JPH0642758B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPH0642758B2 JPH0642758B2 JP58161617A JP16161783A JPH0642758B2 JP H0642758 B2 JPH0642758 B2 JP H0642758B2 JP 58161617 A JP58161617 A JP 58161617A JP 16161783 A JP16161783 A JP 16161783A JP H0642758 B2 JPH0642758 B2 JP H0642758B2
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- matching
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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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は電気音響変換手段として圧電セラミックを用い
た超音波診断装置用探触子に関するものである。
た超音波診断装置用探触子に関するものである。
超音波診断装置に用いられる超音波探触子には距離方向
の感度及び分解能を向上させるために広帯域でかつ低損
失，低リップルであることが要求されている。
の感度及び分解能を向上させるために広帯域でかつ低損
失，低リップルであることが要求されている。
一般に電気音響変換手段として圧電セラミックス材料か
ら形成された振動子本体を有する超音波探触子において
は、高い電気音響変換効率を有しているが、人体及び水
などの媒質との音響整合性が悪く、そのため周波数帯幅
を広げることが難しいという欠点がある。また、ポリフ
ッ化ビニリデンなどの高分子圧電材から形成された振動
子本体を有する超音波探触子では人体及び水などの媒質
と良好な音響整合が得られ、周波数帯域幅を広く設定す
ることができるが、その反面電気音響変換効率、特に送
信時における電気音響変換効率が低いという欠点がある
ことは周知の通りである。このため、従来、圧電セラミ
ックを電気音響変換材料として用い、音響インピーダン
ス整合層を有する超音波探触子が提案されている。
ら形成された振動子本体を有する超音波探触子において
は、高い電気音響変換効率を有しているが、人体及び水
などの媒質との音響整合性が悪く、そのため周波数帯幅
を広げることが難しいという欠点がある。また、ポリフ
ッ化ビニリデンなどの高分子圧電材から形成された振動
子本体を有する超音波探触子では人体及び水などの媒質
と良好な音響整合が得られ、周波数帯域幅を広く設定す
ることができるが、その反面電気音響変換効率、特に送
信時における電気音響変換効率が低いという欠点がある
ことは周知の通りである。このため、従来、圧電セラミ
ックを電気音響変換材料として用い、音響インピーダン
ス整合層を有する超音波探触子が提案されている。
圧電セラミックに一つの整合層が形成された探触子にお
いては比較域幅４０％程度が得られており、また二重の
整合層が形成された探触子においては比帯域幅約７０％
が得られている。
いては比較域幅４０％程度が得られており、また二重の
整合層が形成された探触子においては比帯域幅約７０％
が得られている。
しかしながら、更に診断装置の性能の向上を図る場合に
は、従来の探触子の性能では不都合であり更にいっそう
の広帯域特性が探触子に要求されている。
は、従来の探触子の性能では不都合であり更にいっそう
の広帯域特性が探触子に要求されている。
本発明は上記要求に応えるべく、低損失，低リップルの
特性を有し、かつ従来の２重整合層が形成された探触子
よりはるかに広い帯域特性を実現する超音波探触子を提
供することを目的とする。
特性を有し、かつ従来の２重整合層が形成された探触子
よりはるかに広い帯域特性を実現する超音波探触子を提
供することを目的とする。
すなわち本発明は３重の整合層を有し電気音響変換材料
として圧電セラミックスを用いた超音波探触子におい
て、圧電セラミック振動子上に形成された第１整合層の
特性音響インピーダンス密度をz1，この第１整合層上に
形成された第２整合層の特性音響インピーダンス密度を
z2，さらに第２整合層上に形成された第３整合層の特性
