）
第１形態の超音波プローブ１について、図１を参照しながら説明する。本超音波プローブ１は、鋼材等の検査対象Ｔの表面ないしその近傍の領域（以下、「表面領域」と称する。）に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′を検査可能であり、かつ、検査対象Ｔのうち表面領域よりも深い内部領域に存在する欠陥ｆ２を検査可能である。なお、表面領域は、検査対象Ｔの表面から表面波Ｓの約１〜２波長の深さに相当する領域を意味する。具体的に、この超音波プローブ１は、送信振動子１０と、受信振動子２０と、送受信振動子３０と、超音波を吸収する吸収部４０と、くさび５０と、各振動子１０，２０，３０、吸収部４０及びくさび５０を収容するケース６０と、を備えている。

【0019】

送信振動子１０は、超音波を送信する。具体的に、送信振動子１０として、広帯域振動子（１波又は２波程度の超音波パルスを発生する振動子）が用いられることが好ましい。受信振動子２０は、超音波を受信する。送受信振動子３０は、超音波を送信する送信部と、送信部から送信された超音波の反射により生成された反射超音波を受信する受信部と、を有する。

【0020】

くさび５０は、各振動子１０，２０，３０及び吸収部４０を保持する。具体的に、くさび５０は、送信振動子１０を保持する第１保持部５１と、受信振動子２０を保持する第２保持部５２と、送受信振動子３０を保持する第３保持部５３と、吸収部４０を保持する吸収部保持部５４と、を有する。

【0021】

第１保持部５１は、送信振動子１０から送信された超音波が検査対象Ｔの内部に入射する角度で当該送信振動子１０を保持する。

【0022】

第２保持部５２は、送信振動子１０から送信された超音波が検査対象Ｔの内部領域に存在する欠陥ｆ２で反射することにより生成された反射超音波を受信可能な角度で受信振動子２０を保持する。つまり、送信振動子１０及び受信振動子２０によって検査対象Ｔの内部領域に存在する欠陥ｆ２が検知される。

【0023】

吸収部保持部５４は、第１保持部５１と第２保持部５２との間で吸収部４０を保持する。吸収部４０は、送信振動子１０からくさび５０内に送信された超音波が検査対象Ｔを経由することなく受信振動子２０に至るのを抑制する。

【0024】

第３保持部５３は、第１保持部５１を基準として吸収部保持部５４とは反対側（図１の左側）において、送受信振動子３０の送信部から送信された超音波が検査対象Ｔの表面領域を表面波Ｓ（レーリー波やＳＨ波）として伝播する角度で送受信振動子３０を保持する。送受信振動子３０の受信部は、表面波Ｓが検査対象Ｔの表面領域に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′で反射することにより生成される超音波を受信する。つまり、送受信振動子３０によって検査対象Ｔの表面領域に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′が検知される。

【0025】

以上に説明したように、本形態の超音波プローブ１では、送受信振動子３０によって検査対象Ｔの表面領域に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′を検知することができ、かつ、送信振動子１０及び受信振動子２０によって検査対象Ｔの内部領域に存在する欠陥ｆ２を検知することができる。つまり、本超音波プローブ１では、表面不感帯がほぼ無くなる。

【0026】

さらに、送信振動子１０として前記広帯域振動子が用いられることにより、送信振動子１０及び受信振動子２０によって検査対象Ｔの表面領域のうちくさび５０と重なっている部位（くさび直下）の一部（吸収部４０の直下）に存在する欠陥ｆ１′を検知することが可能となる。具体的に、広帯域振動子から送信される超音波は、波の数が少ないので、図２に示されるように、検査対象Ｔの表面で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子２０での受信信号Ａ１と、欠陥ｆ１′で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子２０での受信信号Ａ２と、の識別が可能となる。一方、送信振動子１０として狭帯域振動子が用いられた場合、図３に示されるように、検査対象Ｔの表面で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子２０での受信信号ａ１と、欠陥ｆ１′で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子２０での受信信号ａ２と、の識別は困難である。なお、いずれの場合も、欠陥ｆ２で反射することにより生成される反射超音波の受信振動子２０での受信信号Ａ３，ａ３は、他の受信信号から明確に識別可能である。

【0027】

また、送信振動子１０から送信された超音波が検査対象Ｔを経由することなく受信振動子２０に至るのを抑制するための吸収部４０が、送受信振動子３０からくさび５０内に送信された超音波をも吸収するので、くさび５０内での反射により生成される反射超音波（ノイズ）が送受信振動子３０で受信されることが抑制される。

【0028】

また、本形態の超音波プローブ１では、従来と異なり、検査対象Ｔの表面領域のうちくさび５０と重なっている部位（くさび直下）に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′を検知する。このため、検査対象Ｔの表面に存在する接触媒質に起因する反射超音波（ノイズ）の生成が低減される。よって、検査対象Ｔの表面領域に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′の検知精度が高まる。以下の形態及び実施形態においても同様である。

