JP2015105914A - 超音波探触子及び超音波探傷システム - Google Patents

Abstract

【課題】伝搬路の長い超音波の解像度を向上させることを課題とする。
【解決手段】音響レンズ５の中心軸６０１上にあり、曲率が大きく、内側に設けられている第１凹部５１、曲率が小さく、外側に設けられている第２凹部５２が、一方の端部に設けられている音響レンズ５と、第１凹部５１、第２凹部５２とは反対側の音響レンズ５の面に備えられ、電圧が印加されることによって振動する振動部４と、を有し、振動部は、バッキング材２と、振動素子３とを有し、バッキング材２の音響インピーダンスが中央部に近いほど大きく、外周部ほど小さくなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波探傷に用いられる超音波探触子及び超音波探傷システムの技術に関する。

各種構造材等を検査対象とする超音波探傷法では、従来から超音波の送信と受信に単一の素子からなる超音探触子が用いられている。このような超音波探傷法では、検査対象内部の欠陥等により反射された超音波信号が検出されると、その超音波信号の伝搬時間と超音波探触子の位置に基づいて欠陥の検出が行われている。このとき、ユーザは超音波探触子を移動することによって、被検体を走査し、欠陥から反射される超音波を得ることができる位置を探る。このとき、検査対象の底面(遠い方の境界面)又は表面(近い方の境界面)からの反射波の受信時間の差と、材料音速(検査対象材料中の音速)の積算により、当該欠陥の寸法が同定される。このような超音波探傷法は、動作原理が単純明快であり、装置も比較的簡便で済むので、一般的な欠陥検査によく用いられている。しかしながら、反射波形の受信信号が確認できる程の高いＳＮ（Signal to Noise）比が必要である。

さらに、表面からの反射波を時間的な基準(トリガ信号)に対して、一定時間後に波形収録範囲となるゲートを設定し、そのゲート内で反射波の有無を検出する手法がある。このような手法では、検査体内部の一定深さからの反射波を受信することで、欠陥を探傷する。

これらの超音波探傷法に用いられる超音波探触子として、以下のようなものが開示されている。
例えば、特許文献１には、焦点深度を広くするために、円環状、かつ、同心状に配置された複数の振動素子を有する超音波プローブが開示されている。このような超音波プローブとすることで、特許文献１に記載の技術は、超音波が集束する焦点までの距離に応じて、使用する振動素子から超音波を送受信するタイミング遅延させている。その結果、特許文献１に記載の技術は、異なる複数の焦点位置に対する超音波の送受信が可能であり、超音波伝播方向の機械走査が不要となる。また、特許文献１に記載の技術によれば、一度の２次元走査において、複数の検査層が検査可能である。

また、特許文献２には、中央部から外向きに密度が段階的に増大するよう配設されたバッキングを有する超音波探触子が開示されている。

特開２０１３−１１４６８号公報 特開２００６−３１４３９７号公報

表面からの反射波を時間的な基準(トリガ信号)に対して、一定時間後にゲートを設定して検査体内部の一定深さからの反射波を受信する探傷する手法では、表面からの反射波と検査体内部からの両反射波のＳＮ比が高い必要がある。

複数の焦点を有する超音波の送信が可能な超音波探触子において、一般に、伝搬路の距離が長い超音波は、短い超音波より高周波成分の減衰が著しくなる。そのため、伝搬路の長い超音波から得られる映像の解像度が落ちるという課題がある。特許文献１，２に記載の技術は、この点について考慮されていない。

また、特許文献１に記載の技術は、複数の振動素子の送受信を行うため、制御に高度な技術を要し、装置が高価になるという課題がある。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、伝搬路の長い超音波の解像度を向上させることを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、曲率の大きい凹部を有するとともに、曲率の小さい凹部とを有する音響レンズと、曲率の小さい凹部に対応する箇所における振動の周波数が、曲率の大きい凹部に対応する箇所における振動の周波数より高い振動部と、を有することを特徴とする。
その他の解決手段については、実施形態中で適宜説明する。

