JPH01246998A - 超音波トランスジューサ - Google Patents
超音波トランスジューサInfo
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- JPH01246998A JPH01246998A JP7496388A JP7496388A JPH01246998A JP H01246998 A JPH01246998 A JP H01246998A JP 7496388 A JP7496388 A JP 7496388A JP 7496388 A JP7496388 A JP 7496388A JP H01246998 A JPH01246998 A JP H01246998A
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は超音波距離検出装置、近接物体検出装置等に
使用される空中用超音波トランスジューサに関する。
使用される空中用超音波トランスジューサに関する。
圧電セラミック等の振動子を空中用超音波トランスジュ
ーサとして使用する場合、振動子の音響インピーダンス
が空気のそれに比べて遥かに大きいために、超音波の送
信、受信効率が極めて低い、そこで振動子の超音波出射
面に密着して両者の中間の音響インピーダンスを有する
音響整合層を設け、超音波の送受信性能を高めた超音波
トランスシューブが知られている。
ーサとして使用する場合、振動子の音響インピーダンス
が空気のそれに比べて遥かに大きいために、超音波の送
信、受信効率が極めて低い、そこで振動子の超音波出射
面に密着して両者の中間の音響インピーダンスを有する
音響整合層を設け、超音波の送受信性能を高めた超音波
トランスシューブが知られている。
超音波トランスジューサは、第5図に示すように圧電セ
ラミック振動子1の超音波出射面に密着して音響整合層
2を形成した構造である。圧電セラミック振動子1の音
速C1は約4000 m/S。
ラミック振動子1の超音波出射面に密着して音響整合層
2を形成した構造である。圧電セラミック振動子1の音
速C1は約4000 m/S。
密度ρ1は約7400#/m”であり、その積で表わさ
れる音響インピーダンスZ1は約3X10の7乗N、S
/rrIとなる。また超音波ビーム10が出射される空
気3の音速C3は約344 m / S 。
れる音響インピーダンスZ1は約3X10の7乗N、S
/rrIとなる。また超音波ビーム10が出射される空
気3の音速C3は約344 m / S 。
密度ρ、は約1.2に9/rrlであり、音響インピー
ダンスZ3は約413N−8/m”となる。
ダンスZ3は約413N−8/m”となる。
したがって、両者の音響インピーダンスの中間値として
の整合層2の音響インピーダンスZとしては、両者の音
響インピーダンス2. 嚢2.の積の平方根で与えられ
る1、lX10の5乗N 、 S/m8が最適値となる
。音響インピーダンスZを最適値に近づけるために、整
合層2の材質の検討が種々行われており、例えば樹脂組
成物としてエポキシ樹脂を用い、微小中空球として塩化
ビニリデン共重合体からなる直径数10ないし数100
μmのプラスチックバルーン材を用いたものが知られ
ている。
の整合層2の音響インピーダンスZとしては、両者の音
響インピーダンス2. 嚢2.の積の平方根で与えられ
る1、lX10の5乗N 、 S/m8が最適値となる
。音響インピーダンスZを最適値に近づけるために、整
合層2の材質の検討が種々行われており、例えば樹脂組
成物としてエポキシ樹脂を用い、微小中空球として塩化
ビニリデン共重合体からなる直径数10ないし数100
μmのプラスチックバルーン材を用いたものが知られ
ている。
第6図はエポキシ樹脂に対するプラスチックバルーン(
比重0.05.平均粒径40μm)の添加!(体積分率
)を変えて得られた整合層2の音速C2密度ρ 、音響
インピーダンスZ特性線図であシ、プラスチックバルー
ン添加量を体積分率で0.6 とした場合、音響インピ
ーダンスは約6.5×10の5乗N、S/i、体槓分率
0.7でも 4×10の5乗程度となシ、最適値1.I
X 10の5乗NφS/rrlに比べてまだかなシ大
きい値となる。
比重0.05.平均粒径40μm)の添加!(体積分率
)を変えて得られた整合層2の音速C2密度ρ 、音響
インピーダンスZ特性線図であシ、プラスチックバルー
ン添加量を体積分率で0.6 とした場合、音響インピ
