JPH0335878B2 - - Google Patents
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- JPH0335878B2 JPH0335878B2 JP60033693A JP3369385A JPH0335878B2 JP H0335878 B2 JPH0335878 B2 JP H0335878B2 JP 60033693 A JP60033693 A JP 60033693A JP 3369385 A JP3369385 A JP 3369385A JP H0335878 B2 JPH0335878 B2 JP H0335878B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/20—Reflecting arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
Ａ 技術分野
本発明は、超音波探触子に係り、特に水中ある
いは生体などを対象として使用するに好適な超音
波探触子に関する。 Ｂ 先行技術とその問題点 超音波探触子の圧電材としては、従来、チタン
酸ジルコン酸鉛や、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛などのセラミツク系圧電材、あるいはポリフツ
化ビニリデンなどの高分子系電材、高分子系とセ
ラミツク系の複合系圧電材が良く知られている。 高分子系圧電材と複合系圧電材はセラミツク系
に比べて、加工性に優れかつ音響インピーダンス
が低いことから、近年、水中あるいは生体を対象
とした超音波探触子に広く用いられるようになつ
てきた。 高分子系圧電材を用いてなる超音波探触子の断
面構造の一例を第２図に示す。同図に示すよう
に、高分子系の平板状圧電材の対向する主面に一
対の電極（図示していない）を設けて、圧電体１
が形成されており、この圧電体１は反射板２を介
して保持体３に固着されている。 このように構成される超音波探触子を、λ1／４
の駆動波形で駆動するいわゆるλ1／４駆動方式の
場合には、圧電体１の厚さをλ1／４にすると感度
が最大になるということが知られている。なお、
λ1は圧電体１の自由共振周波数の1/2の周波数に
おける圧電体１内の音波波長である。 通常、反射板２の厚さは、このλ2／４（λ2は、
反射板内の音波波長）に設定されていたが、その
厚さをλ2／４より薄くして高分子系圧電材が有す
る可撓性を発揮させるとともに、より高効率、広
帯域のものとすることが提案されている（特公昭
59−9000号公報）。 ここで、反射板２の厚さを０〜λ2／３で変化さ
せたときの超音波探触子の感度および応答性につ
いての解析結果を第３図に示す。解析法は、特願
昭59−40485号に記載のように、単パルス電圧を
印加したときに発生する圧力波の振幅を漸化式に
よつて解析する原理に沿つたものである。第３図
の横軸は反射板２の厚さを、縦軸は感度（相対
値）と応答性をそれぞれ表わし、図中線ＳとＲは
それぞれ感度と応答性の解析データを示してお
り、は周波数（ＭHz）である。また、各部の材
料と音響インピーダンスを第１表に示す。第３図
からわかるように、反射板２の厚さがλ2／30〜
11λ2／60の範囲（Ａ−A′）において、感度と応
答性がλ2／４の厚さのものよりも上まわつてお
り、このことは前記特公昭59−9000号公報に示さ
れた内容と一致している。 ところで、高分子系あるいは複合系の圧電材を
用いて超音波探触子を形成する場合、圧電体１の
表面、つまり超音波を送受信する面には、圧電材
および電極を保護するため、第１図に示すように
保護層としての音響整合層４が設けられ、この層
を介して被検体５に接触させて使用されるのが常
である。 しかしながら、上記公報に示された内容は、音
響整合層を有しないものであり、かつ高分子系の
圧電体にかかるものに止まるものであつた。一般
に音響整合層の厚さと音響インピーダンスは、超
音波探触子の諸特性を左右する重要な因子であ
り、従来、その層の厚さはλ3／４（λ3は音響整合
層内の音波波長）が好ましいとして常識化されて
いたが、果してλ3／４が最適か否かということ、
特に反射板の厚さとの関係については何ら究明さ
れていなかつた。 発明の目的 本発明の目的は、上記先行技術の問題点を解決
し、高分子系圧電材あるいは高分子とセラミツク
とを複合した複合系圧電材とからなる圧電体をを
用い、その一方の面に反射板を、他方の面に音響
整合層を有する超音波探触子にて、その可撓性を
損なわずに、かつ感度および応答性を高めてより
広帯域化を図るように反射板の厚さと、音響整合
