JP3121430B2 - 超音波探傷方法及び超音波探触子 - Google Patents
超音波探傷方法及び超音波探触子Info
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- JP3121430B2 JP3121430B2 JP04099914A JP9991492A JP3121430B2 JP 3121430 B2 JP3121430 B2 JP 3121430B2 JP 04099914 A JP04099914 A JP 04099914A JP 9991492 A JP9991492 A JP 9991492A JP 3121430 B2 JP3121430 B2 JP 3121430B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波集束ビームを発
生し、被検材内の欠陥検出に用いられる超音波探触子に
関し、特に横波を利用して超音波ビーム集束特性を改良
した超音波探触子に関する。
生し、被検材内の欠陥検出に用いられる超音波探触子に
関し、特に横波を利用して超音波ビーム集束特性を改良
した超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の超音波探触子としては、
例えば図４に示すようなものがある。
例えば図４に示すようなものがある。
【０００３】この超音波探触子においては、超音波集束
ビームを発生するため、振動子４１の片面には発生した
超音波を減衰させるダンパー４２が、また他方の超音波
放射面には、発生した超音波をビーム成形するため、音
響レンズ４３が配設されている。
ビームを発生するため、振動子４１の片面には発生した
超音波を減衰させるダンパー４２が、また他方の超音波
放射面には、発生した超音波をビーム成形するため、音
響レンズ４３が配設されている。
【０００４】超音波探触子は発生した超音波を伝達する
音響結合剤である媒質Ｉ内へ浸漬して、音響レンズ４３
と媒質Ｉ（音響結合剤）２を介して、媒質II（被検材）
３へ向けて、超音波の送波を行い、さらに、受波も逆方
向に同じパスを通って行われる。
音響結合剤である媒質Ｉ内へ浸漬して、音響レンズ４３
と媒質Ｉ（音響結合剤）２を介して、媒質II（被検材）
３へ向けて、超音波の送波を行い、さらに、受波も逆方
向に同じパスを通って行われる。
【０００５】振動子４１からの超音波は縦波であり、音
響レンズ４３を介して媒質Ｉ２から媒質II３へ入射する
とき超音波は屈折して、被検材内にて縦波超音波による
集束ビームを形成して焦点位置に集束される。
響レンズ４３を介して媒質Ｉ２から媒質II３へ入射する
とき超音波は屈折して、被検材内にて縦波超音波による
集束ビームを形成して焦点位置に集束される。
【０００６】被検材内欠陥などからの反射波は上記集束
ビームを介して振動子にて受波される。
ビームを介して振動子にて受波される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の超音
波探触子にあっては、媒質Ｉ２内に浸漬された振動子か
らは、音響レンズを介して被検材の媒質II３へ向け縦波
超音波が放射される。
波探触子にあっては、媒質Ｉ２内に浸漬された振動子か
らは、音響レンズを介して被検材の媒質II３へ向け縦波
超音波が放射される。
【０００８】縦波超音波の媒質Ｉ２から媒質II３への入
射角は縦波臨界角より小さいので、被検材内には縦波超
音波が発生して両媒質の臨界面において下記のとおり屈
折する。
射角は縦波臨界角より小さいので、被検材内には縦波超
音波が発生して両媒質の臨界面において下記のとおり屈
折する。
【０００９】
【数１】sin θ1／sin θ2＝Ｃw／Ｃe θ1…入射角、θ2…屈折角、Ｃw…媒質Ｉ２の音速、Ｃe
…媒質II３の音速である。そして、たとえば、媒質Ｉ２
を水、媒質II３をエポキシ樹脂とする。
…媒質II３の音速である。そして、たとえば、媒質Ｉ２
を水、媒質II３をエポキシ樹脂とする。
【００１０】入射角θ1が変わると両者の音速比により
被検材内では焦点化せず、分散配置となるので、先鋭な
集束ビームが形成できない。従って分解能が低下し、被
検材内の微小欠陥の検出、例えばＩＣパッケージの割れ
や内部におけるチップの剥離などの欠陥の検出が不可能
になる。
被検材内では焦点化せず、分散配置となるので、先鋭な
集束ビームが形成できない。従って分解能が低下し、被
検材内の微小欠陥の検出、例えばＩＣパッケージの割れ
や内部におけるチップの剥離などの欠陥の検出が不可能
になる。
【００１１】先鋭な集束ビームを形成するため超音波の
周波数を高くすると、被検材内での超音波の伝搬損失が
増加して受波信号のレベルが低下し、微小欠陥の検出が
困難になる。
周波数を高くすると、被検材内での超音波の伝搬損失が
増加して受波信号のレベルが低下し、微小欠陥の検出が
困難になる。
【００１２】また先鋭ビーム形成のため音響レンズの開
口を大きくすると、縦波超音波の入射角θ1が広い範囲
