JPH0653564A - 超音波トランスデューサ - Google Patents
超音波トランスデューサInfo
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- JPH0653564A JPH0653564A JP5072578A JP7257893A JPH0653564A JP H0653564 A JPH0653564 A JP H0653564A JP 5072578 A JP5072578 A JP 5072578A JP 7257893 A JP7257893 A JP 7257893A JP H0653564 A JPH0653564 A JP H0653564A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 位相非依存型、高感度で広い周波数帯域に
亘って作動可能な超音波トランスデューサ、超音波探傷
装置等を提供する。 【構成】 ＺｎＯ単結晶を音響電気効果超音波検出素
子として備える超音波トランスデューサ等である。Ｚｎ
Ｏ単結晶の電気伝導度が、１０-8〜１０-2Ω-1・ｃｍ-1
である。
亘って作動可能な超音波トランスデューサ、超音波探傷
装置等を提供する。 【構成】 ＺｎＯ単結晶を音響電気効果超音波検出素
子として備える超音波トランスデューサ等である。Ｚｎ
Ｏ単結晶の電気伝導度が、１０-8〜１０-2Ω-1・ｃｍ-1
である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波トランスデュー
サ、超音波装置（デバイス）、超音波検出装置及び超音
波探傷装置に係り、また、超音波エネルギーを電気信号
に変換する方法及び超音波を検出する方法にも関するも
のである。
サ、超音波装置（デバイス）、超音波検出装置及び超音
波探傷装置に係り、また、超音波エネルギーを電気信号
に変換する方法及び超音波を検出する方法にも関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による超音波検出トランスデュ
ーサは圧電素子を利用したものであるため超音波の位相
に依存する性質を有していた。このような位相依存型の
超音波検出トランスデューサでは、トランスデューサ内
に入射した超音波信号の位相平均値を電気信号に変換す
る機能を有している。このため、出力信号がトランスデ
ューサに入射した超音波の位相平均値に比例するため、
超音波信号の位相シフトや変調により影響を受け、従っ
て誤った出力を与える場合があるという欠点があった。
ーサは圧電素子を利用したものであるため超音波の位相
に依存する性質を有していた。このような位相依存型の
超音波検出トランスデューサでは、トランスデューサ内
に入射した超音波信号の位相平均値を電気信号に変換す
る機能を有している。このため、出力信号がトランスデ
ューサに入射した超音波の位相平均値に比例するため、
超音波信号の位相シフトや変調により影響を受け、従っ
て誤った出力を与える場合があるという欠点があった。
【０００３】このような従来型の検出トランスデューサ
は形状・材質が単純な被検査物でのパルスエコー型もし
くは透過型での超音波検査においてのみ正確な情報を与
えるものであった。しかし、近年では形状・材質の上で
より複雑な被検査物や医療分野への適用が望まれている
ことは言うまでもない。このような分野への応用に対し
ては、従来型の位相依存型の超音波トランスデューサで
は、位相シフトがある場合や超音波の変調がある場合に
は不適当である。
は形状・材質が単純な被検査物でのパルスエコー型もし
くは透過型での超音波検査においてのみ正確な情報を与
えるものであった。しかし、近年では形状・材質の上で
より複雑な被検査物や医療分野への適用が望まれている
ことは言うまでもない。このような分野への応用に対し
ては、従来型の位相依存型の超音波トランスデューサで
は、位相シフトがある場合や超音波の変調がある場合に
は不適当である。
【０００４】このような要請に従って音響電気効果素子
としてＣｄＳを用いたトランスデューサが提案されてい
る（米国特許第４１９５２２４号及び関連論文 「Ｐｈ
ａｓｅ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｃｏｕｓｔｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」発明者：Ｊｏｓ
ｅｐｈ Ｆ．Ｈａｙｍａｎ，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏ
ｃ．Ａｍ．６４（１），Ｊｕｌｙ １９７８）。これら
の引用文献の中には更にその他の公知技術情報を引用し
ており、圧電半導体中での超音波の伝搬と吸収の技術内
容が記載されている。これらの文献の中で、ＣｄＳは光
励起された電荷により、光伝導性を有するトランスデュ
ーサとして応用できることが記載されている。
としてＣｄＳを用いたトランスデューサが提案されてい
る（米国特許第４１９５２２４号及び関連論文 「Ｐｈ
ａｓｅ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｃｏｕｓｔｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」発明者：Ｊｏｓ
ｅｐｈ Ｆ．Ｈａｙｍａｎ，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏ
ｃ．Ａｍ．６４（１），Ｊｕｌｙ １９７８）。これら
の引用文献の中には更にその他の公知技術情報を引用し
ており、圧電半導体中での超音波の伝搬と吸収の技術内
容が記載されている。これらの文献の中で、ＣｄＳは光
励起された電荷により、光伝導性を有するトランスデュ
ーサとして応用できることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】光伝導性に依存した音
響電気効果型トランスデューサの大きなの欠点は光励起
用の光源が必要なことから、小型化が困難なこと、光源
部分の性能により安定した出力特性が得にくいことがあ
げられる。また、光源部分は電磁ノイズの原因ともな
る。
響電気効果型トランスデューサの大きなの欠点は光励起
用の光源が必要なことから、小型化が困難なこと、光源
部分の性能により安定した出力特性が得にくいことがあ
げられる。また、光源部分は電磁ノイズの原因ともな
る。
【０００６】これらの文献中には、ＣｄＳ結晶が結晶中
の自由電子による超音波エネルギーの吸収過程を通じて
超音波トランスデューサとして利用可能なことが示され
ている。しかし、またＣｄＳを利用するためには所望の
周波数での超音波吸収が最大となるように最適な温度・
時間条件でのアニールが必要となることが示されてい
る。このような装置（デバイス）は特性が特定の周波数
に対してのみ使用でき、また感度も低いことが予想され
る。
の自由電子による超音波エネルギーの吸収過程を通じて
超音波トランスデューサとして利用可能なことが示され
