JP2002281584A - 超音波トランスデューサ - Google Patents
超音波トランスデューサInfo
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- JP2002281584A JP2002281584A JP2001118882A JP2001118882A JP2002281584A JP 2002281584 A JP2002281584 A JP 2002281584A JP 2001118882 A JP2001118882 A JP 2001118882A JP 2001118882 A JP2001118882 A JP 2001118882A JP 2002281584 A JP2002281584 A JP 2002281584A
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- ultrasonic transducer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】超音波振動子を凹球面状の曲率にするか又は平
面状の超音波振動子に音響レンズを用いる方法でなく指
向性の優れた超音波トランスデューサにする。 【解決手段】超音波トランスデューサの超音波送受波面
に突起を２個以上設け、その突起の材料は炭素繊維複合
材料で構成し、かつ炭素繊維複合材料の炭素繊維を超音
波の伝播方向に対して直交して配置する。
面状の超音波振動子に音響レンズを用いる方法でなく指
向性の優れた超音波トランスデューサにする。 【解決手段】超音波トランスデューサの超音波送受波面
に突起を２個以上設け、その突起の材料は炭素繊維複合
材料で構成し、かつ炭素繊維複合材料の炭素繊維を超音
波の伝播方向に対して直交して配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波を放射するか
または伝搬する超音波を受波する超音波トランスデュー
サに関するものである。
または伝搬する超音波を受波する超音波トランスデュー
サに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の指向性を高めた超音波トランスデ
ューサについては、たとえば「弾性波素子技術ハンドブ
ック」編者 日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委
員会、オーム社、平成３年１１月３０日第１版第１刷発
行、第１２８頁〜第１３３頁（以下「文献Ａ」と略称す
る。）に記述されている。従来の指向性を高めた超音波
トランスデューサ１を文献Ａから引用した図７により説
明する。指向性を高める方法として図７（Ａ）のように
超音波振動子２に凹球面状の振動子を用いる方法と図７
（Ｂ）のように平面状の超音波振動子２に音響レンズを
用いる方法がある。いずれの方法も超音波ビームは焦点
に収束し、焦域（超音波ビームが細く絞られた領域）を
形成する。凹球面状の振動子での幾何光学的焦点はの位
置は当然その曲率中心であり、音響レンズ使用の場合の
焦点距離ｆＬは１式で与えられる。
ューサについては、たとえば「弾性波素子技術ハンドブ
ック」編者 日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委
員会、オーム社、平成３年１１月３０日第１版第１刷発
行、第１２８頁〜第１３３頁（以下「文献Ａ」と略称す
る。）に記述されている。従来の指向性を高めた超音波
トランスデューサ１を文献Ａから引用した図７により説
明する。指向性を高める方法として図７（Ａ）のように
超音波振動子２に凹球面状の振動子を用いる方法と図７
（Ｂ）のように平面状の超音波振動子２に音響レンズを
用いる方法がある。いずれの方法も超音波ビームは焦点
に収束し、焦域（超音波ビームが細く絞られた領域）を
形成する。凹球面状の振動子での幾何光学的焦点はの位
置は当然その曲率中心であり、音響レンズ使用の場合の
焦点距離ｆＬは１式で与えられる。
【０００３】
【数１】
【０００４】（数１）でｒＬは音響レンズの曲率半径で
あり、ｃは媒質の音速そしてｃＬは音響レンズ３中の音
速である。
あり、ｃは媒質の音速そしてｃＬは音響レンズ３中の音
速である。
【０００５】焦域を利用することにより、感度、方位分
解能ともに優れた計測ができる。
解能ともに優れた計測ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の指向性を高めた超音波トランスデューサは超音波
を送受波する面が曲率を持っているので、焦域のみが指
向性が高いだけである。これ以外の場所では指向性は平
面状の超音波送受波面の超音波トランスデューサと同じ
か、または場所によるが悪くなる。従って、超音波トラ
ンスデューサの目標物の位置を固定するか、目標物の位
置に合わせて超音波振動子に凹球面状の振動子の曲率を