音響インピーダンス密度をz3としたとき、 12.6×106(Kg／ｓ・m2）z118.1×106(Kg／ｓ・m2） 3.8×106(Kg／ｓ・m2）z26.0×106(Kg／ｓ・m2） 1.7×106(Kg／ｓ・m2）z32.4×106(Kg／ｓ・m2） なる関係を満足し、また前記第１整合層，第２整合層，
第３整合層の縦波の音速をそれぞれv1，v2，v3，前記圧
電セラミック振動子自身の機械的共振周波数（電気的反
共振周波数）を0としたとき、第１整合層の厚さt1，
第２整合層の厚さt2及び第３整合層の厚さt3を ただし λi＝vi／0（ｉ＝１，２，３） にしたことを特徴とする超音波探触子である。
として圧電セラミックスを用いた超音波探触子におい
て、圧電セラミック振動子上に形成された第１整合層の
特性音響インピーダンス密度をz1，この第１整合層上に
形成された第２整合層の特性音響インピーダンス密度を
z2，さらに第２整合層上に形成された第３整合層の特性
音響インピーダンス密度をz3としたとき、 12.6×106(Kg／ｓ・m2）z118.1×106(Kg／ｓ・m2） 3.8×106(Kg／ｓ・m2）z26.0×106(Kg／ｓ・m2） 1.7×106(Kg／ｓ・m2）z32.4×106(Kg／ｓ・m2） なる関係を満足し、また前記第１整合層，第２整合層，
第３整合層の縦波の音速をそれぞれv1，v2，v3，前記圧
電セラミック振動子自身の機械的共振周波数（電気的反
共振周波数）を0としたとき、第１整合層の厚さt1，
第２整合層の厚さt2及び第３整合層の厚さt3を ただし λi＝vi／0（ｉ＝１，２，３） にしたことを特徴とする超音波探触子である。
次に本発明について説明する。第１図は本発明の超音波
探触子の断面概略図である。第１図において10は圧電セ
ラミックであり超音波の伝般方向に分極（図中の矢印で
示す。）されており、14，15は電極である。一般に圧電
セラミックは特性音響インピーダンス密度z0が30×106
〜38×106Kg／ｓ・m2程度であり、水のそれに比して２
０倍以上ある。11，12，13はそれぞれ第１，第２，第３
音響整合層であり媒質16に近い音響整合層ほど特性音響
インピーダンス密度が小さくなるように並べられる。こ
こで特性音響インピーダンス密度とは音速と密度の積で
表わされる。
探触子の断面概略図である。第１図において10は圧電セ
ラミックであり超音波の伝般方向に分極（図中の矢印で
示す。）されており、14，15は電極である。一般に圧電
セラミックは特性音響インピーダンス密度z0が30×106
〜38×106Kg／ｓ・m2程度であり、水のそれに比して２
０倍以上ある。11，12，13はそれぞれ第１，第２，第３
音響整合層であり媒質16に近い音響整合層ほど特性音響
インピーダンス密度が小さくなるように並べられる。こ
こで特性音響インピーダンス密度とは音速と密度の積で
表わされる。
また第１図においてサフィックス０は圧電セラミック１
は整合層１、２は整合層２、３は整合層３を示し、ｋは
電気機械結合係数、▲εs 33▼は誘電率、Z0（＝z
0Ｓ），Z1（＝z1Ｓ），Z2（＝z2Ｓ），Z3（＝z3Ｓ）は
特性音響インピーダンス、t0，t1，t2，t3は層厚、v0，
v1，v2，v3は音速、ZLは負荷音響インピーダンスをそれ
ぞれ示している。（Ｓは断面積） ３重整合層を有する超音波探触子は広帯域特性の可能性
を有するがその反面整合層の最適化が完全に行なわれな
ければ通過帯域内に大きなリップルを生ずるばかりか挿
入損失の増大を招くことになる。
は整合層１、２は整合層２、３は整合層３を示し、ｋは
電気機械結合係数、▲εs 33▼は誘電率、Z0（＝z
0Ｓ），Z1（＝z1Ｓ），Z2（＝z2Ｓ），Z3（＝z3Ｓ）は
特性音響インピーダンス、t0，t1，t2，t3は層厚、v0，
v1，v2，v3は音速、ZLは負荷音響インピーダンスをそれ
ぞれ示している。（Ｓは断面積） ３重整合層を有する超音波探触子は広帯域特性の可能性
を有するがその反面整合層の最適化が完全に行なわれな
ければ通過帯域内に大きなリップルを生ずるばかりか挿
入損失の増大を招くことになる。
従って３重整合層にしたためにかえって総合的な探触子
の性能が劣化し、全く実用に供しない探触子ができてし
まう可能性が極めて大きくなるわけである。
の性能が劣化し、全く実用に供しない探触子ができてし
まう可能性が極めて大きくなるわけである。
本発明は３重整合層を有する超音波探触子を４重モード
振動子であることに着目し、多重モードフィルタの合成
