JP2018133625A - Thermoacoustic device and acoustic wave inspection device - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱体の強度が比較的大きく、設計の自由度が比較的大きい熱音響装置及び音波検査装置を提供する。【解決手段】熱音響装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される発熱体2を備える。発熱体が三次元形状を有することが好ましい。発熱体が不織シートを折り曲げて形成されることが好ましい。熱音響装置は、発熱体に電流を印加する複数の電極3をさらに備えてもよい。熱音響装置は、3以上の電極と2以上の発熱体とを備えてもよい。熱音響装置は、発熱体に光又は電磁波を照射する加熱装置をさらに備えてもよい。音波検査装置は、熱音響装置と、音波受信素子とを備える。【選択図】図1A thermoacoustic apparatus and a sound wave inspection apparatus having a relatively large strength of a heating element and a relatively high degree of design freedom are provided. The thermoacoustic device includes a heating element 2 formed from a nonwoven sheet containing fibrous carbon nanostructures. It is preferable that the heating element has a three-dimensional shape. The heating element is preferably formed by bending a nonwoven sheet. The thermoacoustic apparatus may further include a plurality of electrodes 3 that apply current to the heating element. The thermoacoustic device may include three or more electrodes and two or more heating elements. The thermoacoustic device may further include a heating device that irradiates the heating element with light or electromagnetic waves. The sound wave inspection apparatus includes a thermoacoustic device and a sound wave receiving element. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱音響装置及び音波検査装置に関する。 The present invention relates to a thermoacoustic apparatus and a sound wave inspection apparatus.
音波を発生させる装置としては、磁石とコイルとを備える動電変換装置、コンデンサ変換装置、圧電材料を用いた変換装置等の機械振動を利用した音波発生装置が広く普及している。近年では、これらの音波発生装置とは異なり、機械振動を全く行わない熱音響効果を利用した音波発生装置(熱音響装置)の開発が進められている。 As a device for generating sound waves, a sound wave generating device using mechanical vibration such as an electrodynamic conversion device including a magnet and a coil, a capacitor conversion device, and a conversion device using a piezoelectric material is widely used. In recent years, unlike these sound wave generators, development of sound wave generators (thermoacoustic devices) using a thermoacoustic effect that does not perform mechanical vibration at all has been underway.
熱音響装置は、発熱体に電流を印加して発熱体を瞬時に発熱させることにより、発熱体近傍の空気を瞬間的に膨張させたり、発熱体への印加電流を停止して発熱体の温度を低下させることにより、発熱体の周囲の気体を収縮させたりすることで空気の疎密を形成することによって音波が発生するよう構成されている。このような熱音響装置は機械振動を伴わないため、周波数帯域が広い、周囲環境の影響を受けにくい、微細化が比較的容易であるといった利点がある。 The thermoacoustic device instantaneously expands the air in the vicinity of the heating element by applying an electric current to the heating element to instantaneously generate heat, or stops the current applied to the heating element to reduce the temperature of the heating element. By reducing the air flow, the sound around the heating element is contracted to form an air density, thereby generating sound waves. Since such a thermoacoustic apparatus does not involve mechanical vibration, there are advantages such as a wide frequency band, being hardly affected by the surrounding environment, and being relatively easy to miniaturize.
熱音響装置においては、音波の発生効率を高めるため、複数のカーボンナノチューブを分子間力により接続した構造体を発熱体として用いることが提案されている(特許第4672783号公報参照)。この熱音響装置によれば、熱容量が小さく、かつ、比表面積が大きいカーボンナノチューブ構造体を発熱体に用いているため、電気信号等に対応した高速な温度変化が可能であり、音波の良好な発生ができるとされている。 In the thermoacoustic apparatus, it has been proposed to use a structure in which a plurality of carbon nanotubes are connected by an intermolecular force as a heating element in order to increase the generation efficiency of sound waves (refer to Japanese Patent No. 4672783). According to this thermoacoustic apparatus, since the carbon nanotube structure having a small heat capacity and a large specific surface area is used as a heating element, a high-speed temperature change corresponding to an electric signal or the like is possible, and a sound wave is excellent. It is said that it can occur.
しかしながら、前記公報において発熱体として使用するカーボンナノチューブ構造体は、機械的強度が小さく、容易に破断するという不都合がある。 However, the carbon nanotube structure used as a heating element in the above publication has the disadvantages of low mechanical strength and easy breakage.
また、剛性を有しないカーボンナノチューブ構造体は、例えば電極等の構造体に張架する必要があるため、設計の自由度が小さい。 In addition, since the carbon nanotube structure having no rigidity needs to be stretched around a structure such as an electrode, the degree of freedom in design is small.
前記不都合に鑑みて、本発明は、発熱体の強度が比較的大きく、設計の自由度が比較的大きい熱音響装置及び音波検査装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thermoacoustic apparatus and a sound wave inspection apparatus in which the strength of the heating element is relatively large and the degree of freedom in design is relatively large.
前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る熱音響装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される発熱体を備える熱音響装置である。 A thermoacoustic apparatus according to one embodiment of the present invention made to solve the above-described problems is a thermoacoustic apparatus including a heating element formed from a nonwoven sheet containing fibrous carbon nanostructures.
本発明の一態様に係る熱音響装置において、前記発熱体が三次元形状を有することが好ましい。 In the thermoacoustic apparatus according to one aspect of the present invention, it is preferable that the heating element has a three-dimensional shape.
本発明の一態様に係る熱音響装置において、前記発熱体が前記不織シートを折り曲げて形成されていてもよい。 In the thermoacoustic device according to one aspect of the present invention, the heating element may be formed by bending the nonwoven sheet.
本発明の一態様に係る熱音響装置は、前記発熱体に電流を印加する複数の電極をさらに備えてもよい。 The thermoacoustic device according to an aspect of the present invention may further include a plurality of electrodes that apply a current to the heating element.
本発明の一態様に係る熱音響装置は、3以上の前記電極と2以上の前記発熱体とを備えてもよい。 The thermoacoustic device according to one embodiment of the present invention may include three or more electrodes and two or more heating elements.
本発明の一態様に係る熱音響装置は、前記発熱体に光又は電磁波を照射する加熱装置をさらに備えてもよい。 The thermoacoustic device according to one embodiment of the present invention may further include a heating device that irradiates the heating element with light or electromagnetic waves.
本発明の別の態様に係る音波検査装置は、上述の熱音響装置と、音波受信素子とを備える音波検査装置である。 The sound wave inspection apparatus which concerns on another aspect of this invention is a sound wave inspection apparatus provided with the above-mentioned thermoacoustic apparatus and a sound wave receiving element.
