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JP2986581B2 - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

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Publication number
JP2986581B2
JP2986581B2 JP3163050A JP16305091A JP2986581B2 JP 2986581 B2 JP2986581 B2 JP 2986581B2 JP 3163050 A JP3163050 A JP 3163050A JP 16305091 A JP16305091 A JP 16305091A JP 2986581 B2 JP2986581 B2 JP 2986581B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic probe
piezoelectric vibrator
front plate
ultrasonic
solder
Prior art date
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JP3163050A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0511042A (en
Inventor
博一 唐沢
忠宏 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0511042A publication Critical patent/JPH0511042A/en
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パルス状の超音波を被
検体に送波し、被検体からの反射波を受波する超音波探
触子に関し、特に、高温環境下での使用に好適な超音波
探触子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe for transmitting pulsed ultrasonic waves to a subject and receiving reflected waves from the subject, and more particularly to an ultrasonic probe used in a high-temperature environment. It relates to a suitable ultrasonic probe.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来からよく知られているように、超音
波を送波・受波する超音波探触子は、電気・音響変換を
行うPZT等からなる圧電振動子と、この圧電振動子の
一方の側に配置される、エポキシ樹脂とタングステンと
を主成分とする背板と、上記圧電振動子に対して、この
背板と反対側に配置されるアルミナ等からなる前面板と
を備えて構成されている。
2. Description of the Related Art As is well known, an ultrasonic probe for transmitting and receiving ultrasonic waves includes a piezoelectric vibrator made of PZT or the like for performing electric / acoustic conversion, A back plate mainly composed of epoxy resin and tungsten, and a front plate made of alumina or the like disposed on the opposite side to the back plate with respect to the piezoelectric vibrator. It is configured.

【0003】上記超音波探触子においては、圧電振動子
と背板との接合、および、圧電振動子と前面板との接合
はエポキシ系樹脂によって行なわれている。ところが、
このエポキシ系樹脂は100℃以上では劣化するので、
この超音波探触子を100℃以上の高温で使用した場合
は、圧電振動子と、背板および前面板とは、剥離等を生
じるおそれがあるという問題がある。この結果、常温で
しかこの超音波探触子を使用できず、高温でこの超音波
探触子を使用した場合は、圧電振動子と背板等との音響
結合が変動し、超音波探触子としての機能が劣化し、信
頼性に欠ける。
In the above ultrasonic probe, the joining between the piezoelectric vibrator and the back plate and the joining between the piezoelectric vibrator and the front plate are performed by epoxy resin. However,
Since this epoxy resin deteriorates at 100 ° C or higher,
When this ultrasonic probe is used at a high temperature of 100 ° C. or more, there is a problem that the piezoelectric vibrator may peel off from the back plate and the front plate. As a result, this ultrasonic probe can be used only at room temperature, and when this ultrasonic probe is used at high temperature, the acoustic coupling between the piezoelectric vibrator and the back plate fluctuates, The function as a child deteriorates and lacks reliability.

【0004】この問題を解決するために、図5に示すよ
うな超音波探触子が開発された。図5は、この超音波探
触子を示す断面図である。この超音波探触子500の構
造を説明する。超音波探触子500は、外匡器6、カバ
ー7、ステンレス製の前面板4とコネクタ8とを備えて
構成される全閉構造であり、この内部には、音響結合材
としてシリコンオイル15が使用されている。そして、
このシリコンオイル15を介して、電気・音響変換を行
う圧電振動子52、背板53および前面板4が接続され
ている。
In order to solve this problem, an ultrasonic probe as shown in FIG. 5 has been developed. FIG. 5 is a sectional view showing the ultrasonic probe. The structure of the ultrasonic probe 500 will be described. The ultrasonic probe 500 has a fully-closed structure including an enclosure 6, a cover 7, a stainless steel front plate 4 and a connector 8, and includes a silicone oil 15 as an acoustic coupling material. Is used. And
The piezoelectric vibrator 52 for performing electric / acoustic conversion, the back plate 53 and the front plate 4 are connected via the silicone oil 15.