理論を適用して整合層の最適化を達成し、広帯域で低リ
ップルかつ低損失といった高性能の探触子を供給しよう
とするものである。
振動子であることに着目し、多重モードフィルタの合成
理論を適用して整合層の最適化を達成し、広帯域で低リ
ップルかつ低損失といった高性能の探触子を供給しよう
とするものである。
次に本発明の原理について説明する。第１図に示した３
重整合層を有する超音波探触子の等価回路は圧電セラミ
ック部分にMasonの等価回路を用いて第２図のように表
わされる。第２図においてC0は制動容量，φは電気機械
変成比であり、各値の間には φ2＝ω0C0Z0K2／π （ω0＝２π0） (2) θi＝ωti／vi （ｉ＝0,1,2,3） (3) なる関係がある。
重整合層を有する超音波探触子の等価回路は圧電セラミ
ック部分にMasonの等価回路を用いて第２図のように表
わされる。第２図においてC0は制動容量，φは電気機械
変成比であり、各値の間には φ2＝ω0C0Z0K2／π （ω0＝２π0） (2) θi＝ωti／vi （ｉ＝0,1,2,3） (3) なる関係がある。
ここで圧電セラミック部分は２分の１波長振動子として
動作し、また特性インピーダンス密度に関しz0＞z1＞z2
＞z3に設定されている。
動作し、また特性インピーダンス密度に関しz0＞z1＞z2
＞z3に設定されている。
このとき負荷側から探触子をみた機械入力インピーダン
ス特性から本探触子は互いに近接する４つの共振モード
をもつことがわかる。
ス特性から本探触子は互いに近接する４つの共振モード
をもつことがわかる。
第３図に圧電セラミックの片端面の振動速度vcで基準化
したこの４つの共振モードを示す。第３図から奇数次
（１次及び３次）共振モードと偶数次（２次及び４次）
共振モードとは互いに位相が180°異なることがわか
る。（尚、第３図においてvxは探触子内の振動速度であ
る。）即ち、３重整合層を有する探触子を４重モードバ
ンドパスフィルタとみなし、多重モードフィルタの設計
理論を適用することができる。設計方針として制動容量
C0は外部から直列にインダクタンスを付加することによ
りその影響を極小にすることを考え、第２図の等価回路
において１：φの右側部分について検討する。
したこの４つの共振モードを示す。第３図から奇数次
（１次及び３次）共振モードと偶数次（２次及び４次）
共振モードとは互いに位相が180°異なることがわか
る。（尚、第３図においてvxは探触子内の振動速度であ
る。）即ち、３重整合層を有する探触子を４重モードバ
ンドパスフィルタとみなし、多重モードフィルタの設計
理論を適用することができる。設計方針として制動容量
C0は外部から直列にインダクタンスを付加することによ
りその影響を極小にすることを考え、第２図の等価回路
において１：φの右側部分について検討する。
第２図の等価回路の１：φの右側部分は、直列腕のイン
ピーダンスがZa，格子腕のインピーダンスがZbである。
Jaumann型回路と周波数特性を有する１：ｎの変成器に
等価変換することができ、偶数次共振モードはZaに、奇
数次共振モードはZbに所有される。
ピーダンスがZa，格子腕のインピーダンスがZbである。
Jaumann型回路と周波数特性を有する１：ｎの変成器に
等価変換することができ、偶数次共振モードはZaに、奇
数次共振モードはZbに所有される。
このときZaとZbが異符号であれば通過域となるわけであ
るからZa，Zbを考察することにより探触子の設計が可能
である。負荷側から見た影像インピーダンスZ02は で与えられ、Z02が虚数となるとき阻止域，実数となる
とき通過域となり、３重整合層を有する探触子の場合一
般に第４図に示すように41′，42′，43′，44′，
５′で示した５つの阻止域と41，42，43，44，45，46で
示した６つの通過域が表われる。
るからZa，Zbを考察することにより探触子の設計が可能
である。負荷側から見た影像インピーダンスZ02は で与えられ、Z02が虚数となるとき阻止域，実数となる
とき通過域となり、３重整合層を有する探触子の場合一
般に第４図に示すように41′，42′，43′，44′，
５′で示した５つの阻止域と41，42，43，44，45，46で
示した６つの通過域が表われる。
このうち阻止域43′は探触子の中心周波数c付近に表
われるがこの阻止域の周波数帯域幅は他阻止域に比べて
かなり狭い。
われるがこの阻止域の周波数帯域幅は他阻止域に比べて
かなり狭い。
主として探触子の通過域のリップルに極めて大きな影響