なお、本発明において、「繊維状炭素ナノ構造体」とは、例えばカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル等、外径(繊維径)が1μm未満の繊維状の炭素構造体を意味する。「不織シート」とは、繊維を織らずに熱的、機械的又は化学的な作用によって接着又は絡み合わせることでシート状に成形したものを意味し、不織布だけでなく例えば紙等の抄造体を含み、平面的なものだけでなく、例えばパルプ製卵用包装容器のように最初から立体形状を有するよう形成されるもの含む概念とする。 In the present invention, the “fibrous carbon nanostructure” means, for example, a carbon nanotube, a carbon nanohorn, a carbon nanofiber, a carbon nanocoil, a carbon microcoil or the like having a fibrous shape having an outer diameter (fiber diameter) of less than 1 μm. Means a carbon structure. “Nonwoven sheet” means a sheet formed by bonding or intertwining fibers by thermal, mechanical, or chemical action without weaving the fibers. And a concept including not only a flat thing but also a thing formed to have a three-dimensional shape from the beginning like a pulp egg packaging container, for example.
本発明の熱音響装置は、繊維状炭素ナノ構造体(カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラフェン、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル等)を含有する不織シートから形成される発熱体を備えるため、発熱体の剛性を大きくすることができるので、発熱体の強度が大きく、設計の自由度が比較的大きい。 The thermoacoustic device of the present invention includes a heating element formed from a nonwoven sheet containing fibrous carbon nanostructures (carbon nanotubes, carbon nanohorns, graphene, carbon nanofibers, carbon nanocoils, carbon microcoils, etc.). Therefore, since the rigidity of the heating element can be increased, the strength of the heating element is large and the degree of freedom in design is relatively large.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[第一実施形態]
図1及び図2に、本発明の一実施形態に係る熱音響装置を示す。
[First embodiment]
1 and 2 show a thermoacoustic apparatus according to an embodiment of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に掛け渡すよう配設されるシート状の発熱体2と、この発熱体2の長手方向両側の側縁に沿って設けられる一対の電極3とを備える。換言すると、当該熱音響装置において、発熱体2は、一対の電極3間に配設されている。さらに、当該熱音響装置は、前記一対の電極3間に配線4を介して駆動電流を印加する信号発生器5とを備える。また、当該熱音響装置は、ベース部材1に発熱体2を固定する固定部材6と、電極3に配線4を接続する導電性部材7とをさらに備える。
The thermoacoustic apparatus includes a
当該熱音響装置は、信号発生器5により発熱体2に電流を印加して発熱体2を発熱させることにより、発熱体2の周囲の気体(例えば空気、窒素、ヘリウム等)を膨張させたり、発熱体2への電流印加を停止して発熱体2の温度を低下させることにより、発熱体2の周囲の気体を収縮させたりする。これにより、発熱体2の周囲の気体に圧力波が生じ、これが音波となって放出される。
The thermoacoustic device expands a gas (for example, air, nitrogen, helium, etc.) around the
〔ベース部材〕
ベース部材1は、発熱体2を支持する部材であり、十分に剛性を有する材料から形成され、自身の慣性によって又は他の構造体に固定されることによって、実質的に不動に配置されることが好ましい。
[Base member]
The
〔発熱体〕
発熱体2は、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成され、ベース部材1上に平面的に張架されている。なお、発熱体2の端部の剛性を向上させることにより、ベース部材1を省略してもよい。発熱体2の端部の剛性を向上させる方法としては、例えば、端部をL型、コの字型、□型、〇型に折り曲げる方法とすることができ、必要に応じて接着してもよい。また、発熱体2の端部の膜厚を厚くすることによって剛性を向上させてもよい。
[Heating element]
The
発熱体2は、複数の繊維状炭素ナノ構造体が互いに当接し合うことで導電性を発現すると共に、通電時にジュール損によって発熱する。
The
発熱体2に含有される繊維状炭素ナノ構造体としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル等の炭素ナノ材料を単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。カーボンナノチューブとしては、単層のシングルウォールナノチューブ(SWNT)や、多層のマルチウォールナノチューブ(MWNT)を用いることができる。
As the fibrous carbon nanostructure contained in the
発熱体2における繊維状炭素ナノ構造体は、配向性を有しないようランダムに配置されることが好ましい。つまり、発熱体2は、平面視で電気的及び機械的性質が等方性であることが好ましい。これにより、発熱体2の製造及び取り扱いが容易となると共に、発熱体2の形状の制約が小さくなる。例えば、放熱性を向上させるために、発熱体2に開口部を開ける際の電気的及び機械的制約が小さく、任意のサイズで任意の位置に形成できる。
The fibrous carbon nanostructures in the
発熱体2は、バインダを含んでもよい。発熱体2は、バインダを含むことで、強度が向上し、繊維状炭素ナノ構造体の飛散を防止することもできる。また、発熱体2がバインダを含むことで、発熱体2の成形の自由度が大幅に向上する。
The
発熱体2は、繊維状炭素ナノ構造体以外の繊維や添加物を含んでもよい。発熱体2は、繊維状炭素ナノ構造体以外の繊維を含むことで強度が向上する。また、繊維状炭素ナノ構造体に不純物をドープしたり、繊維状炭素ナノ構造体以外の繊維を含有(混合)するにより、発熱体2の電気抵抗を調節することもできる。
The
発熱体2の形成方法としては、繊維状炭素ナノ構造体を使用する湿式抄造、ニードルパンチ、ステッチボンド、ケミカルボンド等が適用できる。また、発熱体2の形成方法としては、繊維状炭素ナノ構造体を用いて不織シートを作製する方法の他、最初から不織シートの形態でカーボンナノファイバーを作製する方法としてもよい。
As a method for forming the
繊維状炭素ナノ構造体を使用する湿式抄造は、繊維状炭素ナノ構造体を分散した溶液を多孔質体で濾過することによって多孔質体上に繊維状炭素ナノ構造体を含む不織布を形成し、多孔質体からカーボンナノチューブの不織布をはぎ取って乾燥する方法とすることができる。繊維状炭素ナノ構造体の分散溶液を濾過する多孔質体の表面形状を選択することにより、所望の三次元形状を有する発熱体2を得ることができる。
The wet papermaking using fibrous carbon nanostructures forms a nonwoven fabric containing fibrous carbon nanostructures on the porous body by filtering the solution in which the fibrous carbon nanostructures are dispersed through the porous body, A method may be used in which a carbon nanotube non-woven fabric is peeled off from a porous material and dried. The
前記繊維状炭素ナノ構造体の分散溶液の溶媒としては、水、例えばメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、例えばアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類、例えばN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2イミダゾリジノン等のアミド類、例えばジメチルスルホキシド、スルホラン等の含イオウ系溶媒などを1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the solvent for the dispersion solution of the fibrous carbon nanostructure include water, alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, and diglyme, such as N Amides such as N, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, sulfur-containing solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc. Species or a combination of two or more can be used.
