JP3337179B2 - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents
超音波探触子及びその製造方法Info
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- JP3337179B2 JP3337179B2 JP04615495A JP4615495A JP3337179B2 JP 3337179 B2 JP3337179 B2 JP 3337179B2 JP 04615495 A JP04615495 A JP 04615495A JP 4615495 A JP4615495 A JP 4615495A JP 3337179 B2 JP3337179 B2 JP 3337179B2
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- ultrasonic
- acoustic lens
- ultrasonic oscillator
- oscillator
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探触子における
超音波発振子，音響レンズ及び超音波吸収材相互間の接
合構造およびその製造方法に関する。
超音波発振子，音響レンズ及び超音波吸収材相互間の接
合構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波探触子を組立てるための、
超音波発振子と音響レンズおよび超音波吸収材を接合す
る方法としては、主としてエポキシ樹脂等の有機接着剤
を用いる方法が採用されていた。
超音波発振子と音響レンズおよび超音波吸収材を接合す
る方法としては、主としてエポキシ樹脂等の有機接着剤
を用いる方法が採用されていた。
【０００３】しかし、超音波発振子と音響レンズおよび
超音波吸収材を接合するために、エポキシ樹脂等の電気
絶縁性の有機接着剤を用いる場合、幾つかの問題点の存
在が認められた。先ず、接合に用いるエポキシ樹脂系接
着剤が経時変化を起こすため、超音波探触子の音響特性
が経時的に劣化する恐れがあり、測定の信頼性を損ねる
という問題があった。
超音波吸収材を接合するために、エポキシ樹脂等の電気
絶縁性の有機接着剤を用いる場合、幾つかの問題点の存
在が認められた。先ず、接合に用いるエポキシ樹脂系接
着剤が経時変化を起こすため、超音波探触子の音響特性
が経時的に劣化する恐れがあり、測定の信頼性を損ねる
という問題があった。
【０００４】また、一般的に、エポキシ樹脂系の有機接
着剤と超音波発振子および音響レンズにおける音響イン
ピーダンスの差は極めて大きいので、エポキシ樹脂系の
有機接着剤を用いて超音波発振子と音響レンズを接合す
ると、有機接着剤が音響境界層を形成し、その結果超音
波が反射される。そのため超音波発振子から音響レンズ
へ超音波が充分に伝播せず、良好な音響特性を示さない
という問題点もあった。
着剤と超音波発振子および音響レンズにおける音響イン
ピーダンスの差は極めて大きいので、エポキシ樹脂系の
有機接着剤を用いて超音波発振子と音響レンズを接合す
ると、有機接着剤が音響境界層を形成し、その結果超音
波が反射される。そのため超音波発振子から音響レンズ
へ超音波が充分に伝播せず、良好な音響特性を示さない
という問題点もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、超音波発振子と音響レンズとの接合部の経時変化が
小さく、そのうえ、良好な音響特性を有する超音波探触
子の構造およびその製造方法を提供することにある。
は、超音波発振子と音響レンズとの接合部の経時変化が
小さく、そのうえ、良好な音響特性を有する超音波探触
子の構造およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、超音波発振
子と超音波吸収材と音響レンズを電気絶縁物を用いずに
物理的な圧接により接合し、また超音波発振子と音響レ
ンズの接合のために、真空中で接合面にイオンビームま
たはアトムビームを照射した後圧接することにより達成
される。特に本発明では、音響レンズの材料に石英を使
用し、この音響レンズの超音波発振子との接合面にＡｕ
／Ｃｒ蒸着膜を配設させる。
子と超音波吸収材と音響レンズを電気絶縁物を用いずに
物理的な圧接により接合し、また超音波発振子と音響レ