層の厚さおよび音響インピーダンスとの適正化を
図つた超音波探触子を提供することにある。 本発明は、上記目的を達成するために、圧電体
が、その音響インピーダンスが2.5X106〜5.0X106
Kg／m2・ｓの範囲の高分子系の圧電材からなり、
反射板の厚さが、圧電体の自由共振周波数の1/2
の周波数における当該反射板内の音波波長をλ2と
表わしたとき、3λ2／120〜22λ2／120の範囲の厚
さに形成され、音響整合層が、その音響インピー
ダンスが1.6X106〜2.5X106Kg／m2・ｓの範囲にあ
る材料を含み、その厚さが、圧電体の自由共振周
波数の1/2周波数における当該音響整合層内の波
長をλ2と表わしたとき、26λ3／120〜32λ3／120の
範囲の厚さに形成されたことを特徴とする。 また、圧電体が、その音響インピーダンスが
5.0X106〜15.0X106Kg／m2・ｓの範囲となる高分
子とセラミツクとの複合系の圧電材からなり、反
射板の厚さが、圧電体の自由共振周波数の1/2の
周波数における当該反射板内の音波波長をλ2と表
わしたとき、4λ2／120〜21λ2／120の範囲の厚さ
に形成され、音響整合層が、音響インピーダンス
が1.6X106〜4.0X106Kg／m2・ｓの範囲にある材料
を含み、その厚さが、圧電体の自由共振周波数の
１／２の周波数における当該音響整合層内の波長を
λ3と表わしたとき、22λ3／120〜30λ3／120の範囲
の厚さに形成されたことを特徴とする。 発明の具体的説明 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 本発明にかかる超音波探触子は第１図に示した
断面構造を有するものであり、反射板２の厚さに
対して適な解析結果が得られた実施例の音響整合
層４の厚さを、第４図と第５図にグラフにして示
す。各実施例の各部材料と音響インピーダンス
は、第１表に示すようになつており、特に第４図
と第５図とは第４図の圧電体１が高分子系の
PVF2であるのに対し、第５図のは複合系のもの
であるという点で異なる。なお、高分子系の圧電
体の音響インピーダンスとしては、2.5X106〜
5.0X106Kg／／m2・ｓの圧電材があるが、この実
施例においてはその中から第１表に示すように音
響インピーダンスが4.0X106Kg／m2・ｓのPVF2
（ポリフツ化ビニリデン）を例に挙げている。ま
た、複合系の圧電体は、高分子とセラミツクの配
合比によつてその音響インピーダンスを可変で
き、その値は、上記高分子系の圧電材の音響イン
ピーダンスの範囲を含む2.5X106〜15.0X106Kg／
m2・ｓとなるが、この実施例においては、その中
から第１表に示すように、10.0X106Kg／m2・ｓの
ものを例に挙げて説明する。また、音響整合層４
の材料としては周知のポリエステルあるいはポリ
イミドフイルム等高分子材料又は高分子複合材料
を用いることができる。それら図において、音響
整合層４の厚さは右側の縦軸に示し、最適な音響
整合層４の厚さの解析データは図示線Ｔにて示さ
れている。 まず、第４図に示したものは、第３図のものに
音響整合層４を設けたものであり、圧電体１の音
響インピーダンスと負荷５の音響インピーダンス
によつて音響整合層４の最適な音響インピーダン
スが決定されるのであるが、この場合は第１表に
示すように2.0×106Kg／m2・ｓとなる。その値の
決定法は、本願出願人と同一の出願人による特願
昭59−40485号に記載のように、圧電体１に単パ
ルス電圧を印加したときに発生する圧力波の振幅
を漸化式によつて解析する原理に沿つて得られた
ものである。この解析法によれば、音響インピー
ダンスが2.5X106〜5.0X106Kg／m2・ｓの範囲の高
分子系圧電体１に対しては、音響整合層４の音響
インピーダンスが1.6X106〜2.5X106Kg／m2・ｓの
範囲にて最適値となり、この実施例においては、
4.0X106Kg／m2・ｓの圧電体１に対して上記値が
選択されている。また、負荷５としては水又は生
体を対象としている。第４図の線Ｔは音響整合層
４の厚さが最適な実施例を示している。即ち、感
度Ｓを損うことなく応答性Ｒが改良される音響整
合層４の厚さは反射板２の厚さによつて異なつて
いる。同図から、最適な音響整合層４の厚さの範
囲は、反射板２の厚さが4λ2／120〜22λ2／120の
範囲Ｂ−B′において、26λ3／120〜32λ3／120の
範囲Ｃ−C′となることが判る。 同様に、第５図の線Ｔは、圧電体１に複合系の
電圧材を用いた実施例にかかる音響整合層４の最
適な厚さを与えており、図から適な音響整合層４
の厚さの範囲は、反射板２の厚さが4λ2／120〜