【0005】この超音波探触子500の作用について説
明する。図示していないパルス送信器からの電気信号
を、コネクタ8を介して、圧電振動子52に加えて、こ
の圧電振動子52を付勢し、超音波を放射する。圧電振
動子52からの超音波は、シリコンオイル15およびス
テンレス製の前面板4を介して、被検材11に送波され
る。一方、被検材からの反射波は、シリコンオイル15
およびステンレス製の前面板4を介して、圧電振動子5
2に受波される。
The operation of the ultrasonic probe 500 will be described. An electric signal from a pulse transmitter (not shown) is applied to the piezoelectric vibrator 52 via the connector 8, and the piezoelectric vibrator 52 is energized to emit ultrasonic waves. The ultrasonic wave from the piezoelectric vibrator 52 is transmitted to the test material 11 via the silicon oil 15 and the front plate 4 made of stainless steel. On the other hand, the reflected wave from the test material is
And a piezoelectric vibrator 5 via a front plate 4 made of stainless steel.
2 is received.

【0006】この超音波探触子500を超音波探傷装置
に用いる場合は、さらに、次のようになる。被検材11
内に欠陥等が存在していると、その欠陥等からの反射波
を圧電振動子52が受波する。そして、反射してくる時
間と反射波の強度とを、図示していない外部機器を用い
て分析することによって、図示していないCRT等のデ
ィスプレー上で欠陥等の観察ができる。
When the ultrasonic probe 500 is used in an ultrasonic flaw detector, the following is further performed. Test material 11
If a defect or the like exists in the inside, the piezoelectric vibrator 52 receives a reflected wave from the defect or the like. By analyzing the time of reflection and the intensity of the reflected wave using an external device (not shown), a defect or the like can be observed on a display such as a CRT (not shown).

【0007】この圧電振動子と前面板との接合にシリコ
ンオイルを用いた技術は、圧電振動子と前面板との接合
にエポキシ系樹脂を用いる場合のように、高温下におい
て剥離等は生じない。しかし、このシリコンオイルを用
いる技術には、次のような問題点がある。シリコンオイ
ルを用いる超音波探触子は、圧電振動子と前面板との間
に、シリコンオイルを介入させて、音響結合を行う。と
ころが、高温状態においては、シリコンオイルの膜厚や
属性(例えば、常温での音速1000m/sに対し、2
00℃では500m/sである。)が変わり、圧電振動
子と前面板との音響結合が変動するので、超音波探触子
として安定した感度が得られない。
The technique using silicon oil for joining the piezoelectric vibrator and the front plate does not cause peeling or the like at high temperatures unlike the case where an epoxy resin is used for joining the piezoelectric vibrator and the front plate. . However, the technology using the silicone oil has the following problems. An ultrasonic probe using silicon oil performs acoustic coupling by interposing silicon oil between a piezoelectric vibrator and a front plate. However, in a high temperature state, the thickness and properties of the silicon oil (for example, for a sound speed of 1000 m / s at room temperature, 2
At 00 ° C., it is 500 m / s. ) Changes, and the acoustic coupling between the piezoelectric vibrator and the front plate fluctuates, so that stable sensitivity cannot be obtained as an ultrasonic probe.

