JPH0511042A - Ultrasonic-wave probe - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、パルス状の超音波を被
検体に送波し、被検体からの反射波を受波する超音波探
触子に関し、特に、高温環境下での使用に好適な超音波
探触子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe which transmits pulsed ultrasonic waves to a subject and receives reflected waves from the subject, and is particularly suitable for use in a high temperature environment. The present invention relates to a suitable ultrasonic probe.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来からよく知られているように、超音
波を送波・受波する超音波探触子は、電気・音響変換を
行うＰＺＴ等からなる圧電振動子と、この圧電振動子の
一方の側に配置される、エポキシ樹脂とタングステンと
を主成分とする背板と、上記圧電振動子に対して、この
背板と反対側に配置されるアルミナ等からなる前面板と
を備えて構成されている。2. Description of the Related Art As is well known in the art, an ultrasonic probe for transmitting and receiving ultrasonic waves is a piezoelectric vibrator made of PZT or the like for performing electric / acoustic conversion, and this piezoelectric vibrator. A back plate mainly composed of epoxy resin and tungsten, and a front plate made of alumina or the like, which is arranged on the opposite side of the back plate with respect to the piezoelectric vibrator. Is configured.
【０００３】上記超音波探触子においては、圧電振動子
と背板との接合、および、圧電振動子と前面板との接合
はエポキシ系樹脂によって行なわれている。ところが、
このエポキシ系樹脂は１００℃以上では劣化するので、
この超音波探触子を１００℃以上の高温で使用した場合
は、圧電振動子と、背板および前面板とは、剥離等を生
じるおそれがあるという問題がある。この結果、常温で
しかこの超音波探触子を使用できず、高温でこの超音波
探触子を使用した場合は、圧電振動子と背板等との音響
結合が変動し、超音波探触子としての機能が劣化し、信
頼性に欠ける。In the above ultrasonic probe, the bonding between the piezoelectric vibrator and the back plate and the bonding between the piezoelectric vibrator and the front plate are performed by epoxy resin. However,
Since this epoxy resin deteriorates above 100 ° C,
When this ultrasonic probe is used at a high temperature of 100 ° C. or higher, there is a problem that the piezoelectric vibrator and the back plate and front plate may be separated from each other. As a result, this ultrasonic probe can be used only at room temperature, and when this ultrasonic probe is used at high temperature, the acoustic coupling between the piezoelectric vibrator and the back plate fluctuates, and the ultrasonic probe The child's function deteriorates and it lacks reliability.
【０００４】この問題を解決するために、図５に示すよ
うな超音波探触子が開発された。図５は、この超音波探
触子を示す断面図である。この超音波探触子５００の構
造を説明する。超音波探触子５００は、外匡器６、カバ
ー７、ステンレス製の前面板４とコネクタ８とを備えて
構成される全閉構造であり、この内部には、音響結合材
としてシリコンオイル１５が使用されている。そして、
このシリコンオイル１５を介して、電気・音響変換を行
う圧電振動子５２、背板５３および前面板４が接続され
ている。In order to solve this problem, an ultrasonic probe as shown in FIG. 5 has been developed. FIG. 5 is a sectional view showing this ultrasonic probe. The structure of the ultrasonic probe 500 will be described. The ultrasonic probe 500 has a fully closed structure including an outer casing 6, a cover 7, a front plate 4 made of stainless steel, and a connector 8. Inside the ultrasonic probe 500, a silicone oil 15 is used as an acoustic coupling material. Is used. And
Through the silicone oil 15, the piezoelectric vibrator 52 that performs electric / acoustic conversion, the back plate 53, and the front plate 4 are connected.