18λ2／120の範囲Ｆ−F′において、22λ3／120〜
28λ3／120の範囲Ｇ−G′となることが判る。な
お、この第５図の場合、その音響整合層４の音響
インピーダンスは、第４図の場合と同様の解析法
により求められており、第１表に示すようにその
値が2.5X106Kg／m2・ｓとなつているが、2.5X106
〜15X106Kg／m2・ｓの範囲の音響インピーダン
スにおける複合系の圧電体１に対しては、その音
響整合層４の音響インピーダンスは、1.6X106〜
4.0X106Kg／m2・ｓの範囲にて最適値となり、そ
の中からこの実施例においては上記値を例に挙げ
ている。 ここで、比較のため、第６図に音響整合層４の
ないもの、第７図に音響整合層４の厚さを一定値
のλ3／４としたもの感度と応答性を示す。即ち、
第６図のものは第２図の断面構造、第７図のもの
は第１図の断面構造のものであり、他の条件は第
１表に示すように、第５図と同一である。 第６図から判るように、反射板２の厚さをλ2／
４よりも薄い8λ2／120〜30λ2／120の範囲Ｄ−
D′にすれば、感度Ｓを損うことなく応答性Ｒを
向上させることができる。 また、第７図か判るように、λ3／４厚さの音響
整合層４を設けることによつて、反射板２の厚さ
が8λ2／120〜30λ2／120の範囲Ｅ−E′において、
応答性Ｒが著るしく向上され、かつ感度も若干向
上されている。 さて、これらと第５図とを比較すると、第７図
に示す従来のλ3／４厚さの音響整合層４を有する
超音波探触子の感度および応答性よりも、第５図
に示すように、音響整合層４の厚みが22λ3／120
〜28λ3／120の範囲Ｇ−G′において、それらの特
性が向上改善されていることが判る。 これらのことから、反射板２が存在することに
よつて音響整合層４の最適な厚さは、λ3／４より
も薄い方へシフトされることが示されたことにな
る。 また、反射板２の厚さを限りなく薄くして、例
えば零にすると、超音波探触子全体は、いわゆる
通常のλ1／２駆動に移行してゆくのであるが、こ
の場合圧電体１をλ／４駆動すると、最適な音響
整合層４の厚さはλ3／４×1/2＝λ3／８となるこ
とは言うまでもない。これは、第５図において、
反射板２の厚さが零に対応する音響整合層４の最
適な厚さをみて明らかである。なお、上記実施例
においては、圧電体１の音響インピーダンスが、
高分子系にて4.0X106（Kg／m2・ｓ）の場合、およ
び複合系にて10.0X106（Kg／m2・ｓ）の場合を例
に挙げて説明したが、上記と同様の実験にて、圧
電体１の音響インピーダンスがそれぞれ2.5X106，
5.0X106，15.0X106（Kg／m2・ｓ）の場合における
音響整合層４の音響インピーダンスおよび厚さと
反射板２の厚さをそれぞれ求めると、第２表のよ
うになつた。すなわち、高分子系の下限値の音響
インピーダンス2.5X106Kg／m2・ｓの圧電体１に
おいては、音響整合層４の音響インピーダンスが
1.7X106（Kg／m2・ｓ）にて最適値となり、そのと
きの反射板２の最適な厚さは、3λ2／120〜22λ2／
120の範囲の厚さとなり、この条件下にて、音響
整合層２の最適な厚さは、29λ3／120〜32λ3／120
の範囲の厚さとなつた。同様に、5.0X106（Kg／
m2・ｓ）の圧電体１の場合には、音響整合層４の
音響インピーダンスは、2.5X106（Kg／m2・ｓ）に
て最適値となり、そのときの反射板２の最適な厚
さは4λ2／120〜21λ2／20の範囲の厚さとなり、そ
の条件下にて、音響整合層４の厚さは26λ3／120
〜30λ3／120の範囲の厚さにて最適値となつた。
さらに、複合系の圧電体１における上限値の音響
インピーダンス15.0X106（Kg／m2・ｓ）において
は、音響整合層４の音響インピーダンスは、
3.0X106（Kg／m2・ｓ）にて最適値となり、反射板
２の厚さは5λ2／120〜15λ2／120にて最適値とな
り、この条件下にて音響整合層４の最適な厚さは
22λ3／120〜27λ3／120となつた。
いは生体などを対象として使用するに好適な超音
波探触子に関する。 Ｂ 先行技術とその問題点 超音波探触子の圧電材としては、従来、チタン
酸ジルコン酸鉛や、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛などのセラミツク系圧電材、あるいはポリフツ
化ビニリデンなどの高分子系電材、高分子系とセ
ラミツク系の複合系圧電材が良く知られている。 高分子系圧電材と複合系圧電材はセラミツク系
に比べて、加工性に優れかつ音響インピーダンス
が低いことから、近年、水中あるいは生体を対象
とした超音波探触子に広く用いられるようになつ
てきた。 高分子系圧電材を用いてなる超音波探触子の断
面構造の一例を第２図に示す。同図に示すよう
に、高分子系の平板状圧電材の対向する主面に一
対の電極（図示していない）を設けて、圧電体１
が形成されており、この圧電体１は反射板２を介
して保持体３に固着されている。 このように構成される超音波探触子を、λ1／４
の駆動波形で駆動するいわゆるλ1／４駆動方式の
場合には、圧電体１の厚さをλ1／４にすると感度
が最大になるということが知られている。なお、
λ1は圧電体１の自由共振周波数の1/2の周波数に
おける圧電体１内の音波波長である。 通常、反射板２の厚さは、このλ2／４（λ2は、
反射板内の音波波長）に設定されていたが、その
厚さをλ2／４より薄くして高分子系圧電材が有す
る可撓性を発揮させるとともに、より高効率、広
帯域のものとすることが提案されている（特公昭
59−9000号公報）。 ここで、反射板２の厚さを０〜λ2／３で変化さ
せたときの超音波探触子の感度および応答性につ
いての解析結果を第３図に示す。解析法は、特願
昭59−40485号に記載のように、単パルス電圧を
印加したときに発生する圧力波の振幅を漸化式に
よつて解析する原理に沿つたものである。第３図
の横軸は反射板２の厚さを、縦軸は感度（相対
値）と応答性をそれぞれ表わし、図中線ＳとＲは
それぞれ感度と応答性の解析データを示してお
り、は周波数（ＭHz）である。また、各部の材
料と音響インピーダンスを第１表に示す。第３図
からわかるように、反射板２の厚さがλ2／30〜
11λ2／60の範囲（Ａ−A′）において、感度と応
答性がλ2／４の厚さのものよりも上まわつてお
り、このことは前記特公昭59−9000号公報に示さ
れた内容と一致している。 ところで、高分子系あるいは複合系の圧電材を
用いて超音波探触子を形成する場合、圧電体１の
表面、つまり超音波を送受信する面には、圧電材
および電極を保護するため、第１図に示すように
保護層としての音響整合層４が設けられ、この層
を介して被検体５に接触させて使用されるのが常
である。 しかしながら、上記公報に示された内容は、音
響整合層を有しないものであり、かつ高分子系の
圧電体にかかるものに止まるものであつた。一般
に音響整合層の厚さと音響インピーダンスは、超
音波探触子の諸特性を左右する重要な因子であ
り、従来、その層の厚さはλ3／４（λ3は音響整合
層内の音波波長）が好ましいとして常識化されて
いたが、果してλ3／４が最適か否かということ、
特に反射板の厚さとの関係については何ら究明さ
れていなかつた。 発明の目的 本発明の目的は、上記先行技術の問題点を解決
し、高分子系圧電材あるいは高分子とセラミツク
とを複合した複合系圧電材とからなる圧電体をを
用い、その一方の面に反射板を、他方の面に音響
整合層を有する超音波探触子にて、その可撓性を
損なわずに、かつ感度および応答性を高めてより
広帯域化を図るように反射板の厚さと、音響整合
層の厚さおよび音響インピーダンスとの適正化を
図つた超音波探触子を提供することにある。 本発明は、上記目的を達成するために、圧電体
が、その音響インピーダンスが2.5X106〜5.0X106
Kg／m2・ｓの範囲の高分子系の圧電材からなり、
反射板の厚さが、圧電体の自由共振周波数の1/2
の周波数における当該反射板内の音波波長をλ2と
表わしたとき、3λ2／120〜22λ2／120の範囲の厚
さに形成され、音響整合層が、その音響インピー
ダンスが1.6X106〜2.5X106Kg／m2・ｓの範囲にあ
る材料を含み、その厚さが、圧電体の自由共振周
波数の1/2周波数における当該音響整合層内の波
長をλ2と表わしたとき、26λ3／120〜32λ3／120の
範囲の厚さに形成されたことを特徴とする。 また、圧電体が、その音響インピーダンスが
5.0X106〜15.0X106Kg／m2・ｓの範囲となる高分
子とセラミツクとの複合系の圧電材からなり、反
射板の厚さが、圧電体の自由共振周波数の1/2の
周波数における当該反射板内の音波波長をλ2と表
わしたとき、4λ2／120〜21λ2／120の範囲の厚さ
に形成され、音響整合層が、音響インピーダンス
が1.6X106〜4.0X106Kg／m2・ｓの範囲にある材料
を含み、その厚さが、圧電体の自由共振周波数の
１／２の周波数における当該音響整合層内の波長を
λ3と表わしたとき、22λ3／120〜30λ3／120の範囲
の厚さに形成されたことを特徴とする。 発明の具体的説明 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 本発明にかかる超音波探触子は第１図に示した
断面構造を有するものであり、反射板２の厚さに
対して適な解析結果が得られた実施例の音響整合
層４の厚さを、第４図と第５図にグラフにして示
す。各実施例の各部材料と音響インピーダンス
は、第１表に示すようになつており、特に第４図
と第５図とは第４図の圧電体１が高分子系の
PVF2であるのに対し、第５図のは複合系のもの
であるという点で異なる。なお、高分子系の圧電
体の音響インピーダンスとしては、2.5X106〜
5.0X106Kg／／m2・ｓの圧電材があるが、この実
施例においてはその中から第１表に示すように音
響インピーダンスが4.0X106Kg／m2・ｓのPVF2
（ポリフツ化ビニリデン）を例に挙げている。ま
た、複合系の圧電体は、高分子とセラミツクの配
合比によつてその音響インピーダンスを可変で
き、その値は、上記高分子系の圧電材の音響イン
ピーダンスの範囲を含む2.5X106〜15.0X106Kg／
m2・ｓとなるが、この実施例においては、その中
から第１表に示すように、10.0X106Kg／m2・ｓの
ものを例に挙げて説明する。また、音響整合層４
の材料としては周知のポリエステルあるいはポリ
イミドフイルム等高分子材料又は高分子複合材料
を用いることができる。それら図において、音響
整合層４の厚さは右側の縦軸に示し、最適な音響
整合層４の厚さの解析データは図示線Ｔにて示さ
れている。 まず、第４図に示したものは、第３図のものに
音響整合層４を設けたものであり、圧電体１の音
響インピーダンスと負荷５の音響インピーダンス
によつて音響整合層４の最適な音響インピーダン
スが決定されるのであるが、この場合は第１表に
示すように2.0×106Kg／m2・ｓとなる。その値の
決定法は、本願出願人と同一の出願人による特願
昭59−40485号に記載のように、圧電体１に単パ
ルス電圧を印加したときに発生する圧力波の振幅
を漸化式によつて解析する原理に沿つて得られた
ものである。この解析法によれば、音響インピー
ダンスが2.5X106〜5.0X106Kg／m2・ｓの範囲の高
分子系圧電体１に対しては、音響整合層４の音響
インピーダンスが1.6X106〜2.5X106Kg／m2・ｓの
範囲にて最適値となり、この実施例においては、
4.0X106Kg／m2・ｓの圧電体１に対して上記値が
選択されている。また、負荷５としては水又は生
体を対象としている。第４図の線Ｔは音響整合層
４の厚さが最適な実施例を示している。即ち、感
度Ｓを損うことなく応答性Ｒが改良される音響整
合層４の厚さは反射板２の厚さによつて異なつて
いる。同図から、最適な音響整合層４の厚さの範
囲は、反射板２の厚さが4λ2／120〜22λ2／120の
範囲Ｂ−B′において、26λ3／120〜32λ3／120の
範囲Ｃ−C′となることが判る。 同様に、第５図の線Ｔは、圧電体１に複合系の
電圧材を用いた実施例にかかる音響整合層４の最
適な厚さを与えており、図から適な音響整合層４
の厚さの範囲は、反射板２の厚さが4λ2／120〜
18λ2／120の範囲Ｆ−F′において、22λ3／120〜
28λ3／120の範囲Ｇ−G′となることが判る。な
お、この第５図の場合、その音響整合層４の音響
インピーダンスは、第４図の場合と同様の解析法
により求められており、第１表に示すようにその
値が2.5X106Kg／m2・ｓとなつているが、2.5X106
〜15X106Kg／m2・ｓの範囲の音響インピーダン
スにおける複合系の圧電体１に対しては、その音
響整合層４の音響インピーダンスは、1.6X106〜
4.0X106Kg／m2・ｓの範囲にて最適値となり、そ
の中からこの実施例においては上記値を例に挙げ
ている。 ここで、比較のため、第６図に音響整合層４の
ないもの、第７図に音響整合層４の厚さを一定値
のλ3／４としたもの感度と応答性を示す。即ち、
第６図のものは第２図の断面構造、第７図のもの
は第１図の断面構造のものであり、他の条件は第
１表に示すように、第５図と同一である。 第６図から判るように、反射板２の厚さをλ2／
４よりも薄い8λ2／120〜30λ2／120の範囲Ｄ−
D′にすれば、感度Ｓを損うことなく応答性Ｒを
向上させることができる。 また、第７図か判るように、λ3／４厚さの音響
整合層４を設けることによつて、反射板２の厚さ
が8λ2／120〜30λ2／120の範囲Ｅ−E′において、
応答性Ｒが著るしく向上され、かつ感度も若干向
上されている。 さて、これらと第５図とを比較すると、第７図
に示す従来のλ3／４厚さの音響整合層４を有する
超音波探触子の感度および応答性よりも、第５図
に示すように、音響整合層４の厚みが22λ3／120
〜28λ3／120の範囲Ｇ−G′において、それらの特
性が向上改善されていることが判る。 これらのことから、反射板２が存在することに
よつて音響整合層４の最適な厚さは、λ3／４より
も薄い方へシフトされることが示されたことにな
る。 また、反射板２の厚さを限りなく薄くして、例
えば零にすると、超音波探触子全体は、いわゆる
通常のλ1／２駆動に移行してゆくのであるが、こ
の場合圧電体１をλ／４駆動すると、最適な音響
整合層４の厚さはλ3／４×1/2＝λ3／８となるこ
とは言うまでもない。これは、第５図において、
反射板２の厚さが零に対応する音響整合層４の最
適な厚さをみて明らかである。なお、上記実施例
においては、圧電体１の音響インピーダンスが、
高分子系にて4.0X106（Kg／m2・ｓ）の場合、およ
び複合系にて10.0X106（Kg／m2・ｓ）の場合を例
に挙げて説明したが、上記と同様の実験にて、圧
電体１の音響インピーダンスがそれぞれ2.5X106，
5.0X106，15.0X106（Kg／m2・ｓ）の場合における
音響整合層４の音響インピーダンスおよび厚さと
反射板２の厚さをそれぞれ求めると、第２表のよ
うになつた。すなわち、高分子系の下限値の音響
インピーダンス2.5X106Kg／m2・ｓの圧電体１に
おいては、音響整合層４の音響インピーダンスが
1.7X106（Kg／m2・ｓ）にて最適値となり、そのと
きの反射板２の最適な厚さは、3λ2／120〜22λ2／
120の範囲の厚さとなり、この条件下にて、音響
整合層２の最適な厚さは、29λ3／120〜32λ3／120
の範囲の厚さとなつた。同様に、5.0X106（Kg／
m2・ｓ）の圧電体１の場合には、音響整合層４の
音響インピーダンスは、2.5X106（Kg／m2・ｓ）に
て最適値となり、そのときの反射板２の最適な厚
さは4λ2／120〜21λ2／20の範囲の厚さとなり、そ
の条件下にて、音響整合層４の厚さは26λ3／120
〜30λ3／120の範囲の厚さにて最適値となつた。
さらに、複合系の圧電体１における上限値の音響
インピーダンス15.0X106（Kg／m2・ｓ）において
は、音響整合層４の音響インピーダンスは、
3.0X106（Kg／m2・ｓ）にて最適値となり、反射板
２の厚さは5λ2／120〜15λ2／120にて最適値とな
り、この条件下にて音響整合層４の最適な厚さは
22λ3／120〜27λ3／120となつた。
【表】
しかして、第４図および第２表より、圧電体１
の音響インピーダンスが2.5X106〜5.0X106Kg／
m2・ｓの範囲の高分子系の圧電材の場合、反射板
２の厚さは3λ2／120〜22λ2／120の範囲にて適切
な値となり、この条件下にて、音響整合層４の厚
さは、26λ3／120〜32λ3／120の範囲にて適切な値
となる。同様に、第５図および第２表より、圧電
体１の音響インピーダンスが、5.0X106〜
15.0X106（Kg／m2・ｓ）の範囲の複合系の圧電の
場合、反射板２の厚さは4λ2／120〜21λ2／120の
範囲にて最適値となり、音響整合層４の厚さは、
22λ3／120〜30λ3／120の範囲にて最適値となるこ
とが判かる。 発明の効果 以上説明したように本発明によれば、高分子系
または複合系の圧電体の両面に、音響整合層およ
び反射板を有する超音波探触子において、高分子
系の圧電体の場合には、（３／120〜22／120）Xλ
の厚さの反射板を有し、複合系の場合（４／120
〜21／120）Xλの厚さの反射板を有して、これら
の条件下にて音響整合層の厚さを高分子系の場合
に（26／120〜32／120）Xλの範囲にて選定し、
複合系の場合に（22／120〜30／120）Xλに選定
していることから、感度を損なうことなく応答性
を向上させることができる。したがつて、応答性
の向上により、さらに高周波数のパルスにても適
用することができ、従来よりもさらに広帯域化を
図ることができる。この場合、反射板および音響
整合層の厚さがλ／４以下となるので、高分子系
および複合系の圧電体の可撓性を損なうことなく
薄い超音波探触子を構成することができ、加工性
および被測定物への装着性を容易としてさらに性
能を向上させることができる。
の音響インピーダンスが2.5X106〜5.0X106Kg／
m2・ｓの範囲の高分子系の圧電材の場合、反射板
２の厚さは3λ2／120〜22λ2／120の範囲にて適切
な値となり、この条件下にて、音響整合層４の厚
さは、26λ3／120〜32λ3／120の範囲にて適切な値
となる。同様に、第５図および第２表より、圧電
体１の音響インピーダンスが、5.0X106〜
15.0X106（Kg／m2・ｓ）の範囲の複合系の圧電の
場合、反射板２の厚さは4λ2／120〜21λ2／120の
範囲にて最適値となり、音響整合層４の厚さは、
22λ3／120〜30λ3／120の範囲にて最適値となるこ
とが判かる。 発明の効果 以上説明したように本発明によれば、高分子系
または複合系の圧電体の両面に、音響整合層およ
び反射板を有する超音波探触子において、高分子
系の圧電体の場合には、（３／120〜22／120）Xλ
の厚さの反射板を有し、複合系の場合（４／120
〜21／120）Xλの厚さの反射板を有して、これら
の条件下にて音響整合層の厚さを高分子系の場合
に（26／120〜32／120）Xλの範囲にて選定し、
複合系の場合に（22／120〜30／120）Xλに選定
していることから、感度を損なうことなく応答性
を向上させることができる。したがつて、応答性
の向上により、さらに高周波数のパルスにても適
用することができ、従来よりもさらに広帯域化を
図ることができる。この場合、反射板および音響
整合層の厚さがλ／４以下となるので、高分子系
および複合系の圧電体の可撓性を損なうことなく
薄い超音波探触子を構成することができ、加工性
および被測定物への装着性を容易としてさらに性
能を向上させることができる。
第１図は本発明にかかる音響整合層を有する超
音波探触子の断面構成図、第２図は音響整合層が
無い超音波探触子の断面構成図、第３図は第２図
図示超音波探触子の反射板の厚さと感度および応
答性の関係を示す線図、第４図は本発明の実施例
にかかり、高分子系圧電材を用いてなる第１図の
超音波探触子にあつて、感度を損うことなく応答
性が向上される反射板の厚さに対する音響整合層
の最適な厚さを示す線図、第５図は本発明の他の
実施例にかかり、複合系圧電材を用いてなる第１
図の超音波探触子にあつて、感度を損うことなく
応答性が向上される反射板の厚さに対する音響整
合層の最適な厚さを示す線図、第６図と第７図は
第５図との比較のための反射板の厚さと感度およ
び応答性の関係を示す線図である。 主要部分の符号の説明、１…圧電体、２…反射
板、４…音響整合層。
音波探触子の断面構成図、第２図は音響整合層が
無い超音波探触子の断面構成図、第３図は第２図
図示超音波探触子の反射板の厚さと感度および応
答性の関係を示す線図、第４図は本発明の実施例
にかかり、高分子系圧電材を用いてなる第１図の
超音波探触子にあつて、感度を損うことなく応答
性が向上される反射板の厚さに対する音響整合層
の最適な厚さを示す線図、第５図は本発明の他の
実施例にかかり、複合系圧電材を用いてなる第１
図の超音波探触子にあつて、感度を損うことなく
応答性が向上される反射板の厚さに対する音響整
合層の最適な厚さを示す線図、第６図と第７図は
第５図との比較のための反射板の厚さと感度およ
び応答性の関係を示す線図である。 主要部分の符号の説明、１…圧電体、２…反射
板、４…音響整合層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電体の一方の面に反射板が、他方の面に音
響整合層が積層されてなる超音波探触子におい
て、 前記圧電体は、音響インピーダンスが2.5X106
〜5.0X106Kg／m2・ｓの範囲の高分子系の圧電材
からなり、 前記反射板の厚さは、前記圧電体の自由共振周
波数の1/2の周波数における当該反射板内の音波
波長をλ2と表わしたとき、3λ2／120〜22λ2／120
の範囲の厚さに形成され、 前記音響整合層は、音響インピーダンスが
1.6X106〜2.5X106Kg／m2・ｓの範囲にある材料を
含み、その厚さは、前記圧電体の自由共振周波数
の1/2周波数における当該音響整合層内の波長を
λ3と表わしたとき、26λ3／120〜32λ3／120の範囲
の厚さに形成されたことを特徴とする超音波探触
子。 ２ 圧電体の一方の面に反射板が、他方の面に音
響整合層が積層されてなる超音波探触子におい
て、 前記圧電体は、音響インピーダンスが5.0X106
〜15.0X106Kg／m2・ｓの範囲における高分子とセ
ラミツクとの複合系の圧電材からなり、 前記反射板の厚さは、前記圧電体の自由共振周
波数の1/2の周波数における当該反射板内の音波
波長をλ2と表わしたとき、4λ2／120〜21λ2／120
の範囲の厚さに形成され、 前記音響整合層は、音響インピーダンスが
1.6X106〜4.0X106Kg／m2・ｓの範囲にある材料を
含み、その厚さは、前記圧電体の自由共振周波数
の1/2周波数における当該音響整合層内の波長を
λ3と表わしたとき、22λ3／120〜30λ3／120の範囲
の厚さに形成されたことを特徴とする超音波探触
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60033693A JPS61194999A (ja) | 1985-02-23 | 1985-02-23 | 超音波探触子 |
| EP86101894A EP0193048B2 (en) | 1985-02-23 | 1986-02-14 | Ultrasonic transducer |
| DE8686101894T DE3671800D1 (de) | 1985-02-23 | 1986-02-14 | Ultraschallwandler. |
| US07/203,591 US4795935A (en) | 1985-02-23 | 1988-06-02 | Ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60033693A JPS61194999A (ja) | 1985-02-23 | 1985-02-23 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61194999A JPS61194999A (ja) | 1986-08-29 |
| JPH0335878B2 true JPH0335878B2 (ja) | 1991-05-29 |
Family
ID=12393495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60033693A Granted JPS61194999A (ja) | 1985-02-23 | 1985-02-23 | 超音波探触子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4795935A (ja) |
| EP (1) | EP0193048B2 (ja) |
| JP (1) | JPS61194999A (ja) |
| DE (1) | DE3671800D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5212671A (en) * | 1989-06-22 | 1993-05-18 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ultrasonic probe having backing material layer of uneven thickness |
| US5608692A (en) * | 1994-02-08 | 1997-03-04 | The Whitaker Corporation | Multi-layer polymer electroacoustic transducer assembly |
| FR2720590B1 (fr) * | 1994-05-31 | 1996-06-28 | Thomson Csf | Antenne acoustique passive absorbante. |
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| GB9820119D0 (en) * | 1998-09-15 | 1998-11-11 | Univ Cranfield | Ultrasound couplant |
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- 1985-02-23 JP JP60033693A patent/JPS61194999A/ja active Granted
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- 1986-02-14 DE DE8686101894T patent/DE3671800D1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1988-06-02 US US07/203,591 patent/US4795935A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4795935A (en) | 1989-01-03 |
| JPS61194999A (ja) | 1986-08-29 |
| EP0193048A3 (en) | 1987-02-04 |
| EP0193048B2 (en) | 1993-11-24 |
| EP0193048B1 (en) | 1990-06-06 |
| DE3671800D1 (de) | 1990-07-12 |
| EP0193048A2 (en) | 1986-09-03 |
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