JPH0510879B2 - - Google Patents
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- JPH0510879B2 JPH0510879B2 JP6536684A JP6536684A JPH0510879B2 JP H0510879 B2 JPH0510879 B2 JP H0510879B2 JP 6536684 A JP6536684 A JP 6536684A JP 6536684 A JP6536684 A JP 6536684A JP H0510879 B2 JPH0510879 B2 JP H0510879B2
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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)
Description
産業上の利用分野
本発明は空気中に存在する対象物までの距離や
対象物の形状等を超音波信号の送受信によつて測
定する装置等に用いられる超音波送受波器に関す
るものである。 従来例の構成とその問題点 圧電振動子を用いて送受波感度の高い空中超音
波送受波器を構成するために本発明者はエポキシ
樹脂、シリコーン樹脂等の高分子材料を母体と
し、熱膨張性微小中空球（以下熱膨張性バルーン
と呼ぶ）を混合した複合材を音響整合層とする超
音波送受波器を提案した。上記熱膨張性バルーン
は塩化ビニリデン共重合体等のプラスチツク材料
から成る微小中空球の内部に炭化水素等の気体を
内包したものである。この音響整合層を製作する
方法として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の
高分子材料を母材として熱膨張性バルーンを混合
したのち、その複合材を加熱することにより上記
複合材中の熱膨張性バルーンを膨張させて音響整
合層材料とする方法と、前もつて加熱膨張させた
熱膨張性バルーンを上記高分子母材に混合した複
合材を音響整合層材料とする方法が提案されてい
るがこれらの方法によつて得られる整合層材料の
音速はおよび400〜500ｍ／Ｓであり音速が小さい
ため、高い周波数の超音波送受波器用整合層とし
て上記複合材を用いる場合、整合層厚さが薄くな
り製作が極めて困難となる。即ち超音波送受波器
用音響整合層の厚さは整合層を伝播する超音波の
波長のほぼ1/4となるように選ばれるので例えば
動作周波数を1MHzとすると整合層厚さは0.1〜
0.125mmとなり、上記整合層材料を用いて、この
ような厚さの薄膜を製作することは極めて困難で
ある。また従来、球殻がガラスから成る微小中空
球（以下ガラスバルーンと呼ぶ）をエポキシ樹
脂、シリコーン樹脂等の高分子材料に混合した複
合材を音響整合層材料として用いる事が考えられ
ている。上記複合材の音速は1200〜1500〔ｍ／Ｓ〕
程度であり、この複合材を例えば1MHz用超音波
送受波器の音響整合層材料として用いるとき整合
層厚さは0.30〜0.375mm程度度になるため整合層
の製作は容易になるが、一方複合材の比重は約
0.7〜0.8となるため音響インピーダンスは（0.84
〜1.2）×106〔Ｎ・Ｓ／m3〕程度の値を有し、本発
明者が先に提案した熱膨張性バルーン複合材の音
響インピーダンス0.3×106〔Ｎ・Ｓ／m3〕に比べ
て約３〜４倍の大きさになり、送受波感度は低下
する。 発明の目的 本発明は空中超音波送受波器用音響整合層材料
として提案されているエポキシ樹脂、シリコーン
樹脂等の高分子材料を母材として熱膨張性バルー
ンを混合した複合材を整合層として用いた超音波
送受波器とほぼ同等の送受波感度を有し、かつ音
速の大きい、従つて整合層厚さが厚く製作の容易
な音響整合層材料を用いた超音波送受波器を得る
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になされたも
のでエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の高分子材
料を母材とし、第一のフイラーとして熱膨張性微
小中空球を用い、第２のフイラーとして前記熱膨
張性微小中空球よりも大きい弾性率の球殻を有す
る微小中空球を少なくとも１種類混合した複合材
を音響整合層として用いた超音波送受波器を提供
するものである。 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１図に本発明の一実施例における超音波送
受波器の断面図を示す。 図において１は超音波の送受波を行う圧電振動
子、２は音響整合層、３は必要に応じて設けられ
る背面負荷材であり、音響整合層２は圧電振動子
１の超音波放射面４に接着されており、背面負荷
材３はフエライトゴムなどで構成され圧電振動子
１の背面５に接着されている。 本実施例において音響整合層２は、シリコーン
ゴムを母材とし、第１のフイラーとして熱膨張性
バルーン、第２のフイラーとしてガラスバルーン
を混合した複合材から成つている。 ここで第１のフイラーである熱膨張性バルーン
は例えば塩化ビニリデン共重合体のような高分子
材料からなる球殻内部に、例えば低沸点炭化水素
のような熱膨張性気体を内包したもので、第２の
フイラーであるガラスバルーンは中空状のガラス
球殻内に気体を封入したものである。 本実施例において音響整合層に用いたシリコー
ンゴム母材、熱膨張性バルーン、ガラスバルーン
の比重はそれぞれ1.0，0.04，0.3である。また第
１のフイラーである熱膨張性バルーンの球殻を構
成する高分子材料の弾性率（ヤング率）は約４×
109〔Ｎ／m2〕、一方第２のフイラーであるガラス
バルーンの球殻を構成するガラスの弾性率は約５
×1010〔Ｎ／m2〕であり、第１のフイラーの値に
比べ10倍以上大きい。 そこで第１、第２のフイラーである熱膨張性バ
ルーン、ガラスバルーンの混合重量比率を、それ
ぞれr1，r2とし、r1，r2の組合わせの異なる二種
類（No.１，２）の複合材を試作した。 この複合材の比重ρ、音速ｖおよび音響インピ
ーダンスＺの実測結果を第１表に示す。
対象物の形状等を超音波信号の送受信によつて測
定する装置等に用いられる超音波送受波器に関す
るものである。 従来例の構成とその問題点 圧電振動子を用いて送受波感度の高い空中超音
波送受波器を構成するために本発明者はエポキシ
樹脂、シリコーン樹脂等の高分子材料を母体と
し、熱膨張性微小中空球（以下熱膨張性バルーン
と呼ぶ）を混合した複合材を音響整合層とする超
音波送受波器を提案した。上記熱膨張性バルーン
は塩化ビニリデン共重合体等のプラスチツク材料
から成る微小中空球の内部に炭化水素等の気体を
内包したものである。この音響整合層を製作する
方法として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の
高分子材料を母材として熱膨張性バルーンを混合
したのち、その複合材を加熱することにより上記
複合材中の熱膨張性バルーンを膨張させて音響整
合層材料とする方法と、前もつて加熱膨張させた
熱膨張性バルーンを上記高分子母材に混合した複
合材を音響整合層材料とする方法が提案されてい
るがこれらの方法によつて得られる整合層材料の
音速はおよび400〜500ｍ／Ｓであり音速が小さい
ため、高い周波数の超音波送受波器用整合層とし
て上記複合材を用いる場合、整合層厚さが薄くな
り製作が極めて困難となる。即ち超音波送受波器
用音響整合層の厚さは整合層を伝播する超音波の
波長のほぼ1/4となるように選ばれるので例えば
動作周波数を1MHzとすると整合層厚さは0.1〜
0.125mmとなり、上記整合層材料を用いて、この
ような厚さの薄膜を製作することは極めて困難で
ある。また従来、球殻がガラスから成る微小中空
球（以下ガラスバルーンと呼ぶ）をエポキシ樹
脂、シリコーン樹脂等の高分子材料に混合した複
合材を音響整合層材料として用いる事が考えられ
ている。上記複合材の音速は1200〜1500〔ｍ／Ｓ〕
程度であり、この複合材を例えば1MHz用超音波
送受波器の音響整合層材料として用いるとき整合
層厚さは0.30〜0.375mm程度度になるため整合層
の製作は容易になるが、一方複合材の比重は約
0.7〜0.8となるため音響インピーダンスは（0.84
〜1.2）×106〔Ｎ・Ｓ／m3〕程度の値を有し、本発
明者が先に提案した熱膨張性バルーン複合材の音
響インピーダンス0.3×106〔Ｎ・Ｓ／m3〕に比べ
て約３〜４倍の大きさになり、送受波感度は低下
する。 発明の目的 本発明は空中超音波送受波器用音響整合層材料
として提案されているエポキシ樹脂、シリコーン
樹脂等の高分子材料を母材として熱膨張性バルー
ンを混合した複合材を整合層として用いた超音波
送受波器とほぼ同等の送受波感度を有し、かつ音
速の大きい、従つて整合層厚さが厚く製作の容易
な音響整合層材料を用いた超音波送受波器を得る
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になされたも
のでエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の高分子材
料を母材とし、第一のフイラーとして熱膨張性微
小中空球を用い、第２のフイラーとして前記熱膨
張性微小中空球よりも大きい弾性率の球殻を有す
る微小中空球を少なくとも１種類混合した複合材
を音響整合層として用いた超音波送受波器を提供
するものである。 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１図に本発明の一実施例における超音波送
受波器の断面図を示す。 図において１は超音波の送受波を行う圧電振動
子、２は音響整合層、３は必要に応じて設けられ
る背面負荷材であり、音響整合層２は圧電振動子
１の超音波放射面４に接着されており、背面負荷
材３はフエライトゴムなどで構成され圧電振動子
１の背面５に接着されている。 本実施例において音響整合層２は、シリコーン
ゴムを母材とし、第１のフイラーとして熱膨張性
バルーン、第２のフイラーとしてガラスバルーン
を混合した複合材から成つている。 ここで第１のフイラーである熱膨張性バルーン
は例えば塩化ビニリデン共重合体のような高分子
材料からなる球殻内部に、例えば低沸点炭化水素
のような熱膨張性気体を内包したもので、第２の
フイラーであるガラスバルーンは中空状のガラス
球殻内に気体を封入したものである。 本実施例において音響整合層に用いたシリコー
ンゴム母材、熱膨張性バルーン、ガラスバルーン
の比重はそれぞれ1.0，0.04，0.3である。また第
１のフイラーである熱膨張性バルーンの球殻を構
成する高分子材料の弾性率（ヤング率）は約４×
109〔Ｎ／m2〕、一方第２のフイラーであるガラス
バルーンの球殻を構成するガラスの弾性率は約５
×1010〔Ｎ／m2〕であり、第１のフイラーの値に
比べ10倍以上大きい。 そこで第１、第２のフイラーである熱膨張性バ
ルーン、ガラスバルーンの混合重量比率を、それ
ぞれr1，r2とし、r1，r2の組合わせの異なる二種
類（No.１，２）の複合材を試作した。 この複合材の比重ρ、音速ｖおよび音響インピ
ーダンスＺの実測結果を第１表に示す。
【表】
上記実測結果から分るように第２のフイラーで
あるガラスバルーンの重量比率r2を大きくするこ
とにより、複合材の音速ｖを大きくすることが可
能となり、従つて整合層材料として用いる場合
に、厚さをより厚く設定でき、整合層の製作が容
易になる。即ちNo.２のサンプルを用いると動作周
波数1MHzの超音波送受波器用整合層厚さは0.155
mmとなり、フイラーとして熱膨張性バルーンのみ
を混合した整合層材料に比べて24〜55％厚くする
ことができる。また本実施例の整合層材料あるい
は従来の整合層材料を用いて一層整合層構造1M
Hz超音波送受波器を構成したときの送受波感度の
シミユレーシヨン結果を第２図に示す。 第２図において曲線６，７，８はそれぞれ本実
施例の整合層材料Ａを用いた場合、熱膨張性バル
ーンのみをフイラーとした整合層材料Ｂを用いた
場合、ガラスバルーンをフイラーとした整合層材
料Ｃを用いた場合でありシミユレーシヨンに用い
た各定数は第２表に示す値を用いた。αは材料の
超音波減衰を示す。
あるガラスバルーンの重量比率r2を大きくするこ
とにより、複合材の音速ｖを大きくすることが可
能となり、従つて整合層材料として用いる場合
に、厚さをより厚く設定でき、整合層の製作が容
易になる。即ちNo.２のサンプルを用いると動作周
波数1MHzの超音波送受波器用整合層厚さは0.155
mmとなり、フイラーとして熱膨張性バルーンのみ
を混合した整合層材料に比べて24〜55％厚くする
ことができる。また本実施例の整合層材料あるい
は従来の整合層材料を用いて一層整合層構造1M
Hz超音波送受波器を構成したときの送受波感度の
シミユレーシヨン結果を第２図に示す。 第２図において曲線６，７，８はそれぞれ本実
施例の整合層材料Ａを用いた場合、熱膨張性バル
ーンのみをフイラーとした整合層材料Ｂを用いた
場合、ガラスバルーンをフイラーとした整合層材
料Ｃを用いた場合でありシミユレーシヨンに用い
た各定数は第２表に示す値を用いた。αは材料の
超音波減衰を示す。
【表】
第２図から分るように本発明の整合層材料を用
いたとき（曲線６）は、ガラスバルーンをフイラ
ーした時（曲線８）と比べてピーク感度は約６
dB高いが、熱膨張性バルーンをフイラーとした
時（曲線７）に比べると約2dB低いだけである。
このように本実施例の複合材を音響整合層材料と
して用いることにより送受波感度を大幅に低下さ
せることなしに、厚い整合層厚材料を得ることが
できるので整合層の製作が容易になる。 なお本発明の第１のフイラーとしては熱膨張性
気体を球殻内に封入した熱膨張性微小中空球が用
いられ、また第２のフイラーとしては前記熱膨張
性微小中空球の球殻を構成する材料の弾性率より
大きい弾性率を有する材料で構成された球殻から
なる微小中空球が用いられる。微小中空球は複数
種混合しても良い。従つて第２のフイラーとして
は前記実施例に示したガラスバルーンの代りにカ
ーボンバルーンを用いることもでき、またガラス
バルーンとカーボンバルーンを同時に用いても良
い。 発明の効果 以上要するに本発明は、エポキシ樹脂、シリコ
ーン樹脂等の高分子材料を母材とし、第１のフイ
ラーとして熱膨張性微小中空球を用い、第２のフ
イラーとして前記熱膨張性微小中空球よりも大き
い弾性率の球殻を有する微小中空球を数なくとも
１種類用い、母材にこれらを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を提供する
もので、送受波感度を大幅に低下させることなく
音速の大きい音響整合層を得ることができるので
高周波空中超音波送受波器の整合層の製作を容易
に行なうことが可能となる。
いたとき（曲線６）は、ガラスバルーンをフイラ
ーした時（曲線８）と比べてピーク感度は約６
dB高いが、熱膨張性バルーンをフイラーとした
時（曲線７）に比べると約2dB低いだけである。
このように本実施例の複合材を音響整合層材料と
して用いることにより送受波感度を大幅に低下さ
せることなしに、厚い整合層厚材料を得ることが
できるので整合層の製作が容易になる。 なお本発明の第１のフイラーとしては熱膨張性
気体を球殻内に封入した熱膨張性微小中空球が用
いられ、また第２のフイラーとしては前記熱膨張
性微小中空球の球殻を構成する材料の弾性率より
大きい弾性率を有する材料で構成された球殻から
なる微小中空球が用いられる。微小中空球は複数
種混合しても良い。従つて第２のフイラーとして
は前記実施例に示したガラスバルーンの代りにカ
ーボンバルーンを用いることもでき、またガラス
バルーンとカーボンバルーンを同時に用いても良
い。 発明の効果 以上要するに本発明は、エポキシ樹脂、シリコ
