特許 7058644 圧電トランスデューサ、それに関連する製造方法、および超音波共鳴スペクトロスコピー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-14

(45)【発行日】2022-04-22

(54)【発明の名称】圧電トランスデューサ、それに関連する製造方法、および超音波共鳴スペクトロスコピー装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20220415BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20220415BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

H04R17/00 330A

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2019520418

(86)(22)【出願日】2017-09-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-11-07

(86)【国際出願番号】 EP2017073904

(87)【国際公開番号】W WO2018069016

(87)【国際公開日】2018-04-19

【審査請求日】2020-08-06

(31)【優先権主張番号】1659931

(32)【優先日】2016-10-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】518059934

【氏名又は名称】ソルボンヌ・ユニヴェルシテ

【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＢＯＮＮＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ

(73)【特許権者】

【識別番号】509025832

【氏名又は名称】サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェ シアンティフィク

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＥ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＤＥ ＬＡ ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＱＵＥ

(73)【特許権者】

【識別番号】518027461

【氏名又は名称】アンセル（アンスティテュ ナシオナル ドゥ ラ サンテ エ ドゥ ラ ルシェルシェ メディカル）

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＳＥＲＭ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ Ｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅ ｌａ Ｓａｎｔｅ ｅｔ ｄｅ ｌａ Ｒｅｃｈｅｒｃｈｅ Ｍｅｄｉｃａｌｅ）

(74)【代理人】

【識別番号】100139594

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100185915

【弁理士】

【氏名又は名称】長山 弘典

(74)【代理人】

【識別番号】100090251

【氏名又は名称】森田 憲一

(72)【発明者】

【氏名】ダルジャン，パスカル

(72)【発明者】

【氏名】グリマル，カンタン

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５１－１４０６８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第８８／００６９２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２７７８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】Migliori et al.，Implementation of a modern resonant ultrasound spectroscopy system for the measurement of the elastic moduli of small solid specimens，REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS，76，2005年12月29日

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

Ｈ０４Ｒ １７／００－１７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電ペレット（２）と、前記圧電ペレット（２）上に積層された接触片（１）と、を備える、圧電トランスデューサ（９、９ａ、９ｂ）であって、前記接触片（１）が先端部（１０）を形成することと、前記先端部（１０）のそれぞれの頂点が互いに空間的に分離された接触点（１１）を構成することと、前記圧電トランスデューサ（９、９ａ、９ｂ）が、前記接触点（１１）うちの少なくとも１つによって、分析対象の試料（Ｅ１）と機械的接触を確立するように構成されることと、前記接触点（１１）が、凸状の表面（Ｓ１）上に分布することを特徴とする、圧電トランスデューサ（９、９ａ、９ｂ）。

【請求項2】

前記接触点（１１）が、３より多くの前記接触点から幾何学的平面が０．５μｍ未満を通過しないように分布することを特徴とする、請求項１に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項3】

前記先端部（１０）が、１μｍ～１０ｍｍに含まれる、又は２０μｍ～３ｍｍに含まれる、又は５０μｍ～１ｍｍに含まれる高さ（Ｄ２）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項4】

前記接触点（１１）が、１μｍ～１０ｍｍに含まれる、又は２０μｍ～３ｍｍに含まれる、又は５０μｍ～１ｍｍに含まれるピッチ（Ｄ１）で規則的に離間されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項5】

前記接触片（１）が、材料であって、材料の比

【数1】

が１ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、又は２ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、又は２．５ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい材料から作られ、ここで、Ｅ_ｃは前記材料のヤング率であり、ｄ_ｃは前記材料の密度であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項6】

前記接触片（１）が、多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはアルミニウムおよび／またはマグネシウムを含むか、または多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはアルミニウムおよび／またはマグネシウムからなることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項7】

横断面において、前記接触片（１）が、半径方向に縁部を切り落とされた円盤を形成することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項8】

前記圧電トランスデューサがまた、支持体（３、３ｂ）を備えることと、前記圧電ペレット（２）が、前記支持体（３、３ｂ）と前記接触片（１）との間に取り付けられることと、を特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項9】

