特開 2023-43816 音波検査装置、音波検査方法、及び接触部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023043816

(43)【公開日】2023-03-29

(54)【発明の名称】音波検査装置、音波検査方法、及び接触部材

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20230322BHJP

   G01N 29/28 20060101ALI20230322BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

G01N29/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022020134

(22)【出願日】2022-02-14

(31)【優先権主張番号】P 2021151511

(32)【優先日】2021-09-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 紀子

(72)【発明者】

【氏名】平尾 明子

(72)【発明者】

【氏名】小野 富男

(72)【発明者】

【氏名】中井 豊

(72)【発明者】

【氏名】小林 剛史

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047BA03

2G047BC09

2G047CA01

2G047EA04

2G047GE01

(57)【要約】

【課題】検査時に接触媒質を被検査体と密着させることができ、かつ接触媒質を容易に移動させることをできると共に、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制した音波検査装置を提供する。
【解決手段】実施形態の音波検査装置１は、音波の送信及び受信の少なくとも一方を実施するように構成された振動子３を備え、音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する音波機能面２ａを有する音波探触子２と、音波探触子２の音波機能面２ａに直接又は中間部材を介して接する第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面とを有し、エラストマーを含む接触媒質１１と、第２の面と接するように接触媒質と積層され、ポリマーを含むシート状部材１１とを備える接触部材９と、接触部材９に荷重を印加する荷重機構と具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波の送信及び受信の少なくとも一方を実施するように構成された振動子を備え、音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する音波機能面を有する音波探触子と、
前記音波探触子の前記音波機能面に直接又は中間部材を介して接する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、エラストマーを含む接触媒質と、前記第２の面と接するように前記接触媒質と積層され、ポリマーを含むシート状部材とを備える接触部材と、
前記接触部材に荷重を印加する荷重機構と
を具備する音波検査装置。

【請求項2】

前記シート状部材はポリマーシートを含む、請求項１に記載の音波検査装置。

【請求項3】

前記シート状部材は、前記ポリマー中を伝播する音波の波長λの１／２５０以上１／２以下の厚さを有する、請求項１又は請求項２に記載の音波検査装置。

【請求項4】

前記接触媒質に含まれる前記エラストマーは、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のヤング率を有し、前記シート状部材に含まれる前記ポリマーは、前記エラストマーのヤング率より高く、かつ２０００ＭＰａ以下のヤング率を有する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の音波検査装置。

【請求項5】

前記ポリマーは、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリフェニレンサルファイド、及びポリ塩化ビニリデンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の音波検査装置。

【請求項6】

前記エラストマーは、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、及びエピクロルヒドリンゴムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の音波検査装置。

【請求項7】

前記中間部材は、可逆性を有する第１接着層を含む接合層を備える、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の音波検査装置。

【請求項8】

前記第１接着層は、感温性粘着剤、光照射硬化剤、加熱発泡剤、熱膨張剤、及び光構造変化剤のいずれか１つを含む、請求項７に記載の音波検査装置。

【請求項9】

前記接合層は、さらに、ポリマー層及び第２接着層から選ばれる少なくとも１つを含む、請求項７又は請求項８に記載の音波検査装置。

【請求項10】

前記音波探触子は、超音波トランスデューサである、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の音波検査装置。

【請求項11】

音波の送信及び受信の少なくとも一方を実施するように構成された振動子を備え、音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する音波機能面を有する音波探触子を、前記音波探触子の前記音波機能面に直接又は中間部材を介して接する、エラストマーを含む接触媒質と、前記接触媒質と積層され、ポリマーを含むシート状部材とを備える接触部材を介して、前記シート状部材が被検査体と接触するように配置する工程と、
前記接触部材に対して荷重を加え、前記シート状部材を介して前記接触媒質を前記被検査体に押し付けて接触させる工程と、
前記接触部材を前被検査体に押し付けた状態で、前記音波探触子により前記被検査体の音波による非破壊検査を行う工程と、
前記接触部材に対して荷重を加えた状態で、前記シート状部材を前記被検査体に接触させつつ、前記音波探触子を前記被検査体上を移動させる工程と
を具備する音波検査方法。

【請求項12】

前記シート状部材はポリマーシートを含む、請求項１１に記載の音波検査方法。

【請求項13】

前記シート状部材は、前記ポリマー中を伝播する音波の波長λの１／２５０以上１／２以下の厚さを有する、請求項１１又は請求項１２に記載の音波検査方法。

【請求項14】

前記接触媒質に含まれる前記エラストマーは、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のヤング率を有し、前記シート状部材に含まれる前記ポリマーは、前記エラストマーのヤング率より高く、かつ２０００ＭＰａ以下のヤング率を有する、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の音波検査方法。