本発明によれば、伝搬路の長い超音波の解像度を向上させることができる。

第１実施形態に係る超音波探傷システムの構成例を示す図である。 本実施形態に係る超音波探触子から出力される超音波の伝送経路を示す模式図である。 本実施形態に係る超音波の減衰状態を示す図である。 本実施形態に係る超音波探触子による超音波のスペクトル特性（送信時）を示す図である。 本実施形態に係る超音波探触子による超音波のスペクトル特性（焦点到達時）を示す図である。 第１実施形態に係る超音波探触子の変形例（その１）を示す図である。 第１実施形態に係る超音波探触子の変形例（その２）を示す図である。 第２実施形態に係る超音波探触子の断面模式図である。 第２実施形態に係る超音波探触子の変形例（その１）を示す図である。 第２実施形態に係る超音波探触子の変形例（その２）を示す図である。 第３実施形態に係る超音波探触子の断面模式図である。 第３実施形態に係る超音波探触子の変形例（その１）を示す図である。 第３実施形態に係る超音波探触子の変形例（その２）を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る超音波探傷システムの構成例を示す図であり、図２は、本実施形態に係る超音波探触子から出力される超音波の伝送経路を示す模式図である。図１において、（ａ）は超音波探傷システム１００の構成図とともに、超音波探触子１ａ（１）の断面模式図を示しており、（ｂ）は超音波探触子１ａ（１）の上面図を示している。
図１（ａ）に示すように、超音波探傷システム１００は、超音波の送信及び受信を行う超音波探触子１ａ（１）と、超音波探触子１ａからの超音波の送信を制御するとともに、超音波探触子１ａが受信した超音波から、被検体の内部構造を映像化する処理装置１０とを有する。超音波探触子１ａと、処理装置１０とはリード線１１を介して接続されているが、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等を介して無線接続されていてもよい。

図１（ａ）に示すように超音波探触子１ａは、バッキング材２ａ（２）、振動素子３ａ（３）及び音響レンズ５を有している。バッキング材２ａと、振動素子３ａとを合わせて振動部４ａ（４）と称する。
音響レンズ５は、図１（ｂ）に示すように円筒状である。そして、図１（ａ）に示すように、音響レンズ５は、一方の端面が平面であり、他方の端面が第１凹部５１及び第２凹部５２といった凹部５０を有している。第１凹部５１及び第２凹部５２の曲率中心は、音響レンズ５の中心軸６０１上にある。ただし、第１凹部５１の曲率と、第２凹部５２の曲率との関係は、第１凹部５１の曲率＞第２凹部５２の曲率である。つまり、音響レンズ５は、曲率が互いに異なる複数の凹部が、一方の端部に設けられている。具体的には、音響レンズ５における曲率は、音響レンズ５の中心軸６０１上にあり、内側の凹部５０（第１凹部５１）より、外側の凹部５０（第２凹部）の方が小さい。
音響レンズ５の形状を、このようにすることで、図２に示すように、音響レンズ５は異なる焦点を有する２種類の超音波２０１，２０２を送信することができる。

図１に示すように、音響レンズ５の第１凹部５１及び第２凹部５２の反対側の端面には、振動素子３ａが接着されている。振動素子３ａは、例えば円形素子であり、厚さは均一である。振動素子３ａはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＺｎＯ（酸化亜鉛）等の圧電材や、金、銀、白金等の金属電極からなる。
ＰＺＴを振動素子３ａとして、音響レンズ５に接着する場合、予め音響レンズ５の接着表面に振動素子３ａと同面積以上の電極材と同じ金属材料を成膜しておき、拡散接合により振動素子３ａが接着される。
また、振動素子３ａがＺｎＯからなる場合、音響レンズ５の接着表面に予め金属電極を成膜しておき、スパッタリング法等の真空成膜法により振動素子３ａが接着される。

振動素子３ａからはリード線１１が配線されている。リード線１１を介して、振動素子３ａに電圧が印加されると、振動素子３ａが振動し、その振動が音響レンズ５に伝達することによって、音響レンズ５から超音波が送信される。さらに、受信の際には、音響レンズ５を介して、伝達された振動が振動素子３ａによって電圧に変換される。変換された電圧はリード線１１を通して処理装置１０に送られる。つまり、振動素子３ａ（振動部４ａ）は、凹部５０とは反対側の音響レンズ５の面に備えられ、電圧が印加されることによって振動する。