【0008】また、音響インピーダンスの低いシリコン
オイルが、音響インピーダンスの高い圧電振動子と前面
板との間に挿入されているので、前面板の厚さが、超音
波の周波数特性に強く影響をおよぼす。超音波の放射効
率を向上するためには、前面板の厚さは、放射する超音
波の波長の正確に2分の1であることが必要であり、前
面板の厚さの加工に、高い精度が要求される。この前面
板の厚さの加工が正確に波長の2分の1になっていない
と、放射効率が変わり、超音波パルス波形の減衰時間等
が変化して、超音波探触子の感度や減衰特性は不安定と
なる。一方、この前面板の厚みが正確であっても、圧電
振動子の作動周波数にはバラツキがあるので、上記と同
様に、超音波探触子の感度や減衰特性にバラツキが生じ
る。さらに、前面板の共振的な透過を使っているので、
広帯域な周波数特性を得ることができなかった。
Further, since silicon oil having low acoustic impedance is inserted between the piezoelectric vibrator having high acoustic impedance and the front plate, the thickness of the front plate strongly affects the frequency characteristics of ultrasonic waves. . In order to improve the radiation efficiency of ultrasonic waves, the thickness of the front plate needs to be exactly one half of the wavelength of the ultrasonic wave to be radiated, and the thickness of the front plate is high for processing. Accuracy is required. If the processing of the thickness of the front plate is not exactly half of the wavelength, the radiation efficiency will change, the decay time of the ultrasonic pulse waveform will change, and the sensitivity and attenuation of the ultrasonic probe will change. Characteristics become unstable. On the other hand, even if the thickness of the front plate is accurate, the operating frequency of the piezoelectric vibrator varies, so that the sensitivity and the attenuation characteristics of the ultrasonic probe vary as described above. Furthermore, since the resonance transmission of the front plate is used,
Broadband frequency characteristics could not be obtained.

【0009】上記シリコンオイルを用いる技術の問題点
を解決するために、ステンレス製の前面板と、圧電振動
子との接続、および、背板と圧電振動子との接続に、上
記シリコンオイルの代わりに、アルミニウムのロウ付け
を用いた技術がある。
In order to solve the problem of the technology using silicon oil, a stainless steel front plate is connected to a piezoelectric vibrator and a back plate is connected to the piezoelectric vibrator, instead of the silicon oil. There is a technique using brazing of aluminum.

【0010】しかし、この技術では、圧電振動子として
用いるセラミックスの熱膨張率と、ステンレス製の前面
板の熱膨張率との差が大きい場合は、この超音波探触子
を高温で使用すると、圧電振動子と前面板との間で剥離
等が生じるという問題がある。この結果、この超音波探
触子の信頼性は失われる。
However, in this technique, when the difference between the coefficient of thermal expansion of ceramics used as a piezoelectric vibrator and the coefficient of thermal expansion of a stainless steel front plate is large, using this ultrasonic probe at a high temperature causes There is a problem that peeling or the like occurs between the piezoelectric vibrator and the front plate. As a result, the reliability of the ultrasonic probe is lost.

【0011】次に、この熱膨張率の差を少なくするため
に、ステンレス製の前面板の熱膨張率(約16×10~6
/℃)に近い熱膨張率(約15×10~6/℃)を有する
LiNbO3を圧電振動子として用いる技術がある。こ
の技術では、圧電振動子と前面板との熱膨張率が近いの
で、高温で使用しても、圧電振動子と前面板との間で剥
離等が生じるという問題は解決される。
Next, in order to reduce the difference in the coefficient of thermal expansion, the coefficient of thermal expansion of the front plate made of stainless steel (about 16 × 10 to 6
Thermal expansion coefficient close to / ° C.) a LiNbO 3 having (approximately 15 × 10 ~ 6 / ℃) there is a technique used as a piezoelectric vibrator. In this technique, since the coefficients of thermal expansion of the piezoelectric vibrator and the front plate are close to each other, the problem that separation occurs between the piezoelectric vibrator and the front plate even when used at a high temperature is solved.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、LiNbO3
はへき開性が著しいので、前面板との接合の際に割れや
すく、歩留りが低いという問題がある。また、LiNb
3の電気機械結合係数(与えられた電気的入力のう
ち、機械的出力に変換する割合を示す量。)は約0.1
7であり、他の圧電性セラミックスの電気機械結合係数
(約0.3以上)に比較し、非常に劣る。その結果、圧
電振動子として、LiNbO3を用いた超音波探触子
は、他の圧電性セラミックスを用いた超音波探触子に比
べ、前面板との剥離がないという点では優れるが、感度
は悪いという問題がある。
However, LiNbO 3
Since cleavage is remarkable, there is a problem in that it is easily broken at the time of joining with the front plate, and the yield is low. In addition, LiNb
The electromechanical coupling coefficient of O 3 (a quantity indicating a ratio of a given electrical input to a mechanical output) is about 0.1.
7, which is very inferior to the electromechanical coupling coefficient (about 0.3 or more) of other piezoelectric ceramics. As a result, the ultrasonic probe using LiNbO 3 as the piezoelectric vibrator is superior to the ultrasonic probe using other piezoelectric ceramics in that there is no separation from the front plate, but the sensitivity is high. Is bad.

【0013】本発明の目的は、約250℃程度の高温で
使用しても、長寿命であり、かつ、感度のよい超音波探
触子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe which has a long service life and high sensitivity even when used at a high temperature of about 250 ° C.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的は、電気・音響
変換を行う圧電振動子と、この圧電振動子の一方の側に
配置される背板と、上記圧電振動子に対して、この背板
と反対側に配置される前面板とを備えて構成される超音
波探触子において、上記圧電振動子と背板との接合、お
よび、上記圧電振動子と前面板との接合は、ともにハン
ダを介して行われ、上記前面板はセラミックスからなる
超音波探触子によって達成できる。このハンダの厚みは
100μm以下であることが好ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator for performing electric / acoustic conversion, a back plate disposed on one side of the piezoelectric vibrator, and a back plate for the piezoelectric vibrator. In an ultrasonic probe configured to include a plate and a front plate disposed on the opposite side, the bonding between the piezoelectric vibrator and the back plate, and the bonding between the piezoelectric vibrator and the front plate are both performed. It is performed through solder, and the front plate can be achieved by an ultrasonic probe made of ceramics. The thickness of the solder is preferably 100 μm or less.

【0015】上記圧電振動子は、PbNb26系および
PbTiO3系のいずれかからなることが好ましい。
Preferably, the piezoelectric vibrator is made of one of a PbNb 2 O 6 system and a PbTiO 3 system.

【0016】また、上記圧電振動子を、複数、直線上に
等間隔で配列して構成されるようにしてもよい。
Further, the piezoelectric vibrators may be arranged in plural at a regular interval on a straight line.

【0017】[0017]

【作用】本発明に係る超音波探触子には、圧電振動子と
して、高いキューリーポイントを持ち、熱膨脹係数の小
さい、例えば、PbNb26系またはPbTiO3系な
どのセラミックスが用いられる。この圧電振動子と前面
板とをハンダを介して接合する。また、前面板と圧電振
動子とは、互いに熱膨脹係数が接近している。また、ハ
ンダの伸びは約36%であり、軟らかい。このため、2
50℃程度の高温環境下においても、剥離等の発生がな
い。また、シリコンオイルに比べ、音響インピーダンス
が、圧電振動子や前面板に近い値であるので、両者間の
超音波伝達における音響結合が安定化できる。従って、
本発明に係る超音波探触子は、高温環境下の作動におい
ても、信頼性ならびに性能が安定する。
In the ultrasonic probe according to the present invention, a ceramic having a high Curie point and a small thermal expansion coefficient, for example, PbNb 2 O 6 or PbTiO 3 is used as the piezoelectric vibrator. The piezoelectric vibrator and the front plate are joined via solder. Further, the front plate and the piezoelectric vibrator have thermal expansion coefficients close to each other. In addition, the elongation of the solder is about 36%, which is soft. Therefore, 2
Even under a high temperature environment of about 50 ° C., there is no occurrence of peeling or the like. Further, since the acoustic impedance is closer to that of the piezoelectric vibrator and the front plate than that of silicon oil, acoustic coupling in ultrasonic transmission between the two can be stabilized. Therefore,
The ultrasonic probe according to the present invention has stable reliability and performance even when operated in a high-temperature environment.

【0018】また、このセラミックス製の前面板中にお
ける音速は、ステンレス中の音速(約5900m/s)
と比べ、約2倍の速さであるので、セラミックス製の前
面板の厚さをステンレス板の厚さと同じ厚さとするな
ら、セラミックス製の前面板中を伝播する超音波の波長
の半分の厚さとなる。また、炭化珪素系や窒化珪素系セ
ラミックス等の抗折強度の大きいセラミックスを用いれ
ば、さらに薄く10分の1波長程度の厚さとすることも
可能となる。その結果、前面板内部での超音波の多重反
射の影響を無視できるので、広帯域な周波数特性をも
ち、パルス幅の狭い信号の送受波が可能な超音波探触子
を実現できる。
The sound speed in the ceramic front plate is the sound speed in stainless steel (about 5900 m / s).
If the thickness of the ceramic front plate is the same as the thickness of the stainless steel plate, the thickness is half the wavelength of the ultrasonic wave propagating through the ceramic front plate. It will be. In addition, if a ceramic having a high transverse rupture strength, such as a silicon carbide-based or silicon nitride-based ceramic, is used, it can be made thinner and have a thickness of about 1/10 wavelength. As a result, since the influence of multiple reflection of ultrasonic waves inside the front plate can be ignored, it is possible to realize an ultrasonic probe having a wide frequency characteristic and capable of transmitting and receiving signals with a narrow pulse width.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明に係る超音波探触子の第1実施
例について、図1,2および3を用いて説明する。図1
は、本実施例に係る超音波探触子を示す断面図である。
図2は、図1のAーA断面図、図3は、背板3の斜視図
である。
Next, a first embodiment of the ultrasonic probe according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the ultrasonic probe according to the present embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the back plate 3.

【0020】この超音波探触子100の基本構成は、外
匡器6、カバー7、前面板4とコネクタ8とを備えて構
成される全閉構造であり、この内部には、無機材からな
る接着剤が充填されている。また、一直線上にほぼ等間
隔のアレイ状に配列された複数の圧電振動子2(図1で
は、例として、6個の圧電振動子を示す。)は、電極を
兼ねたハンダ5によって、前面板4に接合されている。
また、背板3と圧電振動子2とも、電極を兼ねたハンダ
5によって接合されている。この背板3には、図3に示
すように、信号線取出し用端子16と、信号側電極15
とが備えられている。また、図2に示すように、ハンダ
5の一端には、接続端子9が設けられている。
The basic structure of the ultrasonic probe 100 is a fully-closed structure including an enclosure 6, a cover 7, a front plate 4 and a connector 8. The inside of the ultrasonic probe 100 is made of an inorganic material. Filled with an adhesive. In addition, a plurality of piezoelectric vibrators 2 (six piezoelectric vibrators are shown as an example in FIG. 1) arranged in an array at substantially equal intervals on a straight line are soldered by solder 5 which also serves as an electrode. It is joined to the face plate 4.
Also, the back plate 3 and the piezoelectric vibrator 2 are joined by solder 5 also serving as an electrode. As shown in FIG. 3, the back plate 3 has a signal line extraction terminal 16 and a signal side electrode 15.
And are provided. Further, as shown in FIG. 2, a connection terminal 9 is provided at one end of the solder 5.

【0021】前面板4は、耐熱性・耐候性にすぐれた、
例えば、SiC系(熱膨張率約5×10-6/゜C、ヤン
グ率約46×1010N/m2)またはSi34系(熱膨張
率約3.4×10-6/゜C、ヤング率約46×1010
/m2)のセラミックス製である。また、背板3は、Al
2 3 ・TiO 2 系のセラミックス製である。
The front plate 4 has excellent heat resistance and weather resistance.
For example, SiC type (thermal expansion coefficient about 5 × 10 −6 / ゜ C, Young's modulus about 46 × 10 10 N / m 2 ) or Si 3 N 4 type (thermal expansion coefficient about 3.4 × 10 −6 /) C, Young's modulus about 46 × 10 10 N
/ M 2 ) made of ceramics. The back plate 3 is made of Al
It is made of 2 O 3 TiO 2 ceramics.