【請求項15】

前記非破壊検査を行う工程は、前記音波として用いた超音波を前記音波探触子から前記接触部材を介して前記被検査体に送信する工程と、前記被検査体からの反射波を前記接触部材を介して前記音波探触子で受信する工程とを具備する、請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の音波検査方法。

【請求項16】

音波検査装置の音波探触子に用いられる接触部材であって、
エラストマーを含む接触媒質と、前記接触媒質と積層するように設けられ、ポリマーを含むシート状部材とを具備する接触部材。

【請求項17】

前記シート状部材はポリマーシートを含む、請求項１６に記載の接触部材。

【請求項18】

前記シート状部材は、前記ポリマーシート中を伝播する音波の波長λの１／２５０以上１／２以下の厚さを有する、請求項１６又は請求項１７に記載の接触部材。

【請求項19】

前記接触媒質に含まれる前記エラストマーは、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のヤング率を有し、前記シート状部材に含まれる前記ポリマーは、前記エラストマーのヤング率より高く、かつ２０００ＭＰａ以下のヤング率を有する、請求項１６又は請求項１８のいずれか１項に記載の接触部材。

【請求項20】

前記エラストマーは、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、及びエピクロルヒドリンゴムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１６ないし請求項１９のいずれか１項に記載の接触部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、音波検査装置、音波検査方法、及び接触部材に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波や弾性波等の音波の伝播を用いた音波検査装置は、様々な部材、装置、インフラ等の点検に用いられている。また、超音波検査装置は医療診断等にも利用されている。そのような検査装置に用いられる超音波探触子やＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ等に代表される音波受信機、音波送信機、音波送受信機等の音波検査用探触子を被検査体に設置する場合、被検査体との間で音波伝播を効率よく行うために、探触子の音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する音波機能面と被検査体との間に、グリセリンやワセリン等の液体状又は粘性体状の接触媒質を介在させている。

【0003】

上述した接触媒質は、探触子から被検査体、又は被検査体から探触子に超音波等の音波を効率よく伝達し、試験精度を高める上で重要である。しかし、液体状又は粘性体状の接触媒質を塗布したり、除去したりする工程は煩雑である。このため、検査の時間や工数を増加させる要因となっている。また、検査対象の被検査体によっては、接触媒質で汚染される場合もあり、その場合は検査自体を実施することができない。

【0004】

固体の接触媒質も提案されているが、超音波の伝播は液体状の接触媒質を用いた場合と比較して大きく劣る。これは、探触子の接触媒質と被検査体との間に、音響インピーダンスが大きく異なる空気が介在してしまうためと考えられる。音波検査用接触媒質の設置面と被検査体との間に空気が介在するのを避けるために、粘着性のある固体の接触媒質も提案されている。しかしながら、従来の粘着性のある固体の接触媒質を用いた場合、音波検査用接触媒質の設置面が被検査体に密着し、音波検査用接触媒質を滑らせることができない。そのため、設置位置を微小距離で動かす場合であっても、一度接触媒質と共に探触子を、被検査体から剥がす必要があり、検査工程が煩雑になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－０５３９５６号公報

【特許文献2】特開２０２１－０６７６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、検査時に接触媒質を被検査体と密着させることができ、かつ接触媒質を容易に移動させることをできると共に、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制することを可能にした音波検査装置、音波検査方法、及び接触部材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の音波検査装置は、音波の送信及び受信の少なくとも一方を実施するように構成された振動子を備え、音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する音波機能面を有する音波探触子と、前記音波探触子の前記音波機能面に直接又は中間部材を介して接する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有し、エラストマーを含む接触媒質と、前記第２の面と接するように前記接触媒質と積層され、ポリマーを含むシート状部材とを備える接触部材と、前記接触部材に荷重を印加する荷重機構と具備する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の音波検査装置の構成を示す図である。

【図2】図１に示す音波検査装置における音波探触子を示す断面図である。

【図3】図１に示す音波検査装置における音波探触子と接触部材との組合せの第１の例を拡大して示す断面図である。

【図4】図１に示す音波検査装置における音波探触子と接触部材との組合せの第２の例を拡大して示す断面図である。

【図5】実施形態の音波検査装置の接触部材による反射波振幅幅の測定結果を示す図である。

【図6】実施形態の音波検査装置の接触部材による反射信号のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】実施例１の音波検査装置で得られた信号波形の例を示す図である。