に亙り変わるので、縦波と同時に横波が発生して両者が
干渉し、安定した動作が得られないという問題点があっ
た。
口を大きくすると、縦波超音波の入射角θ1が広い範囲
に亙り変わるので、縦波と同時に横波が発生して両者が
干渉し、安定した動作が得られないという問題点があっ
た。
【００１３】本発明の目的は、横波超音波を用いて、媒
質Ｉを介して媒質IIにおいて集束しうる超音波の送波を
行う超音波探傷方法を提供することである。
質Ｉを介して媒質IIにおいて集束しうる超音波の送波を
行う超音波探傷方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、媒質Ｉを介して媒質IIへ向けて超音波を
送波する超音波探触子を用いた超音波探傷方法におい
て、 互いに平行する２つの平面で中空球を裁断したとき
にできる円環状の１の振動子から放射された超音波を、
縦波臨界角より大きな角度で媒質IIへ斜めに入射させる
こと、 媒質II内部に発生した横波を、屈折後、焦点位置
に焦束させることを特徴とする超音波探傷方法を提供す
る。
め、本発明は、媒質Ｉを介して媒質IIへ向けて超音波を
送波する超音波探触子を用いた超音波探傷方法におい
て、 互いに平行する２つの平面で中空球を裁断したとき
にできる円環状の１の振動子から放射された超音波を、
縦波臨界角より大きな角度で媒質IIへ斜めに入射させる
こと、 媒質II内部に発生した横波を、屈折後、焦点位置
に焦束させることを特徴とする超音波探傷方法を提供す
る。
【００１５】
【作用】媒質Ｉを介して媒質IIへ向けて超音波の送波を
行う超音波探触子を用いた超音波探傷方法において、振
動子から放射された超音波を、縦波臨界角より大きな角
度にて媒質IIへ斜めに入射させるため、媒質II内部に横
波が発生する。発生した横波を屈折後、円環状に入射さ
せて焦点位置に集束させるため、超音波は集束されて先
鋭ビームとなり、所定位置に集束度の高い焦点が形成さ
れる。振動子と媒質IIの相対位置を変えると媒質II内の
焦点位置が調整できる。
行う超音波探触子を用いた超音波探傷方法において、振
動子から放射された超音波を、縦波臨界角より大きな角
度にて媒質IIへ斜めに入射させるため、媒質II内部に横
波が発生する。発生した横波を屈折後、円環状に入射さ
せて焦点位置に集束させるため、超音波は集束されて先
鋭ビームとなり、所定位置に集束度の高い焦点が形成さ
れる。振動子と媒質IIの相対位置を変えると媒質II内の
焦点位置が調整できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１７】図１は、本発明の一実施例を示す図であ
る。図２は図１の上面図である。図５は、本発明の振動
子の一実施例の外観を示す説明図である。まず構成を説
明すると、１は振動子（ＰＺＴ，チタン酸鉛，メタニオ
ブ酸鉛，ＰＶＤＦ等を材料とする）、２は音響結合剤と
しての媒質Ｉ、３は被検材である媒質II、５は焦点を示
している。振動子１は圧電セラミック材よりなり中空球
を互いに平行する２つの面にて裁断して、円環状をなし
ている。振動子１は媒質Ｉ２即ち音響結合剤としての例
えば水中に浸漬され、円環状をなす球面から所定の入射
角即ち縦波臨界角より大きな入射角にて、披検材として
の媒質II３へ超音波を放射し、媒質II３内の所定位置に
集束ビームの焦点が形成されるように、媒質II３に対し
て配置される。図５に示すように、振動子１から出る音
の伝搬路に関して、それぞれの、焦点までの伝搬時間が
同じになるように振動子１の曲率を設定している。
る。図２は図１の上面図である。図５は、本発明の振動
子の一実施例の外観を示す説明図である。まず構成を説
明すると、１は振動子（ＰＺＴ，チタン酸鉛，メタニオ
ブ酸鉛，ＰＶＤＦ等を材料とする）、２は音響結合剤と
しての媒質Ｉ、３は被検材である媒質II、５は焦点を示
している。振動子１は圧電セラミック材よりなり中空球
を互いに平行する２つの面にて裁断して、円環状をなし
ている。振動子１は媒質Ｉ２即ち音響結合剤としての例
えば水中に浸漬され、円環状をなす球面から所定の入射
角即ち縦波臨界角より大きな入射角にて、披検材として
の媒質II３へ超音波を放射し、媒質II３内の所定位置に
集束ビームの焦点が形成されるように、媒質II３に対し
て配置される。図５に示すように、振動子１から出る音
の伝搬路に関して、それぞれの、焦点までの伝搬時間が
同じになるように振動子１の曲率を設定している。
【００１８】次に、上記の実施例の作用を説明する。図
３は斜め入射による縦波と横波の強度分布図であり、水
浸法により水中の振動子１から媒質II３へ入射角を変え
て縦波を放射したときの、媒質II３内に発生する縦波と
横波の往復通過率をそれぞれＴD ，ＴS として、示した
ものである。往復通過率をＴiとすると、
３は斜め入射による縦波と横波の強度分布図であり、水
浸法により水中の振動子１から媒質II３へ入射角を変え
て縦波を放射したときの、媒質II３内に発生する縦波と
横波の往復通過率をそれぞれＴD ，ＴS として、示した
