JPS61169099A - 超音波送受波器 - Google Patents

超音波送受波器

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JPS61169099A
JPS61169099A JP1015685A JP1015685A JPS61169099A JP S61169099 A JPS61169099 A JP S61169099A JP 1015685 A JP1015685 A JP 1015685A JP 1015685 A JP1015685 A JP 1015685A JP S61169099 A JPS61169099 A JP S61169099A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic transducer
acoustic matching
acoustic
matching layer
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP1015685A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Tone
利根 昌幸
Tsutomu Yano
屋野 勉
Akira Fukumoto
福本 晃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS61169099A publication Critical patent/JPS61169099A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • G10K11/02Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は空気中で超音波の送受を行なう超音波送受波器
に関するものである。
従来の技術 最近、超音波送受波器は、距離計測又は位置計測用セン
サあるいは表面形状検査用センサ等の分野で盛んに利用
されるようになってきた。この超音波送受波器は例えば
、ULTRム5ONIC5(VOL、16.S]CPT
KMBKR,197B。
P19γ)や本出願人による特願昭58−44947号
明細書に記載されているようにシリコーン樹脂やエポキ
シ樹脂等の高分子樹脂を母材として、その中にガラス、
炭素又はプラスチック等を球殻とする微小中空球を混合
した複合材料から成る薄層を音響整合層として有する構
成が知られている。
以下第4図をツ照して従来の超音波送受波器について説
明する。第4図において、1は厚み微動を行なう圧電振
動子、2はシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の高分子樹
脂母材6の中に、フィラーとしてガラス、炭素又はプラ
スチック等を球殻材料として気体を内包した平杓粒径数
10μm程度の微小中空球3を混合した複合材料であり
、圧電振動子1の超音波放射面4に接着されている。6
は圧電振動子1の第2の面に接着されたバッキング材で
ある。
以上のような構成において次に、その動作について説明
する。上記超音波送受波器を空気中で用いて超音波の送
受波を行なう場合、圧電振動子1と音響負荷として作用
する空気との間の音響インピーダンス整合を取るために
上記複合材料2が音響整合層として作用し、圧電振動子
単体で用いる場合に対し、送受波感度の向上をはかるこ
とができる。
発明が解決しようとする問題点 しかし以上のような構成では第1に音響整合層を形成す
る複合材料2の母材である高分子樹脂母材6として密度
1000〜1300に27m5のシリコーン樹frfI
あるいはエポキシ樹脂等を用いており、母材5自体の密
度が比較的大きいために、上記複合材料2の密度を小さ
くすることができなかった。また、フィラーとして母材
6に混合する微小中空球3の密度は、従来用いていた粒
径の比較的小さいものでは100〜eooKy/m’ 
 程度の値であり、空気の常温における密度1.2KP
/m5と比較して極めて大きいため、これらをフィラー
として用いた複合材料2の密度を小さくすることは困難
であった。更に、母材5に上記微小中空球3t−混合す
る場合、平均粒径が数10μmの大きさを有するため、
混合体積比率を十分に大きくできず、従って複合材料2
の密度を小さくすることは困難であった。
以上のように母材6の密度、微小中空球3の密度および
粒径の大きさのため、音響整合層として用いる複合材料
2の密度を小さくすることは困難であった。
第2に微小中空球30粒径は、上記複合材料2から成る
音響整合層管厚さ方向に伝播する超音波の波長に比べて
十分小さくないために微小中空球3によって超音波が散
乱され、音響整合層内の超音波減衰は大きいものくなる
以上説明したように音響整合層として用いる複合材料2
の密度および超音波減衰を小さくすることができないた
め超音波送受波器の送受波感度が低いという問題点を有
していた。
従来の具体的な実施例として密度15 oKy/m”平
均粒径的5oμmの熱膨張性微小中空球3を密度100
0Kp/m’のシリコーン樹脂に重量比率0.1の割合
で混合した複合材料2の密度は約640に、7 mB、
音速は4801a / 11 p超音波減衰は1M田に
おいて約10dB/ffであつた。
本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
、密度および超音波減衰が小さい音響整合層材料を実現
して空中用超音波送受波器の送受波感度を向上すること
を目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は圧電振動子の超音波放射面に気孔を含む高分子
膜を接着して音響整合層とすることにより上記目的を達
成するものである。
作用 本発明は王妃構成によシ密度が小さくかつ超音波減衰の
少ない音響整合層を実現することにより圧電振動子と音
響負荷として作用する空気との間の音響インピーダンス
整合を効率よく行ない、空中で用いる超音波送受波器の
送受波感度を向上するようにしたものである。
実施例 以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施例につい
て説明する。
第1図は本発明の第1の実施例における超音波送受波オ
にの断面図である。10は厚み振動を行なう円板型圧電
振動子、12は超音波放射面11に接着され音響整合層
として作用する高分子多孔膜、13は高分子多孔膜12
に内包される気孔、14は圧電振動子1Qの第2の面に
接着されるバッキング材である。
高分子多孔膜12は高分子樹脂の中でも密度の小さいポ
リエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系炭化水素
を相分離法諮出法によって多孔化したもので、膜厚は高
分子多孔膜12を厚さ方向に伝播する超音波の波長の約
にである。本実施例製 において用いた高分子多孔膜12は、旭化成lポリオレ
フィン多孔膜「ハイボア2000Jであり、この密度P
、音速マの実測値は各々約ρ=300KP / m’ 
 ? == 6001178程度であり、従って音響イ
ンピーダンスZa b−* 1.8 X 105N、S
/m!′となる。「ハイボア2000Jに内包される気
孔の空孔率は、70%であり、気孔の平均孔径は0.1
6μmであシ空孔率は高く、気孔の直径は極めて小さい
IMH,において上記高分子多孔膜12を用いる場合、
膜内を伝播する超音波の波長λ−0,6ffに対して気
孔13の直径は九より十分に小さく、従って気孔13に
よって超音波が散乱等を受けて、生じる超音波減衰は小
さい。実測値は1MHzにおいて約3dB/mである。
高分子多孔膜12は音響整合層として圧電振動子10と
、超音波送受波器の音響負荷になる空気との間の音響イ
ンピータ。
ンス整合を取り超音波送受波器の送受波感度を向上する
作用を有する。ここで圧電振動子1oの音響インピーp
−:yxZ、は約3 X 10’ N、S /ms 。
空気の音響インピーダ7xZ、は約40ON、S/m’
である。従って圧電振動子1oと空気との音響インピー
ダンス整合を取るための音響整合層の音響インピーダン
スZIIOは一層整合構造の場合Z!II(+=J酊]
q= 1.1x 105N、57m5程[+7)大きさ
であることが望ましいが、本実施例における高分子多孔
膜12の音響インピーダンス2.の実測値は約1.8 
X 105N、S / m’であり、2m0ニカナリ近
い値を有している。また上記ポリオレフィン多孔膜「ハ
イボア2000Jと同等の性能を有するポリオレフィン
多孔膜として覆水化学工業■製「セルボア」を用いるこ
とも可能である。
以上の実施例から明らかなように本実施例によれば高分
子材料として密度の小さいポリオレフィン樹脂を用い、
相分離法に又は溶出法によりて多孔化された高分子多孔
膜を用いて密度が極めて小さく、従って音響インピーダ
ンスが小さく、また超音波減衰率の小さい音響整合層を
得ることかで°きた。従りて本実施例の音響整合層を圧
電振動子の超音波放射面に接着することによって高感度
の超音波送受波器を実現することができた。第2図に本
実施例における音響整合層を用いた場合と、従来例の高
分子材料を母材として微小中空球を混合した複合材料か
ら成る音響整合層を用いて一層整合構造としたときの送
受波感度の計算を行なった結果を示す。曲線20.21
はおのおの本実施例における音響整合層を用いた場合、
従来の複合材料から成る音響整合層を用いた場合である
。これらの結果から分るように本実施例は従来例に比べ
て送受波感度のピーク値は約6(iB内向上ていること
が分る。
第3図は本発明の第2の実施例における超音波送受波器
の断面図である。16は厚み振動を行なう凹面型圧電、
振動子、11〜14は第1の実施例と同様である。本実
施例における凹面型圧電振動子のように超音波放射面1
1が曲面である場合、2層以上の多層構造を有する音響
整合層を超音波放射面上に形成することは製造上困難で
あるが、本実施例に示すように高分子多孔膜12を一層
の音響整合層として超音波放射面11上に形成すること
は容易である。一層整合構造の場合は、一般に2層以上
の多層整合構造に比較して超音波送受波器のパルス応答
特性は不十分であるが良好なパルス応答特性を必要とし
ない場合は整合層構造の簡単な一層整合構造超音波送受
波器を用いた方が製造が容易であるという特徴を有して
いる。
また第1.第2の実施例において高分子多孔膜12を圧
電振動子10又は16の超音波放射面11に接着したと
き高分子多孔膜12は一般に連続気泡であるために親水
性が良好であり、従って接着剤が高分子多孔膜12内に
浸入し、高分子多孔膜12の密度が大きくなり、その結
果、音響インピーダンスが増大し、送受波感度が低下す
ることがあるが、高分子多孔膜12に防水処理を施した
非親水性の高分子多孔膜を用いることにより、接着剤の
浸入を防ぐことが可能になる。また湿度等の使用条件に
対しても信頼性を高めることができる。
また以上の実施例において気孔13は従来例のようにガ
ラス、炭素、プラスチック等の球殻を有していないので
高分子多孔膜12は従来の複合材料より密度を小さくで
きることは明らかである。
なお以上の発明ではオレフィン系炭化水素を素材として
相分離法又は溶出法によって多孔化した高分子多孔膜を
用いたがポリスチレン、ポリウレタン等の高分子材料を
素材とした高分子発泡体を音響整合層としてもよい。ま
た圧電振動子は厚み振動以外の他の振動モードを使用し
てもよいことは明らかである。さらに音響整合層が2層
以上の多層構造を有する場合にも本発明の高分子多孔膜
をその内の1つの音響整合層として用いることができる
発明の効果 以上要するに本発明は波長に比べて十分に小さい気孔を
内包する、はぼに波長の厚さの高分子膜を音響整合層と
して圧電振動子の超音波放射面に接着することによって
、従来の微小中空球を高分子材料に混合した複合材料を
音響整合層として用いた超音波送受波器に比べて高感度
の超音波送受波器を実現することができ、その効果は大
きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例における超音波送受波器
の断面図、第2図は本発明の実施例および従来例におけ
る超音波送受波器の周波数に対する送受波感度の比較図
、第3図は本発明の第2の実施例における超音波送受波
器の断面図、第4図は従来例における超音波送受波器の
断面図である。 10.15・・・・・・圧電振動子、11・・・・・・
超音波放射面、12・・・・・・多孔性高分子膜、13
・・・・・・気孔、14・・・・・・パフキング材。 代理人の氏名 升理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 13−箋孔 f4−−J白キンτ杆 f。 +I−fit慣放針曾 第  3  rI!J               
tp−−MP+uuKTj−一気孔 14−へ1キンγ1下 IJ−JE(*Th) 1、<

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧電振動子の主面上に音響整合層を備え、前記音
    響整合層が気孔を含有する高分子膜から成ることを特徴
    とする超音波送受波器。
  2. (2)高分子膜はオレフィン系樹脂であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の超音波送受波器。
  3. (3)高分子膜は相分離法又は溶出法によって製造した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波送
    受波器。
  4. (4)圧電振動子は凹面状の主面を有し、音響整合層は
    一層であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の超音波送受波器、
  5. (5)高分子膜が非親水性であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の超音波送受波器。
  6. (6)高分子膜が高分子発泡体からなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の超音波送受波器。
  7. (7)高分子膜に含まれる気孔の平均孔径が超音波の波
    長の1/10より十分に小さいことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の超音波送受波器。
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