【図8】参考例の音波検査装置で得られた信号波形の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の音波検査装置、音波検査方法、及び音波検査装置用接触部材について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、各部の厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。説明中の上下方向を示す用語は、被検査体の検査面を上とした場合の相対的な方向を示し、重力加速度方向を基準とした現実の方向とは異なる場合がある。

【0010】

図１は実施形態の音波検査装置を示す図である。図１に示す音波検査装置１は垂直型の音波探触子２を有する。音波検査装置１は、例えばパルス反射式の音波探触子２を有し、被検査体内の傷等の検査対象物から戻ってくる音波（反射波）を計測することで探傷等の非破壊検査を行うものである。あるいは、音波探触子２は検査対象物が発生する音波を計測することで探傷等の非破壊検査を行うものである。音波探触子２は、音波の送信及び受信の少なくとも一方の機能を有するものであり、具体例としては超音波送受信機（超音波トランスデューサ）や音波受信機が挙げられる。超音波送受信機の代表例としては、超音波プローブが挙げられる。音波受信機の代表例としては、ＡＥセンサが挙げられる。音波探触子２は音波送信機であってもよい。

【0011】

ここに記載される音波とは、気体、液体、固体を問わず、弾性体を伝播するあらゆる弾性振動波の総称であり、可聴周波数域の音波に限らず、可聴周波数域より高い周波数を有する超音波、及び可聴周波数域より低い周波数を有する低周波音等も含まれる。音波の周波数は特に限定されるものではなく、高周波から低周波まで含まれるものである。実施形態の音波検査装置１において、音波探触子２は音波の送受信面、受信面、送信面等を有する。ここでは、音波探触子２の音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する面を音波機能面と称する。このような音波機能面２ａを音波探触子２は備えている。

【0012】

図１に示す音波検査装置１において、音波探触子２は例えば超音波送受信機としての超音波プローブである。超音波プローブ２は、図２に示すように、超音波探傷用の振動子（圧電体）３と、振動子３の上下両面に設けられた電極４とを有する超音波送受信素子５を備えている。超音波送受信素子５は受波板６上に配置されており、この状態でケース７内に収容されている。超音波送受信素子５の電極４は、ケース７に設けられたコネクタ８と電気的に接続されている。振動子３、超音波送受信素子５、受波板６等には、公知の超音波探触子に用いられる構成材料や構造等を適用することができ、特に限定されるものではない。音波探触子２がＡＥセンサ等の音波受信機である場合、ＡＥ受信用の振動子（圧電体）３を有する音波受信素子が用いられる以外は、超音波プローブと同様な構成が適用される。その場合、ＡＥ受信用の振動子３、音波受信素子、受波板６等には、公知のＡＥセンサに用いられる構成材料や構造等を適用することができる。

【0013】

音波探触子２として超音波プローブを適用した場合、振動子３に電極４から電圧を印加することで、受波板６を介して超音波を発信すると共に、受波板６を介して超音波の反射波を受信する。超音波プローブにおいて、受波板６の超音波送受信素子５と接する面６ａとは反対側の面６ｂが超音波の送信面及び受信面（送受信面）となる。音波探触子２としてＡＥセンサを適用した場合、被検査体内のＡＥによる音波（弾性波）を振動子３が受波板６を介して受信する。ＡＥセンサにおいて、受波板６の音波受信素子と接する面６ａとは反対側の面６ｂが音波の受信面となる。音波探触子２において、超音波送受信素子又は音波受信素子（以下、総称して音波素子と記す場合がある。）５が配置された受波板６の音波素子５と接する面６ａとは反対側の面６ｂが音波の送信面及び受信面の少なくとも一方を構成する（少なくとも一方として機能する）音波機能面２ａとなる。

【0014】

音波探触子２の音波機能面２ａには、音波伝播部として機能する接触部材９が設けられている。接触部材９は、図３に拡大して示すように、エラストマーを含む接触媒質１０と、ポリマーシートを含むシート状部材１１とを備える。ここでは、エラストマーを含む接触媒質１０にポリマーシートを含むシート状部材１１を積層した構造を示しているが、ポリマーシートを含むシート状部材１１はこれに限られるものではなく、シート状の形状を有すればよい。シート状部材１１は、ポリマーを含むシート状部材であればよく、例えばポリマー層であってもよい。ポリマーシートの構成材料は、エラストマーと分離しているものの他に、例えば摺動コーティングによる非粘着処理（非粘着コーティング）等によって、エラストマーに表面処理を施して形成したポリマー層等であってもよい。非粘着処理により形成されたポリマー層は、例えば３０μｍ以上の厚みを有する。シート状部材１１は、いかなる方法で形成して構成されたものであってもよい。