前記支持体（３、３ｂ）が、材料であって、材料の比

【数2】

が３ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、又は４ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、又は６ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい材料から作られ、ここで、Ｅ_ｓは前記材料のヤング率であり、ｄ_ｓは前記材料の密度であることを特徴とする、請求項８に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項10】

前記支持体（３、３ｂ）が、多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはシリコンカーバイドおよび／またはアルミニウムを含むか、または多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはアルミニウムおよび／またはマグネシウムからなることを特徴とする、請求項８又は９に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項11】

前記支持体（３）が軸対称であることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項12】

前記円柱状支持体（３）が、０．３～２に含まれる、又は０．４～１．５に含まれる、又は０．６～１に含まれる比ｈ／ｄｓを有し、ここで、ｈは前記円柱状支持体の高さであり、ｄｓは前記円柱状支持体の直径であることを特徴とする、請求項１１に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項13】

前記支持体（３、３ｂ）が、取り付け面を形成するように軸方向に一部を切り落とされた球体（３ｂ）であることと、前記圧電ペレット（２）が、前記取り付け面に取り付けされることと、を特徴とする、請求項１１に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項14】

前記圧電トランスデューサはまた、
ベアリング要素（７、７ａ、７ｂ）と、
１つ以上の位置決め要素（４１、４２、４３）であって、
前記１つ以上の位置決め要素（４１、４２、４３）が、前記支持体と前記ベアリング要素（７、７ａ、７ｂ）とを連結し、かつスチフネスが２００ＭＰａ未満、又は５０ＭＰａ未満、又は１０ＭＰａ未満である材料から作られる、１つ以上の位置決め要素（４１、４２、４３）と、
を備えることを特徴とする、請求項８から１３のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項15】

前記位置決め要素（単数または複数）（４１、４２、４３）が、５ｋＨｚを超える、又は１ｋＨｚを超える、又は１００Ｈｚを超える音波の振動数をフィルタリングするように構成されることを特徴とする、請求項１４に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項16】

前記圧電トランスデューサが、５ｋＨｚ～１ＭＨｚに含まれる、又は１ｋＨｚ～１０ＭＨｚに含まれる、又は１００Ｈｚ～１００ＭＨｚに含まれる振動数を有する音波を送信または受信するように構成されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項17】

前記接触片（１）が、少なくとも９個の先端部（１０）、又は少なくとも１６個の先端部（１０）、又は少なくとも２５個の先端部（１０）を備えることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ。

【請求項18】

請求項１から１７のいずれか一項に記載の少なくとも１つの圧電トランスデューサ（９、９ａ、９ｂ）を備える、超音波共鳴スペクトロスコピー装置。

【請求項19】

前記超音波共鳴スペクトロスコピー装置が、請求項１から１７のいずれか一項に記載の２つの圧電トランスデューサ（９ａ、９ｂ）を備えることと、前記２つの圧電トランスデューサのうちの一方（９ａ）の前記先端部が延びる方向は、
平行である、または
前記２つの圧電トランスデューサのうちの他方（９ｂ）の前記先端部が延びる方向と交差し、前記方向の交点が、前記先端部がその基部から前記接触点まで延びる方向に位置することと、を特徴とする、請求項１８に記載の装置。

【請求項20】

請求項１から１７のいずれか一項に記載の圧電トランスデューサ（９、９ａ、９ｂ）のための接触片（１）の製造方法であって、前記方法が、ワイヤ放電加工によって前記先端部（１０）を機械加工するステップを含むことを特徴とする、製造方法。

【請求項21】

前記先端部（１０）を機械加工する、前記ステップが、
第１の一連の線が、第１の壊食軸に平行に、前記接触片（１）の電食によって切断されることと、
第２の一連の線が、第２の壊食軸に平行に、前記接触片（１）の電食によって切断されることであって、
前記第１の壊食軸が前記第２の壊食軸とは平行ではない、ことと、
を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に超音波共鳴スペクトロスコピー技法を用いた、限定ではなく例としては骨試料などの材料の特性評価の分野に関する。