を与える阻止域は42′，44′であり、両端の阻止域4
1′，45′はそれほど大きな影響を与えない。
を与える阻止域は42′，44′であり、両端の阻止域4
1′，45′はそれほど大きな影響を与えない。
尚第４図において実線は実数値，点線は虚数値を示す。
従って阻止域42′，43′，44′を極小にして、かつ中心
周波数c付近でZ02が負荷インピーダンスZLに一致する
ように整合層を設計すれば良い。
周波数c付近でZ02が負荷インピーダンスZLに一致する
ように整合層を設計すれば良い。
次にこの原理に基づき、計算及び実験を行って本発明の
有効性について検証する。
有効性について検証する。
音響インピーダンス密度z0が36.40×106（Kg／ｓ・
m2），結合係数ｋが0.536，比誘電率▲εs 33▼／εが23
0の圧電セラミック振動子を用いて、この振動子の上に
整合層を３層形成した。第１図に示した構造の探触子に
ついて特性インピーダンス密度z1，z2，z3及び整合層の
厚みをパラメータとして設計を行った。
m2），結合係数ｋが0.536，比誘電率▲εs 33▼／εが23
0の圧電セラミック振動子を用いて、この振動子の上に
整合層を３層形成した。第１図に示した構造の探触子に
ついて特性インピーダンス密度z1，z2，z3及び整合層の
厚みをパラメータとして設計を行った。
尚ここでは、簡単のため整合層の厚さは３層ともに同一
波長として計算を行なった。
波長として計算を行なった。
本設計による探触子の代表例として z1＝16.2×106（Kg／ｓ・m2） z2＝4.8×106（Kg／ｓ・m2） z3＝2.0×106（Kg／ｓ・m2） また整合層の厚さについて とした場合について計算例を示す。
通過域におけるZ02の周波数特性を第５図に示す。
ここで周波数は圧電セラミック振動子の電気的な***振
周波数0で規準化されている。
周波数0で規準化されている。
また図中の実線はZ02が実数値，点線は虚数値をとるこ
とを示している。
とを示している。
図から明らかなように第４図に示した阻止域43′が完全
に消滅し、同時に阻止域42′，44′もかなり小さくなっ
ており、さらにZ02は中心周波数付近で連続的に実数値
をとりかつかなり広い範囲にわたって水のインピーダン
スに近い値を示すことがわかる。従って本設計による探
触子は通過帯域内で極めてフラットな損失特性が実現で
き、かつ人体との整合性に優れた探触子が実現できるこ
とを示唆している。
に消滅し、同時に阻止域42′，44′もかなり小さくなっ
ており、さらにZ02は中心周波数付近で連続的に実数値
をとりかつかなり広い範囲にわたって水のインピーダン
スに近い値を示すことがわかる。従って本設計による探
触子は通過帯域内で極めてフラットな損失特性が実現で
き、かつ人体との整合性に優れた探触子が実現できるこ
とを示唆している。
次に実施例に従って本発明の詳細について説明する。直
径1.76cm，厚さ1.0mmの前記と同一材料定数を有し、厚
み方向に分極され主面が鏡面研磨された円板状圧電セラ
ミック振動子を作製した。この振動子の主面にそれぞれ
厚さ3000ÅのCr-Au電極膜を形成した。
径1.76cm，厚さ1.0mmの前記と同一材料定数を有し、厚
み方向に分極され主面が鏡面研磨された円板状圧電セラ
ミック振動子を作製した。この振動子の主面にそれぞれ
厚さ3000ÅのCr-Au電極膜を形成した。
この円板状振動子の片面全面に音響インピーダンス密度
及び板厚が前記設計例の値とそれぞれ等しい値を有する
光学ガラスでできた第１整合層，エポキシ系樹脂ででき
た第２整合層及び、ウレタン系樹脂でできた第３整合層
を接着して、超音波探触子を試作した。
及び板厚が前記設計例の値とそれぞれ等しい値を有する
光学ガラスでできた第１整合層，エポキシ系樹脂ででき
た第２整合層及び、ウレタン系樹脂でできた第３整合層
を接着して、超音波探触子を試作した。
この探触子を用いて直列にチューニングコイルを付加し
水中に超音波を放射し、水深５cmにあるアルミブロック
反射板からの反射波を受信することにより往復の挿入損
失を測定した。試作した探触子の往復挿入損失特性を第
６図に実線で示す。
水中に超音波を放射し、水深５cmにあるアルミブロック
反射板からの反射波を受信することにより往復の挿入損
失を測定した。試作した探触子の往復挿入損失特性を第
６図に実線で示す。
挿入損失2.6dB，６dB比帯域幅91％，また0.7dB以下の低