ている。しかし、またＣｄＳを利用するためには所望の
周波数での超音波吸収が最大となるように最適な温度・
時間条件でのアニールが必要となることが示されてい
る。このような装置（デバイス）は特性が特定の周波数
に対してのみ使用でき、また感度も低いことが予想され
る。
【０００７】本発明の背景を形成する他の先行技術につ
いては、本発明自体の説明に従って、以下で説明する。
本発明の目的は、位相不感型、非光伝導性、高感度、広
周波数帯域型の超音波トランスデューサを提供すること
にある。
いては、本発明自体の説明に従って、以下で説明する。
本発明の目的は、位相不感型、非光伝導性、高感度、広
周波数帯域型の超音波トランスデューサを提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ＺｎＯ単結
晶が光伝導性を持たず、結晶中の電荷が超音波との相互
作用を起こす圧電半導体として機能することを見出し
た。更に、ＺｎＯ単結晶はＣｄＳ結晶と比較して、超音
波吸収係数が大きく、特定の周波数に対する利用可能な
電導度幅も広く、超音波トランスデューサとして優れて
いる。また、ＺｎＯ単結晶は圧電半導体として適度なイ
ントリンシック電導度を示す。
晶が光伝導性を持たず、結晶中の電荷が超音波との相互
作用を起こす圧電半導体として機能することを見出し
た。更に、ＺｎＯ単結晶はＣｄＳ結晶と比較して、超音
波吸収係数が大きく、特定の周波数に対する利用可能な
電導度幅も広く、超音波トランスデューサとして優れて
いる。また、ＺｎＯ単結晶は圧電半導体として適度なイ
ントリンシック電導度を示す。
【０００９】ＺｎＯ結晶が半導体特性及び圧電性を有す
ることは知られているが、この材料が超音波エネルギー
を電気信号に変換する素子として使用できることは知ら
れていない。本発明者は、不純物制御、格子欠陥制御、
添加剤の最適化により電荷密度を制御して電気電導度を
適正値にしたＺｎＯ単結晶を用いることにより優れた特
性の超音波トランスデューサができることを見出した。
ることは知られているが、この材料が超音波エネルギー
を電気信号に変換する素子として使用できることは知ら
れていない。本発明者は、不純物制御、格子欠陥制御、
添加剤の最適化により電荷密度を制御して電気電導度を
適正値にしたＺｎＯ単結晶を用いることにより優れた特
性の超音波トランスデューサができることを見出した。
【００１０】また、ＺｎＯは従来の圧電型超音波トラン
スデューサとしても使用できることが知られている。例
えば、英国特許公開第２１５７０７５号明細書には、４
μｍ程度の厚さのＺｎＯ多結晶薄膜が記載されている。
また、特開昭５９−００３０９１号公報には、数種類の
ＺｎＯを含む化合物の単結晶の製造方法と圧電効果型超
音波トランスデューサへの適用について記載されている
が、ＺｎＯ結晶の、例えば純度や電気伝導度などに関す
るデータの記載はなく、もし適切な特性を持つ結晶がで
きたとしても音響電気効果素子への適用については何ら
言及されていない。
スデューサとしても使用できることが知られている。例
えば、英国特許公開第２１５７０７５号明細書には、４
μｍ程度の厚さのＺｎＯ多結晶薄膜が記載されている。
また、特開昭５９−００３０９１号公報には、数種類の
ＺｎＯを含む化合物の単結晶の製造方法と圧電効果型超
音波トランスデューサへの適用について記載されている
が、ＺｎＯ結晶の、例えば純度や電気伝導度などに関す
るデータの記載はなく、もし適切な特性を持つ結晶がで
きたとしても音響電気効果素子への適用については何ら
言及されていない。
【００１１】ソ連国特許発明第１６０６５４１号明細書
には、特定濃度のＬｉ不純物を添加し、水熱合成法によ
ってＺｎＯ単結晶を合成する方法、及び酸素イオンのイ
オンインプランテーションにより結晶表面に電気伝導度
１０11Ω・ｃｍの高抵抗層を０．５〜８０μｍの厚さに
形成する方法が記載されている。また、この明細書に
は、この材料が「光学的」応用及び「音響エレクトロニ
クス」応用、すなわち広帯域超音波トランスデューサに
使用できることが記載されているが、この明細書で記載
されている高抵抗表面層の存在下では、電気伝導度に強
く依存する音響電気効果が起きることは期待できず、本
発明に対する先行技術とはなり得ない。
には、特定濃度のＬｉ不純物を添加し、水熱合成法によ
ってＺｎＯ単結晶を合成する方法、及び酸素イオンのイ
オンインプランテーションにより結晶表面に電気伝導度
１０11Ω・ｃｍの高抵抗層を０．５〜８０μｍの厚さに
形成する方法が記載されている。また、この明細書に
は、この材料が「光学的」応用及び「音響エレクトロニ
クス」応用、すなわち広帯域超音波トランスデューサに
使用できることが記載されているが、この明細書で記載
されている高抵抗表面層の存在下では、電気伝導度に強
く依存する音響電気効果が起きることは期待できず、本
発明に対する先行技術とはなり得ない。
【００１２】本発明においては、音響電気効果型の超音
波検出素子として適合させ、配置した酸化亜鉛単結晶を
備える超音波装置（デバイス）が提供される。また、本
発明においては、音響電気効果素子として挙動可能な酸
化亜鉛単結晶を備え、この酸化亜鉛単結晶の対向する面
に一対の電極を設けて成る超音波トランスデューサが提
供される。
波検出素子として適合させ、配置した酸化亜鉛単結晶を
備える超音波装置（デバイス）が提供される。また、本
発明においては、音響電気効果素子として挙動可能な酸
化亜鉛単結晶を備え、この酸化亜鉛単結晶の対向する面
に一対の電極を設けて成る超音波トランスデューサが提
供される。
【００１３】ここで、超音波探傷に用いられる超音波の
周波数は、通常、被探傷物に応じて使い分けられてお
り、一般に、コンクリートでは５０〜１００ＫＨｚ、タ
イア等の樹脂材料では、０．１〜１ＭＨｚ、鋳鉄では
０．４〜１ＭＨｚ、生体では１〜１０ＭＨｚ、セラミッ
クスでは１０〜５０ＭＨｚを中心周波数とする超音波パ
ルスが用いられている。また、音響電気効果素子に用い
る酸化亜鉛単結晶の電気伝導度は、受信する超音波の周
波数に応じて、吸収係数が最大となるように選択するの
が望ましく、例えば、１００ＫＨｚを中心波長とする超
音波に対しては電気伝導度を１０-8〜１０-5（Ω・ｃ
ｍ）-1とし、１００ＭＨｚを中心波長とする超音波に対
しては電気伝導度を１０-5〜１０-2（Ω・ｃｍ）-1とす
るのが好ましい。但し、上記酸化亜鉛単結晶の電気伝導
度としては、被探傷物及び使用する周波数に応じて適宜
変更することが可能である。
周波数は、通常、被探傷物に応じて使い分けられてお
り、一般に、コンクリートでは５０〜１００ＫＨｚ、タ
イア等の樹脂材料では、０．１〜１ＭＨｚ、鋳鉄では
０．４〜１ＭＨｚ、生体では１〜１０ＭＨｚ、セラミッ
クスでは１０〜５０ＭＨｚを中心周波数とする超音波パ
ルスが用いられている。また、音響電気効果素子に用い
る酸化亜鉛単結晶の電気伝導度は、受信する超音波の周
波数に応じて、吸収係数が最大となるように選択するの
が望ましく、例えば、１００ＫＨｚを中心波長とする超
音波に対しては電気伝導度を１０-8〜１０-5（Ω・ｃ
