(57)【要約】【課題】測定対象物に対し高い音圧を有する超音波照射を安定的に行ない、超音波の疎密にそって測定対象物を浮遊、振動させることで、非接触で測定対象物を加振して、測定対象物のクラックを効果的に検知できるように支援するクラック検知支援装置を提供する。【解決手段】クラック検知支援装置１００は、超音波を発生する振動部１０と、振動部１０の振動と共振し、所定の音圧レベルの超音波を発生する振動板１２と、測定対象物５０が浮遊する範囲の周波数であって振動板１２の共振周波数をずらした周波数の電圧を圧電素子１０ａに供給する発振部３０と、振動板１２から放射される超音波によって空中に浮上及び振動する測定対象物５０から発生する音を検出する音検出装置１３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の電圧が印加されることで発振する圧電素子が設けられ、前記圧電素子の発振によって振動を発生する振動部と、
前記振動部の先端部に取り付けられ、前記振動部の振動と共振し、所定の音圧レベルの超音波を発生する振動板と、
測定対象物が浮遊する範囲の周波数であって前記振動板の共振周波数からずらした周波数の電圧を前記圧電素子に供給する発振部と、
前記振動板から放射される超音波によって空中に浮上及び振動する測定対象物から発生する音を検出する音検出装置と、を備えた
ことを特徴とするクラック検知支援装置。
【請求項２】
前記測定対象物が浮遊する範囲の周波数を±１００Ｈｚの範囲としている
ことを特徴とする請求項１に記載のクラック検知支援装置。
【請求項３】
前記測定対象物から発生する音の信号をＦＦＴ処理し、その処理結果のうち前記圧電素子への入力周波数＋４１００Ｈｚ以上の周波数帯域を測定帯域として用いる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のクラック検知支援装置。
【請求項４】
前記発振部は、
少なくとも前記振動板の共振周波数が検出可能になっており、検出した共振周波数に基づき前記圧電素子に入力する電圧の発振周波数を決定している
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクラック検知支援装置。
【請求項５】
前記発振部は、
前記振動板の共振周波数を一定の時間毎に検出し、前記共振周波数が変動した際にその変動に合わせて前記圧電素子に入力する電圧の発振周波数を変化させている
ことを特徴とする請求項４に記載のクラック検知支援装置。
【請求項６】
前記発振部は、
前記振動板の共振周波数及びこの共振周波数の変動を前記圧電素子のインピーダンスによって検出している
ことを特徴とする請求項５に記載のクラック検知支援装置。
【請求項７】
前記音検出部で検出された音の音響エネルギーを解析する音響エネルギー解析部を設け、
前記発振部は、
前記振動板の共振周波数及びこの共振周波数の変動を前記音響エネルギーによって検出している
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のクラック検知支援装置。
【請求項８】
前記発振部は、
前記音響エネルギー解析部と連動し、前記音響エネルギー解析部で解析された前記振動板の共振時における音響エネルギーを維持するように前記圧電素子に入力する電圧の発振周波数を補正している
ことを特徴とする請求項７に記載のクラック検知支援装置。
【請求項９】
前記振動板の変位量を測定する変位検出部を設けている
ことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のクラック検知支援装置。
【請求項１０】
前記発振部は、
前記変位検出部と連動し、前記変位検出部で検出された前記振動板の共振時における前記振動板の変位量を維持するように前記圧電素子に入力する電圧の発振周波数を補正している
ことを特徴とする請求項９に記載のクラック検知支援装置。
【請求項１１】
前記圧電素子に入力する電圧の周波数を１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚとし、
前記振動板から放射される超音波の音圧レベルを１３０ｄＢ以上としている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のクラック検知支援装置。
【請求項１２】
前記発振部から発生される信号の波形を正弦波又は方形波としている
ことを特徴とした請求項１〜１１のいずれかに記載のクラック検知支援装置。
【請求項１３】
前記音検出装置は、
１つまたは２つ以上配設される
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のクラック検知支援装置。
【請求項１４】
前記音検出装置を２つ以上設ける場合は、前記音検出装置と前記測定対象物との距離が等しくなるように設ける
ことを特徴とする請求項１３に記載のクラック検知支援装置。
【請求項１５】
前記測定対象物に緩衝材を設けている
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のクラック検知支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に発生したクラックを高精度に検知するクラック検知支援装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板等の測定対象物に振動を与え、発生した音を解析することによりクラック（欠陥）を検知する技術が存在している。そのようなものとして、「（１）基板に振動を与えることにより音を発生させ、（２）発生した音を捉え、捉えた音について音響解析を行うことにより、パワースペクトルを求め、（３）所定の周波数領域のスペクトル強度に基づいて、基板クラックの有無を判断する工程を備える基板クラック検査方法」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４２４９５号公報（実施例１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているような技術では、測定対象物を直接加振することで、測定対象物のクラック有り無しによる振動の違いからクラックを検知するようにしていた。しかしながら、測定対象物を加振機で直接振動させるため、クラックが発生しやすい薄いウェハ等の測定対象物に対しては、クラックを新たに発生させる可能性が高くなってしまう。そうすると、不良品を作り出してしまうことになる。