(57)【要約】【課題】複数台の超音波センサを用いることなく、被検体のエッジ部での測定精度が良好な超音波センサを提供することを課題とする。【解決手段】発信器２は、超音波Ｓを発する圧電部材４と、超音波Ｓを被検体（電極板１０）に向けて発信する発信面６ａを備えて弾性変形可能に構成される弾性部６、および、発信面６ａと対向する弾性部６における面で一部の内面が構成されて流体が充填される中空部５ａを備え、圧電部材４から発せられた超音波Ｓが、中空部５ａ内を介して弾性部６に伝搬するように構成されるチャンバ５と、チャンバ５に接続され、中空部５ａ内の圧力を変化させる圧力調節装置７と、を具備し、圧力調節装置７にて中空部５ａ内の圧力を変化させて弾性部６を変形させることにより、弾性部６の発信面６ａから発信する超音波Ｓの照射範囲を調整可能である、超音波センサ１。【選択図】図１
2010243414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発信する発信器と、前記発信器から発信された超音波を受信する受信器とを備え、受信した超音波の減衰量から所定の測定を行う超音波センサであって、
前記発信器は、
超音波を発する圧電部材と、
該超音波を被検体に向けて発信する発信面を備えて弾性変形可能に構成される弾性部、および、該発信面と対向する該弾性部における面で一部の内面が構成されて流体が充填される中空部を備え、前記圧電部材から発せられた超音波が、該中空部内の流体を介して前記弾性部に伝搬するように構成されるチャンバと、
該チャンバに接続され、前記中空部内の圧力を変化させる圧力調節装置と、を具備し、
前記圧力調節装置にて前記中空部内の圧力を変化させて前記弾性部を変形させることにより、該弾性部の発信面から発信する超音波の照射範囲を調整可能である、超音波センサ。
【請求項２】
前記流体が、水銀であることを特徴とする、請求項１に記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発信面から被検体に向けて放射状に超音波を発信して、当該被検体を透過した超音波を受信し、その減衰量により所定の測定を行う技術は公知となっている。例えば、特許文献１に示す如くである。
また、当該超音波センサは、例えば、電極板の表面に塗工されている電極の塗工均一性（電極膜厚の均一性）を測定する用途等に用いられる。そして、このような塗工均一性の測定は、超音波センサから電極板の電極に超音波を発信することによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−８３６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、当該超音波センサの発信面の形状は、一定の形状（例えば平面状）に定まっているため、超音波センサにおける超音波の照射範囲（焦点）も一定に固定されている。
このため、当該超音波センサでは、例えば、電極板における電極のエッジ部の塗工均一性を測定する際に、超音波の照射範囲が電極のエッジ部から外れ、電極に照射されずに透過してしまった超音波をも受信してしまう場合がある。このように電極に照射されずに透過してしまった超音波の減衰量は、電極に照射されて透過した超音波の減衰量に比べて少ない。
つまり、当該超音波センサを用いて電極のエッジ部における塗工均一性の測定を行うと、超音波の照射範囲が電極から外れているか否かによって受信する超音波の減衰量が異なるため、電極の中央部を測定することに比べて測定精度が良くないという問題があった。
【０００５】
また、超音波の照射範囲が一定である超音波センサを用いた場合に電極のエッジ部における塗工均一性の測定精度を向上させるためには、超音波の照射範囲が異なる複数台の超音波センサを用いて当該測定を行うことが考えられるが、複数台の超音波センサを配置するとその費用は増大し、また、狭いスペースにはこれらを配置することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、複数台の超音波センサを用いることなく、被検体のエッジ部での測定精度が良好な超音波センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、超音波を発信する発信器と、前記発信器から発信された超音波を受信する受信器とを備え、受信した超音波の減衰量から所定の測定を行う超音波センサであって、前記発信器は、超音波を発する圧電部材と、該超音波を被検体に向けて発信する発信面を備えて弾性変形可能に構成される弾性部、および、該発信面と対向する該弾性部における面で一部の内面が構成されて流体が充填される中空部を備え、前記圧電部材から発せられた超音波が、該中空部内の流体を介して前記弾性部に伝搬するように構成されるチャンバと、該チャンバに接続され、前記中空部内の圧力を変化させる圧力調節装置と、を具備し、前記圧力調節装置にて前記中空部内の圧力を変化させて前記弾性部を変形させることにより、該弾性部の発信面から発信する超音波の照射範囲を調整可能であるものである。
【０００９】
請求項２においては、前記流体が、水銀であるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
即ち、本発明に係る超音波センサによれば、複数台の超音波センサを用いることなく、被検体のエッジ部での測定精度を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波センサの全体的な構成を示した正面模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波センサの全体的な構成を示した正面模式図。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波センサの全体的な構成を示した正面模式図。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態に係る超音波センサの正面模式図、（ｂ）は本発明の実施形態に係る超音波センサの正面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明に係る超音波センサの実施形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１４】
図１に示す如く、超音波センサ１は、超音波Ｓを発信し、また、受信した超音波Ｓの減衰量から所定の測定を行う装置であって、主に、発信器２と受信器９とから構成される。
【００１５】
発信器２は、ケース３と、圧電部材４と、チャンバ５と、圧力調節装置７とを具備する。
【００１６】
ケース３とは、下方に開口する箱状の部材である。
圧電部材４は図示しない電源と接続され、当該電源から印加された電圧により振動して、例えば、１００ＫＨｚの信号（超音波Ｓ）を発する部材である。また、圧電部材４は、ケース３内の下部に配置される。
圧電部材４の上方（後述するチャンバ５側とは反対側）には、圧電部材４が発する超音波Ｓを吸収するための吸収体８が配置されている。
【００１７】
チャンバ５は、上底、下底、および、側壁からなる両端部を閉じた円筒状の部材であり、その上底の外面が圧電部材４の下側（圧電部材４側とは反対側）と接するように、ケース３の下方に配置される。
また、チャンバ５はその上底の内面、下底の内面、および、チャンバ５の側壁の内面によって構成される中空部５ａを備える。中空部５ａには所定の流体が充填される。
チャンバ５の側壁の上下中途部には、その内面から外面に向かって貫通する貫通孔５ｂが形成されている。チャンバ５におけるその下底を除いた部分は、圧力調節装置７にて中空部５ａ内の圧力を変化させた際に容易に変形しない所定の金属素材からなる。チャンバ５の下底は、弾性部６で構成されている。
【００１８】
弾性部６は、一対の対向する面を備える平円状に形成され、チャンバ５の下底を構成する。つまり、弾性部６は、チャンバ５の中空部５ａを隔てて、圧電部材４の下方に配置される。
弾性部６における一対の対向する面は、発信面６ａと対向面６ｂとによって構成される。
弾性部６の発信面６ａは、超音波Ｓを被検体に向けて発信する面であり、弾性部６の下方の面で構成される。つまり、弾性部６の発信面６ａは、チャンバ５の下底の外面を構成する。また、弾性部６の発信面６ａは、図１に示す状態では平面状に形成されている。このため、発信面６ａから発信される超音波Ｓは、放射状に発信されることとなる。
弾性部６の対向面６ｂは、発信面６ａと対向する弾性部６における面によって構成される。つまり、弾性部６の対向面６ｂは、チャンバ５の下底の内面、即ち中空部５ａの内面の一部を構成する。