【0015】

接触媒質１０は、音波探触子２の音波機能面２ａに直接又は中間部材を介して接する第１の面１０ａと、第１の面１０ａとは反対側の第２の面１０ｂとを有する。接触媒質１０の第１の面１０ａは、音波探触子２の音波機能面２ａに直接又は中間部材を介して、図示しない接着剤により接着されていてもよい。中間部材としては、高分子材料からなるシューや接合層等が挙げられる。シート状部材１１は、第２の面１０ｂと接するように接触媒質１０と積層された第３の面１１ａと、第３の面１１ａとは反対側の第４の面１１ｂとを有する。シート状部材１１の第３の面１１ａは、接触媒質１０の第２の面１０ｂに、図示しない接着剤により接着されていてもよい。シート状部材１１の第４の面１１ｂは、被検査体（被処理体）Ｘとの接触面を構成している。

【0016】

音波探触子２と接触部材９とは、例えば図４に示すように、音波機能面２ａと第１の面１０ａとの間に配置された接合層１３により接合されていてもよい。接合層１３は、例えば可逆性を有する第１接着層１４、ポリマー層１５、及び第２接着層１６が順に配置された構成を有する。これら各層１４、１５、１６については後に詳述するが、可逆性を有する第１接着層（可逆性接着層）１４を用いることによって、音波探触子２に対する接触部材９の脱着を容易に実施することができる。例えば、被検査体Ｘはバルク状の固体に限らず、粉体の集合体や圧粉体のような場合もある。そのような検査においては、被検査体Ｘとしての粉体が接触部材９に付着するため、接触部材９を交換する必要が生じる場合がある。音波探触子２に対する接触部材９を容易に脱着することによって、粉体の集合体等の被検査体Ｘの検査効率を高めることが可能になる。

【0017】

音波検査装置１は、シート状部材１１の第４の面１１ｂが被検査体Ｘと接するように配置される。音波検査装置１は、音波探触子２上に設けられた荷重負荷治具１２を有している。音波検査装置１においては、まず荷重負荷治具１２を介して音波探触子２に荷重が印加され、さらに音波探触子２を介して接触部材９に荷重が印加される。後述するように、接触媒質１０は接触部材９に印加された荷重によって、シート状部材１１を介して被検査体Ｘと接する。従って、接触媒質１０と被検査体Ｘとの間でシート状部材１１を介して音波を効率よく伝播させることができる。

【0018】

さらに、接触媒質１０の表面１０ｂにドライ接触媒体として設けられた、極薄の非粘着性を有するポリマーシートを含むシート状部材１１によって、荷重負荷治具１２による荷重を取り除くことなく、後述するように被検査体Ｘ上を音波検査装置１を滑らせた状態で移動させることができる。これによって、荷重負荷治具１２による荷重を取り除くことなく、音波検査装置１を被検査体Ｘの次の位置に容易に移動させることができる。接触媒質１０への荷重の印加は、接触媒質１０に力を加える様々な機構により実施することができる。例えば、ステッピングモータやＡＣサーボモータを用いた電動アクチュエータ、油圧や空圧を利用したアクチュエータ等の機構によって、接触媒質１０に荷重を加えることができる。アクチュエータ等と荷重負荷治具１２とは、荷重機構を構成している。

【0019】

荷重負荷治具１２により接触部材９に荷重が印加された状態においては、少なくともエラストマーを含む接触媒質１０の変形特性、すなわち超低弾性率、可逆的大変形、粘弾性等によって、接触媒質１０が被検査体Ｘの表面の凹凸等に追従するように変形する。このような印加荷重による接触媒質１０の変形によって、接触媒質１０はシート状部材１１を介して被検査体Ｘと密接した状態が得られる。粘着性のあるエラストマーは、液体の接触媒体と同様に超音波等の音波を良好に伝播させることができる。従って、接触媒質１０がシート状部材１１を介して被検査体Ｘと密接した状態とすることによって、荷重の印加時に接触媒質１０と被検査体Ｘとの間でシート状部材１１を介して音波を効率よく伝播させることができる。極薄の非粘着性を有するポリマーシートを含むシート状部材１１は、後述するように、超音波等の音波の伝播性を損なうことなく、被検査体Ｘとの粘着状態を阻害する。これらによって、音波検査装置１による被検査体Ｘの非破壊検査精度の向上と音波検査装置１の被検査体Ｘ上における移動性とを両立させることが可能となる。

