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公開番号2025104728
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023222742
出願日2023-12-28
発明の名称超音波探触子及び超音波探触子の製造方法
出願人国立研究開発法人日本原子力研究開発機構,株式会社IHI検査計測
代理人弁理士法人武和国際特許事務所
主分類G01N 29/24 20060101AFI20250703BHJP(測定;試験)
要約【課題】高温環境下で使用可能な超音波探触子を提供する。
【解決手段】超音波探触子は、電極と、電極に電圧が印加された場合に超音波を発信し、超音波の反射波を電気信号に変換して出力する振動子と、被検査物と接触する保護部材とを備える。振動子の厚み方向の両面には、融解メタライズ層が形成されている。超音波探触子は、融解メタライズ層を介して電極及び振動子を接合する第1接合部材と、融解メタライズ層を介して振動子及び保護部材を接合する第2接合部材とをさらに備える。第1接合部材及び第2接合部材は、Alより融点の高い材料で形成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電極と、
前記電極に電圧が印加された場合に超音波を発信し、超音波の反射波を電気信号に変換して出力する振動子と、
被検査物と接触する保護部材とを備える超音波探触子において、
前記振動子の厚み方向の両面には、融解メタライズ層が形成され、
前記融解メタライズ層を介して前記電極及び前記振動子を接合する第１接合部材と、
前記融解メタライズ層を介して前記振動子及び前記保護部材を接合する第２接合部材とをさらに備え、
前記第１接合部材及び前記第２接合部材は、Ａｌより融点の高い材料で形成されていることを特徴とする超音波探触子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記第１接合部材及び前記第２接合部材は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｃｕのうちの少なくとも１種類の元素を含む材料で形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記振動子は、ＬｉＮｂ０
３
で形成され、
前記保護部材は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂのうちの少なくとも１種類の元素を含む材料で形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波探触子において、
前記保護部材は、Ｎｂを含む材料で形成され、
前記電極は、Ｔｉを含む材料で形成され、
前記第１接合部材及び前記第２接合部材は、Ｚｒを含む材料で形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記第２接合部材は、音響インピーダンスが前記振動子以上で且つ前記保護部材以下の材料で形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波探触子の製造方法において、
前記電極、前記第１接合部材となる金属ろう材、前記融解メタライズ層となる金属粉末、前記振動子、前記融解メタライズ層となる金属粉末、前記第２接合部材となる金属ろう材、及び前記保護部材を、この順で積層して積層構造体を形成し、
真空炉内において、前記金属ろう材及び前記金属粉末の融点以上の温度で、前記積層構造体を加熱することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波探触子の製造方法において、
前記積層構造体を、積層方向への熱膨張を制限し且つ前記積層方向に直交する方向への熱膨張を許容する治具で拘束して、前記真空炉内で加熱することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波探触子の製造方法において、
前記治具は、
前記積層構造体を囲む位置で各々が前記積層方向に延設された複数のネジと、
前記積層構造体の前記積層方向の両側で複数の前記ネジに挿通される一対の挟持プレートと、
前記電極及び一方の前記挟持プレートの間、及び前記保護部材及び他方の前記挟持プレートの間に配置される一対のセラミックプレートと、
複数の前記ネジそれぞれに螺合される複数のナットとを備え、
複数の前記ナットで前記挟持プレートを押圧することによって、一対の前記挟持プレートによる前記積層構造体の拘束力を調整することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波探触子の製造方法において、
一対の前記セラミックプレートは、前記積層方向の厚み寸法が互いに異なることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の超音波探触子の製造方法において、
前記挟持プレート及び前記ナットの間にバネ座金を介在させて、前記拘束力を調整することを特徴とする超音波探触子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下で使用可能な超音波探触子及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電振動子から被検査物に超音波を発信し、反射波が戻ってくるまでの時間によって、被検査物の内部状態を検出する超音波探触子が知られている。このような超音波探触子は、例えば、電極と、超音波を送受信する圧電振動子と、圧電振動子及び被検査物の間に介在する保護シューとを積層して構成されるのが一般的である。
【０００３】
また、近年では、高温環境下で使用可能な超音波探触子として、キュリー点の高いニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３
）で圧電振動子を構成したものがある（例えば、特許文献１～３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００１－４８６６８号公報
特開２００３－４７１３号公報
特開平１０－１５３５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波探触子を高温環境下で使用するためには、圧電素子の耐熱性のみならず、セラミック製の圧電振動子と、金属製の電極及び保護シューとを強固に接合することが必要である。しかしながら、特許文献１～３の構成では、特に冷却材として液体ナトリウムを使用する高速炉などにおいて、セラミックと金属との接合強度が十分とは言えない。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高温環境下で使用可能な超音波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】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するため、電極と、前記電極に電圧が印加された場合に超音波を発信し、超音波の反射波を電気信号に変換して出力する振動子と、被検査物と接触する保護部材とを備える超音波探触子において、前記振動子の厚み方向の両面には、融解メタライズ層が形成され、前記融解メタライズ層を介して前記電極及び前記振動子を接合する第１接合部材と、前記融解メタライズ層を介して前記振動子及び前記保護部材を接合する第２接合部材とをさらに備え、前記第１接合部材及び前記第２接合部材は、Ａｌより融点の高い材料で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高温環境下で使用可能な超音波探触子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態に係る超音波探触子の断面模式図である。
振動子（Ａ）、保護シュー（Ｂ）、接合部材（Ｃ）を構成し得る材料の候補及びその物性を示す表である。
本実施形態に係る超音波探触子の製造プロセスを示す図である。
超音波探触子となる積層構造体を拘束する治具の模式図である。
セラミックプレート及びバネ座金の有無、保護シューの材料を変更した場合の接合結果を示す表である。
比較例１、２及び実施例１、２の構成及び接合面の状態を示す表である。
比較例１における電極及び振動子の接合面（Ａ）、振動子及び保護シューの接合面（Ｂ）を超音波探傷した結果を示す図である。
比較例２における電極及び振動子の接合面（Ａ）、振動子及び保護シューの接合面（Ｂ）を超音波探傷した結果を示す図である。
実施例１における電極及び振動子の接合面（Ａ）、振動子及び保護シューの接合面（Ｂ）を超音波探傷した結果を示す図である。
実施例２における電極及び振動子の接合面（Ａ）、振動子及び保護シューの接合面（Ｂ）を超音波探傷した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、実施形態に係る超音波探触子１を説明する。なお、以下に記載する本発明の実施形態は、本発明を具体化する際の一例を示すものであって、本発明の範囲を実施形態の記載の範囲に限定するものではない。従って、本発明は、実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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