JP2022050127A - 超音波プローブ及び超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面振動子を用いた際の接合層の側面への応力集中によるクラックや接合材の側面へのはみ出しによるショート不良等を抑制することを可能にした超音波プローブを提供する。【解決手段】超音波検査装置１において、超音波プローブ５は、超音波を送受信する曲面状の第１面２ａと、第１面２ａと反対側に位置する曲面状の第２面２ｂとを有する曲面振動子２と、曲面状の第３面３ａを有するバッキング材３と、曲面振動子２とバッキング材３とを接合するように、曲面振動子２の第２面２ｂとバッキング材３の第３面３ａとの間に介在された接合層４とを具備する。接合層４は、曲面振動子２の端部における第１厚さＴ１が曲面振動子２の中央部における第２厚さＴ２より厚い形状を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波プローブ及び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プローブ（トランスデューサ）と、超音波プローブ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や表示部とを具備する。超音波プローブとしては、圧電材料からなる振動子の両面に電極を設け、２つの電極から振動子に電圧（電界）を印加して超音波を発振する装置が一般的である。超音波プローブでより広範囲な領域を検査したい場合、超音波プローブから発振される超音波を比較的広範囲に発散させる必要がある。そのような場合、振動子の発振・受振面を曲面とすると共に、振動子の発振・受振面とは反対側の面から放出される超音波を減衰させるように設置されるバッキングプレートの振動子取り付け面を曲面とすることが一般的である。

曲面状の発振・受振面を有する振動子（以下、曲面振動子とも記す。）を用いた場合、一般的には曲面振動子の全体がバッキングプレートで覆われるように、曲面振動子の裏面に曲面振動子と同一曲率を有するバッキングプレートを、接合層を介して接合している。曲面振動子を有する超音波プローブでは、その形状効果等により接合層の接合応力が側面に集中してクラック等を生じさせたり、半田やろう材等の接合材の側面へのはみ出しを招いてショート不良等を引き起こすという問題がある。また、超音波プローブにおいては、一般的に振動子の端部から振動子の正面方向（法線方向）に対しておおよそ４５°の角度で発生する副次的な超音波、いわゆるサイドローブが発生する。これによって、超音波による検査画像にゴーストが生じやすいという問題がある。

特開昭６３－０３８１５７号公報 特開２００７－０２４７０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、曲面振動子を用いた際の接合層の側面への応力集中によるクラックや接合材の側面へのはみ出しによるショート不良等を低減することを可能にした超音波プローブ及び超音波検査装置を提供することにある。

実施形態の超音波プローブは、超音波を送受信する曲面状の第１面と、前記第１面と反対側に位置する曲面状の第２面とを有する曲面振動子と、曲面状の第３面を有するバッキング材と、前記曲面振動子と前記バッキング材とを接合するように、前記曲面振動子の前記第２面と前記バッキング材の前記第３面との間に介在された接合層とを具備する。実施形態の超音波プローブにおいて、前記接合層は、前記曲面振動子の端部における前記第３面の法線方向の第１厚さが前記曲面振動子の中央部における前記第３面の法線方向の第２厚さより厚い形状を有する。

実施形態の超音波検査装置の第１の例を示す図である。 図１に示す超音波検査装置における超音波プローブの積層構成を示す断面図である。 実施形態の超音波検査装置の第２の例を示す図である。 実施形態の超音波検査装置の第３の例を示す図である。 実施形態の超音波検査装置の第４の例を示す図である。

以下、実施形態の超音波プローブ及び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。

図１、図３、図４、及び図５は実施形態の超音波プローブ及び超音波検査装置を示す図である。図１は実施形態の超音波プローブの第１の例を示す図、図３は実施形態の超音波プローブの第２の例を示す図、図４は実施形態の超音波プローブの第３の例を示す図、図５は実施形態の超音波プローブの第４の例を示す図である。図２は実施形態の超音波プローブの積層構成を示す断面図である。図１、図３、図４、及び図５において、超音波プローブの超音波の基準発振方向（超音波振動子の中央部における発振方向）をｚ方向とし、ｚ方向に対して交差する２つの方向をｘ方向及びｙ方向とする。ここでは、ｘ方向を超音波振動子の口径方向と呼ぶ。

