(57)【要約】【課題】生産性が高い超音波探触子および超音波探触子の製造方法を提供する。【解決手段】圧電膜３およびバッキング材５を同じエアロゾルデポジション法によって形成するようにしたので、タングステンやフェライトの粉末などを非可撓性エポキシ樹脂に混入させるなどしてバッキング材を形成する他の方法に比べて短時間で形成でき、生産性が高めることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響レンズと、
エアロゾルデポジション法で形成した圧電素子と、
エアロゾルデポジション法で形成したバッキング材とを備えることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探触子において、
前記圧電素子と、前記バッキング材とは、同じ材料で形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波探触子を製造する超音波探触子の製造方法において、
前記音響レンズを真空チャンバ内に設置する工程と、
前記真空チャンバ内に設置した前記音響レンズの表面にエアロゾルデポジション法で前記圧電素子を形成する工程と、
前記形成した圧電素子の前記音響レンズ側とは反対側の面にエアロゾルデポジション法で前記バッキング材を形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子および超音波探触子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊検査の一方法として超音波検査方法が知られている。この検査方法では、被検体に向けて送出した超音波パルスの反射波を受信して、この受信信号を処理することにより被検体内部の状態を観察する。このような超音波パルスの送出および受信には、たとえば圧電素子、ダンパ（バッキング材）および音響レンズを備える超音波探触子が用いられる。超音波単触子は、圧電素子に電圧パルスを印加することにより超音波パルスを送出するとともに、圧電素子の後方に取付けられたバッキング材により圧電素子の不要な振動を軽減するように構成されている。このバッキング材は、タングステンやフェライトの粉末などを非可撓性エポキシ樹脂に混入させて製作される（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１１３６９１号公報
【特許文献２】特開平２−２１８５０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、上述した特許文献に記載されたバッキング材の製造方法では、生産性が高くなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明による超音波探触子は、音響レンズと、エアロゾルデポジション法で形成した圧電素子と、エアロゾルデポジション法で形成したバッキング材とを備えることを特徴とする。
（２）  請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、圧電素子と、バッキング材とは、同じ材料で形成されていることを特徴とする。
（３）  請求項３の発明による超音波探触子の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の超音波探触子を製造する超音波探触子の製造方法において、音響レンズを真空チャンバ内に設置する工程と、真空チャンバ内に設置した音響レンズの表面にエアロゾルデポジション法で圧電素子を形成する工程と、形成した圧電素子の音響レンズ側とは反対側の面にエアロゾルデポジション法でバッキング材を形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、超音波探触子の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明を適用した超音波探触子の構造を示す模式図である。
【図２】上部電極４を示す図である。
【図３】下部電極２と上部電極４にインパルス状の電圧を印加して圧電膜３を駆動したときの、圧電膜３の振動波形を示す図である。
【図４】超音波探触子１０の製造工程を示す図である。
【図５】超音波探触子１０の製造工程で用いられるエアロゾルデポジション法による成膜装置１００の概略の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜５を参照して、本発明による超音波探触子および超音波探触子の製造方法の一実施の形態を説明する。図１は、本発明を適用した超音波探触子の構造を示す模式図である。超音波探触子１０は、音響レンズ１と、下部電極２と、圧電膜３と、上部電極４と、バッキング材５とを有する。音響レンズ１は、たとえば樹脂や石英から成り、圧電膜３で発生させた超音波振動を収束させるものである。下部電極２および上部電極４は、圧電膜３に電圧を印加するための電極である。上部電極４は、たとえば、図２に示すように、９０度毎に４等分された円盤状の電極であり、４等分された各電極４ａ〜４ｄに個別に電圧を印加することができるように構成されている。