ンズの接合のために、真空中で接合面にイオンビームま
たはアトムビームを照射した後圧接することにより達成
される。特に本発明では、音響レンズの材料に石英を使
用し、この音響レンズの超音波発振子との接合面にＡｕ
／Ｃｒ蒸着膜を配設させる。
【０００７】
【作用】超音波発振子および音響レンズの接合面に真空
中でイオンビームまたはアトムビームを照射することに
よって、接合面に付着している酸化皮膜や水分等の汚染
層が除去される。これにより接合面は清浄かつ活性な面
となり、加圧して密着させれば極めて良好な圧接接合が
形成される。
中でイオンビームまたはアトムビームを照射することに
よって、接合面に付着している酸化皮膜や水分等の汚染
層が除去される。これにより接合面は清浄かつ活性な面
となり、加圧して密着させれば極めて良好な圧接接合が
形成される。
【０００８】なお、この明細書の全体を通じて使用され
る“圧接”という用語は、接合しようとする面を清浄に
して高圧で両者を接触させて面で拡散を生じさせて接合
させることを意味する。
る“圧接”という用語は、接合しようとする面を清浄に
して高圧で両者を接触させて面で拡散を生じさせて接合
させることを意味する。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。
に説明する。
【００１０】図１は本発明による超音波探触子の構造を
示す模式的断面図である。圧電素子からなる超音波発振
子１に接合する音響レンズ５の接合面には予めＡｕ／Ｃ
ｒ蒸着膜４が設けられている。その他の金属蒸着膜も使
用できる。Ａｕ／Ｃｒ膜は表面にＡｕが露出しているた
め、化学的に安定している。このＡｕ／Ｃｒ膜はスパッ
タリングあるいは真空蒸着などのベーパデポジション法
により成膜することができる。このような成膜方法は当
業者に公知である。先ず、Ｃｒ膜を成膜し、その上にＡ
ｕ膜を成膜する。Ｃｒ膜はレンズと金属の結合を助長す
る。Ａｕ／Ｃｒ蒸着膜４の膜厚は蒸着面の粗さなどによ
り特に限定されないが、一般的に、３μｍ以上であるこ
とが好ましい。３μｍ未満では十分な接合効果が得られ
ない恐れがある。一方、Ａｕ／Ｃｒ膜の膜厚の上限値は
使用する超音波発振子の厚みによるが、超音波発振子の
厚みの１／１０程度であることが好ましい。例えば、２
５ＭＨｚであれば、上限値は８μｍ程度となる。これよ
りも厚いＡｕ／Ｃｒ蒸着膜４を使用すると界面反射波な
どの不都合が生じるので好ましくない。
示す模式的断面図である。圧電素子からなる超音波発振
子１に接合する音響レンズ５の接合面には予めＡｕ／Ｃ
ｒ蒸着膜４が設けられている。その他の金属蒸着膜も使
用できる。Ａｕ／Ｃｒ膜は表面にＡｕが露出しているた
め、化学的に安定している。このＡｕ／Ｃｒ膜はスパッ
タリングあるいは真空蒸着などのベーパデポジション法
により成膜することができる。このような成膜方法は当
業者に公知である。先ず、Ｃｒ膜を成膜し、その上にＡ
ｕ膜を成膜する。Ｃｒ膜はレンズと金属の結合を助長す
る。Ａｕ／Ｃｒ蒸着膜４の膜厚は蒸着面の粗さなどによ
り特に限定されないが、一般的に、３μｍ以上であるこ
とが好ましい。３μｍ未満では十分な接合効果が得られ
ない恐れがある。一方、Ａｕ／Ｃｒ膜の膜厚の上限値は
使用する超音波発振子の厚みによるが、超音波発振子の
厚みの１／１０程度であることが好ましい。例えば、２
５ＭＨｚであれば、上限値は８μｍ程度となる。これよ
りも厚いＡｕ／Ｃｒ蒸着膜４を使用すると界面反射波な
どの不都合が生じるので好ましくない。
【００１１】超音波発振子１の一方の面には上部電極２
が設けられ、他方の面には下部電極３が設けられてい
る。上部電極２は例えばＡｕ／Ｃｒ膜から形成すること
ができる。その他の金属も当然使用できる。上部電極の
形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリン
グ又は真空蒸着などのベーパデポジションなどの方法に
より形成することができる。上部電極２の厚さは特に限
定されないが、一般的に、３０００Å〜５０００Åの範
囲内であることが好ましい。３０００Å未満では超音波
発振子１の表面の粗さのために、上部電極２の存在する
箇所が無いなどの不都合が生じ、また、５０００Å超で
は特に問題はないが、不経済なだけである。また、下部
電極３は上部電極２と同様に、Ａｕ／Ｃｒ膜から形成す
ることができる。その他の金属も当然使用できる。下部
