偏向横波用電磁超音波トランスデューサ

【課題】安定性、品質の均一化、精密・小型化、製作時間の短縮そして理想的な平行コイルによる高機能化（Ｓ／Ｎ比の改善）を図った偏向横波用電磁超音波トランスデューサを提供すること。
【解決手段】絶縁シート２１−１の両面に形成した導電性材料からなる渦巻状コイル２１−２、２１−３を該絶縁シート２１−１を介在して両渦巻状コイル２１−２、２１−３が互いに対向一致するように配置した平面渦巻コイルを具備する偏向横波用電磁超音波トランスデューサ。また、絶縁シート２１−１の両面に配置した渦巻状コイル２１−２、２１−３のうち一方は電磁超音波を発生し、他方は検知作用を有し、それぞれ独立していて、該渦巻状のコイルの端部にはスルーホール２２を介して他方の面に通じ外部リード線と接続し、他方の端部はアース部を共通にするように接続する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電材料の表面及び内部の傷の検出、残留応力の検出、材料特性（弾性係数、減衰係数）の測定、荷重、熱等による材料内部の損傷、劣化を検出する偏向横波用電磁超音波トランスデューサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は電磁超音波トランスデューサの計測原理を説明するための図である。電磁超音波トランスデューサは導電性材料（被測定物）２の表面にスペーサ３ａを介在させて互いに磁気方向の異なる永久磁石３、３を配置し、該永久磁石３、３の下部に配置した渦巻状の平面コイル５を配置した構成である。なお、永久磁石３、３の代りに同様な磁界を形成する電磁石でも良い。
【０００３】永久磁石３は導電性材料２の深さ方向に静磁場４を形成し、平面コイル５にコントローラ１８から高周波電流７を流すと、導電性材料２の表面にその電流７と逆向きの渦電流８が発生し、この渦電流８と静磁場４の相互作用。所謂フレミングの左手の法則により、ローレンツ力９が発生し、導電性材料２の内部の自由電子に働き、イオンなどに衝突し、静磁場４と高周波電流７の方向に垂直な運動を導電性材料２の内部に励起させ、超音波の横波１０を発生させる。
【０００４】上記超音波の横波１０が矢印１１の方向に進行し、導電性材料２の表面や内部の傷、欠陥、結晶粒界、組織変化等、端面で反射し矢印１２に示すように進み表面近傍に達すると、力１３が発生し、この力１３と静磁場４との相互作用により渦電流１４を発生する。この渦電流１４を平面コイル５により検出し、プリアンプ１６で増幅し、更に主アンプ１７で増幅し、コントローラ１８に送る。該コントローラ１８はこれを解析し、導電性材料２の内部の傷、欠陥、結晶粒界、組織変化等を計測する。
【０００５】図４は従来の偏向横波用電磁超音波トランスデューサの概略構成を示す図である。平面コイル４１には２本のエナメル線を相隣あうように手巻きし樹脂で固めたものを用い、０．１ｍｍ程度の保護フィルム４２を平面コイル４１（送信用コイル４１ａ、受信用コイル４１ｂ）に接着することにより、強磁性体の被測定物（図示せず）の計測時の永久磁石４３と該被測定物（図示せず）の間の磁力により、設置時の平面コイル４１の損傷を防ぐようにしている。なお、図４（ａ）は偏向横波用電磁超音波トランスデューサの平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、４３ａは互いに磁気方向の異なる永久磁石４３と４３の間に介在するスペースである。
【０００６】また、従来の電磁超音波発生検出コイルとしては、例えば特開昭５３−１０７８号公報に開示するように、２重渦巻状コイルを絶縁板の両側に設け、送信用コイルと受信用コイルを分けているもの、特開昭６２−２７７５５５号公報に開示するように、平行型コイルを片面に設け、送受信を１つのコイルで行なうようにしたもの、特開昭５３−２３０６６号公報に開示するように、平行型コイルを印刷技術を用いて８字状（向きの異なるコイルが２つ配置されている）に片面に設けたものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来構成の偏向横波用電磁超音波トランスデューサにおいては、上記のように設置時の平面コイル４１の損傷を防ぐため、保護フィルム４２を平面コイル４１に接着する必要があった。また、受信用コイル４１と送信用コイルを同一平面に隣合うように配置されているため平面コイル４１が大型化し、小型化できないという問題があった。また、平面コイル４１はエナメル線を手巻きするので、線間のばらつきによりトランスデューサの性能にばらつきが生じ、安定した品質が得られなかった。さらに外形寸法も大きくなるという問題もあった。