【0002】

より具体的には、本発明はトランスデューサに関する。

【0003】

本発明はまた、このようなトランスデューサの製造方法、ならびに本発明による１つ以上のトランスデューサを備える超音波共鳴スペクトロスコピー装置に関する。

【背景技術】

【0004】

超音波共鳴スペクトロスコピー装置が、以下の文献に記載されている従来技術から知られている。
・Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ａｎｄ ｎｏｖｅｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，Ｊ．Ｒ．Ｇｌａｄｄｅｎ，２００３（以下、「Ｇｌａｄｄｅｎ ２００３」）
・Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｓ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ａ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｍｅｎ，Ｍ．Ｓｅｎｏａ，Ｔ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ ＆ Ｍ．Ｈｉｒａｎｏ，Ｂｕｌｌ．ＪＳＭＥ（Ｊａｐａｎ Ｓｏｃ．Ｍｅｃｈ’ｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ），２７，２２３９－２３４６，１９８４（以下、「Ｈｉｒａｎｏ １９８４」）
・Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｍｏｄｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，Ｈ．Ｏｇｉ，Ｋ．Ｓａｔｏ，Ｔ．Ａｓａｄａ ＆ Ｍ．Ｈｉｒａｏ，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．１１２，２５５３，２００２（以下、「Ｈｉｒａｏ ２００２」）

【0005】

Ｇｌａｄｄｅｎ ２００３は、２つの圧電トランスデューサを備える装置を記載している。各トランスデューサは、平坦な表面が設けられた接触片を備える。２つのトランスデューサの接触片の平坦な表面の間に、分析対象の試料が保持される。

【0006】

このような装置の欠点は、中波振動数および低振動数における寄生モードの存在に関する。

【0007】

Ｈｉｒａｎｏ １９８４における装置もまた２つの圧電トランスデューサを備え、各圧電トランスデューサは、先端部が設けられた接触片を備える。２つのトランスデューサの先端部の間に、分析対象の試料が保持されている。

【0008】

Ｇｌａｄｄｅｎ ２００３またはＨｉｒａｎｏ １９８４による装置は、試料の自由度の数を制限し、それにより、低振動数での剛性モードの出現およびより高い固有振動数のシフトを促進している。

【0009】

別のタイプの装置がＨｉｒａｏ ２００２に記載されており、これは、２つの圧電トランスデューサと第３の受動的先端部とを備えるシステムを開示している。各トランスデューサは、先端部が設けられた接触片を備える。分析対象の試料は、２つのトランスデューサの先端部と第３の先端部との上に平衡状態で配置される。

【0010】

このタイプの装置の欠点は、先端部自体の固有モードの存在からなる。

【0011】

加えて、このタイプの装置は、小さいサイズ、典型的には、最大寸法が１０ｍｍ未満であるようなサイズの試料の分析には適していない。

【0012】

本発明の目的は、特に、試料に適用される静的な機械的制約を制限できるようにする、ならびに／または比較的小さいサイズである、ならびに／または可変および／もしくは複雑な幾何学的形状を有する、試料の分析を可能および／もしくは容易にする、圧電トランスデューサおよび超音波共鳴スペクトロスコピー装置を提案することである。

【発明の開示】

【0013】

この目的のために、本発明は、圧電ペレットと、圧電ペレット上に積層された接触片と、を備える圧電トランスデューサであって、接触片が先端部を形成し、先端部のそれぞれの頂点が互いに空間的に分離された接触点を構成し、本トランスデューサが、接触点うちの少なくとも１つによって、分析対象の試料と機械的接触を確立するように構成される、圧電トランスデューサを提案する。

【0014】

好ましくは、接触点は、凸状の表面上に分布することができる。

【0015】

このため、接触点は、不連続な凸状の表面を形成することができる。

【0016】

さらに、接触点は、上記接触点のうちの４つ以上を通る幾何学的平面がないように、または上記接触点のうちの４つ以上から０．５μｍ未満を通る幾何学的平面がないように分布することができる。

【0017】

接触点のこのような幾何学的配置は、均衡配置（ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）を提供することによって、試料に適用される制約を制限することを可能にする。例えば、試料が平坦な表面を有する場合、試料のこの平坦な表面を、トランスデューサの接触点のうちの４つ以上の接触点と接触して配置することはできない。