調整するか、平面状の超音波振動子に音響レンズを用い
る方法ではレンズの曲率を調整する必要がある。しかし
曲率を調整する機械加工は費用が高くなり超音波トラン
スデューサの価格が高くなるという問題点がある。
従来の指向性を高めた超音波トランスデューサは超音波
を送受波する面が曲率を持っているので、焦域のみが指
向性が高いだけである。これ以外の場所では指向性は平
面状の超音波送受波面の超音波トランスデューサと同じ
か、または場所によるが悪くなる。従って、超音波トラ
ンスデューサの目標物の位置を固定するか、目標物の位
置に合わせて超音波振動子に凹球面状の振動子の曲率を
調整するか、平面状の超音波振動子に音響レンズを用い
る方法ではレンズの曲率を調整する必要がある。しかし
曲率を調整する機械加工は費用が高くなり超音波トラン
スデューサの価格が高くなるという問題点がある。
【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので超音波振動子に凹球面状の振動子、平面状の超音
波振動子に音響レンズを用いる必要がない、指向特性の
優れた送受信性能を持つ超音波トランスデューサの提供
を目的としている。
もので超音波振動子に凹球面状の振動子、平面状の超音
波振動子に音響レンズを用いる必要がない、指向特性の
優れた送受信性能を持つ超音波トランスデューサの提供
を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、超音波を
送受する超音波トランスデューサにおいて、超音波を送
受波面に突起を２個以上設け、それら突起を対象とする
物に接触させることを特徴とする超音波トランスデュー
サにより達成する。また超音波を送受する超音波トラン
スデューサにおいて、超音波を送受波面に突起を２個以
上設け、かつすくなくても突起の上端から突起の根元で
ある超音波送受波面が測定対象に接触していることを特
徴とする超音波トランスデューサにより達成する。さら
に突起が異方性材料であることを特徴とする請求項１お
よび請求項２に記載の超音波トランスデューサにより達
成する。突起を含む超音波送受波面が異方性材料である
ことを特徴とする請求項１および請求項２に記載の超音
波トランスデューサにより達成する。異方性材料が繊維
複合材料であることを特徴とする請求項３および請求項
４に記載の超音波トランスデューサにより達成する。繊
維複合材料の繊維を炭素または黒鉛とすることを特徴と
する請求項５に記載の超音波トランスデューサにより達
成する。
送受する超音波トランスデューサにおいて、超音波を送
受波面に突起を２個以上設け、それら突起を対象とする
物に接触させることを特徴とする超音波トランスデュー
サにより達成する。また超音波を送受する超音波トラン
スデューサにおいて、超音波を送受波面に突起を２個以
上設け、かつすくなくても突起の上端から突起の根元で
ある超音波送受波面が測定対象に接触していることを特
徴とする超音波トランスデューサにより達成する。さら
に突起が異方性材料であることを特徴とする請求項１お
よび請求項２に記載の超音波トランスデューサにより達
成する。突起を含む超音波送受波面が異方性材料である
ことを特徴とする請求項１および請求項２に記載の超音
波トランスデューサにより達成する。異方性材料が繊維
複合材料であることを特徴とする請求項３および請求項
４に記載の超音波トランスデューサにより達成する。繊
維複合材料の繊維を炭素または黒鉛とすることを特徴と
する請求項５に記載の超音波トランスデューサにより達
成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に基づいて詳
細に説明する。図１は第１の実施の形態を示す実施例の
斜視図である。１は超音波トランスデューサであり、超
音波送受波面３は凸状の突起を持ち、その突起４の材料
は炭素繊維複合材料である。なお、炭素繊維５の配向方
向は超音波送受波面３に対して平行である。また超音波
振動子２はチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セ
ラミックスであり、板厚方向に分極されている。
細に説明する。図１は第１の実施の形態を示す実施例の
斜視図である。１は超音波トランスデューサであり、超
音波送受波面３は凸状の突起を持ち、その突起４の材料
は炭素繊維複合材料である。なお、炭素繊維５の配向方
向は超音波送受波面３に対して平行である。また超音波
振動子２はチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セ
ラミックスであり、板厚方向に分極されている。
【００１０】凸状の突起４を有する超音波送受波面３を
持つ超音波トランスデューサ１をその突起４の長さ以上
の位置まで水７中に沈める。この状態を示す断面図を図
２に示す。
持つ超音波トランスデューサ１をその突起４の長さ以上
