JPS59171295A - 超音波トランスジユ−サ - Google Patents
超音波トランスジユ−サInfo
- Publication number
- JPS59171295A JPS59171295A JP4494683A JP4494683A JPS59171295A JP S59171295 A JPS59171295 A JP S59171295A JP 4494683 A JP4494683 A JP 4494683A JP 4494683 A JP4494683 A JP 4494683A JP S59171295 A JPS59171295 A JP S59171295A
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- Japan
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- sound wave
- hollow spheres
- matching layer
- vibrator
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- Granted
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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)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or 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
本発明は、距離計測装置用超音波センサなどに用いられ
る超音波トランスジューサに関する。
る超音波トランスジューサに関する。
従来例の構成とその問題点
従来、圧電セラミック信号子又は磁歪振動子を空中用超
音波トランスジューサとして用いる場合これらの振動子
は固有音響インピーダンスが空気と比べて大きい固有音
響インピーダンスを有するので、振動子と超音波伝搬媒
体としての空気との固有音響インピータンスの不整合を
改善するために、第１図に示すようにエポキシ系接着剤
あるいはシリコーン系接着剤などの母材中に、直径数十
〜数百μｍ以下のガラス、カーボン等の微小中空球（以
下マイクロスフェア呼ぶ。図示せず）を充てんした複合
材料から成る薄層１、あるいはシリコーン系ゴムなどか
ら成る薄層１が振動子２の音波放射面３に接着され整合
層として用いられていたが、振動子２と空気との整合条
件を充分に満足するには至らなかった。
音波トランスジューサとして用いる場合これらの振動子
は固有音響インピーダンスが空気と比べて大きい固有音
響インピーダンスを有するので、振動子と超音波伝搬媒
体としての空気との固有音響インピータンスの不整合を
改善するために、第１図に示すようにエポキシ系接着剤
あるいはシリコーン系接着剤などの母材中に、直径数十
〜数百μｍ以下のガラス、カーボン等の微小中空球（以
下マイクロスフェア呼ぶ。図示せず）を充てんした複合
材料から成る薄層１、あるいはシリコーン系ゴムなどか
ら成る薄層１が振動子２の音波放射面３に接着され整合
層として用いられていたが、振動子２と空気との整合条
件を充分に満足するには至らなかった。
即ち、圧電セラミック振動子２の音速ｖ１は約３５００
ｍ／ｓ、密度ｐ１は約８０００Ｋｇ／ｍ３の値であり、
従ってそれらの積で表わされる固有音響インピーダンス
ｚ１は、大体３×１０７Ｎ・Ｓ／ｍ３程度の値となるが
、一方空気の常温における固有音響インピーダンス２は
約４００Ｎ−Ｓ／ｍ’であるので、一層整合層を用いる
場合、一般によく知られる整合条件から、整合層はその
固有音響インピーダンスをｚｍａとすると、 なる値を有し、厚さが１／４波長であることが望ましい
。
ｍ／ｓ、密度ｐ１は約８０００Ｋｇ／ｍ３の値であり、
従ってそれらの積で表わされる固有音響インピーダンス
ｚ１は、大体３×１０７Ｎ・Ｓ／ｍ３程度の値となるが
、一方空気の常温における固有音響インピーダンス２は
約４００Ｎ−Ｓ／ｍ’であるので、一層整合層を用いる
場合、一般によく知られる整合条件から、整合層はその
固有音響インピーダンスをｚｍａとすると、 なる値を有し、厚さが１／４波長であることが望ましい
。
しかるに上記のマイクロスフェアをシリコーン系あるい
はエポキシ系接着剤などに充てんした後合材料あるいは