これらの図に示す超音波検査装置１は、超音波振動子（圧電振動子）２とバッキンク材３と接合層４とを有する超音波プローブ（超音波トランスデューサ）５と、超音波プローブ５を駆動する駆動部、駆動部の動作を制御する制御部（制御回路）、及び超音波の反射波信号を処理する信号処理部（信号処理回路）を備える制御ユニット６とを具備する。制御ユニット６は、反射波の処理信号に基づいて被検査物の状態を表示する表示部等を有していてもよい。

超音波プローブ５の超音波振動子２は、接合層４を介してバッキンク材３に接合されている。超音波振動子２は、超音波の送受信面となる第１面２ａと、それとは反対側の第２面（背面）２ｂとを有している。バッキンク材３は、超音波振動子２から第２面（背面）２ｂに放出される超音波を減衰すると共に、超音波振動子２のパルス駆動や受信波による残留振動をダンピングする目的で設けられるものであり、フェライトゴムや多孔質セラミックス材等が用いられる。超音波振動子２は、図２の積層構成図に示すように、圧電体７とその両面に設けられた第１及び第２電極８、９とを有している。なお、図２では便宜的に各層を直線状に描いているが、実際には必要部分は曲線状とされている。

圧電体７には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸ビスマス（ＢＮＴ）、チタン酸バリウム等の圧電材料が用いられる。第１及び第３電極８、９には、例えば金、銀、銅、パラジウム、ニッケル、クロム等の単体金属材料やそれら金属を含む合金材料等が用いられる。第１及び第２電極８、９は、それらの金属材料の塗布層や焼付け層、金属材料粉末とガラス粉末とを有機材料中に分散させた導電性ペーストの塗布層や焼付け層、あるいは金属材料のスパッタ膜等を有する。

超音波振動子２の第２面２ｂは、バッキンク材３の表面である第３面３ａに接合層４を介して接合されている。バッキンク材３の側面には、第３電極１０が設けられている。第３電極１０は、接合層４を介して第２電極９に電気的に接続されている。接合層４には、接着剤、半田、ろう材等が用いられる。図１等に示すように、第２電極９を接合層４及び第３電極１０を介して引き出す場合、接合層４には半田やろう材等の導電性の接合材（金属接合材料）が用いられる。

制御ユニット６に含まれる駆動部は、パルス波、矩形波、バースト波等で超音波振動子２を駆動して超音波を発振させるパルサ電源等の電源を備えている。駆動部の電源から超音波振動子２の第１電極８及び第２電極９に電圧を印加すると、超音波振動子２に電界が印加され、超音波振動子２に変位が生じる。これによって、超音波振動子２から超音波が発振される。制御ユニット６は、超音波振動子２の第１電極（例えばマイナス側電極）８とリード線１１を介して電気的に接続されていると共に、第２電極（例えばプラス側電極）９と接合層４、第３電極１０、及びリード線１２を介して電気的に接続されている。

超音波振動子２は、例えばプラントの内部等の被検査物を広範囲に検査することが可能なように、超音波の送受信面となる第１面２ａ及び第２面２ｂをそれぞれ曲面状態とした曲面振動子である。このような曲面の第２面２ｂに接合層４を介して接合されるバッキンク材３の第３面３ａも、超音波振動子２と同様に曲面状態とされている。第１面２ａ、第２面２ｂ、及び第３面３ａを形成する曲面は、いずれも上に凸（ｚ方向に凸）の形状（凸曲面）を有する。ただし、超音波振動子２とバッキンク材３との幅（図１のｘ方向の幅／振動子の口径）を同一とすると共に、第２面２ｂ及び第３面３ａを同じ曲率半径の曲面とすると、接合層の厚さは均一となる。このような場合、接合層の端部に接合応力が集中してクラック等を生じさせたり、接合層を構成する半田等の側面へのはみ出しを招いてショート不良等を引き起こしやすくなる。また、振動子端部でも中央部に対してダンピング効果が大きくならないため、サイドローブが発生してＳ／Ｎを低下させる。