【0018】

一実施形態では、先端部は、１μｍ～１０ｍｍに含まれる、好ましくは２０μｍ～３ｍｍに含まれる、より好ましくは５０μｍ～１ｍｍに含まれる高さを有することができる。

【0019】

一実施形態では、接触点は、１μｍ～１０ｍｍに含まれる、好ましくは２０μｍ～３ｍｍに含まれる、より好ましくは５０μｍ～１ｍｍに含まれるピッチで規則的に離間させることができる。

【0020】

このような寸法は、比較的小さいサイズの試料の分析に特に適しており、また先端部の固有振動数がトランスデューサの有用な通過帯域、典型的には１ＭＨｚよりも上となるようにすることを可能にする。

【0021】

好ましくは、接触片は、材料であって、材料の比

【数1】

が１ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、好ましくは２ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、より好ましくは２．５ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい材料から作ることができ、ここで、Ｅ_ｃはこの材料のヤング率であり、ｄ_ｃはこの材料の密度である。

【0022】

例えば、接触片は、多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはアルミニウムおよび／またはマグネシウムを含み得る、またはそれらから構成され得る。

【0023】

一実施形態では、横断面において、接触片は半径方向に縁部を切り落とされた円盤を形成する。

【0024】

このような切り落としにより空間が空き、圧電ペレットからの電子機器接続配線をはんだ付けすることが可能になる。

【0025】

圧電トランスデューサはまた、支持体を備えることができ、圧電ペレットは、支持体と接触片との間に取り付けられ得る。

【0026】

好ましくは、支持体は、材料であって、材料の比

【数2】

が３ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、好ましくは４ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、より好ましくは６ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい材料から作ることができ、ここで、Ｅ_ｓはこの材料のヤング率であり、ｄ_ｓはこの材料の密度である。

【0027】

例えば、支持体は、多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはシリコンカーバイドおよび／またはアルミニウムを含み得る、またはそれらから構成され得る。

【0028】

このような支持体は、トランスデューサのスチフネスを高め、そして第１の固有モードが典型的には１ＭＨｚよりも上となるようにすることを可能にする。

【0029】

好ましくは、支持体は軸対称である。

【0030】

一方では、軸対称支持体は製造がより容易である。他方では、これは、トランスデューサのスチフネスを均一に高めることを可能にする。

【0031】

好ましくは、円柱状支持体は、０．３～２に含まれる、好ましくは０．４～１．５に含まれる、より好ましくは０．６～１に含まれる比ｈ／ｄｓを有し、ここで、ｈはこの円柱状支持体の高さであり、ｄｓはこの円柱状支持体の直径である。

【0032】

円柱のこのような寸法は、特に支持体が直円柱タイプのものである場合に、第１の固有振動数の値を最適に上昇させることを可能にする。

【0033】

変形実施形態によれば、支持体は、取り付け面を形成するように軸方向に一部を切り落とされた球体とすることができ、圧電ペレットは、この取り付け面に取り付けられ得る。

【0034】

このような球状支持体を製造するために、例えば非常に硬い材料（シリコンカーバイドなど）から作られたラッピング加工されたベアリングボールを使用することが可能である。そのようなベアリングボールは非常に低コストで市販されている。

【0035】

一実施形態では、圧電トランスデューサはまた、
・ベアリング要素と、
・１つ以上の位置決め要素であって、
１つ以上の位置決め要素が、支持体とベアリング要素とを連結し、かつスチフネスが２００ＭＰａ未満、好ましくは５０ＭＰａ未満、より好ましくは１０ＭＰａ未満である材料から作られる、１つ以上の位置決め要素と、
を備えることができる。

【0036】

好ましくは、位置決め要素（単数または複数）は、５ｋＨｚを超える、好ましくは１ｋＨｚを超える、より好ましくは１００Ｈｚを超える音波の振動数をフィルタリングするように構成され得る。

【0037】

このため、１つ以上の位置決め要素は、ローパス（振動）フィルタを構成する。

【0038】

好ましくは、圧電トランスデューサは、５ｋＨｚ～１ＭＨｚに含まれる、より広くは１ｋＨｚ～１０ＭＨｚに含まれる、好ましく、かつより広くは１００Ｈｚ～１００ＭＨｚに含まれる振動数を有する音波を送信および／または受信するように構成され得る。

