JP2020153770A - 超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の放射角を高角度側から低角度側まで可変とし、それにより検査対象部位までの距離に関わらず、超音波検査精度を高めた超音波検査装置を提供する。【解決手段】実施形態の超音波検査装置１は、複数の領域８に分割された複数の振動子２を有する振動子群３を備える超音波トランスデューサ４と、複数の領域８毎に複数の振動子２を個別に駆動する駆動部５と、複数の領域から駆動する振動子２を有する領域を選択し、選択された領域８に配置された振動子２を駆動するように、駆動部５を制御する制御部６とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波検査装置に関する。

医療診断や各種部材、装置等の非破壊検査に、超音波検査装置が用いられている。超音波検査装置は、例えば、検査対象部位に超音波を照射すると共に、検査対象部位からの反射波を受信する超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサで受信した反射波により検査対象部位の状態の検査処理を行う制御部とを具備する。超音波トランスデューサとしては、１つの振動子で超音波を送受信する単眼型プローブや、直線的に並べた複数の振動子で超音波を送受信するリニアアレイ型プローブ等が知られている。探傷部位の画像化範囲の拡大等を目的として、リニアアレイ型プローブが一般的に用いられている。

複数の振動子を並べた方向をアレイ方向、それと直交する振動子の幅に当たる方向を振動子の口径と表現した場合、アレイ方向の複数の振動子を個別に駆動するにあたって、各々の振動子の駆動を全振動子同時ではなく、遅延を与えて駆動するフェイズドアレイ駆動方式により、超音波トランスデューサの画像化範囲を広範囲化（高視野角化）している。一方、振動子の幅方向について、その視野角は振動子の口径、つまり幅で一意的に決まってしまうため、振動子の幅が一定であるリニアアレイ型プローブでは、その探傷及び画像化の範囲は幅方向の視野角に固定されることになる。

上述した超音波探傷及び画像化の範囲において、より広い範囲を探傷及び画像化したい場合には、振動子の幅、すなわち口径を小さくすることで、より広範囲の画像化が可能となる。しかしながらで、振動子の幅を小さくすることによって、振動子の送信や受信の音圧が減少してしまうため、トランスデューサとしてのＳ／Ｎ比が低下し、鮮明な画像が得られなくなる。このような振動子の口径と視野角との関係から、遠距離の対象物をその大きさに合わせて画像化するのに適した振動子の幅では、比較的視野角が狭くなるため、同一の振動子で近距離を画像化した場合には、画像化できる対象の大きさが制限されてしまう。これとは逆に、近距離で十分な視野角を持つような振動子の幅を選択した場合、遠距離では画像化範囲が不必要に広くなり、これと相反して振動子の幅が小さいことでＳ／Ｎ比が低下し、遠距離の画像化には適さなくなってしまう。

特開２００８−０６１８０９号公報 特開２００７−３０７２８８号公報

本発明が解決しようとする課題は、超音波の放射角を高角度側から低角度側まで可変とし、それにより検査対象部位までの距離に関わらず、超音波検査精度を高めることを可能にした超音波検査装置を提供することにある。

実施形態の超音波検査装置は、複数の領域に分割された複数の振動子を有し、前記複数の領域のそれぞれに少なくとも１つの前記振動子が配置された、少なくとも１つの振動子群を備える超音波トランスデューサと、前記複数の領域毎に前記複数の振動子を個別に駆動する駆動部と、前記複数の領域から駆動する前記振動子を有する領域を選択し、前記選択された領域に配置された前記振動子を駆動するように、前記駆動部を制御する制御部とを具備する。

第１の実施形態の超音波検査装置を示す図である。 図１に示す超音波検査装置の動作状態を示す図である。 図１に示す超音波検査装置における超音波プローブの第１の変形例を示す図である。 図１に示す超音波検査装置における超音波プローブの第２の変形例を示す図である。 図１に示す超音波検査装置の第３の変形例を示す図である。 第２の実施形態の超音波検査装置を示す図である。 第３の実施形態の超音波検査装置を示す図である。 第４の実施形態の超音波検査装置を示す図である。 第５の実施形態の超音波検査装置を示す図である。