【0020】

エラストマーの摩擦力を測定すると、他の材料と比較して圧倒的に大きく、場合によっては１を超えるような摩擦が観測されることがある。この大きな摩擦力の起源は、エラストマーの被検査体Ｘへの密着に起因するもので、変形により接触面積が極めて大きくなるために観測される現象である。金属のような硬質材料同士を接触させようとしても、接触面の極一部である粗さ、具体的には微小突起の先端のみが接触するに留まる。しかし、エラストマーのように弾性率が低い場合、同じ荷重でも変形能が大きいために密着力が増すことになる。このように、エラストマーはシート状部材１１を介した被検査体Ｘとの実質的な（微視的な）接触面積が大きいため、超音波をよく通すことができる。ただし、超音波を通しやすいものほど、摩擦力が大きく剥がしづらくなってしまう。そこで、接触部材９においては、図３及び図４に示すように、接触媒質１０の表面１０ｂにシート状部材１１を設けており、これにより荷重時の移動を容易にしている。

【0021】

接触媒質１０として用いるエラストマーには、熱硬化性エラストマーと熱可塑性エラストマーとがあるが、実施形態の音波検査装置１にはどちらも使用することができる。熱可塑性エラストマーとは、弾性率の温度依存性が異なる２種類以上のポリマーの共重合体である。実施形態の音波検査装置１に用いられるエラストマーは、所定の粘弾性を有し、対象物の表面形状に沿って密接することができるため、水や油類等の他の接触媒質と比べて周囲を汚染することがなく、また固体であるために取り除きも容易であり、再利用も可能である。接触媒質１０を被検査体Ｘに押し付けることで、接触部材９と被検査体Ｘとの間に介在する空気層を排除するためには、エラストマーのヤング率（弾性定数）は０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましい。

【0022】

接触媒質１０を構成するエラストマーのヤング率が１０ＭＰａを超えると、被検査体Ｘの表面への追従性や空気層の排除性が低下する。エラストマーのヤング率が０．１ＭＰａ未満であると、接触媒質１０に荷重を加えたときの形状維持能等が低下する。材料の塑性が開始する応力である降伏応力は大きいことが望ましく、２ＭＰａ以上がさらに好ましく、２０ＭＰａ以上であることが望ましい。エラストマーの引張り強度も大きいほうが好ましく、２ＭＰａ以上が好ましい。接触媒質１０を構成するエラストマーの厚さは１０ｍｍ以下が好ましい。接触媒質１０を構成するエラストマーの音響インピーダンスやヤング率により適した厚さは異なるものの、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度の厚さを有するときに、超音波等の伝搬性能を高くすることができる。

【0023】

接触媒質１０を構成する熱可塑性エラストマーとしては、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＢＣ、ＴＰＳ）、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶＣ）、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ、ＴＰＣ）、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。熱硬化性エラストマーとしては、ジエン系ゴムに分類されるスチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、非ジエン系ゴムに分類されるイソブチレン・イソプレンゴム（ＩＩＲ）のようなブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等が挙げられる。その他のゴムとしては、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、多硫化ゴム（Ｔ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ、ＥＣＯ）等が挙げられる。耐熱性、耐摩耗性、耐油性、耐薬品性等、それぞれの材料により特徴を有することから、検査対象によって適宜選択することが好ましい。用途によっては、複数のエラストマーを混合して用いてもよい。音波の透過を妨げない大きさ、すなわち概ね直径２００μｍ以下の添加物が混合されていてもよい。

【0024】

接触媒質１０を構成するエラストマーは、耐熱性に優れる、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、イソブチレン・イソプレンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、及びエピクロルヒドリンゴムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むことがより好ましい。

【0025】

シート状部材１１を構成するポリマーには、接触媒質１０を構成するエラストマーよりヤング率が大きい材料が用いられ、例えばポリエステル、ポリエチレンやポリプロピン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリ塩化ビニリデン等からなるシート状部材が使用される。このような非粘着性のポリマーシートをシート状部材１１として接触媒質１０の表面に積層することによって、接触媒質１０への荷重を取り除くことなく、被検査体Ｘ上を音波検査装置１を滑らせた状態で移動させることができる。ここで述べる非粘着性とは、媒質を検査対象に接触させた際に、検査対象に対して媒質を垂直に移動させると検査対象から容易に剥がれる状態であることを指す。ポリマーのヤング率は、滑り性を高める上で１００ＭＰａ以上であることがより好ましい。ポリマーのヤング率は、被検査体Ｘの表面凹凸等への追従性を高める上で２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。