ｍ）-1とし、１００ＭＨｚを中心波長とする超音波に対
しては電気伝導度を１０-5〜１０-2（Ω・ｃｍ）-1とす
るのが好ましい。但し、上記酸化亜鉛単結晶の電気伝導
度としては、被探傷物及び使用する周波数に応じて適宜
変更することが可能である。
【００１４】ＺｎＯ単結晶はドナー又はアクセプターと
して機能する少なくとも１種のドーパント元素を含んで
いてもよい。このドーパント元素以外の不純物は２ｐｐ
ｍ以下であることが望ましい。ＺｎＯ単結晶は、８ｃｍ
2／Ｖ・ｓｅｃ以上の電荷移動度（チャージキャリアモ
ビリティー）を有するのが好ましく、５０ｃｍ2／Ｖ・
ｓｅｃ以上の電荷移動度を有するのが更に好ましい。
して機能する少なくとも１種のドーパント元素を含んで
いてもよい。このドーパント元素以外の不純物は２ｐｐ
ｍ以下であることが望ましい。ＺｎＯ単結晶は、８ｃｍ
2／Ｖ・ｓｅｃ以上の電荷移動度（チャージキャリアモ
ビリティー）を有するのが好ましく、５０ｃｍ2／Ｖ・
ｓｅｃ以上の電荷移動度を有するのが更に好ましい。
【００１５】好適に使用し得る実用的なデバイスを提供
するために、ＺｎＯ単結晶の厚さｄと電気伝導度σとは
次式に示す関係を満たしていることが好ましい。 ０．１≦σ・ｄ／２πεｖ≦１００ ここで、εはＺｎＯ単結晶の誘電定数、ｖはＺｎＯ単結
晶中の音速である。
するために、ＺｎＯ単結晶の厚さｄと電気伝導度σとは
次式に示す関係を満たしていることが好ましい。 ０．１≦σ・ｄ／２πεｖ≦１００ ここで、εはＺｎＯ単結晶の誘電定数、ｖはＺｎＯ単結
晶中の音速である。
【００１６】また、本発明においては、音響電気効果型
の超音波検出素子としてのＺｎＯ単結晶と、この単結晶
に設けられた一対の電極と、上記単結晶内の超音波によ
り、この一対の電極において誘起される音響電気効果電
圧信号を検出する手段とを備える超音波検出装置が提供
される。該信号検出手段は、出力信号の中からもとの超
音波信号に対応する周波数成分を除去するためのフィル
ターを備えることが望ましい。このように、このフィル
ターは結晶中に伝搬した超音波により生じた音響電気信
号を通過させる。このとき、該音響電気信号は、もとの
超音波周波数とは異なる周波数を有することが望まし
い。ところで、本発明で使用する音響電気効果素子の出
力インピーダンスは、ＺｎＯ単結晶の電気伝導度と寸法
によって変化するが、通常、数ｋΩ〜数ＭΩである。こ
れに対して、音響電気効果型の超音波検出素子と検出手
段を連結するケーブルのインピーダンスや、検出手段の
入力インピーダンスは５０〜１００Ωと大きく異なる。
そのため、この超音波検出素子が発生した信号電圧を効
率的に検出するためには、超音波検出素子の出力インピ
ーダンスをケーブルのインピーダンスに整合させるプリ
アンプを、超音波検出素子と検出手段との間に介在させ
るのが好ましく、プリアンプを超音波検出素子に近接さ
せて介在させるのが更に好ましい。
の超音波検出素子としてのＺｎＯ単結晶と、この単結晶
に設けられた一対の電極と、上記単結晶内の超音波によ
り、この一対の電極において誘起される音響電気効果電
圧信号を検出する手段とを備える超音波検出装置が提供
される。該信号検出手段は、出力信号の中からもとの超
音波信号に対応する周波数成分を除去するためのフィル
ターを備えることが望ましい。このように、このフィル
ターは結晶中に伝搬した超音波により生じた音響電気信
号を通過させる。このとき、該音響電気信号は、もとの
超音波周波数とは異なる周波数を有することが望まし
い。ところで、本発明で使用する音響電気効果素子の出
力インピーダンスは、ＺｎＯ単結晶の電気伝導度と寸法
によって変化するが、通常、数ｋΩ〜数ＭΩである。こ
れに対して、音響電気効果型の超音波検出素子と検出手
段を連結するケーブルのインピーダンスや、検出手段の
入力インピーダンスは５０〜１００Ωと大きく異なる。
そのため、この超音波検出素子が発生した信号電圧を効
率的に検出するためには、超音波検出素子の出力インピ
ーダンスをケーブルのインピーダンスに整合させるプリ
アンプを、超音波検出素子と検出手段との間に介在させ
るのが好ましく、プリアンプを超音波検出素子に近接さ
せて介在させるのが更に好ましい。
【００１７】更に、本発明においては、超音波発振子
と、この超音波発振子に超音波を放射させる手段と、Ｚ
ｎＯ単結晶を超音波検出用の音響電気効果素子として備
える超音波検出トランスデューサと、このトランスデュ
ーサから電気信号を検出する手段とを備える超音波探傷
装置が提供される。該装置を反射法で用いる場合には、
超音波発信子と超音波検出トランスデューサとは、単一
のハウジングに一緒に収容しておくのがよい。
と、この超音波発振子に超音波を放射させる手段と、Ｚ
ｎＯ単結晶を超音波検出用の音響電気効果素子として備
える超音波検出トランスデューサと、このトランスデュ
ーサから電気信号を検出する手段とを備える超音波探傷
装置が提供される。該装置を反射法で用いる場合には、
超音波発信子と超音波検出トランスデューサとは、単一
のハウジングに一緒に収容しておくのがよい。
【００１８】更にまた、本発明においては、圧電半導体
性のＺｎＯ単結晶を、光伝導現象を生ずることなく音響
電気エネルギー変換を起こすトランスデューサとして使
用する、超音波エネルギーを電気信号に変換する方法が
提供される。また、本発明においては、超音波を、Ｚｎ
Ｏ単結晶を音響電気効果素子として備える超音波トラン
スデューサにより検出し、このトランスデューサにより
放射された電気信号を監視する超音波探傷法が提供され
る。
性のＺｎＯ単結晶を、光伝導現象を生ずることなく音響
電気エネルギー変換を起こすトランスデューサとして使
用する、超音波エネルギーを電気信号に変換する方法が
提供される。また、本発明においては、超音波を、Ｚｎ
Ｏ単結晶を音響電気効果素子として備える超音波トラン
スデューサにより検出し、このトランスデューサにより
放射された電気信号を監視する超音波探傷法が提供され
る。
【００１９】本発明の実用的な例においては、ＺｎＯ単
結晶のｃ軸が上記検出トランスデューサにより検出され
る超音波の超音波振動方向と平行であり、電極が、上記
検出されろ超音波がＺｎＯ単結晶中を伝搬する方向にお
いて相互に対向して配置されているのが好ましい。
結晶のｃ軸が上記検出トランスデューサにより検出され
る超音波の超音波振動方向と平行であり、電極が、上記
検出されろ超音波がＺｎＯ単結晶中を伝搬する方向にお
いて相互に対向して配置されているのが好ましい。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例によ
り説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではない。図１には、本発明の超音波検出トランスデュ
ーサの一実施例が示されており、このトランスデューサ
はＺｎＯ単結晶１を備えており、このＺｎＯ単結晶の対
向する平行な面には電極２、３が設けられている。この
トランスデューサにより検出される超音波の伝搬方向