以下、実施形態の超音波検査装置について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、各部の厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。説明中の上下方向を示す用語は、重力加速度方向を基準とした現実の方向とは異なる場合がある。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。図１に示す超音波検査装置１は、複数の振動子（圧電振動子）２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を有する振動子群３を備える超音波トランスデューサ（超音波プローブ）４と、複数の振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動する駆動部５と、駆動部５の動作を制御する制御回路、複数の振動子２の駆動を切り替えるスイッチング回路、超音波の反射波信号を処理する信号処理回路等を有する制御部６とを具備する。

振動子群３は、超音波の残留振動を吸収して抑制するバッキング材７上に配置されている。振動子群３を構成する複数の振動子２は、複数の領域８（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）に分割されている。すなわち、３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、第１の領域８Ａ、第２の領域８Ｂ、第３の領域８Ｂのそれぞれに配置されている。３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、裏面側に共通電極９を有する圧電体１０の表面に、３つの領域８Ａ、８Ｂ、８Ｃに対応させて個別電極１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）を設けることにより構成されている。３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、共通の圧電体１０を有しながらも、個別に独立して圧電振動子として機能させることが可能とされている。振動子２は、必要に応じて超音波の送受信面に設けられたマッチング層等を有していてもよい。

３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、個別に駆動回路配線１２を介して駆動部５及び制御部６と接続されている。すなわち、共通電極９は駆動回路配線１２ａを介して駆動部５と接続されている。振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃの個別電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、それぞれ駆動回路配線１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを介して駆動部５と接続されている。振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃには、駆動回路配線１２を介して駆動部５から駆動電圧が印加されると共に、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃと制御部６との間で駆動回路配線１２を介して受信信号等の信号が送受信される。振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、制御部６から駆動部５に送られた制御信号に基づいて個別に駆動され、超音波の発信のオン・オフが個別に制御される。制御部６は、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、駆動する振動子２及びその数を調整及び切り替えるスイッチング回路を有している。

駆動部５は、パルス波、矩形波、バースト波等で振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動して超音波を発振せしめるパルサ電源等の電源を備えている。駆動部５の電源から振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃの共通電極９及び個別電極１１Ａ、１１Ｂ、１１に電圧を印加すると、各振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃに電界が印加され、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃに変位が生じる。これによって、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃから個別に超音波が発振される。振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、複数の振動子２から超音波を発振させる場合、それらの振動子２は駆動タイミングを遅延させることなく、同時に駆動される。

第１の実施形態の超音波検査装置１において、制御部６は複数の領域８ａ、８ｂ、８ｃから駆動させる領域８を選別し、選別された領域８に配置された振動子２を駆動するように、駆動部５を制御する。例えば、振動子群３を構成する振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃが配置される領域８Ａ、８Ｂ、８Ｃを、外側に位置する第１の領域８Ａ、８Ｃとそれらの内側に位置する第２の領域８Ｂとに分けた場合、例えば、制御部６は第２の領域８Ｂに配置された振動子２Ｂのみを駆動するケースと、第１の領域８Ａ、８Ｃに配置された振動子２Ａ、２Ｃを含めて全ての振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動するケースとを選択し、駆動する振動子２及びその数を切り替える機能を有する。例えば、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃがそれぞれ同一の幅（口径）Ｗを有していた場合、振動子２Ｂのみを駆動するケースでは振動子２の実質的な幅（口径）はＷとなるのに対し、全ての振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動するケースでは振動子２の実質的な幅（口径）は３倍の３Ｗとなる。

