(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの超音波トランスデューサユニットを有し、境界面を介して超音波を媒体中にカップリングさせる装置であって、
前記超音波トランスデューサユニットは、該超音波トランスデューサユニットと媒体の境界面の間に導入したカップリング媒体を介して超音波を前記媒体中にカップリングさせ、
前記超音波トランスデューサユニットが生成した超音波を、少なくとも第１開口部と第２開口部を配設した密閉空間中に導入し、前記密閉空間内を確実に過圧にする気流であって同時に前記カップリング媒体である前記気流を前記第１開口部から前記密閉空間の内部に導入し、前記密閉空間の内部から来る気流が前記第２開口部を介して排出され、前記第２開口部が前記境界面と真向かいであることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記密閉空間をハウジングで縁取るとともに、前記ハウジング中では、前記境界面と真向かいの前記開口部に超音波が指向するように前記超音波トランスデューサが挿入可能又は一体化可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記気流が空気であり、好ましくは圧縮空気であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１開口部に圧縮空気路を連結したことを特徴とする、請求項１から請求項３までに記載の装置。
【請求項５】
前記ハウジングが、前記境界面に面する前記第２開口部を少なくとも設けた表面を有することを特徴とする、請求項２から請求項４までに記載の装置。
【請求項６】
前記表面が前記境界面に面する前記ハウジングに第３開口部を設けるとともに、前記超音波トランスデューサユニットを相応に位置合わせすることによって超音波を該第３開口部に指向させることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
超音波の偏向又は集中を行う音伝達手段を前記密閉空間に内設したことを特徴とする、請求項１から請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記音伝達手段が、超音波の大部分が気流に干渉されずに伝播することが可能な前記密閉空間内の第１空間ゾーンと、前記気流を導入する第２空間ゾーンと、を区別するバッフルプレート等の平面構成要素であることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記超音波を前記超音波トランスデューサから開口部へと導く漏斗状の音伝達手段を設けて、前記超音波ができるかぎり気流に阻止されずに前記開口部を通過するようにしたことを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記境界面に面する前記開口部を通過する気流であって、前記境界面に面する前記ハウジングの上面と前記境界面との間を流れる前記気流が前記開口部の半径方向外側に向かって流れて、前記ハウジングを前記境界面に向けて吸引する真空状態が発生し、前記真空状態によって生じた吸引力と、前記ハウジングおよび前記境界面の間の気流の運動量により生じる内在的反発力とが平衡になるような厚さを有する一種の気体クッションが生成されることを特徴とする、請求項５から請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
２つの超音波トランスデューサ、好ましくはトランスミッタトランスデューサおよびレシーバトランスデューサ、を設けたことを特徴とする、請求項１から請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記超音波がカップリングする前記媒体が固体であることを特徴とする、請求項１から請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記超音波がカップリングする前記媒体が生物学的組織であることを特徴とする、請求項１から請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、境界面を介して超音波を媒体中にカップリングさせる装置であって、超音波生成ユニットと前記境界面の間に介設したカップリング媒体を介して超音波を前記媒体中にカップリングさせる少なくとも１つの超音波トランスデューサユニットを有する前記装置に関する。
【０００２】
（技術の状態）
上記タイプの装置は、材料の非破壊検査に利用されており、さらに、例えば妊娠中の身体検査等、人体内を診断する医療で幅広く利用されている。