シリコーン系ゴム単体の固有音響インピーダンスの値は
９〜１３×１０５Ｎ・Ｓ ／ｍ５程度の値であり、圧電
セラミック振動子２と空気との整合層に要求される固有
音響インピーダンスの値ＬＩＸ１０”’Ｎ“−Ｓ／〒６
に対して約１桁大きく、整合層材料として最適ではなか
った。
はエポキシ系接着剤などに充てんした後合材料あるいは
シリコーン系ゴム単体の固有音響インピーダンスの値は
９〜１３×１０５Ｎ・Ｓ ／ｍ５程度の値であり、圧電
セラミック振動子２と空気との整合層に要求される固有
音響インピーダンスの値ＬＩＸ１０”’Ｎ“−Ｓ／〒６
に対して約１桁大きく、整合層材料として最適ではなか
った。
また本出願人は、上記従来例における複合材料より小さ
い固有音響インピータンスの値を実現するため、エポキ
シ系接着剤あるいはシリコーン系接着剤等の母材に低沸
点炭化水素等の熱膨張性気体を内包したプラスチックな
どから成る熱膨張性微小中空球（以下熱膨張性バルーン
と呼ぶ）を混合した複合材料（以下熱膨張性複合材と呼
ぶ）を、１００℃前後に加熱する事により、上記熱膨張
性複合材に混合された熱膨張性バルーンを膨張させた薄
層を、圧電セラミック振動子と空気との整合層材料とし
て用いることを提案している。
い固有音響インピータンスの値を実現するため、エポキ
シ系接着剤あるいはシリコーン系接着剤等の母材に低沸
点炭化水素等の熱膨張性気体を内包したプラスチックな
どから成る熱膨張性微小中空球（以下熱膨張性バルーン
と呼ぶ）を混合した複合材料（以下熱膨張性複合材と呼
ぶ）を、１００℃前後に加熱する事により、上記熱膨張
性複合材に混合された熱膨張性バルーンを膨張させた薄
層を、圧電セラミック振動子と空気との整合層材料とし
て用いることを提案している。
かかる提案について種々検討した結果以下の事が判った
。熱膨張性複合材を１００℃前後に加熱後、常温に復帰
させたのちの熱膨張性複合材の密度および音速は、例え
ば母材に対する熱膨張性バルーンの混合重量比率を３０
％としたとき、加熱で第２図に示すような傾向を有し、
従 って密度と音速の積で表わされる固有音響インピーダン
スの値は第３図に示すように変化する。従って第３図よ
り加熱温度が約９４℃のとき、熱膨張性複合材の固有音
響インピーダンスの値は１．１×１０５Ｎ・Ｓ／ｍ３と
なり圧電セラミック振動子と空気との整合層材料として
最も適していることが分る。
。熱膨張性複合材を１００℃前後に加熱後、常温に復帰
させたのちの熱膨張性複合材の密度および音速は、例え
ば母材に対する熱膨張性バルーンの混合重量比率を３０
％としたとき、加熱で第２図に示すような傾向を有し、
従 って密度と音速の積で表わされる固有音響インピーダン
スの値は第３図に示すように変化する。従って第３図よ
り加熱温度が約９４℃のとき、熱膨張性複合材の固有音
響インピーダンスの値は１．１×１０５Ｎ・Ｓ／ｍ３と
なり圧電セラミック振動子と空気との整合層材料として
最も適していることが分る。
しかし熱膨張性複合材の音速は加熱温度に対し、第２図
に示すごとく変化するので、ある一定温度における熱膨
張性複合材の音速の値に基いて使用周波数における１／
４波長として整合層の厚さを設定した場合、加熱温度が
一定の設定値から変動したとき音速が変化するため、こ
れに伴って整合層厚さは１／４波長から誤差を生じ、整
合条件が満足されないことになる。また同様に第３図に
示すごとく、加熱温度の変動によって熱膨張性複合材料
の固有音響インピーダンスの値も変化するため固有音響
インピーダンスの大きさに関する第（１）式の整合条件
を満足しないという欠点を有していた。
に示すごとく変化するので、ある一定温度における熱膨
張性複合材の音速の値に基いて使用周波数における１／
４波長として整合層の厚さを設定した場合、加熱温度が
一定の設定値から変動したとき音速が変化するため、こ
れに伴って整合層厚さは１／４波長から誤差を生じ、整
合条件が満足されないことになる。また同様に第３図に
示すごとく、加熱温度の変動によって熱膨張性複合材料
の固有音響インピーダンスの値も変化するため固有音響
インピーダンスの大きさに関する第（１）式の整合条件
を満足しないという欠点を有していた。
また仮に加熱温度の変動が極めて小さく熱膨張性複合材
の音速あるいは固有音響インピーダンスが設定値通りの
値を得られた場合においても、整合層の厚みは単一の使
用周波数に対してのみ１／４波長の条件を満たすもので
あるから、十分に広帯域の整合層付き超音波トランスジ
ューサを実現することは困難である。