【0029】

また、図１に示されるように、吸収部４０が設けられていることにより、欠陥ｆ１，ｆ１′の検知精度が一層高まる。具体的に、本検査方法では、表面波Ｓがくさび５０の吸収部保持部５４まで伝播する前に欠陥ｆ１，ｆ１′で反射超音波が生成されるので、吸収部４０の存在は、欠陥ｆ１，ｆ１′に起因する反射超音波の生成にほとんど影響を及ぼさない。しかしながら、従来のように、表面波の伝播方向についてくさびよりも前方で欠陥を検知する方法の場合、吸収部を有するくさびが用いられると、くさびよりも前方に伝播する表面波が低減されるので、欠陥での反射超音波の生成が著しく低減される。つまり、吸収部保持部５４を有するくさび５０を用いることは、くさび５０直下における欠陥ｆ１，ｆ１′を検査する本検査方法に特に有効である。以下の形態及び実施形態においても同様である。

【0030】

（第２形態）
次に、図４を参照しながら、第２形態について説明する。なお、第２形態では、第１形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

【0031】

本形態の超音波プローブ１は、表面波受信振動子７０をさらに備え、くさび５０は、表面波受信振動子７０を保持する第４保持部５７をさらに有する。

【0032】

表面波受信振動子７０は、超音波を受信する。第４保持部５７は、第２保持部５２を基準として吸収部保持部５４とは反対側において、表面波Ｓがくさび５０内に入射することにより生成される超音波を受信可能な角度で表面波受信振動子７０を保持する。

【0033】

本形態では、第２保持部５２を基準として吸収部保持部５４とは反対側に表面波受信振動子７０が設けられているので、くさび５０が検査対象Ｔに接触していることの確認が可能になる。具体的に、くさび５０のうち吸収部４０よりも第２保持部５２側に位置する部位の底面が検査対象Ｔから離間していると、表面波受信振動子７０によって表面波Ｓに基づく超音波がほとんど受信されない。よって、表面波受信振動子７０が超音波を受信したことにより、くさび５０が検査対象Ｔに接触していると判断することができる。

【0034】

（第３実施形態）
続いて、図５を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、第１形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

【0035】

本実施形態の超音波プローブ１は、仕切吸収部８０をさらに備え、くさび５０は、仕切吸収部８０を保持する仕切吸収部保持部５８をさらに有する。

【0036】

仕切吸収部８０は、超音波を吸収する。仕切吸収部８０は、平板状に形成されている。仕切吸収部８０は、例えばコルクからなる。仕切吸収部保持部５８は、送信振動子１０と送受信振動子３０との間において仕切吸収部８０を保持する。これにより、送信振動子１０及び送受信振動子３０からくさび５０内に送信された超音波の一部は、仕切吸収部８０により吸収される。仕切吸収部８０は、くさび５０の底面から離間する形状を有している。

【0037】

本実施形態では、仕切吸収部８０を備えているので、送信振動子１０及び送受信振動子３０から送信された超音波の一部がくさび５０内で反射することにより生成される不要な反射超音波（ノイズ）が低減される。よって、送受信振動子３０での欠陥ｆ１，ｆ１′の検知精度が高まる。

【0038】

さらに、仕切吸収部８０は、くさび５０の底面から離間する形状を有するので、表面波Ｓの伝播が仕切吸収部８０で遮断されない。よって、送受信振動子３０によって表面領域に存在する欠陥ｆ１，ｆ１′を有効に検知することが可能となる。

【0039】

また、この第３実施形態においても、第２形態と同様に、表面波受信部７０が設けられ、くさび５０が第４保持部５７を有していてもよい。

【0040】

（第４形態）
次に、図６を参照しながら、第４形態について説明する。なお、第４形態では、第１形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

【0041】

本形態の超音波プローブ１では、送信振動子１０は、それぞれが超音波を送信する第１送信部１１及び第２送信部１２を有し、受信振動子２０は、それぞれが超音波を受信する第１受信部２１及び第２受信部２２を有している。くさび５０は、第１送信部１１及び第２送信部１２からくさび５０内に送信された超音波の検査対象Ｔへの入射角度が互いに異なる姿勢で各送信部１１，１２を保持する。また、くさび５０は、第１送信部１１から送信された超音波が検査対象Ｔの内部領域に存在する欠陥ｆ２で反射することによって生成された反射超音波を受信可能な角度で第１受信部２１を保持するとともに、第２送信部１２から送信された超音波が検査対象Ｔの内部領域に存在する欠陥ｆ３で反射することによって生成された反射超音波を受信可能な角度で第２受信部２２を保持する。

【0042】

本形態では、検査対象Ｔにおいて互いに異なる深さ領域に存在する欠陥ｆ２，ｆ３を有効に検知することができる。

【符号の説明】

【0043】

１ 超音波プローブ
１０ 送信振動子
２０ 受信振動子
３０ 送受信振動子
４０ 吸収部
５０ くさび
５１ 第１保持部
５２ 第２保持部
５３ 第３保持部
５４ 吸収部保持部
５７ 第４保持部
５８ 仕切吸収部保持部
６０ ケース
７０ 表面波受信振動子
８０ 仕切吸収部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】