【0026】

図５に、音波探触子２の音波機能面２ａにエラストマーを含む接触媒質１０及びポリマーシートを含むシート状部材１１を設けた場合と、音波探触子２の音波機能面２ａにエラストマーを含む接触媒質１０のみを設けた場合とにおいて、音波探触子２から被検査体Ｘに超音波を照射した際の反射波の振幅を測定した結果を示す。ここで用いたエラストマー部材及びポリマーシートについては、後述の実施例１で詳述する。図５に示すように、エラストマーとポリマーシートとを積層して使用することで、エラストマーのみの場合に比べて、若干反射波振幅が低下するものの、ある程度の荷重を印加した状態において、音波検査装置１として実用的な反射波振幅が得られることが分かる。

【0027】

シート状部材１１を構成するポリマーシートは、シート中を伝播する音波の波長λの１／２５０以上１／２以下の厚さを有することが好ましい。このような厚さを有するポリマーシートを用いることによって、接触媒質１０及びシート状部材１１を有する接触部材９を介して音波探触子２と被検査体Ｘとの間で超音波等を良好に伝播することができる。図６に２．２５ＭＨｚにおけるポリマーシート内の波長λに対するポリマーシートの厚さｄの比（ｄ／λ）を０から１まで１／８ずつ変化させた際の反射信号のシミュレーション結果を示す。図６に示すように、ポリマーシートがｄ／λ比が１／２以下を満足する厚さｄを有することによって、超音波等による検知性能を高めることができる。

【0028】

ポリマーシートの構成材料による違いがあるものの、ポリマーシート内の音速はおおむね１８００ｍ／ｓから２５００ｍ／ｓ前後である。非破壊検査においては、主に１ＭＨｚ以上の周波数の音波が使用される。周波数が１ＭＨｚの場合、音速が２５００ｍ／ｓではポリマーシート内の波長λは２．５ｍｍであるため、１０μｍは波長の約１／２５０である。実用上において、ポリマーシートの厚さが１０μｍ未満であると、被検査体Ｘの表面状態によっては被検査体Ｘの微小な凹凸により破損しやすくなるおそれがある。ポリマーシートの具体的な厚さは１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、このような厚さを有するポリマーシートを使用することによって、検査時に被検査体Ｘの表面凹凸等に追従させた上で、接触媒質１０への荷重を取り除くことなく、被検査体Ｘ上を音波検査装置１を滑らせた状態で移動させることができる。

【0029】

上述したように、実施形態の音波検査装置１においては、音波探触子２の音波機能面２ａにエラストマーを含む接触媒質１０及びポリマーシートを含むシート状部材１１を接触部材９として設けている。接触部材９のうち、荷重が印加された際にエラストマーを含む接触媒質１０が被検査体Ｘに対して密接した状態となるため、音波探触子２と被検査体Ｘとの間で超音波等の音波を良好に伝播することできる。従って、音波検査装置１による非破壊検査の精度を高めることが可能になる。さらに、接触媒質１０の表面にシート状部材１１として設けられたポリマーシートは、超音波等の伝播性を損ねないため、非破壊検査精度を損ねることがない。その上で、ポリマーシートを被検査体Ｘへのドライ接触媒体として用いることによって、接触媒質１０への荷重を取り除くことなく、被検査体Ｘ上を音波検査装置１を滑らせた状態で移動させることができる。これによって、音波検査装置１を移動させる際に、荷重を取り除くために必要な時間や工数を削減することができる。従って、音波検査装置１による検査工程の効率化を図ることが可能になる。

【0030】

図４に示す接合層において、可逆性を有する第１接着層（可逆性接着層）１４は、例えば感温性粘着剤、光照射硬化剤、加熱発泡剤、熱膨張剤、及び光構造変化剤のいずれかを含むことによって、刺激・環境の変化による接着力の変化を起こすものである。このような可逆性接着層１４を設けることによって、接触部材９は所望のときに、光照射や温度変化等を用いることで、速やかに音波探触子２から取り外すことができる。ポリマー層１５及び第２接着層１６は、可逆接着層１４と接触媒質１０との間に設けられ、これら両者を一体化する場合に必要となることがあり、必要に応じて設けられる。

【0031】

可逆性接着層１４は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有することが好ましい。可逆性接着層の例として、低温で接着性が低下する感温性粘着層が挙げられる。感温性粘着層は、側鎖結晶性ポリマーを主成分として含有しており、側鎖結晶性ポリマーの融点未満の温度に冷却されると、側鎖結晶性ポリマーが結晶化することにより粘着力が低下する粘着層である。側鎖結晶性ポリマーとしては、例えば側鎖結晶性の各種メタクリル樹脂が用いられる。