【0039】

従って、このようなトランスデューサは、超音波共鳴スペクトロスコピーに適している。

【0040】

好ましくは、接触片は、少なくとも９個の先端部、好ましくは少なくとも１６個の先端部、より好ましくは少なくとも２５個の先端部を備えることができる。

【0041】

別の態様によれば、本発明はまた、上記の特徴の選択された組み合わせによる少なくとも１つの圧電トランスデューサを備える、超音波共鳴スペクトロスコピー装置に関する。

【0042】

好ましくは、本スペクトロスコピー装置は、上記の特徴の選択された組み合わせに従って、２つの圧電トランスデューサを備えることができ、上記２つの圧電トランスデューサのうちの一方の先端部が延びる方向は、
・平行であり得る、または
・上記２つの圧電トランスデューサのうちの他方の先端部が延びる方向と交差することができ、上記方向の交点は、先端部がその基部から接触点まで延びる方向に位置し得る。

【0043】

本発明による２つのトランスデューサを備える装置は、先端部の上に試料を注意深く配置することによって、試料に適用される静的制約を制限しながら、可変および／または複雑な幾何学的形状を有する試料を分析することを可能にする。

【0044】

別の態様によれば、本発明はまた、上記の特徴の選択された組み合わせによる圧電トランスデューサのための接触片の製造方法に関し、この方法は、ワイヤ放電加工によって先端部を機械加工するステップを含む。

【0045】

このタイプの機械加工は、本発明による接触片を正確に、特に上記などの先端部の寸法に関して正確に製造することを可能にする。

【0046】

好ましくは、先端部を機械加工するステップは、
・第１の一連の線が、第１の壊食軸に平行に、接触片の電食によって切断されることと、
・第２の一連の線が、第２の壊食軸に平行に、接触片の電食によって切断されることであって、第１の壊食軸が第２の壊食軸とは平行ではない、ことと、
を含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0047】

本発明の他の利点および特徴は、いかなる限定を課すものでもない、実装および実施形態の詳細な説明を読めば、また添付の図面から、明らかになるはずである。

【図1】本発明によるトランスデューサの接触片の斜視図である。

【図2】本発明の変形形態によるトランスデューサの斜視図である。

【図3】本発明の変形形態によるトランスデューサの斜視図である。

【図4】本発明の別の変形形態によるトランスデューサの斜視図である。

【図5】図２および図３のトランスデューサを備える、本発明による超音波共鳴スペクトロスコピー装置の一部の斜視図である。

【図6】２つのトランスデューサを備える、本発明による超音波共鳴スペクトロスコピー装置の部分斜視図である。

【図7】本発明によるトランスデューサの接触片の断面図である。

【図8a】本発明によるトランスデューサの接触片の先端部を表す図である。

【図8b】本発明によるトランスデューサの接触片の先端部を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

以下に説明される実施形態はいかなる限定を課すものでもないため、本発明の変形形態は、説明される特徴のうち選び出された特徴のみを、他の説明される特徴とは別に、たとえこの選び出された特徴がこれらの他の特徴を含む文内に分離されていても、選び出された特徴が技術的利点を与えるのに十分である、または従来技術に対して本発明を区別するのに十分である場合に含むと特にみなすことができる。この選び出された特徴は、構造的詳細を持たない、または構造的詳細の一部のみが技術的利点を与えるのに十分である、もしくは従来技術に関して本発明を区別するのに十分である場合、構造的詳細の一部のみを有する、少なくとも１つの、好ましくは機能的な、特徴を含む。

【0049】

圧電トランスデューサ
図２～図４は、本発明による圧電トランスデューサを示している。これらのトランスデューサは、軸対称支持体３と、圧電ペレット２と、接触片１との、典型的には接着による積層体であって、圧電ペレット２が支持体３と接触片１との間に取り付けられている、積層体を備える。