ーダンスは約6.5×10の5乗N、S/i、体槓分率
0.7でも 4×10の5乗程度となシ、最適値1.I
X 10の5乗NφS/rrlに比べてまだかなシ大
きい値となる。
第7図は上記整合層のグラスチックバルーン添加量と弾
性率Eとの関係を示す特性線図であり、エポキシ樹脂単
体で330Af/−あった弾性率へ体槓分率0.6では
66kf/rrIAに2体積分率0.7では54#/−
にまで低下し、剛性の低下が著しい。グラスチックバル
ーン材の比重をさらに下げれば、音響インピーダンスZ
を最適値に近づけることも不可能ではないが、この場合
には弾性率Eがさらに低下してゴム弾性を示テようにな
り、寸法精度の維持も、これt−得るための機械加工性
が低下し、さらKは外的損傷を受けやすくなる。
性率Eとの関係を示す特性線図であり、エポキシ樹脂単
体で330Af/−あった弾性率へ体槓分率0.6では
66kf/rrIAに2体積分率0.7では54#/−
にまで低下し、剛性の低下が著しい。グラスチックバル
ーン材の比重をさらに下げれば、音響インピーダンスZ
を最適値に近づけることも不可能ではないが、この場合
には弾性率Eがさらに低下してゴム弾性を示テようにな
り、寸法精度の維持も、これt−得るための機械加工性
が低下し、さらKは外的損傷を受けやすくなる。
前述のように、空中用超音波トランスジユーサの音響整
合層としては、音響インピーダンス2を最適イ直に近づ
けることに重点が置かれてきた。ところで、この種の整
合層の基本原理は、第8図にその厚みと超音波透過率と
の関係を示すように、整合層の厚みtが整合層内におけ
る超音波の波長λの1/4.すなわち四分の一波長に等
しく形成されたとき、その波長λに相応する周波数の超
音波のみが減衰することなく透過(透過率1)する現象
、いわゆる共像伝送を利用するものであって、整合層の
厚みt、あるいは超音波の波長λが上記共撮伝送条件か
らずれた場合には、第8図に示すように整合層の音響イ
ンピーダンス2と空気または振動子の音響インピーダン
スとの比Z!/Z またはZ/Z3 (以下インピ
ーダンス比とよぶ)の増大とともに超音波透過率が著し
く低下する。ことに前述の超音波トランスジューサにお
いては、整合層の2を最適値1.lX10の5乗N、S
/rrlVcシたとしてもインピーダンス比Z、/Z
、 Z/Zsは約270にも達し、僅かな波長λ、厚
みtのずれがあれば超音波の透過は極めて困難になる。
合層としては、音響インピーダンス2を最適イ直に近づ
けることに重点が置かれてきた。ところで、この種の整
合層の基本原理は、第8図にその厚みと超音波透過率と
の関係を示すように、整合層の厚みtが整合層内におけ
る超音波の波長λの1/4.すなわち四分の一波長に等
しく形成されたとき、その波長λに相応する周波数の超
音波のみが減衰することなく透過(透過率1)する現象
、いわゆる共像伝送を利用するものであって、整合層の
厚みt、あるいは超音波の波長λが上記共撮伝送条件か
らずれた場合には、第8図に示すように整合層の音響イ
ンピーダンス2と空気または振動子の音響インピーダン
スとの比Z!/Z またはZ/Z3 (以下インピ
ーダンス比とよぶ)の増大とともに超音波透過率が著し
く低下する。ことに前述の超音波トランスジューサにお
いては、整合層の2を最適値1.lX10の5乗N、S
/rrlVcシたとしてもインピーダンス比Z、/Z
、 Z/Zsは約270にも達し、僅かな波長λ、厚
みtのずれがあれば超音波の透過は極めて困難になる。
このことから、整合層の厚みtを超音波の1/4波長に
精度よく安定して保持することがインピーダンス比を最
適値に保持すること以上に重要であると考えられる。と
ころが、従来の整合層においてはインピーダンス2を最
適値に近づけるに伴なって弾性率Eが大幅に低下し、厚
みtを精度よく得ることが因難なばかりか、外傷を受け
やすいためにその維持管理も困難になる欠点がある。
精度よく安定して保持することがインピーダンス比を最
適値に保持すること以上に重要であると考えられる。と
ころが、従来の整合層においてはインピーダンス2を最
適値に近づけるに伴なって弾性率Eが大幅に低下し、厚
みtを精度よく得ることが因難なばかりか、外傷を受け
やすいためにその維持管理も困難になる欠点がある。
この発明の目的は、音響インピーダンスの低減に伴う弾
性率の低下が少く、シたがって整合層の厚みの精度の確
保を容易化することにある。
性率の低下が少く、シたがって整合層の厚みの精度の確
保を容易化することにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、樹脂組
成物中に微小中空球を混合してなる音響整合層を超音波
振動子の超音波出射面に密着して形成したものにおいて
、前記微小中空球がグラスチックバルーン材とシリカバ
ルーン材の混合材であることとする。
成物中に微小中空球を混合してなる音響整合層を超音波
振動子の超音波出射面に密着して形成したものにおいて
、前記微小中空球がグラスチックバルーン材とシリカバ
ルーン材の混合材であることとする。
上記手段において、樹脂組成物中に混合する微小中空球
として、プラスチックバルーン材とシリカバルーン材を
所定の割合で混合材を用いるよう構成し九ことによシ、
樹脂組成物としてのエポキシ樹脂に剛性の高いシリカバ
ルーン材を混合した場合、その添加量に比例して整合層
の密度アおよび音響インピーダンスZは低下傾向を示す
のに対し、弾性率Eおよび音速は逆に上昇傾向を示すこ
とを利用し、混合バルーン材を添加した整合層の弾性率
の低下を軽減することが可能となシ、したがって整合層
の厚みtを整合層内超音波の174波長に精度よく合わ
せることが容易となシ、音響インピーダンスZ−は従来
より幾分高くなるものの共像伝送を有効に活用でき、し
たがって超音波送受信性能の高い空中超音波トランスジ
ューサを得ることかできる。
として、プラスチックバルーン材とシリカバルーン材を
所定の割合で混合材を用いるよう構成し九ことによシ、
樹脂組成物としてのエポキシ樹脂に剛性の高いシリカバ
ルーン材を混合した場合、その添加量に比例して整合層
の密度アおよび音響インピーダンスZは低下傾向を示す
のに対し、弾性率Eおよび音速は逆に上昇傾向を示すこ
とを利用し、混合バルーン材を添加した整合層の弾性率
の低下を軽減することが可能となシ、したがって整合層
の厚みtを整合層内超音波の174波長に精度よく合わ
せることが容易となシ、音響インピーダンスZ−は従来
より幾分高くなるものの共像伝送を有効に活用でき、し
たがって超音波送受信性能の高い空中超音波トランスジ
ューサを得ることかできる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第1図はこの発明の実施例超音波トランスジューサを示
す説明図であり、圧電セラミックからなる超音波出射面
1の超音波出射面に密着して設けられた音響整合層20
は、樹脂組成物としてのエポキシ樹脂組成物12中に、
塩化ビニリデシ共重合体からなるプラスチックバルーン
材13(比llO,05、平均粒径40μm)と、シリ
カバルーン材14(比重0.5.平均粒径50μm)と
を所定の割合で配合、硬化処理したものが用いられる。
す説明図であり、圧電セラミックからなる超音波出射面
1の超音波出射面に密着して設けられた音響整合層20
は、樹脂組成物としてのエポキシ樹脂組成物12中に、
塩化ビニリデシ共重合体からなるプラスチックバルーン
材13(比llO,05、平均粒径40μm)と、シリ
カバルーン材14(比重0.5.平均粒径50μm)と
を所定の割合で配合、硬化処理したものが用いられる。
整合層20は、混合された液状の素材を金型に注入し、
室温で硬化させた後機械加工を行い、厚みtが超音波の
1/4波長と等しくなるよう加工された整合層を形成し
、整合層に用いたエポキシ樹脂組成物を接着剤として振
動子1の表面に窒隙を残さないよう密着固定する。
室温で硬化させた後機械加工を行い、厚みtが超音波の
1/4波長と等しくなるよう加工された整合層を形成し
、整合層に用いたエポキシ樹脂組成物を接着剤として振
動子1の表面に窒隙を残さないよう密着固定する。
第2図はシリカバルーン材の作用を説明するための特性
線図であり、エポキシ樹脂組成物12中にシリカバルー
ン材14のみを配合硬化した材料の音速C1密度ρ、お
よび音響インピーダンスZを示している。図において、
ρおよびZはシリカバルーン材14の体積分率が増加す
るとともに低下する傾向を示すが、音速Cは逆に増加す
る傾向を示す。
線図であり、エポキシ樹脂組成物12中にシリカバルー
ン材14のみを配合硬化した材料の音速C1密度ρ、お
よび音響インピーダンスZを示している。図において、
ρおよびZはシリカバルーン材14の体積分率が増加す
るとともに低下する傾向を示すが、音速Cは逆に増加す
る傾向を示す。