また、前記繊維状炭素ナノ構造体の分散溶液には、バインダの他、例えば導電助剤、分散剤、界面活性剤等を含有させてもよい。これらは公知のものを適宜使用することができる。 In addition to the binder, the dispersion solution of fibrous carbon nanostructures may contain, for example, a conductive additive, a dispersant, a surfactant, and the like. As these, known ones can be used as appropriate.
前記バインダとしては、ゴム又は樹脂のラテックスを用いることができる。 As the binder, rubber or resin latex can be used.
ゴムのラテックスとしては、特に限定されることなく、例えば天然ゴムラテックス、合成ジエン系ゴムラテックス(ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム等のラテックス)、エチレン酢酸ビニルゴムラテックス、ビニルピリジンゴムラテックス、フッ素ゴムラテックス等を挙げることができる。 Examples of rubber latex include, but are not limited to, natural rubber latex, synthetic diene rubber latex (latex such as butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, chloroprene rubber, and butyl rubber), ethylene vinyl acetate rubber latex, Examples thereof include vinyl pyridine rubber latex and fluorine rubber latex.
また、樹脂のラテックスとしては、特に限定されることなく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、有機酸ビニルエステル系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ハロゲン含有樹脂、オレフィン系樹脂、脂環式オレフィン系樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン、ポリスルホン、ポリフェニレンエーテル、シリコーン樹脂等のラテックスを挙げることができる。 The latex of the resin is not particularly limited, and for example, polyethylene, polypropylene, styrene resin, acrylic resin, methacrylic resin, organic acid vinyl ester resin, vinyl ether resin, halogen-containing resin, olefin resin And latex such as alicyclic olefin-based resin, polycarbonate, polyester, polyamide, thermoplastic polyurethane, polysulfone, polyphenylene ether, and silicone resin.
最初から不織シートの形態でカーボンナノファイバーを得る方法としては、初めに、アクリル溶液を直流高圧電流でノズルから飛ばし、細分化することで直径がナノレベルの繊維からなるアクリルナノファイバー不織シートを製造する(エレクトロスピニング法)。次に、アクリルナノファイバー不織シートを例えば220℃で加熱することにより耐炎化処理を行う。さらに、アクリルナノファイバー不織シートを例えば1100℃で加熱して炭化焼成処理(カーボンナノファイバー化)する。これにより、発熱体2として使用できるカーボンナノファイバー不織シートが得られる。
As a method for obtaining carbon nanofibers in the form of a non-woven sheet from the beginning, first, an acrylic nanofiber non-woven sheet made of fibers having a nano-level diameter is obtained by blowing an acrylic solution from a nozzle with a direct current high voltage current and subdividing it. (Electrospinning method). Next, a flameproofing treatment is performed by heating the acrylic nanofiber nonwoven sheet at 220 ° C., for example. Furthermore, the acrylic nanofiber nonwoven sheet is heated, for example, at 1100 ° C. to be carbonized and fired (to form carbon nanofibers). Thereby, the carbon nanofiber nonwoven sheet which can be used as the
〔電極〕
電極3は、発熱体2の両端部にそれぞれ幅全体に亘って積層されることが好ましい。これにより、発熱体2中に流れる電流の密度を均一化し、音波発生の効率化及び発熱体の耐久性向上ができる。
〔electrode〕
It is preferable that the
電極3は、導電性ペースト等によって形成したものであってもよく、棒状乃至帯状の導体を導電性接着剤等で発熱体2に接続したものであってもよい。
The
〔配線〕
配線4としては、例えば被覆電線等の線状の導体を用いることができるが、カーボンナノチューブ等の繊維状ナノ炭素構造体を含有する導体を使用してもよい。
〔wiring〕
As the
〔信号発生器〕
信号発生器5は、発熱体2の発熱を生じさせる駆動電流を発生し、配線4(及び電極3)を通じて発熱体2へ駆動電流を供給する。駆動電流は、当該熱音響装置の用途に応じて選択され、パルス電流であってもよく、周期的な電流であってもよい。この駆動電流の電圧としては、例えば5V以上100V以下とすることができる。また、駆動電流の波形としては、例えばサイン波、矩形波、鋸波等とすることができる。また、駆動電流が周期的である場合の周波数としては、例えば1kHz以上20MHz以下とすることができる。
[Signal generator]
The
〔固定部材〕
固定部材6としては、接着剤を用いることができる。ベース部材1が導電性を有する場合、固定部材6として、絶縁性接着剤を用いることによりベース部材1と発熱体2とを絶縁してもよく、ベース部材1と発熱体2の少なくとも一方に絶縁層を設けた後、導電性接着剤を用いて固定してもよい。また、固定部材6としては耐熱性の高い接着剤を用いることが好ましい。
[Fixing member]
As the fixing
〔導電性部材〕
導電性部材7としては、例えば、導電性ペーストを用いることができる。また、電極3を導電性ペーストにより形成する場合、導電性部材7は省略することができる。
[Conductive member]
For example, a conductive paste can be used as the
〔利点〕
当該熱音響装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される発熱体2を用いたことによって、発熱体2の強度が比較的大きく、比較的容易且つ安価に製造することができ、装置の大出力化や小型化が可能である。
〔advantage〕
The thermoacoustic device can be manufactured relatively easily and inexpensively by using the
[第二実施形態]
図3に、本発明の図1とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIG. 1 of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に、平行して掛け渡すよう配設される複数の発熱体2aと、この発熱体2aの長手方向両側の側縁に沿って設けられる複数対の電極3aとを備える。さらに、当該熱音響装置は、各発熱体2aの両端の電極3a間に駆動電流を印加する配線4と導電性部材7と不図示の信号発生器とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a rectangular frame-shaped
当該熱音響装置は、信号発生器から配線4を介して複数の発熱体2aに個別に電流を印加して各発熱体2aに独立して音波を発生させることができる。
The thermoacoustic apparatus can generate a sound wave independently from each
〔ベース部材〕
図3の熱音響装置におけるベース部材1の構成は、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
発熱体2aは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される帯状体であり、ベース部材1上に互いに平行且つ等間隔に張架されている。
[Heating element]
The