【0050】

トランスデューサ支持体
図２および図３のトランスデューサ支持体３は円柱状であり、典型的には０．３～２に含まれる、好ましくは０．４～１．５に含まれる、より好ましくは０．６～１に含まれる比ｈ／ｄｓを有することができ、ここで、ｈがこの円柱状支持体３の（典型的には２～２０ｍｍに含まれる）高さであり、ｄｓがこの円柱状支持体３の（典型的には２～３０ｍｍに含まれる）直径である。

【0051】

図４のトランスデューサの支持体３ｂは、軸方向に一部を切り落とされた（典型的には直径が３～３０ｍｍに含まれる）球体である。切り落とすことにより、圧電ペレット２が取り付けられる取り付け面を形成している。

【0052】

支持体３の構成の観点から、支持体は、
・材料であって、材料の比

【数3】

が３ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、好ましくは４ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、より好ましくは６ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい材料から作ることができ、ここで、Ｅ_ｓはこの材料のヤング率であり、ｄ_ｓはこの材料の密度である、および／または
・多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはシリコンカーバイドおよび／またはアルミニウムを含み得る、またはそれらから構成され得る。

【0053】

トランスデューサの接触片
図１は、図２～図４におけるトランスデューサの接触片１を示している。

【0054】

図１から、接触片１は、先端部１０を形成し、先端部１０のそれぞれの頂点が互いに空間的に分離された接触点１１を構成することが分かる。

【0055】

トランスデューサの接触点１１は、図７に示すように、限られた数のこれらの接触点１１によって、分析対象の試料とトランスデューサを接触させるように設けられている。図７は、接触片１ｂの２つの接触点１１ｂと接触している試料Ｅ２を示している。

【0056】

換言すれば、本発明によるトランスデューサは、接触点のうちの少なくとも１つによって、分析対象の試料との機械的接触を確立するように構成される。

【0057】

当然のことながら、既知の機械加工技術を考慮すると、少なくとも、先端部１０ｃの一定の観察スケールより下では、実際には、接触点１１ｃは、そのような「先端部」ではなく表面１１ｄを形成している（図８ａおよび図８ｂ参照）。しかしながら、この表面は、トランスデューサの寸法に関して無視できるほどの寸法を有しているはずである。

【0058】

凸状の表面Ｓ１上の接触点１１ｂの分布は図７から明らかである。

【0059】

表面Ｓ１は、トランスデューサの外側から見たときに凸状に見えるので凸状と呼ばれる。換言すれば、表面Ｓ１は、先端部１０の側では凹状であり、その反対側では凸状である。

【0060】

よって、図１から図４における接触片１の接触点１１は、好ましくは、不連続な凸状の表面を形成する。

【0061】

接触点１１は、上記接触点１１のうちの４つ以上を通る幾何学的平面がないように、または上記接触点１１のうちの４つ以上から０．５μｍ未満を通る幾何学的平面がないように分布する。

【0062】

寸法の観点からは：
・接触点１１は、１μｍ～１０ｍｍに含まれる、好ましくは２０μｍ～３ｍｍに含まれる、より好ましくは５０μｍ～１ｍｍに含まれる（必ずではないが好ましくは、一定の）ピッチＤ１で規則的に離間され得る、および／または
・先端部１０は、１μｍ～１０ｍｍに含まれる、好ましくは２０μｍ～３ｍｍに含まれる、より好ましくは５０μｍ～１ｍｍに含まれる高さＤ２を有し得る。

【0063】

その構成に関して、接触片１は：
・材料であって、材料の比

【数4】

が１ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、好ましくは２ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい、より好ましくは２．５ＧＰａ^１／２＊ｃｍ^３／ｇより大きい材料から作ることができ、ここで、Ｅ_ｃはこの材料のヤング率であり、ｄ_ｃはこの材料の密度である、および／または
・多結晶ダイヤモンドおよび／または多結晶立方晶窒化ホウ素および／またはベリリウムおよび／またはアルミニウムおよび／またはマグネシウムを含み得る、またはそれらから構成され得る。