そこで、実施形態の超音波プローブ５において、接合層４はその端部における第１厚さが中央部における第２厚さより厚い形状を有している。第１厚さは、接合層４の端部（第２面２ｂのｚ方向の最も低い位置に相当する部分）における第３面３ａの法線方向の厚さ（図中、矢印Ｔ１で示す）であり、接合層４の最大厚さに相当する。第２厚さは、接合層４の中央部（第２面２ｂのｚ方向の最も高い位置に相当する部分）における第３面３ａの法線方向の厚さ（図中、矢印Ｔ２で示す）であり、接合層４の最小厚さに相当する。接合層４の第１厚さＴ１を第２厚さＴ２より厚くすることによって、残留歪みによるクラック等が抑制されると共に、接合面からはみ出した半田等の導電性の接合材が超音波振動子２の他の電極３に近接することによるショート不良を抑制することができる。さらに、接合層４の端部を厚くすることによって、厚い接合層４のダンピング効果で超音波プローブ５の側面方向への発振、いわゆるサイドローブを抑制することができる。

接合層４の端部の第１厚さを中央部の第２厚さより厚くするための構成としては、例えば（１）バッキンク材３の第３面３ａの曲率半径Ｒｂを超音波振動子２の第２面２ｂの曲率半径Ｒｐより小さくする、（２）バッキンク材３の第３面３ａの幅Ｗｂを超音波振動子２の第２面２ｂの幅Ｗｐより小さくする、（３）バッキンク材３の端部に面取り加工面１３を設ける、等が挙げられる。構成（１）において、第３面３ａ及び第２面２ｂの曲率半径Ｒｂ、Ｒｐは、超音波振動子２の口径方向（ｘ方向）の断面における曲率半径である。また、構成（２）において、第３面３ａ及び第２面２ｂの幅Ｗｂ、Ｗｐは、第３面３ａの中央部における接戦方向の第１方向（ｘ方向）の幅である。構成（３）において、面取り加工面１３とはバッキンク材３の第３面３ａの第１方向（ｘ方向）における端部に、曲面状の第３面３ａの一部を切り欠くように面取り加工を施して設けられた面である。

上記した構成（１）において、バッキンク材３の第３面３ａの曲率半径Ｒｂ（単位：ｍｍ）を超音波振動子２の第２面２ｂの曲率半径Ｒｐ（単位：ｍｍ）より小さくすることによって、第３面３ａから第２面２ｂまでの距離が超音波プローブ５の端部側で広くなる。従って、接合層４の端部の第１厚さを中央部の第２厚さより厚くすることができる。このような第３面３ａの曲率半径Ｒｂと第２面２ｂの曲率半径Ｒｐについて、曲率半径Ｒｂは０．９５≦Ｒｐ≦０．９８を満足させることが好ましい。曲率半径Ｒｂが０．９８Ｒｐを超えると、曲率半径Ｒｂと曲率半径Ｒｐとの差に基づく接合層４の端部の厚さを有効に厚くすることができないおそれがある。曲率半径Ｒｂが０．９５Ｒｐ未満である、接合層４の端部の厚さが厚くなりすぎて、接合層４の形状が不安定になるおそれがある。

上記した構成（２）において、バッキンク材３の第３面３ａの幅Ｗｂ（単位：ｍｍ）を超音波振動子２の第２面２ｂの幅Ｗｐ（単位：ｍｍ）より小さくすることによって、接合層４の端部の第１厚さを中央部の第２厚さより厚くすることができる。このような第３面３ａの幅Ｗｂと第２面２ｂの幅Ｗｐについて、幅Ｗｂは０．９０≦Ｗｐ≦０．９８を満足することが好ましい。幅Ｗｂが０．９８Ｗｐを超えると、幅Ｗｂと幅Ｗｐとの差に基づく接合層４の端部厚さを有効に厚くすることができないおそれがある。幅Ｗｂが０．９０Ｗｐ未満である、接合層４の端部の厚さが厚くなりすぎて、接合層４の形状が不安定になるおそれがある。