図3の熱音響装置における発熱体2aの構成としては、平面形状及び個数が異なる点を除いて、図1の熱音響装置における発熱体2と同様とすることができる。
The configuration of the
〔電極〕
電極3aは、各発熱体2aの両端部にそれぞれ幅全体に亘って積層されることが好ましい。図3の熱音響装置における電極3aの構成としては、各発熱体2aに設けられる点を除いて、図1の熱音響装置における電極3の構成と同様とすることができる。
〔electrode〕
It is preferable that the
〔利点〕
当該熱音響装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される複数の発熱体2aを用いたことによって、各発熱体2aが個別に音波を発生することができる。このため、当該熱音響装置は、フェーズドアレイ法による超音波探傷装置用送信プローブとして使用することができる。具体的には、各発熱体2aの通電のタイミングを別々に制御することにより、個々の発熱体2aから複数の超音波を発信し、意図する方向に走る単一波面を形成することができる。
〔advantage〕
In the thermoacoustic apparatus, each
[第三実施形態]
図4に、本発明の図1乃至図3とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Third embodiment]
FIG. 4 shows a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 3 of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に掛け渡すよう配設される発熱体2bと、この発熱体2bの長手方向両側の側縁に沿って設けられる複数対の電極3とを備える。さらに、当該熱音響装置は、発熱体2bの両端の電極3間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
The thermoacoustic device includes a rectangular frame-shaped
〔ベース部材〕
図4の熱音響装置におけるベース部材1の構成は、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
発熱体2bは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成され、ベース部材1の内側に凹むよう断面視で円弧状に湾曲した三次元形状を有する。
[Heating element]
The
図4の熱音響装置における発熱体2bの構成としては、断面形状が異なる点を除いて、図1の熱音響装置における発熱体2と同様とすることができる。
The configuration of the
〔電極〕
図4の熱音響装置における電極3の構成としては、図1の熱音響装置における電極3の構成と同様とすることができる。
〔electrode〕
The configuration of the
〔利点〕
当該熱音響装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される複数の発熱体2bを用いたことによって、発熱体2bが円筒面の形状を保持することができる。これにより、当該音響装置は、発熱体2bから発生する音波を、発熱体2bの円筒面の中心線近傍に収束させることができる。このため、当該熱音響装置を超音波探傷装置の送信プローブに用いることで、解像度を大きく向上することができる。
〔advantage〕
The thermoacoustic apparatus can maintain the shape of the cylindrical surface of the
[第四実施形態]
図5に、本発明の図1乃至図4とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Fourth embodiment]
FIG. 5 shows a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 4 of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に掛け渡すよう配設される発熱体2cと、この発熱体2cの長手方向両側の側縁に沿って設けられる複数対の電極3とを備える。さらに、当該熱音響装置は、発熱体2cの両端の電極3間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a rectangular frame-shaped
〔ベース部材〕
図5の熱音響装置におけるベース部材1の構成は、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
発熱体2cは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成され、ベース部材1の内側に凹むよう断面視で概略円弧状に湾曲し、さらに微細な波形を有するよう周期的に折れ曲がった三次元形状を有する。
[Heating element]
The heating element 2c is formed from a non-woven sheet containing a plurality of fibrous carbon nanostructures, and is curved in a generally arcuate shape in a cross-sectional view so as to be recessed inside the
図5の熱音響装置における発熱体2cの構成としては、断面形状が異なる点を除いて、図1の熱音響装置における発熱体2と同様とすることができる。
The configuration of the heating element 2c in the thermoacoustic apparatus of FIG. 5 can be the same as that of the
〔電極〕
図5の熱音響装置における電極3の構成としては、図1の熱音響装置における電極3の構成と同様とすることができる。
〔electrode〕
The configuration of the
〔利点〕
当該熱音響装置は、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される複数の発熱体2cを用いたことによって、発熱体2cが円筒形を波打たせた形状を保持することができる。これにより、当該音響装置は、発熱体2cから発生する音波を、発熱体2cの円筒面の中心線近傍に収束させることができると共に、発熱体2cの面積が大きいことによって発生する音波の音圧が比較的大きい。このため、当該熱音響装置は、大出力化又は小型化が可能である。また、波打たせた形状を採用することにより、カーボンナノチューブを含有する不織シートの剛性を高めることにより変形が防止され、その結果、音波の収束する位置や音圧を維持できる。波打たせた形状の代わりに、卵パック形状やワッフル形状を採用することにより、更に剛性を高めることができる。
〔advantage〕
The thermoacoustic device uses a plurality of heating elements 2c formed from a non-woven sheet containing a plurality of fibrous carbon nanostructures, so that the heating element 2c retains the shape of the undulating cylinder. be able to. Accordingly, the acoustic device can converge the sound wave generated from the heating element 2c near the center line of the cylindrical surface of the heating element 2c, and the sound pressure of the sound wave generated when the area of the heating element 2c is large. Is relatively large. For this reason, the thermoacoustic apparatus can be increased in output or reduced in size. Further, by adopting a waved shape, the rigidity of the non-woven sheet containing carbon nanotubes is increased to prevent deformation, and as a result, the position and sound pressure at which the sound waves converge can be maintained. Rigidity can be further increased by adopting an egg pack shape or a waffle shape instead of the wavy shape.
[第五実施形態]
図6及び図7に、本発明の図1乃至図5とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Fifth embodiment]
6 and 7 show a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 5 of the present invention.