【0022】圧電振動子2は、PbNb26系(熱膨張
率約0.7×10~6/℃)またはPbTiO3系(熱膨
張率約−7×10~6/℃、ヤング率約13×1010N/
2)の圧電セラミックス製である。また、外匡器6
は、熱膨脹係数の小さい合金のコバールを用いるか、ま
たは、前面板4と一体にしてセラミックスにて成形して
もよい。ここで用いるハンダは、ガラスーセラミックス
用のハンダ(例えば商品名:セラソルザ,製造元:旭硝
子)である。このハンダの熱膨張率は約28×10~6
℃、伸びは約36%、硬度は約12.9Hv、電気抵抗
は約21.0×10~6(20℃Ω・cm)、溶融範囲は
280.2〜296.4℃である。
The piezoelectric vibrator 2 is made of a PbNb 2 O 6 system (coefficient of thermal expansion about 0.7 × 10 6 / ° C.) or a PbTiO 3 system (coefficient of thermal expansion about -7 × 10 6 / ° C., Young's modulus about 13 × 10 10 N /
m 2 ). In addition, outer enclosure 6
May be made of Kovar, an alloy having a small coefficient of thermal expansion, or may be formed of ceramics integrally with the front plate 4. The solder used here is a solder for glass-ceramics (for example, trade name: Cerasolzer, manufacturer: Asahi Glass). The thermal expansion coefficient of solder is about 28 × 10 ~ 6 /
° C., elongation 36%, the hardness is about 12.9Hv, the electrical resistance of about 21.0 × 10 ~ 6 (20 ℃ Ω · cm), the melting range is 280.2 to 296.4 ° C..

【0023】次に、この超音波探触子100の作用につ
いて、図4を用いて説明する。図4は、超音波探触子1
00の作用を説明するための説明図である。配列した6
つの圧電振動子2に、時間遅れTをもつ励振信号を与え
ることにより、振動子全体で作る音場は、配列の中心軸
40から、角度θだけ偏向された偏向方向50に形成さ
れる。そこで、この遅れ時間Tを適切に制御することに
より、音場方向を次々と変更できる。その結果、媒体中
の領域を、超音波によって電子的走査をすることが可能
となり、超音波探触子をメカニカルに駆動することな
く、超音波画像の生成が可能となる。
Next, the operation of the ultrasonic probe 100 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the ultrasonic probe 1
It is an explanatory view for explaining an operation of 00. 6 arranged
By applying an excitation signal having a time delay T to the two piezoelectric vibrators 2, a sound field created by the entire vibrator is formed in a deflection direction 50 deflected by an angle θ from the central axis 40 of the array. Therefore, by appropriately controlling the delay time T, the sound field direction can be changed one after another. As a result, it is possible to electronically scan a region in the medium with ultrasonic waves, and it is possible to generate an ultrasonic image without mechanically driving the ultrasonic probe.

【0024】本実施例に係る超音波探触子100の効果
について説明する。超音波探触子100は、高い温度に
加熱された被検材に当接したり、溶融ナトリウムに浸漬
した高温状態において使用される。PbNb26系また
はPbTiO3系からなる圧電振動子2と、前面板4と
の熱膨脹係数は接近しているので、高温環境下で使用し
ても、接合部には剥離は生せず、両者は確実に接合で
き、音響結合の安定化が図れる。
The effect of the ultrasonic probe 100 according to this embodiment will be described. The ultrasonic probe 100 is used in a high temperature state in which the ultrasonic probe 100 comes into contact with a test material heated to a high temperature or is immersed in molten sodium. Since the thermal expansion coefficients of the piezoelectric vibrator 2 made of PbNb 2 O 6 or PbTiO 3 and the front plate 4 are close to each other, even when used in a high temperature environment, no peeling occurs at the joints. Both can be reliably joined, and acoustic coupling can be stabilized.

【0025】従って、コネクタ8から接続端子9を経
て、圧電振動子2を電気信号にて付勢すると、複数の圧
電振動子2は長期間にわたり、それぞれ所定の性能が発
揮でき信頼性の高い動作が行える。
Therefore, when the piezoelectric vibrator 2 is energized by an electric signal from the connector 8 via the connection terminal 9, the plurality of piezoelectric vibrators 2 can exhibit predetermined performance over a long period of time and operate with high reliability. Can be performed.