の音速あるいは固有音響インピーダンスが設定値通りの
値を得られた場合においても、整合層の厚みは単一の使
用周波数に対してのみ１／４波長の条件を満たすもので
あるから、十分に広帯域の整合層付き超音波トランスジ
ューサを実現することは困難である。
さらに熱膨張性複合材を加熱することによって、その中
に混合された熱膨張性バルーンが膨張するため、複合材
を整合層として形成した薄層の表面に小さな凹凸を生じ
て粗い面となるので、圧電セラミック等の振動子の音響
放射面への整合層の接着が不完全になるという欠点を有
していた。
に混合された熱膨張性バルーンが膨張するため、複合材
を整合層として形成した薄層の表面に小さな凹凸を生じ
て粗い面となるので、圧電セラミック等の振動子の音響
放射面への整合層の接着が不完全になるという欠点を有
していた。
発明の目的
本発明は以上のような従来の欠点を改良するものであっ
て、圧電セラミック振動子又は磁歪振動子と、超音波伝
搬媒体としての空気との音響的整合が十分にとれ、広帯
域化が可能で、振動子との接合面が平滑である音響整合
層を有した超音波トランスジューサを提供することを目
的とする。
て、圧電セラミック振動子又は磁歪振動子と、超音波伝
搬媒体としての空気との音響的整合が十分にとれ、広帯
域化が可能で、振動子との接合面が平滑である音響整合
層を有した超音波トランスジューサを提供することを目
的とする。
発明の構成
本発明は上記目的を達成するため、合成樹脂中に混合す
る微小中空球の粒径分布を音波放射方向に対して連続的
に変化さえることによって、整合層の固有音響インピー
ダンスあるいは音速を音波伝播方向に対して連続的に変
化させ、整合層として用いる熱膨張性複合材の加熱温度
の変動によってて生ずる固有音響インピーダンスあるい
は音速の変動に基づく整合条件からのズレを吸収し、広
帯域化を実現するものであり、さらに整合層として用い
る複合材の薄層表面の振動子との接着面を平滑にして接
着をより完全に行なるものである。
る微小中空球の粒径分布を音波放射方向に対して連続的
に変化さえることによって、整合層の固有音響インピー
ダンスあるいは音速を音波伝播方向に対して連続的に変
化させ、整合層として用いる熱膨張性複合材の加熱温度
の変動によってて生ずる固有音響インピーダンスあるい
は音速の変動に基づく整合条件からのズレを吸収し、広
帯域化を実現するものであり、さらに整合層として用い
る複合材の薄層表面の振動子との接着面を平滑にして接
着をより完全に行なるものである。
実施例の説明
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第４図は本発明の一実施例を示す断面構造図であって、
エポキシ系接着剤あるいはシリコーン系接着剤等の母材
４に微小中空球５を混合した複合材料において、微小中
空球５の粒径を複合材料の厚さ方向に連続的に変化させ
た薄層６を圧電セラミック振動子又は磁歪振動子２の音
波放射面３に接着し整合層とするもので、音波放射方向
に沿って微小中空球５の粒径が大きくなるような粒径分
布を持たせてある。したがって、第２、第３図から分る
通り、音速および音響インピーダンスも音波放射方向に
沿って連続的に小さくなるため、（加熱温度が高ければ
粒径は大きくなる）広い周波数範囲にわたって振動子２
と音波伝播媒体である空気との整合をとることが可能に
なる。
エポキシ系接着剤あるいはシリコーン系接着剤等の母材
４に微小中空球５を混合した複合材料において、微小中
空球５の粒径を複合材料の厚さ方向に連続的に変化させ
た薄層６を圧電セラミック振動子又は磁歪振動子２の音
波放射面３に接着し整合層とするもので、音波放射方向
に沿って微小中空球５の粒径が大きくなるような粒径分
布を持たせてある。したがって、第２、第３図から分る
通り、音速および音響インピーダンスも音波放射方向に
沿って連続的に小さくなるため、（加熱温度が高ければ
粒径は大きくなる）広い周波数範囲にわたって振動子２
と音波伝播媒体である空気との整合をとることが可能に
なる。
上記のような整合層の製造方法を第５図に用いて説明す
る。
る。
第５図において６は熱膨脹性バルーン５をエポキシ系接
着剤又はシリコーン系接着剤等の母材４に混合した熱膨
張性複合材から成る薄層であり、この薄層６の一方の面
７に温度Ｔ１なる熱源９を接し、他方の面８に温度Ｔ２
なる熱減１０（Ｔ１＜Ｔ２とする）を接して薄層６に温
度勾配を持たせることにより、熱膨張性バルーン５は熱
源１０に近い側ほど膨張率が大きくなり、従って音速お