また、弾性部６は、例えば薄さ０．３ｍｍの金属素材（例えば、金Ａｕ）からなり、圧力調節装置７にて中空部５ａ内の圧力を変化させた際に弾性変形可能に構成されている。
【００１９】
このように、チャンバ５が、圧電部材４と接するように配置され、中空部５ａを備え、且つ、弾性部６が中空部５ａを隔てて圧電部材４の下方に配置されることにより、チャンバ５は、圧電部材４から発せられた超音波Ｓが中空部５ａ内の所定の流体を介して弾性部６に伝搬するように構成される。そして、当該弾性部６に伝搬した超音波は、弾性部６の発信面６ａから発信されることとなる。
【００２０】
圧力調節装置７とは、チャンバ５の中空部５ａ内の圧力を変化させる装置であり、貯溜槽７ａと、連通管７ｃとを具備する。
【００２１】
貯溜槽７ａは、所定の流体を貯溜するための容器である。また、貯溜槽７ａには、その内部から外部に向けて貫通する貫通孔７ｂが形成されている。
また、貯溜槽７ａは、図示しないポンプ機構を備える。当該ポンプ機構は、アクチュエータによって駆動され、貯溜槽７ａ内に貯溜されている所定の流体を、連通管７ｃを介して貯溜槽７ａ外へ排出、または貯溜槽７ａ外の流体を、連通管７ｃを介して貯溜槽７ａ内に吸引するための機構である。
【００２２】
連通管７ｃは、その内部に所定の流体を流通させるための流路が形成される管状の部材であり、一端がチャンバ５の貫通孔５ｂの開口に接続され、他端が貯溜槽７ａの貫通孔７ｂの開口に接続される。このように、チャンバ５および貯溜槽７ａに連通管７ｃが接続されることで、前記連通管７ｃの流路を介して中空部５ａ内と貯溜槽７ａ内とが連通している。
【００２３】
圧力調節装置７の貯溜層７ａ内、チャンバ５の中空部５ａ内、および、圧力調節装置７の連通管７ｃ内における所定の流体は、液体状の水銀２０で構成されている。また、当該中空部５ａ内、貯溜槽７ａ内、および、連通管７ｃ内は、液密状態および気密状態が保持されている。
このため、圧力調節装置７のポンプ機構によって貯溜槽７ａ内の水銀２０を排出、または貯溜槽７ａ内へ水銀２０を吸引すると、水銀２０が圧力調節装置７の連通管７ｃの流路を介して、チャンバ５の中空部５ａ内へ圧送され、または中空部５ａ内から吸引される。
【００２４】
ここで、チャンバ５におけるその下底を除く部分は、圧力調節装置７にて中空部５ａ内の圧力を変化させた際に容易に変形しない所定の金属素材からなる。さらに、チャンバ５の弾性部６は、平円状の薄板にて形成され、また、圧力調節装置７にて中空部５ａ内の圧力を変化させた際に弾性変形可能に構成されている。
このため、圧力調節装置７のポンプ機構によってチャンバ５の中空部５ａ内から貯溜槽７ａ内へ水銀２０を吸引すると、チャンバ５の中空部５ａ内は負圧状態となり、例えば平円状の弾性部６は中空部５ａ側に凹んで、下方に向かって凹状となるように変形する。つまり、弾性部６の発信面６ａは凹状に変形する。
他方、圧力調節装置７のポンプ機構によって貯溜槽７ａ内の水銀２０を排出すると、チャンバ５の中空部５ａ内に水銀２０が圧送されて中空部５ａ内は正圧状態となり、例えば下方に向かって凹状に変形している弾性部６は反中空部５ａ側へ膨らんで（凹状の度合いが減少して）平円状に変形する。つまり、弾性部６の発信面６ａは平面状に変形する。
また、チャンバ５の中空部５ａ内が正圧状態となった状態では、弾性部６は、平円状から下方へ凸となる形状に変形することも可能である。つまり、弾性部６の発信面６ａは平面状から凸状に変形することも可能である。
このように、圧力調節装置７は、そのポンプ機構で貯溜槽７ａ内の水銀２０を吸引または排出することによってチャンバ５の中空部５ａ内の圧力を変化させて、弾性部６を凹状または凸状に変形させ、発信面６ａを凹状または凸状に変形させることができる。
【００２５】
受信器９は、発信器２から発信された超音波Ｓ、例えば、１００ＫＨｚの信号を受信可能な装置であって、発信器２における弾性部６と対向し、発信面６ａから発信される超音波Ｓを受信することができるように配置される。
また、受信器９は、ディスプレイ装置等に接続されている。そして、受信器９は、受信した超音波Ｓを電気信号に変えてこれをディスプレイ装置に送信し、受信した超音波Ｓの受信強度などといった所定の結果をディスプレイ装置の表示画面に表示するように構成されている。
【００２６】
以上のように構成された超音波センサ１の受信器９および発信器２は、互いに所定に間隔を空けた位置に固定して配置される。
そして、所定の間隔を設けて配置された前記発信器２の発信面６ａと受信器９との間には、超音波センサ１にて測定される対象である被検体が搬送されて配置される。
ここで、本実施形態に用いられる被検体は、表面に電極１１が塗工された電極板１０であるものとして説明する。但し、被検体は、表面に電極１１が塗工された電極板１０であることに限定するものではない。また、電極板１０の電極エッジ部１１ａとは、電極１１の縁部を示し、また、電極板１０の電極中央部１１ｂとは電極１１の中央部を示す。
【００２７】
そして、図１に示す如く、このように配置された電極板１０（電極中央部１１ｂ）に向けて、超音波センサ１はその発信器２から超音波Ｓを放射状に発信する。また、超音波センサ１は、放射状に発信されて、前記電極板１０を透過した超音波Ｓを受信器９にて受信する。
超音波センサ１は、受信器９にて受信した超音波Ｓに基づいて電極１１の塗工均一性を測定する。つまり、発信器２から発信された超音波Ｓは電極板１０を透過する際に減衰し、その後に受信器９にて受信されるが、その減衰量に応じて受信器９にて受信される超音波Ｓの信号強度が変化する。また、電極板１０を透過する際の超音波Ｓの減衰量は、電極板１０に塗工されている電極１１の厚みにより変化する。
従って、超音波センサ１は、受信器９にて受信した超音波Ｓの信号強度を検出することで、超音波Ｓの照射範囲の各部における超音波Ｓの減衰量、すなわち電極１１の厚みを測定し、さらには電極板１０における各部の電極１１の厚みに基づいて、電極板１０の表面に塗工された電極１１の塗工均一性を測定するように構成されている。
なお、範囲Ｘとは、発信器２の発信面６ａが、平面状の状態のときにおける超音波Ｓの照射範囲を示す。
【００２８】
もっとも、図２に示す如く、電極板１０の電極エッジ部１１ａを測定する際において、発信器２から発信された超音波Ｓは、超音波Ｓ１のように電極板１０の電極中央部１１ｂに照射されて透過したものばかりでなく、超音波Ｓ２のように電極１１に照射されずに透過してしまったものが存在する虞がある。そして、このような超音波Ｓ２の減衰量は、超音波Ｓ１に比べて少ない。
このとき、超音波センサ１の発信器２および受信器９は、互いに所定の間隔を空けて固定して配置されているため（すなわち発信器２と受信器９との配置間隔が固定されているため）、超音波Ｓの照射範囲は、その発信面６ａの形状が平面状のままであれば、範囲Ｘのままである。
しかしながら、超音波センサ１におけるチャンバ５は、超音波Ｓを被検体に向けて発信する発信面６ａを備え、弾性変形可能に構成される弾性部６と、弾性部６の対向面６ｂで一部の内面が構成される中空部５ａとを備える。また、チャンバ５は、圧電部材４から発せられた超音波Ｓは水銀２０が充填された中空部５ａ内を介して弾性部６に伝搬するように構成される。そして、当該弾性部６に伝搬した超音波は、弾性部６の発信面６ａから発信されることとなる。さらに、超音波センサ１における圧力調節装置７は、チャンバ５に接続され、その中空部５ａ内の圧力を変化させることができる。
【００２９】
このため、超音波センサ１では、図３に示す如く、超音波Ｓを発信する際、または、発信している際に、圧力調節装置７にて圧力調節装置７のポンプ機構によって中空部５ａ内の水銀２０を貯溜槽７ａ内に吸引して、チャンバ５の中空部５ａ内を負圧状態とし、その弾性部６の発信面６ａを平面状から凹状に変形させることができる。つまり、超音波センサ１では、弾性部６の発信面６ａを平面状から凹状に変形させて、当該発信面６ａから発信する超音波Ｓの照射範囲を、範囲Ｘから範囲Ｙに変化させることができる。範囲Ｙとは、少なくとも範囲Ｘより狭い範囲の超音波Ｓの照射範囲を示す。即ち、超音波センサ１では、電極板１０の電極エッジ部１１ａを測定する際において、超音波Ｓの照射範囲を狭く変化させて、超音波Ｓが電極１１に照射されずに透過することが無いようにすることができる。
つまり、発信面６ａが平面状となっていて超音波Ｓの照射範囲が範囲Ｘとなっている状態では、超音波Ｓは放射状に発信されるため、超音波Ｓの照射範囲における周縁部では超音波Ｓの照射方向が電極板１０面と直交する方向に対して外方へ傾斜しており、電極エッジ部１１ａにおいて超音波Ｓが電極１１を透過しない部分が生じる。