つまり、特許文献１に記載されているような技術では、正確かつ精度の高い測定が困難であるといった課題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、測定対象物に高い音圧の超音波を照射して測定対象物を浮上させつつ振動させることにより、小さな加振力で測定対象物のクラックを効果的に検知できるように支援するクラック検知支援装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るクラック検知支援装置は、所定の周波数の電圧が印加されることで発振する圧電素子が設けられ、前記圧電素子の発振によって振動を発生する振動部と、前記振動部の先端部に取り付けられ、前記振動部の振動と共振し、所定の音圧レベルの超音波を発生する振動板と、測定対象物が浮遊する範囲の周波数であって前記振動板の共振周波数からずらした周波数の電圧を前記圧電素子に供給する発振部と、前記振動板から放射される超音波によって空中に浮上及び振動する測定対象物から発生する音を検出する音検出装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るクラック検知支援装置によれば、振動板から高い音圧の超音波を放射することが出来ると共に、測定対象物を安定的に空中で振動させることができ、これによって効果的にクラックを有する測定対象物から音を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るクラック検知支援装置の概略構成を示す概略図である。
【図２】測定対象物の浮遊の原理を説明するための説明図である。
【図３】振動により測定対象物から異音が発生する原理を説明するための説明図である。
【図４】測定対象物から発生する音のＦＦＴ処理後の波形例を示すグラフである。
【図５】測定対象物の変位量Δｒ２と発生する音響エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図６】入力周波数（Ｈｚ）と測定対象物の変位量Δｒ２との関係を示すグラフである。
【図７】発生する異音のレスポンス（ｄＢ）と測定対象物の変位量Δｒ２との関係を示すグラフである。
【図８】超音波発生部の共振周波数ｆ0 と超音波発生部の連続動作時間との関係を示すグラフである。
【図９】共振周波数ｆ0 と測定対象物から発生する異音のレスポンス（ｄＢ）との関係を示すグラフである。
【図１０】測定対象物の変位量Δｒ２と発振周波数Ｆｓのすその幅Ｄ（Ｈｚ）との関係を示すグラフである。
【図１１】共振周波数ｆ0 と測定対象物から発生する異音のレスポンス（ｄＢ）との関係から、測定に用いる周波数領域について説明するグラフである。
【図１２】入力周波数ｆｉｎとインピーダンス、コンダクタンス、リアクタンスそれぞれとの関係を示すグラフである。
【図１３】インピーダンス値を用いて共振周波数に合わせた発振を行なう際の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】図１３で示した（α）部分の処理の流れを詳細に示すフローチャートである。
【図１５】図１３で示した（β）部分の処理の流れを詳細に示すフローチャートである。
【図１６】発振部の機能を詳細に説明するための説明図である。
【図１７】発振部及びクラック有無判断部の機能を詳細に説明するための説明図である。
【図１８】発振部及び変位検出部の機能を詳細に説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るクラック検知支援装置１００の概略構成を示す概略図である。図１に基づいて、クラック検知支援装置１００の構成及び動作について説明する。このクラック検知支援装置１００は、測定対象物５０に対し高い音圧を有する超音波を照射し、照射した超音波の疎密にそって測定対象物５０を浮遊、振動させることで、非接触で測定対象物５０を加振して、測定対象物５０のクラック検知を支援するようにしたものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１には、測定対象物５０を併せて図示している。
【００１０】
［クラック検知支援装置１００の構成］
クラック検知支援装置１００は、図１に示すようにＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子１０ａが設けられた振動部１０と、圧電素子１０ａにパルス電圧を供給する発振部３０と、振動部１０とホーン１１を介して接続された振動板１２と、超音波領域まで検出可能な音検出装置１３とを備えている。圧電素子１０ａ、振動部１０、ホーン１１、振動板１２は概ね同様の周波数付近に共振周波数を有するように設計されており、その共振周波数に近いパルス電圧を圧電素子１０ａに印加することにより、測定対象物５０を浮上させる為に必要な１３０ｄＢ以上の高い音圧の超音波を放射できるように構成されている。
【００１１】
なお、今回示しているクラック検知支援装置１００ではホーン１１を備えているが、たとえば、振動板１２をアルミ等の軽量な素材（密度が小さく、弾性が高い素材）で構成したり、より高電圧なパルス電圧が入力できる構成にすることによって、ホーン１１無しでも１３０ｄＢ以上の音圧を放射することは可能であり、ホーン１１は必ずしも必要というわけではない。
【００１２】
次にクラック検知支援装置１００の詳細な構造について説明する。
振動部１０は、１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ帯域内に共振周波数ｆ0 を持つ圧電素子１０ａが設けられており、振動部１０は、圧電素子１０ａを挟み込み、圧電素子１０ａで発生した振動を伝播する金属（剛体）で形成されている。また、振動部１０には、ホーン１１を介して振動板１２がネジ止めや接着にて接続されており、振動板１２は圧電素子１０ａと同様の共振周波数ｆ0 を有するように構成されている。
圧電素子１０ａは正電極端子及び負電極端子を介して発振部３０に接続され、発振部３０から共振周波数ｆ0 付近のパルス電圧が圧電素子１０ａに印加される。すると、圧電素子１０ａは、共振周波数ｆ0 付近にピークを有する振動を発振し、その振動は振動部１０、ホーン１１を介して振動板１２に伝播する。そして、振動板１２は、共振周波数ｆ0 付近にピークを有する音波（超音波）を放射する。
ここで、発振部３０は、図１に示すように、特定の周波数ｆinを有する電圧Ｖin、電流Ｉinを圧電素子１０ａへ入力するだけでなく、圧電素子１０ａから出力される電圧Ｖout 、電流Ｉout 、を検出する機能を有するとともに、電流と電圧との位相差φout 、インピーダンス値Ｚout を計算する機能を有する。なお、発振部３０については、図１６で詳細に説明する。
【００１３】
ホーン１１は、振動部１０から発生する振動の振幅を増幅する機能を有し、両端面が開口され、内部に音響通路（超音波帯域の音響信号を増幅する通路）が形成され、振動部１０と振動板１２との間に取り付けられている。また、ホーン１１は、円錐台形状に構成され、振動部１０側から振動板１２側に向けて徐々に縮径されているのが好ましい。