当該熱音響装置は、円形枠状のベース部材1dと、ベース部材1dに外周が保持される概略球面状の発熱体2dと、この発熱体2dの外縁に沿って設けられる第一電極8と、発熱体2dの裏面に設けられる第一電極8と同心円環状の第二電極9と、発熱体2dの裏面の平面視中央部に設けられる縁形状乃至点状の第三電極10とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a circular frame-shaped
さらに、当該熱音響装置は、発熱体2dの第一電極8と第二電極9との間及び第二電極9と第三電極10との間に独立に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。この信号発生器としては、例えば、第二電極9グランドと接続し、これらのグランドと第一電極8及び第三電極10間の電流の大きさや通電のタイミングを別々に制御することができるものとすることができる。
Further, the thermoacoustic device includes a wiring (not shown) that applies a drive current independently between the
〔ベース部材〕
図6の熱音響装置におけるベース部材1dの構成は、平面形状を除いて、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
発熱体2dは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成され、ベース部材1dの内側に凹むよう球面状であり、外周部がベース部材1dに支持される平面的なフランジ状となっている三次元形状を有する。
[Heating element]
The
図6の熱音響装置における発熱体2dの構成としては、形状が異なる点を除いて、図1の熱音響装置における発熱体2と同様とすることができる。
The configuration of the
〔電極〕
図6の熱音響装置における電極6,7,8の構成としては、形状及び配設位置が異なる点を除いて、図1の熱音響装置における電極3の構成と同様とすることができる。
〔electrode〕
The configuration of the
〔利点〕
当該熱音響装置は、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートから形成される複数の発熱体2dを用いたことによって、発熱体2dを球面状に成形することが可能となっている。
〔advantage〕
The thermoacoustic apparatus can form the
当該熱音響装置は、このように発熱体2dを球面状に成形したことによって、発熱体2dが発生する音波を球面の略中心点に収束させることができる。このため、当該熱音響装置を超音波探傷装置の送信プローブに用いることで、解像度を大きく向上することができる。
The thermoacoustic apparatus can converge the sound wave generated by the
また、図7に示すように、当該熱音響装置は、発熱体2dが第一電極8及び第二電極9間の部分と、第二電極9及び第三電極10間の部分との実質的に2つの発熱体を備える。このため、第一電極8及び第二電極9間の部分と、第二電極9及び第三電極10間の部分とに個別に駆動電流を印加して、それぞれ音波を発生させることができる。このように、当該熱音響装置は、発熱体2dが実質的に2つの発熱体に分割されているため、それぞれの通電量を大きくして、発生する音波の音圧を大きくすることができる。
Further, as shown in FIG. 7, the thermoacoustic apparatus has the
[第六実施形態]
図8及び図9に、本発明の図1乃至図7とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Sixth embodiment]
8 and 9 show a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 7 of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に平行して掛け渡される帯状の複数の発熱体2eと、この複数の発熱体2eを直列に接続するよう、隣接する2つの発熱体2eの端部を互い違いに接続する複数の中間電極11と、両端の発熱体2eの中間電極11が配設されない端部に設けられる一対の外部電極12とを備える。さらに、当該熱音響装置は、一対の外部電極12間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a rectangular frame-shaped
〔ベース部材〕
図8の熱音響装置におけるベース部材1の構成は、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
複数の発熱体2eは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートを蛇腹状に折り曲げて形成され、ベース部材1上に互いに平行且つ等間隔に支持されている。
[Heating element]
The plurality of
図8の熱音響装置における発熱体2eの構成としては、立体的に形成される点及び個数が異なる点を除いて、図1の熱音響装置における発熱体2と同様とすることができる。
The configuration of the
発熱体2eは、断面視で一定の高さを有する山型(V字)を連ねるように折り曲げられ、その面積を大きくすることによって発生する音波の音圧を増大する。
The
このように折り曲げられる発熱体2eの山型の高さは、発生させる音波の波長よりも小さいことが好ましい。これにより、位相がそろった音波を発生することができる。
The height of the chevron of the
〔電極〕
中間電極11及び外部電極12は、各発熱体2eの両端部にそれぞれ幅全体に亘って積層されることが好ましい。図8の熱音響装置における中間電極11及び外部電極12の材質等は、図1の熱音響装置における電極3の材質等と同様とすることができる。
〔electrode〕
The
〔利点〕
当該熱音響装置は、蛇腹状に折り曲げられた発熱体2eを備えるため、大出力化又は小型化が可能である。
〔advantage〕
Since the thermoacoustic apparatus includes the
[第七実施形態]
図10に、本発明の図1乃至図9とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Seventh embodiment]
FIG. 10 shows a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 9 of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に平行して掛け渡される帯状の複数の発熱体2fと、この複数の発熱体2fを直列に接続するよう、隣接する2つの発熱体2fの端部を互い違いに接続する複数の中間電極11と、両端の発熱体2fの中間電極11が配設されない端部に設けられる一対の外部電極12とを備える。さらに、当該熱音響装置は、一対の外部電極12間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a rectangular frame-shaped
〔ベース部材〕
図10の熱音響装置におけるベース部材1の構成は、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
複数の発熱体2fは、ベース部材1上に互いに平行且つ等間隔に支持されている。各発熱体2fは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートを断面視矩形波状に折り曲げて形成されている。
[Heating element]
The plurality of
図10の熱音響装置における発熱体2fの構成は、図8の熱音響装置における発熱体2eと断面形状を除いて同様とすることができる。
The configuration of the
〔電極〕
図10の熱音響装置における電極3は、図1の熱音響装置における電極3と同様とすることができる。
〔electrode〕
The
〔利点〕
当該熱音響装置は、断面視矩形波状に折り曲げられた発熱体2fを備えるため、大出力化又は小型化が可能である。
〔advantage〕
Since the thermoacoustic apparatus includes the
[第八実施形態]
図11に、本発明の図1乃至図10とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Eighth embodiment]
FIG. 11 shows a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 10 of the present invention.
当該熱音響装置は、方形枠状のベース部材1と、ベース部材1の長手方向両側の2辺間に平行して掛け渡される帯状の複数の発熱体2gと、この複数の発熱体2gを直列に接続するよう、隣接する2つの発熱体2gの端部を互い違いに接続する複数の中間電極11と、両端の発熱体2gの中間電極11が配設されない端部に設けられる一対の外部電極12とを備える。さらに、当該熱音響装置は、一対の外部電極12間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器と、ベース部材1の背面(発熱体2bとは反対側)に配設される多孔部材13とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a rectangular frame-shaped
〔ベース部材〕
図11の熱音響装置におけるベース部材1の構成は、図1の熱音響装置におけるベース部材1の構成と同様とすることができる。
[Base member]
The configuration of the
〔発熱体〕
複数の発熱体2gは、ベース部材1上に互いに平行且つ等間隔に支持されている。各発熱体2gは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートを折り曲げて形成されている。
[Heating element]
The plurality of
図11の熱音響装置における発熱体2gは、図10の熱音響装置における発熱体2fの断面視頂部の長さ(幅)を小さく及び底部の長さ(幅)を大きくすることで、放熱フィンの役割も持たせたものである。
The
各発熱体2gの底部から頂部まで(凸部)の高さを大きくし、発熱体2gの頂部間及び底部間の間隔を比較的大きくとることにより、発熱体2gに囲まれる領域内の(冷却のための)空気の流れをよくすることが好ましい。なお、ファンを用いて、各発熱体2gの凸部近傍の流速を早くしたり、各発熱体2gの凸部の一部を切断して柱状の凸を形成してもよい。
By increasing the height of each
〔電極〕
図11の熱音響装置における電極3は、図1の熱音響装置における電極3と同様とすることができる。
〔electrode〕
The
〔多孔部材〕
多孔部材13は、ベース部材1に不図示の接着剤等を用いて接続されている。多孔部材13は、例えば、超音波探傷装置用送信プローブとして使用する場合、発熱体2bの背面から発生する音波を多孔部材13で吸音することにより、バックグラウンドノイズを低減し、その結果、S/N比を向上させることができる。
(Porous member)
The
〔利点〕
当該熱音響装置は、断面視矩形波状に折り曲げられ放熱フィンの機能を持った発熱体2gを備えるため、大出力化又は小型化が可能である。また、当該熱音響装置は、発熱体2g背面からの不要な音波を吸収する多孔部材13を有するため、超音波探傷装置用送信プローブとして使用することで、高S/N比の超音波探傷が可能となる。
〔advantage〕
Since the thermoacoustic device includes the
[第九実施形態]
図12及び図13に、本発明の図1乃至図11とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Ninth embodiment]
12 and 13 show a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 11 of the present invention.
当該熱音響装置は、板状のベース部材1hと、ベース部材1hの表面に配設される発熱体2hとベース部材1hの発熱体2hが接する部分に配設される複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iとを備える。ベース部材1hには、孔部15が形成されている。さらに、当該熱音響装置は、複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iに駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
The thermoacoustic device includes a plate-
〔ベース部材〕
図12の熱音響装置におけるベース部材1hは、絶縁性を有する材料から形成され、発熱体2h及び複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iを保持する。
[Base member]
The
ベース部材1hは、等間隔で平行に形成され、表裏に貫通するスリット状の複数の孔部15を有する。
The
〔発熱体〕
複数の発熱体2hは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する一枚の不織シートを折り曲げて形成され、ベース部材1hに配設される複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i上に取り付けられる複数の底部16と、この底部16から上方に延びる複数の壁部17と、隣接する壁部17の上端間を接続する複数の頂部18とを有する。
[Heating element]
The plurality of
底部16及び壁部17は平面的であり、頂部18は上に凸状に湾曲している。また、底部16と壁部17との境界の折り曲げ角度は90度より大きく、壁部17と頂部18との境界の折り曲げ角度は90度より小さくなっている。壁部17と頂部18との境界は、丸く湾曲していてもよい。これにより、断面視で発熱体2hとベース部材1hとに囲まれる空間内の空気が膨張したときに、壁部17と頂部18との境界に作用する曲げ応力を低減することができる。
The
また、発熱体2hの複数の頂部18は、それぞれベース部材1hの孔部15の上方に配置され、発熱体2hの複数の底部16は、ベース部材1hの孔部15と重ならないよう配置される。従って、断面視で発熱体2hの対向する壁部17と頂部18とに囲まれる空間は、孔部15を通してベース部材1hの裏面側の外部空間と連通する。これにより、当該熱音響装置は、壁部17と頂部18とに囲まれる空間内の空気が膨張したときに前記空間内の空気の一部を外部に排出可能となっているため、発熱体2hに加わる応力を低減できると共に、発熱体2hの放熱性に優れる。なお、構造簡略化のために、孔部15を省略してもよい。
The plurality of
〔電極〕
各貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iは、ベース部材1hの表面に配置される帯状の分配部19と、ベース部材1hを貫通する1又は複数の貫通部20とを有する。分配部19は、発熱体2hの底部16をベース部材1hに固定すると共に、底部16と貫通部20とを電気的に接続する例えば導電性接着材等であってもよく、貫通部20と接続された帯状の導体層とこの導体層と発熱体2hの底部16とを接続する導電性接着材等とを有するものであってもよい。
〔electrode〕
Each
〔利点〕
当該熱音響装置は、一枚の不織シートを折り曲げて複数の底部16、壁部17及び頂部18を形成することにより、平面視での面積に比して発熱体2hの音波を発生する面積が大きいので、大出力化又は小型化が可能である。
〔advantage〕
The thermoacoustic apparatus is configured to bend a single non-woven sheet to form a plurality of
また、当該熱音響装置は、発熱体2hが複数の部分に分割して駆動できるので、これらを順次駆動することにより、フェーズドアレイ法による超音波探傷装置用送信プローブとして使用することができる。例えば、各貫通電極14a,14c,14e,14g,14iをグランドと接続し、これらのグランドと各貫通電極14b,14d,14f,14h間の通電のタイミングを別々に制御することにより、個々の発熱体2hから複数の超音波を発信し、意図する方向に走る単一波面を形成することができる。
In addition, since the thermoacoustic apparatus can be driven by dividing the
[第十実施形態]
図14及び図15に、本発明の図1乃至図13とは異なる実施形態に係る熱音響装置を示す。
[Tenth embodiment]
14 and 15 show a thermoacoustic apparatus according to an embodiment different from FIGS. 1 to 13 of the present invention.
当該熱音響装置は、板状のベース部材1iと、ベース部材1iの表面に配設される発熱体2iとベース部材1iの発熱体2iが接する部分に配設される複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iとを備える。さらに、当該熱音響装置は、一対の外部電極12間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
The thermoacoustic apparatus includes a plate-like base member 1i, and a plurality of through
〔ベース部材〕
図14の熱音響装置におけるベース部材1iは、絶縁性を有する材料から形成され、発熱体2i及び複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14iを保持する。
[Base member]
The base member 1i in the thermoacoustic apparatus of FIG. 14 is formed of an insulating material, and holds the
〔発熱体〕
複数の発熱体2iは、複数のカーボンナノチューブを含有する一枚の不織シートを折り曲げて形成され、ベース部材1iに配設される複数の貫通電極14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i上に取り付けられる複数の底部16と、この底部16から上方に延びる複数の壁部17と、隣接する壁部17の上端間を接続する複数の頂部18とを有する。
[Heating element]
The plurality of
底部16及び壁部17は平面的であり、頂部18は上に凸状に湾曲している。また、底部16と壁部17との境界の折り曲げ角度は90度より大きく、壁部17と頂部18との境界の折り曲げ角度は90度より小さくなっている。壁部17と頂部18との境界は、丸く湾曲していてもよい。これにより、断面視で発熱体2iとベース部材1iとに囲まれる空間内の空気が膨張したときに、壁部17と頂部18との境界に作用する曲げ応力を低減することができる。
The
発熱体2iは、各頂部18に並んで形成される複数の通気孔21を有する。これにより、当該熱音響装置は、壁部17と頂部18とに囲まれる空間内の空気が膨張したときに前記空間内の空気の一部を外部に排出可能となっているため、発熱体2iに加わる応力を低減できると共に、発熱体2iの放熱性に優れる。
The
なお、通気孔21を頂部18に設ける代わりに、頂部18と壁部17の両方、或いは、壁部17或いは、頂部18と壁部17との境界部に形成してもよい。また、構造簡略化のために、通気孔21を省略してもよい。
Instead of providing the
[第十一実施形態]
図16に、本発明の一実施形態に係る音波検査装置の構成を示す。
[Eleventh embodiment]
FIG. 16 shows a configuration of a sound wave inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
当該音波検査装置は、それ自体が本発明の別の実施形態である熱音響装置31と、音波受信素子32とを備え、熱音響装置31及び音波受信素子32間に配置される円筒状のワークWの傷を熱音響装置31が発生する超音波によって検査する超音波探傷音波検査装置である。
The sound wave inspection apparatus includes a
〔熱音響装置〕
熱音響装置31は、円筒状のベース部材33と、このベース部材33の内側に配置される発熱体34と、ベース部材33と発熱体34とを接続する複数の固定部材35と、ベース部材33を貫通して発熱体34の両端に接続される一対の貫通電極36と、一対の貫通電極36間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
[Thermoacoustic device]
The
<ベース部材>
ベース部材33は、絶縁性及び剛性を有する材料から形成され、発熱体34を支持する構造材である。なお、発熱体34からの放熱性を向上させるため、ベース部材33に孔部を形成してもよい。
<Base member>
The
<発熱体>
発熱体34は、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する一枚の不織シートを折り曲げて形成される。より詳しくは、この発熱体34は、ベース部材33の内周面に固定部材35を用いて取り付けられ、ベース部材33の軸方向に延びる帯状の複数の底部37と、底部37からベース部材33の中心軸側に延びる複数の壁部38と、隣接する壁部38間を接続し、ベース部材33の中心軸に対向する複数の頂部39とを有する。なお、放熱性を向上させるため、発熱体34に通気孔を形成してもよい。
<Heating element>
The
図16の熱音響装置31の発熱体34を形成する不織シートの構成は、図1の熱音響装置の発熱体2を形成する不織シートと同様とすることができる。
The configuration of the nonwoven sheet forming the
<貫通電極>
当該熱音響装置31では、一対の貫通電極36が発熱体34の両端に電気的に接続されているが、複数の貫通電極36が、発熱体34の各底部37に電気的に接続され、かつ1つ置きに互いに接続されることにより、発熱体34の底部37間に独立して電流を印加できるように構成されてもよい。
<Penetration electrode>
In the
〔音波受信素子〕
音波受信素子32は、熱音響装置31が発生し、ワークWを通過した音波を受信して電気信号に変換する複数のセンサを有する。
[Sound wave receiving element]
The sound
〔利点〕
当該音波検査装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートを折り曲げて形成した発熱体34を有し、効率よく音波を発生する熱音響装置31を備えるため、ワークW内部の傷や気泡等の欠陥を比較的正確に検出することができる。
〔advantage〕
Since the sound wave inspection apparatus includes the
[第十二実施形態]
図17に、本発明の図16とは異なる実施形態に係る音波検査装置の構成を示す。
[Twelfth embodiment]
FIG. 17 shows a configuration of a sound wave inspection apparatus according to an embodiment different from FIG. 16 of the present invention.
当該音波検査装置は、それ自体が本発明の別の実施形態である熱音響装置31aと、音波受信素子32aとを備え、熱音響装置31a及び音波受信素子32a間に配置される四角筒状のワークWaの傷を熱音響装置31aが発生する超音波によって検査する超音波探傷音波検査装置である。
The sound wave inspection apparatus includes a
〔熱音響装置〕
熱音響装置31aは、四角筒状のベース部材33aと、このベース部材33aの外側に配置される発熱体34aと、ベース部材33aと発熱体34aとを接続する複数の固定部材35aと、ベース部材33aと発熱体34aとの間に配置される一対の貫通電極36aと、一対の貫通電極36a間に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
[Thermoacoustic device]
The
<ベース部材>
ベース部材33aは、絶縁性及び剛性を有する材料から形成され、発熱体34aを支持する構造材である。なお、放熱性を向上させるため、ベース部材33aに孔部を形成してもよい。
<Base member>
The
<発熱体>
発熱体34aは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する一枚の不織シートを折り曲げて形成される。より詳しくは、この発熱体34aは、ベース部材33aの外周面に取り付けられ、ベース部材33aの軸方向に延びる帯状の複数の底部37aと、底部37aから外側に延びる複数の壁部38aと、隣接する壁部38a間を接続する複数の頂部39aとを有する。なお、放熱性を向上させるため、発熱体34aに通気孔を形成してもよい。
<Heating element>
The
図17の熱音響装置31aの発熱体34aを形成する不織シートの構成は、図1の熱音響装置の発熱体2を形成する不織シートと同様とすることができる。
The configuration of the nonwoven sheet forming the
<貫通電極>
当該熱音響装置31aでは、一対の貫通電極36aが発熱体34aの両端に電気的に接続されているが、複数の貫通電極36aが、発熱体34aの各底部37aに電気的に接続され、かつ1つ置きに互いに接続されることにより、発熱体34aの底部37a間に独立して電流を印加できるように構成されてもよい。
<Penetration electrode>
In the
〔音波受信素子〕
音波受信素子32aは、熱音響装置31aが発生し、ワークWaを通過した音波を受信して電気信号に変換する複数のセンサを有する。
[Sound wave receiving element]
The sound
〔利点〕
当該音波検査装置は、繊維状炭素ナノ構造体を含有する不織シートを折り曲げて形成した発熱体34aを有し、効率よく音波を発生する熱音響装置31aを備えるため、ワークWa内部の傷や気泡等の欠陥を比較的正確に検出することができる。
〔advantage〕
Since the sound wave inspection apparatus includes a
[第十三実施形態]
図18に、本発明の図16、図17とは異なる実施形態に係る音波検査装置の構成を示す。
[Thirteenth embodiment]
FIG. 18 shows a configuration of a sound wave inspection apparatus according to an embodiment different from FIGS. 16 and 17 of the present invention.
当該音波検査装置は、それ自体が本発明の別の実施形態である熱音響装置31bと、音波受信素子32bとを備え、熱音響装置31b及び音波受信素子32b間に配置される円筒状のワークWbの傷を熱音響装置31bが発生する超音波によって検査する超音波探傷音波検査装置である。
The sound wave inspection apparatus includes a
〔熱音響装置〕
熱音響装置31bは、円筒状の加熱装置40と、この加熱装置40の内側に配置される発熱体34bと、加熱装置40に駆動電流を印加する不図示の配線と信号発生器とを備える。
[Thermoacoustic device]
The
<加熱装置>
加熱装置40は、加熱装置40の内部に配設された発熱体34bを非接触で加熱できる。加熱装置40としては、例えば、ランプやレーザー等の光エネルギー発生手段を設け、この光エネルギー発生手段からの光エネルギーを発熱体2に照射することにより、発熱体34bの全面加熱或いは一部を走査(スキャン)加熱する。
<Heating device>
The
加熱装置40としては、光エネルギー発生手段を用いる代わりに、発熱体34bに電磁波を照射して発熱体34bを誘導加熱するIHコイルやマイクロウェーブ加熱するマグネトロン等の電磁波発生手段を用いてもよい。
As the
<発熱体>
発熱体34bは、複数の繊維状炭素ナノ構造体を含有する一枚の不織シートを円筒状に折り曲げ、不図示の導電性部材等で発熱体34bの両端を接合して形成される。なお、発熱体34bを折り曲げて表面積を増やしたり、光が照射される面を毛羽立たせたり、放熱性を向上させるため、発熱体34bに孔部を形成してもよい。
<Heating element>
The
マグネトロン等の電磁波発生手段を用いて発熱体34bを加熱する場合には、発熱体34bは、繊維状炭素ナノ構造体として、カーボンナノコイルやカーボンマイクロコイルを含有するのが好ましい。
When heating the
図18の熱音響装置31bの発熱体34bを形成する不織シートの構成は、図1の熱音響装置の発熱体34bを形成する不織シートと同様とすることができる。
The configuration of the nonwoven sheet forming the
〔音波受信素子〕
音波受信素子32aは、熱音響装置31aが発生し、ワークWaを通過した音波を受信して電気信号に変換する複数のセンサを有する。
[Sound wave receiving element]
The sound
〔利点〕
これらの非接触加熱法は、発熱体34bにおける配線、電極及び接合部が不要となるため、熱音響装置31bの構造を簡略化、軽量化、小型化及びアレイ(多画素)化が容易となる。超音波探傷装置用送信プローブとしてワークの周辺を移動させて使用する場合、配線が断線しやすいという課題があり、特にプローブを高速で駆動した場合に断線のリスクが高まる。この課題に対しては、加熱装置40を固定配置し、光学系をスキャンすることにより、発熱体34bの任意な場所から必要な音圧の超音波をケーブルレスで発生させるようにすることで、断線のリスクを大幅に低減できると共に、検査の高速化が容易となる。なお、発熱体34bを移動可能に配設してもよい。
〔advantage〕
Since these non-contact heating methods do not require wiring, electrodes, and joints in the
[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should.
当該熱音響装置において、発熱体の立体形状を抄造により形成してもよい。 In the thermoacoustic apparatus, the three-dimensional shape of the heating element may be formed by papermaking.
当該音波検査装置は、筒状のワークを検査するものに限られない。また、当該熱音響装置は、例えば上述の第一乃至第十実施形態のような熱音響装置と音波検出素子とを組み合わせて形成されるものであってもよく、熱音響装置と音波受信素子とのいずれかを移動する走査型の装置であってもよい。 The sound wave inspection apparatus is not limited to one that inspects a cylindrical workpiece. The thermoacoustic apparatus may be formed by combining, for example, the thermoacoustic apparatus as described in the first to tenth embodiments and a sound wave detecting element. It may be a scanning type device that moves any of the above.
本発明に係る熱音響装置は、超音波探傷音波検査装置に特に好適に利用することができる。 The thermoacoustic apparatus according to the present invention can be particularly suitably used for an ultrasonic flaw detection sound inspection apparatus.
1,1d,1h,1i,33,33a ベース部材
2,2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h,2i,34,34a,34b 発熱体
3,3a 電極
4 配線
5 信号発生器
6,35,35a 固定部材
7 導電性部材
8 第一電極
9 第二電極
10 第三電極
11 中間電極
12 外部電極
13 多孔部材
14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i,36,36a 貫通電極
15 孔部
16,37,37a 底部
17,38,38a 壁部
18,39,39a 頂部
19 分配部
20 貫通部
21 通気孔
31,31a,31b 熱音響装置
32,32a,32b 音波受信素子
40 加熱装置
W,Wa,Wb ワーク
1, 1d, 1h, 1i, 33,
Claims (7)
音波受信素子と
を備える音波検査装置。 The thermoacoustic device according to any one of claims 1 to 6,
A sound wave inspection apparatus comprising: a sound wave receiving element.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2021039169A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | ||
| KR20210050254A (en) * | 2019-10-28 | 2021-05-07 | 울산과학기술원 | Conductive substrate and thermoacoustic loudspeaker comprising the same |
| WO2022176651A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社村田製作所 | Pressure wave generating element and production method therefor |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719279C1 (en) * | 2019-02-26 | 2020-04-17 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» (Сколковский институт науки и технологий) | Thermoacoustic radiator |
| KR102516143B1 (en) * | 2021-05-04 | 2023-03-31 | 한국전자기술연구원 | Underwater acoustic transmitter using fine bubbles |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002186097A (en) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Pioneer Electronic Corp | Speaker |
| JP2005051284A (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Kyocera Corp | SOUND GENERATOR AND SPEAKER, HEADPHONE AND EARPHONE USING THE SAME |
| JP2012205193A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Yamaha Corp | Thermoacoustic device |
| JP2012209923A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Qinghua Univ | Thermoacoustic device |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006047048A2 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Crowley Robert J | Acoustic ribbon transducer arrangements |
| CN101594563B (en) | 2008-04-28 | 2013-10-09 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Sound generating device |
| KR101217913B1 (en) * | 2008-04-28 | 2013-01-02 | 혼하이 프리시젼 인더스트리 컴퍼니 리미티드 | Sound Emitting Device |
| CN102065363B (en) * | 2009-11-16 | 2013-11-13 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Sound production device |
| JP2012205198A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Yamaha Corp | Thermoacoustic device |
| CN102724613B (en) * | 2011-03-29 | 2015-04-01 | 清华大学 | A thermal sounding device and an electronic device |
| US9856030B2 (en) | 2014-11-26 | 2018-01-02 | Rohr, Inc. | Acoustic attenuation with adaptive impedance |
| KR101645621B1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-08-08 | 한국과학기술원 | Graphene thermoacoustic speaker and manufacturing method thereof |
| US10349178B2 (en) * | 2015-01-03 | 2019-07-09 | Vorbeck Materials, Corp. | Microphone diaphragm |
-
2017
- 2017-02-13 JP JP2017024399A patent/JP2018133625A/en active Pending
- 2017-12-19 CN CN201780086242.9A patent/CN110268725B/en active Active
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002186097A (en) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Pioneer Electronic Corp | Speaker |
| JP2005051284A (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Kyocera Corp | SOUND GENERATOR AND SPEAKER, HEADPHONE AND EARPHONE USING THE SAME |
| JP2012205193A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Yamaha Corp | Thermoacoustic device |
| JP2012209923A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Qinghua Univ | Thermoacoustic device |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2021039169A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | ||
| CN114303394A (en) * | 2019-08-30 | 2022-04-08 | 株式会社村田制作所 | Pressure wave generating element and method for manufacturing the same |
| JP7347514B2 (en) | 2019-08-30 | 2023-09-20 | 株式会社村田製作所 | Pressure wave generating element and its manufacturing method |
| CN114303394B (en) * | 2019-08-30 | 2023-12-15 | 株式会社村田制作所 | Pressure wave generating element and manufacturing method thereof |
| US11968498B2 (en) | 2019-08-30 | 2024-04-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pressure wave generating element and method for producing the same |
| KR20210050254A (en) * | 2019-10-28 | 2021-05-07 | 울산과학기술원 | Conductive substrate and thermoacoustic loudspeaker comprising the same |
| KR102305953B1 (en) | 2019-10-28 | 2021-09-27 | 울산과학기술원 | Conductive substrate and thermoacoustic loudspeaker comprising the same |
| WO2022176651A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社村田製作所 | Pressure wave generating element and production method therefor |
Also Published As
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