【０００３】
超音波と、好ましくは個体と、の相互作用は、ガラス中の光と同様に、吸収（減衰）と、反射と、屈折と、によって決まる。反射と屈折は、例えばある物体の境界面など、物理的特性が異なる２つの物質間の境界面で発生する。これらの差異は、特に複合物質の場合、小さいことが多いので、後方反射した超音波を検出することができるほどレシーバ装置が高感度であることが前提条件である。超音波エミッタと超音波レシーバは、１つのユニットに一体化することが多く、超音波トランスデューサシステムとして知られている。超音波トランスデューサをエミッタ及びレシーバの両方として使用できるようにすべく、超音波を短い間隔で輻射し、反射した超音波を合間に受信する。
【０００４】
（発明の説明）
本発明の目的は、境界面を介して超音波を媒体中にカップリングさせる装置であって、超音波生成ユニットと、前記境界面と、の間に介設したカップリング媒体を介して超音波を前記媒体中にカップリングさせる少なくとも１つの超音波トランスデューサユニットを有する前記装置を改良して、カップリングインの程度、即ち、超音波が前記媒体中にカップリングする度合い、が明らかに高くなるようにすることにある。さらにまた、本発明の目的は、超音波生成ユニットと、被検査媒体と、の間のカップリングを密接にして、前記媒体で反射する超音波を検出しやすくすることにある。
【０００５】
本発明の基礎となる目的の解決手段を請求項１に記載している。さらに別の有利な改良を明細書や好適な実施例だけでなく各サブクレームの要旨にも記載している。
【０００６】
空気をカップリング媒体として利用する本発明による超音波の外気接続励振では、後述する装置たるいわゆる圧縮空気スライディングシューを使用し、エネルギーバランスを決定的に向上させるようになっている。
【０００７】
超音波の外気接続励振は、超音波トランスデューサユニットが空気中に超音波を生成することであり、当該超音波は、多少とも長い経路を通過した後にそれぞれ境界面に固体面に適当な角度で衝打し、固体面に沿って走行するいわゆる密度波又は剪断波又は表面波、いわゆるレイリー波又はクリープ波、といった間接波をそれぞれ媒体中に固体中に励振させる。このようにして、様々なプレート波モードをプレート状の材料でも励振させることができる。
【０００８】
請求項１の包括的部分による本発明の装置は、超音波トランスデューサユニットが生成した超音波を、少なくとも第１開口部と第２開口部を配設した密閉空間中に輻射し、前記密閉空間内を確実に過圧にする気流であって同時にカップリング媒体である前記気流を前記第１開口部から密閉空間の内部に輻射し、気流が密閉空間から来る途中の前記第２開口部が境界面と真向かいであることを特徴としている。
【０００９】
圧縮空気は、ハウジング中に囲繞した密閉空間の内部にカップリング媒体として導入することが好ましい。この圧縮空気は、境界面に面するハウジングの側面上の少なくとも１つの開口部から流出する。いわゆる圧縮空気スライディングシューのハウジングの下面で圧縮空気が選択的に流出することにより、実際、前記圧縮空気スライディングシューは、いわゆる圧縮流体力学的パラドックスによって境界面に吸引され、これによってハウジングと境界面のカップリングが非常に密接になる。このため、大部分において前記装置と境界面の間の距離が一定になり、これによって測定条件が相当に向上する。
【００１０】
流体力学的パラドックス効果の代わりとして、気流の強度をさらに高めることにより、前記装置と境界面の間に一種の空気クッションを形成させて、装置全体を一種のホーバクラフトのように境界面上で浮留させることができる。
【００１１】
圧縮空気スライディングシュー内の圧縮空気を印加する密閉空間の主な長所は、圧力に応じて比較的高くなったハウジング内の空気密度により、好ましくは固体である媒体中に超音波が境界面を介して比較的効果的にカップリングすることができることである。通常、圧縮空気スライディングシュー内の圧力は、周辺よりも約１０倍高い。したがって、超音波を媒体中に１０倍も良好にカップリングさせることができる。
【００１２】
この発明の装置の目的は、好ましくは、洗浄条件又は同様の状況によりプローブに直接接触させることが不可能な技術的表面における超音波のカップリングである。この発明の装置の場合、境界面に接触せずに、且つ、圧縮空気スライディングシュー内でそれぞれハウジング内の空気圧力を保持しながら連結するシーリング手段に関する非常に複雑な技術を必要とせずに、境界面を介して超音波を非常に効果的にカップリングさせることができるが、その理由は、いわゆる流体力学的パラドックスによって圧力条件が自動的に定まるからである。
【００１３】
さらに詳細については、以下の好適な実施例を参照されたい。
【００１４】
（発明の簡単な説明）
本発明は、創意的な発想の範囲又は精神を限定せずに実例として添付図面に基づいて好適な実施例で以下明白にする。
【００１５】
（発明の実施方法、商用適応性）
好適な実施例の最も単純な形態では（図１参照）、ハウジング２で囲繞した密閉空間１中に圧縮空気が流入する。このハウジング２は２つの開口部３、４を設けている。圧縮空気は、開口部３に装着した圧縮空気路５を経て開口部３からハウジング２の内部に流入する。圧縮空気はもう一方の開口部４から外部に流出する。開口部４上に対面する側壁に載置することが好ましい超音波トランスデューサユニット６をハウジング２に内設し、超音波を開口部４に向けて放出することができるようになっている。また、この場合、開口部４は音退去口の働きをする。
【００１６】
遅延時間制御式スタックトランスデューサを超音波トランスデューサユニットとして使用可能であることが好ましい。また、従来のトランスデューサを圧縮空気スライディングシュー中に組み込むこともできる。特に、低周波用の場合、スタックの個別のプレートの位相を励振させることができる。また、無論、従来の単一の発振器トランスデューサも組み込むことができる。
【００１７】
前記ハウジングの下面７と、プローブ面のそれぞれの境界面８と、の間で放射状に拡がる圧縮空気流９によって、前記下面７と前記境界面８の間が真空状態になり、この真空状態によって圧縮空気スライディングシューがプローブ面８に吸引される。前記圧縮空気スライディングシューの下面とプローブ面８との間の距離が縮まるにつれて流動速度が上昇し、したがって、この流動速度に関して、接触力が増大する。放射状の圧縮空気流によって生じる吸引力が（前記圧縮空気スライディングシュー内で上昇する圧力によって生じる）反発力と等しくなると、平衡状態となる。前記圧縮空気スライディングシューの下面とプローブ面との間の空隙の幅、並びに、前記圧縮空気スライディングシュー内の圧力量は、幾何学的設計に左右される。
【００１８】
但し、前述した最も単純な圧縮スライディングシューは、ハウジング２内の気流の乱れに起因する一定の欠点を有するので、したがって、特に、ハウジング２内の超音波パルスの形状と振幅に攪乱変動が生じる。当該攪乱を減少させるために、適格な音伝達手段１０をハウジング２の内部に組み込んで、超音波を相応に偏向させたり、及び／又は、例えば音退去口４に集中したりするようになっている。特に、音伝達手段１０の目的は、超音波が通過する空間ゾーンと、ハウジング中に導入した気流が自由に拡がることができる空間ゾーンと、を区別することにある。図２では、超音波トランスデューサユニットから来る超音波を音退去口４の方向に集中させる漏斗状インサートを音伝達手段１０として設けている。したがって、乱流圧縮空気と音の間の相互作用容量が非常に限定されているので、このため乱流効果が相応に減少する。根本的に、漏斗の代わりに、バッフルプレートやホールフィルタ等、気流の層状化又は沈静化に寄与するすべての構成要素を組み込んで使用することができる。無論、圧縮空気の代わりに他の気体（例えば二酸化炭素）を使用することもできる。
【００１９】
さらに、音退去口とその他の圧縮空気開口部は、互いに分離させてハウジング上に設けることができる。
【００２０】
超音波トランスデューサユニット６は、用途によって、プローブ面８に直交させたり又は斜めの超音波を発生するように傾斜させたりしてハウジングに組み込むことができる。２つの超音波トランスデューサで送信と受信を行うことができる場合には、この２つの超音波トランスデューサを別々のスライディングシューに組み込んだり、共通のスライディングシューに組み込んだりすることができる。２つの超音波トランスデューサを共通のスライディングシューに組み込む場合、この２つの超音波トランスデューサは、乱流を抑制する個別のバッフル付き個別の音退去口を有したり、乱流を抑制する共通のバッフル付き共通の音退去口を有したりすることができる。用途（テストの厚肉構成要素又は薄肉構成要素、励振空間波、表面波又はプレート波）にあわせて、幾何学的構造（傾斜位置、間隔）を決定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は有用な実施例の断面図である。
【図２】  図２は別の有用な実施例の断面図である。
【符号の説明】
１  密閉空間
２  ハウジング
３、４  開口部
５  圧縮空気路
６  超音波トランスデューサユニット
７  下面
８  境界面、プローブ面
９  圧縮空気流
１０  音伝達手段
【図１】
0004270755.tif 000002
【図２】
0004270755.tif 000003