超音波検査における検査対象範囲が近距離に存在する場合、同じ大きさの検査対象範囲が遠距離にある場合に比べて、超音波の放射角度はより広角化が求められる。超音波の放射角度は振動子の口径に依存するため、１つの振動子の超音波の放射角を広角化するためには、振動子の幅（口径）を狭くする必要がある。しかし、近距離の検査対象範囲に合わせて振動子の幅を狭くすることで、超音波の放射角は広角化されるものの、同時に振動子の超音波放射の有効面積が減少するため、超音波トランスデューサの感度が低下する。また、そのような振動子で遠距離の検査対象に超音波を照射すると、画像化範囲が不必要に広くなるため、超音波トランスデューサの感度が低下する。

このような点に対して、検査対象部位が遠距離でさほど広い超音波放射角が必要でない場合、実施形態の超音波トランスデューサ４では３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを選択して駆動する。このようなケースでは振動子２の幅（口径）は３Ｗとなるため、図２に示すように遠距離の検査対象に応じた超音波放射角θ１、すなわち比較的狭い超音波放射角θ１で検査対象部位に超音波を照射することができる。この場合、振動子２の幅は３Ｗであり、振動子２の幅を広く維持したまま超音波を検査対象部位に照射できるため、高感度でＳ／Ｎ比の良い超音波探傷を行うことができる。

一方、検査対象部位が近距離に存在する場合、実施形態の超音波トランスデューサ４では、振動子２Ｂのみを選択して駆動する。その場合の振動子２の幅（口径）はＷと小さいため、図２に示すように近距離の検査対象に応じた超音波放射角θ２、すなわち広い超音波放射角θ２で検査対象部位に超音波を照射することができる。従って、近距離の検査対象範囲に応じた広い超音波放射角で超音波探傷を行うことができる。ここで、振動子２の幅を小さくすることで、感度低下やＳ／Ｎ比の低下が懸念されるが、遠距離探傷に比べて近距離探傷では、超音波の送受信の経路が短くなり、その分の超音波減衰は距離の二乗で減衰する。従って、実際の探傷時には遠距離探傷に比べて振動子２の幅を小さくしたことによる影響を抑制できるため、超音波探傷の精度を維持することができる。

上述したように、実施形態の超音波検査装置１においては、検査対象部位の超音波トランスデューサ４からの距離に応じて、３つに分割された振動子２ａ、２ｂ、２ｃを選択的に切り替えて駆動させている。具体的には、内側領域８ｂに配置された振動子２Ｂのみを駆動するか、もしくは全ての振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動するかが選択され、検査対象部位の距離に応じた超音波放射角で超音波を照射することができる。従って、検査対象部位が遠距離に位置するか、また短距離に位置するかに関わらず、１つの超音波トランスデューサ４でＳ／Ｎ比が良く、検査精度に優れる超音波探傷を行うことが可能になる。

実施形態の超音波検査装置１において、振動子群３を分割する領域８の数は、３つに限られるものではない。例えば、図３に示すように、振動子群３は５つの領域８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅに分割されていてもよい。各領域８にはそれぞれ１つの振動子２が配置される。振動子群３は、例えば、外側に位置する第１の領域８Ａ、８Ｅと、中央に位置する第２の領域８Ｃと、それらの中間に位置する第３の領域８Ｂ、８Ｄに分けられる。制御部６は、第２の領域（中央領域）８Ｃに配置された振動子２Ｃのみを駆動するケースと、第２の領域（中央領域）８Ｃと第３の領域（中間領域）８Ｂ、８Ｄに配置された振動子２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを駆動するケースと、全ての振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅを駆動するケースとを選別して切り替える。このように、振動子２の数とそれに基づく振動子２の幅を調整し、超音波放射角とそれに基づく適切な検査対象部位までの距離を調整することによって、検査対象部位までの距離に関わらず、１つの超音波トランスデューサ４でＳ／Ｎ比が良く、検査精度に優れる超音波探傷を行うことが可能になる。

