JPH0453117Y2 - - Google Patents
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- JPH0453117Y2 JPH0453117Y2 JP1984034047U JP3404784U JPH0453117Y2 JP H0453117 Y2 JPH0453117 Y2 JP H0453117Y2 JP 1984034047 U JP1984034047 U JP 1984034047U JP 3404784 U JP3404784 U JP 3404784U JP H0453117 Y2 JPH0453117 Y2 JP H0453117Y2
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- ultrasonic transducer
- synthetic resin
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Classifications
-
- 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
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔考案の属する技術分野〕
この考案は支持体と、比較的高い誘電率の材料
から成る送信層と、送信層側の第一λ／４整合層
と、負荷側の第二λ／４整合層から構成される超
音波変換器に関するものである。
から成る送信層と、送信層側の第一λ／４整合層
と、負荷側の第二λ／４整合層から構成される超
音波変換器に関するものである。
超音波診断と非破壊材料検査では広帯域超音波
変換器が使用されている。特に組織と変換器の間
の結合をできるだけ低損失にしなければならない
医学用の場合には、変換系の電気機械的特性と音
響特性の改善が望まれている。
変換器が使用されている。特に組織と変換器の間
の結合をできるだけ低損失にしなければならない
医学用の場合には、変換系の電気機械的特性と音
響特性の改善が望まれている。
二つのλ／４整合層のよつて負荷媒質としての
組織又は水に整合されたセラミツク変換器を使用
する超音波変換器は公知である。この変換器系は
音響インピーダンス３×106Pa・ｓ／ｍ（パスカ
ル・秒／メートル＝Kgm2ｓ）のエポキシ樹脂の裏
打板と、セラミツク変換素子と、音響インピーダ
ンスが10×106Pa・ｓ／ｍのガラスから成る第一
λ／４整合層と、音響インピーダンスが３×106
Pa・ｓ／ｍのポリアクリル樹脂又はエポシキ樹
脂から成る第二λ／４整合層を含んでいる。セラ
ミツク変換素子は裏打板上に設けられ、第一整合
層としてのガラス板には極めて粘度の低い接着剤
が使用され、接着剤層の厚さは2μｍ程度である。
第二整合層としてのエポキシ樹脂は直接第一整合
層の上に注がれる（Biomedizini−sche
Technik，Band27，Heft7〜８，1982，S.182〜
185）。この二重のλ／４整合によりセラミツク送
信層の感度と帯域幅がある程度改善される。この
超音波変換器の帯域幅は中心周波数の約60乃至70
％である。
組織又は水に整合されたセラミツク変換器を使用
する超音波変換器は公知である。この変換器系は
音響インピーダンス３×106Pa・ｓ／ｍ（パスカ
ル・秒／メートル＝Kgm2ｓ）のエポキシ樹脂の裏
打板と、セラミツク変換素子と、音響インピーダ
ンスが10×106Pa・ｓ／ｍのガラスから成る第一
λ／４整合層と、音響インピーダンスが３×106
Pa・ｓ／ｍのポリアクリル樹脂又はエポシキ樹
脂から成る第二λ／４整合層を含んでいる。セラ
ミツク変換素子は裏打板上に設けられ、第一整合
層としてのガラス板には極めて粘度の低い接着剤
が使用され、接着剤層の厚さは2μｍ程度である。
第二整合層としてのエポキシ樹脂は直接第一整合
層の上に注がれる（Biomedizini−sche
Technik，Band27，Heft7〜８，1982，S.182〜
185）。この二重のλ／４整合によりセラミツク送
信層の感度と帯域幅がある程度改善される。この
超音波変換器の帯域幅は中心周波数の約60乃至70
％である。
送信層が比較的高い誘電率と高い音響インピー