【0026】また、前面板4の材料の成分に用いられる
SiC中の音速は11.78km/sであり、周波数
2.5MHzの超音波では、λ=4.71mmとなり、
SiCの抗折強度は大きいので、前面板4の厚さを、波
長に比べ約10分の1程度に十分薄くできる。従って、
超音波探触子100の性能の周波数依存性が軽減され、
広い周波数帯域にわたり安定した動作が行える。この結
果、例えばパルス幅の狭い超音波信号の送受信に利用で
きる。
The speed of sound in SiC used as a component of the material of the front plate 4 is 11.78 km / s, and for an ultrasonic wave having a frequency of 2.5 MHz, λ = 4.71 mm.
Since the transverse rupture strength of SiC is large, the thickness of the front plate 4 can be sufficiently reduced to about one tenth of the wavelength. Therefore,
Frequency dependence of the performance of the ultrasonic probe 100 is reduced,
Stable operation can be performed over a wide frequency band. As a result, for example, it can be used for transmitting and receiving an ultrasonic signal having a narrow pulse width.

【0027】次に、第2実施例に係る超音波探触子につ
いて、図6、7を用いて説明する。図6は、本実施例に
係る超音波探触子200を示す断面図である。また、図
7は、図6のBーB断面図である。この超音波探触子2
00の基本的構成は、第1実施例に係る超音波探触子1
00と同様であるので、その詳細な説明は省略する。本
実施例に係る超音波探触子200が、第1実施例に示す
超音波探触子100と相違する点は、全体の形状および
圧電振動子の形状にある。全体の断面形状は、図7に示
すように、円形であり、また、圧電振動子20の断面形
状も円形である。
Next, an ultrasonic probe according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the ultrasonic probe 200 according to the present embodiment. FIG. 7 is a sectional view taken along the line BB of FIG. This ultrasonic probe 2
The basic configuration of the ultrasonic probe 1 is the ultrasonic probe 1 according to the first embodiment.
Since it is the same as 00, its detailed description is omitted. The ultrasonic probe 200 according to the present embodiment differs from the ultrasonic probe 100 according to the first embodiment in the overall shape and the shape of the piezoelectric vibrator. As shown in FIG. 7, the overall cross-sectional shape is circular, and the cross-sectional shape of the piezoelectric vibrator 20 is also circular.

【0028】この超音波探触子200においては、第1
実施例と同様に、圧電振動子20と前面板4とがハンダ
5によって接合されているので、高い温度に加熱された
被検材11への当接や、高温の環境下にて使用されて
も、超音波探触子200は長期間にわたり、所定の性能
が発揮でき信頼性の高い動作が行える。
In the ultrasonic probe 200, the first
As in the embodiment, since the piezoelectric vibrator 20 and the front plate 4 are joined by the solder 5, the piezoelectric vibrator 20 is in contact with the test material 11 heated to a high temperature or used in a high-temperature environment. However, the ultrasonic probe 200 can exhibit a predetermined performance for a long period of time and can perform highly reliable operation.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、次の効果が得られる。According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0030】熱膨脹係数が小さく、音速が速く、抗折強
度の大きなセラミックスよりなる前面板と、高いキュー
リーポイントを持つ圧電振動子とを、軟らかいハンダに
よって接合しているので、高温状態において、剥離の発
生がなく、音響結合が安定化され、信頼した動作が行な
われる。
Since the front plate made of ceramics having a small coefficient of thermal expansion, a high sound speed and a large bending strength and a piezoelectric vibrator having a high Curie point are joined by soft solder, the front plate is not peeled off at high temperatures. There is no occurrence, the acoustic coupling is stabilized, and reliable operation is performed.

【0031】前面板は、波長に比べ十分薄くできるの
で、多重反射の影響が軽減され、かつ、パルス幅が狭く
周波数帯域の広い信号による動作に利用できる。
Since the front plate can be made sufficiently thinner than the wavelength, the effect of multiple reflection is reduced, and the front plate can be used for operation with a signal having a narrow pulse width and a wide frequency band.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施例に係る超音波探触子を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic probe according to a first embodiment.

