超音波映像装置用探触子

【課題】探触子を高速に走査させても気泡の発生を低減することができ、探触子の走査速度の高速性と測定画像の信頼性とを向上し、測定時間の短縮を実現し、高画質の測定画像を得ることができる超音波映像装置用探触子を提供する。
【解決手段】この超音波映像装置用探触子は、試料が配置された液体媒質である水１１に浸かり、試料の測定表面を走査するように移動する探触子１２であって、当該探触子１２の周囲に水を整流する羽板部材１１等の整流手段を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波映像装置用探触子に関し、特に、媒質中での高速走査に好適な超音波映像装置用探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種材料の内部欠陥等を検出し評価するための検査装置として超音波映像装置が知られている。超音波映像装置の一例を図１４に示す（例えば、特許文献１参照）。超音波映像装置１０１は、試料１０２を、水槽１０３に溜めた水（液体の媒質）１０４の中に置き、探触子１０５から出射される超音波１０６を媒質１０４を介して試料１０２の中に入射する。探触子１０５は３軸ステージ１０７に支持されており、試料１０２の測定表面（ＸＹ平面）を走査できるように設けられている。試料１０２の中で反射して戻ってくる超音波は探触子１０５で受信され、電気信号に変換される。当該電気信号は探傷器１０８に入力され、ここで信号処理が行われる。コンピュータで構成される制御装置１０９は３軸ステージ１０７と探傷器１０８の動作を制御し、試料１０２の測定表面の各測定点で得られた反射信号に基づいて探傷映像を作成し、表示装置（ＣＲＴ）１１０に表示する。図示した超音波映像装置１０１による測定方法は、探触子１０５によって送受信を行う反射型測定方法である。
【特許文献１】特開２００３−１８５６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超音波映像装置１０１で試料１０２の測定平面すなわちＸＹ平面を走査するときには、一般的に、探触子１０５はＹ軸方向に移動しながらＸ軸方向に往復走査を行う。全体の測定時間の短縮を図るためには、探触子１０５を高速で走査させる必要があるが、従来装置の構成では探触子１０５を高速走査させると媒質１０４中に泡が発生してしまい、精度の高い測定を行うことができない。
【０００４】
泡が発生する原因は主に２つあり、図１５を参照して発生原因を説明する。第１の発生原因を図１５の（Ａ）に示す。この原因によれば、探触子１０５が軸方向に媒質（水）１０４中を矢印１１１のごとく移動した際、進行方向と逆方向に負圧が発生し、これにより水面が下がる現象が発生する。水面１０４ａが探触子１０５の下縁まで下がると、そこから気泡１２１が発生する。
【０００５】
第２の発生原因を図１５の（Ｂ）に示す。探触子１０５はＸ軸方向に往復運動を行っているため、往復運動の端で移動方向を矢印１１２のごとく変更する。その際に、探触子１０５の走査方向の反対側に生じていた、下がった水面部により形成される空間１２２が、走査方向を反転する際に高速でつぶされ、これによって媒質１０４中に気泡１２１が発生する。
【０００６】
気泡１２１の発生のしやすさは、探触子１０５の太さ、走査のスピード、探触子１０５が媒質１０４に浸かっている深さ、走査範囲などの影響を受ける。
【０００７】
上記のごとく媒質１０４中に発生した気泡は、例えば図１５の（Ｃ）の気泡１２１ａに示すごとく、矢印１１３の方向に走査中の探触子１０５から発せられる超音波の経路を遮断することがある。このような場合には、遮断された場所において信号が欠落した画像となる。さらに気泡１２１ｂのごとく探触子１０５の超音波発生部である凹面レンズ内に留まり、妨害を継続することもある。このような場合には、走査線状に信号が欠落した画像になる。以上の気泡の発生は探触子が高速で走査を行うほど顕著になる。製品検査において、走査時間の短縮と画像の信頼性の向上は共に重要な要素な要素である。以上により本発明の課題は、超音波映像装置による測定で、探触子が高速に走査移動を行っても気泡の発生を抑制し、測定時間の短縮と高い精度の画像を得ることを可能にしようとするものである。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、探触子を高速に走査させても気泡の発生を低減することができ、探触子の走査速度の高速性と測定画像の信頼性とを向上し、測定時間の短縮を実現し、高画質の測定画像を得ることができる超音波映像装置用探触子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る超音波映像装置用探触子は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】
第１の超音波映像装置用探触子（請求項１に対応）は、試料が配置された液体媒質内に浸かり、試料の測定表面を走査するように移動する探触子であって、当該探触子の周囲に水等の液体媒質を整流する整流手段を備えることで特徴づけられる。
【００１１】