ダンスの材料から成り、受信層が比較的低い誘電
率と低い音響インピーダンスの材料から成り、こ
れらの層がハイブリツド技術によつて重ね合わさ
れて結合されている超音波変換器も公知である。
送信層は例えばジルコン酸・チタン酸鉛PZT又
はメタニオブ酸鉛Pb（NO3）であるのに対して、
受信層は音響インピーダンスが約３×106Pa・
ｓ／ｍの圧電性合成樹脂例えばポリフツ化ビニリ
デンPVDF又はポリ塩化ビニルPVCである。送
信時には受信層が同時に整合層となる（特公昭58
−56320号公報参照）。受信層を人体組織に対する
整合層とする場合単純なλ／４層として構成しな
ければならない。送信時の整合層はこの場合単純
λ／４整合層ではない。単純なλ／４整合の場合
音響インピーダンスが約７×106Pa・ｓ／ｍの整
合層となることは理論的に導かれている。
ダンスの材料から成り、受信層が比較的低い誘電
率と低い音響インピーダンスの材料から成り、こ
れらの層がハイブリツド技術によつて重ね合わさ
れて結合されている超音波変換器も公知である。
送信層は例えばジルコン酸・チタン酸鉛PZT又
はメタニオブ酸鉛Pb（NO3）であるのに対して、
受信層は音響インピーダンスが約３×106Pa・
ｓ／ｍの圧電性合成樹脂例えばポリフツ化ビニリ
デンPVDF又はポリ塩化ビニルPVCである。送
信時には受信層が同時に整合層となる（特公昭58
−56320号公報参照）。受信層を人体組織に対する
整合層とする場合単純なλ／４層として構成しな
ければならない。送信時の整合層はこの場合単純
λ／４整合層ではない。単純なλ／４整合の場合
音響インピーダンスが約７×106Pa・ｓ／ｍの整
合層となることは理論的に導かれている。
この考案の目的は、効果的な広帯域送信部と高
感度の広帯域受信部を備えた超音波変換器を提供
することである。この外にも送信層のセラミツク
振動体が広い周波数に亘つて組織又は水に整合す
るようにすることもこの考案の目的である。
感度の広帯域受信部を備えた超音波変換器を提供
することである。この外にも送信層のセラミツク
振動体が広い周波数に亘つて組織又は水に整合す
るようにすることもこの考案の目的である。
これらの目的は実用新案登録請求の範囲第１項
に特徴として挙げた構造とすることによつて達成
される。即ち第二のλ／４整合層が同時に受信層
となり、第一のλ／４整合層が同時に第一整合層
の裏打層となることにより、送信層が低い反射を
もつて負荷に整合し、受信層は非常に高感度、広
帯域である超音波変換器が得られる。
に特徴として挙げた構造とすることによつて達成
される。即ち第二のλ／４整合層が同時に受信層
となり、第一のλ／４整合層が同時に第一整合層
の裏打層となることにより、送信層が低い反射を
もつて負荷に整合し、受信層は非常に高感度、広
帯域である超音波変換器が得られる。
この考案の特に有利な実施態様では、受信層が
直列に接続された薄い圧電性合成樹脂箔の堆積と
なつている。受信層をこのように構成すると各圧
電性合成樹脂箔が薄い厚さのため簡単に偏極す
る。
直列に接続された薄い圧電性合成樹脂箔の堆積と
なつている。受信層をこのように構成すると各圧
電性合成樹脂箔が薄い厚さのため簡単に偏極す
る。
別の有利な実施態様では、受信層がエネルギー
を与える能動圧電性合成樹脂箔とエネルギーを与
えない受動圧電性合成樹脂箔から構成され、能動
圧電性合成樹脂箔は第一整合層の上に設けられ、
受動圧電性合成樹脂箔は負荷に面して置かれる。
受動圧電性合成樹脂箔の厚さは能動圧電性合成樹
脂箔の厚さの数倍とする。
を与える能動圧電性合成樹脂箔とエネルギーを与
えない受動圧電性合成樹脂箔から構成され、能動
圧電性合成樹脂箔は第一整合層の上に設けられ、
受動圧電性合成樹脂箔は負荷に面して置かれる。
受動圧電性合成樹脂箔の厚さは能動圧電性合成樹
脂箔の厚さの数倍とする。
受信層のこのような構成により、比較的容量が
大きく従つて内部インピーダンスが低い広帯域・
高感度超音波変換器とすることができる。
大きく従つて内部インピーダンスが低い広帯域・
高感度超音波変換器とすることができる。
この考案の実施例を示した図面についてこの考
案を更に詳細に説明する。
案を更に詳細に説明する。
第１図の実施例では超音波変換器が支持体２、
送信層４および二つのλ／４整合層によつて構成
され、第二のλ／４整合層は同時に受信層６とな