上記した構成（３）において、バッキンク材３の端部に設ける面取り加工は、バッキンク材３の面取り加工後の曲面状の第３面３ａの幅Ｗｂｃが、第２面２ｂの幅Ｗｐの９０％以内となるように実施することが好ましい。さらに、面取り加工後の第３面３ａの幅Ｗｂｃ（単位：ｍｍ）は０．９０≦Ｗｐ≦０．９８を満足させることが好ましい。幅Ｗｂｃが０．９８Ｗｐを超えると、幅Ｗｂｃと幅Ｗｐとの差に基づく接合層４の端部厚さを有効に厚くすることができないおそれがある。幅Ｗｂｃが０．９０Ｗｐ未満である、接合層４の端部の厚さが厚くなりすぎて、接合層４の形状が不安定になるおそれがある。

図１は構成（１）と構成（２）とを組み合わせて適用した超音波プローブ５を示している。図１に示す超音波プローブ５は、第３面３ａの曲率半径Ｒｂが第２面２ｂの曲率半径Ｒｐより小さく、かつ第３面３ａの幅Ｗｂが第２面２ｂの幅Ｗｐより小さいバッキンク材３を用いている。図３は構成（１）を適用した超音波プローブ５を示している。図３に示す超音波プローブ５は、第３面３ａの曲率半径Ｒｂが第２面２ｂの曲率半径Ｒｐより小さいバッキンク材３を用いている。図４は構成（２）を適用した超音波プローブ５を示している。図４に示す超音波プローブ５は、第３面３ａの幅Ｗｂが第２面２ｂの幅Ｗｐより小さいバッキンク材３を用いている。図５は構成（３）を適用した超音波プローブ５を示している。図５に示す超音波プローブ５は、端部に面取り加工面１３を有するバッキンク材３を用いている。

上記したいずれの構成においても、超音波プローブ５は端部の第１厚さが中央部の第２厚さより厚い接合層４を備えている。従って、接合層４の残留歪みによるクラック、また接合材の接合面からのはみ出しによるショート不良等の発生を抑制することができる。さらに、超音波プローブ５のサイドローブを抑制することができる。構成（１）～（３）の組合せは、図１に示す構成（１）と構成（２）の組合せに限らず、構成（１）や構成（２）に構成（３）を組み合わせてよいし、構成（１）～（３）を全て組合せてもよい。

次に、実施例及びその評価結果について述べる。

（比較例１）
超音波プローブの広範囲の探傷を目的として、その視野角を広げるために３０Ｒの曲面を持つ振動子を用いて曲面振動子型超音波プローブを作製した。比較例１では、曲率３０Ｒ、幅（曲率方位の長さ）３０ｍｍ、奥行き２ｍｍ、厚み０．４ｍｍ、周波数定数２０００Ｈｚｍの曲面振動子を、その超音波放射方位（視野角）を広角化したい方位に３０Ｒの曲率を持たせて配置する。曲面振動子の上下面には、銀焼き付け電極が形成されている。通常、振動子の背面（超音波放射面とは逆の面）には振動子の残留振動を抑制するバッキング材が接着剤や半田等の接合材で接合される。ここでは、融点が２９５℃の高温ハンダを用いて、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムの複合焼結体で構成されたバッキング材を、熱処理温度４００℃の真空雰囲気下で接合した。

ここでは、バッキング材の曲率を曲面振動子のそれと一致させて薄く均一な接合層が形成されるようにした。これによって、曲面振動子とバッキング材の半田接合層の厚さは、中央部から端部にかけてほぼ均一な２０μｍとなった。使用した曲面振動子は、そのキュリー温度以下の温度範囲では負の熱膨張率を有し、バッキング材は正の熱膨張率を有する。さらに、接合材の半田は金属であるため、バッキング材よりも高い熱膨張率を示す。これらの熱膨張率が大きく異なる部材を高温で接合して室温に戻したため、これらの熱収差により接合層や各部材に大きな残留応力が発生した。この例では残留応力に耐えられず、一部の曲面振動子に割れが生じて歩留まりの低下を招いた。

さらに、この例では半田接合時に接合面からはみ出したハンダが回り込んで、振動子の上面側電極（マイナス電極側）に近接し、ショート不良の発生が認められた。この例では、バッキング材の幅が振動子のそれと同一で、熱処理時に接合面からはみ出した半田がそれより上方に位置する振動子上面のマイナス電極側へ回り込むことが発生し、はみ出しハンダによる電極間のショート不良が生じた。

（実施例１）
図３に示すように、圧電体原料を用いて、曲率半径３０Ｒ、幅（曲率方位の長さ）３０ｍｍ、奥行き２ｍｍ、厚み０．４ｍｍ、周波数定数２０００Ｈｚｍの曲面波振動子を、その超音波放射方位（視野角）を広角化したい方位に３０Ｒの曲率を持たせて配置する。曲面振動子の上下面には、銀粒子とガラス粒子を有機溶剤中に分散させたペーストを、高温焼成で焼き付けて銀焼き付け電極が形成されている。上面のマイナス側の電極はリード線を介して、また下面のプラス側電極はバッキング材の側面にニッケル、金等のメタライズで成膜された側面電極と、これに接続されたリード線を介して、各々診断装置につながれている。振動子の背面（超音波放射面とは逆の面）には、振動子の残留振動を抑制するバッキング材が接着剤や半田等の接合材で接合される。実施例１では、融点２９５℃の高温半田を用い、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの複合焼結体で構成されたバッキング材を、熱処理温度４００℃の真空雰囲気下で接合した。

上述の比較例１では、バッキング材の曲率を曲面振動子のそれと一致させて薄く均一な接合層を形成している。これに対して、実施例１ではバッキング材の幅は振動子と同一の３０ｍｍとし、バッキング材の曲率Ｒｂが振動子の曲率Ｒｐ（＝３０Ｒ）に対して、Ｒｂ／Ｒｐ＜１の関係になるように、具体的にはＲｂ＝０．９６×Ｒｐとなる２８．８Ｒとした。これによって、曲面振動子とバッキング材の半田接合層の厚みは、中央部で２０μｍに対し、両端部はおよそ１００μｍとなり、中央部に対し端部の厚みが厚く形成されている。曲面振動子はそのキュリー温度以下の温度範囲では負の熱膨張率を有し、バッキング材は正の熱膨張率を有する。さらに、接合材の半田は金属であるため、バッキング材よりも高い熱膨張率を示す。これらの熱膨張率が大きく異なる部材を高温で接合して室温に戻した場合、それらの熱収差により接合層や各部材に大きな残留応力が発生する。比較例１ではこの残留応力に耐えられず曲面振動子に割れが生じて歩留まり低下を招いた。

実施例１では、特に応力が集中して破損が多く発生する曲面振動子端部において、接合層を中央部に対して厚く設定したことによって、比較的柔らかい半田接合層が応力緩和層として機能し、曲面振動子の端部の割れを抑制することができた。さらに、曲面振動子のサイドローブが抑制されることが確認された。なお、バッキング材の曲率Ｒｂを曲面振動子の曲率Ｒｐに対して５％を超えた場合、例えばＲｂ＝０．９０ＲｐとしてＲｂ＝２７．０Ｒでプローブを作製した場合、接合層の両端部の半田層厚が５００μｍを超えて接合層の厚い部分が増え、接合層中に気泡が混入する確率が高くなるおそれがある。気泡の混入はバッキング材本来の目的であるダンピング効果を低減する要因となり、さらに気泡による多重反射も発生する。これらの不具合により超音波プローブとしてのＳ／Ｎが低下して画像が不鮮明となるおそれがある。