これに対し、発信面６ａが凹状に変形して超音波Ｓの照射範囲が範囲Ｙとなっている状態では、超音波Ｓの照射範囲における周縁部でも超音波Ｓの照射方向は電極板１０面に対して略直交する方向となり、超音波Ｓは電極エッジ部１１ａにおいても電極１１を透過することとなる。
したがって、超音波センサ１によれば、複数台の超音波センサを用いることなく、電極板１０（被検体）の電極エッジ部１１ａでの測定精度を良好にすることができる。
【００３０】
さらに、図４（ａ）に示す如く、電極板１０の電極エッジ部１１ａを測定する際において、発信面６ａが平面状となっている場合など、発信面６ａから発信される超音波Ｓの放射角が大きい場合、超音波Ｓ３のように電極１１のうち電極エッジ部１１ａの角部のみを透過する超音波Ｓがある。そして、このような超音波Ｓ３においても、その減衰量は、電極１１に照射されて透過した超音波Ｓ１に比べて少ない。
もっとも、図４（ｂ）に示す如く、超音波センサ１では、弾性部６の発信面６ａを平面状から凹状に変形させて、超音波Ｓ４のように発信面６ａから発信する超音波Ｓの照射角を小さくすることができる。即ち、超音波センサ１では、電極板１０の電極エッジ部１１ａを測定する際において、超音波Ｓの照射角を小さく変化させて、電極エッジ部１１ａの角部のみを透過するような超音波Ｓ３を減少させることができる。
したがって、超音波センサ１によれば、複数台の超音波センサを用いることなく、電極板１０（被検体）の電極エッジ部１１ａでの測定精度を良好にすることができる。
【００３１】
また、超音波センサ１では、超音波Ｓを発信している際においても、圧力調節装置７にて貯溜槽７ａ内の水銀２０を吸引または排出し、中空部５ａ内の圧力を変化させることができる。このため、超音波Ｓを発信している際に、発信面６ａから発信する超音波Ｓの照射範囲の微調節を行って、電極板１０（被検体）の電極エッジ部１１ａでの測定精度をさらに良好にすることができる。
【００３２】
超音波センサ１では、そのチャンバ５の中空部５ａ内、圧力調節装置７の貯溜槽７ａ内、および、圧力調節装置７の連通管７ｃ内には、所定の流体として液体状の水銀２０が充填および貯溜されているが、チャンバ５の中空部５ａ内に充填等される所定の流体はこれに限定するものではなく、他の所定の液体や所定の気体であってもよいものとする。
もっとも、前記中空部５ａ等内に水銀２０を貯溜することにより、圧電部材４から発せられ、中空部５ａ内を介して弾性部６に伝搬する超音波Ｓの伝搬性を向上させている。このように超音波Ｓの伝搬性を向上させるためには、チャンバ５の中空部５ａ内に貯溜される所定の流体は、常温において液体状で且つ比重の高い物質が好ましい。
【００３３】
また、超音波センサ１におけるチャンバ５の弾性部６は、弾性変形可能かつ超音波Ｓの伝搬性に優れた素材として金属素材からなるが、本発明はこのことに特に限定するものではなく、弾性部６は、弾性変形可能かつ超音波Ｓの伝搬性に優れた素材であればその他の素材にて構成されるものでも良いものとする。
【００３４】
超音波センサ１は、発信面６ａから発信される超音波Ｓの照射範囲を変化させる際に、弾性部６を平円状から凹状に変形させることを常とするものではない。即ち、超音波センサ１では、弾性部６を度合いの大きい凹状から度合いの小さい凹状に変形させることや、弾性部６を度合いの大きい凸状から度合いの小さい凸状に変形させること等より、超音波Ｓの照射範囲を変化させ、また当該照射範囲を調節可能としている。
また、超音波センサ１では、その弾性部６の形状が、中空部５ａ内に圧力がかかっていない状態で平円状であること、中空部５ａ内が負圧状態の際に凹状であること、また、中空部５ａ内が正圧状態の際に凸状であることに限定するものではない。
超音波センサ１におけるチャンバ５は、円柱状の部材であることに特に限定するものではなく、立方体状の部材であってもよいものとする。
【符号の説明】
【００３５】
１    超音波センサ
４    圧電部材
５    チャンバ
５ａ    中空部
６    弾性部
６ａ    発信面
６ｂ    対向面
７    圧力調節部材
１０    電極板
１１    電極
１１ａ    電極エッジ部
【図１】
2010243414.tif 000003
【図２】
2010243414.tif 000004
【図３】
2010243414.tif 000005
【図４】
2010243414.tif 000006