つている。第一整合層８は送信層４に向い合い、
同時に受信層６の裏打板となつている。総ての層
はハイブリツト技術により大きな面積をもつて互
いに結合するのが有利である。両整合層の厚さは
それぞれ定められた共振周波数に対して、1/4波
長とする。共振周波数が約10MHzのとき整合層の
厚さは例えば55μｍであり、共振周波数が約2M
Hzであると例えば275μｍとなる。送信層４には
比較的高い誘電率と高い音響インピーダンスの材
料例えば圧電性セラミツクスが使用される。ジル
コン酸・チタン酸鉛PZT又はメタニオブ酸鉛Pb
（NO3）の送信層は特に有利である。
送信層４および二つのλ／４整合層によつて構成
され、第二のλ／４整合層は同時に受信層６とな
つている。第一整合層８は送信層４に向い合い、
同時に受信層６の裏打板となつている。総ての層
はハイブリツト技術により大きな面積をもつて互
いに結合するのが有利である。両整合層の厚さは
それぞれ定められた共振周波数に対して、1/4波
長とする。共振周波数が約10MHzのとき整合層の
厚さは例えば55μｍであり、共振周波数が約2M
Hzであると例えば275μｍとなる。送信層４には
比較的高い誘電率と高い音響インピーダンスの材
料例えば圧電性セラミツクスが使用される。ジル
コン酸・チタン酸鉛PZT又はメタニオブ酸鉛Pb
（NO3）の送信層は特に有利である。
両方の整合層は互に異る音響インピーダンスを
整合させて低反射性とするためのものである。こ
の実施例の場合、ジルコン酸・チタン酸鉛PZT
から成り音響インピーダンスが約30×106Pa・
ｓ／ｍの送信層を負荷例えば音響インピーダンス
が1.5×106Pa・ｓ／ｍの組織又は水に整合させな
ければならない。最適の低反射結合を達成するた
めには二つのλ／４整合層を使用して多段変換を
行なうことが理論的に導かれている。この場合許
される入力側反射係数はチエブイシエフ曲線で近
似されている。これから第一λ／４整合層８に対
しては音響インピーダンスが約４×106Pa・ｓ／
ｍとして、第二λ／４整合層に対しては約４×
106Pa・ｓ／ｍとして求められる。第一整合層８
の材料としては例えば磁器、石英ガラス、ガラス
状物質（マコール）が使用され、第二整合層には
例えばポリ塩化ビニルPVC、ポリフツ化ビニリ
デンPVDFが使用される。
整合させて低反射性とするためのものである。こ
の実施例の場合、ジルコン酸・チタン酸鉛PZT
から成り音響インピーダンスが約30×106Pa・
ｓ／ｍの送信層を負荷例えば音響インピーダンス
が1.5×106Pa・ｓ／ｍの組織又は水に整合させな
ければならない。最適の低反射結合を達成するた
めには二つのλ／４整合層を使用して多段変換を
行なうことが理論的に導かれている。この場合許
される入力側反射係数はチエブイシエフ曲線で近
似されている。これから第一λ／４整合層８に対
しては音響インピーダンスが約４×106Pa・ｓ／
ｍとして、第二λ／４整合層に対しては約４×
106Pa・ｓ／ｍとして求められる。第一整合層８
の材料としては例えば磁器、石英ガラス、ガラス
状物質（マコール）が使用され、第二整合層には
例えばポリ塩化ビニルPVC、ポリフツ化ビニリ
デンPVDFが使用される。
第二整合層が同時に受信層６として使用される
ためには、ポリフツ化ビニリデンPVDFの層を偏
極させこれに電気接続端を設けなければならな
い。この接続端は送信層の接続端と同様に第１図
に示されていない。
ためには、ポリフツ化ビニリデンPVDFの層を偏
極させこれに電気接続端を設けなければならな
い。この接続端は送信層の接続端と同様に第１図
に示されていない。
この構成により高感度・広帯域の超音波変換器
が得られ、組織との結合部の低反射性に基き医学
上の用途に適したものとなる。
が得られ、組織との結合部の低反射性に基き医学
上の用途に適したものとなる。
第２図に示した別の有利な実施例では、受信層
６が直列に接続された薄い圧電性合成樹脂箔１０
を積み重ねたものとなつている。この圧電性合成
樹脂箔１０はいずれも同じ方向に偏極し、堆積の
厚さは特定の共振周波数に対する波長の1/4にな
つている。例えば4MHzの共振周波数の場合、堆
積は例えば厚さ25μｍの合成樹脂箔１０で構成す
る。周波数が更に高くなると例えば厚さ9μｍの
合成樹脂箔を積み重ねる。受信層６の圧電性合成
樹脂箔材料としては、例えばポリ塩化ビニル
PVCの外に特にポリフツ化ビニリデンPVDFが
使用される。
６が直列に接続された薄い圧電性合成樹脂箔１０
を積み重ねたものとなつている。この圧電性合成
樹脂箔１０はいずれも同じ方向に偏極し、堆積の
厚さは特定の共振周波数に対する波長の1/4にな
つている。例えば4MHzの共振周波数の場合、堆
積は例えば厚さ25μｍの合成樹脂箔１０で構成す
る。周波数が更に高くなると例えば厚さ9μｍの
合成樹脂箔を積み重ねる。受信層６の圧電性合成
樹脂箔材料としては、例えばポリ塩化ビニル
PVCの外に特にポリフツ化ビニリデンPVDFが
使用される。
受信層６をこのような構造とすると、そこに使
用されている例えば9μｍから25μｍまでの厚さの
圧電性合成樹脂箔は充分良好な偏極を受ける。
用されている例えば9μｍから25μｍまでの厚さの
圧電性合成樹脂箔は充分良好な偏極を受ける。
第３図に示した実施例では、受信層６が能動圧
電性合成樹脂箔１２と厚い受動圧電性合成樹脂箔
１４から成る。受動圧電性合成樹脂箔１４の厚さ
は能動圧電性合成樹脂箔１２の厚さの数倍、例え
ば２倍乃至15倍である。例えば厚さ25μｍの能動
圧電性合成樹脂箔１２はλ／４整合層８の上に設
けられ、受動圧電性合成樹脂箔１４は負荷に面し
ているこの実施例においても、受信層６の圧電性
合成樹脂箔の材料として例えばポリ塩化ビニル
PVC、ポリフツ化ビニリデンPVDFが使用され
る。能動圧電性合成樹脂箔１２と受動圧電性合成
樹脂箔１４は同じ材料から成り、能動圧電性合成
樹脂箔１２の方は偏極している。
電性合成樹脂箔１２と厚い受動圧電性合成樹脂箔
１４から成る。受動圧電性合成樹脂箔１４の厚さ
は能動圧電性合成樹脂箔１２の厚さの数倍、例え
ば２倍乃至15倍である。例えば厚さ25μｍの能動
圧電性合成樹脂箔１２はλ／４整合層８の上に設
けられ、受動圧電性合成樹脂箔１４は負荷に面し
ているこの実施例においても、受信層６の圧電性
合成樹脂箔の材料として例えばポリ塩化ビニル
PVC、ポリフツ化ビニリデンPVDFが使用され
る。能動圧電性合成樹脂箔１２と受動圧電性合成
樹脂箔１４は同じ材料から成り、能動圧電性合成
樹脂箔１２の方は偏極している。
受信層６の上記の構成によつて、比較的寸法が
小さいにも拘らず比較的大きな容量とそれに対応
して低い内部インピーダンスを持つ高感度・広帯
域超音波変換器が得られる。
小さいにも拘らず比較的大きな容量とそれに対応
して低い内部インピーダンスを持つ高感度・広帯
域超音波変換器が得られる。
第１図、第２図および第３図はそれぞれこの考
案の異る実施例を示すもので、２は支持体、４は
送信層、８は第一整合層、６は受信層としての第
二整合層である。
案の異る実施例を示すもので、２は支持体、４は
送信層、８は第一整合層、６は受信層としての第
二整合層である。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 １） 支持体２と、圧電性セラミツクスから成る
送信層４と、送信層側に設けられた第１のλ／
４整合層８と負荷側に設けられた第二のλ／４
整合層を備える超音波変換器において、第二の
λ／４整合層が同時に受信層６として使用され
ること、第一のλ／４整合層８が同時に受信層
の裏打層となつていることを特徴とする超音波
変換器。 ２） 受信層６が電気的に直列接続された薄い圧
電性合成樹脂箔１０の堆積であることを特徴と
する実用新案登録請求の範囲第１項記載の超音
波変換器。 ３） 受信層６が能動圧電性合成樹脂箔１２と受
動圧電性合成樹脂箔１４から成ることを特徴と
する実用新案登録請求の範囲第１項記載の超音
波変換器。 ４） 受信層６の能動圧電性合成樹脂箔１２が硬
い裏打板上に設けられ、受動圧電性合成樹脂箔
１４が負荷側に設けられていることを特徴とす
る実用新案登録請求の範囲第３項記載の超音波
変換器。 ５） 受信層６の受動圧電性樹脂箔１４の厚さが
能動圧電性合成樹脂箔１２の厚さの数倍である
ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第３
項記載の超音波変換器。 ６） 送信層４がジルコン酸・チタン酸鉛PZT
又はメタニオブ酸鉛Pb（NO3）から成ることを