【００１４】
振動板１２は、金属板（剛体）で構成され、ホーン１１の他端部（振動部１０が配置されている一端部の反対側の端部）に固着されており、振動部１０の発振（振動）と共振することによってより強力な共振波（１３０ｄＢ以上の音圧レベルの共振波）を発生するものである。つまり、振動板１２は、振動部１０からの振動エネルギーにより振動するのである。振動板１２の振動に伴って発生する変位量をΔｒ１と称する。なお、振動板１２のサイズを特に限定するものではないが、測定対象物５０以上のサイズの方が測定対象物５０全体に音波の影響を与えやすくなり、検知精度は高くなる。また、ホーン１１を設けない場合には、振動板１２は、振動部１０の先端部に取り付けられる。
【００１５】
振動板１２は、振動することによって振動板１２の両面（ホーン１１側の面（ホーン１１を設けない場合には振動部１０の設置面）及びその対向面）の全体から超音波として放射される。この振動板１２は、振動部１０から発信される超音波信号の「腹」の部分に固着するとよい。そうすれば、振動板１２は、特定の振動モードで振動することになる。よって、振動板１２と測定対象物５０との間には、疎密を繰り返す定在波による音響波が発生していることになる。
【００１６】
音検出装置１３は、振動板１２の全面から放射される超音波によって空中に浮上及び振動する測定対象物５０から発生する音を検出するものである。音検出装置１３で検出された音は、音響エネルギー解析部１６に送られる。音検出装置１３としては、たとえばマイクロホンや音センサー、超音波センサー等、又はこれらを組み合わせて構成したものを用いるとよい。この音検出装置１３は、振動板１２の近接位置（たとえば、１０ｃｍ以下）に設けるようにする。測定対象物５０は、たとえばシリコン基板や太陽電池用セル等の半導体用ウェハ基板、あるいは、金属材料等の薄い板状のものであればよい。この測定対象物５０は、振動板１２から放射される超音波によって浮上する。加えて圧電素子１０ａや振動板１２の共振周波数ｆ0 と少しずれた入力をすることにより、振動板１２から放射される超音波にアンバランスができ、これによって浮上している測定対象物５０は振動する。測定対象物５０の振動に伴って発生する変位量をΔｒ２と称する。
【００１７】
図１では、音検出装置１３が１個だけ設けられている場合を例に示しているが、音検出装置１３の個数を複数にしてもよい。音検出装置１３を複数個設けることにより、音検出装置１３を１個設ける場合よりもクラックの検知範囲が広範囲となり、また、測定対象物５０に発生したクラックの位置を決定できるなど、クラック検知精度が向上することになる。また、感度の異なる音検出装置１３を複数個設けて、測定対象物５０で発生したクラックの大きさをある程度把握できるようにしてもよい。さらに、クラックの有無を自動で判定する場合には、判定結果を報知できるようにしておくとよい。
【００１８】
音検出装置１３を複数個設ける場合は、音検出装置１３と測定対象物５０との距離が全て等しくなるように設けるとよい。また、複数個の音検出装置１３の感度をすべて同等にしたい場合は、それぞれの音検出装置１３の出力を同等となるように調整するとよい。とくに特定の位置での判定精度を向上させたい場合など、測定位置による重み付けをしたい場合は、重み付けに応じて、音検出装置１３からの出力をソフト上で変更してもよいし、対象箇所の音検出装置１３の感度を上げてもよい。音響エネルギー解析部１６は、測定対象物５０から発生する音の音響エネルギーを解析するものである。音響エネルギー解析部１６は、たとえば検出音をＦＦＴ処理して周波数の関数に変換することで検出音の音響エネルギーを解析可能となっている。
【００１９】
また、振動部１０、ホーン１１、及び、振動板１２で超音波発生部２０を構成している。ただし、ホーン１１を設けない場合には、振動部１０及び振動板１２で超音波発生部２０を構成する。つまり、超音波発生部２０は、発振部３０によって供給された電圧よって超音波を発生する機能を有しているのである。さらに、音検出装置１３及び音響エネルギー解析部１６でクラック有無判断部２１を構成している。つまり、クラック有無判断部２１は、クラックが無い測定対象物５０を浮遊・振動させたときに発生する音響エネルギーを基準とし(事前に測定しておく)、基準の音響エネルギーと、その後にクラックの有無を診断された測定対象物５０の発する音響エネルギーと、を比較する機能を有しているのである（図１７で詳細に説明する）。
【００２０】
［クラック検知支援装置１００の動作］
まず、発振部３０から圧電素子１０ａに圧電素子１０ａや振動板１２の共振周波数ｆ0 付近のパルス電圧が印加される。そうすると、圧電素子１０ａは、圧電素子１０ａに印加されたパルス電圧の周波数に応じた特定の周波数で振動し、その振動が振動部１０に伝搬する。さらに振動部１０の振動は、ホーン１１を介して振動板１２に伝搬する。伝搬した振動により振動板１２の全体が変位量Δｒ１にて共振し、共振に伴った強力な音圧レベルを有する超音波が振動板１２の表面全体から放射される。放射された超音波は、空気中に音圧の疎密を作り出す。特に一定の音圧レベルを超えると、測定対象物５０が音圧の疎密に伴い浮遊することになる。加えて、測定対象物５０は、音響波により加振されて振動（変位量Δｒ２）することになる。ここで、振動している測定対象物５０がクラックを有している場合、測定対象物５０から音が発生することになる。
【００２１】
ここで、圧電素子１０ａや振動板１２の共振周波数ｆ0 は、以下の理由により１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ帯域内になるように構成すると良い。（１）１５ｋＨｚ以下だと人間の可聴領域に含まれるため、人間の聴覚で感じ取ることが可能となり、使用者に不快感を与える可能性がある。（２）４５ｋＨｚ以上であると周波数が小さすぎ、十分な振幅が得られないため、音圧レベルが低下することになる。
【００２２】
測定対象物５０から発生する音は、音検出装置１３で検出される。測定対象物５０にクラックが発生している場合、クラック部分で割れ面同士の擦れにより「ビビリ音」が発生する（図３で詳細に説明する）。この音により、測定対象物５０のクラックの有無を判定できる。たとえば、音検出装置１３で検出した音の信号を増幅することで人間の聴覚で測定対象物５０のクラックの有無を判定できる。また、音検出装置１３で検出された音の信号を表示装置に表示し、人間の視覚で測定対象物５０のクラックの有無を判定可能にしてもよい。音の信号を目視可能にすることにより、人間の聴覚では聞き取ることができない超音波領域の「ビビリ音」も検知できるようになり、クラックの検知精度が向上する。なお、クラック検知支援装置１００は、測定対象物５０を浮上させることによって、僅かなクラックであっても「ビビリ音」を発生させることができ、これにより僅かなクラックであっても判定することができるようになっている。