電極３の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパ
ッタリング又は真空蒸着などのベーパデポジションなど
の方法により形成することができる。下部電極３の厚さ
は特に限定されないが、一般的に、３０００Å〜５００
０Åの範囲内であることが好ましい。３０００Å未満で
は超音波発振子１の表面の粗さのために、上部電極３の
存在する箇所が無いなどの不都合が生じ、また、５００
０Å超では特に問題はないが、不経済なだけである。下
部電極３の形成材料としてＡｕ／Ｃｒ蒸着膜を使用して
いるので、音響レンズ５のＡｕ／Ｃｒ蒸着膜４と、接合
時にＡｕ−Ａｕ接合となるため化学的にも安定となるの
で好ましい。
が設けられ、他方の面には下部電極３が設けられてい
る。上部電極２は例えばＡｕ／Ｃｒ膜から形成すること
ができる。その他の金属も当然使用できる。上部電極の
形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリン
グ又は真空蒸着などのベーパデポジションなどの方法に
より形成することができる。上部電極２の厚さは特に限
定されないが、一般的に、３０００Å〜５０００Åの範
囲内であることが好ましい。３０００Å未満では超音波
発振子１の表面の粗さのために、上部電極２の存在する
箇所が無いなどの不都合が生じ、また、５０００Å超で
は特に問題はないが、不経済なだけである。また、下部
電極３は上部電極２と同様に、Ａｕ／Ｃｒ膜から形成す
ることができる。その他の金属も当然使用できる。下部
電極３の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパ
ッタリング又は真空蒸着などのベーパデポジションなど
の方法により形成することができる。下部電極３の厚さ
は特に限定されないが、一般的に、３０００Å〜５００
０Åの範囲内であることが好ましい。３０００Å未満で
は超音波発振子１の表面の粗さのために、上部電極３の
存在する箇所が無いなどの不都合が生じ、また、５００
０Å超では特に問題はないが、不経済なだけである。下
部電極３の形成材料としてＡｕ／Ｃｒ蒸着膜を使用して
いるので、音響レンズ５のＡｕ／Ｃｒ蒸着膜４と、接合
時にＡｕ−Ａｕ接合となるため化学的にも安定となるの
で好ましい。
【００１２】音響レンズ５は石英から形成されている。
石英は化学的に非常に安定であり、耐食性にも優れてい
る。従って、金属製音響レンズの場合に発生する腐食の
問題は全く起こらない。また、音響レンズ５と超音波発
振子１との間にはＡｕ／Ｃｒ膜しか存在しないので、発
振時にこの膜に起因する反射波の発生は殆ど無く、良好
な音響特性が得られる。
石英は化学的に非常に安定であり、耐食性にも優れてい
る。従って、金属製音響レンズの場合に発生する腐食の
問題は全く起こらない。また、音響レンズ５と超音波発
振子１との間にはＡｕ／Ｃｒ膜しか存在しないので、発
振時にこの膜に起因する反射波の発生は殆ど無く、良好
な音響特性が得られる。
【００１３】超音波発振子１を構成する圧電素子はＰＺ
Ｔ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０3系セラミックス）又はＰｂ
ＴｉＯ3（チタン酸鉛）などを使用できる。このような
素材は当業者に周知である。
Ｔ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０3系セラミックス）又はＰｂ
ＴｉＯ3（チタン酸鉛）などを使用できる。このような
素材は当業者に周知である。
【００１４】音響レンズ５のＡｕ／Ｃｒ蒸着膜４の一端
に電極接続用リード線６を接続させる。この接続は例え
ば、銀ペースト又は常温硬化性導電性樹脂などを用いる
ことにより行うことができる。
に電極接続用リード線６を接続させる。この接続は例え
ば、銀ペースト又は常温硬化性導電性樹脂などを用いる
ことにより行うことができる。
【００１５】図２は本発明の超音波探触子の製造方法の
一工程を例証する模式図である。図２において、符号１
は圧電素子を材料とする超音波発振子、５は石英を材料
とする音響レンズ、１３ａ及び１３ｂはアトムビームを
発生するビーム源、１４ａ及び１４ｂは加圧治具であ
り、これらは真空処理室２０内に配置されている。真空
処理室２０の適当な箇所には、真空排気手段（図示され
ていない）に接続されるダクト２２が設けられている。
一工程を例証する模式図である。図２において、符号１