上記探触子によれば、液体媒質に浸かった状態で移動させられても、整流手段で液体媒質を整流し、探触子の超音波発生部の近傍で気泡が発生するのを防止することが可能となる。
【００１２】
第２の超音波映像装置用探触子（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記整流手段は、液体媒質の面に平行に配置され、着脱自在構造を有する羽板部材であることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、羽板部材の上側では気泡が生じるが、その下側では気泡の発生を抑制することができる。
【００１４】
第３の超音波映像装置用探触子（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記整流手段は、液体媒質の面に平行に配置され、遊嵌構造で取り付けられる羽板部材であることを特徴とする。
【００１５】
第４の超音波映像装置用探触子（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記整流手段は、液体媒質の面に実質的に平行に配置され、捩り形状を有する羽板部材であることを特徴とする。
【００１６】
第５の超音波映像装置用探触子（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記整流手段は、液体媒質の面に実質的に平行な方向で多層構造を有することを特徴とする。
【００１７】
第６の超音波映像装置用探触子（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記整流手段は、液体媒質の面に実質的に直角な方向に配置されることで特徴づけられる。
【００１８】
第７の超音波映像装置用探触子（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記整流手段は、周囲の面において液体媒質の面に平行に形成される溝であることで特徴づけられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超音波映像装置の探触子において、試料の測定表面を探触子が走査するとき、当該探触子に水等の液体媒質を整流する機能を有する羽板部材等を取付け、探触子の進行方向の反対側に発生する水面等の低下を抑制したため、当該羽板部材の下側の超音波発生部の周辺で気泡が発生するのを抑制することができる。また羽板部材等の位置よりも上側で気泡が発生するため、探触子の超音波発生部周辺で探傷を妨げる状態は生じない。従って、探触子を高速に走査させても気泡の発生を低減できるので、探触子の走査速度の高速性と測定画像の信頼性とを向上し、測定時間の短縮を実現し、高画質の測定画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
本発明に係る超音波映像装置の全体的な構成については、従来装置として説明した図１４の構成と同じであるので、図１４を援用することとし、重複した説明を省略する。本発明の特徴的構成は探触子の部分の構造にある。従って以下の実施形態の説明では、探触子の具体例を説明する。
【００２２】
図１と図２に特徴的構成に係る探触子の第１実施形態を示す。図１は、水である液体の媒体１１中に下半分が浸かった状態で走査移動している探触子１２を示し、図２は探触子１２を下方から見た下面図を示す。
【００２３】
探触子１２の全体形状は、従来のものと同様に、外観が円柱形状を有したものである。特徴的な部分は、探触子１２の下側部分の媒体１１に浸かる部分に、平面形状が楕円形状の羽板部材１３が固定して設けられている点である。羽板部材１３は、探触子１２の軸心に対して好ましくは垂直になるように取り付けられている。すなわち、羽板部材１３は、媒体１１の表面に対して平行になるように配置されている。また探触子１２が矢印１４の方向に走査移動しているとき、楕円形状をした羽板部材１３の長軸が矢印１４の方向を向くように設定される。
【００２４】
上記の羽板部材１３は、後述するごとく、媒質１１である水を切る水切り作用、または整流する作用を有する手段である。
【００２５】
試料の測定表面（ＸＹ平面）を探触子１２が走査するとき、図１に示されるように矢印１４の方向に移動する。このとき羽板部材１３は媒質１１の中に浸かり、その状態で探触子１２と共に移動する。探触子１２の走査方向（矢印１４）と反対側の探触子１２の裏側箇所では空気の巻き込みが生じ、媒質すなわち水１１の面１１ａが下降するが、羽板部材１３よりも下側に水面が下がることは阻止される。気泡１５は羽板部材１３の上側では生じる可能性があるが、羽板部材１３の下側で発生することは防止される。従って第１実施形態の探触子では、探触子１２の媒質１１中に浸ける部分に羽板部材１３を所定の形状および取付け姿勢で設けることにより、画像に影響を与える気泡の発生を抑制することができる。
【００２６】