【００２３】
図２は、測定対象物５０の浮遊の原理を説明するための説明図である。図２に基づいて、クラック検知支援装置１００による測定対象物５０の浮遊の原理について詳細に説明する。測定対象物５０により必要なエネルギーは異なるが、半導体ウェハや太陽電池セルの浮遊には１３０ｄＢ以上の音圧レベルが必要であることが分かっている。そこで、クラック検知支援装置１００では、１３０ｄＢ以上の音圧レベルの強力な超音波を発生できるようにしている。
【００２４】
クラック検知支援装置１００は、上述したように、振動部１０から強力な振動を発生させ、その振動を振動板１２に伝達させることにより、振動板１２を特定の振動モードで共振させる。これにより、振動板１２の全体から強力な超音波（１３０ｄＢ以上の音圧レベルの超音波）が放射されることになる。振動板１２から放射された超音波は、空気中にゆらぎを発生させ、超音波の波長に伴い、気圧の疎（減圧される場所）、密（加圧される場所）を生み出す。つまり、「疎」の部分から「密」の部分に向かい、空気の移動が起きる。そうすると、振動板１２上に置かれた測定対象物５０は、放射される超音波の音圧により浮上し、さらに空中の「密」付近で、且つ測定対象物５０の重力と超音波の音圧がつりあう位置で浮遊する。
【００２５】
図３は、振動により測定対象物５０から異音が発生する原理を説明するための説明図である。図３に基づいて、測定対象物５０から異音（「ビビリ音」）が発生する原理について説明する。なお、図３（ａ）が測定対象物５０の平面図を、図３（ｂ）が測定対象物５０の縦断面の一部を拡大した拡大断面図を、それぞれ示している。なお、図３では、測定対象物５０にクラックが発生している状態を示している。また、図３に示すａ及びｂはクラックと測定対象物５０の端部との距離（ｂ＞ａ）を、Ａ及びＢはクラックで分けられた測定対象物５０のエリアを、ｆａ及びｆｂはＡ及びＢでの振動周波数（ｆａ＞ｆｂ）を、それぞれ表している。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、クラックがある測定対象物５０が振動すると、基本的にＡもＢも両側振動するが振動モードが異なるため、その振動によりクラック部分が擦れ、異音が発生することになる。図３（ａ）に示すように、クラックと、クラックと平行方向に位置する端部（図面左右側の端部）との距離が短い方（Ａ側）が振動が細かい（ｆａ＞ｆｂ）。また、端部との距離に係らず、クラックを境にｆａとｆｂに位相差φA-B が生じる。つまり、Ａ側とＢ側の位相差によって、ＡとＢとの間で擦れが発生し、異音を発生させるのである。サンプル（測定対象物５０）全体が大きく振動すればするほど、ｆａとｆｂの差は大きくなり、それに伴いφA-B も大きくなる。
【００２７】
図４は、測定対象物５０から発生する音のＦＦＴ処理後の波形例を示すグラフである。図４に基づいて、測定対象物５０にクラックが発生しているかどうかの判定方法について詳細に説明する。この図４では、クラック有無の判定に用いる音響エネルギーをＦＦＴにて解析した際の波形データを示している。なお、レスポンスは、音響エネルギーをＦＦＴ解析し導出したものである。また、図４（ａ）が測定対象物５０にクラックが発生していない場合の波形データを、図４（ｂ）が測定対象物５０にクラックが発生している場合の波形データを、それぞれ示している。この図４では、横軸が発振周波数（Ｆｓ）［ｆ］を、縦軸がレスポンス（音圧レベル）［ｄＢ］を、それぞれ示している。なお、音響エネルギー解析部１６が、検出音をＦＦＴ処理して周波数の関数に変換している。
【００２８】
測定対象物５０を空中に浮上させるためには、１３０ｄＢ以上、好ましくは１４５ｄＢ以上の音圧レベルが要求される。そこで、クラック検知支援装置１００では、特定の振動モードを起こす振動板１２を装着し、この振動板１２によって振動部１０から発振される特定の振動を強力な超音波として振動板１２の全面から放射させるようになっている。したがって、測定対象物５０の浮上に必要な１３０ｄＢ以上の音圧レベルの超音波が振動板１２の近接位置（たとえば、１０ｃｍ程度）に振動板１２の全面から放射されることになる。
【００２９】
そうすると、振動板１２と測定対象物５０との間に定在波である音響波が発生し、測定対象物５０を空中に浮上させることができる。測定対象物５０は、浮上すると同時に振動し、音を発生する。浮上及び振動している測定対象物５０から発生した音は、音検出装置１３で検出される。この検出音は、ＦＦＴ処理されて周波数の関数に変換される。ＦＦＴ処理された周波数の測定帯域を特に限定するものではないが、音検出装置１３の測定可能なたとえば５ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの帯域とすることが好ましい。そして、測定対象物５０にクラックが発生しているかどうかは、ＦＦＴ処理された周波数応答として分析することで判定することができる。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、測定対象物５０にクラックが発生していない場合には、振動板１２の共振周波数によるピーク周波数（矢印（ア）：振動板１２が発する主波長）が表れるものの、それ以外の周波数に変動は表れない（矢印（イ）：クラックが発生していないときのベースレスポンス）。つまり、振動板１２のピーク周波数以外の周波数は、発振時の下限音圧レベル（図４に示す線Ａ（クラックが発生していないときの平均ベースレスポンス））を超えないのである。一方、図４（ｂ）に示すように、測定対象物５０にクラックが発生している場合には、振動板１２のピーク周波数（矢印（ア））が表れる他、それ以外にも複数のピーク周波数成分が表れる（矢印（ウ）：クラックが発生しているときのベースレスポンス）。
【００３１】
このとき、音圧レベルにクラック発生時のピーク周波数の音響判定用の閾値（図４（ｂ）に示す線Ｂ（クラックが発生しているときの平均ベースレスポンス））を定めておけば、閾値を超えたピークが表れた場合に、測定対象物５０にクラックが発生していると判定することができる。この判定は、人間が行なってもよく、自動判定装置等の機械が行なってもよい。つまり、クラック検知支援装置１００は、クラックの発生の有無を容易に判定できるように支援するようになっている。したがって、ＦＦＴ処理された周波数応答を分析することで、測定対象物５０にクラックが発生しているかどうかの判定が容易に可能になる。加えて、ＦＦＴ処理結果を表示すれば、その分析結果を人間の視覚により測定対象物５０にクラックが発生しているかどうかの判定が可能になる。
【００３２】
すなわち、クラックが発生していない場合（図３（ａ））と比較し、図３（ｂ）ではベースレスポンスの平均がＡからＢへと増加するのである。また、（ア）の値も増加の傾向となる。また、クラックが発生していない測定対象物５０から予め閾値を定めておき、この閾値から突出したレスポンス量＋周波数帯域でクラックの発生の有無の判定を自動判定装置等により機械的に実行するようにしてもよい。なお、測定対象物５０から発生する音を音検出装置１３で増幅させて、測定対象物５０から発生する音を人間の聴覚により測定対象物５０にクラックが発生しているかどうかを判定してもよい。また、視覚及び聴覚を組み合わせて測定対象物５０にクラックが発生しているかどうかを判定してもよい。
【００３３】
図５は、測定対象物５０の変位量Δｒ２と発生する音響エネルギーとの関係を示すグラフである。図５に基づいて、測定対象物５０の振動（変位量Δｒ２）が発生する異音の音量に与える影響について説明する。この図５では、横軸が測定対象物５０の変位量Δｒ２を、縦軸が発生する異音のレスポンス（音圧レベル）［ｄＢ］を、それぞれ示している。
【００３４】
図１で示した測定対象物５０の変位量Δｒ２が大きい程、図３に示すＡとＢの振動振幅の差が大きくなる。また、振動振幅の差の大きさが擦れの強さとなり、１回の擦れによる異音の音量が増加する。つまり、検出される音響エネルギーが増加することになる。また、Δｒ２が大きくなるに従い、音響エネルギーの増加量は安定する傾向になる。なお、安定点は、測定対象物５０及びクラックの大きさや形状、位置等により異なるが、レスポンス値１００ｄＢ以下の範囲に収まる。
【００３５】
図６は、超音波発生部２０への入力周波数（Ｈｚ）（ただし入力電圧Ｖinは一定）と測定対象物５０の変位量Δｒ２との関係を示すグラフである。図６に基づいて、入力電圧Ｖinを一定としたときの、入力電圧の周波数ｆinに対する測定対象物５０の変位量Δｒ２の変化について説明する。この図６では、横軸が超音波発生部２０への入力周波数（Ｈｚ）を、縦軸が測定対象物５０の変位量（Δｒ２）を、それぞれ示している。なお、図６で示すｆ0 は振動板１２の共振周波数を、αがｆ0 よりも小さい周波数域での「浮遊領域」と「不安定領域」の境までの周波数幅を、βがｆ0 よりも大きい周波数域での「浮遊領域」と「不安定領域」の境までの周波数幅を、それぞれ示している。また、入力電流Ｉinを一定としたときも同様の傾向となる。なお、図中ではαとβは同等の値を取るように表記しているが、必ずしもそうではなく、異なる値を有する場合もある。
【００３６】
図６で示している「無浮遊領域」とは、測定対象物５０が浮遊しない領域のことを称している。図６で示している「不安定領域」とは、測定対象物５０が浮遊するときと浮遊しないときとがある領域のことを称している。つまり、「不安定領域」とは、クラックの状態や周囲環境、デバイスの状態(動作時間等)等によって状態が異なる領域のことである。図６で示している「浮遊領域」とは、外部から力がかからない限り、如何なる状態でも測定対象物５０が浮遊する領域のことを称している。
【００３７】
測定対象物５０は、超音波にて発生する疎密の変動によって振動する。発振周波数が振動板１２の共振周波数付近（ｆ0 付近）では「浮遊領域」であるものの、疎密の分布が安定するので疎密の変動が小さくなり、測定対象物５０のゆれ、つまり変位量Δｒ２が小さくなる。一方、「浮遊領域」内であって発振周波数と共振周波数とがずれていくと、超音波にて発生する疎密の変動が徐々に大きくなるので、疎密の変動に伴う測定対象物５０の振動が大きくなる。
【００３８】
さらに、発振周波数が共振周波数からあるα又はβ以上にずれると、超音波にて発生する疎密の変動が大きくなりすぎて、様々な外来要因により浮遊したり浮遊しなかったりする周波数帯域（「不安定領域」）を経て、測定対象物５０は浮遊しなくなる周波数帯域（「無浮遊領域」）へと至る。測定対象物５０が浮遊しなくなる周波数は、環境により異なるが、α及びβは少なくとも１００Ｈｚより大きな値であることが分かっており、如何なる条件でも発振周波数を共振周波数±１００Ｈｚ以内の範囲にすれば測定対象物５０を確実に浮遊させることができるということが分かっている。
【００３９】
この結果から、クラック検知支援装置１００では、測定対象物５０が浮遊する周波数の範囲を振動板１２の共振周波数±１００Ｈｚ以内の範囲とし、振動板１２から発生する超音波の共振周波数からずらした周波数を圧電素子１０ａに入力する電圧の発振周波数にしている。したがって、クラック検知支援装置１００は、測定対象物５０を確実に浮遊させることができ、安定的なクラック検知支援が可能になっている。
【００４０】
図７は、発生する異音のレスポンス（ｄＢ）と測定対象物５０の変位量Δｒ２との関係を示すグラフである。図７に基づいて、「浮遊領域」の所定の周波数において、音検出装置１３で検出される音のレスポンスに対する測定対象物５０の変位量Δｒ２の変化について説明する。この図７では、横軸がレスポンス（ｄＢ）を、縦軸が測定対象物５０の変位量（Δｒ２）を、それぞれ示している。なお、図７で示すレスポンスは、図４の矢印（ア）で示したレスポンスを表している。
【００４１】
この図７では、図６で示した「浮遊領域」の所定の発振周波数において、Ｖinを変動させたときの、音検出装置１３で検出される音のレスポンス（図４で示す矢印（ア））と測定対象物５０の変位量Δｒ２を示している。上述したように、測定対象物５０は、１３０ｄＢ以上のレスポンスを維持しなければ確実な浮遊を得られない（図７で示す「無浮遊領域」と「不安定領域」）。また、浮遊した状態（１３０ｄＢ以上）では、レスポンスが大きくなればなるほど（つまり、Ｖinを大きくすればするほど）、測定対象物５０を揺らす力が大きくなり、測定対象物５０の変位量Δｒ２が増加することがわかる。
【００４２】
図８は、振動板１２の共振周波数ｆ0 と超音波発生部２０の連続動作時間との関係を示すグラフである。図８に基づいて、超音波発生部２０を連続動作させたときにおける振動板１２の共振周波数ｆ0 の変動について説明する。この図８では、横軸が連続動作時間を、縦軸が振動板１２の共振周波数ｆ0 を、それぞれ示している。なお、図８では振動板１２の共振周波数ｆ0 を示しているが、超音波発生部２０が有する他の共振周波数、例えば圧電素子１０ａの共振周波数も、同様の傾向を示す。
【００４３】
超音波発生部２０を連続して動作させると、超音波発生部２０が振動による空気摩擦や内部抵抗によって発熱する。その結果、超音波発生部２０は、熱せられ柔らかくなる。そうすると、超音波発生部２０から発生される共振周波数ｆ0 は、徐々に低下することになる。つまり、図８から、超音波発生部２０の連続動作時間が長くなるほど、超音波発生部２０から発生される共振周波数ｆ0 が低下していくことが分かる。