は圧電素子を材料とする超音波発振子、５は石英を材料
とする音響レンズ、１３ａ及び１３ｂはアトムビームを
発生するビーム源、１４ａ及び１４ｂは加圧治具であ
り、これらは真空処理室２０内に配置されている。真空
処理室２０の適当な箇所には、真空排気手段（図示され
ていない）に接続されるダクト２２が設けられている。
【００１６】まず、超音波発振子１及び音響レンズ５を
それぞれ加圧治具１４ａ及び１４ｂに装着して真空処理
室２０内の雰囲気をダクト２２から真空排気する。次に
ビーム源１３ａ及び１３ｂからアルゴンのアトムビーム
を発生させ、同ビームをそれぞれ超音波発振子１及び音
響レンズ５の接合面に照射して、これら接合面に存在す
る汚染層（例えば、自然酸化物又は物理吸着水など）を
除去する。この操作により接合面は清浄かつ活性な面と
なるので、加圧治具１４ａ及び１４ｂを用いて両部材の
接合面を密着させ、所定時間加圧し続けることにより、
両部材の接合面で拡散が起こり、超音波発振子１と音響
レンズ２とを圧接接合させることができる。加圧治具は
各部材間の圧接接合を行うためのものであり、油圧シリ
ンダなどにより構成できる。
それぞれ加圧治具１４ａ及び１４ｂに装着して真空処理
室２０内の雰囲気をダクト２２から真空排気する。次に
ビーム源１３ａ及び１３ｂからアルゴンのアトムビーム
を発生させ、同ビームをそれぞれ超音波発振子１及び音
響レンズ５の接合面に照射して、これら接合面に存在す
る汚染層（例えば、自然酸化物又は物理吸着水など）を
除去する。この操作により接合面は清浄かつ活性な面と
なるので、加圧治具１４ａ及び１４ｂを用いて両部材の
接合面を密着させ、所定時間加圧し続けることにより、
両部材の接合面で拡散が起こり、超音波発振子１と音響
レンズ２とを圧接接合させることができる。加圧治具は
各部材間の圧接接合を行うためのものであり、油圧シリ
ンダなどにより構成できる。
【００１７】超音波発振子１と音響レンズ５の圧接接合
が完了したら、超音波発振子１と加圧治具１４ａを分離
する。そして、図３に示されるように、加圧治具１４ａ
に超音波吸収材７を装着する。超音波発振子１の圧接の
際の真空圧を維持しながら、音響レンズ５と接合されて
いない超音波発振子１の他方の接合面と超音波吸収材７
の接合面に、ビーム源１３ａ及び１３ｂから発生された
アルゴンのアトムビームを照射し、これら接合面に存在
する汚染層（例えば、自然酸化物又は物理吸着水など）
を除去する。この操作により接合面は清浄かつ活性な面
となるので、加圧治具１４ａ及び１４ｂを用いて両部材
の接合面を密着させ、所定時間加圧し続けることによ
り、両部材の接合面で拡散が起こり、超音波発振子１と
超音波吸収材７とを圧接接合させることができる。斯く
して、従来のようなエポキシ樹脂系有機接着剤を使用す
ることなく、超音波発振子１を間に挟んで、音響レンズ
５及び超音波吸収材７をそれぞれ一体的に圧接接合させ
ることができる。
が完了したら、超音波発振子１と加圧治具１４ａを分離
する。そして、図３に示されるように、加圧治具１４ａ
に超音波吸収材７を装着する。超音波発振子１の圧接の
際の真空圧を維持しながら、音響レンズ５と接合されて
いない超音波発振子１の他方の接合面と超音波吸収材７
の接合面に、ビーム源１３ａ及び１３ｂから発生された
アルゴンのアトムビームを照射し、これら接合面に存在
する汚染層（例えば、自然酸化物又は物理吸着水など）
を除去する。この操作により接合面は清浄かつ活性な面
となるので、加圧治具１４ａ及び１４ｂを用いて両部材
の接合面を密着させ、所定時間加圧し続けることによ
り、両部材の接合面で拡散が起こり、超音波発振子１と
超音波吸収材７とを圧接接合させることができる。斯く
して、従来のようなエポキシ樹脂系有機接着剤を使用す
ることなく、超音波発振子１を間に挟んで、音響レンズ
５及び超音波吸収材７をそれぞれ一体的に圧接接合させ
ることができる。
【００１８】本発明では、超音波発振子１，音響レンズ
５及び超音波吸収材７の各接合面を清浄化する手段とし
てイオンビーム又はアトムビームを使用するが、その理
由は、真空の状態で活性な面をつくり、かつその状態を
保持しながら同一チャンバ内で接合するためである。表
面清浄化手段としてはプラズマ、有機溶剤又は超純水等
があるが、表面活性化と接合を同一チャンバ内で実施す
るにはイオンビーム又はアトムビームを使用するのが最
も好ましい。イオンビーム又はアトムビームとしては、
例えば、アルゴンなどのビームが好適に使用できる。
