Development of high intensity and high frequency ultrasonic transducers with 3 dimensional shapes piezoelectric films for application devices.

非線形音響現象が引き起こせるほどの強力超音波を送信できる10MHz～30MHz帯の超音波トランスデューサをニオブ酸カリウム単結晶の自立膜を利用して試作した。基板には凹面加工されたチタン酸ストロンチウムを用いることにより３D形状のトランスデューサとした。実際に水中にて高出力動作させた際に観察される音響非線形現象について観察と制御を行った。高周波で発生するキャビテーションのシミュレーション結果と、実験により間接的にキャビテーションの発生を確認した。キャビテーション発生は超音波照射後のヨウ化カリウム水溶液と分光器を用いたKI法、超音波照射中のソノルミネッセンスの観察である。計算結果と実験による音響非線形現象の観察結果から、10MHz～30MHz帯で発生しているキャビテーションのサイズは直径1ミクロン以下であり、音圧は4MPa,局所的には5000度程度の局所的な熱が発生していることが分かった。また、高出力動作時において、トランスデューサから発生する音響流が観察された。測定はトレーサーとレーザー光及び動画を用いて測定し流速と音響流の作用が及ぼされる範囲を求めたところ、音響放射圧は最大で250kPa程度発生していることが分かり、直線的な強い圧力が交流的な音圧の他に発生していることが分かった。現在は、音圧の実測を行うために、比較校正法と相互校正法を用い、試作した超音波トランスデューサから放射される音圧および音圧分布の測定に関する実験の準備を始めている。

非線形音響現象が引き起こせるほどの強力超音波を送信できる10MHz～30MHz帯の超音波トランスデューサをニオブ酸カリウム単結晶の自立膜を利用して試作した。基板には凹面加工されたチタン酸ストロンチウムを用いることにより３D形状のトランスデューサとした。実際に水中にて高出力動作させた際に観察される音響非線形現象について観察と制御を行った。高周波で発生するキャビテーションのシミュレーション結果と、実験により間接的にキャビテーションの発生を確認した。キャビテーション発生は超音波照射後のヨウ化カリウム水溶液と分光器を用いたKI法、超音波照射中のソノルミネッセンスの観察である。計算結果と実験による音響非線形現象の観察結果から、10MHz～30MHz帯で発生しているキャビテーションのサイズは直径1ミクロン以下であり、音圧は4MPa,局所的には5000度程度の局所的な熱が発生していることが分かった。また、高出力動作時において、トランスデューサから発生する音響流が観察された。測定はトレーサーとレーザー光及び動画を用いて測定し流速と音響流の作用が及ぼされる範囲を求めたところ、音響放射圧は最大で250kPa程度発生していることが分かり、直線的な強い圧力が交流的な音圧の他に発生していることが分かった。現在は、音圧の実測を行うために、比較校正法と相互校正法を用い、試作した超音波トランスデューサから放射される音圧および音圧分布の測定に関する実験の準備を始めている。