【0032】

可逆性接着層１４の他の例として、高温で接着性が低下する感温性粘着層が挙げられる。感温性粘着層としては、側鎖結晶性ポリマー及び発泡剤を含有するものが知られている。感温性粘着層は、側鎖結晶性ポリマーを主成分として含有し、発泡剤を側鎖結晶性ポリマー１００重量部に対して１～６０重量部の割合で含有する。これによって、感温性粘着層を発泡剤の発泡温度以上の温度に加熱すると、側鎖結晶性ポリマーが流動性を示すようになり、粘着層の凝集力が低下すると共に、発泡剤が発泡して膨らむことによって、簡単に接触部材９を音波探触子２から取り外すことができる。

【0033】

側鎖結晶性ポリマーの例としては、メタクリレート系樹脂が挙げられる。発泡剤としては、化学発泡剤や物理発泡剤が使用可能である。化学発泡剤には、熱分解型および反応型の有機系発泡剤ならびに無機系発泡剤が包含される。熱分解型の有機系発泡剤としては、例えば各種のアゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体等が挙げられる。反応型の有機系発泡剤としては、例えばイソシアネート化合物等が挙げられる。熱分解型の無機系発泡剤としては、例えば重炭酸塩、炭酸塩等が挙げられる。他の発泡剤としては、市販されているマイクロカプセル化された熱膨張性微粒子を用いることができる。発泡剤の平均粒径は、５～５０μｍであることが好ましい。

【0034】

可逆性接着層１４のさらに他の例としては、光硬化剥離層が挙げられる。光硬化剥離層は、例えば側鎖結晶性ブロック共重合体であるメタクリルポリマー１００重量部と、光重合開始剤０．１～２重量部とを含有する。さらに、光重合開始剤の１種を単独で用いてもよいし、２種以上の光重合開始剤を併用してもよい。

【0035】

ポリマー層１５は、フィルム状であることが好ましい。フィルム状とは、フィルムのみに限定されるものではなく、実施形態の効果を損なわない限りにおいて、フィルムないしシート等を含む概念である。 ポリマー層１５の構成材料としては、例えばポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンポリプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂が挙げられる。
ポリマー層１５は、単層体又は複層体のいずれであってもよく、その厚さは５～２５０μｍであることが好ましい。ポリマー層１５には、第２接着層１６との密着性を高めるために、例えばコロナ放電処理、プラズマ処理、ブラスト処理、ケミカルエッチング処理、プライマー処理等の表面処理を施してもよい。

【0036】

第２接着層１６は、ポリマー層１５とエラストマーを含む接触媒質１０とを接着するために設けられる。第２接着層１６としては、例えばゴム系溶剤形接着剤を用いることができる。ゴム系溶剤形接着剤には、ＳＢＳ（スチレン－ブタジエン－スチレン）樹脂系接着剤やクロロプレンゴム系接着剤を用いることができる。接着の際に、例えばコロナ放電処理、プラズマ処理、ブラスト処理、ケミカルエッチング処理、プライマー処理等の表面処理を施すことができる。

【実施例0037】

以下、実施例およびその評価結果について述べる。

【0038】

（実施例１、比較例１）
まず、周波数２．２５ＭＨｚの超音波探触子を用意した。エラストマー部材としては、スチレン・ブタジエンエラストマー（プロセスオイルを含有、硬度 ＪＩＳタイプＥが４、実験条件での音速１３５０ｍ／ｓ）を用意した。エラストマー部材の厚さは１ｍｍである。ポリマーシートＡとしては、ポリ塩化ビニリデンシート（ヤング率：３５０～５６０ＭＰａ、実験条件での音速：１９６０ｍ／ｓ）を用意した。ポリマーシートＡの厚さはシート内の波長の１／１００に相当する１０μｍである。

【0039】

ポリマーシートＡを極薄のＳＢＳ接着剤でエラストマー部材に接着した。ポリマーシートＡの接着面とは反対側の面に、極薄のＳＢＳ接着剤により厚さ２０μｍのポリマー層（ＰＥＴシート）を接着した。ＰＥＴシートを、可逆性接着層を介して、超音波探触子の超音波送受信面に積層した。このようにして、超音波探触子に対して、可逆性接着層、ポリマー層、接着層、エラストマー部材、及びポリマーシートＡを順に積層した。この際に用いた可逆性接着層は、高温で接着性が低下する感温性粘着層であり、ポリメタクリレート系樹脂１００重量部にマイクロカプセル化された熱膨張性微粒子（日本フィライト会社製、エクスパンセル（登録商標））１０重量部を混合した厚さ３０μｍの層を用いた。