ーン樹脂等の高分子材料を母材とし、第１のフイ
ラーとして熱膨張性微小中空球を用い、第２のフ
イラーとして前記熱膨張性微小中空球よりも大き
い弾性率の球殻を有する微小中空球を数なくとも
１種類用い、母材にこれらを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を提供する
もので、送受波感度を大幅に低下させることなく
音速の大きい音響整合層を得ることができるので
高周波空中超音波送受波器の整合層の製作を容易
に行なうことが可能となる。
第１図は本発明の一実施例における超音波送受
波器の構成を示す断面図、第２図は送受波感度の
シミユレーシヨン結果を示す図である。 １……圧電振動子、２……音響整合層、３……
背面負荷材、４……圧電振動子の超音波放射面、
５……圧電振動子の背面。
波器の構成を示す断面図、第２図は送受波感度の
シミユレーシヨン結果を示す図である。 １……圧電振動子、２……音響整合層、３……
背面負荷材、４……圧電振動子の超音波放射面、
５……圧電振動子の背面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超音波の送受波を行う圧電振動子と、前記圧
電振動子の音波放射面に設けられた音響整合層と
を備え、前記音響整合層が、合成樹脂中に第１の
フイラーとして熱膨張性微小中空球を、第２のフ
イラーとして少なくとも１種類の微小中空球を混
合した複合材からなり、前記微小中空球の球殻を
構成する材料の弾性率を、熱膨張性微小中空球の
球殻を構成する材料の弾性率より大きくしたこと
を特徴とする超音波送受波器。 ２ 第２のフイラーである微小中空球が、ガラス
バルーン、カーボンバルーンの少なくとも一方を
含む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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065366A JPS60208200A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065366A JPS60208200A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60208200A JPS60208200A (ja) | 1985-10-19 |
| JPH0510879B2 true JPH0510879B2 (ja) | 1993-02-10 |
Family
ID=13284892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59065366A Granted JPS60208200A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60208200A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2634161B2 (ja) * | 1986-10-20 | 1997-07-23 | 株式会社 村田製作所 | 空中超音波トランスジユーサの製造方法 |
| JPS63103993A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-09 | Murata Mfg Co Ltd | 空中超音波トランスジユ−サ |
| US5410205A (en) * | 1993-02-11 | 1995-04-25 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic transducer having two or more resonance frequencies |
| US5434827A (en) * | 1993-06-15 | 1995-07-18 | Hewlett-Packard Company | Matching layer for front acoustic impedance matching of clinical ultrasonic tranducers |
| US5460181A (en) * | 1994-10-06 | 1995-10-24 | Hewlett Packard Co. | Ultrasonic transducer for three dimensional imaging |
| JP4329490B2 (ja) * | 2003-10-27 | 2009-09-09 | 株式会社村田製作所 | 音響整合層 |
| KR101438391B1 (ko) * | 2012-12-14 | 2014-09-05 | 주식회사 힐세리온 | 초음파 프로브 덮개 및 이를 이용한 초음파 프로브 테스트 방법 및 초음파 진단 시스템 |
-
1984
- 1984-04-02 JP JP59065366A patent/JPS60208200A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60208200A (ja) | 1985-10-19 |
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