【００４４】
したがって、クラック検知支援装置１００は、振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）の共振周波数を一定の時間毎に検出し、振動板１２の共振周波数が変動した際には、その変動に合わせて圧電素子１０ａに印加する電圧の発振周波数を変化させるようになっている（図１５参照）。これにより、クラック検知支援装置１００は、測定対象物５０の浮遊に必要な超音波の発生を維持することが可能になり、安定的なクラック検知支援ができる。
【００４５】
図９は、振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）の共振周波数ｆ0 と測定対象物５０から発生する異音のレスポンス（ｄＢ）との関係を示すグラフである。図９に基づいて、測定対象物５０を介して発振される音響エネルギーをＦＦＴにて解析し、導出した波形データの入力周波数ｆinによる変化について説明する。この図９では、横軸が振動板１２の共振周波数ｆ0 を、縦軸がレスポンス（ｄＢ）を、それぞれ示している。
【００４６】
矢印（ア）が入力周波数ｆin＝ｆ0 ＋γ（ただし、−１００≦γ≦１００）のときの発振周波数を、矢印（イ）が入力周波数ｆin＝ｆ0 のときの発振周波数を、それぞれ示している。また、図中に示すＤは、発振周波数のすその幅を示している。
【００４７】
図９から、測定対象物５０を介して発振される振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）からの発振周波数の波形は、入力周波数によって異なることが分かる。特にＤ値においては大きく変動し、入力周波数ｆin＝ｆ0 のときよりも入力周波数ｆin＝ｆ0 ＋γのときの方が大きい値であることがわかる。そのため、ｆin＝ｆ0 とするとクラック判定に用いることが可能な領域は増えるが、ｆin＝ｆ0 ＋γとすると、Ｄ値は増加し、クラック判定に用いることが可能な領域は減少する。しかしながら、図６で説明したように、ｆin＝ｆ0 ＋γとしたほうが変位量Δｒ２は大きくなり、異音によるレスポンスは高くなるため検知精度は向上する方向となる。このことから、実際にクラック有無判断に用いる周波数領域は、Ｄを加味して決定する必要があるということが分かる。
【００４８】
図１０は、測定対象物５０の変位量Δｒ２と発振周波数Ｆｓのすその幅Ｄ（Ｈｚ）との関係を示すグラフである。図１０に基づいて、測定対象物５０の変位量Δｒ２の変化に対するすその幅Ｄの値の変化について説明する。この図１０では、横軸が測定対象物５０の変位量Δｒ２を、縦軸が図９で示した発振周波数Ｆｓのすその幅Ｄ（Ｈｚ）を、それぞれ示している。
【００４９】
図１０から、図９で示される発振周波数のすその幅Ｄは、測定対象物５０の変位量Δｒ２の増加に伴い増加する傾向にあることが分かる。ただし、Ｄの値は、ある一定の値（図１０では８０００Ｈｚ）以上にはならない。つまり、クラック検知支援装置１００が測定の対象としている測定対象物５０については、測定対象物５０の変位量Δｒ２がある程度増加しても、すその幅Ｄは、最大８０００Ｈｚ以下において安定する。
【００５０】
図１１は、振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）の共振周波数ｆ0 と測定対象物５０から発生する異音のレスポンス（ｄＢ）との関係から、測定に用いる周波数領域について説明するグラフである。図８で説明したように、共振周波数は動作時間と共に低下する。つまり、図１１から、ｆ0 以下の周波数領域には可聴領域が含まれ、周囲環境による影響（雑音）が出るため、クラック有無の判定には適さないことが分かる。また、図１０の説明から、すその幅Ｄは、最大８０００Ｈｚ以下において安定することがわかっている。したがって、すその幅Ｄに影響されず、かつ雑音に影響されない、クラック有無の判定に適する周波数帯域は、測定対象物５０から発生する音の信号をＦＦＴ処理した結果のうち、入力周波数ｆ0 ＋４１００Ｈｚ以上となり、ｆ0 ＋４１００Ｈｚ以上の周波数帯域を測定に用いる周波数領域を決定するとよいことになる。
【００５１】
図１２は、圧電素子１０ａに印加する電圧の入力周波数ｆinとインピーダンス、コンダクタンス、リアクタンスそれぞれとの関係を示すグラフである。図１２に基づいて、入力周波数ｆinに対するインピーダンス、コンダクタンス、リアクタンスの値の変化について説明する。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のａ部分を拡大したグラフである。この図１２では、横軸が入力周波数ｆin（Ｈｚ）を、縦軸左側がインピーダンス（Ω）とリアクタンス（Ω）を、縦軸右側がコンダクタンス（Ｆ）を、それぞれ示している。図１２で示す線（カ）がインピーダンスを、線（キ）がリアクタンスを、線（ク）がコンダクタンスを、それぞれ表している。
【００５２】
入力周波数ｆinを変動させた場合、超音波発生部２０のインピーダンス（Ｚ）、コンダクタンス（Ｃｓ）、及び、リアクタンス（Ｒｓ）の値は、図１２に示すように変化する。超音波発生部２０への入力周波数ｆinが共振周波数となったとき（たとえば、図１２（ａ）に示すａ部分）、インピーダンスは０に近い値となる。インピーダンス値が０に近ければ近いほど超音波発生部２０の、電気から振動への変換効率が向上し、同印加電圧条件化（或いは電流）で発振される超音波のレスポンスは大きくなる。
【００５３】
したがって、振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）の共振周波数及びこの共振周波数の変動を検出するには、超音波発生部２０のインピーダンスを用いればよいことが分かる。ただし、振動板１２の共振周波数及びこの共振周波数の変動をインピーダンスによって検出することに限定するものではなく、電流値や電圧値等を用いることによっても振動板１２の共振周波数及びこの共振周波数の変動を検出することは可能である。
【００５４】
なお、超音波発生部２０を構成する部品の共振周波数がずれてしまった場合は、尖鋭度を見ることによって何れの部品の共振周波数か判断が可能である。例えば振動板１２の尖鋭度は、他の部品と比較し最も大きな値であることが分かっており、インピーダンスの測定と同時に尖鋭度を測定することにより、検知に使用する共振周波数が振動板１２の共振周波数かどうかを判断することが可能である。
【００５５】
図１２（ｂ）中で言うと、コンダクタンス値が突出して高くなっており、インピーダンスが突出して低くなっている点が共振周波数である。このとき、図１２（ｂ）から、リアクタンス値が小さい値を示し、コンダクタンス値が大きい値を示しており、インピーダンス値の整数部、虚数部は共に０に近い値となっていることがわかる。つまり、共振周波数においては電流と電圧の位相差が０となるのである。図１２から、１つの超音波発生部２０に対し、共振周波数は幾つか存在し、何れの点でも測定対象物５０は浮遊するものの、インピーダンス値が低い方（図１２（ａ）に示す（ａ）の部分）が浮遊に必要な入力が少なくて済む。
【００５６】
図１３は、インピーダンス値を用いて超音波発生部２０の共振周波数に合わせた発振を行なう際の処理の流れを示すフローチャートである。図１３に基づいて、インピーダンス値を用いて共振周波数に合わせた発振を行なう際の処理の流れについて説明する。まず、発振部３０は、入力周波数ｆinを変動させ、共振時の出力電流Ｉout 、出力電圧Ｖout 、φout を測定する。そして、発振部３０は、インピーダンス値Ｚout を計算し、振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）の共振周波数ｆ0 を定める（ステップＳ１１）。なお、この部分（α）については、図１４で詳細に説明する。
【００５７】
発振部３０は、共振周波数ｆ0 から所定の周波数ｊだけずらした入力周波数ｆの電圧を超音波発生部２０の圧電素子１０ａに印加する（ステップＳ１２）。なお、ｊは定数であり、図６で説明した内容より、−１００Ｈｚ≦ｊ≦１００Ｈｚ、ｊ≠０であるものとする。次に、発振部３０は、このときの出力電流Ｉout 、出力電圧Ｖout からインピーダンス値Ｚout を計算し、その値をＺ1 として記憶する（ステップＳ１３）。そして、発振部３０は、インピーダンス値Ｚout がＺ1 とずれている場合、Ｚout ＝Ｚ1 となるように周波数ｆinをスイープさせる（ステップＳ１４）。なお、この部分（β）については、図１５で詳細に説明する。
【００５８】
図１４は、図１３で示した（α）部分の処理の流れを詳細に示すフローチャートである。図１４に基づいて、図１３で示した（α）部分の処理の流れを詳細に説明する。発振部３０は、入力周波数ｆinの電圧を超音波発生部２０の圧電素子１０ａに印加する（ステップＳ２１）。次に、発振部３０は、出力電圧Ｖout 、電流Ｉout の測定結果及び入力周波数ｆinを記憶する（ステップＳ２２）。そして、発振部３０は、Ｖout とＩout の特性から位相差φout を計算する（ステップＳ２３）。発振部３０は、計算した位相差φout が０であるかどうか判断する（ステップＳ２４）。
【００５９】
位相差φout が０である場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、発振部３０は、入力周波数ｆin＝ｆo とする（ステップＳ２５）。位相差φout が０でない場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、発振部３０は、Ｖout とＩout から電流の位相が電圧の位相に対して遅れているかどうか判断する（ステップＳ２６）。電流の位相が電圧の位相に対して遅れていない場合（ステップＳ２６；Ｎｏ）、発振部３０は、周波数ｆinを一定周波数ｋ分減少して（ステップＳ２７）、ステップＳ２１の処理に戻る。電流の位相が電圧の位相に対して遅れている場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、発振部３０は、周波数ｆinを一定周波数ｋ分増加して（ステップＳ２８）、ステップＳ２１の処理に戻る。以上のように、発振部３０は、図１３で示した（α）の部分の処理を実行する。
【００６０】
図１５は、図１３で示した（β）部分の処理の流れを詳細に示すフローチャートである。図１５に基づいて、図１３で示した（β）部分の処理の流れを詳細に説明する。なお、図１５では、ｎ＞０とした場合の処理の流れを例に示している。発振部３０は、Ｖout またはＩout の値を検出し、インピーダンス値Ｚout を計算する（ステップＳ３１）。次に、発振部３０は、計算したＺout がＺ1 であるかどうか判断する（ステップＳ３２）。Ｚout がＺ1 である場合（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、発振部３０は、入力周波数ｆinの電圧を超音波発生部２０の圧電素子１０ａに印加する（ステップＳ３３）。
【００６１】
Ｚout がＺ1 でない場合（ステップＳ３２；Ｎｏ）、発振部３０は、Ｚout ＝Ｚ1 となるように周波数ｆinをスイープさせる。具体的には、発振部３０は、Ｚout よりＺ1 大きいかどうか判断し（ステップＳ３４）、Ｚout ＝Ｚ1 となるように周波数ｆinをスイープさせる。Ｚout がＺ1 より大きい場合（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、発振部３０は、周波数ｆinを一定周波数ｎ分減少する（ステップＳ３５）。そして、発振部３０は、入力周波数ｆinを超音波発生部２０に発信し（ステップＳ３７）、ステップＳ３１の処理に戻る。一方、Ｚout がＺ1 以下の場合（ステップＳ３４；Ｎｏ）、発振部３０は、周波数ｆinを一定周波数ｎ分増加する（ステップＳ３６）。そして、発振部３０は、入力周波数ｆinを超音波発生部２０に発信し（ステップＳ３７）、ステップＳ３１の処理に戻る。
【００６２】
図１６は、発振部３０の機能を詳細に説明するための説明図である。図１６に基づいて、発振部３０の機能について詳細に説明する。この図１６には、発振部３０がインピーダンスの計算により制御を行なう場合の機能ブロック図を併せて図示している。なお、発振部３０は、一つの筐体にまとめられている必要はなく、発振部３０の構成要素毎に別の筐体に設けられていてもよい。また、振動部１０を安定に駆動させるには、安定した波形を入力する必要があるので、クラック検知支援装置１００では、発振部３０から発生される信号の波形を正弦波又は方形波としている。それは、発振部３０からの信号の波形が定まっていない場合、放出される超音波の波形が乱れ、音検出装置１３に雑音が入ってしまい、測定精度が下がるからである。
【００６３】
図１６に示すように、発振部３０は、入力値設定部３１と、電流・電圧計測部３２と、制御部３３と、周波数発振部３４と、増幅部３５と、を備えている。入力値設定部３１は、入力電圧Ｖin、入力電流Ｉinを設定する機能を有している。電流・電圧計測部３２は、超音波発生部２０から出力される電流・電圧を検知する機能を有している。周波数発振部３４は、制御部３３からの指示によって入力周波数ｆinを増幅部３５に発振する機能を有している。この周波数発振部３４は、音検出装置１３に雑音として検出されるのを抑制するためにスイッチング素子以外のものを用いるとよい。増幅部３５は、周波数発振部３４から発振された入力周波数ｆinを設定値まで昇圧し、増幅して、超音波発生部２０に出力する機能を有している。