上記の羽板部材１３は探触子１２に対して着脱自在に設けることができる。着脱自在の取付け構造は任意の構造を採用することができる。例えば、ゴム等のＯリング部材、擦り割構造、留めねじ構造を採用することができる。また探触子１２の側部に横ねじ機構部を付設することにより、探触子１２における羽板部材１３の取付け高さ位置を任意に変えることができるように構成することもできる。この構成を採用することにより、媒質１１の深さ、または媒質中に浸かる探触子の部分の長さに応じて羽板部材１３の高さ位置を調整することができる。なお、羽板部材１３の材質には任意の材料を用いることができる。
【００２７】
また羽板部材１３の平面形状は楕円形に限定されない。図３と図４に他の形状を有する羽板部材の例を示す。図３の（Ａ）〜（Ｃ）と図４の（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれは対応しておリ、図３は探触子の側面図を示し、図４は下面図を示している。図３および図４の（Ａ）で示される探触子１２の羽板部材１６の平面形状は円形である。図３および図４の（Ｂ）で示される探触子１２の羽板部材１７の平面形状は略菱形であり、角部がカットされた形状を有している。図３および図４の（Ｃ）で示される探触子１２の羽板部材１８の平面形状は大形の略楕円形状であり、かつ周縁部に到るほど厚みが薄くなる形状を有している。
【００２８】
次に図５を参照して探触子の第２実施形態を説明する。この探触子１２に取り付けられる羽板部材１９は、平面形状は略楕円形状であり、側面形状は一定の厚みを有する板材である。羽板部材１９は探触子１２に対して回転自在になるように遊嵌されている。そのため、羽板部材１９は、探触子１２における高さ位置が自由に変わり得るように取り付けられている。羽板部材１９は媒質すなわち水１１に浮かぶ材質で作られている。このため、探触子１２が媒質１１中に浸かるときには、羽板部材１９は常に媒質１１上に浮かぶようになっている。
【００２９】
上記の羽板部材１９によれば、図５の（Ａ），（Ｂ）に示されるように探触子１２が媒質１１に浸かった状態で矢印２０のごとく移動し、かつ探触子１２が上下動してその浸かる部分の長さが変化したとしても、羽板部材１９は常に媒質１１の表面に浮かんだ状態で位置している。さらに、羽板部材１９は、媒質（水）１１の抵抗のために、図５の（Ｃ）に示すごとく常に探触子１２の進行方向と逆の方向に位置するため、第１実施形態の場合と同様に、媒質１１の表面の下降を抑制し、これにより媒質１１中の気泡の発生を防止する効果が発揮される。
【００３０】
図６は探触子の第３実施形態を示す。図６において、図１で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。この点は以下の図でも同じである。この探触子１２では、羽板部材に相当する部分は一枚の部材でなく、多数枚の羽板部材２１が好ましくは一定の等間隔で平行に取り付けられることにより形成されている。この羽板部材２１の構造によれば、媒質１１の表面に平行な多層の構造とすることにより、羽板部材の個々の形状に関して径方向のサイズを小さくすることができる。このように個々の羽板部材２１のサイズを小さくしても前述の実施形態と同様に気泡の発生を防止できる。特に、多層構造にしたため、整流作用が生じ、その効果によって媒質が探触子１２の進行方向の裏側に回るのを助ける作用も生じさせる。これによって、媒質１１の表面の降下を防止し、最終的に気泡の発生を防止することができる。
【００３１】
上記のごとき作用・効果は、探触子１２の外周側面の円周方向に溝を複数設けることによっても達成することができる。
【００３２】
次に図７を参照して探触子の第４実施形態を説明する。図７で、（Ａ）は探触子の正面図、（Ｂ）は側面図を示している。この探触子１２に取り付けられる羽板部材２２は、平面形状は、好ましくは長方形であり、全体形状として、進行側の前辺部とその反対側の後辺部とが反対向きの傾斜角で傾斜されるように捩り形状が与えられている。その形状により、羽板部材２２は、前辺部から見て左右非対称の形状を有している。かかる形状を有する羽板部材２２によれば、探触子１２の後側に発生した空間を媒質（水）１１の流れによりつぶすようにしている。空間をつぶす過程で気泡は発生するが、羽板部材２２の下側において気泡は発生しない。この実施形態による羽板部材２２によれば、特に、径の大きい探触子等のように大きな羽板部材を用意できない場合に有効である。
【００３３】
図８は探触子の第５実施形態を示す。この探触子１２では、螺旋状の構造を付加することにより多層構造の羽板部材２３が設けられている。この羽板部材２３によれば、多層の構造により、径方向のサイズを小さくすることができ、前述の実施形態と同様に気泡の発生を防止できる。
【００３４】
次に図９を参照して探触子の第６実施形態を説明する。図９で、（Ａ）は探触子の側面図、（Ｂ）は底面図を示している。この探触子１２に取り付けられる上記の羽板部材に相当する部分２４は、探触子１２の進行方向側の前部および後部において縦方向に設けられ、かつ図９（Ｂ）に示されるごとく略流線型の形状を有している。この探触子１２によれば、進行方向の後ろ側に媒質１１を流しやすくする働きを有している。これによって、媒質１１の表面の低下は起こりにくく、気泡の発生を防ぐことができる。
【００３５】