【０００５】この超音波探触子５００の作用について説
明する。図示していないパルス送信器からの電気信号
を、コネクタ８を介して、圧電振動子５２に加えて、こ
の圧電振動子５２を付勢し、超音波を放射する。圧電振
動子５２からの超音波は、シリコンオイル１５およびス
テンレス製の前面板４を介して、被検材１１に送波され
る。一方、被検材からの反射波は、シリコンオイル１５
およびステンレス製の前面板４を介して、圧電振動子５
２に受波される。The operation of the ultrasonic probe 500 will be described. An electric signal from a pulse transmitter (not shown) is applied to the piezoelectric vibrator 52 via the connector 8 to energize the piezoelectric vibrator 52 to emit ultrasonic waves. The ultrasonic waves from the piezoelectric vibrator 52 are transmitted to the test material 11 via the silicon oil 15 and the front plate 4 made of stainless steel. On the other hand, the reflected wave from the test material is the silicon oil 15
And the piezoelectric vibrator 5 via the front plate 4 made of stainless steel.
Received by 2.
【０００６】この超音波探触子５００を超音波探傷装置
に用いる場合は、さらに、次のようになる。被検材１１
内に欠陥等が存在していると、その欠陥等からの反射波
を圧電振動子５２が受波する。そして、反射してくる時
間と反射波の強度とを、図示していない外部機器を用い
て分析することによって、図示していないＣＲＴ等のデ
ィスプレー上で欠陥等の観察ができる。When this ultrasonic probe 500 is used in an ultrasonic flaw detector, it is further as follows. Test material 11
When a defect or the like exists inside, the piezoelectric vibrator 52 receives the reflected wave from the defect or the like. Then, by analyzing the reflected time and the intensity of the reflected wave using an external device (not shown), defects and the like can be observed on a display such as a CRT (not shown).
【０００７】この圧電振動子と前面板との接合にシリコ
ンオイルを用いた技術は、圧電振動子と前面板との接合
にエポキシ系樹脂を用いる場合のように、高温下におい
て剥離等は生じない。しかし、このシリコンオイルを用
いる技術には、次のような問題点がある。シリコンオイ
ルを用いる超音波探触子は、圧電振動子と前面板との間
に、シリコンオイルを介入させて、音響結合を行う。と
ころが、高温状態においては、シリコンオイルの膜厚や
属性（例えば、常温での音速１０００ｍ／ｓに対し、２
００℃では５００ｍ／ｓである。）が変わり、圧電振動
子と前面板との音響結合が変動するので、超音波探触子
として安定した感度が得られない。The technique using silicon oil for bonding the piezoelectric vibrator and the front plate does not cause peeling or the like at a high temperature as in the case of using epoxy resin for bonding the piezoelectric vibrator and the front plate. . However, the technique using this silicone oil has the following problems. The ultrasonic probe using silicon oil performs acoustic coupling by interposing silicon oil between the piezoelectric vibrator and the front plate. However, in a high temperature state, the film thickness and attributes of the silicone oil (for example, for a sound velocity of 1000 m / s at room temperature, 2
It is 500 m / s at 00 ° C. ) Changes, and acoustic coupling between the piezoelectric vibrator and the front plate fluctuates, so stable sensitivity cannot be obtained as an ultrasonic probe.
【０００８】また、音響インピーダンスの低いシリコン
オイルが、音響インピーダンスの高い圧電振動子と前面
板との間に挿入されているので、前面板の厚さが、超音
波の周波数特性に強く影響をおよぼす。超音波の放射効
率を向上するためには、前面板の厚さは、放射する超音
波の波長の正確に２分の１であることが必要であり、前
面板の厚さの加工に、高い精度が要求される。この前面
板の厚さの加工が正確に波長の２分の１になっていない
と、放射効率が変わり、超音波パルス波形の減衰時間等
が変化して、超音波探触子の感度や減衰特性は不安定と
なる。一方、この前面板の厚みが正確であっても、圧電
振動子の作動周波数にはバラツキがあるので、上記と同
様に、超音波探触子の感度や減衰特性にバラツキが生じ
る。さらに、前面板の共振的な透過を使っているので、
広帯域な周波数特性を得ることができなかった。Since silicon oil having a low acoustic impedance is inserted between the piezoelectric vibrator having a high acoustic impedance and the front plate, the thickness of the front plate has a strong influence on the frequency characteristics of ultrasonic waves. . In order to improve the radiation efficiency of ultrasonic waves, it is necessary that the thickness of the front plate is exactly one half of the wavelength of the emitted ultrasonic waves, which is high in processing the thickness of the front plate. Precision is required. If the thickness of the front plate is not exactly half the wavelength, the radiation efficiency will change, and the decay time of the ultrasonic pulse waveform will change, resulting in ultrasonic probe sensitivity and attenuation. The characteristics become unstable. On the other hand, even if the thickness of the front plate is accurate, the operating frequency of the piezoelectric vibrator varies, and thus the sensitivity and the attenuation characteristic of the ultrasonic probe also vary, as in the above case. Furthermore, since the resonant transmission of the front plate is used,
It was not possible to obtain wideband frequency characteristics.