【図2】図1のAーA断面図FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】背板3の斜視図FIG. 3 is a perspective view of a back plate 3;

【図4】超音波探触子の作用を説明するための説明図FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an operation of the ultrasonic probe.

【図5】従来の超音波探触子の一例を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing an example of a conventional ultrasonic probe.

【図6】第2実施例に係る超音波探触子を示す断面図FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an ultrasonic probe according to a second embodiment.

【図7】図6のBーB断面図FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2,52…超音波振動子、3,53…背板、4…前面
板、5…ハンダ、6…外匡器、7…カバー、8…コネク
タ、15…信号側電極、16…信号線取出し用端子、1
00,200,500…超音波探触子。
2, 52 ultrasonic transducer, 3, 53 back plate, 4 front plate, 5 solder, 6 outer casing, 7 cover, 8 connector, 15 signal electrode, 16 signal line extraction Terminal, 1
00, 200, 500 ... Ultrasonic probe.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−201600(JP,A) 特開 昭55−47796(JP,A) 特開 昭61−99860(JP,A) 特開 平3−103786(JP,A) 特開 昭54−15701(JP,A) 特開 昭63−201075(JP,A) 特開 平2−23075(JP,A) 特開 平1−146647(JP,A) 特開 昭61−64179(JP,A) 特開 昭61−210795(JP,A) 特開 昭61−219858(JP,A) 実開 昭58−61219(JP,U) 実開 昭61−72999(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 G01N 29/00 - 29/28 A61B 8/00 - 8/14 H04R 17/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-26000 (JP, A) JP-A-55-47796 (JP, A) JP-A-61-99860 (JP, A) JP-A-3-3 103786 (JP, A) JP-A-54-15701 (JP, A) JP-A-63-201075 (JP, A) JP-A-2-23075 (JP, A) JP-A-1-146647 (JP, A) JP-A-61-64179 (JP, A) JP-A-61-210795 (JP, A) JP-A-61-219858 (JP, A) Japanese Utility Model Application No. 58-61219 (JP, U) Japanese Utility Model Application No. 61-72999 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01S 7/52-7/64 G01S 15/00-15/96 G01N 29/00-29/28 A61B 8/00- 8/14 H04R 17/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電振動子と、前記圧電振動子の一方の側
に配置される背板と、前記圧電振動子の他方の側に配置
される前面板とを備える超音波探触子であって、 前記圧電振動子と前記背板との間、および、前記圧電振
動子と前記前面板との間は、それぞれ、セラミックス用
ハンダで接合され、 前記圧電振動子は、PbN 2 6 系およびPbTiO 3
のうちの何れか一方のセラミックスからなり、 前記前面板は、SiC系およびSi 3 4 系のうちの何れ
か一方のセラミックスからなり、 前記背板は、Al23・TiO2系セラミックスからな
ることを特徴とする超音波探触子。
1. A piezoelectric vibrator and one side of the piezoelectric vibrator
And a back plate arranged on the other side of the piezoelectric vibrator
An ultrasonic probe, comprising: a front plate, which is provided between the piezoelectric vibrator and the back plate, and the piezoelectric vibrator.
The space between the rotor and the front plate is
The piezoelectric vibrator is joined by solder, and the piezoelectric vibrator is made of a PbN 2 O 6 system and a PbTiO 3 system.
Made from either ceramics of the front plate, any of the SiC-based and Si 3 N 4 system
An ultrasonic probe comprising one of the ceramics, wherein the back plate is made of an Al 2 O 3 .TiO 2 -based ceramic.
【請求項2】請求項1記載の超音波探触子であって、 前記セラミックス用ハンダは、電極を兼ねることを特徴
とする超音波探触子。
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein said solder for ceramics also serves as an electrode.
Ultrasonic probe.
【請求項3】請求項1または2記載の超音波探触子であ
って、 前記圧電振動子を、複数、直線状に一定間隔で配列した
ことを特徴とする超音波探触子。
3. An ultrasonic probe according to claim 1, wherein
Thus, a plurality of the piezoelectric vibrators, linearly arranged at regular intervals linearly
An ultrasonic probe characterized in that:
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