特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
の超音波変換器。 ７） 第二λ／４整合層の音響インピーダンスが
約４×106 Pa・ｓ／ｍであり、第一λ／４整合
層の音響インピーダンスが約14×106 Pa・ｓ／
ｍであることを特徴とする実用新案登録請求の
範囲第１項又は第６項記載の超音波変換器。 ８） 受信層６が圧電性合成樹脂箔１０，１２，
１４から成ることを特徴とする実用新案登録請
求の範囲第１項乃至第３項の一つに記載の超音
波変換器。 ９） 受信層６の圧電性合成樹脂箔１０，１２，
１４がポリフツ化ビニリデンPVDF又は塩化ビ
ニルPVCから成ることを特徴とする実用新案
登録請求の範囲第８項記載の超音波変換器。 10） 第一λ／４整合層が石英ガラス又はガラス
状物質又は磁器から成ることを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項記載の超音波変換
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3309236.2 | 1983-03-15 | ||
| DE19833309236 DE3309236A1 (de) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | Ultraschallwandler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59161800U JPS59161800U (ja) | 1984-10-30 |
| JPH0453117Y2 true JPH0453117Y2 (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=6193523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1984034047U Granted JPS59161800U (ja) | 1983-03-15 | 1984-03-09 | 超音波変換器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0118837B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59161800U (ja) |
| AT (1) | ATE35338T1 (ja) |
| CA (1) | CA1252558A (ja) |
| DE (2) | DE3309236A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3422115A1 (de) * | 1984-06-14 | 1985-12-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschallwandlersystem |
| DE3430186A1 (de) * | 1984-08-16 | 1986-02-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur herstellung eines poroesen piezoelektrischen materials und nach diesem verfahren hergestelltes material |
| DE3501808A1 (de) * | 1985-01-21 | 1986-07-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschallwandler |
| EP0212352B1 (de) * | 1985-08-09 | 1989-09-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschallgenerator |
| DE3839057A1 (de) * | 1988-11-18 | 1990-05-23 | Fraunhofer Ges Forschung | Gruppenstrahler |
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