【０００９】上記シリコンオイルを用いる技術の問題点
を解決するために、ステンレス製の前面板と、圧電振動
子との接続、および、背板と圧電振動子との接続に、上
記シリコンオイルの代わりに、アルミニウムのロウ付け
を用いた技術がある。In order to solve the problems of the technique using the above-mentioned silicone oil, instead of the above-mentioned silicone oil, the front plate made of stainless steel is connected to the piezoelectric vibrator, and the back plate is connected to the piezoelectric vibrator. There is a technique using aluminum brazing.
【００１０】しかし、この技術では、圧電振動子として
用いるセラミックスの熱膨張率と、ステンレス製の前面
板の熱膨張率との差が大きい場合は、この超音波探触子
を高温で使用すると、圧電振動子と前面板との間で剥離
等が生じるという問題がある。この結果、この超音波探
触子の信頼性は失われる。However, in this technique, when the difference between the coefficient of thermal expansion of the ceramics used as the piezoelectric vibrator and the coefficient of thermal expansion of the front plate made of stainless steel is large, when this ultrasonic probe is used at high temperature, There is a problem that peeling occurs between the piezoelectric vibrator and the front plate. As a result, the reliability of this ultrasonic probe is lost.
【００１１】次に、この熱膨張率の差を少なくするため
に、ステンレス製の前面板の熱膨張率（約１６×１０~6
／℃）に近い熱膨張率（約１５×１０~6／℃）を有する
ＬｉＮｂＯ3を圧電振動子として用いる技術がある。こ
の技術では、圧電振動子と前面板との熱膨張率が近いの
で、高温で使用しても、圧電振動子と前面板との間で剥
離等が生じるという問題は解決される。Next, in order to reduce the difference in the coefficient of thermal expansion, the coefficient of thermal expansion of the front plate made of stainless steel (about 16 × 10 6
There is a technique using LiNbO 3 having a coefficient of thermal expansion (about 15 × 10 6 / ° C.) close to / ° C.) as a piezoelectric vibrator. In this technique, since the piezoelectric vibrator and the front plate have similar thermal expansion coefficients, the problem of peeling between the piezoelectric vibrator and the front plate is solved even when used at high temperatures.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＬｉＮｂＯ3
はへき開性が著しいので、前面板との接合の際に割れや
すく、歩留りが低いという問題がある。また、ＬｉＮｂ
Ｏ3の電気機械結合係数（与えられた電気的入力のう
ち、機械的出力に変換する割合を示す量。）は約０．１
７であり、他の圧電性セラミックスの電気機械結合係数
（約０．３以上）に比較し、非常に劣る。その結果、圧
電振動子として、ＬｉＮｂＯ3を用いた超音波探触子
は、他の圧電性セラミックスを用いた超音波探触子に比
べ、前面板との剥離がないという点では優れるが、感度
は悪いという問題がある。However, LiNbO 3
Since the cleaving property is remarkable, there is a problem that it is easily cracked when it is joined to the front plate, and the yield is low. In addition, LiNb
The electromechanical coupling coefficient of O 3 (amount showing the ratio of conversion to mechanical output of given electric input) is about 0.1.
7, which is very inferior to the electromechanical coupling coefficient (about 0.3 or more) of other piezoelectric ceramics. As a result, the ultrasonic probe using LiNbO 3 as the piezoelectric vibrator is superior to the ultrasonic probe using other piezoelectric ceramics in that it does not separate from the front plate, but the sensitivity is high. Has the problem of being bad.