リップル特性が得られていることがわかる。第６図の点
線で示した特性は計算値であり、実測値と計算値の間の
ずれは主として超音波ビームの広がりによるもの及び探
触子の弾性損失によるものと考えられるが、ほとんど良
好な一致が認められる。
リップル特性が得られていることがわかる。第６図の点
線で示した特性は計算値であり、実測値と計算値の間の
ずれは主として超音波ビームの広がりによるもの及び探
触子の弾性損失によるものと考えられるが、ほとんど良
好な一致が認められる。
このような広帯域低リップルかつ低損失の特性は従来の
超音波探触子では全く実現不可能な特性であり本発明の
超音波探触子は極めて優れた性能を具備していることが
理解される。
超音波探触子では全く実現不可能な特性であり本発明の
超音波探触子は極めて優れた性能を具備していることが
理解される。
また製造ばらつき及び材料定数のばらつきのために各整
合層の厚さ及び特性音響インピーダンス密度がばらつい
たものになり、探触子を設計するうえで各整合層の厚さ
及び特性音響インピーダンス密度の実用上十分な性能が
得られる最適な範囲を見い出すことが重要である。
合層の厚さ及び特性音響インピーダンス密度がばらつい
たものになり、探触子を設計するうえで各整合層の厚さ
及び特性音響インピーダンス密度の実用上十分な性能が
得られる最適な範囲を見い出すことが重要である。
そこで前記実施例の値を中心に各整合層の厚さ及び特性
インピーダンス密度をパラメータにして、これらパラメ
ータと通過帯域特性の関係を実験と理論の両面から求
め、従来構造では実現が非常に困難な帯域内リップルが
３dB以下という実用上十分な性能が得られる最適な範囲
を見いだした。
インピーダンス密度をパラメータにして、これらパラメ
ータと通過帯域特性の関係を実験と理論の両面から求
め、従来構造では実現が非常に困難な帯域内リップルが
３dB以下という実用上十分な性能が得られる最適な範囲
を見いだした。
その結果、実用上十分な範囲として 12.6×106Kg／ｓ・m2z118.1×106Kg／ｓ・m2 3.8×106Kg／ｓ・m2z26.0×106Kg／ｓ・m2 1.7×106Kg／ｓ・m2z32.4×106Kg／ｓ・m2 また圧電セラミック振動子の電気的***振周波数を0
としたとき各整合層の厚みについて （ただし λi＝vi／0（ｉ＝1,2,3））を得た。尚、
前記範囲に入る特性インピーダンス密度を有する材料と
して整合層１に関して各種ガラス、整合層２に関してエ
ポキシ系樹脂，ナイロン樹脂，フェノール系樹脂等があ
り整合層１に関してポリイミド系樹脂，ウレタン系樹
脂，ポリサルホン系樹脂，ナイロン系樹脂等があり、こ
れらはすべて容易に入手しうる材料である。
としたとき各整合層の厚みについて （ただし λi＝vi／0（ｉ＝1,2,3））を得た。尚、
前記範囲に入る特性インピーダンス密度を有する材料と
して整合層１に関して各種ガラス、整合層２に関してエ
ポキシ系樹脂，ナイロン樹脂，フェノール系樹脂等があ
り整合層１に関してポリイミド系樹脂，ウレタン系樹
脂，ポリサルホン系樹脂，ナイロン系樹脂等があり、こ
れらはすべて容易に入手しうる材料である。
このような高性能を有する探触子を実現するためには、
各整合層の厚み及び特性音響インピーダンス密度を前述
の範囲に限定することが必要である。
各整合層の厚み及び特性音響インピーダンス密度を前述
の範囲に限定することが必要である。
この範囲から逸脱すると挿入損失や損失変動が大きくな
り実用上好ましくないわけである。
り実用上好ましくないわけである。
次に前記範囲を例証する具体例について述べる。第１整
合層を高密度高弾性率の光学ガラス（z1＝17.6×106〜1
8.1×106Kg／ｓ・m2），第２整合層をポリフェニレンサ
ルファイド樹脂（z2＝5.4×106〜6.0×106Kg／ｓ・
m2），第３整合層をポリカーボネート樹脂（z3＝2.2×1
06〜2.4×106Kg／ｓ・m2）を用いて各整合層の厚さの範
囲を前記範囲に設定して探触子を試作した。
合層を高密度高弾性率の光学ガラス（z1＝17.6×106〜1
8.1×106Kg／ｓ・m2），第２整合層をポリフェニレンサ
ルファイド樹脂（z2＝5.4×106〜6.0×106Kg／ｓ・
m2），第３整合層をポリカーボネート樹脂（z3＝2.2×1
06〜2.4×106Kg／ｓ・m2）を用いて各整合層の厚さの範
囲を前記範囲に設定して探触子を試作した。
さらに他の実施例として、第１整合層を低密度光学ガラ