また、振動子群３を分割する領域８内に配置する振動子２の数は、１つに限られるものではない。例えば、図４に示すように、振動子群３を３つの領域８Ａ、８Ｂ、８Ｃに分割すると共に、各領域８Ａ、８Ｂ、８Ｃにそれぞれ複数の振動子２を配置するようにしてもよい。図４では領域８Ａに２つの振動子２Ａ、２Ｂを配置し、領域８Ｂに２つの振動子２Ｃ、２Ｄを配置し、領域８Ｃに２つの振動子２Ｅ、２Ｆを配置している。このような振動子２の数の調整に代えて、各振動子２の幅を調整するようにしてもよい。このように、振動子２の数や振動子２の幅を調整することによって、適切に超音波を照射することが可能な検査対象部位までの距離を調整することができる。

さらに、振動子群３を構成する振動子２の構成は、図１に示したように、１つの圧電体１０に複数の個別電極１１を配置した構造に限られるものではない。例えば、図５に示すように、それぞれ上部電極１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）と圧電体１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）と下部電極１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）とで構成された振動子２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）をバッキング材７上に、各領域８ａ、８ｂ、８ｃに応じて配置してもよい。このような振動子２によっても、図１に示した振動子２と同様な効果を得ることができる。ただし、図１に示した振動子２のように、１つの圧電体１０に共通電極９と複数の個別電極１１を設けて分割した複数の振動子２によれば、比較的狭い放射角の超音波の発振するときの超音波特性を高めることができると共に、複数に分割された振動子２の製造コストを低減することが可能になる。

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。図６に示す超音波検査装置２１は、振動子２の設置面を多角形状とし、超音波の放射方位を広角化したい方位に向けて設置方位を異ならせた３つの設置面７ａ、７ｂ、７ｃを有するバッキング材７を備えている。バッキング材７の振動子設置面（超音波放射面）７ａ、７ｂ、７ｃには、それぞれ振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃが設置されている。なお、図６では図示を省略したが、図６に示す振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、図５に示した振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃと同様に、それぞれ上部電極１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃと圧電体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと下部電極１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃとを有している。

図６に示す超音波検査装置２１においては、例えば幅１５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、周波数定数２０００Ｈｚｍの振動子２を用いて、これらを超音波の放射方位を広角化したい方位に３枚の振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを配置している。この幅１５ｍｍの振動子２による超音波放射角はおよそ１０度となる。内側領域８Ｂの振動子２Ｂのみを駆動した場合には、約１０度の範囲に超音波を放射することができる。さらに、３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを１０度の角度ピッチを保持して配置し、これらを同時駆動した場合において、探傷対象までの距離を１ｍとして超音波の反射板を設置し、超音波送受信の感度分布を測定、評価した結果、超音波トランスデューサ４の送受信感度は３０度まで大きな感度低下が生じていないことが確認された。従って、検査対象の探傷範囲を維持した上で、振動子２の複数配置により超音波トランスデューサ４を広角化することができる。

なお、上述した振動子２の幅、またその組合せによる超音波放射角等は、あくまでも一例として記載したものであり、それらの数値に限定されるものではない。上記した各数値は超音波探傷の対象物の大きさや超音波トランスデューサ４からの距離に応じて適宜に設定されるものである。また、振動子２の選択及びそれに基づく駆動は、第１の実施形態と同様にして、駆動部５及び制御部６により実施されるものである。

（第３の実施形態）
図７は第３の実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。図７に示す超音波検査装置３１は、第２の実施形態の超音波検査装置２１と同様に、振動子２の設置面を多角形状とし、超音波の放射方位を広角化したい方位に向けて設置方位を異ならせた３つの設置面（超音波放射面）７ａ、７ｂ、７ｃを有するバッキング材７を備えている。バッキング材７の設置面７ａ、７ｂ、７ｃには、それぞれ振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設置されている。第３の実施形態の超音波検査装置３１は、複数の振動子群３を備えている。振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを有している。振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ図１に示した振動子群３と同様な構成を有している。

