JPS6261500A - 超音波探触子 - Google Patents

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、各種の測定器等に用いられる超音波探触子に
関する。

〈発明の概要〉 本発明による超音波探触子は、−面側に音響吸収体が設
けられた圧電振動子の他面側に設けられる音響整合層を
３層にするとともに、これら３曙のうち前記圧電振動子
に接している層（整合層）をアルミニウムによって構成
し、これにより帯域を広げることができるとともに１外
乱ノイズの影響を受けＫくくすることができ、さらにＩ
ＯＭＨｚ以上の高域超音波周波数で発撮させるもののよ
うに厚さが薄いものでも外部からの衝撃に対して破壊さ
れにくくすることができるようにしたものである。

〈従来の技術〉 各種の測定器等に用いられる超音波探触子は、電圧を印
加されたときに発振する圧電振動子と、この圧電振動子
の裏面に設けられ、この圧電振動子の保持体となる音響
吸収体と、前記圧電振動子の表面に設けられ、この圧電
振動子と被測定物とを音響的にマツチングさせる音響整
合層とを備えて構成されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところでこのような超音波探触子において用いられてい
る従来の音響整合層は、約８０μｍの厚さを持つガラス
と約３０μｍの厚さを持つエポキシ樹脂とを重ね合せた
シ、これらのいずれか一方だけを用いたりしたものであ
るため、次に述べるような欠点があった。

（イ）音響整合層が１層または２層であるため、効率良
く帯域を広げることができない。

（ロ）　超音波探触子の前面（表面）をシールドしにく
いため、外乱ノイズの影響を受は易い。

七９１０　ＭＨｚ以上の超音波探触子では、圧電振動子
および音響整合層が、共に薄くなるため機械的強度を強
くすることができない。

本発明は上記の点に鑑み、効率良く帯域を広げることが
できるとともに１外乱ノイズの影響を受けＫ＜くするこ
とができ、さらＫその機械的強度を強くすることができ
る超音波探触子を提供することを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 上記問題点を解決するため本発明による超音波探触子は
、圧電振動子と、この圧電振動子の一面側に形成される
音響整合層と、前記圧電振動子の他面側に形成される音
響吸収体とを備えた超音波探触子において、前記音響整
合層が３層の整合層からなり、かつこれら各整合層のう
ち前記圧電振動子に接している整合層をアルミニウムに
したことを特徴としている。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図において矢印入方向から見た矢視図である。

これらの図に示す超音波探触子は、浅い領域を検査する
場合には高い周波数で発振させてその分解能を向上させ
、また深い領域を検査する場合には低い周波数で発振さ
せて深部領域を検査し得るように、その帯域を広くした
ものであり、アレイ状に配置された圧電振動子ｌと、こ
の圧電振動子１の前面（上面）Ｋ設けられる音響整合層
１１と、この音響整合層１１の前面に設けられる音響レ
ンズ８と、前記圧電振動子１の下面に設けられる音響吸
収体９とを備えて構成されている。

各圧電振動子１は、各々縦振動における電気機械結合係
数が０．６〜０．７で、かつ音響インピーダンスが２８
〜３５　Ｘ　１０’（ＭＫＳ）のＰＺＴＫよって構成さ
れるものであシ、これら各圧電振動子１の上面および下
面には電極２，３が各々形成されている。

電極２．３は、各々前記圧電振動子１の上面および下面
に金などをスパッタリング形成したり、銀ペーストを焼
付は九υして形成し友ものであシ、複数の間隙１０によ
って各圧電振動子１毎に、電気的にも、機械的にも互い
に分離されている。

この場合、この間［１０は前記第１整合層５ｔ−前記圧
電振動子１に半田付けした後で、ダイシングリ−によシ
形成される。なお、この間隙１０は％振動子を構成した
後、これらをアレー状に配置するようＫして形成しても
良い。

また、前記音響整合層１１は前記圧電振動子１と被検査
物との間の音響インピーダンスをマツチングさせる等の
機能を持つものであシ、第１整合層５と、第２整合層６
と、第３整合層７とを備えて構成されている。

第１整合層５は第３図を参照して詳細に説明すると前記
圧電振動子ＩＫよって得られる周波数の１７４波長の厚
さを持つアルミニウムからなる膚であシ、その下面側は
保護層５ａｓ半田層５ｂを介して前記圧電振動子ＩＫ接
着されている。

この場合、これら保ｆｌｉｌｉｔ５１Ｌ、半田層５ｂは
この第１整合層５の表面が、通常酸化アルミニウム（Ａ
ｌｚＯｓ）によって覆われ、通常の半田付けでは、この
第１整合層５を前記電極２に接着することができないた
めに設けられるものであシ、次に述べるような工程によ
って形成される。

まず、逆スパッタリングによって第１整合層５の下面に
形成された酸化アルミニウムを除去する。

次いで、前記第１整合層５の下面に半田付けし易く、か
つ酸化しくくい金属（例えば、金、銅あるいはニッケル
等）によって保護膜５ａをスパッタリング形成し、この
後この保ｆｌｌ［５ａの下面または前記電極２の上面の
少なくともいずれか一方に半田メッキを施す。次いで、
前記電極２の上面に第１１ｉ合層５を重ね、これらを加
熱圧着することによって、これら電極２と第１整合層５
の保護層５ａとの間に半田層５ｂを生成させ、この半田
層５ｂによってこれらを接着する。

また、前記第１整合Ｎ５の上には第２整合層６が接着さ
れている。

第２整合層６は、前記第１整合層５とほぼ同じ厚さくｌ
／４波長の厚さ）を持つ層であシ、タングステン、ある
いは酸化金属の粉末を混入させることにより、その音響
インピーダンスを５．５〜６．５Ｘ　１０＠（ＭＫＳ　
）の範囲に増大させたエポキシ樹脂等によって構成され
ている。

また、この第２！Ｉ合層６上に接着される第３整合層７
は前記第１整合層５とほぼ同じ厚さく１７４波長の厚さ
）を持つものであり、音響インピーダンスが２．０〜３
．０Ｘ１０’（ＭＫＳ）の範囲にあるもの、例えばポリ
エチレンあるいはポリスチレン等によって構成され、そ
の上面には音響レンズ８が接着されている。

また前記音響吸収体９は、前記圧電振動子１の振動を吸
収するためのものであり、フェライトゴム等によって構
成されている。

またこの超音波探触子においては、電極２からリード線
を引き出す場合には、第１整合層５をリード線として兼
用して用い、また電極３からリード線を引き出す場合に
は、リード線４を用いるようになっている。

このようにこの実施例においては、音響整合層１１を３
層にし、かつこれら各層のうち圧電振動子ｌに接着され
る層をアルミニウムによって構成したので、第４図の特
性曲線Ｐ３に示す如く１１幾合の場合における特性曲線
Ｐ１および２Ｒｉ整合の場合における特性面１１Ｐ２に
比べて帯域を広くすることができる。

なおこの場合、横軸は規格化周波数を示し、縦軸は２０
　ｌｏｇ　（受信電圧／送信電圧）を示している。ただ
し、この縦軸の値は、規格化周波数が１．０のときにお
ける１１整合層の超音波探触子の２０１ｏｇ　（受信電
圧／送信電圧）を°Ｏ″としたときの相対値である。

またこの実施例においては第１整合層５をアルミニウム
によって構成しているので、この第１整合層５によって
前面（第１図〜第３図においては上面）から入ってぐる
外乱ノイズを防ぐことができ、これによってこの超音波
探触子で受信波を解析したとき画像がみだれないように
することができる０ また、第１整合層５をアルミニウムによって構成してい
るので、従来のもの、つまシガラスや墨ポキシ等を用い
たものよυもその機械的強度を強くすることができる。

これによって１０ＭＨｚ以上で発振させるものなどのよ
りに圧電振動子および音響整合層の厚さが薄いものでも
外部からの価基に強いもＯＫすることができる。

さらにこの実施例においては、第１整合層５と圧電振動
子１とを半田付けによって接着するようにしているので
、第５図の表に示す如く、従来のもののように樹脂系の
接着剤を使用した場合に比べて第１整合層５の音響イン
ピーダンスにより近くすることができるとともに、第１
整合層５と電極２とを電気的に接続することができるの
で、接着による感度損失や帯域上の損失を極めて少なく
することができる。

また上述した実施例においては、圧電振動子１をアレー
状に配置した超音波探触子金側にとって本発明を説明し
たが、本発明はこのような超音波探触子の他にも圧電振
動子が１つの超音波探触子や、複数の圧電振動子が円環
状に配列された超音波探触子にも適用することができる
。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、効率良く帯域を広
げることができるとともに、外乱ノイズの影響を受けに
くくすることができ、さらにその機械的強度を強くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１因は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の矢印入方向から見た場合の矢視図、第３図は同実
施例の詳細な部分拡大斜視図、第４図は同実施例の効果
を説明するための特性因、第５図は同実施例の他の効果
を説明するための表を示す図である。 １・・・圧電振動子、５〜７・・・整合層、９・・・音
響吸収体、１１・・・音響整合層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動子と、この圧電振動子の一面側に形成さ
   れる音響整合層と、前記圧電振動子の他面側に形成され
   る音響吸収体とを備えた超音波探触子において、前記音
   響整合層が３層の整合層からなり、かつこれら各整合層
   のうち前記圧電振動子に接している整合層をアルミニウ
   ムにしたことを特徴とする超音波探触子。
2. （２）前記圧電振動子は、複数の振動子がアレー状に配
   置されたものである特許請求の範囲第１項記載の超音波
   探触子。
3. （３）前記圧電振動子は、１個の振動子である特許請求
   の範囲第１項記載の超音波探触子。
4. （４）前記各整合層のうち前記圧電振動子に接している
   整合層は、逆スパッタリングによつてその表面の酸化膜
   が除かれたのち、半田付けし易くするための酸化しにく
   い金属膜をスパッタリングして前記圧電振動子に半田付
   けされている特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の
   超音波探触子。