ス（z1＝12.6×106〜13.2×106Kg／ｓ・m2），第２整合
層をエポキシ系樹脂（z2＝3.8×106〜4.1×106Kg／ｓ・
m2），第３整合層をポリサルホン系樹脂（z3＝1.7×106
〜1.9×106Kg／ｓ・m2）を用いて、各整合層の厚さの範
囲を前記範囲に設定して探触子を試作し往復挿入損失特
性を測定した。それらの結果の一例を第７図に示す。１
点鎖線は整合層が高密度高弾性率の光学ガラス／ポリフ
ェニレンサルファイド／ポリカーボネートからなる前者
の探触子の特性、２点鎖線は整合層が低密度光学ガラス
／エポキシ／ポリサルフォンからなる後者の探触子の一
特性例であり、ともに実用上十分な低リップル特性が得
られている。尚、整合層の特性音響インピーダンスを第
５図に示した探触子に用いられている整合層のそれに近
ずけてやるほど高性能の探触子が得られることは言うま
でもない。
ス（z1＝12.6×106〜13.2×106Kg／ｓ・m2），第２整合
層をエポキシ系樹脂（z2＝3.8×106〜4.1×106Kg／ｓ・
m2），第３整合層をポリサルホン系樹脂（z3＝1.7×106
〜1.9×106Kg／ｓ・m2）を用いて、各整合層の厚さの範
囲を前記範囲に設定して探触子を試作し往復挿入損失特
性を測定した。それらの結果の一例を第７図に示す。１
点鎖線は整合層が高密度高弾性率の光学ガラス／ポリフ
ェニレンサルファイド／ポリカーボネートからなる前者
の探触子の特性、２点鎖線は整合層が低密度光学ガラス
／エポキシ／ポリサルフォンからなる後者の探触子の一
特性例であり、ともに実用上十分な低リップル特性が得
られている。尚、整合層の特性音響インピーダンスを第
５図に示した探触子に用いられている整合層のそれに近
ずけてやるほど高性能の探触子が得られることは言うま
でもない。
また図には示されていないが、本発明の範囲を超える特
性音響インピーダンス密度及び厚さを有する整合層を用
いた探触子では、いずれも通過域内の損失変動が大きく
実用に供しないことが判った。
性音響インピーダンス密度及び厚さを有する整合層を用
いた探触子では、いずれも通過域内の損失変動が大きく
実用に供しないことが判った。
以上円板状の超音波探触子を実施例にとって述べてきた
が、本発明は他の超音波探触子に関してもそのまま適用
できることは言うまでもない。
が、本発明は他の超音波探触子に関してもそのまま適用
できることは言うまでもない。
以上述べた如く、本発明に従えば、容易に入手しうる材
料を用いて高性能超音波探触子を実現することができ工
業的価値も甚大である。
料を用いて高性能超音波探触子を実現することができ工
業的価値も甚大である。
第１図は３層の整合層を有する超音波探触子の概略断面
図を示し、10は圧電セラミック、11，12，13は整合層、
14，15は電極、16は負荷媒質、矢印は分極方向、ｋは電
気機械結合係数、▲εs 33▼は誘電率、Z0，Z1，Z2，Z3
は特性音響インピーダンス、ZLは負荷インピーダンス、
t0，t1，t2，t3は厚さ、v0，v1，v2，v3は音速。 第２図は３層の整合層を有する超音波探触子の等価回路
図を示し、C0は制動容量、φは電気機械変成比。 第３図は３層の整合層を有する超音波探触子の各共振に
おける振動モードを示す図、vcは圧電セラミック片端面
の振動速度、vxは探触子各部分の振動速度。 第４図は３層の整合層を有する超音波探触子の一般的な
影像インピーダンス特性図、Z02は負荷側から探触子を
みた影像インピーダンス、cは探触子の中心周波数、4
1，42，43，44，45，46は通過域、41′，42′，43′，4
4′，45′は阻止域。 第５図は本発明に従った探触子の影像インピーダンス特
性図。 第６図は本発明に従った探触子の代表的な往復挿入損失
特性図。 第７図は同じく本発明に従った探触子の往復挿入損失特
性図。
図を示し、10は圧電セラミック、11，12，13は整合層、
14，15は電極、16は負荷媒質、矢印は分極方向、ｋは電
気機械結合係数、▲εs 33▼は誘電率、Z0，Z1，Z2，Z3
は特性音響インピーダンス、ZLは負荷インピーダンス、
t0，t1，t2，t3は厚さ、v0，v1，v2，v3は音速。 第２図は３層の整合層を有する超音波探触子の等価回路
図を示し、C0は制動容量、φは電気機械変成比。 第３図は３層の整合層を有する超音波探触子の各共振に
おける振動モードを示す図、vcは圧電セラミック片端面
の振動速度、vxは探触子各部分の振動速度。 第４図は３層の整合層を有する超音波探触子の一般的な
影像インピーダンス特性図、Z02は負荷側から探触子を
みた影像インピーダンス、cは探触子の中心周波数、4
1，42，43，44，45，46は通過域、41′，42′，43′，4
4′，45′は阻止域。 第５図は本発明に従った探触子の影像インピーダンス特
性図。 第６図は本発明に従った探触子の代表的な往復挿入損失
特性図。 第７図は同じく本発明に従った探触子の往復挿入損失特
性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 雅也 東京都新宿区大久保１丁目12番１ 三栄測 器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−31788（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−170708（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−83194（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】３重の整合層を有し電気音響変換材料とし
て圧電セラミックスを用いた超音波探触子において、圧
電セラミック振動子上に形成された第１整合層の特性音
響インピーダンス密度をz1，この第１整合層上に形成さ
れた第２整合層の特性音響インピーダンス密度をz2，さ
らに第２整合層上に形成された第３整合層の特性音響イ
ンピーダンス密度をz3としたとき、 12.6×106(Kg／ｓ・m2）z118.1×106(Kg／ｓ・m2） 3.8×106(Kg／ｓ・m2）z26.0×106(Kg／ｓ・m2） 1.7×106(Kg／ｓ・m2）z32.4×106(Kg／ｓ・m2） なる関係を満足し、また前記第１整合層，第２整合層，
第３整合層の縦波の音速をそれぞれv1，v2，v3，前記圧
電セラミック振動子自身の機械的共振周波数（電気的反
共振周波数）を0としたとき、第１整合層の厚さt1，
第２整合層の厚さt2及び第３整合層の厚さt3を ただし λi＝vi／0（ｉ＝１，２，３） にしたことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58161617A JPH0642758B2 (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58161617A JPH0642758B2 (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6053399A JPS6053399A (ja) | 1985-03-27 |
| JPH0642758B2 true JPH0642758B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=15738574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58161617A Expired - Lifetime JPH0642758B2 (ja) | 1983-09-02 | 1983-09-02 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642758B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101536545B (zh) | 2006-11-08 | 2013-02-06 | 松下电器产业株式会社 | 超声波探头 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57170708U (ja) * | 1981-04-20 | 1982-10-27 | ||
| JPS5889008U (ja) * | 1981-12-12 | 1983-06-16 | 株式会社島津製作所 | 超音波断層診断用探触子 |
-
1983
- 1983-09-02 JP JP58161617A patent/JPH0642758B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6053399A (ja) | 1985-03-27 |
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