（実施例２）
図４に示すように、実施例２では実施例１と同様に、曲率３０Ｒ、幅（曲率方位の長さ）３０ｍｍ、奥行き２ｍｍ、厚み０．４ｍｍ、周波数定数２０００Ｈｚｍの曲面振動子を、その超音波放射方位（視野角）を広角化したい方位に３０Ｒの曲率を持たせて配置する。曲面振動子の上下面には銀焼き付け電極が形成されている。実施例１では、融点３１５℃の高温ハンダを用い、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムの複合焼結体で構成されたバッキング材と熱処理温度４００℃の真空雰囲気下で接合した。

実施例２では、バッキング材の曲率Ｒｂは振動子の曲率Ｒｐと同一（Ｒｂ＝３０Ｒ）とし、振動子との接合面の幅（曲率の方位）において、振動子の幅（３０μ）に対して１０％以内の範囲で狭小化した。具体的にはバッキング材の幅を２８ｍｍとし、振動子に対して両端とも１ｍｍずつ狭小化した。これによって、曲面振動子とバッキング材のハンダ接合層の厚みは中央部から両端部近くまでおおよそ均一な２０μｍとなり、両端部では接合面からはみ出した半田によりおよそ３００μｍの厚みのハンダ層が形成されている。この構造により振動子から見てその中央部では直下のハンダ層は２０μｍと薄く、両端部では３００μｍと厚い構造となった。

実施例２では、特に応力が集中し破損が多く発生する曲面振動子の端部において、接合層を中央部に対して厚く設定したことによって、比較的柔らかいハンダ接合層が応力緩和層として機能して曲面振動子の端部の割れを抑制できた。曲面振動子のサイドローブが抑制されることが確認された。さらに、実施例２では振動子のプラスマイナスの電極間のショート不良の抑制効果も得られた。比較例１ではこれらの半田接合時の接合面からはみ出した半田が回り込んで振動子の上面（マイナス電極側）に近接し、ショート不良が発生していた。実施例２では、バッキング材の幅が振動子よりもその両端で１ｍｍずつ狭小化しているため、熱処理時に接合面からはみ出したハンダが下方のバッキング材の側面電極の方へ優先的に流れ、上方の振動子上面のマイナス電極側へ回り込むことが抑制された。従って、比較例１で発生していたはみ出し半田による電極間のショート不良が抑制された。この効果は実施例１あるいは後述の実施例３でも見られた効果であったが、実施例２において顕著であった。

（実施例３）
図５に示すように、実施例３では実施例１と同様に、曲率３０Ｒ、幅（曲率方位の長さ）３０ミクロン、奥行き２ｍｍ、厚み０．４ｍｍ、周波数定数２０００Ｈｚｍの曲面振動子を、その超音波放射方位（視野角）を広角化したい方位に３０Ｒの曲率を持たせて配置する。曲面振動子の上下面には銀焼き付け電極が形成されている。実施例３でも融点２９５℃の高温ハンダを用いて、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタンの複合焼結体で構成されたバッキング材を、熱処理温度４００℃の真空雰囲気下で接合した。

実施例３では、バッキング材の曲率Ｒｂは振動子の曲率Ｒｐと同一（Ｒｂ＝３０Ｒ）とし、振動子との接合面の端部において、バッキング材を振動子との接合面の幅（この場合３０ｍｍ）の１０％以内の範囲で面取り加工して狭小化した。これによって、曲面振動子とバッキング材の半田接合層の厚みは中央部の２０μｍに対し、両端部ではおよそ２００μｍの厚みとなり、中央部に対し端部の厚みが厚く形成されている。

実施例３では、特に応力が集中して破損が多く発生する曲面振動子の端部において、接合層を中央部に対し厚く設定したことによって、比較的柔らかい半田接合層が応力緩和層として機能して曲面振動子の端部の割れを抑制できた。さらに、実施例３ではサイドローブの抑制効果が認められた。超音波振動子から放射される超音波に関して、振動子の正面に放射される超音波以外に、一般にその口径や周波数に応じて、振動子の両端から超音波放射面に対しておよそ４５度の角度にサイドローブと呼ばれる波が放出されてしまう。このサイドローブはノイズとなり画像化の際の妨げになっている。そこで、実施例３ではバッキング材を曲面の両端部で面取り加工することにより接合層を厚くしたことで、重いハンダ層が振動子の両端部に厚めに配された。これによって、両端部の振動子のダンピングが強く現われたことによって、振動子の両端部から放出される超音波の強度が抑えられた。これによって、副産物的に放出されるサイドローブの強度が低下し、結果として画像の鮮明さを維持することができた。この効果は実施例１や実施例２のプローブでも見られた効果であるが、実施例３において顕著であった。

一方で、バッキング材の両端の面取り加工部分をバッキング材の幅に対し１０％を超えた場合、例えば幅の１８％まで面取り加工を施した場合、厚い半田層によりダンピング効果や振動子の破損抑制効果は得られる反面、厚くなりすぎた接合層中への気泡の混入も増加する影響によって、バッキング材本来の目的であるダンピング効果が低減し、さらには気泡による多重反射も発生する。これらの不具合により超音波プローブとしてのＳ／Ｎが低下し、画像が不鮮明となるおそれがある。

上記した実施例では曲面振動子型超音波プローブの例について示し、超音波プローブの広視野を目的として振動子に一律の曲率を有する曲面化を行ったが、この広視野を目的とした振動子のデザインはこれに限ったものではない。平板振動子を三面鏡のように角度を変えて３枚並べたような構造や他の構造においても、それらの振動子に合わせたバッキング材の形状変更で上記に紹介したような効果を持たせることが可能である。

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…超音波検査装置、２…超音波振動子、３…バッキング材、４…接合層、５…超音波プローブ、６…制御ユニット、７…圧電体７、８，９，１０…電極、１１，１２…リード線、１３…面取り加工面。

Claims (8)

1. 超音波を送受信する曲面状の第１面と、前記第１面と反対側に位置する曲面状の第２面とを有する曲面振動子と、
   曲面状の第３面を有するバッキング材と、
   前記曲面振動子と前記バッキング材とを接合するように、前記曲面振動子の前記第２面と前記バッキング材の前記第３面との間に介在された接合層とを具備し、
   前記接合層は、前記曲面振動子の端部における前記第３面の法線方向の第１厚さが前記曲面振動子の中央部における前記第３面の法線方向の第２厚さより厚い形状を有する、超音波プローブ。
2. 前記バッキング材の前記第３面の曲率半径が、前記曲面振動子の前記第２面の曲率半径より小さい、請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記バッキング材の前記第３面の前記曲率半径をＲｂ、前記曲面振動子の前記第２面の前記曲率半径をＲｐとしたとき、前記曲率半径Ｒｂは０．９５≦Ｒｐ≦０．９８を満足する、請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記バッキング材の中央部における前記第３面の接線方向の第１方向に対する幅が、前記曲面振動子の前記第１方向に対する前記第２面の幅より小さい、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
5. 前記バッキング材の前記第３面の前記幅をＷｂ、前記曲面振動子の前記第２面の幅をＷｐとしたとき、前記幅Ｗｂは０．９０≦Ｗｐ≦０．９８を満足する、請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記バッキング材は、前記第３面の接線方向の第１方向における端部に面取り加工面を有する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
7. 前記バッキング材の面取り加工後の前記第３面の前記幅をＷｂｃ、前記曲面振動子の前記第２面の幅をＷｐとしたとき、前記幅Ｗｂｃは０．９０≦Ｗｐ≦０．９８を満足する、請求項６に記載の超音波プローブ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の超音波プローブと、
   前記超音波プローブを駆動する駆動部、前記駆動部の動作を制御する制御部、及び前記超音波の反射波信号を処理する信号処理部を備える制御ユニットと
   を具備する超音波検査装置。

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