ものである。往復通過率をＴiとすると、
【００１９】
【数２】Ｔi ＝Ｐ′／Ｐ0 ， Ｐ0 …入射波，
Ｐ′…反射波である。
Ｐ′…反射波である。
【００２０】入射角が縦波臨界角より、小さい範囲では
横波も一部発生するが、縦波の往復通過率が大きく縦波
が支配的である。入射角が増加して縦波臨界角を超え、
横波臨界角までの範囲においては横波のみが現われる。
入射角は横波の往復通過率が最大値から約９０％（約１
ｄＢだけ最大値から下がった範囲である。入射角で言う
と、例えば、媒質Ｉが水、媒質IIがエポキシの場合にお
いては、４１度から５２度の範囲の音波を出力するよう
に、振動子１の曲率を決定する。これより広い範囲の音
波を出力するようにすると、縦波が生じる可能性が有る
からである）までの値となるように中空球の裁断位置を
選定し、振動子の形状を決定する。振動子１と媒質II３
との相対位置を調節して媒質II３内における集束ビーム
が形成する焦点位置が調整できる。
横波も一部発生するが、縦波の往復通過率が大きく縦波
が支配的である。入射角が増加して縦波臨界角を超え、
横波臨界角までの範囲においては横波のみが現われる。
入射角は横波の往復通過率が最大値から約９０％（約１
ｄＢだけ最大値から下がった範囲である。入射角で言う
と、例えば、媒質Ｉが水、媒質IIがエポキシの場合にお
いては、４１度から５２度の範囲の音波を出力するよう
に、振動子１の曲率を決定する。これより広い範囲の音
波を出力するようにすると、縦波が生じる可能性が有る
からである）までの値となるように中空球の裁断位置を
選定し、振動子の形状を決定する。振動子１と媒質II３
との相対位置を調節して媒質II３内における集束ビーム
が形成する焦点位置が調整できる。
【００２１】媒質Ｉ２に水、媒質II３にエポキシ樹脂を
用いたとき屈折率は１に近く、且つ横波の往復通過率が
適正な値となるよう振動子の形状を決定すると、超音波
周波数を高くしたり、開口寸法を大きくすることなく著
しく先鋭な集束ビームが形成され集束度を上げることが
できる。
用いたとき屈折率は１に近く、且つ横波の往復通過率が
適正な値となるよう振動子の形状を決定すると、超音波
周波数を高くしたり、開口寸法を大きくすることなく著
しく先鋭な集束ビームが形成され集束度を上げることが
できる。
【００２２】従って媒質II３内の微小欠陥などから十分
なレベルの反射信号が得られて感度が向上する。更に互
いに隣接する欠陥などの識別が容易になり、分解能も向
上できる。従ってプラスチック材よりなるＩＣパッケー
ジに発生した割れや内部におけるチップの剥離などが高
分解能にて検知できる。
なレベルの反射信号が得られて感度が向上する。更に互
いに隣接する欠陥などの識別が容易になり、分解能も向
上できる。従ってプラスチック材よりなるＩＣパッケー
ジに発生した割れや内部におけるチップの剥離などが高
分解能にて検知できる。
【００２３】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、以下に列挙する効果が得られる。
ば、以下に列挙する効果が得られる。
【００２４】球面を円環状にそなえた振動子から、縦波
臨界角より大きな入射角にて媒質ＩＩへ超音波を放射す
るよう相互に配置しているので、媒質ＩＩの中では横波
超音波のみで集束度の高い焦点を形成できるため高感度
が得られる。
臨界角より大きな入射角にて媒質ＩＩへ超音波を放射す
るよう相互に配置しているので、媒質ＩＩの中では横波
超音波のみで集束度の高い焦点を形成できるため高感度
が得られる。
【００２５】さらに、同一周波数ならば縦波超音波より
約１／２短い波長の横波超音波を使用するため減衰の少
ない低い周波数でも高い分解能が得られる（一般に超音
波は周波数の２乗で減衰が大きくなる）。
約１／２短い波長の横波超音波を使用するため減衰の少
ない低い周波数でも高い分解能が得られる（一般に超音
波は周波数の２乗で減衰が大きくなる）。
【００２６】この結果、探触子は感度ならびに分解能が
向上し微小欠陥が検出できる。
向上し微小欠陥が検出できる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、横波超音波を用いて、媒質Ｉを介して媒質IIにおい
て集束しうる超音波の送波を行う超音波探傷方法を提供
できる。
ば、横波超音波を用いて、媒質Ｉを介して媒質IIにおい
て集束しうる超音波の送波を行う超音波探傷方法を提供
できる。
【図１】本発明の振動子の一実施例を示す断面図。
【図２】本発明の振動子の上面図。
【図３】斜め入射による縦波と横波の強度分布のグラ
フ。
フ。
【図４】従来の超音波探触子の断面図。
【図５】本発明の振動子の一実施例における音の伝搬路
の説明図。
の説明図。
【図６】本発明の振動子の一実施例の外観を示す説明
図。
図。