振動素子３ａにおいて、音響レンズ５と接していない側の面には、エポキシ樹脂又はタングステンを含むエポキシ樹脂等からなるバッキング材２ａが接着されている。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、バッキング材２ａは円筒状であり、中央付近における第１バッキング材２１と、第１バッキング材２１の周囲（外周部）に配置された第２バッキング材２２とからなる。
第１バッキング材２１と、第２バッキング材２２とでは、音響インピーダンスが異なっている。第１バッキング材２１の音響インピーダンスをＺａ、第２バッキング材２２の音響インピーダンスをＺｂとすると、Ｚａ＞Ｚｂの関係がある。つまり、中央部にある第１バッキング材２１の音響インピーダンスよりも外周部にある第２バッキング材２２の音響インピーダンスの方が小さい。言い換えれば、振動部４ａは、音響レンズ５の曲率の小さい凹部に対応する箇所における振動の周波数が、曲率の大きい凹部に対応する箇所における振動の周波数より高い。具体的には、バッキング材２ａの音響インピーダンスは、曲率の大きい第１凹部５１に対応する箇所ほど大きく、曲率の小さい第２凹部５２に対応する箇所ほど小さくなる。

第１バッキング材２１及び第２バッキング材２２における音響インピーダンスの調整は、バッキング材２ａにおけるタングステンの含有量を調整することで行われる。
前記したように、リード線１１を介して振動素子３ａに電圧が印加されると、振動素子３ａが振動する。このとき、振動素子３ａのうち、音響インピーダンスが小さい第２バッキング材２２に接触している部分は周波数の小さい振動をする。これに対し、振動素子３ａのうち、音響インピーダンスが大きい第１バッキング材２１に接している部分は、周波数の大きな振動しか行うことができない。これは、一般に音響インピーダンスの大きい素材に接している部材は振幅が小さく、かつ、周波数の小さな振動しか行うことができず、音響インピーダンスの小さい素材に接している部材は振幅が大きく、かつ、周波数の大きい振動を行うことができることによる。

これにより、図２に示すように、音響レンズ５は、中央部から低周波の第１超音波２０１を送信し、外周部から高周波の第２超音波２０２を送信する。
このように、中央部にある第１バッキング材２１の音響インピーダンスよりも外周部にある第２バッキング材２２の音響インピーダンスの方を小さくすることで、超音波探触子１ａにおいて、外周部の領域から送信される第２超音波２０２を高周波化することができる。

（特性）
ここで、図２を参照して、本実施形態に係る超音波探触子１ａによる超音波の集束性について説明する。なお、以下の図において、リード線１１、処理装置１０の図示を省略するが、実際には図１と同様、超音波探触子１ａと処理装置１０とはリード線１１によって接続されている。
振動素子３ａに電圧が印加されることで発生した超音波は音響レンズ５を伝搬し、第１凹部５１及び第２凹部５２で屈折することで、第１超音波２０１及び第２超音波２０２が送信される。伝搬路にある媒質は水やアルコール等である。このように、本実施形態に係る超音波探触子１ａによれば、伝搬距離２２１の焦点２１１及び伝搬距離２２２の焦点２１２の位置に超音波２０１，２０２が集束する。つまり、本実施形態に係る超音波探触子１ａは、異なる焦点２１１，２１２を有する２種類の超音波２０１，２０２を送信することができる。ここで、伝搬距離２２１，２２２は、超音波が送信される凹部と音響レンズ５の交点からの距離である。ちなみに、伝搬距離２２２は、想定される第２凹部５２と音響レンズ５との交点からの距離である。

図３は、本実施形態に係る超音波の減衰状態を示す図である。
図３において、縦軸は周波数であり、横軸は伝播距離を示す。
そして、図３において、符号３１１は第１超音波２０１（図２）の減衰曲線を示し、符号３０１は第１超音波２０１の送信時における周波数（実際には、第１超音波２０１のスペクトルのピークにおける周波数）を示す。
同様に、符号３１２は第２超音波２０２（図２）の減衰曲線を示し、符号３０２は第２超音波２０２の送信時における周波数（実際には、第２超音波２０２のスペクトルのピークにおける周波数）を示す。
図２に示すように、超音波２０１よりも超音波２０２の方の伝搬路が長いため、第２超音波２０２における高周波成分の減衰量が大きい。これは、高周波成分の方が減衰しやすいという音の性質によるものである。
そこで、図１に示すように、バッキング材２ａの音響インピーダンスを中央部から外周部にかけて音響インピーダンスが低下するようにすることで、図３に示すように第２超音波２０２の周波数を第１超音波２０１より高周波とする。

そして、第１超音波２０１、第２超音波２０２は、伝搬路を進むにつれて、高周波成分が減衰していく。

そして、符号２１１は、図２における符号２１１と同様、第１超音波２０１の焦点を示し、符号２１２は、図２における符号２１２と同様、第２超音波２０２の焦点を示す。
第１バッキング材２１及び第２バッキング材２２の音響インピーダンスを調整することによって、送信時における超音波２０１，２０２の周波数を調整することができる。これにより、焦点２１１，２１２における周波数を、図３に示すように符号３２１の周波数に揃えることができる。

このように、第１バッキング材２１、第２バッキング材２２の音響インピーダンスを調整することで、第１超音波２０１、第２超音波２０２の焦点２１１，２１２における周波数を揃えることができる。これにより、焦点２１２における解像度を向上させることができる。
なお、図３に示すように、焦点２１１，２１２における周波数を揃えなくても、第２超音波２０２を高周波化することで、焦点２１２における解像度を向上させることができる。

図４及び図５は、本実施形態に係る超音波探触子による超音波のスペクトル特性を示す図である。ここで、図４は送信時におけるスペクトル特性を示す。
図４において、符号４０１（破線）は第１超音波２０１の送信時におけるスペクトル特性を示している。また、符号３０１はスペクトルピークを示し、その周波数は図３の符号３０１の周波数である。
同様に、符号４０２（実線）は第２超音波２０２の送信時におけるスペクトル特性を示している。また、符号３０２はスペクトルのピークを示し、その周波数は図３の符号３０２の周波数である。
図４に示すように、送信時において、中央部より外周部の音響インピーダンスを小さくするようにバッキング材２ａを構成することで、符号４０２の特性の方が符号４０１より高周波側に偏っている。

そして、図５において、符号５０１（破線）は焦点２１１到達時における第１超音波２０１の送信時におけるスペクトル特性を示す。
同様に、符号５０２（実線）は、焦点２１２到達時における第２超音波２０２のスペクトル特性を示す。
図５では、それぞれの高周波成分の減衰により、いずれのスペクトル曲線５０１，５０２も、図４に示すスペクトル曲線４０２，４０１より低周波側に偏っている。なお、媒質中を超音波２００が進むにつれ、高周波成分のみならず、全体的に周波数の強度が減衰するため、図５では、図４より低周波側の周波数成分も、高周波側ほどではないが減衰している。
ここで、第１超音波２０１より長い伝搬路を伝搬する第２超音波２０２の方が高周波成分の減衰が著しく、そのスペクトルのピークは符号３２１で一致している。ここで、符号３２１の周波数は、図３の符号３２１に示す周波数である。

第１実施形態によれば、バッキング材２ａの音響インピーダンスを外周部ほど小さくすることで、第２凹部５２から送信される第２超音波２０２を高周波化することができる。言い換えれば、音響インピーダンスを外周部ほど小さくすることで、ダンピング（減衰）特性の高い超音波を、中央部よりも外周部を伝搬する領域で高周波化できる。
第２凹部５２から送信される第２超音波２０２は伝搬路が長いため高周波成分の減衰が生じる。しかしながら、前記した構成により第２超音波２０２が予め高周波化されるため、高周波成分の減衰が生じても、焦点２１２に達したとき、第２超音波２０２は必要な高周波成分を維持することができる。

なお、特許文献２に記載の技術も空間分解能の向上を目指すものであるが、バッキングの密度が中央部において最小であり、外周部で最大となっている。このようにすることで、特許文献２に記載の技術は、中央部から送信される超音波の音圧を強くし、外周部から送信される超音波の音圧を弱くするものである。このようにすることで、特許文献２に記載の技術は、メインローブによる画像を際立たせるものである。
このような特許文献２に記載の技術は、外周部である第２凹部５２から送信される第２超音波２０２を高周波化することで、伝搬路の長い第２超音波２０２からの映像の解像度を向上させる本実施形態の技術とは全く異なるものである。
また、本実施形態によれば、振動素子３ａを１つにすることで、制御や、製造が容易となる。
さらに、本実施形態では、音響レンズ５における曲率が、音響レンズ５の中心軸６０１（図１）上にあり、内側の第１凹部５１より、外側の第２凹部５２の方が小さくなるようにする。このようにすることで、各凹部５１，５２の曲率を有し、表面に研磨剤が塗布された鉄球等を用いて第１凹部５１、第２凹部５２を作成することができる。従って、第１凹部５１、第２凹部５２の作成を容易にすることができる。

（変形例）
ここで、第１実施形態に係る超音波探触子の変形例を示す。
図６及び図７は、第１実施形態に係る超音波探触子の変形例を示す断面模式図である。なお、以下の図において、音響レンズ５，５ａは図１と同様円筒状を有するものとする。
図６に示す超音波探触子１ｂ（１）は、振動部４ｂ（４）におけるバッキング材２３（２ｂ，２）の音響インピーダンスが連続的に変化している。ちなみに、バッキング材２３は、円筒状を有している。
また、図７に示す超音波探触子１ｃ（１）では、音響レンズ５ａ（５）が３つの凹部５０（符号５１〜５３）を有している。音響レンズ５ａが、このような構成を有することで、図７に示すように３つの焦点２１１〜２１３を有する超音波の送信が可能となる。
また、図７では、振動部４ｃ（４）において、バッキング材２ｃ（２）が、中央部から外周部へ順に第１バッキング材２１、第２バッキング材２２、第３バッキング材２４となっている。このとき、第１バッキング材２１の音響インピーダンスをＺａ、第２バッキング材２２の音響インピーダンスをＺｂ、第３バッキング材２４の音響インピーダンスをＺｃとすると、Ｚａ＞Ｚｂ＞Ｚｃの関係が成り立っている。なお、第１バッキング材２１、第２バッキング材２２は、図１と同様の構成を有しており、第３バッキング材２４は円環状を有している。
このような音響インピーダンスの構成とすることで、焦点２１１，２１２，２１３を有する超音波のうち、伝搬路が長い超音波ほど高周波化することができ、解像度を向上させることができる。

《第２実施形態》
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態に係る超音波探触子の断面模式図である。なお、図８において、図１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明することとする。
図８に示す超音波探触子１ｄ（１）が図１に示す超音波探触子１と異なる点は、振動部４ｄ（４）におけるバッキング材２５（２ｄ）が中央部２５１と外周部１５２とでバッキング材２５の厚みが異なっていることである。具体的には、図８に示すように、バッキング材２５の中央部２５１は厚くなっており、外周部２５２は薄くなっている。なお、バッキング材２５は均質となっており、中央部２５１及び外周部２５２はともに円筒状を有している。
振動素子３ａの接着方法等は、第１実施形態と同一のため、ここでは説明を省略する。

振動素子３ａのうち、バッキング材２５の厚みが薄い外周部２５２に接触している部分は周波数の小さい振動をする。これに対し、振動素子３ａのうち、バッキング材２５の厚みが厚い中央部２５１に接触している部分は周波数の大きな振動しか行うことができない。これは、バッキング材２５の厚みが薄い箇所に接しているところが、厚い箇所に接している箇所よりも、細かい振動を行うことができるためである。

図８に示すような構成とすることで、超音波探触子１ｄは第１実施形態に示す超音波探触子１と同様の効果を有するとともに、バッキング材２５を同一の材料で構成することから、作成が簡便なものとすることができる。また、バッキング材２５を同一の材料で構成し、バッキング材２５の厚みで振動子３ａの振動を制御することで、振動素子３ａの制御が簡便なものとなる。
なお、図８においてバッキング材２５は、中央部と外周部とで一体となっていてもよいし、別々のバッキング材で構成されていてもよい。

（変形例）
図９及び図１０は、第２実施形態に係る超音波探触子の変形例を示す断面模式図である。
また、バッキング材は、図９及び図１０に示すように、連続的に厚みを変化させるようにしてもよい。
図９に示す超音波探触子１ｅ（１）では、振動部４ｅ（４）において、バッキング材２６（２ｅ，２）が中央付近で最も厚く、外周部にいくに従って薄くなるよう、曲線的に厚みを変化させている。つまり、バッキング材２６は球冠状を有している。また、図１０に示す超音波探触子１ｆ（１）では、振動部４ｆ（４）において、バッキング材２７（２ｆ，２）が中央付近で最も厚く、外周部にいくに従って薄くなるよう直線的に厚みを変化させている。つまり、バッキング材２７は円錐状を有している。つまり、バッキング材の厚みは、曲率の大きい第１凹部５１に対応する箇所ほど厚く、曲率の小さい第２凹部５２に対応する箇所ほど薄くなっている。

《第３実施形態》
次に、図１１を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
図１１は、第３実施形態に係る超音波探触子の断面模式図である。なお、図１１において、図１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明することとする。
図１１に示す超音波探触子１ｇ（１）が図１に示す超音波探触子１と異なる点は、振動部４ｇ（４）において、バッキング材２（図１）が省略され、中央部３１と外周部３２とで振動素子３ｂ（３）の厚みが異なっていることである。すなわち、図１１に示すように、バッキング材３ｂの中央部３１は厚くなっており、外周部３２は薄くなっている。なお、中央部３１及び外周部３２はともに円筒状を有する。
振動素子３ｂの接着方法等は、第１実施形態と同一のため、ここでは説明を省略する。

振動素子３ｂのうち、厚みが薄い外周部３２は周波数の小さい振動をする。これに対し、振動素子３ｂのうち、厚みが厚い中央部３１は周波数の大きな振動しか行うことができない。これは、振動素子３ｂの厚みが薄い箇所が、厚い箇所よりも、細かい振動を行うことができるためである。

図１１に示すような構成とすることで、超音波探触子１ｇは第１実施形態に示す超音波探触子１と同様の効果を有するとともに、バッキング材２（図１）が省略されることから、作成が簡便なものとなる。
なお、振動素子３ｂは、中央部と外周部とで一体となっていることが望ましい。
また、振動素子３ｂにおいて、音響レンズ５との接着面と反対側の面にバッキング材２（図１）を設けてもよい。その際、バッキング材２の構成は、図１や、図６のようにしてもよい。

（変形例）
図１２及び図１３は、第３実施形態に係る超音波探触子の変形例を示す断面模式図である。
振動素子は、図１２及び図１３に示すように、連続的に厚みを変化させるようにしてもよい。
図１２に示す超音波探触子１ｈ（１）では、振動部４ｈ（４）において、振動素子３ｃ（３）が、中央付近で最も厚く、外周部にいくに従って薄くなるよう、曲線的に厚みを変化させている。つまり、振動素子３ｃは球冠状を有している。また、図１３に示す超音波探触子１ｉ（１）では、振動部４ｉ（４）において、振動素子３ｄ（３）が、中央付近で最も厚く、外周部にいくに従って薄くなるよう、直線的に厚みを変化させている。つまり、振動素子３ｄは円錐状を有している。つまり、振動素子３ｃ、３ｄの厚みは、曲率の大きい第１凹部５１に対応する箇所ほど厚く、曲率の小さい第２凹部５２に対応する箇所ほど薄くなっている。

以上説明したように、本実施形態によれば、表面及び探傷面における超音波の信号強度を向上し、分解能を低下させない効果を得る。また、超音波の集束位置を音響レンズ５により選択的にすることで、集束位置以外からのノイズとなる超音波を低下できる。さらに、振動素子３を電気的に１つにすることで、制御が容易になり、製造も容易になる。

なお、本実施形態では、内側の凹部５０の曲率＞外側の凹部５０の曲率となっているが、内側の凹部５０の曲率＞外側の凹部５０の曲率となっていてもよい。例えば、中心に曲率の小さな凹部５０があり、その凹部５０の縁近傍に、曲率の小さな凹部５０が複数円形に配置されるようにしてもよい。
この場合、内側の凹部５０から送信される第１超音波２０１の方の伝搬路が短くなる。このような構成の音響レンズ５を使用する場合、外周部のバッキング材２の音響インピーダンスが大きく、中央部のバッキング材２の音響インピーダンスを小さくする。あるいは、バッキング材２が凹形状、又は外周部が厚く、中央部が薄い構造としてもよい。又は、振動素子３が凹形状、又は外周部が厚く、中央部が薄い構造としてもよい。
さらに、図７のように音響レンズ５が３つ以上の凹部を有する場合でも、曲率は図７の形式に限らない。

なお、本実施形態では、音響レンズ５に設けられる凹部５１〜５３の曲率中心が同一の軸上にあるとしたが、これに限らない。ただし、バッキング材２や、振動素子３の音響インピーダンスや、厚さは音響レンズ５における凹部５０に対応する必要がある。具体的には、曲率の大きい凹部には、音響インピーダンスが大きい、又は、バッキング材２や、振動素子３の厚さが厚い振動部４が対応する必要がある。また、曲率の小さい凹部５０には、音響インピーダンスが小さい、又は、バッキング材２や、振動素子３の厚さが薄い振動部４が対応する必要がある。

例えば、音響レンズ５の側面をある一方からみたとき、左側に曲率の大きい凹部５０が設けられ、右側に曲率の小さい凹部５０がそれぞれ独立して設けられている場合、以下のようになる。曲率の大きい凹部５０が設けられている側（左側）のバッキング材２や、振動素子３は、音響インピーダンスが大きいか、又は厚さが厚い構成となる。そして、曲率の小さい凹部５０が設けられている側（右側）のバッキング材２や、振動素子３は、音響インピーダンスが小さいか、又は厚さが薄い構成となる。

また、本実施形態では、バッキング材２、振動素子３それぞれを上面からみると、円形になるようにしているが、これに限らず、多角形等としてもよい。あるいは、バッキング材２、振動素子３は、円筒状、多角柱状でなくてもよい。音響レンズ５の曲率の大きい凹部に音響インピーダンスの大きいバッキング材２や、厚さが厚くなっているバッキング材２、振動素子３が対応していれば、バッキング材２や、振動素子３の形状はどのようなものでもよい。同様に、音響レンズ５の曲率の小さい凹部に音響インピーダンスの小さいバッキング材２や、厚さが薄くなっているバッキング材２、振動素子３が対応していれば、バッキング材２や、振動素子３の形状はどのようなものでもよい。

本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１，１ｂ〜１ｉ 超音波探触子
２，２ｂ〜２ｆ，２１〜２７ バッキング材
３，３ａ〜３ｄ 振動素子
４，４ｂ〜４ｉ 振動部
５，５ａ 音響レンズ
１０ 処理装置
１１ リード線
１００ 超音波探傷システム
２０１〜２０２ 超音波
６０１ 中心軸

Claims (10)

1. 曲率が互いに異なる複数の凹部が、一方の端部に設けられている音響レンズと、
   前記凹部とは反対側の前記音響レンズの面に備えられ、電圧が印加されることによって振動する振動部と、
   を有し、
   前記振動部は、
   前記曲率の小さい凹部に対応する箇所における前記振動の周波数が、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所における前記振動の周波数より高い
   ことを特徴とする超音波探触子。
2. 前記振動部は、バッキング材と、振動素子とを有し、
   前記バッキング材の音響インピーダンスは、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所ほど大きく、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所ほど小さくなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記振動部は、バッキング材と、振動素子とを有し、
   前記バッキング材の厚みは、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所ほど厚く、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所ほど薄い
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
4. 前記振動部は、振動素子を有し、
   前記振動素子の厚みは、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所ほど厚く、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所ほど薄い
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
5. 前記音響レンズにおける曲率は、前記音響レンズの中心軸上にあり、内側の前記凹部より、外側の前記凹部の方が小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
6. 曲率が互いに異なる複数の凹部が、一方の端部に設けられている音響レンズと
   前記凹部とは反対側の前記音響レンズの面に備えられ、電圧が印加されることによって振動し、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所における前記振動の周波数が、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所における前記振動の周波数より高い振動部と、
   を備える超音波振動子を有するとともに、
   前記超音波振動子から得られる超音波の信号を処理する処理装置を
   を有する超音波探傷システム。
7. 前記振動部は、バッキング材と、振動素子とを有し、
   前記バッキング材の音響インピーダンスは、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所ほど大きく、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所ほど小さくなる
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷システム。
8. 前記振動部は、バッキング材と、振動素子とを有し、
   前記バッキング材の厚みは、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所ほど厚く、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所ほど薄い
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷システム。
9. 前記振動部は、振動素子を有し、
   前記振動素子の厚みは、前記曲率の大きい凹部に対応する箇所ほど厚く、前記曲率の小さい凹部に対応する箇所ほど薄い
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷システム。
10. 前記音響レンズにおける曲率は、前記音響レンズの中心軸上にあり、内側の前記凹部より、外側の前記凹部の方が小さい
    ことを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷システム。

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