第3図は、弾性率特性線図であシ、上記シリカバルーン
材14のみを配合した材料の弾性率Eと、混合バルーン
材としてシリカバルーン材を体積分率で約30%一定(
横軸の60%以下の範囲)とし、これに添加するプラス
チックバルーン材13の体積分率を0から60%の範囲
で変えて形成した整合層200弾性率E(横軸の体積分
率30%以上の範囲)を併せて示した。シリカバルーン
材14を体積分率で30%配合したことによシ、混合バ
ルーン材を配合した整合層の弾性率Eは従来の整合層の
弾性率(第7図参照)に比べて全体的に上昇し、例えば
シリカバルーン材30%、グラスチックバルーン材50
%、混合バルーン材全体としての体積分率が80%にお
ける弾性率は137却/−となり、プラスチックバルー
ン材のみを約33%添加した従来の整合層の弾性率に匹
敵する値が得られ、その結果金型成型された素材の精密
機械加工が可能となり、整合層の厚みを1/4波長に精
度よく仕上げることができる。
材14のみを配合した材料の弾性率Eと、混合バルーン
材としてシリカバルーン材を体積分率で約30%一定(
横軸の60%以下の範囲)とし、これに添加するプラス
チックバルーン材13の体積分率を0から60%の範囲
で変えて形成した整合層200弾性率E(横軸の体積分
率30%以上の範囲)を併せて示した。シリカバルーン
材14を体積分率で30%配合したことによシ、混合バ
ルーン材を配合した整合層の弾性率Eは従来の整合層の
弾性率(第7図参照)に比べて全体的に上昇し、例えば
シリカバルーン材30%、グラスチックバルーン材50
%、混合バルーン材全体としての体積分率が80%にお
ける弾性率は137却/−となり、プラスチックバルー
ン材のみを約33%添加した従来の整合層の弾性率に匹
敵する値が得られ、その結果金型成型された素材の精密
機械加工が可能となり、整合層の厚みを1/4波長に精
度よく仕上げることができる。
第4図は実施例整合層の音響特性線図であり、シリカバ
ルーン材30%、グラスチックバルーン材50%、混合
バルーン材全体としての体積分率を80%とした場合、
整合層20の音速Cは2000m/S、¥M度ρは50
0Ai’/rfl”、音響インピーダンスZは1×10
の6乗N、S/d、弾性率Eは137#/7となシ、音
響インピーダンスは最適値1.lX10の5乗N、S/
Jに比べてほぼ1けた高いものの、機械加工性が高く寸
法精度の確保が容易化されることにより、共振伝送を有
効に利用して高い超音波送受信性能を発揮しやすい整合
層を得ることができる。
ルーン材30%、グラスチックバルーン材50%、混合
バルーン材全体としての体積分率を80%とした場合、
整合層20の音速Cは2000m/S、¥M度ρは50
0Ai’/rfl”、音響インピーダンスZは1×10
の6乗N、S/d、弾性率Eは137#/7となシ、音
響インピーダンスは最適値1.lX10の5乗N、S/
Jに比べてほぼ1けた高いものの、機械加工性が高く寸
法精度の確保が容易化されることにより、共振伝送を有
効に利用して高い超音波送受信性能を発揮しやすい整合
層を得ることができる。
なお、シリカバルーン材14の体積分率は30%に限定
されるものではなく、混合バルーン材全体の体積分率を
注型加工が答易な80%程度とμシリカバルーン材14
が占める体積分率f:10ないし40%程度の範囲で選
択することによシ、弾性率と音響インピーダンスが異な
る整合層を任意に形成することができる。
されるものではなく、混合バルーン材全体の体積分率を
注型加工が答易な80%程度とμシリカバルーン材14
が占める体積分率f:10ないし40%程度の範囲で選
択することによシ、弾性率と音響インピーダンスが異な
る整合層を任意に形成することができる。
この発明は前述のように1樹脂組成物に配合する微小中
空球として、プラスチックバルーン材とシリカバルーン
材との混合材を用いるよう構成した。その結果、プラス
チックバルーン材のみによって音響インピーダンスを下
げることに付随して整合層の弾性率が大幅に低下し、こ
れが原因で共振伝送に不可欠な整合層の寸法精度の確保
が困難になるという、従来気付かなかった問題点が排除
され、シリカバルーン材の配合によって弾性率の低下が
抑制され、外傷を受は難くなるとともに精密機械加工性
が向上するので、整合層の厚みを超音波の1/4波長に
精密に保持することが容易となり、この波長の超音波を
無損失で透過する共振伝送を有効に利用して超音波送受
信性能の高い空中用超音波トランスジューサを提供する