よび音響インピーダスは小さくなる。このようにして得
た薄層６を第４図に示すごとく、面７を圧電セラミック
振動子又は磁歪振動子２の音波放射面３に接着する。薄
層６の厚さは薄層６を伝搬する音波の平均的な波長の１
／４又はその近傍に選ぶ。
着剤又はシリコーン系接着剤等の母材４に混合した熱膨
張性複合材から成る薄層であり、この薄層６の一方の面
７に温度Ｔ１なる熱源９を接し、他方の面８に温度Ｔ２
なる熱減１０（Ｔ１＜Ｔ２とする）を接して薄層６に温
度勾配を持たせることにより、熱膨張性バルーン５は熱
源１０に近い側ほど膨張率が大きくなり、従って音速お
よび音響インピーダスは小さくなる。このようにして得
た薄層６を第４図に示すごとく、面７を圧電セラミック
振動子又は磁歪振動子２の音波放射面３に接着する。薄
層６の厚さは薄層６を伝搬する音波の平均的な波長の１
／４又はその近傍に選ぶ。
発明の効果
以上のように本発明は、整合層の微小中空球の粒径が音
波放射方向に向って大きくなるため、整合層の音速又は
音響インピーダンスが超音波振動子に近い側から音波放
射方向に沿って連続的に小さくなり、広い周波数範囲に
わたって平坦な特性を有する超音波トランスジューサを
実現することができる。また、整合層の、超音波振動子
の音波放射面に近い側の表面近傍は粒径の細かい粒子が
分布しているので、この表面は平滑となり、超音波振動
子との接着が容易である。
波放射方向に向って大きくなるため、整合層の音速又は
音響インピーダンスが超音波振動子に近い側から音波放
射方向に沿って連続的に小さくなり、広い周波数範囲に
わたって平坦な特性を有する超音波トランスジューサを
実現することができる。また、整合層の、超音波振動子
の音波放射面に近い側の表面近傍は粒径の細かい粒子が
分布しているので、この表面は平滑となり、超音波振動
子との接着が容易である。
第１図は従来の超音波トランスジューサを示す断面図、
第２図は熱膨張性複合材における密度及び音速の温度変
化を示す図、第３図は熱膨張製複合材における固有音響
インピーダンスの温度変化を示す図、第４図は本発明の
一実施例を示す断面図、第５図は同実施例の製造方法を
説明するための断面図である。 ｌ１゛・母材、５熱膨張性バルーン、６熱膨脹性複合材
、９、１０・・・・熱源。
第２図は熱膨張性複合材における密度及び音速の温度変
化を示す図、第３図は熱膨張製複合材における固有音響
インピーダンスの温度変化を示す図、第４図は本発明の
一実施例を示す断面図、第５図は同実施例の製造方法を
説明するための断面図である。 ｌ１゛・母材、５熱膨張性バルーン、６熱膨脹性複合材
、９、１０・・・・熱源。
Claims (3)
- （１）合成樹脂中に微少中空球を混合してなる薄膜を、
音響整合層として超音波振動子に接合し、前記微小中空
球の粒径分布を音波の放射方向に対して変化させたこと
を特徴とする超音波トランスジューザ。 - （２）微小中空球の粉径分布が、振動子と音響整合層の
接合面に近いほど粒径が小さくなるような連続的粒径分
布であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波トランスジューサ。 - （３）超音波振動子が、圧電セラミック振動子または磁
歪振動子からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の超音波トランスジューサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4494683A JPS59171295A (ja) | 1983-03-17 | 1983-03-17 | 超音波トランスジユ−サ |
| DE8484301823T DE3478357D1 (en) | 1983-03-17 | 1984-03-16 | Ultrasonic transducers having improved acoustic impedance matching layers |
| EP84301823A EP0119855B2 (en) | 1983-03-17 | 1984-03-16 | Ultrasonic transducers having improved acoustic impedance matching layers |