は、電極２、３に対して垂直な方向であり、矢印４で示
す。超音波の入射面から離間する電極３の裏面には、従
来の圧電性トランスデューサに用いられるエポキシ樹脂
製のバッキング層５が設けられており、このバッキング
層により電極３での超音波の反射を低減している。本実
施例において、電極２、３はＩｎ−Ｈｇアマルガム合金
でできている。
り説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではない。図１には、本発明の超音波検出トランスデュ
ーサの一実施例が示されており、このトランスデューサ
はＺｎＯ単結晶１を備えており、このＺｎＯ単結晶の対
向する平行な面には電極２、３が設けられている。この
トランスデューサにより検出される超音波の伝搬方向
は、電極２、３に対して垂直な方向であり、矢印４で示
す。超音波の入射面から離間する電極３の裏面には、従
来の圧電性トランスデューサに用いられるエポキシ樹脂
製のバッキング層５が設けられており、このバッキング
層により電極３での超音波の反射を低減している。本実
施例において、電極２、３はＩｎ−Ｈｇアマルガム合金
でできている。
【００２１】このトランスデューサ１０はハウジング６
に収容されており、このハウジング６には、電極２、３
とハウジング６の外側に設置された検出回路８に連結さ
れているプリアンプ７も収容されている。本実施例の超
音波検出子（受信子）において、上記ＺｎＯ単結晶は圧
電半導体特性を有し、４ｍｍ角の立方体形状をなしてい
る。この単結晶の電気電導度は、Ｌｉイオンドープ及び
酸素格子欠陥量制御により１０-5Ω-1ｃｍ-1に調整され
ている。ドープ剤（Ｌｉ）以外の不純物量は２ｐｐｍ以
下である。電荷移動度（チャージキャリアモビリティ
ー）は８０ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃである。高純度で適正な
電気電導度を有するＺｎＯ単結晶の製法については、
Ｅ．Ｄ．Ｋｏｌｂ ａｎｄ Ｒ．Ａ．Ｌａｕｄｉｓｅ；
Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．４８，３４２（１９６
４）の文献及び坂上登；Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗ
ｔｈ ９９， ９０５（１９９０）の文献及び後者に示
された引用文献に記載されている。
に収容されており、このハウジング６には、電極２、３
とハウジング６の外側に設置された検出回路８に連結さ
れているプリアンプ７も収容されている。本実施例の超
音波検出子（受信子）において、上記ＺｎＯ単結晶は圧
電半導体特性を有し、４ｍｍ角の立方体形状をなしてい
る。この単結晶の電気電導度は、Ｌｉイオンドープ及び
酸素格子欠陥量制御により１０-5Ω-1ｃｍ-1に調整され
ている。ドープ剤（Ｌｉ）以外の不純物量は２ｐｐｍ以
下である。電荷移動度（チャージキャリアモビリティ
ー）は８０ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃである。高純度で適正な
電気電導度を有するＺｎＯ単結晶の製法については、
Ｅ．Ｄ．Ｋｏｌｂ ａｎｄ Ｒ．Ａ．Ｌａｕｄｉｓｅ；
Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．４８，３４２（１９６
４）の文献及び坂上登；Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗ
ｔｈ ９９， ９０５（１９９０）の文献及び後者に示
された引用文献に記載されている。
【００２２】特に、坂上の文献では、水熱合成法により
前述した特性を有するＺｎＯ単結晶を合成する方法が開
示されている。これによると、水熱合成用の電気炉式オ
ートクレーブの上部に種結晶をおき、ＺｎＯ粉末を該オ
ートクレーブの下部に配置する。次いで、このオートク
レーブにＫＯＨとＬｉＯＨを含むアルカリ水溶液を注入
した後、オートクレーブを温度３７０〜４００℃、圧力
７０〜１００ＭＰａにしてＺｎＯ単結晶を育成する。こ
のとき、オートクレーブの上部は下部よりも１０〜１５
℃低い温度に保持される。
前述した特性を有するＺｎＯ単結晶を合成する方法が開
示されている。これによると、水熱合成用の電気炉式オ
ートクレーブの上部に種結晶をおき、ＺｎＯ粉末を該オ
ートクレーブの下部に配置する。次いで、このオートク
レーブにＫＯＨとＬｉＯＨを含むアルカリ水溶液を注入
した後、オートクレーブを温度３７０〜４００℃、圧力
７０〜１００ＭＰａにしてＺｎＯ単結晶を育成する。こ
のとき、オートクレーブの上部は下部よりも１０〜１５
℃低い温度に保持される。
【００２３】本実施例の場合、入射超音波の周波数を１
０ＭＨｚとすると、ＺｎＯ単結晶１で発生する音響電気
信号の周波数は約０．７ＭＨｚである。このことは、５
ＭＨｚのローパスフィルターを内蔵した簡単な検出回路
により原超音波信号と音響電気信号とを分離できること
を示している。ハウジング６に内蔵されたプリアンプ７
により、信号が検出回路８に到達する前に減衰してＳ／
Ｎ比が低減するのを回避することができる。以下に示す
理由により、超音波周波数が１０ＭＨｚの場合には、超
音波の伝搬方向へのＺｎＯ単結晶の厚さは０．６ｍｍ以
上が適切である。
０ＭＨｚとすると、ＺｎＯ単結晶１で発生する音響電気
信号の周波数は約０．７ＭＨｚである。このことは、５
ＭＨｚのローパスフィルターを内蔵した簡単な検出回路
により原超音波信号と音響電気信号とを分離できること
を示している。ハウジング６に内蔵されたプリアンプ７
により、信号が検出回路８に到達する前に減衰してＳ／
Ｎ比が低減するのを回避することができる。以下に示す
理由により、超音波周波数が１０ＭＨｚの場合には、超
音波の伝搬方向へのＺｎＯ単結晶の厚さは０．６ｍｍ以
上が適切である。
【００２４】図２は、図１に示すトランスデューサ１０
を、試験体１１を液状媒体１２に浸漬して透過法にて検
査する装置に検出子として使用する例を示している。本
装置は、トリガー１４とパルサー１５とにより駆動され
る超音波発振子１３を備えている。本実施例の装置で
は、検出子１０はレシーバー１６と、上述のように原超
音波信号を除去するためのローパスフィルター１７と、
ピークディテクター１８とを備える検出回路に接続され
ている。トリガー１４とピークディテクター１８は、適
当な表示装置１９に連結されている。本装置に用いられ
る電気回路は従来技術の範疇のものであるので詳細な説
明は省略する。
を、試験体１１を液状媒体１２に浸漬して透過法にて検
査する装置に検出子として使用する例を示している。本
装置は、トリガー１４とパルサー１５とにより駆動され
る超音波発振子１３を備えている。本実施例の装置で
は、検出子１０はレシーバー１６と、上述のように原超
音波信号を除去するためのローパスフィルター１７と、
ピークディテクター１８とを備える検出回路に接続され
ている。トリガー１４とピークディテクター１８は、適
当な表示装置１９に連結されている。本装置に用いられ
る電気回路は従来技術の範疇のものであるので詳細な説
明は省略する。
【００２５】図３は、本発明の超音波試験装置の他の実
施例を示す。本装置は、図１に示したものと同様のＺｎ
Ｏ単結晶１、電極２、３、バッキング層４、５及びプリ
アンプ７を備え、更に従来の水晶製の超音波発振子２０
を備えたものである。水晶製発振子２０はＺｎＯ単結晶
１と同一のハウジング２１内に装着されており、一つの
単位を形成している。検出トランスデューサ用の検出回
路８と発振子２０用のパルス発生器２２は、信号処理装
置２３に連結されている。
施例を示す。本装置は、図１に示したものと同様のＺｎ
Ｏ単結晶１、電極２、３、バッキング層４、５及びプリ
アンプ７を備え、更に従来の水晶製の超音波発振子２０
を備えたものである。水晶製発振子２０はＺｎＯ単結晶
１と同一のハウジング２１内に装着されており、一つの
単位を形成している。検出トランスデューサ用の検出回
路８と発振子２０用のパルス発生器２２は、信号処理装
置２３に連結されている。
【００２６】図４は、ＺｎＯトランスデューサ１０と水
晶発振子２０を、パルスエコーオーバーラップ法により
試験体２５を超音波探傷するように配置した図である。
超音波発振子／トランスデューサ２１と試験体２５との
間にはカップリング流体２４が配置されている。図４で
は、ＺｎＯトランスデューサ１０に接続され、上述のよ
うに原超音波周波数信号を除去するフィルター１７を含
む外付け回路も図示されている。
晶発振子２０を、パルスエコーオーバーラップ法により
試験体２５を超音波探傷するように配置した図である。
超音波発振子／トランスデューサ２１と試験体２５との
間にはカップリング流体２４が配置されている。図４で
は、ＺｎＯトランスデューサ１０に接続され、上述のよ
うに原超音波周波数信号を除去するフィルター１７を含
む外付け回路も図示されている。
【００２７】図５は、１０ＭＨｚの超音波に対するＺｎ
Ｏ単結晶とＣｄＳ単結晶との吸収係数の電気伝導度依存
性を対比した線図である。この吸収係数は、音響電気効
果エネルギーの変換効率を示す一つの指標である。Ｚｎ
Ｏ単結晶で得られる超音波吸収係数は、広い電気伝導度
に亘ってＣｄＳ単結晶の値より格段に大きいことがわか
る。従って、ＺｎＯ単結晶は、極めて高感度な超音波感
知用の検出デバイスとなる。また、図５では、所定レベ
ルの吸収係数が得られる電気伝導度の範囲としては、Ｚ
ｎＯ単結晶の方がＣｄＳ単結晶より著しく広いというこ
とが示されている。実際に、ＣｄＳにおける最大の吸収
係数は約０．７ｃｍー1であるのに対し、ＺｎＯ単結晶で
は８×１０-6〜４×１０-4の電気伝導度の範囲において
吸収係数は０．８ｃｍ-1以上となる。アンプのインピー
ダンスの作用を考慮すると、本発明で使用するＺｎＯ単
結晶の電気伝導度は上述した範囲が適当である。
Ｏ単結晶とＣｄＳ単結晶との吸収係数の電気伝導度依存
性を対比した線図である。この吸収係数は、音響電気効
果エネルギーの変換効率を示す一つの指標である。Ｚｎ
Ｏ単結晶で得られる超音波吸収係数は、広い電気伝導度
に亘ってＣｄＳ単結晶の値より格段に大きいことがわか
る。従って、ＺｎＯ単結晶は、極めて高感度な超音波感
知用の検出デバイスとなる。また、図５では、所定レベ
ルの吸収係数が得られる電気伝導度の範囲としては、Ｚ
ｎＯ単結晶の方がＣｄＳ単結晶より著しく広いというこ
とが示されている。実際に、ＣｄＳにおける最大の吸収
係数は約０．７ｃｍー1であるのに対し、ＺｎＯ単結晶で
は８×１０-6〜４×１０-4の電気伝導度の範囲において
吸収係数は０．８ｃｍ-1以上となる。アンプのインピー
ダンスの作用を考慮すると、本発明で使用するＺｎＯ単
結晶の電気伝導度は上述した範囲が適当である。
【００２８】図６と図７は、本発明のＺｎＯトランスデ
ューサの位相無依存性を、従来の水晶製圧電型トランス
デューサ（ＰＺＴ）で得られた結果と比較したものであ
る。図６の上部には、人工欠陥３１として３個の穴と４
個の溝を有するアルミニウム製板状試験体３０が示され
ている。穴及び溝３１は平坦な底部を有するが、その深
さは、図に示したように、音響波長の約１／４分ずつ異
なっている。
ューサの位相無依存性を、従来の水晶製圧電型トランス
デューサ（ＰＺＴ）で得られた結果と比較したものであ
る。図６の上部には、人工欠陥３１として３個の穴と４
個の溝を有するアルミニウム製板状試験体３０が示され
ている。穴及び溝３１は平坦な底部を有するが、その深
さは、図に示したように、音響波長の約１／４分ずつ異
なっている。
【００２９】図７は、図６に示す試験体３０を、発振子
３２から超音波を発振してトランスデューサ３３（Ｚｎ
Ｏ又はＰＺＴ）で受信することにより、走査する状態を
示している。発振子３２から発振された超音波は、試験
体３４を透過した後、アクリル樹脂材料製の板体（位相
差板）３４を透過する。この際、板体３４は発振子３２
及び受信子３３とともに移動し、この板体３４の厚さに
よる段差３５が、常時、超音波の透過する領域に位置す
るようさせる。段差３５は超音波の位相差を生じさせる
効果を有する。
３２から超音波を発振してトランスデューサ３３（Ｚｎ
Ｏ又はＰＺＴ）で受信することにより、走査する状態を
示している。発振子３２から発振された超音波は、試験
体３４を透過した後、アクリル樹脂材料製の板体（位相
差板）３４を透過する。この際、板体３４は発振子３２
及び受信子３３とともに移動し、この板体３４の厚さに
よる段差３５が、常時、超音波の透過する領域に位置す
るようさせる。段差３５は超音波の位相差を生じさせる
効果を有する。
【００３０】図６にトランスデューサの応答を示す。こ
の結果から明らかなように、本発明のＺｎＯ単結晶超音
波トランスデューサでは、穴及び溝３１のそれぞれの深
さが検出できている。これに対して、ＰＺＴ圧電性トラ
ンスデューサでは、穴及び溝３１の深さを検出できてい
ない。このことは、誤った結果を生ずる超音波の位相変
調に起因する。
の結果から明らかなように、本発明のＺｎＯ単結晶超音
波トランスデューサでは、穴及び溝３１のそれぞれの深
さが検出できている。これに対して、ＰＺＴ圧電性トラ
ンスデューサでは、穴及び溝３１の深さを検出できてい
ない。このことは、誤った結果を生ずる超音波の位相変
調に起因する。
【００３１】本発明の実際的な適用に当たっては、次の
関係が成り立つことが望ましいことを前述している。 ０．１ ≦ σ・ｄ／２πεｖ ≦ １００ 第１の考慮すべき事項は、入射された超音波によりＺｎ
Ｏ単結晶中に同時に励起される圧電信号と音響電気信号
との分離法に関してである。圧電信号の周波数ｆPEは超
音波の周波数ｆUSと等しい。音響電気信号の周波数ｆAE
は超音波が該単結晶中を往復伝搬する時間の逆数に等し
い。従って、ｆAE ＝ ｖ／２ｄである。また、信号の
分離に必要な条件は、ｆAE ≦ ０．５ｆPEである。こ
れらから、次の数１が導かれる。
関係が成り立つことが望ましいことを前述している。 ０．１ ≦ σ・ｄ／２πεｖ ≦ １００ 第１の考慮すべき事項は、入射された超音波によりＺｎ
Ｏ単結晶中に同時に励起される圧電信号と音響電気信号
との分離法に関してである。圧電信号の周波数ｆPEは超
音波の周波数ｆUSと等しい。音響電気信号の周波数ｆAE
は超音波が該単結晶中を往復伝搬する時間の逆数に等し
い。従って、ｆAE ＝ ｖ／２ｄである。また、信号の
分離に必要な条件は、ｆAE ≦ ０．５ｆPEである。こ
れらから、次の数１が導かれる。
【００３２】
【数１】
【００３３】第２の考慮すべき事項としては、被検体を
超音波探傷する場合の深さ方向の分解能である。深さ方
向の分解能はパルスエコー方式による探傷において１個
の超音波パルスにより生じた電気信号のパルス幅（持続
時間）に比例する。音響電気信号のパルス幅は、超音波
のパルス幅、ＺｎＯ素子の厚さ、ＺｎＯ素子とバッキン
グ層との界面での反射係数により変化する。ＺｎＯ素子
の厚さは超音波波長の１０倍以下であることが好まし
く、５倍以下であることが更に好ましい。なぜならば、
音響電気信号の幅はＺｎＯ素子の厚さとともに増加する
からである。すなわち、次の数２が導かれる。
超音波探傷する場合の深さ方向の分解能である。深さ方
向の分解能はパルスエコー方式による探傷において１個
の超音波パルスにより生じた電気信号のパルス幅（持続
時間）に比例する。音響電気信号のパルス幅は、超音波
のパルス幅、ＺｎＯ素子の厚さ、ＺｎＯ素子とバッキン
グ層との界面での反射係数により変化する。ＺｎＯ素子
の厚さは超音波波長の１０倍以下であることが好まし
く、５倍以下であることが更に好ましい。なぜならば、
音響電気信号の幅はＺｎＯ素子の厚さとともに増加する
からである。すなわち、次の数２が導かれる。
【００３４】
【数２】
【００３５】第３の考慮すべき事項は、ＺｎＯ素子の吸
収係数と電気伝導度の周波数依存性である。吸収係数が
最大のときの電気伝導度σMは超音波の周波数に比例
し、次の関係がある。 σM ＝ ２πεｆus 吸収係数αは、電気伝導度σがσMから離れているとき
には、σ又はσの逆数に比例する。すなわち、 （ｉ） σ＜σM の場合は αはσに比例す
る。 （ｉｉ） σ＞σM の場合は αは１／σに比
例する。 電気伝導度は、吸収係数がそれ自身の最大値の１／１０
以上であるとの条件を付加することができる。 ０．１≦σ／σM≦１０ これから、次の数３が導かれる。
収係数と電気伝導度の周波数依存性である。吸収係数が
最大のときの電気伝導度σMは超音波の周波数に比例
し、次の関係がある。 σM ＝ ２πεｆus 吸収係数αは、電気伝導度σがσMから離れているとき
には、σ又はσの逆数に比例する。すなわち、 （ｉ） σ＜σM の場合は αはσに比例す
る。 （ｉｉ） σ＞σM の場合は αは１／σに比
例する。 電気伝導度は、吸収係数がそれ自身の最大値の１／１０
以上であるとの条件を付加することができる。 ０．１≦σ／σM≦１０ これから、次の数３が導かれる。
【００３６】
【数３】
【００３７】上記条件式、数１、数２、数３を組み合わ
せると、上述した次の関係式が得られる。 ０．１ ≦ σ．ｄ／２πεｖ ≦ １００ ここで与えられた音速と誘電率それぞれの値は、全ての
ＺｎＯ結晶に当てはまるものではなく、超音波の振動形
式及び結晶の製造方法によって変化するものである。
せると、上述した次の関係式が得られる。 ０．１ ≦ σ．ｄ／２πεｖ ≦ １００ ここで与えられた音速と誘電率それぞれの値は、全ての
ＺｎＯ結晶に当てはまるものではなく、超音波の振動形
式及び結晶の製造方法によって変化するものである。
【００３８】次に、ＺｎＯ単結晶と電極の配置構成を、
特定の超音波探傷に使用される超音波の形式との関連に
おいて説明する。超音波には、数種の振動形式、即ち、
縦波、揃断波（横波）、板波及び表面波がある。ＺｎＯ
単結晶は、そのｃ軸方向の圧電性が大きいため、結晶の
ｃ軸方向が超音波の振動方向と平行になるように配置さ
れていることが望ましい。一方、音響電気信号電圧は、
超音波がＺｎＯ結晶中を伝搬する方向に沿って発生す
る。従って、電極としては、超音波が結晶中を伝搬する
方向において相互に対向して配置されているのが好まし
い。典型例において、電極は、相互に平行で且つ超音波
が結晶中を伝搬する方向と垂直な結晶面に設けられる。
特定の超音波探傷に使用される超音波の形式との関連に
おいて説明する。超音波には、数種の振動形式、即ち、
縦波、揃断波（横波）、板波及び表面波がある。ＺｎＯ
単結晶は、そのｃ軸方向の圧電性が大きいため、結晶の
ｃ軸方向が超音波の振動方向と平行になるように配置さ
れていることが望ましい。一方、音響電気信号電圧は、
超音波がＺｎＯ結晶中を伝搬する方向に沿って発生す
る。従って、電極としては、超音波が結晶中を伝搬する
方向において相互に対向して配置されているのが好まし
い。典型例において、電極は、相互に平行で且つ超音波
が結晶中を伝搬する方向と垂直な結晶面に設けられる。
【００３９】従って、図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）
に示されているように、被検体の超音波探傷を数種の異
なる方式で行うことが可能である。これら図中には、Ｚ
ｎＯ単結晶１と、電極２、３と、被検体２５が示されて
いる。なお、超音波の発振源は図示していない。また、
結晶１のｃ軸は矢印ｃ、超音波の振動方向は矢印ｄ及び
波線ｄで示されている。図８（ａ）及び８（ｂ）におい
て、超音波の伝搬方向は鉛直方向であり、図８（ｃ）で
は水平方向である。
に示されているように、被検体の超音波探傷を数種の異
なる方式で行うことが可能である。これら図中には、Ｚ
ｎＯ単結晶１と、電極２、３と、被検体２５が示されて
いる。なお、超音波の発振源は図示していない。また、
結晶１のｃ軸は矢印ｃ、超音波の振動方向は矢印ｄ及び
波線ｄで示されている。図８（ａ）及び８（ｂ）におい
て、超音波の伝搬方向は鉛直方向であり、図８（ｃ）で
は水平方向である。
【００４０】図８（ａ）は、例えば、金属製被検体内部
の超音波探傷において最もよく用いられる縦波を用いた
探傷法を示している。ｃ軸は結晶１における超音波の入
射波面に垂直であり、これに対し、電極２と３は入射波
面に平行に配置されている。図８（ｂ）は、溶接部の斜
角探傷などに用いられる揃断波を示している。結晶のｃ
軸及び電極は、入射波面に平行になっている。図８
（ｃ）は、板波及び表面波の例を示している。板波は板
厚の測定又は薄板の検査に用いられる。表面波は表面の
清浄度の評価に用いられる。双方の場合とも、結晶のｃ
軸は入射超音波の波面に垂直になっており、電極２と３
は入射波面及び超音波の伝搬方向に対して垂直に配置さ
れている。しかしながら、本発明の装置（デバイス）
は、結晶のｃ軸及び電極が、超音波の振動方向及び伝搬
方向に対して正確に垂直又は平行になっていなくても作
動することができる。
の超音波探傷において最もよく用いられる縦波を用いた
探傷法を示している。ｃ軸は結晶１における超音波の入
射波面に垂直であり、これに対し、電極２と３は入射波
面に平行に配置されている。図８（ｂ）は、溶接部の斜
角探傷などに用いられる揃断波を示している。結晶のｃ
軸及び電極は、入射波面に平行になっている。図８
（ｃ）は、板波及び表面波の例を示している。板波は板
厚の測定又は薄板の検査に用いられる。表面波は表面の
清浄度の評価に用いられる。双方の場合とも、結晶のｃ
軸は入射超音波の波面に垂直になっており、電極２と３
は入射波面及び超音波の伝搬方向に対して垂直に配置さ
れている。しかしながら、本発明の装置（デバイス）
は、結晶のｃ軸及び電極が、超音波の振動方向及び伝搬
方向に対して正確に垂直又は平行になっていなくても作
動することができる。
【００４１】以上、本発明を図面を参照して実施例によ
り説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。
り説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波トランスデューサ、超音波装置、超音波検出装置
及び超音波探傷装置、超音波エネルギーを電気信号に変
換する方法及び超音波を検出する方法を提供することが
できる。
超音波トランスデューサ、超音波装置、超音波検出装置
及び超音波探傷装置、超音波エネルギーを電気信号に変
換する方法及び超音波を検出する方法を提供することが
できる。
【図１】本発明の超音波トランスデューサの一例を示す
模式図である。
模式図である。
【図２】透過検査法で用いられる第１図に示す超音波検
出子の模式図である。
出子の模式図である。
【図３】超音波発振子と超音波検出子が単一のハウジン
グに収容された超音波トランスデューサの模式図であ
る。
グに収容された超音波トランスデューサの模式図であ
る。
【図４】図３に示すトランスデューサをパルス−エコー
オーバーラップ法で用いる場合の機器構成を示す模式図
である。
オーバーラップ法で用いる場合の機器構成を示す模式図
である。
【図５】１０ＭＨｚにおけるＺｎＯ単結晶及びＣｄＳ単
結晶の超音波吸収係数の電気伝導度依存性を示す線図で
ある。
結晶の超音波吸収係数の電気伝導度依存性を示す線図で
ある。
【図６】ＺｎＯ単結晶トランスデューサを用いた人工欠
陥を含んだ試験体の透過法での検査結果を圧電素子を用
いた場合と比較した線図である。
陥を含んだ試験体の透過法での検査結果を圧電素子を用
いた場合と比較した線図である。
【図７】図６に示す線図が得られた試験方法を示した断
面説明図である。
面説明図である。
【図８】本発明の超音波トランスデューサのいくつかの
適用方法を示す断面説明図である。
適用方法を示す断面説明図である。
１ ＺｎＯ単結晶 ２、３ 電極 ４ 伝搬方向 ５ バッキング層 ６ ハウジング ７ プリアンプ ８ 検出回路 １０ トランスデューサ １１ 試験体 １２ 液状媒体 １３ 超音波発振子 １４ トリガー １５ パルサー １６ レシーバー １７ フィルター １８ ピークディテクター １９ 表示装置 ２０ 発振子 ２１ ハウジング ２２ パルス発生器 ２３ 信号処理装置 ２４ カップリング流体 ２５ 被検体 ３０ 試験体 ３１ 人工欠陥 ３２ 発振子 ３３ トランスデューサ ３４ 板体（位相差板） ３５ 段差
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/18 Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０ Ａ 7406−5Ｈ
Claims (22)
- 【請求項１】 酸化亜鉛単結晶を音響電気効果超音波検
出素子として備えることを特徴とする超音波装置。 - 【請求項２】 音響電気効果素子として挙動可能な酸化
亜鉛単結晶を備え、該酸化亜鉛単結晶の対向する面に一
対の電極を設けたことを特徴とする超音波トランスデュ
ーサ。 - 【請求項３】 酸化亜鉛単結晶の電気伝導度が１０-8〜
１０-2Ω-1・ｃｍ-1であることを特徴とする請求項２記
載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項４】 酸化亜鉛単結晶の電気電導度が１０-7〜
１０-4Ω-1・ｃｍ-1であることを特徴とする請求項３記
載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項５】 酸化亜鉛単結晶が、１０ＭＨｚの超音波
に対し０．８ｃｍ-1以上の減衰係数を有することを特徴
とする請求項２記載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項６】 酸化亜鉛単結晶が、ドナー又はアクセプ
ターとして挙動する少なくとも１種のドーパント元素を
含むことを特徴とする請求項２記載の超音波トランスデ
ューサ。 - 【請求項７】 酸化亜鉛単結晶が、存在する任意のドー
パント元素以外には２ｐｐｍ以下の不純物しか含まない
ことを特徴とする請求項２記載の超音波トランスデュー
サ。 - 【請求項８】 酸化亜鉛単結晶が８ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ
以上のチャージキャリヤモビリティーを有することを特
徴とする請求項２記載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項９】 酸化亜鉛単結晶の厚さｄ及び電気伝導度
σが、次式の関係を満足することを特徴とする請求項２
記載の超音波トランスデューサ。 １／１０≦σ・ｄ／２πεｖ≦１００ ここで、εは酸化亜鉛単結晶の誘電率、ｖは酸化亜鉛単
結晶中の音速を示す。 - 【請求項１０】 音響電気効果超音波検出素子として一
対の電極を備えた酸化亜鉛単結晶と、この単結晶中の超
音波により該一対の電極に誘起される音響電気効果電圧
信号を検出する手段とを有する検出トランスデューサを
備えたことを特徴とする超音波検出装置。 - 【請求項１１】 酸化亜鉛単結晶のｃ軸が、上記検出ト
ランスデューサにより検出される超音波の超音波振動方
向と平行であり、上記電極が、この検出される超音波が
酸化亜鉛単結晶中を伝搬する方向において相互に対向し
て配置されていることを特徴とする請求項１０記載の超
音波検出装置。 - 【請求項１２】 上記検出手段が、上記信号から、上記
超音波の周波数に対応する周波数信号を除去するフィル
ターを備えることを特徴とする請求項１０記載の超音波
検出装置。 - 【請求項１３】 超音波発振子と、この発振子に超音波
を放出させる手段と、上記超音波検出用の音響電気効果
素子として酸化亜鉛単結晶を有する超音波検出トランス
デューサと、このトランスデューサから電気信号を検出
する手段とを備えることを特徴とする超音波探傷装置。 - 【請求項１４】 パルス−エコー方式で使用可能であ
り、上記超音波発振子と超音波検出トランスデューサ
が、単一のハウジングに一緒に収容されていることを特
徴とする請求項１３記載の超音波探傷装置。 - 【請求項１５】 上記超音波発振子から発振される超音
波が予め設定された周波数を有し、上記検出手段が、こ
の設定周波数に対応する周波数を上記信号から除去する
ためのフィルターを有することを特徴とする請求項１３
記載の超音波探傷装置。 - 【請求項１６】 酸化亜鉛単結晶のｃ軸が上記検出トラ
ンスデューサにより検出された超音波の超音波振動方向
と平行であり、上記電極が、酸化亜鉛単結晶内で検出さ
れた超音波の伝搬方向において相互に対向して配置され
ていることを特徴とする請求項１３記載の超音波探傷装
置。 - 【請求項１７】 圧電半導体性の酸化亜鉛単結晶を、光
伝導現象を生ずること無く、音響効果エネルギー変換を
生ずるトランスデューサとして用いることを特徴とする
超音波エネルギーを電気信号に変換する方法。 - 【請求項１８】 超音波を、酸化亜鉛単結晶を音響電気
効果素子として備える超音波検出トランスデューサによ
り検出し、このトランスデューサにより放出された音響
電気効果信号を監視することを特徴とする超音波の検出
方法。 - 【請求項１９】 酸化亜鉛単結晶の厚さｄと電気伝導度
σが、次式の関係を満足することを特徴とする請求項１
８記載の検出方法。 １／１０≦σ・ｄ／２πεｖ≦１００ ここで、εは酸化亜鉛単結晶の誘電率、ｖは酸化亜鉛単
結晶中の音速を示す。 - 【請求項２０】 電気伝導度σが次式の関係を満足する
酸化亜鉛単結晶を音響電気効果素子として備える超音波
トランスデューサを、超音波検出トランスデューサとし
て用いることを特徴とする請求項１８記載の検出方法。 ０．２πｆε≦σ≦２０πｆε ここで、ｆは検出される超音波の中心周波数、εは酸化
亜鉛単結晶の誘電率を示す。 - 【請求項２１】 超音波伝搬方向の厚さｄが次式の関係
を満足する酸化亜鉛単結晶を音響電気効果素子として備
える超音波トランスデューサを、超音波検出トランスデ
ューサとして用いることを特徴とする請求項１８記載の
検出方法。 １λ≦ｄ≦１０λ ここで、λは、検出される超音波の酸化亜鉛単結晶中で
の平均波長を示す。 - 【請求項２２】 酸化亜鉛単結晶のｃ軸が、上記検出ト
ランスデューサにより検出される超音波の超音波振動方
向に平行であり、上記電極が、この検出され超音波が酸
化亜鉛単結晶中を伝搬する方向において相互に対向して
配置されることを特徴とする請求項１８記載の検出方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9206943.4 | 1992-03-31 | ||
| GB929206943A GB9206943D0 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Ultrasonic transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653564A true JPH0653564A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=10713119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5072578A Withdrawn JPH0653564A (ja) | 1992-03-31 | 1993-03-30 | 超音波トランスデューサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5345427A (ja) |
| EP (1) | EP0564239B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0653564A (ja) |
| CA (1) | CA2092929A1 (ja) |
| GB (1) | GB9206943D0 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987006533A1 (fr) * | 1986-04-30 | 1987-11-05 | Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha | Feuille de transfert thermique pour former une image couleur |
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| JP3230552B2 (ja) * | 1993-12-03 | 2001-11-19 | キヤノン株式会社 | 圧電センサ及びそれを使用した座標入力装置 |
| JPH08105871A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-04-23 | Ngk Insulators Ltd | 音響電気効果型超音波送受信装置及び超音波送受信方法 |
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|---|---|---|---|---|
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- 1992-03-31 GB GB929206943A patent/GB9206943D0/en active Pending
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1993
- 1993-03-26 US US08/037,457 patent/US5345427A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-30 JP JP5072578A patent/JPH0653564A/ja not_active Withdrawn
- 1993-03-30 CA CA002092929A patent/CA2092929A1/en not_active Abandoned
- 1993-03-30 EP EP93302477A patent/EP0564239B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| WO1987006533A1 (fr) * | 1986-04-30 | 1987-11-05 | Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha | Feuille de transfert thermique pour former une image couleur |
Also Published As
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| EP0564239B1 (en) | 1997-08-27 |
| GB9206943D0 (en) | 1992-05-13 |
| CA2092929A1 (en) | 1993-10-01 |
| US5345427A (en) | 1994-09-06 |
| EP0564239A1 (en) | 1993-10-06 |
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