ことができる。
空球として、プラスチックバルーン材とシリカバルーン
材との混合材を用いるよう構成した。その結果、プラス
チックバルーン材のみによって音響インピーダンスを下
げることに付随して整合層の弾性率が大幅に低下し、こ
れが原因で共振伝送に不可欠な整合層の寸法精度の確保
が困難になるという、従来気付かなかった問題点が排除
され、シリカバルーン材の配合によって弾性率の低下が
抑制され、外傷を受は難くなるとともに精密機械加工性
が向上するので、整合層の厚みを超音波の1/4波長に
精密に保持することが容易となり、この波長の超音波を
無損失で透過する共振伝送を有効に利用して超音波送受
信性能の高い空中用超音波トランスジューサを提供する
ことができる。
第1図はこの発明の実施例装置を示す説明図、第2図は
シリカバルーン材の作用を説明するための特性線図、第
3図は実施例整合層の弾性率特性線図、第4図は実施例
整合層の音響特性を示す特性線図、第5図は従来装置を
示す概略断面図、第6図は従来の整合層の音響特性を示
す特性線図、第7図は従来の整合層の弾性率特性線図、
第8図は整合層の超音波透過率を示す原理的特性線図で
ある。 1・・・超音波摂動子、2,20・・・音響整合層(整
合層)、12・・・樹脂組成物、13・・・グラスチッ
クバルーン材、14・・・シリカバルーン材、t・・・
整合層の厚み(1/4波長)、C・・・音速、ρ・・・
密度、Z・・・音響インピーダンス、E・・・弾性率、
ス・・・波長。 党1図 シリカバ1し−ン糸カロ量 (体積分率〕第2図 萱学←1)ミ と
シリカバルーン材の作用を説明するための特性線図、第
3図は実施例整合層の弾性率特性線図、第4図は実施例
整合層の音響特性を示す特性線図、第5図は従来装置を
示す概略断面図、第6図は従来の整合層の音響特性を示
す特性線図、第7図は従来の整合層の弾性率特性線図、
第8図は整合層の超音波透過率を示す原理的特性線図で
ある。 1・・・超音波摂動子、2,20・・・音響整合層(整
合層)、12・・・樹脂組成物、13・・・グラスチッ
クバルーン材、14・・・シリカバルーン材、t・・・
整合層の厚み(1/4波長)、C・・・音速、ρ・・・
密度、Z・・・音響インピーダンス、E・・・弾性率、
ス・・・波長。 党1図 シリカバ1し−ン糸カロ量 (体積分率〕第2図 萱学←1)ミ と
Claims (1)
- 1)樹脂組成物中に微小中空球を混合してなる音響整合
層を超音波振動子の超音波出射面に密着して形成したも
のにおいて、前記微小中空球がプラスチックバルーン材
とシリカバルーン材の混合材であることを特徴とする超
音波トランスジューサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7496388A JPH01246998A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 超音波トランスジューサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7496388A JPH01246998A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 超音波トランスジューサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01246998A true JPH01246998A (ja) | 1989-10-02 |
Family
ID=13562471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7496388A Pending JPH01246998A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 超音波トランスジューサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01246998A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1988
- 1988-03-29 JP JP7496388A patent/JPH01246998A/ja active Pending
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