【００１３】本発明の目的は、約２５０℃程度の高温で
使用しても、長寿命であり、かつ、感度のよい超音波探
触子を提供することにある。An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe having a long life and high sensitivity even when used at a high temperature of about 250 ° C.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的は、電気・音響
変換を行う圧電振動子と、この圧電振動子の一方の側に
配置される背板と、上記圧電振動子に対して、この背板
と反対側に配置される前面板とを備えて構成される超音
波探触子において、上記圧電振動子と背板との接合、お
よび、上記圧電振動子と前面板との接合は、ともにハン
ダを介して行われ、上記前面板はセラミックスからなる
超音波探触子によって達成できる。このハンダの厚みは
１００μｍ以下であることが好ましい。The above-mentioned object is to provide a piezoelectric vibrator for performing electric / acoustic conversion, a back plate arranged on one side of the piezoelectric vibrator, and a back plate for the piezoelectric vibrator. In an ultrasonic probe including a plate and a front plate arranged on the opposite side, the piezoelectric vibrator and the back plate are bonded to each other, and the piezoelectric vibrator and the front plate are bonded to each other. The front plate can be achieved by an ultrasonic probe made of ceramics. The thickness of this solder is preferably 100 μm or less.
【００１５】上記圧電振動子は、ＰｂＮｂ2Ｏ6系および
ＰｂＴｉＯ3系のいずれかからなることが好ましい。The piezoelectric vibrator is preferably made of either PbNb 2 O 6 system or PbTiO 3 system.
【００１６】また、上記圧電振動子を、複数、直線上に
等間隔で配列して構成されるようにしてもよい。A plurality of the piezoelectric vibrators may be arranged on a straight line at equal intervals.
【００１７】[0017]
【作用】本発明に係る超音波探触子には、圧電振動子と
して、高いキューリーポイントを持ち、熱膨脹係数の小
さい、例えば、ＰｂＮｂ2Ｏ6系またはＰｂＴｉＯ3系な
どのセラミックスが用いられる。この圧電振動子と前面
板とをハンダを介して接合する。また、前面板と圧電振
動子とは、互いに熱膨脹係数が接近している。また、ハ
ンダの伸びは約３６％であり、軟らかい。このため、２
５０℃程度の高温環境下においても、剥離等の発生がな
い。また、シリコンオイルに比べ、音響インピーダンス
が、圧電振動子や前面板に近い値であるので、両者間の
超音波伝達における音響結合が安定化できる。従って、
本発明に係る超音波探触子は、高温環境下の作動におい
ても、信頼性ならびに性能が安定する。In the ultrasonic probe according to the present invention, as a piezoelectric vibrator, a ceramic having a high Curie point and a small coefficient of thermal expansion, such as PbNb 2 O 6 system or PbTiO 3 system, is used. The piezoelectric vibrator and the front plate are joined via solder. Further, the front plate and the piezoelectric vibrator have thermal expansion coefficients close to each other. The elongation of the solder is about 36%, which is soft. Therefore, 2
No peeling or the like occurs even in a high temperature environment of about 50 ° C. Further, since the acoustic impedance is a value closer to that of the piezoelectric vibrator or the front plate as compared with silicone oil, it is possible to stabilize acoustic coupling in ultrasonic transmission between the two. Therefore,
The ultrasonic probe according to the present invention is stable in reliability and performance even when operated in a high temperature environment.
【００１８】また、このセラミックス製の前面板中にお
ける音速は、ステンレス中の音速（約５９００ｍ／ｓ）
と比べ、約２倍の速さであるので、セラミックス製の前
面板の厚さをステンレス板の厚さと同じ厚さとするな
ら、セラミックス製の前面板中を伝播する超音波の波長
の半分の厚さとなる。また、炭化珪素系や窒化珪素系セ
ラミックス等の抗折強度の大きいセラミックスを用いれ
ば、さらに薄く１０分の１波長程度の厚さとすることも
可能となる。その結果、前面板内部での超音波の多重反
射の影響を無視できるので、広帯域な周波数特性をも
ち、パルス幅の狭い信号の送受波が可能な超音波探触子
を実現できる。The speed of sound in the ceramic front plate is that of stainless steel (about 5900 m / s).
It is about twice as fast as, so if the thickness of the ceramic front plate is the same as the thickness of the stainless steel plate, it is half the wavelength of the ultrasonic wave propagating in the ceramic front plate. It becomes Further, by using a ceramic having a high bending strength such as a silicon carbide-based or silicon nitride-based ceramic, it is possible to make the thickness thinner and about 1/10 wavelength. As a result, the influence of multiple reflection of ultrasonic waves inside the front plate can be ignored, so that it is possible to realize an ultrasonic probe having wide-band frequency characteristics and capable of transmitting and receiving signals with a narrow pulse width.
【００１９】[0019]
【実施例】次に、本発明に係る超音波探触子の第１実施
例について、図１，２および３を用いて説明する。図１
は、本実施例に係る超音波探触子を示す断面図である。
図２は、図１のＡーＡ断面図、図３は、背板３の斜視図
である。EXAMPLE A first example of the ultrasonic probe according to the present invention will be described with reference to FIGS. Figure 1
FIG. 4 is a sectional view showing an ultrasonic probe according to the present embodiment.
2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the back plate 3.
【００２０】この超音波探触子１００の基本構成は、外
匡器６、カバー７、前面板４とコネクタ８とを備えて構
成される全閉構造であり、この内部には、無機材からな
る接着剤が充填されている。また、一直線上にほぼ等間
隔のアレイ状に配列された複数の圧電振動子２（図１で
は、例として、６個の圧電振動子を示す。）は、電極を
兼ねたハンダ５によって、前面板４に接合されている。
また、背板３と圧電振動子２とも、電極を兼ねたハンダ
５によって接合されている。この背板３には、図３に示
すように、信号線取出し用端子１６と、信号側電極１５
とが備えられている。また、図２に示すように、ハンダ
５の一端には、接続端子９が設けられている。The basic structure of the ultrasonic probe 100 is a fully closed structure including an outer casing 6, a cover 7, a front plate 4 and a connector 8, and the inside thereof is made of an inorganic material. Is filled with adhesive. In addition, a plurality of piezoelectric vibrators 2 (six piezoelectric vibrators are shown as an example in FIG. 1) arranged in an array at substantially equal intervals on a straight line by the solder 5 also serving as an electrode. It is joined to the face plate 4.
Further, the back plate 3 and the piezoelectric vibrator 2 are joined together by the solder 5 which also serves as an electrode. As shown in FIG. 3, the back plate 3 has terminals 16 for taking out signal wires and electrodes 15 on the signal side.
And are provided. Further, as shown in FIG. 2, a connection terminal 9 is provided at one end of the solder 5.
【００２１】前面板４は、耐熱性・耐候性にすぐれた、
例えば、ＳｉＣ系（熱膨張率約５×１０~6／℃、ヤング
率約４６×１０10Ｎ／ｍ2）またはＳｉ3Ｎ4系（熱膨張
率約３．４×１０~6／℃、ヤング率約４６×１０10Ｎ／
ｍ2）のセラミックス製である。The front plate 4 has excellent heat resistance and weather resistance,
For example, SiC system (coefficient of thermal expansion of about 5 × 10 6 / ° C., Young's modulus of about 46 × 10 10 N / m 2 ) or Si 3 N 4 system (coefficient of thermal expansion of about 3.4 × 10 6 / ° C., Young's modulus approx. 46 × 10 10 N /
m 2 ) made of ceramics.
【００２２】圧電振動子２は、ＰｂＮｂ2Ｏ6系（熱膨張
率約０．７×１０~6／℃）またはＰｂＴｉＯ3系（熱膨
張率約−７×１０~6／℃、ヤング率約１３×１０10Ｎ／
ｍ2）の圧電セラミックス製である。また、外匡器６
は、熱膨脹係数の小さい合金のコバールを用いるか、ま
たは、前面板４と一体にしてセラミックスにて成形して
もよい。ここで用いるハンダは、ガラスーセラミックス
用のハンダ（例えば商品名：セラソルザ，製造元：旭硝
子）である。このハンダの熱膨張率は約２８×１０~6／
℃、伸びは約３６％、硬度は約１２．９Ｈｖ、電気抵抗
は約２１．０×１０~6（２０℃Ω・ｃｍ）、溶融範囲は
２８０．２〜２９６．４℃である。The piezoelectric vibrator 2 includes a PbNb 2 O 6 system (coefficient of thermal expansion of about 0.7 × 10 6 / ° C.) or a PbTiO 3 system (coefficient of thermal expansion of about −7 × 10 6 / ° C., Young's modulus of about 13 x 10 10 N /
m 2 ) made of piezoelectric ceramics. Also, the outside device 6
May be made of an alloy having a small coefficient of thermal expansion, such as Kovar, or may be integrally formed with the front plate 4 and formed of ceramics. The solder used here is a solder for glass-ceramics (for example, trade name: Cerasolzer, manufacturer: Asahi Glass). The coefficient of thermal expansion of this solder is about 28 × 10 ~ 6 /
C., elongation is about 36%, hardness is about 12.9 Hv, electric resistance is about 21.0.times.10.sup.- 6 (20.degree. C..OMEGA.cm), and melting range is 280.2 to 296.4.degree.
【００２３】次に、この超音波探触子１００の作用につ
いて、図４を用いて説明する。図４は、超音波探触子１
００の作用を説明するための説明図である。配列した６
つの圧電振動子２に、時間遅れＴをもつ励振信号を与え
ることにより、振動子全体で作る音場は、配列の中心軸
４０から、角度θだけ偏向された偏向方向５０に形成さ
れる。そこで、この遅れ時間Ｔを適切に制御することに
より、音場方向を次々と変更できる。その結果、媒体中
の領域を、超音波によって電子的走査をすることが可能
となり、超音波探触子をメカニカルに駆動することな
く、超音波画像の生成が可能となる。Next, the operation of the ultrasonic probe 100 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an ultrasonic probe 1.
It is explanatory drawing for demonstrating the effect | action of 00. Arranged 6
By applying an excitation signal having a time delay T to the two piezoelectric vibrators 2, a sound field created by the entire vibrator is formed in a deflection direction 50 that is deflected from the central axis 40 of the array by an angle θ. Therefore, by properly controlling this delay time T, the sound field direction can be changed one after another. As a result, an area in the medium can be electronically scanned by ultrasonic waves, and an ultrasonic image can be generated without mechanically driving the ultrasonic probe.
【００２４】本実施例に係る超音波探触子１００の効果
について説明する。超音波探触子１００は、高い温度に
加熱された被検材に当接したり、溶融ナトリウムに浸漬
した高温状態において使用される。ＰｂＮｂ2Ｏ6系また
はＰｂＴｉＯ3系からなる圧電振動子２と、前面板４と
の熱膨脹係数は接近しているので、高温環境下で使用し
ても、接合部には剥離は生せず、両者は確実に接合で
き、音響結合の安定化が図れる。The effects of the ultrasonic probe 100 according to this embodiment will be described. The ultrasonic probe 100 is used in a high temperature state in which the ultrasonic probe 100 is in contact with a test material heated to a high temperature or is immersed in molten sodium. Since the thermal expansion coefficients of the piezoelectric vibrator 2 made of PbNb 2 O 6 system or PbTiO 3 system and the front plate 4 are close to each other, peeling does not occur at the joint even when used in a high temperature environment. Both can be reliably joined and the acoustic coupling can be stabilized.
【００２５】従って、コネクタ８から接続端子９を経
て、圧電振動子２を電気信号にて付勢すると、複数の圧
電振動子２は長期間にわたり、それぞれ所定の性能が発
揮でき信頼性の高い動作が行える。Therefore, when the piezoelectric vibrator 2 is energized by an electric signal from the connector 8 through the connection terminal 9, the plurality of piezoelectric vibrators 2 can exhibit predetermined performance for a long period of time and operate with high reliability. Can be done.
【００２６】また、前面板４の材料の成分に用いられる
ＳｉＣ中の音速は１１．７８ｋｍ／ｓであり、周波数
２．５ＭＨｚの超音波では、λ＝４．７１ｍｍとなり、
ＳｉＣの抗折強度は大きいので、前面板４の厚さを、波
長に比べ約１０分の１程度に十分薄くできる。従って、
超音波探触子１００の性能の周波数依存性が軽減され、
広い周波数帯域にわたり安定した動作が行える。この結
果、例えばパルス幅の狭い超音波信号の送受信に利用で
きる。Further, the sound velocity in SiC used as a component of the material of the front plate 4 is 11.78 km / s, and for an ultrasonic wave of frequency 2.5 MHz, λ = 4.71 mm,
Since the bending strength of SiC is large, the thickness of front plate 4 can be made sufficiently thin, about 1/10 of the wavelength. Therefore,
The frequency dependence of the performance of the ultrasonic probe 100 is reduced,
Stable operation is possible over a wide frequency band. As a result, for example, it can be used for transmitting and receiving an ultrasonic signal having a narrow pulse width.
【００２７】次に、第２実施例に係る超音波探触子につ
いて、図６、７を用いて説明する。図６は、本実施例に
係る超音波探触子２００を示す断面図である。また、図
７は、図６のＢーＢ断面図である。この超音波探触子２
００の基本的構成は、第１実施例に係る超音波探触子１
００と同様であるので、その詳細な説明は省略する。本
実施例に係る超音波探触子２００が、第１実施例に示す
超音波探触子１００と相違する点は、全体の形状および
圧電振動子の形状にある。全体の断面形状は、図７に示
すように、円形であり、また、圧電振動子２０の断面形
状も円形である。Next, an ultrasonic probe according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a sectional view showing the ultrasonic probe 200 according to the present embodiment. FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG. This ultrasonic probe 2
The basic configuration of 00 is the ultrasonic probe 1 according to the first embodiment.
Since it is the same as that of 00, detailed description thereof will be omitted. The ultrasonic probe 200 according to the present embodiment differs from the ultrasonic probe 100 according to the first embodiment in the overall shape and the shape of the piezoelectric vibrator. As shown in FIG. 7, the entire cross-sectional shape is circular, and the piezoelectric vibrator 20 is also circular in cross-sectional shape.
【００２８】この超音波探触子２００においては、第１
実施例と同様に、圧電振動子２０と前面板４とがハンダ
５によって接合されているので、高い温度に加熱された
被検材１１への当接や、高温の環境下にて使用されて
も、超音波探触子２００は長期間にわたり、所定の性能
が発揮でき信頼性の高い動作が行える。In this ultrasonic probe 200, the first
As in the embodiment, since the piezoelectric vibrator 20 and the front plate 4 are joined by the solder 5, the piezoelectric vibrator 20 and the front plate 4 are used in contact with the test material 11 heated to a high temperature or in a high temperature environment. In particular, the ultrasonic probe 200 can exhibit predetermined performance and perform reliable operation for a long period of time.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、次の効果が得られる。According to the present invention, the following effects can be obtained.
【００３０】熱膨脹係数が小さく、音速が速く、抗折強
度の大きなセラミックスよりなる前面板と、高いキュー
リーポイントを持つ圧電振動子とを、軟らかいハンダに
よって接合しているので、高温状態において、剥離の発
生がなく、音響結合が安定化され、信頼した動作が行な
われる。A front plate made of ceramics having a small coefficient of thermal expansion, a high sound velocity, and a high bending strength and a piezoelectric vibrator having a high Curie point are joined by a soft solder, so that they are peeled off at a high temperature. There is no occurrence, acoustic coupling is stabilized, and reliable operation is performed.
【００３１】前面板は、波長に比べ十分薄くできるの
で、多重反射の影響が軽減され、かつ、パルス幅が狭く
周波数帯域の広い信号による動作に利用できる。Since the front plate can be made sufficiently thinner than the wavelength, the influence of multiple reflection is reduced, and the front plate can be used for operation with signals having a narrow pulse width and a wide frequency band.