【0040】

最初に、せん断引張試験を実施して、自重のみでそれ以上に荷重をかけない状態で探触子を移動できるかを調べた。上記超音波探触子にロードセルを接続し、表面粗さＲｚが３２μｍのステンレス板上に載せ、そのステンレス板を低速移動させて、静摩擦係数を測定した。比較例１として、ポリマーシートを貼り付けていないエラストマー部材のみについても測定を行った。その結果、ポリマーシートを設けていない場合には、静摩擦係数が極めて大きく、超音波探触子を移動させるのが困難であるが、ポリマーシートを設置した場合には静摩擦係数が一様に小さくなり、移動させることが可能であることが分かった。

【0041】

次に、超音波探傷試験を実施した。長さ３００ｍｍの炭素鋼ブロックを用意した。超音波を投射する面の表面粗さＲｚは１８μｍとし、超音波が跳ね返ってくる面の表面粗さＲｚは１．６μｍとした。２．２５ＭＨｚの垂直超音波探触子に荷重を印加して、炭素鋼ブロックに押し付けて探傷試験を行った。比較例１としてエラストマー部材のみを設置した超音波探触子について探傷試験を行った。図５に荷重と反射波振幅の関係の一例を示す。この実験条件においては、エラストマーのみの場合、無荷重（０ＭＰａ）であっても反射波振幅が得られたが、ポリマーシートＡがある場合、荷重を０．０１５ＭＰａ以上とすることで、エラストマー部材のみの信号の約１／１０の振幅が得られた。この程度であれば探傷試験装置のゲイン調整により探傷は十分に可能である。

【0042】

図７に実施例１の超音波探触子による信号波形を示す。図７の点線の楕円で囲まれた部分に示すように、信号波形が明瞭に得られており、超音波探触子の性能が発揮されていることが分かる。さらに、アクチュエータにより荷重を印加したまま炭素鋼ブロック上の移動を試行したところ、振幅を保持したまま、容易に移動させることが可能であるが確認された。試験を行った後、接触部材をドライヤーで加熱したところ、温度が１２０℃に到達した際に、超音波探触子から接触部材が剥離した。容易に接触部材を交換可能であった。

【0043】

（参考例１）
ポリマーシートＢとしてポリイミドシート（ヤング率：２１００ＭＰａ、実験条件での音速：２４５０ｍ／ｓ）を用意した。ポリマーシートＢの厚さは１２．５μｍであり、これはシート内の波長の１／１００に相当する。実施例１と同じ超音波探触子及びエラストマー部材とポリマーシートＢを使用し、実施例１と同様に超音波探触子にエラストマー部材及びポリマーシートＢを積層した。実施例１と同様のせん断引張試験では、ポリマーシートＢでも静摩擦係数は一様に小さく、移動させることが可能であることが分かった。

【0044】

次に、実施例１と同一条件で、超音波探傷試験を実施した。図８にポリマーシートＢを用いた場合の探傷結果を示す。図７に示したように、ポリマーシートＡでは反射信号が明瞭に観測されていたのに対し、ポリマーシートＢではエラストマー部材とポリマーシートＢの間で多重反射が発生し、観測結果が十分ではないことが分かった。これはポリマーシートＢのヤング率が大きく、炭素鋼ブロックの表面粗さの凹凸に追随できず、それらの間に空気層が生じたためと考えられる。従って、ポリマーシートのヤング率は２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。

【0045】

なお、ポリマーシートの構成材料は、エラストマーと分離しているもののほかに、例えば摺動コーティングによる非粘着処理（非粘着処理は例えば３０μｍ以上の厚みを要する）等によって、エラストマーに表面処理を施して形成したものであってもよく、同様な効果が得られる。ポリマーシートはいかなる方法で形成して構成されるものであってもよい。さらに、超音波探触子とエラストマー部材、エラストマー部材とポリマーシートとの間には接着層が存在されていてもよい

【0046】

（比較例２）
実施例１と同じ超音波探触子に対してポリマーシートＡのみを配置した構成で、実施例１と同一条件で超音波探傷試験を実施した。最大０．５ＭＰａまで荷重を印加したが、探傷信号は全く得られなかった。

【0047】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１…音波検査装置、２…音波探触子、３…振動子、５…音波素子、６…受波板、９…接触部材、１０…接触媒質、１１…シート状部材、１２…荷重負荷治具、１３…接合層、１４…可逆性の第１接着層、１５…ポリマー層、１６…第２接着層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】