１…振動子 ４１…振動子 ４２…ダンパ ４３…音響レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 神谷 直慈 (56)参考文献 特開 昭59−157560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−286747（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−140450（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28
Claims (4)
- 【請求項１】媒質Ｉを介して媒質IIへ向けて超音波を送
波する超音波探触子を用いた超音波探傷方法において、互いに平行する２つの平面で中空球を裁断したときにで
きる円環状の１の 振動子から放射された超音波を、縦波
臨界角より大きな角度で媒質IIへ斜めに入射させるこ
と、 媒質II内部に発生した横波を、屈折後、焦点位置に焦束
させることを特徴とする超音波探傷方法。 - 【請求項２】媒質Ｉを介して媒質IIに向けて超音波を送
波する超音波探触子であって、縦波臨界角より大きな角度で前記超音波が円環状に媒質
IIへ斜めに入射するように、 球面を互いに平行な２つの
平面で裁断したときにできる円環状の位置に、１の振動
子を有することを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項３】媒質Ｉを介して媒質IIに向けて超音波を送
波する超音波探触子であって、縦波臨界角より大きな角度で前記超音波が円環状に媒質
IIへ斜めに入射するように 、中空球を互いに平行な２つ
の平面で裁断したときにできる円環状の１の振動子を有
することを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項４】請求項２または３記載の超音波探触子であ
って、 当該超音波探触子は、超音波の受波の機能を有すること
を特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04099914A JP3121430B2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 超音波探傷方法及び超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04099914A JP3121430B2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 超音波探傷方法及び超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643139A JPH0643139A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3121430B2 true JP3121430B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=14260051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04099914A Expired - Lifetime JP3121430B2 (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 超音波探傷方法及び超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3121430B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7344509B2 (en) * | 2003-04-17 | 2008-03-18 | Kullervo Hynynen | Shear mode therapeutic ultrasound |
| US7175599B2 (en) * | 2003-04-17 | 2007-02-13 | Brigham And Women's Hospital, Inc. | Shear mode diagnostic ultrasound |
| CA2712540C (en) * | 2005-08-26 | 2015-12-08 | Masaki Yamano | Ultrasonic probe, ultrasonic testing equipment, ultrasonic testing method, and manufacturing method of seamless pipe or tube |
| JP5645428B2 (ja) * | 2010-03-04 | 2014-12-24 | 三菱重工業株式会社 | 超音波探傷方法 |
-
1992
- 1992-04-20 JP JP04099914A patent/JP3121430B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0643139A (ja) | 1994-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |