JPS60194700A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS60194700A JPS60194700A JP4917684A JP4917684A JPS60194700A JP S60194700 A JPS60194700 A JP S60194700A JP 4917684 A JP4917684 A JP 4917684A JP 4917684 A JP4917684 A JP 4917684A JP S60194700 A JPS60194700 A JP S60194700A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- pressure
- temperature
- ultrasonic probe
- epoxy resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/162—Selection of materials
- G10K11/165—Particles in a matrix
-
- 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
- G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、超音波探傷に使用する超音波探触子に関する
。
。
一般に超音波探傷で使用する超音波探触子は、第１図に
示すように例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯｓＪ系圧電セ
ラミックを用いた矩形振動子１の一方の面にバッキング
材と呼されるダンピング層２が貼着されている。このバ
ッキング材は振動子の機械的共振尖鋭度（Ｑｍ）を抑圧
し、かつ背面に放射される超音波を吸収、減衰させる働
きがある。このような構造の超音波探触子は振動子１に
圧電セラミックが使用され、圧電セラミックは、電気機
械結合係数が大きく効率が良いことや被検体である金属
材料の音響インピーダンスに近い為に、超音波の入射が
容易で損失が小さく、また薄板で大型化が可能である等
の特長から多用されている。圧電セラミック材料の音響
インピーダンスは３０〜３５Ｘ１０・−／ｍ’・Ｓを有
している。このような値の音響インピーダンスを有した
圧電セラミックを用いた探触子に要求されるバッキング
材の音響インピーダンスは、振動子１と同等の音響イン
ピーダンスがアシ、かつ超音波の減衰が大きいことが要
求される。
示すように例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯｓＪ系圧電セ
ラミックを用いた矩形振動子１の一方の面にバッキング
材と呼されるダンピング層２が貼着されている。このバ
ッキング材は振動子の機械的共振尖鋭度（Ｑｍ）を抑圧
し、かつ背面に放射される超音波を吸収、減衰させる働
きがある。このような構造の超音波探触子は振動子１に
圧電セラミックが使用され、圧電セラミックは、電気機
械結合係数が大きく効率が良いことや被検体である金属
材料の音響インピーダンスに近い為に、超音波の入射が
容易で損失が小さく、また薄板で大型化が可能である等
の特長から多用されている。圧電セラミック材料の音響
インピーダンスは３０〜３５Ｘ１０・−／ｍ’・Ｓを有
している。このような値の音響インピーダンスを有した
圧電セラミックを用いた探触子に要求されるバッキング
材の音響インピーダンスは、振動子１と同等の音響イン
ピーダンスがアシ、かつ超音波の減衰が大きいことが要
求される。
従来、このような要求に伴ってエポキシ樹脂と充填材と
してのタングステン粉末とを混合し、その混合物をプレ
ス成形して製作したバッキング材が知られている。しか
しながら、従来のこの種の限であり、充分な特性を持っ
たものとは言えない欠点があった。
してのタングステン粉末とを混合し、その混合物をプレ
ス成形して製作したバッキング材が知られている。しか
しながら、従来のこの種の限であり、充分な特性を持っ
たものとは言えない欠点があった。
そこで本発明者等は、この種のパフキング材について更
に検討を続けた結果、次のような結果を得た。すなわち
、その製法において使用されるエポキシを液状の状態で
金属粉末と混合して成形する場合は、上述した値以上の
音響インピーダンスのバッキング材を実現することは困
難であることが明らかになった。この点について考察し
た結果液状のエポキシに金属粉末を混合した場合、金属
粉末の間に存在する気泡は、プレス成形を行ったとき小
さくなるようなことはあっても液状のエポキシの中から
脱泡されることなく残ってしまい、この結果高い充填率
を達成することが難しいために、大きな密度が得られず
高い音響インピーダンスが得られない欠点を持つことが
明らかになった。
に検討を続けた結果、次のような結果を得た。すなわち
、その製法において使用されるエポキシを液状の状態で
金属粉末と混合して成形する場合は、上述した値以上の
音響インピーダンスのバッキング材を実現することは困
難であることが明らかになった。この点について考察し
た結果液状のエポキシに金属粉末を混合した場合、金属
粉末の間に存在する気泡は、プレス成形を行ったとき小
さくなるようなことはあっても液状のエポキシの中から
脱泡されることなく残ってしまい、この結果高い充填率
を達成することが難しいために、大きな密度が得られず
高い音響インピーダンスが得られない欠点を持つことが
明らかになった。
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、距離分解能
のすぐれた超音波探触子を提供するものである。
のすぐれた超音波探触子を提供するものである。
すなわち、本発明によれば圧電セラミックの一方の面に
Ｂステージ状態の熱硬化樹脂粉末と充填材の粉末との混
合物をホット、プレスにより成形して製作したバッキン
グ材を貼着することによシ達成される。
Ｂステージ状態の熱硬化樹脂粉末と充填材の粉末との混
合物をホット、プレスにより成形して製作したバッキン
グ材を貼着することによシ達成される。
上述した本発明の超音波探触子によれば、熱硬化樹脂が
網状化反応を起して固化する前の半固体状態、いわゆる
Ｂステージと呼ばれる状態の粒子粉末を得、この粉末と
充填物とを混合してプレスしているため、加圧力で各粉
末間に存在する空気を排出される。そしてこの結果、気
泡の少ない高密度のバッキング材を得ることが可能とな
シ、音響インピーダンス２０Ｘ１０・＠／ｒｒｔ −ｔ
ｍ以上の値のものが達成できた。これによυ、第２図（
ａ）に示すように反射波のパルス幅が短・かく、高距離
分解能のすぐれた超音波探触子を提供できる効果がある
。
網状化反応を起して固化する前の半固体状態、いわゆる
Ｂステージと呼ばれる状態の粒子粉末を得、この粉末と
充填物とを混合してプレスしているため、加圧力で各粉
末間に存在する空気を排出される。そしてこの結果、気
泡の少ない高密度のバッキング材を得ることが可能とな
シ、音響インピーダンス２０Ｘ１０・＠／ｒｒｔ −ｔ
ｍ以上の値のものが達成できた。これによυ、第２図（
ａ）に示すように反射波のパルス幅が短・かく、高距離
分解能のすぐれた超音波探触子を提供できる効果がある
。
第２図（ｂ）は、従来の製法により得られた超音波探触
子の特性である。
子の特性である。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
まず、使用する熱硬化樹脂としてエポキシ樹脂を、液状
の状態からある程度反応固化した半固体のＢステージと
呼ばれる状態の樹脂を用意する。
の状態からある程度反応固化した半固体のＢステージと
呼ばれる状態の樹脂を用意する。
このＢステージのエポキシ樹脂を粉砕して粉末状のエポ
キシ樹脂を製作する。次にエポキシ樹脂粉末と充填材と
しての例えばタングステン粉末を、予めよく混合し調整
した混合粉末を金型に入れ、第３図に示す条件でホット
プレスする。実線は圧力で、破線は金型温度を示す。・
すなわち、全型温いる圧力が１５００％まで達したら、
１３０℃から１３５℃へと上げながら圧力は一時的に７
５０ｙＪ程度まで減圧する。一時減圧するのは、中心部
の温 □度・圧力を均一にするためである。７５０％程
度まで減圧したのち、次に所定の圧力とする２５００
’鶏程度まで加圧する一方１６５℃程度まで加熱する。
キシ樹脂を製作する。次にエポキシ樹脂粉末と充填材と
しての例えばタングステン粉末を、予めよく混合し調整
した混合粉末を金型に入れ、第３図に示す条件でホット
プレスする。実線は圧力で、破線は金型温度を示す。・
すなわち、全型温いる圧力が１５００％まで達したら、
１３０℃から１３５℃へと上げながら圧力は一時的に７
５０ｙＪ程度まで減圧する。一時減圧するのは、中心部
の温 □度・圧力を均一にするためである。７５０％程
度まで減圧したのち、次に所定の圧力とする２５００
’鶏程度まで加圧する一方１６５℃程度まで加熱する。
□この間約５分程度の製造工程である。この温度まで
加熱されたエポキシ樹脂の粉末は溶は始めるがこの加熱
温度で保持しておくことによシ、エポキシ樹脂は網状化
反応を起して硬化していく。そして１００分後加熱を止
め、圧力は２５００％を維持 □して自然冷却する。こ
のようにして製作されるバッキング材において、タング
ステン粉末の重量の混合率を９０〜９６ｗｔ％に変化さ
せて試作し、その特性を測定した結果のグラフを第４図
に示す。
加熱されたエポキシ樹脂の粉末は溶は始めるがこの加熱
温度で保持しておくことによシ、エポキシ樹脂は網状化
反応を起して硬化していく。そして１００分後加熱を止
め、圧力は２５００％を維持 □して自然冷却する。こ
のようにして製作されるバッキング材において、タング
ステン粉末の重量の混合率を９０〜９６ｗｔ％に変化さ
せて試作し、その特性を測定した結果のグラフを第４図
に示す。
グラフにおいて、横軸はタングステン粉末の混合 １率
ｗｔ−％で左側縦軸に音速（グラフ・印実線）Ｖ／右側
縦軸に密度（グラフ・印破線）ρおよび音響インピーダ
ンスｚＢ：８：ｖｌ・ρ（ゲラフロ印実線）で示した。
ｗｔ−％で左側縦軸に音速（グラフ・印実線）Ｖ／右側
縦軸に密度（グラフ・印破線）ρおよび音響インピーダ
ンスｚＢ：８：ｖｌ・ρ（ゲラフロ印実線）で示した。
このグラフからも明らかなようにＢステージのエポキシ
樹脂粉末に対してタングステン粉末を９４ｗｔ −％の
混合率になるように調整すれば、音響インピーダンスＺ
Ｂが２０ｘｌＯ・１ｗ／ｍ・臓の値の本のが得られ、９
６ｗｔ・チではＺＢ＝２７Ｘ１０・−／ゴ・厩というよ
うな、振動子の音響インピーダンスに極めて近い値のバ
ッキング材を得ることができる。
樹脂粉末に対してタングステン粉末を９４ｗｔ −％の
混合率になるように調整すれば、音響インピーダンスＺ
Ｂが２０ｘｌＯ・１ｗ／ｍ・臓の値の本のが得られ、９
６ｗｔ・チではＺＢ＝２７Ｘ１０・−／ゴ・厩というよ
うな、振動子の音響インピーダンスに極めて近い値のバ
ッキング材を得ることができる。
次に本発明者等は、混合率が９６ｗｔ−％の材料を用い
てプレス圧力と温度との関連について調査した。すなわ
ち、第５図の特性のグラフは加熱温度を前述の実施例と
同様に変化させたときの最大プレス圧力の変化に対する
製作されるバッキング材の音響インピーダンスの変化特
性を示したグラフである。圧力が２６００１ｗ／−以上
では、バッキング材の内部に亀裂が入り破壊されやすく
なる。一方、圧力が低くなると内部の空孔が多くなって
音響インピーダンスが小さくなってくる。
てプレス圧力と温度との関連について調査した。すなわ
ち、第５図の特性のグラフは加熱温度を前述の実施例と
同様に変化させたときの最大プレス圧力の変化に対する
製作されるバッキング材の音響インピーダンスの変化特
性を示したグラフである。圧力が２６００１ｗ／−以上
では、バッキング材の内部に亀裂が入り破壊されやすく
なる。一方、圧力が低くなると内部の空孔が多くなって
音響インピーダンスが小さくなってくる。
また加える圧力を実施例と同等の２５００％として、金
型の加熱温度を変化さすたときについての結果は、第６
図に示すとおシである。すなわち、温度が低い場合は内
部まで均一にエポキシ樹脂が溶けないので空孔が多く残
シ、逆に温度が高過ぎる場合は外側が早く硬化してしま
い、同様に内部に空孔が多くが残る等−の理由で音響イ
ンピーダンスが低くなっていく。
型の加熱温度を変化さすたときについての結果は、第６
図に示すとおシである。すなわち、温度が低い場合は内
部まで均一にエポキシ樹脂が溶けないので空孔が多く残
シ、逆に温度が高過ぎる場合は外側が早く硬化してしま
い、同様に内部に空孔が多くが残る等−の理由で音響イ
ンピーダンスが低くなっていく。
以上のことから、現在のパフキング材の製造条件として
はプレス圧力が２５００±１００％、′金型温度＝１６
５±１０℃が最も好ましい条件と考えられる。
はプレス圧力が２５００±１００％、′金型温度＝１６
５±１０℃が最も好ましい条件と考えられる。
上述したような製造条件により得られるバクキング材に
よれば、第２図（ａ）に示すように反射波のパルス幅が
短かく極めて高距離分解能の超音波探触子を提供できる
効果がある。
よれば、第２図（ａ）に示すように反射波のパルス幅が
短かく極めて高距離分解能の超音波探触子を提供できる
効果がある。
尚、一般的にはバッキング材は成型した後、そのバッキ
ング材を圧電セラミックに貼着して使用するが、接着工
程を省略し、また接着層の影響を取除くために圧電セラ
ミック振動子の背面に直接タングステン粉末とエポキシ
樹脂粉末の混合物をホットプレス法で成形してもよい。
ング材を圧電セラミックに貼着して使用するが、接着工
程を省略し、また接着層の影響を取除くために圧電セラ
ミック振動子の背面に直接タングステン粉末とエポキシ
樹脂粉末の混合物をホットプレス法で成形してもよい。
この方法によれば、ホットプレスの工程で圧電セラミッ
ク振動子とバッキング材は完全に接着までの工程が省略
でき、接着層による影響がなく良好な超音波探触子を得
ることができる。
ク振動子とバッキング材は完全に接着までの工程が省略
でき、接着層による影響がなく良好な超音波探触子を得
ることができる。
第１図は、超音波探触子の一例に示す斜視図、第２図は
、超音波探触子の反射波に対する特性を示すグラフ、第
３図は、本発明のバッキング材の製造工程を説明するた
めのホットプレスの製造条件を示すグラフ、第４図は、
第３図の製造条件で得られるバッキング材の各種音響特
性を示すグラフ、第５図および第６図は、第３図に示す
バッキング材のホットプレス製造条件の上限および下限
値を示すグラフである。 １・・・超音波振動子、２・・・ダシピング層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）第１図 第２図 第３図 時肉険） 第４図 ′Ａ令キ（改％）
、超音波探触子の反射波に対する特性を示すグラフ、第
３図は、本発明のバッキング材の製造工程を説明するた
めのホットプレスの製造条件を示すグラフ、第４図は、
第３図の製造条件で得られるバッキング材の各種音響特
性を示すグラフ、第５図および第６図は、第３図に示す
バッキング材のホットプレス製造条件の上限および下限
値を示すグラフである。 １・・・超音波振動子、２・・・ダシピング層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）第１図 第２図 第３図 時肉険） 第４図 ′Ａ令キ（改％）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）圧電セラミックを超音波振動子として使用した超
音波探触子において、前記振動子の一方の面にＢステー
ジ状態の熱硬化樹脂粉末と充填材の粉末の混合物をホッ
トプレス法で成形したノくツキング材をダンピング層と
して貼着したことを特徴とする超音波探触子。 （２１前記ホットプレスのプレス圧力を、２５００±１
００％とし加熱温度を１６５℃±１０℃とすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波探触子。 （３）前記熱硬化樹脂粉末は、エポキシ樹脂粉末とする
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波探
触子。 （４）前記混合物は、エポキシ樹脂粉末とタングステン
粉末の混合物とすることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4917684A JPS60194700A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4917684A JPS60194700A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60194700A true JPS60194700A (ja) | 1985-10-03 |
Family
ID=12823741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4917684A Pending JPS60194700A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60194700A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54155028A (en) * | 1978-05-29 | 1979-12-06 | Toshiba Corp | Ultrasonic probe |
| JPS57147397A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-11 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic probe |
| JPS5875057A (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-06 | Fujitsu Ltd | 超音波探触子 |
| JPS58198998A (ja) * | 1982-05-17 | 1983-11-19 | Hitachi Ltd | 超音波探触子 |
| JPS5917338A (ja) * | 1982-07-20 | 1984-01-28 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波探触子 |
-
1984
- 1984-03-16 JP JP4917684A patent/JPS60194700A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54155028A (en) * | 1978-05-29 | 1979-12-06 | Toshiba Corp | Ultrasonic probe |
| JPS57147397A (en) * | 1981-03-09 | 1982-09-11 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic probe |
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| JPS5917338A (ja) * | 1982-07-20 | 1984-01-28 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波探触子 |
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