【図１】第１実施例に係る超音波探触子を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing an ultrasonic probe according to a first embodiment.
【図２】図１のＡーＡ断面図FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図３】背板３の斜視図FIG. 3 is a perspective view of the back plate 3.
【図４】超音波探触子の作用を説明するための説明図FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the ultrasonic probe.
【図５】従来の超音波探触子の一例を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventional ultrasonic probe.
【図６】第２実施例に係る超音波探触子を示す断面図FIG. 6 is a cross-sectional view showing an ultrasonic probe according to a second embodiment.
【図７】図６のＢーＢ断面図7 is a sectional view taken along line BB in FIG.
２，５２…超音波振動子、３，５３…背板、４…前面
板、５…ハンダ、６…外匡器、７…カバー、８…コネク
タ、１５…信号側電極、１６…信号線取出し用端子、１
００，２００，５００…超音波探触子。2, 52 ... Ultrasonic transducer, 3, 53 ... Back plate, 4 ... Front plate, 5 ... Solder, 6 ... Outer casing, 7 ... Cover, 8 ... Connector, 15 ... Signal side electrode, 16 ... Signal wire extraction Terminal for 1
00, 200, 500 ... Ultrasonic probe.
Claims (7)
圧電振動子の一方の側に配置される前面板とを備えて構
成される超音波探触子において、 上記圧電振動子と前面板との接合は、ハンダを介して行
われ、この前面板はセラミックスからなることを特徴と
する超音波探触子。1. An ultrasonic probe comprising a piezoelectric vibrator for performing electric / acoustic conversion and a front plate arranged on one side of the piezoelectric vibrator, wherein The ultrasonic probe is characterized in that it is joined to the face plate via solder, and the front plate is made of ceramics.
圧電振動子の一方の側に配置される背板と、上記圧電振
動子に対して、この背板と反対側に配置される前面板と
を備えて構成される超音波探触子において、 上記圧電振動子と背板との接合、および、上記圧電振動
子と前面板との接合は、ともにハンダを介して行われ、
この前面板はセラミックスからなることを特徴とする超
音波探触子。2. A piezoelectric vibrator for performing electric / acoustic conversion, a back plate arranged on one side of the piezoelectric vibrator, and a back plate arranged on the opposite side to the piezoelectric vibrator. In an ultrasonic probe including a front plate, joining of the piezoelectric vibrator and the back plate, and joining of the piezoelectric vibrator and the front plate are both performed via solder,
An ultrasonic probe characterized in that the front plate is made of ceramics.
ＰｂＴｉＯ3系のいずれかからなることを特徴とする請
求項１または２記載の超音波探触子。3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is made of either PbNb 2 O 6 system or PbTiO 3 system.
隔で配列して構成されることを特徴とする請求項１，２
または３記載の超音波探触子。4. A plurality of the piezoelectric vibrators are arranged on a straight line at regular intervals, and are configured.
Alternatively, the ultrasonic probe described in 3.
ックスからなることを特徴とする請求項２，３または４
記載の超音波探触子。5. The back plate is made of Al 2 O 3 .TiO 2 series ceramics.
The ultrasonic probe described.
セラミックスのいずれか一方からなることを特徴とする
請求項１，２，３，４または５記載の超音波探触子。6. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the front plate is made of one of SiC and Si 3 N 4 ceramics.
を特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載の
超音波探触子。7. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the solder has an elongation of about 36%.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3163050A JP2986581B2 (en) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Ultrasonic probe |
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|---|---|
| JPH0511042A true JPH0511042A (en) | 1993-01-19 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999038027A1 (en) * | 1996-12-06 | 1999-07-29 | Shigeyasu Ishida | Transmitter for ultrasonic wave emitter |
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|---|---|---|---|---|
| JP5406881B2 (en) | 2011-05-19 | 2014-02-05 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | Heat-resistant ultrasonic sensor and installation method thereof |
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1991
- 1991-07-03 JP JP3163050A patent/JP2986581B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2986581B2 (en) | 1999-12-06 |
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