| US06/590,465 US4523122A (en) | 1983-03-17 | 1984-03-16 | Piezoelectric ultrasonic transducers having acoustic impedance-matching layers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4494683A JPS59171295A (ja) | 1983-03-17 | 1983-03-17 | 超音波トランスジユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59171295A true JPS59171295A (ja) | 1984-09-27 |
| JPS643119B2 JPS643119B2 (ja) | 1989-01-19 |
Family
ID=12705646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4494683A Granted JPS59171295A (ja) | 1983-03-17 | 1983-03-17 | 超音波トランスジユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59171295A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62120799A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波トランスジユ−サ |
| JPS6324799A (ja) * | 1986-07-16 | 1988-02-02 | Murata Mfg Co Ltd | 空中超音波トランスジユ−サ |
| EP1298642A3 (en) * | 2001-09-27 | 2004-12-01 | Aloka Co., Ltd. | Ultrasonic probe containing an element for controlling the sonic speed |
| JP2009528784A (ja) * | 2006-03-02 | 2009-08-06 | ビジュアルソニックス インコーポレイテッド | 超音波整合層および振動子 |
| WO2016136365A1 (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-01 | 株式会社日立製作所 | 超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置 |
-
1983
- 1983-03-17 JP JP4494683A patent/JPS59171295A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62120799A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波トランスジユ−サ |
| JPS6324799A (ja) * | 1986-07-16 | 1988-02-02 | Murata Mfg Co Ltd | 空中超音波トランスジユ−サ |
| EP1298642A3 (en) * | 2001-09-27 | 2004-12-01 | Aloka Co., Ltd. | Ultrasonic probe containing an element for controlling the sonic speed |
| JP2009528784A (ja) * | 2006-03-02 | 2009-08-06 | ビジュアルソニックス インコーポレイテッド | 超音波整合層および振動子 |
| WO2016136365A1 (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-01 | 株式会社日立製作所 | 超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置 |
| JPWO2016136365A1 (ja) * | 2015-02-27 | 2017-12-07 | 株式会社日立製作所 | 超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS643119B2 (ja) | 1989-01-19 |
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