第３の実施形態の超音波トランスデューサ４において、振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは例えば幅１５ｍｍ、厚み０．５ｍｍの形状を有し、さらに周波数定数は２０００Ｈｚｍとされる。このような振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ第１の実施形態と同様に、３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃに分割されている。振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ幅４ｍｍの振動子２Ａ、幅７ｍｍの振動子２Ｂ、幅４ｍｍの振動子２Ｃを有する。これらの３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃで一組の振動子群３を構成している。すなわち、第３の実施形態の超音波トランスデューサ４は、全体として３枚一組の振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃによって、合計で９つの振動子２を有している。幅１５ｍｍの振動子群による超音波放射角はおよそ１０度となり、１組の振動子群３では１０度を超える範囲においては超音波送受信の感度が低下する。第３の実施形態では、図７に示すように、放射角１０度の３組の振動子群振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃが１０度の角度ピッチで保持されている。

上述した第３の実施形態の超音波検査装置１において、超音波探傷の検査対象物は幅が１ｍで、超音波トランスデューサ４からの距離が２ｍであるとする。このような探傷範囲を超音波トランスデューサ４からの角度で見ると、２５度の角度範囲となる。幅が１５ｍｍの振動子群１組ではこの探傷範囲をカバーできず、１０度を超える範囲では送受信感度が低下してしまう。このような点に対して、第３の実施形態では幅１５ｍｍの振動子群３を角度ピッチ１０度で３枚配置しているため、角度が３０度の探傷範囲で超音波トランスデューサ４の送受信感度に大きな低下は生じない。

次に、幅１ｍの検査対象物が９０ｃｍの距離に存在する場合を考える。このような探傷範囲を超音波トランスデューサ４からの角度で見ると、５０度の角度範囲となる。幅が１５ｍｍの振動子群１組ではこの探傷範囲をカバーできず、１０度を超える範囲では送受信感度が低下してしまう。さらに、幅が１５ｍｍの振動子群を単に角度ピッチ１０度で３枚配置したとしても、この場合の有効探傷範囲は３０度であるため、５０度の探傷範囲では、探傷角度の両端で超音波トランスデューサの送受信感度に低下が生じてしまった。

このような点に対して、第３の実施形態の超音波トランスデューサ４においては、３組の振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃをそれぞれ構成する３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、中央の幅７ｍｍの振動子２Ｂのみを各面で駆動し、外側の幅４ｍｍの振動子２Ａ、２Ｃは非駆動とする。これによって、角度１０度で配置された振動子群３は各々が幅１５ｍｍから幅７ｍｍの振動子２Ｂとなり、それら振動子２Ｂの１つの放射角はおよそ３２度となるため、全体としてより広い範囲を探傷できる。振動子群３Ａの幅７ｍｍの振動子２Ｂと振動子群３Ｃの幅７ｍｍの振動子２Ｂを、振動子群３Ｂの幅７ｍｍの振動子２Ｂと同時駆動した場合、探傷したい対象物の幅が１ｍで、対象物までの距離が９０ｃｍとして超音波の反射板を設置し、超音波送受信の感度分布を評価測定した結果、超音波トランスデューサ４の送受信感度は、超音波放射角で５２度まで大きな感度低下を生じておらず、検査対象の探傷範囲を維持でき、振動子群３の複数枚配置による超音波トランスデューサ４の広角化効果が確認できた。

なお、上述した振動子群３の幅やそれを構成する振動子２の幅、またそれらの組合せによる超音波放射角等は、あくまでも一例として記載したものであり、それらの数値に限定されるものではない。上記した各数値は超音波探傷の対象物の大きさや超音波トランスデューサ４からの距離に応じて適宜に設定されるものである。また、振動子群３やそれを複数に分割して構成される振動子２の選択及びそれに基づく駆動は、第１の実施形態と同様にして、駆動部５及び制御部６により実施されるものである。

（第４の実施形態）
図８は第４の実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。図８に示す超音波検査装置４１は、第３の実施形態と同様に、バッキング材７の設置方位を異ならせた３つの設置面（超音波放射面）７ａ、７ｂ、７ｃに、それぞれ設置された振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃを備えている。振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃに分割されている。振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、第３の実施形態と同様に、例えば幅１５ｍｍ、厚み０．５ｍｍの形状を有し、さらに周波数定数は２０００Ｈｚｍとされる。このような振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ幅６ｍｍの振動子２Ａ、幅３ｍｍの振動子２Ｂ、幅１２ｍｍの振動子２Ｃに分割されている。第４の実施形態では振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃの幅が第３の実施形態とは異なっており、このような構成も有効である。

第４の実施形態においては、幅が異なる振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃから適宜駆動する振動子２を選択することで、より様々な振動子群３としての口径を選択でき、探傷対象物やその距離に応じて広角化と好感度化とを両立させることができる。例えば、検査対象が遠くに位置し、トランスデューサとしての感度は維持したいが広角化はあまり必要ない場合には、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃを全て同時駆動し、振動子群３の口径を２１ｍｍとすれば、送受信される超音波ビームはおよそ７度の角度を成し、この範囲内であれば２１ｍｍという比較的大きな口径に応じた高い送受信感度を維持することができる。

一方で、検査対象が近くに位置し、超音波トランスデューサ４としての感度は心配ないが、放射角を広角化する必要がある場合には、振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、最も孔径が小さい振動子２Ｂのみの駆動し、振動子群３の口径を３ｍｍとすれば、送受信される超音波ビームはおよそ４５度の角度を成し、この範囲内であれば３ｍｍという小さな口径に応じた大きな角度範囲内で探傷を維持することができる。さらに、検査対象がほどほどの距離に位置し、超音波トランスデューサ４としての感度と広角化を両立させたい場合には、３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、任意の組み合わせを選択することで、その口径を３ｍｍ（振動子２Ｂのみ）、６ｍｍ（振動子２Ａのみ）、９ｍｍ（振動子２Ａ＋振動子２Ｂ）、１２ｍｍ（振動子２Ｃのみ）、１５ｍｍ（振動子２Ｂ＋振動子２Ｃ）、２１ｍｍ（振動子２Ａ＋振動子２Ｂ＋振動子２Ｃ）と様々に構成でき、送受信される超音波ビームは広角化と送受信感度とのバランスが取れた探傷を維持できる。

なお、上述した振動子群３の幅やそれを構成する振動子２の幅、またそれらの組合せによる超音波放射角等は、あくまでも一例として記載したものであり、それらの数値に限定されるものではない。上記した各数値は超音波探傷の対象物の大きさや超音波トランスデューサ４からの距離に応じて適宜に設定されるものである。また、振動子群３やそれを複数に分割して構成される振動子２の選択及びそれに基づく駆動は、第１の実施形態と同様に、駆動部５及び制御部６により実施されるものである。

（第５の実施形態）
図９は第５の実施形態の超音波検査装置の構成を示す図である。図９に示す超音波検査装置５１は、第３の実施形態と同様に、それぞれ３つの振動子２Ａ、２Ｂ、２Ｃに分割された３枚の振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃを備えている。第５の実施形態の超音波検査装置５１は、振動子群３を固定保持するバッキング材として、３枚の振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃに応じて３分割して独立させたバッキング材７Ａ、７Ｂ、７Ｃを備えており、さらにこれらバッキング材７Ａ、７Ｂ、７Ｃの基底部に駆動機構５２を設け、各振動子群３の超音波放射の中心方位を可変できるように構成されている。

例えば、各振動子２の口径を７ｍｍとすると共に、各振動子群３の超音波放射範囲を３２度とした場合、各面の超音波放射範囲が広がった分だけ、３面合わせて５２度の範囲の探傷を行うことができる。探傷可能範囲が各面の超音波放射範囲の３倍になっていないのは、各面の超音波放射の中心方位の成す角度ピッチが１０度のままであり、遠距離探傷に適した角度のままであるため、近距離探傷に合わせて口径を小さく選択した振動子２の超音波放射範囲が重畳するためである。