【０００９】
圧電膜３は、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から成る圧電素子であり、後述するように、エアロゾルデポジション法によって形成されている。バッキング材５は、圧電膜３の不要な振動を軽減するための部材であって、圧電膜３と同じ材料から成り、圧電膜３と同様にエアロゾルデポジション法によって形成されている。バッキング材５は、上部電極４を介して圧電膜３の一方に面に設けられている。なお、バッキング材５は、９０度毎に４等分された円盤状の電極上に、互いに隣り合わないように略１８０度ずれた位置で対向するように（たとえば図２における電極４ａと４ｃ上に）設けられている。バッキング材５と圧電膜３とが同じ材料から成るので、バッキング材５の音響インピーダンスＺｂは、圧電膜３の音響インピーダンスＺｐｚｔと略一致する。
【００１０】
このように構成される超音波探触子１０では、下部電極２および上部電極４に所定周波数の電圧を印加することで圧電膜３を振動させて、音響レンズ１から超音波を対象物に向けて発することができる。そして、対象物から反射された超音波を音響レンズ１を介して圧電膜３で受信する。受信した超音波によって圧電膜３で発生する電気信号を処理することで対象物の内部の状態を非破壊で観察できる。
【００１１】
図３（ａ）は、下部電極２と、上部電極４のうちバッキング材５が設けられている電極４ａ，４ｃにインパルス状の電圧を印加して圧電膜３を駆動したときの、圧電膜３の振動波形を示す図である。また、図３（ｂ）は、下部電極２と、上部電極４のうちバッキング材５が設けられていない電極４ｂ，４ｄにインパルス状の電圧を印加して圧電膜３を駆動したときの、圧電膜３の振動波形を示す図である。下部電極２と、電極４ａ，４ｃにインパルス状の電圧を印加した場合、バッキング材５による振動を減衰させる効果によって残留振動が抑制されるので、短いパルスを発することができる。このような短いパルスで超音波探傷を行うと距離分解能を向上できるので、表層近傍の欠陥の探傷に有効である。また、下部電極２と、電極４ｂ，４ｄにインパルス状の電圧を印加した場合、バッキング材５による振動を減衰させる効果がないので、残留振動が抑制されず、振動継続時間の長いパルスを発することができる。このような長いパルスで超音波探傷を行うことで、減衰の大きな被検査体の探傷が可能となる。本実施の形態の超音波探触子１０では、電圧を印加する上部電極４を適宜選択することで、被検査体に応じた適切な超音波振動を発生させることができる。
【００１２】
−−−超音波探触子１０の製造方法について−−−
超音波探触子１０の製造方法について、図４，５を参照して説明する。図４は、超音波探触子１０の製造工程を示す図であり、図５は、超音波探触子１０の製造工程で用いられるエアロゾルデポジション法による成膜装置１００の概略の構成を示す図である。超音波探触子１０の製造工程では、まず、音響レンズ１にスパッタまたは蒸着によって下部電極２を製作（形成）する。下部電極２は、クロムや金で構成される。スパッタおよび蒸着については公知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
【００１３】
次いで、エアロゾルデポジション法によって下部電極２上に圧電膜３を形成する。上述したように、圧電膜３はＰＺＴで構成される。エアロゾルデポジション法では、図５に示す成膜装置１００が用いられる。この成膜装置１００は、真空チャンバ１０１内に、音響レンズ１が装着される可動ステージ１０と、エアロゾルの噴射、停止を制御するシャッター１２と、エアロゾルを噴射するためのノズル１３とを備えている。真空チャンバ１０１の排気口１５には、排気装置１４が接続されている。可動ステージ１０は、ＸＹＺ可動装置１１によって真空チャンバ１０１内で、３次元的に移動可能である。
【００１４】
成膜装置１００には、ノズル１３からＰＺＴの微粉末原料１８をエアロゾル化して噴射するために、バルブ１７，２０と、エアロゾル化室１９と、高圧ガスボンベ２１とがノズル１３に直列的に接続されている。微粉末原料１８は、高圧ガスボンベ２１からエアロゾル化室１９に供給された高圧ガスによってエアロゾル化され、エアロゾル輸送管１６でノズル１３に供給され、ノズル１３から可動ステージ１０上の音響レンズ１に向けて噴射される。これにより、音響レンズ１にＰＺＴから成る圧電膜３が形成される。
【００１５】
次いで、音響レンズ１を成膜装置１００から取り出し、下部電極２の場合と同様に、スパッタまたは蒸着によって圧電膜３上に上部電極４を形成する。上部電極４は、下部電極２と同様にクロムや金で構成される。上部電極４が形成された後、エアロゾルデポジション法によって上部電極４上にバッキング材５を形成する。上述したように、バッキング材５は圧電膜３と同じＰＺＴで構成される。上部電極４が形成された音響レンズ１は、可動ステージ１０に再び装着されて、ノズル１３からＰＺＴの微粉末原料１８が噴射されることで、バッキング材５が形成される。バッキング材５の厚さは、圧電膜３を振動させたときの共振を防止するために厚くされるが、エアロゾルデポジション法によれば、タングステンやフェライトの粉末などを非可撓性エポキシ樹脂に混入させるなどしてバッキング材を形成する他の方法に比べて短時間で形成できる。バッキング材５が形成された後、音響レンズ１を成膜装置１００から取り出す。
【００１６】
上述した超音波探触子１０および超音波探触子１０の製造方法では、次の作用効果を奏する。
（１）  圧電膜３およびバッキング材５を同じエアロゾルデポジション法によって形成するようにしたので、タングステンやフェライトの粉末などを非可撓性エポキシ樹脂に混入させるなどしてバッキング材を形成する他の方法に比べて短時間で形成でき、生産性を高めることができる。
【００１７】
（２）  タングステンやフェライトの粉末などを非可撓性エポキシ樹脂に混入させて形成する従来の方法では、安定的に所望の音響インピーダンスとすることが難しかった。しかし、本実施の形態では、圧電膜３およびバッキング材５をエアロゾルデポジション法によって形成するようにしたので、従来の方法に比べて容易に、バッキング材５を所望の音響インピーダンスとすることができる。
【００１８】
（３）  圧電膜３およびバッキング材５を同じ材料粉末からエアロゾルデポジション法によって形成するようにしたので、容易にバッキング材５の音響インピーダンスＺｂを圧電膜３の音響インピーダンスＺｐｚｔと略一致させることができる。これにより、バッキング材５によって残留振動を効果的に抑制できるので、距離分解能が優れた超音波探触子１０を容易に製造できる。
【００１９】
−−−変形例−−−
（１）  上述の説明では、圧電膜３およびバッキング材５の材料としてＰＺＴが用いられているが、ＰＺＴは材料の一例であり、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ3 ）、ＰＬＺＴ｛（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ｝、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）等の他の圧電材料を用いてもよい。また、上述の説明では、バッキング材５と圧電膜３とを同じ材料で構成しているが、バッキング材５の音響インピーダンスＺｂと、圧電膜３の音響インピーダンスＺｐｚｔとが略一致するのであれば、バッキング材５と圧電膜３とを異なる材料で構成してもよい。
【００２０】
（２）  上述の説明では、上部電極４を４分割して形成し、電極４ｂ，４ｄにはバッキング材５を形成しないようにしたが、本発明はこれに限定されず、上部電極４を分割せずに形成して、上部電極４上に全体的にバッキング材５を形成するようにしてもよい。
（３）  上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
【００２１】
なお、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、音響レンズと、エアロゾルデポジション法で形成した圧電素子と、エアロゾルデポジション法で形成したバッキング材とを備える各種構造の超音波探触子を含むものである。
また、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、音響レンズを真空チャンバ内に設置する工程と、真空チャンバ内に設置した音響レンズの表面にエアロゾルデポジション法で圧電素子を形成する工程と、形成した圧電素子の音響レンズ側とは反対側の面にエアロゾルデポジション法でバッキング材を形成する工程とを少なくとも含む各種の超音波探触子の製造方法を含むものである。
【符号の説明】
【００２２】
１  音響レンズ                            ２  下部電極
３  圧電膜                                ４  上部電極
５  バッキング材                          １００  成膜装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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