５及び超音波吸収材７の各接合面を清浄化する手段とし
てイオンビーム又はアトムビームを使用するが、その理
由は、真空の状態で活性な面をつくり、かつその状態を
保持しながら同一チャンバ内で接合するためである。表
面清浄化手段としてはプラズマ、有機溶剤又は超純水等
があるが、表面活性化と接合を同一チャンバ内で実施す
るにはイオンビーム又はアトムビームを使用するのが最
も好ましい。イオンビーム又はアトムビームとしては、
例えば、アルゴンなどのビームが好適に使用できる。
【００１９】真空処理室２０を使用するのは、イオンビ
ーム又はアトムビームによる清浄化処理を効率的に行う
ためである。この目的のために好適な真空圧は特に限定
されないが、一般的に、１０-6Torr程度であることが好
ましい。真空処理室２０内の真空圧がこれよりも低真空
の場合には接合面の再汚染防止にならないし、またこれ
よりも高真空の場合には、清浄化処理自体の効果を更に
高めることにはならないので不経済なだけである。
ーム又はアトムビームによる清浄化処理を効率的に行う
ためである。この目的のために好適な真空圧は特に限定
されないが、一般的に、１０-6Torr程度であることが好
ましい。真空処理室２０内の真空圧がこれよりも低真空
の場合には接合面の再汚染防止にならないし、またこれ
よりも高真空の場合には、清浄化処理自体の効果を更に
高めることにはならないので不経済なだけである。
【００２０】ビーム源１３ａ及び１３ｂとしては、例え
ば、アトムテックなどから市販されているビームガンな
どの当業者に公知の装置を使用できる。接合面の清浄化
処理に必要なイオンビーム又はアトムビームの出力は特
に限定されない。部材間の圧接接合を確立するのに必要
充分な清浄化度が得られる出力であればよい。一般的な
指標として、イオンビーム又はアトムビームの出力は１
ｋｅＶ，２５ｍＡ程度であることが好ましい。出力が１
ｋｅＶ，２５ｍＡ未満の場合には接合面の清浄化が不十
分になる可能性がある。一方、出力が１ｋｅＶ，２５ｍ
Ａを大きく超えた場合には、接合面に大きな空孔等を形
成するなどの不都合が生じるので好ましくない。また、
ビーム照射時間は接合面の清浄化に必要充分な長さであ
ればよく、特に限定されない。所望の接合面清浄化度を
得るために、ビーム出力とビーム照射時間とは反比例の
関係を有する。例えば、高出力のビームを使用すれば、
照射時間は短時間となり、一方、低出力のビームを使用
すれば照射時間は長くなる。単なる一般的な指標とし
て、１ｋｅＶ，２５ｍＡ程度の出力のビームを使用する
場合、照射時間は６００秒間程度である。
ば、アトムテックなどから市販されているビームガンな
どの当業者に公知の装置を使用できる。接合面の清浄化
処理に必要なイオンビーム又はアトムビームの出力は特
に限定されない。部材間の圧接接合を確立するのに必要
充分な清浄化度が得られる出力であればよい。一般的な
指標として、イオンビーム又はアトムビームの出力は１
ｋｅＶ，２５ｍＡ程度であることが好ましい。出力が１
ｋｅＶ，２５ｍＡ未満の場合には接合面の清浄化が不十
分になる可能性がある。一方、出力が１ｋｅＶ，２５ｍ
Ａを大きく超えた場合には、接合面に大きな空孔等を形
成するなどの不都合が生じるので好ましくない。また、
ビーム照射時間は接合面の清浄化に必要充分な長さであ
ればよく、特に限定されない。所望の接合面清浄化度を
得るために、ビーム出力とビーム照射時間とは反比例の
関係を有する。例えば、高出力のビームを使用すれば、
照射時間は短時間となり、一方、低出力のビームを使用
すれば照射時間は長くなる。単なる一般的な指標とし
て、１ｋｅＶ，２５ｍＡ程度の出力のビームを使用する
場合、照射時間は６００秒間程度である。
【００２１】加圧治具１４ａ及び１４ｂによる各部材の
加圧圧力及び加圧時間は各部材間で圧接接合を形成させ
るのに必要充分な大きさ及び長さであればよく、特に限
定されない。一般的に、１２．５ＭＰａ以上の加圧圧力
を使用する場合、加圧時間は３０秒間程度である。加圧
圧力が高すぎると石英製音響レンズ５が破損する恐れが
ある。一般的に、加圧圧力の上限は被接合物によって決
定される。
加圧圧力及び加圧時間は各部材間で圧接接合を形成させ
るのに必要充分な大きさ及び長さであればよく、特に限
定されない。一般的に、１２．５ＭＰａ以上の加圧圧力
を使用する場合、加圧時間は３０秒間程度である。加圧
圧力が高すぎると石英製音響レンズ５が破損する恐れが
ある。一般的に、加圧圧力の上限は被接合物によって決
定される。
【００２２】本実施例では、被接合材即ち圧電素子１、
音響レンズ５及び超音波吸収材７は何れも室温で接合し
たが、ヒータ等を用いて被接合材の加熱を行い、接合面
の温度をある範囲まで上昇させてから接合すると、接合
強度はさらに上昇する。
音響レンズ５及び超音波吸収材７は何れも室温で接合し
たが、ヒータ等を用いて被接合材の加熱を行い、接合面
の温度をある範囲まで上昇させてから接合すると、接合
強度はさらに上昇する。
【００２３】また、本実施例では真空中で接合を行った
が、アトムビームの照射後、アルゴンや窒素などの不活
性なガスで雰囲気を満たした後接合してもよい。不活性
ガス雰囲気を形成すると、部材の再酸化及び再汚染を防
止することができる。
が、アトムビームの照射後、アルゴンや窒素などの不活
性なガスで雰囲気を満たした後接合してもよい。不活性
ガス雰囲気を形成すると、部材の再酸化及び再汚染を防
止することができる。
【００２４】次に本発明を用いて製作された超音波探触
子の組立構造を図４により説明する。図４において、符
号１は超音波発振子、５は音響レンズ、６は下部電極接
続用リード線、７は超音波吸収材、８は上部電極接続用
リード線、９は充填材、１０は保護ケース、１１は端子
をそれぞれ示す。基本的な構成部品自体は従来のエポキ
シ樹脂系接着剤を使用する超音波探触子と大体同じであ
る。例えば、前記のように超音波発振子１は当業者に周
知の圧電素子及びＰＴ（チタン酸鉛）などを使用でき
る。音響レンズ５としては石英を使用する。超音波吸収
材７としては鉛，錫などを使用できる。超音波吸収材は
超音波振動を抑制する機能を果たす。下部電極用リード
線６は保護ケース１０の内壁面に接続されている。上部
電極接続用リード線８は超音波吸収材７の上面に接続さ
れている。超音波吸収材の下面に接続してもよい。リー
ド線８は絶縁材１２で絶縁され、保護ケース１０の外部
に取り出される。充填材９は例えば、エポキシ系の樹脂
などを使用できる。保護ケース１０は金属製であり、音
響レンズ側電極の導体を兼ねる。
子の組立構造を図４により説明する。図４において、符
号１は超音波発振子、５は音響レンズ、６は下部電極接
続用リード線、７は超音波吸収材、８は上部電極接続用
リード線、９は充填材、１０は保護ケース、１１は端子
をそれぞれ示す。基本的な構成部品自体は従来のエポキ
シ樹脂系接着剤を使用する超音波探触子と大体同じであ
る。例えば、前記のように超音波発振子１は当業者に周
知の圧電素子及びＰＴ（チタン酸鉛）などを使用でき
る。音響レンズ５としては石英を使用する。超音波吸収
材７としては鉛，錫などを使用できる。超音波吸収材は
超音波振動を抑制する機能を果たす。下部電極用リード
線６は保護ケース１０の内壁面に接続されている。上部
電極接続用リード線８は超音波吸収材７の上面に接続さ
れている。超音波吸収材の下面に接続してもよい。リー
ド線８は絶縁材１２で絶縁され、保護ケース１０の外部
に取り出される。充填材９は例えば、エポキシ系の樹脂
などを使用できる。保護ケース１０は金属製であり、音
響レンズ側電極の導体を兼ねる。
【００２５】次に本発明の超音波探触子の動作について
説明する。超音波発振子１に端子１１を介して図示しな
いパルス電圧発生器によってパルス電圧を印加すると、
超音波パルスが発生する。発生した超音波は音響レンズ
５を介して図示しない被検体に入射して超音波探傷を行
う。
説明する。超音波発振子１に端子１１を介して図示しな
いパルス電圧発生器によってパルス電圧を印加すると、
超音波パルスが発生する。発生した超音波は音響レンズ
５を介して図示しない被検体に入射して超音波探傷を行
う。
【００２６】下記の表１に超音波発振子の材料として代
表的な圧電素子（ＰｂＴｉＯ3系セラミックス）、音響
レンズの材料として使用される石英、及び有機接着剤の
材料として代表的なエポキシ樹脂の音響インピーダンス
を示す。
表的な圧電素子（ＰｂＴｉＯ3系セラミックス）、音響
レンズの材料として使用される石英、及び有機接着剤の
材料として代表的なエポキシ樹脂の音響インピーダンス
を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】前記の表１より、エポキシ樹脂の音響イン
ピーダンスは圧電素子及び石英のそれよりも小さいこと
がわかる。
ピーダンスは圧電素子及び石英のそれよりも小さいこと
がわかる。
【００２９】ところで、平面で接合された２つの物質の
音響インピーダンスをそれぞれＺ1及びＺ2とすると、こ
れらの接合界面での音圧反射率ｒは次式で表される。 ｒ＝（Ｚ2−Ｚ1）／（Ｚ2＋Ｚ1） … （１）
音響インピーダンスをそれぞれＺ1及びＺ2とすると、こ
れらの接合界面での音圧反射率ｒは次式で表される。 ｒ＝（Ｚ2−Ｚ1）／（Ｚ2＋Ｚ1） … （１）
【００３０】例えば圧電素子とエポキシ樹脂を接合した
場合には、前記（１）式に表１の音響インピーダンスの
数値を代入してｒ＝−０．８１（ここで、−（マイナ
ス）は位相の反転を意味する）の結果を得る。即ち、圧
電素子で発生した超音波の８１％が接合界面で反射して
しまうため、超音波が効率よく音響レンズに伝播しない
ことがわかる。
場合には、前記（１）式に表１の音響インピーダンスの
数値を代入してｒ＝−０．８１（ここで、−（マイナ
ス）は位相の反転を意味する）の結果を得る。即ち、圧
電素子で発生した超音波の８１％が接合界面で反射して
しまうため、超音波が効率よく音響レンズに伝播しない
ことがわかる。
【００３１】これに対し、圧電素子と石英を直接圧接接
合した場合には、前記（１）式よりｒ＝−０．４４とな
り、接合界面における超音波の反射が少なくなるため、
圧電素子で発生した超音波を効率よく音響レンズに伝播
することができる。
合した場合には、前記（１）式よりｒ＝−０．４４とな
り、接合界面における超音波の反射が少なくなるため、
圧電素子で発生した超音波を効率よく音響レンズに伝播
することができる。
【００３２】石英製音響レンズにＡｕ／Ｃｒを蒸着する
ことにより、吸音剤であるＰｂを安定的にムラ無く接合
することができるため、ダンピングを効かせることがで
きる。パルス波を送信した時の受信波数は２〜３波長程
度の短いものが得られる。しかし、接合手段としてエポ
キシ樹脂などの有機接着剤を用いた場合、接合面にムラ
ができる可能性がある。また、厚みもＡｕ／Ｃｒ蒸着膜
程度にすることは困難となる。その結果、波数は４〜７
波長程度と長いものとなる。
ことにより、吸音剤であるＰｂを安定的にムラ無く接合
することができるため、ダンピングを効かせることがで
きる。パルス波を送信した時の受信波数は２〜３波長程
度の短いものが得られる。しかし、接合手段としてエポ
キシ樹脂などの有機接着剤を用いた場合、接合面にムラ
ができる可能性がある。また、厚みもＡｕ／Ｃｒ蒸着膜
程度にすることは困難となる。その結果、波数は４〜７
波長程度と長いものとなる。
【００３３】
【発明の効果】本発明の圧接接合法による超音波探触子
は、超音波発振子と音響レンズとの間に接着剤などの音
響境界層を有さないので、良好な音響特性を示す。ま
た、本発明によれば、接合時に経時変化の恐れがある有
機接着剤を使用せずに強固な圧接接合を行うことが可能
であるので、性能が長期間変化しない超音波探触子を提
供することができる。
は、超音波発振子と音響レンズとの間に接着剤などの音
響境界層を有さないので、良好な音響特性を示す。ま
た、本発明によれば、接合時に経時変化の恐れがある有
機接着剤を使用せずに強固な圧接接合を行うことが可能
であるので、性能が長期間変化しない超音波探触子を提
供することができる。
【図１】本発明の超音波探触子の一例の模式的断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の超音波探触子の製造方法の一工程を例
証する模式図である。
証する模式図である。
【図３】本発明の超音波探触子の製造方法の別の工程を
例証する模式図である。
例証する模式図である。
【図４】本発明の超音波探触子の組立構造の一例の模式
的断面図である。
的断面図である。
１ 超音波発振子 ２ 上部電極 ３ 下部電極 ４ Ａｕ／Ｃｒ蒸着膜 ５ 音響レンズ ６ 下部電極接続用リード線 ７ 超音波吸収材 ８ 上部電極接続用リード線 ９ 充填材 １０ 保護ケース １３ａ，１３ｂ ビーム源 １４ａ，１４ｂ 加圧治具 ２０ 真空処理室 ２２ 排気ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−184564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−104651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−210795（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−225394（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 330 G01N 29/24 H04R 31/00 330