このような点に対して、近距離探傷に合わせて振動子２の口径を７ｍｍと小さくした場合には、振動子２の超音波放射範囲の広がりに合わせて、振動子群３Ａ、３Ｂ、３Ｃと一体化し、各々独立したバッキング材７Ａ、７Ｂ、７Ｃ同士の成す角度を基底部の駆動機構５２によって、例えば３２度に広げる。これによって、振動子２の隣接する面同士における超音波放射範囲の重畳が減少する。従って、超音波トランスデューサ４全体としての探傷範囲は、各振動子群３の超音波放射範囲の３倍に近い９０度もの値となり、より広角化することができる。

上述した各実施形態においては、３面の超音波放射面を有する様々な広角化トランスデューサの例を示したが、超音波放射面の数は３面に限られるものではなく、５面、９面というように変化させてもよい。これら超音波放射面の数は適宜に設定することができる。その際、例えば５面の超音波放射面を有する超音波トランスデューサで、常時５面を駆動するのに留まらず、必要に応じて５面のうち、中央よりの３面のみを駆動したり、また中央と端部の面のみを駆動したりする等、種々に変化させることができる。これらによって、余計な振動子群や振動子からの超音波の発信を省くことで、探傷範囲内での反射や干渉を抑制し、よりＳ／Ｎ比の良い探傷が可能となる。また、振動子２や振動子群３を設置するバッキング材７の超音波放射面を多角形状としているが、これに限らず、例えば多角形状の基材の各面にバッキング材７を貼り付けるようにしてもよい。さらに、バッキング材７の超音波放射面は、振動子２や振動子群３が設置可能な曲面としてもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２１，３１，４１，５１…超音波検査装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ…振動子、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…振動子群、４…超音波トランスデューサ、５…駆動部、６…制御部、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…バッキング材、８，８Ｂ，８Ｂ，８Ｃ…領域、９…共通電極、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…圧電体、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…個別電極、１２…駆動回路配線、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…上部電極、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ…下部電極。

Claims (7)

1. 複数の領域に分割された複数の振動子を有し、前記複数の領域のそれぞれに少なくとも１つの前記振動子が配置された、少なくとも１つの振動子群を備える超音波トランスデューサと、
   前記複数の領域毎に前記複数の振動子を個別に駆動する駆動部と、
   前記複数の領域から駆動する前記振動子を有する領域を選択し、前記選択された領域に配置された前記振動子を駆動するように、前記駆動部を制御する制御部と
   を具備する超音波検査装置。
2. 前記制御部は、前記複数の領域に配置された前記複数の振動子のうち、同時に駆動する前記振動子の数を調整するスイッチング回路を有する、請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 前記複数の領域は、外側に位置する第１の領域と、前記第１の領域の内側に位置する第２の領域とを有し、
   前記制御部は、前記第２の領域に配置された前記振動子のみの駆動と、前記複数の振動子の全ての駆動とを切り替えるスイッチング回路を有する、請求項１に記載の超音波検査装置。
4. 前記超音波トランスデューサは、複数の前記振動子群を備える、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
5. 前記超音波トランスデューサは、多面形状の超音波放射面を有する基材を有し、前記多面形状の超音波放射面のそれぞれに前記振動子又は前記振動子群が設置されている、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
6. 前記制御部は、前記超音波放射面にそれぞれ設置された前記振動子群における前記振動子を選択して同時に駆動させる、請求項５に記載の超音波検査装置。
7. 前記超音波トランスデューサは、それぞれ超音波放射面を有し、前記超音波放射面にそれぞれ前記振動子又は前記振動子群が配置された複数の基材と、前記複数の基材の前記超音波放射面の角度を変化させる駆動機構とを備える、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の超音波検査装置。

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