JPS5822386Y2 - 超音波トランスデュ−サ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超音波装置に用いられる超音波発生用のトラン
スデユーサに関し、特に収束した超音波を発生するトラ
ンスデユーサに関する。

光学的には不透明な媒質でも、音響的に透明でありさえ
すれば、Ｘ線による透視と同様に音波によ゛る透視象の
観測が可能である。

光学的不透明体の超音波による撮像は医療診断、顕微鏡
、非破壊検査、海底の模様の観測、地震研究の分野への
応用が可能である。

従来の超音波トランスデユーサとしては、音響位相板を
用いるもの、環状アレイを用いるもの、音響レンズを用
いるもの、光−音響トランスデユーサを用いるもの、な
どが提案されている。

しかしながら超音波撮像に必要な音波の収束という点で
なお改善の余地があるのが実情である。

上記欠点を改善するものとして本出願人は先に特願昭５
２−３１５０７（昭和５２年３月２４日出願）により表
面にインターディジタル電極（すだれ状電極と呼ばれる
こともある）を有する圧電性物質を液体中にもうけ、該
電極に印加された電気信号を収束超音波に変換する技術
を提案した。

この技術は収束超音波の発生という点では満足出来るも
のであるが、すだれ状電極が直線状に配置される関係で
、収束超音波の焦点が線状になってしまい、好ましい点
状にならない。

このような現象はある種の応用分野にとっては好ましく
なく、収束超音波の焦点が点状であることが望ましい。

従って本考案は上述のごとき点状焦点の得られる超音波
トランスデユーサを提供することを目的とし、その特徴
は、容器の中に収容される液体と、該液体に接する圧電
性物質と、該圧電性物質の一方の表面にもうけられるイ
ンターテ゛イジタル電極とを有し、該インターディジタ
ル電極は複数の細長電極指が交互にオーバーラツプして
配置される構造を有し、前記電極指の間隔は超音波ビー
ムを収束させるごとく決定され、該電極に印加される交
流信号により収束超音波ビームを発生させる超音波トラ
ンスデユーサにおいて、前記インターテ゛イジタル電極
が圧電性物質の表面で湾曲部を有するごとき超音波トラ
ンスデユーサにある。

以下図面により説明する。

第１図は本考案による収束超音波トランスデユーサの原
理説明図で、容器１の中に液体２がもうけられ、該液体
の中に、表面にすだれ状電極４を有する圧電性物質３が
もうけられる。

液体としては、水、エーテル、アセトン、グリセリンな
どが可能である。

電源４は第２図Ａにしめすごとく、くシの歯状の電極を
交互にインターディジタルに配置したものを図示のごと
く円弧状に構成し、端子ａ及びｂに交流信号を印加する
単相電極、及び第２図Ｂにしめすごとく、インターディ
ジタルに構成される電極を３本目毎に接続し、端子ａ、
ｌ）及びＣから３相交流信号を印加する３相電極とが可
能である。

単相電極の場合は超音波ビームが２本発生するのに対し
、３相電極の場合は単一の超音波ビームが得られる。

なお電極の形状は図示のごとき円弧状の他に、だ円形、
長方形など一般に電極が湾曲部を有する任意の形状が可
能である。

電極の材料としては例えばＣｒとＡｕを組合せたのが耐
水性が強く良好である。

圧電性物質としてはＬｉＮｂＯ３、水晶、Ｂｉ１□Ｇｅ
０２ｏ、ＰＺＴ系磁器（例えば東京電気化学工業（株）
製９１Ａ材）などが可能である。

次に電極の間隔について第３図により説明する。

周波数ｆの音波のある液体中での波長λｆと、ビームの
最大出力の方向（角度θ）との関係は次式により定まり
、この式は本考案者による実験結果とよく一致する。

ｓｉｎθ＝λｆ／２ｄ・・・・・・（１）ここで２ｄは
電極周期である。

従って第３図において、各電極から発生する音波が点Ｐ
に収束するためには（つまり各点で発生する音波が点Ｐ
を通りかつ同相となる条件） ｆ見＝ ＲＡ−Ｌ２ ＝ ｋ、 ７１λ、Ｌ＋に２ｎ２
２ｐ ・（２）が成立する必要がある。

ここでｒｎはｎ番目の電極とＱ点との距離、Ｒ，はｎ番
目の電極とＰ点との距離、ｋｏとに２は定数である。

（ｋ□、に２）の値は単相電極に対して（１，＋）、３
相電極に対して（２１）であ３′９ る。

電極の間隔は（１）式及び（２）式をコンピュータによ
り計算することにより求められる。

次に各圧電性物質と液体との組合せに対するビーム放射
角度θの実験結果を次表にしめす。

上表から、θの値を小さくするには、音波の速度の遅い
液体と表面波伝送速度が早い圧電体とを組合せれば良い
ことがわかる。

なお本考案では電極が円弧状をしていることから、焦点
Ｐは、第４図に示すごとく電極４の円弧の中心０の垂直
線上に出来ることは明らかである。

以上詳しく説明したごとく、圧電性物質の上に適当な間
隔で配置されたすだれ状電極に、液体中で、交流信号を
印加することにより、収束性のよい点焦点の超音波ビー
ムが電極の真上に得られる。

本考案の応用は、単に撮像用に限定されるものではなく
、音波ビームを収束させる必要のある用途に一般に適用
可能であり、例えば、ビームを液体と空気の境界面に収
速させて、液体の霧化を行なわせることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による超音波トランスデユーサの構造例
、第２図Ａ及びＢは電極４の構造例、第３図は本考案の
動作説明図、第４図は電極と焦点の位置関係を示す図で
ある。 １；容器、２；液体、３；圧電性物質、４；電極。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）容器の中に収容される液体と、該液体に接する圧
   電性物質と、該圧電性物質の一方の表面にもうけられる
   インターテ゛イジタル電極とを有し、該インターディジ
   タル電極は複数の細長電極指が交互にオーバーラツプし
   て配置される構造を有し、前記電極指の間隔は超音波ビ
   ームを収束させるごとく決定され、該電極に印加される
   交流信号により収束超音波ビームを発生させる超音波ト
   ランスデユーサにおいて、前記インターディジタル電極
   が圧電性物質の表面で湾曲部を有することを特徴とする
   超音波トランスデユーサ。
2. （２）前記湾曲部がほぼ円弧状である実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の超音波トランスデユーサ。