【００６４】
制御部３３は、マイクロコンピューター等で構成されており、発振部３０としての作用を統括制御する機能を有している。具体的には、制御部３３は、上述したフローチャートの動作主体となる機能を有している。また、制御部３３に、計算したインピーダンス値Ｚ1 や出力電圧Ｖout 、電流Ｉout の測定結果、入力周波数ｆin  等を記憶しておく図示省略の記憶手段が設けられている。なお、インピーダンス値以外にも、音検出装置１３から検出される測定対象物５０のクラックが無い場合の音響エネルギーの値や振動板１２の変位量Δｒ１の値からも共振周波数は検出可能であるので、インピーダンス値の代わりにこれらの値を制御部３３に導入し、用いるようにしてもよく、いずれか組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００６５】
図１７は、発振部３０及びクラック有無判断部２１の機能を詳細に説明するための説明図である。図１７に基づいて、音響エネルギーのフィードバックにより、振動板１２（又は超音波発生部２０が有するいずれかの）の共振周波数に補正を加え、発信する場合における発振部３０及びクラック有無判断部２１の機能について詳細に説明する。上述したように、クラック有無判断部２１は、音検出装置１３及び音響エネルギー解析部１６で構成されている。つまり、測定対象物５０から発生する音響エネルギーを解析する音響エネルギー解析部１６の解析結果に基づいて、クラックの有無を判断することができる。
【００６６】
音響エネルギー解析部１６は、測定対象物５０から発生する音響エネルギーを解析した後、測定対象物５０にクラックが発生していない状態における音響エネルギーの最大値Ｑmax を制御部３３に発信する。制御部３３は、上述した動作に加え、音響エネルギー解析部１６と連動し、音響エネルギー解析部１６から発信された共振時のＱmax を記憶し、このＱmax を一定に保つように上記動作に補正を加える機能を有している。なお、音響エネルギー解析部１６を発振部３０内に設けるようにしてもよい。また、音検出装置１３と音響エネルギー解析部１６とを一体に設けるようにしてもよい。
【００６７】
図１８は、発振部３０及び変位検出部４０の機能を詳細に説明するための説明図である。図１８に基づいて、振動板１２の変位量Δｒ１のフィードバックにより、共振周波数に調整する場合における発振部３０及び変位検出部４０の機能について詳細に説明する。変位検出部４０は、変位計４１で検出された振動板１２の変位情報に基づいて振動板１２の変位量Δｒ１を測定するものである。変位計４１は、たとえば非接触の赤外線変位計等で構成するとよい。変位検出部４０で測定された振動板１２の変位量Δｒ１は、変位検出部４０から制御部３３に向けて発信される。制御部３３は、上述した動作に加え、変位検出部４０と連動し、共振時のΔｒ１記憶し、このΔｒ１を一定に保つように上記動作に補正を加える機能を有している。
【００６８】
このように、音響エネルギー解析部１６による音響エネルギーの解析結果ではなく、変位検出部４０による変位量の測定結果に基づいて、制御部３３の動作に補正を加えるようにしてもよい。ただし、双方を用いて、制御部３３の動作に補正を加えるようにしてもよい。なお、変位計４１は、振動板１２の振動を効率良く検出するために振動板１２から放射される共振波の「腹」の位置に設けるとよい。また、変位検出部４０を発振部３０内に設けるようにしてもよい。さらに、変位計４１と変位検出部４０を一体的に設けるようにしてもよい。
【００６９】
以上のように、クラック検知支援装置１００では、振動板１２の全面から強力な音圧レベル（１３０ｄＢ以上）を有する超音波が空中放射でき、測定対象物５０を空中に浮上及び振動させることができる。測定対象物５０に対し強力な超音波を照射させると、照射域に超音波の疎密に伴う圧力差が生じ、音圧レベルに伴って測定対象物５０が浮遊することになる。浮遊した測定対象物５０は、超音波のゆらぎにより生じる照射音圧や発生周波数の微変動により、空中で振動を起こす。
【００７０】
浮遊した測定対象物５０が振動を起こすと、測定対象物５０にクラックが存在している場合、クラックの先端部分同士が擦れることによって異音が発生する。クラック検知支援装置１００では、測定対象物５０から発生した異音を検知することによって、クラックの有無を判断している。ただし、測定対象物５０の浮遊は、特に超音波の共振周波数前後で起きるが、共振周波数では振動板１２が安定し、超音波のゆらぎが弱く、浮遊が安定してしまい、異音が発生しづらい。そこで、クラック検知支援装置１００では、少なくとも振動板１２の共振周波数からずらした周波数にて測定対象物５０を浮遊させることで、測定対象物５０の振動を大きくし、より正確にクラックの有無を検知することを可能としている。よって、クラック検知支援装置１００は、非常に小さなクラックの有無を検知することができる。
【００７１】
また、クラック検知支援装置１００は、測定対象物５０のクラックの有無を検知するために特別な設備等を必要としないため、非常に安価に測定対象物５０のクラックの有無を検知することができる。加えて、クラック検知支援装置１００は、半導体基板の製造ラインや半導体基板を組み込んだ何らかの装置の製造ラインのいずれにも備えることができ、測定対象物５０のクラック検知を適宜実行することによって測定対象物５０の歩留まりを大幅に向上することが可能になる。
【００７２】
なお、測定対象物５０の少なくとも一辺のいずれかに緩衝材を設けてあるとよい。そうすれば、測定対象物５０の位置決めが容易になる。図１では、振動部１０が１個だけ設けられている場合を例に示しているが、振動部１０の個数を特に限定するものではなく、測定対象物５０の大きさや重量、形状によって振動部１０の個数を決定するとよい。また、複数個の振動部１０を設けて、振動板１２の位相を制御することにより、測定対象物５０を非接触で搬送させながら、クラックの有無を検知するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０  振動部、１０ａ  圧電素子、１１  ホーン、１２  振動板、１３  音検出装置、１６  音響エネルギー解析部、２０  超音波発生部、２１  クラック有無判断部、３０  発振部、３１  入力値設定部、３２  電流・電圧計測部、３３  制御部、３４  周波数発振部、３５  増幅部、４０  変位検出部、５０  測定対象物、１００  クラック検知支援装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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