【０００８】また、特開昭５３−１０７８号公報に開示したものは、コイルを送信用と受信用に分けているが、接続で２つのコイルのアース部を共通していないため、Ｓ／Ｎ比が悪く、且つゲインも劣る。
【０００９】また、特開昭６２−２７７５５５号公報に開示したものは、平行型コイルを片面に設け、送受信を１つのコイルで行なうようにしているため、Ｓ／Ｎ比が悪く、且つゲインも劣る。
【００１０】また、特開昭５３−２３０６６号公報に開示したものは、片面に平行型コイルを印刷技術を用いて８字状に設けているため、寸法が大きくなり、また接続で２つのコイルのアース部を共通していないため、Ｓ／Ｎ比が悪く、且つゲインも劣る。
【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、トランスデューサの性能向上、品質の安定、精密・小型化を図った偏向横波用電磁超音波トランスデューサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、絶縁シートの両面に形成した導電性材料からなる渦巻状コイルを該絶縁シートを介在して両渦巻状コイルが互いに対向一致するように配置した平面渦巻コイルを具備することを特徴とする。
【００１３】また、請求項２に記載の発明は請求項１に記載の発明において、絶縁シートの両面に配置した渦巻状コイルのうち一方は電磁的作用によって超音波を発生し、他方は検知作用を有し、それぞれ独立していて、該渦巻状のコイルの一方の端部にはスルーホールを介して他方の面に通じ、外部リード線と接続し、他方の端部はアース部を共通にするように接続することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の偏向横波用電磁超音波トランスデューサの平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本偏向横波用電磁超音波トランスデューサは永久磁石（又は電磁石）２０と平面渦巻コイル２１を具備する構成である。平面渦巻コイル２１は絶縁シート２１−１の両面にエッチング又は印刷技術を用いて形成した導電性材料からなる渦巻状コイル２１−２と渦巻状コイル２１−３を該絶縁シート２１−１を介在して互いに対向一致する（重なり合う）ように配置し、更に渦巻状コイル２１−２の面と渦巻状コイル２１−３の面に耐熱性で且つ絶縁性の接着材で絶縁シート２１−６、２１−６を接着した構造である。
【００１５】渦巻状コイル２１−２及び渦巻状コイル２１−３のいずれか一方は電磁超音波を発する送信用で、他方は検知作用を有する受信用になっている。どちらが上面にくるかは決まっていないが、電磁超音波トランスデューサは、送信より受信特性の方が優れているので、通常、送信面が被計測材料側に位置することが多い。
【００１６】次に、上記構成の偏向横波用電磁超音波トランスデューサの製造方法を図２に基づいて説明する。先ず、図２の（１）に示すように、所定の外形寸法に切断した厚さ２５μｍ程度の耐熱性のある絶縁シート（例えばポリイミド系の樹脂シート）２１−６に厚さ１８〜７５μｍ程度の銅箔２１−４を接着材で接着したものを２枚用意する。
【００１７】次に、図２の（２）に示すように、銅箔２１−４をエッチング処理して渦巻き状に形成し渦巻状コイル２１−２、２１−３のパターンを形成する。なお、該パターンは回路印刷技術を用いて形成しても良いことは当然である。
【００１８】次に、図２の（３）に示すように、渦巻状コイル２１−２、２１−３のパターンが形成された絶縁シート２１−６のパターン形成側の面に耐熱性の接着材２１−５を塗布する。この接着材２１−５は後述する絶縁シートを接着するだけでなく、渦巻状コイル２１−２、２１−３の隣合うパターン（線）間の絶縁材としての役割も果たす。
【００１９】次に、図２の（４）に示すように、耐熱性のある絶縁シート２１−１を渦巻状コイル２１−２、２１−３の上面に接着する。
【００２０】次に、図２の（５）に示すように、絶縁シート２１−１の上面に接着材２１−５を塗布する。
【００２１】次に、図２の（６）に示すように、同図の（２）で作成した渦巻状コイル２１−２又は２１−３のパターンが形成された絶縁シート２１−６を同図の（５）で作成した絶縁シート２１−１の上の接着材２１−５に接着して平面渦巻きコイル２１が完成する。なお、渦巻状コイル２１−２及び２１−３の一方の端部はスルーホール２２により絶縁シート２１−６を通して他方の面に通じ外部リード線と接続し、他方の端部はアース部を共通にするように接続する（図１参照）。
【００２２】上記製造方法に基づいて、図１に示す構成の偏向横波用電磁超音波トランスデューサに用いる平面渦巻コイルを製作した。寸法例は下記の通りである。絶縁シート２１−１の外形寸法は長さＬ＝４０ｍｍ、幅Ｗ＝２５ｍｍ、厚さＨ＝０．０２５ｍｍである。該絶縁シート２１−１の両面に幅Ｗ１＝０．１ｍｍ、間隔Ｌ１＝０．１ｍｍ、厚さＨ１＝０．０１８ｍｍ、巻回数４４の渦巻状コイル２１−２及び２１−３を形成した。該渦巻状コイル２１−２及び２１−３の抵抗値は５０Ω、インダクタンス４０μＨで、実用上十分な感度を有するトランスデューサの平面渦巻コイル２１が得られる。
【００２３】偏向横波用電磁超音波トランスデューサに図１に示すような構成を採用することにより、下記のような優れた作用効果が得られる。
【００２４】第１に、絶縁シート２１−１は数十ミクロン程度の例えばポリイミド系の耐熱性絶縁シートであり、該絶縁シート２１−１を挟んで受信用コイルとなる渦巻状コイル２１−２又は２１−３と受信用コイルとなる渦巻状コイル２１−３又は２１−２は対向一致する（重なり合う）位置にあるので、送信した波（超音波の横波）の反射波を同じ位置で捕らえることができ、精度のよい計測が可能である。
【００２５】第２に、渦巻状コイル２１−２及び２１−３のコイル間隔Ｌ１が精度良く作成されるので、安定した超音波の受信が可能となる。
【００２６】第３に、絶縁シート２１−６の接着に絶縁性の接着材２１−５を用いることにより、渦巻状コイル２１−２及び２１−３のコイル間の絶縁も可能となり、計測時１０００Ｖ前後の電圧に耐え得ることが可能になる。
【００２７】第４に、従来の渦巻状コイルにエナメル線等の被覆銅線を手巻したものに比較し、両面にコイルを配置することにより、小型化、精密化が可能になると共に、絶縁シート２１−６が保護フィルムの役割を兼ねることができる。
【００２８】第５に、スルーホール２２を介して、反対面でリード線との接合部とすることにより、被測定物と渦巻状コイル２１−２又は２１−３の間に凹凸をなくすることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
（１）絶縁シートの両面に導電性材料からなる渦巻状コイルを該絶縁シートを介在して両渦巻状コイルが互いに対向一致するように配置し、いずれか一方を受信用、他方を送信用とするので、従来のように同一平面に隣合って受信用コイルと送信用コイルとを配置するのに比較し、渦巻コイルの小型化が可能になる。
【００３０】（２）また、絶縁シートの両面に配置した渦巻状コイルの一方の渦巻状コイルを送信用とし、他方の渦巻状コイルを受信用とし、アース部を共通にするように両渦巻状コイルの端部を接続するので、手作りでは製作できない性能の向上、安定性、品質の均一化、小型・精密化、製作時間の短縮そして理想的な平行コイルによる高機能化（Ｓ／Ｎ比の改善）が可能になるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏向横波用電磁超音波トランスデューサの概略構成を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の偏向横波用電磁超音波トランスデューサの平面渦巻コイルの製造方法を説明する図である。
【図３】電磁超音波トランスデューサの計測原理を説明するための図である。
【図４】従来の偏向横波用電磁超音波トランスデューサの概略構成を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
２０永久磁石（又は電磁石）
２１平面渦巻コイル
２１−１絶縁シート
２１−２渦巻状コイル
２１−３渦巻状コイル
２１−４銅箔
２１−５接着材
２１−６絶縁シート

【特許請求の範囲】
【請求項１】絶縁シートの両面に形成した導電性材料からなる渦巻状コイルを該絶縁シートを介在して両渦巻状コイルが互いに対向一致するように配置した平面渦巻コイルを具備することを特徴とする偏向横波用電磁超音波トランスデューサ。
【請求項２】前記絶縁シートの両面に配置した渦巻状コイルのうち一方は電磁的作用によって超音波を発生し、他方は検知作用を有し、それぞれ独立していて、該渦巻状のコイルの一方の端部にはスルーホールを介して他方の面に通じ、外部リード線と接続し、他方の端部はアース部を共通にするように接続することを特徴とする請求項１に記載の偏向横波用電磁超音波トランスデューサ。

【図３】