の位置まで水７中に沈める。この状態を示す断面図を図
２に示す。
【００１１】なお突起４の詳細な形状を図３に示す。突
起４の上端と超音波送受波面３の距離は使用周波数にお
いて水７の１波長の長さである。超音波振動子２は厚さ
１ミリであり、１ＭＨｚの共振周波数を持つ。１ＭＨｚ
の超音波が水７中に伝播するので水７の音速が約１５０
０ｍ／ｓであるので突起４の上端と超音波送受波面３の
距離は約１．５ミリとなる。突起４の先端と、突起４根
元の超音波伝播方向の水７中の超音波振動位相は、突起
４の長さが１ＭＨｚの水７の１波長分であるので、突起
４先端の位置で突起４根元から発射された超音波と突起
先端の超音波で同位相である。また突起４先端からだけ
の超音波放射パワーに比較して２倍になる。
起４の上端と超音波送受波面３の距離は使用周波数にお
いて水７の１波長の長さである。超音波振動子２は厚さ
１ミリであり、１ＭＨｚの共振周波数を持つ。１ＭＨｚ
の超音波が水７中に伝播するので水７の音速が約１５０
０ｍ／ｓであるので突起４の上端と超音波送受波面３の
距離は約１．５ミリとなる。突起４の先端と、突起４根
元の超音波伝播方向の水７中の超音波振動位相は、突起
４の長さが１ＭＨｚの水７の１波長分であるので、突起
４先端の位置で突起４根元から発射された超音波と突起
先端の超音波で同位相である。また突起４先端からだけ
の超音波放射パワーに比較して２倍になる。
【００１２】次にこの超音波トランスデューサ１から水
中に発射された超音波の波動を図４に示す。図４で水中
の線はある時点の振動の腹を示したものである。この図
４で示すように突起４から発射された超音波は位相合成
され、指向性の高い超音波ビームとなる。受波モードの
ときは、正面から来た超音波のみを選択的に受信するこ
とになる。従って、送受波とも指向性の高い超音波トラ
ンスデューサ１ことなる。このように簡単な形状でつま
り加工費が安価であり、しかも指向性の高いほぼ直進波
を得ることができる。なお、本例では炭素繊維複合材料
を用いたがＳｉＣ繊維複合材料、アラミド繊維複合材料
を用いても良い。
中に発射された超音波の波動を図４に示す。図４で水中
の線はある時点の振動の腹を示したものである。この図
４で示すように突起４から発射された超音波は位相合成
され、指向性の高い超音波ビームとなる。受波モードの
ときは、正面から来た超音波のみを選択的に受信するこ
とになる。従って、送受波とも指向性の高い超音波トラ
ンスデューサ１ことなる。このように簡単な形状でつま
り加工費が安価であり、しかも指向性の高いほぼ直進波
を得ることができる。なお、本例では炭素繊維複合材料
を用いたがＳｉＣ繊維複合材料、アラミド繊維複合材料
を用いても良い。
【００１３】図５は第２の実施の形態を示す図である。
１は超音波トランスデューサであり、円錐の突起４を持
ちその材料は炭素繊維複合材料である。なお、炭素繊維
５の配向方向は超音波送受波面３に対して平行である。
突起４はステンレス板６に接着されている。そしてステ
ンレス板６には超音波振動子２が強固にエポキシ樹脂で
接着されている。超音波振動子２はチタン酸鉛を主成分
とする圧電セラミックスであり、板厚方向に分極されて
いる。
１は超音波トランスデューサであり、円錐の突起４を持
ちその材料は炭素繊維複合材料である。なお、炭素繊維
５の配向方向は超音波送受波面３に対して平行である。
突起４はステンレス板６に接着されている。そしてステ
ンレス板６には超音波振動子２が強固にエポキシ樹脂で
接着されている。超音波振動子２はチタン酸鉛を主成分
とする圧電セラミックスであり、板厚方向に分極されて
いる。
【００１４】図６は図５に示す超音波トランスデューサ
１を皮膚８に密接させた断面図である。皮膚８は突起長
さの約半分の位置まで接している。
１を皮膚８に密接させた断面図である。皮膚８は突起長
さの約半分の位置まで接している。
【００１５】なお超音波振動子２は厚さ０．２ミリであ
り、５ＭＨｚの共振周波数を持つ。突起の長さは０．６
ミリである。ステンレス板６は１ミリの厚さである。
り、５ＭＨｚの共振周波数を持つ。突起の長さは０．６
ミリである。ステンレス板６は１ミリの厚さである。
【００１６】第１の実施の形態と同様に指向性の高い超
音波ビームを得るだけでなく、突起４が皮膚８に接する
圧力は高いので超音波トランスデューサ１と皮膚８を音
響的に結合させる媒体であるワックスなどが不用になる
か従来に比較して少量でよい。このように円錐の突起４
の形状効果により従来の超音波トランスデューサ１に比
較して目的物に、より密着させることができる。
音波ビームを得るだけでなく、突起４が皮膚８に接する
圧力は高いので超音波トランスデューサ１と皮膚８を音
響的に結合させる媒体であるワックスなどが不用になる
か従来に比較して少量でよい。このように円錐の突起４
の形状効果により従来の超音波トランスデューサ１に比
較して目的物に、より密着させることができる。
【００１７】
【発明の効果】送受波とも指向性の高い超音波トランス