図１０は、第１実施形態に係る羽板部材１３の固定構造の具体例を示す。この固定構造は擦り割構造である。図１０で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は斜視図を示す。羽板部材１３の一方の側に筒部３１を設け、かつ筒部３１の内径孔と同等の径を有する孔が羽板部材１３に形成されている。当該筒部３１に溝３２が等間隔で４ヶ所に形成されている。当該羽板部材１３は、図１１に示されるごとく、筒部３２を下側にして、羽板部材１３の孔１３ａと筒部３２の内径孔に探触子１２の下端部を挿通させ、羽板部材１３を探触子１２に固定する。
【００３６】
図１２は、第１実施形態に係る羽板部材１３の固定構造の他の具体例を示す。この固定構造は留めねじ構造である。図１２で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は斜視図を示す。羽板部材１３の一方の側に平面形状が略菱形の突起部３３を設け、かつ突起部３３の内径孔３３ａを形成し、この内径孔３３ａと同等の径を有する孔が羽板部材１３に形成されている。当該突起部３３に一ヶ所にねじ孔３４を形成し留めねじを装着する。当該羽板部材１３は、図１３に示されるごとく、突起部３３を下側にして、羽板部材１３の孔１３ａと突起部３３の内径孔３３ａに探触子１２の下端部を挿通させ、羽板部材１３を探触子１２に固定する。
【００３７】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、超音波映像装置によって試料の測定表面を探触子で走査するとき超音波発生部の周辺で気泡の発生を抑制するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る超音波映像装置用探触子の第１実施形態を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る探触子の下面図である。
【図３】第１実施形態に係る探触子の変形例を示す側面図である。
【図４】第１実施形態に係る探触子の変形例を示す下面図である。
【図５】本発明に係る超音波映像装置用探触子の第２実施形態を示し、２つの側面状態（Ａ），（Ｂ）と下面状態（Ｃ）を示す図である。
【図６】本発明に係る超音波映像装置用探触子の第３実施形態を示す側面図である。
【図７】本発明に係る超音波映像装置用探触子の第４実施形態を示し、側面（Ａ）と正面（Ｂ）を示す図である。
【図８】本発明に係る超音波映像装置用探触子の第５実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明に係る超音波映像装置用探触子の第６実施形態を示し、側面（Ａ）と底面（Ｂ）を示す図である。
【図１０】本発明に係る超音波映像装置用探触子の羽板部材の第１の具体例を示す図である。
【図１１】第１の羽板部材を取付け例を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る超音波映像装置用探触子の羽板部材の第２の具体例を示す図である。
【図１３】第２の羽板部材を取付け例を示す斜視図である。
【図１４】超音波映像装置の構成の一例を示す構成図である。
【図１５】超音波映像装置用探触子の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１媒質（水）
１２探触子
１３羽板部材
１４進行方向
１５気泡
１６，１７，１８，１９羽板部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が配置された液体媒質内に浸かり、前記試料の測定表面を走査する探触子であって、その周囲に前記液体媒質を整流する整流手段を備えることを特徴とする超音波映像装置用探触子。
【請求項２】
前記整流手段は、前記液体媒質の面に平行に配置され、着脱自在構造を有する羽板部材であることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置用探触子。
【請求項３】
前記整流手段は、前記液体媒質の面に平行に配置され、遊嵌構造で取り付けられる羽板部材であることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置用探触子。
【請求項４】
前記整流手段は、前記液体媒質の面に実質的に平行に配置され、捩り形状を有する羽板部材であることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置用探触子。
【請求項５】
前記整流手段は、前記液体媒質の面に実質的に平行な方向で多層構造を有することを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置用探触子。
【請求項６】
前記整流手段は、前記液体媒質の面に実質的に直角な方向に配置されることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置用探触子。
【請求項７】
前記整流手段は、前記周囲の面において前記液体媒質の面に平行に形成される溝であることを特徴とする請求項１記載の超音波映像装置用探触子。

【図１】