Claims (6)
- 【請求項１】 超音波発振子を間に挟んで、超音波吸収
材と、両面に電極形成用金属膜を有する超音波発振子
と、音響レンズとからなり、前記音響レンズの超音波発
振子との接合面にＡｕ／Ｃｒ蒸着膜が設けられていて、
該Ａｕ／Ｃｒ蒸着膜を介して前記超音波発振子と前記音
響レンズとが相互に圧接接合されていることを特徴とす
る超音波探触子。 - 【請求項２】 音響レンズは石英からなる請求項１の超
音波探触子。 - 【請求項３】 電極形成用金属膜はＡｕ／Ｃｒ膜であ
り、超音波吸収材は鉛又は錫からなる請求項１の超音波
探触子。 - 【請求項４】 超音波発振子の音響レンズとの接合面，
前記音響レンズの前記超音波発振子との接合面，前記超
音波発振子の超音波吸収材との接合面，および前記超音
波吸収材の前記超音波発振子との接合面に真空中でイオ
ンビームあるいはアトムビームを照射した後に前記超音
波吸収材，前記超音波発振子，及び前記音響レンズを加
圧しながら密着させることにより、超音波発振子を間に
挟んで、超音波吸収材と、超音波発振子と音響レンズと
を相互に圧接接合させることを特徴とする超音波探触子
の製造方法。 - 【請求項５】 音響レンズは石英からなり、前記音響レ
ンズの超音波発振子との接合面にＡｕ／Ｃｒ蒸着膜が設
けられており、前記超音波発振子はその両面に電極形成
用金属膜を有し、超音波吸収材は鉛又は錫からなる請求
項４の方法。 - 【請求項６】 超音波吸収材と超音波発振子と音響レン
ズとの圧接接合において、前記超音波発振子と前記音響
レンズとを圧接接合させた後に、前記超音波発振子と前
記超音波吸収材とを圧接接合させる請求項４の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04615495A JP3337179B2 (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 超音波探触子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04615495A JP3337179B2 (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 超音波探触子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08223695A JPH08223695A (ja) | 1996-08-30 |
| JP3337179B2 true JP3337179B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=12739079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04615495A Expired - Lifetime JP3337179B2 (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 超音波探触子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3337179B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5031136B2 (ja) * | 2000-03-01 | 2012-09-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| KR100548076B1 (ko) * | 2002-04-25 | 2006-02-02 | 학교법인 포항공과대학교 | 기체 음향렌즈 부착형 음향집중 스피커 |
-
1995
- 1995-02-10 JP JP04615495A patent/JP3337179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08223695A (ja) | 1996-08-30 |
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