デューサとすることができる。そして簡単な形状なので
加工費が安価であり、しかもほぼ直進波を得ることがで
きる。また測定対象にも容易に密着できる。
デューサとすることができる。そして簡単な形状なので
加工費が安価であり、しかもほぼ直進波を得ることがで
きる。また測定対象にも容易に密着できる。
【図１】第１の実施の形態を示す実施例の斜視図であ
る。
る。
【図２】第１の実施の形態を示す実施例の断面図であ
る。
る。
【図３】第１の実施の形態の寸法図である。
【図４】水中での超音波ビームを示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す図である。
【図６】第２の実施の形態の超音波トランスデューサが
皮膚に接している断面図ある。
皮膚に接している断面図ある。
【図７】従来の指向性超音波トランスデューサの説明図
である。
である。
１ 超音波トランスジューサ ２ 超音波振動子 ３ 超音波送受波面 ４ 突起 ５ 炭素繊維 ６ ステンレス板 ７ 水 ８ 皮膚
Claims (6)
- 【請求項１】超音波を送受する超音波トランスデューサ
において、送受波面に突起を２個以上設け、それら突起
を測定対象に接触させることを特徴とする超音波トラン
スデューサ。 - 【請求項２】超音波を送受する超音波トランスデューサ
において、送受波面に突起を２個以上設け、かつすくな
くても突起の上端から突起の根元である超音波送受波面
が測定対象に接触していることを特徴とする超音波トラ
ンスデューサ。 - 【請求項３】突起が異方性材料であることを特徴とする
請求項１および請求項２に記載の超音波トランスデュー
サ。 - 【請求項４】突起を含む超音波送受波面が異方性材料で
あることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の
超音波トランスデューサ。 - 【請求項５】異方性材料が繊維複合材料であることを特
徴とする請求項３および請求項４に記載の超音波トラン
スデューサ。 - 【請求項６】繊維複合材料の繊維を炭素または黒鉛とす
ることを特徴とする請求項５に記載の超音波トランスデ
ューサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118882A JP2002281584A (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118882A JP2002281584A (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 超音波トランスデューサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002281584A true JP2002281584A (ja) | 2002-09-27 |
Family
ID=18969190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118882A Withdrawn JP2002281584A (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | 超音波トランスデューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002281584A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100983744B1 (ko) * | 2008-07-23 | 2010-09-24 | 포항공과대학교 산학협력단 | 파라메트릭 어레이 응용을 위한 음파 발생기 |
-
2001
- 2001-03-14 JP JP2001118882A patent/JP2002281584A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100983744B1 (ko) * | 2008-07-23 | 2010-09-24 | 포항공과대학교 산학협력단 | 파라메트릭 어레이 응용을 위한 음파 발생기 |
| EP2148323A3 (en) * | 2008-07-23 | 2011-01-26 | POSTECH Academy-Industry Foundation | Sound generator for use in parametric array |
| US8450907B2 (en) | 2008-07-23 | 2013-05-28 | Postech Academy-Industry Foundation | Sound generator for use in parametric array |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |