JPS61169100A - 超音波送受波器 - Google Patents

超音波送受波器

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JPS61169100A
JPS61169100A JP1015785A JP1015785A JPS61169100A JP S61169100 A JPS61169100 A JP S61169100A JP 1015785 A JP1015785 A JP 1015785A JP 1015785 A JP1015785 A JP 1015785A JP S61169100 A JPS61169100 A JP S61169100A
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JP
Japan
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acoustic matching
matching layer
porous polymer
acoustic
ultrasonic
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JP1015785A
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JPH0378039B2 (ja
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Tsutomu Yano
屋野 勉
Masayuki Tone
利根 昌幸
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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

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  • 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)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (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。

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上ン
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
UI、TRASONIC8(VOL、1e  SEPT
KMBICR1978゜P197)や本出願人による特
願昭68−44947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7以下第4図
を参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は厚み振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均粒径数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ビ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とシテ密
度1000〜1300Kg/Rのシリコーン樹脂あるい
はエポキシ樹脂等を用いており、母材6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100〜600 Kg / rrf
程度の値であり、空気の常温における密度1.2Kp/
rp?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6に上記微小中空球3を混合する
場合、平均粒径が数10μ国の大きざを有するため、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3の粒径は、上記複合材料2から成る
音響整合層を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になる
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7た0 従来の貝、体的な実施例として密度1tsokCg/i
平均粒径約50μmの熱膨張性微小中空球3を密度10
ooKg/d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eaoK4/yd、音
速は42IOII/8、超音波減衰はI MHzにおい
て約10(1B/1111であった。
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表面をラミネート
化した高分子多孔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 本発明は上記構成により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器
の断面図である。1oは厚み振動を行なう圧電振動子、
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゜14は高分子多孔膜12の
圧電振動子1o側、及びその反対側の表面にそれぞれ形
成されるラミネート膜、16は圧電振動子10の第2の
面に接着されるバッキング材、16は高分子多孔膜12
に形成された気孔である。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又は溶出法によっ
て多孔化したものであり、その膜厚は高分子多孔膜12
の厚さ方向に伝播する超音波の波長の約%である。
ラミネート膜13.14は高分子多孔膜12中の気孔1
6が一般に貫通型であり液体などが高分子多孔膜12中
に浸透するのを防ぐために設けたものであり、その厚さ
は薄いほどよく、通常、ラミネート膜13.14中を伝
播する音波長の約Zo以下の厚みになることが望ましい
本実施例においては高分子多孔膜12にはポリオレフィ
ル系多孔膜(例えば旭化成(2)ハイボア200(1)
を用い、ラミネート膜13.14には厚み数μmのプラ
スチックフィルム(例えばPET樹脂樹脂2犀 オレフィン系多孔膜の音響インピーダンスは約1 、8
 X 1 05N S / nfであり、I MHzに
おける超音波減衰は約adB/flと小さい。音速は約
eo。
m / sであり、1MH2におけるハ波長厚は約16
0μmとなる。また、ハイボア200oに内包される気
孔の空孔率は約70%であり、その平均孔径は0.15
μmであり、空孔率は高く、気孔の直径は極めて小さい
ラミネート膜13.14の厚みが極めて薄いため、ラミ
ネート膜1 3 、 1 4i有したポリオレフィン系
多孔膜の音響特性もラミネート膜のない場合と殆んど変
化しない。一方、圧電振動子10から空中に超音波を放
射する場合に1層の音響整合層として望ましい音響イン
ピーダンスは約1.1×105 N37mであり、この
場合、超音波送受波器としての送受波感度は向上する。
本実施例におけるラミネート膜13.14を有する高分
子多孔膜12の音響インピーダンスは従来のシリコーン
ゴムなどよりはるかに小さく、かつ音響整合層として望
ましい値に近い特性になる。
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6dB向上し
ていることが分る。
以上の実施例から明らかなように、本実施例によれば密
度の小さいポリオレフィン樹脂を用い相分離法によって
多孔化された高分子多孔膜12とその両面にラミネート
膜1 3 、 1 4’i設けた構造による音響整合層
を有することによシ送受波感度が向上した高感度の超音
波送受波器を実現することができる。
また、本実施例は少なくとも圧電振動子10側にラミネ
ート膜13を設けることにより、多孔性高分子膜12の
圧電撮動子1oへの接着時に接着感度な送受波感度を維
持できるとともに製造時の特性のバラツキ全低減できる
更に多孔性高分子膜12の圧電振動子10と反対側の主
面にラミネート膜14を設けることにより、空気中のほ
こりなどがその表面に吸着されることなく、また外力に
よって多孔性高分子膜120表面や周辺部が部分的に剥
離きれることもない。
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。
本実施例は前記第1の実施例のラミネート膜13と圧電
振動子1oとの間に第1の整合層17を設け、高分子多
孔膜12i第2の整合層としたものである。
本実施例においては第1整合層として音響インピーダン
スが約3X 1 0’  N S/vfのエポキシ樹脂
を、厚みに波長部とし、第2整合層である高分子多孔膜
12としては第1の実施例と同様にポリオレフィン系多
孔性高分子膜を用いる。
このような構造による超音波送受波器動作は第1の実施
例と全く同様であり、高感度の送受波特性を有する。
更に、二層の音響整合層構造により、周波数帯域特性が
向上し、パルス応答特性がよくなり、距離分解能のよい
超音波送受波器となる。
以上の実施例において、高分子多孔膜12の両面に設け
たラミネート膜13.14の内、超音波を空中に放射す
る側の一面のラミネート膜14は特になくてもよいが、
このラミネート膜14により、湿気の浸透などを防ぎ保
護膜として高分子多孔膜12の経時変化を防止できる。
なお、本実施例ではラミネート膜13.14として、高
分子多孔膜12と異なる材料を用いたが、これは高分子
多孔膜12と同じ材料を用いてもよい。例えば、ポリエ
チレン系高分子多孔膜において、片面、或いは両面を熱
溶融や、溶剤などにより、薄くラミネート化することが
できる。この場合も、先の実施例と全く同様の効果が得
られる。
更に、本実施例において、圧電振動子は平板型を用いて
いるが、これは凹面振動子や凹面振動子など他の形状の
振動子を用いてもよい。また厚み振動以外の他の振動モ
ードを使用してもよい。
発明の効果 以上のよう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%波長の厚さの高分子多孔膜と、その片
面、或いは両面にラミネート膜を設けた構造からなる音
響整合層を圧電振動子の音響整合層として用いることに
より、従来の微少中空球を高分子材料に混合した複合材
を音響整合層として用いた超音波送受波器に比べて送受
波感度を向上させることが出来る。
更に、ラミネート膜によって音響整合層の接着を行う場
合の接着剤の高分子多孔膜への浸透を防ぐことができ、
送受波感度の低下や、製造時の特性のバラツキを低減で
きる。
【図面の簡単な説明】
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
感度の計算の1例を示す図、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図は従来の
超音波送受波器の断面図であ壱・ 1o・・・・・・圧電振動子、11・・・・・・超音波
放射面、12・・・・・・多孔性高分子膜、13,14
・・・・・・ラミネート膜、15・・・・・・バッキン
グ材、16・・・・・・気孔。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図   <o−F−釦勧ト ff−、[會濱飲術面 f2−一ケ孔狂高分)狭 f3.t4’−−7Sネート■( f5−−−)fづ千ンフ゛杆 ず6−−−気孔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧電振動子と、前記圧電振動子の一主面に直接ま
    たは他の層を介して設けられた音響整合層とを備え、前
    記音響整合層が、少なくとも圧電振動子側の表面にラミ
    ネート膜を有する高分子多孔膜であることを特徴とする
    超音波送受波器。
  2. (2)高分子多孔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)高分子多孔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)ラミネート膜が高分子多孔膜と異なる材料からな
    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。
JP1015785A 1985-01-22 1985-01-22 超音波送受波器 Granted JPS61169100A (ja)

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