【0064】

図１から図６を参照すると、横断面において、接触片１は半径方向に縁部を切り落とされた円盤を形成する。

【0065】

図５に示すように、このような切り落としにより空間が空き、圧電ペレット２の接触片１との積層にもかかわらず、圧電ペレット２の上部に位置する、圧電ペレット２の２つの端子上にケーブル８１および８２をはんだ付け可能にし、これらの端子のうちの第１の端子が圧電ペレット２の一方の面に電気的に接続され、これらの端子のうちの第２の端子が圧電ペレット２の他方の面に電気的に接続される。

【0066】

接触片１は、少なくとも９個の先端部、好ましくは少なくとも１６個の先端部、より好ましくは少なくとも２５個の先端部を備えることができる。

【0067】

圧電ペレット２
ペレット２には、典型的には、０．０５～３ｍｍに含まれる厚さを有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）ペレットが使用される。

【0068】

トランスデューサ＋支持体
図２、図３、図５、および図６の実施形態では、トランスデューサは、図３に示す位置決め要素４１、４２、および４３を備える。

【0069】

好ましくは、これらの位置決め要素４１、４２、および４３は、典型的にはシリコーンまたはポリウレタンを含む、またはそれらから構成される、スチフネスが２００ＭＰａ未満、好ましくは５０ＭＰａ未満、より好ましくは１０ＭＰａ未満である材料から作られ得る。

【0070】

さらに、これらの位置決め要素４１、４２、および４３は、５ｋＨｚを超える、好ましくは１ｋＨｚを超える、より好ましくは１００Ｈｚを超える音波の振動数をフィルタリングするように構成され得る。音波をフィルタリングするためのそのような構成を得るために、トランスデューサが０．３グラムのオーダーの重量を有する程度まで、例えば直径が１．５ｍｍであり、厚さが０．５ｍｍである３つのシリコーンブロックを使用することが可能である。

【0071】

図５を参照すると、トランスデューサ９は、典型的には、位置決め要素４１、４２、および４３によって、ベアリング要素７上に取り付けられる。

【0072】

ベアリング要素７は、例えばＦＲ－４タイプのエポキシ樹脂から作られたプリント回路基板である。

【0073】

典型的には、トランスデューサ９の圧電ペレットは、ワイヤ８１および８２によって、典型的には５０オームのインピーダンス整合しているモジュール６に接続される。ワイヤ８３および８４がこのモジュール６を回路基板７の締結点に接続する。

【0074】

超音波共鳴スペクトロスコピー装置
図６は、本発明による超音波共鳴スペクトロスコピー装置を表す。

【0075】

図２および図３のトランスデューサによれば、分析対象の試料Ｅ１は、円柱状の全体形状を有する２つの圧電トランスデューサ９ａおよび９ｂ上に配置される。

【0076】

典型的には、トランスデューサの一方９ａは、送信機として動作し、他方のトランスデューサ９ｂは受信機として動作する。

【0077】

２つのトランスデューサ９ａおよび９ｂは、２つのトランスデューサ９ａおよび９ｂの間に試料を挟まないように構成され、このことは、Ｇｌａｄｄｅｎ ２００３およびＨｉｒａｎｏ １９８４に記載されたものなどの従来技術の装置と比較して、試料Ｅ１の自由度の数を増やす。

【0078】

ある角度および距離における、２つのトランスデューサ９ａおよび９ｂの相対位置は、試料Ｅ１のサイズおよび形状に応じて調整されなければならない。

【0079】

図６に示す場合では、トランスデューサの一方９ａが延びる方向は、他方のトランスデューサ９ｂが延びる方向と交差する。換言すれば、トランスデューサ９ａの円柱状支持体の軸は、トランスデューサ９ｂの円柱状支持体の軸と交差する。

【0080】

換言すれば、トランスデューサ９ａの先端部が延びる方向は、トランスデューサ９ｂの先端部が延びる方向と交差する。

【0081】

さらに、上記方向の交点は、先端部がそれらの基部から接触点まで延びる方向に位置している。

【0082】

好ましくは、それぞれのトランスデューサ９ａおよび９ｂに関して反対側において、ベアリング要素７ａおよび７ｂのそれぞれに、ウェイト５ａおよび５ｂがそれぞれ取り付けられる。

【0083】

ウェイト５ａおよび５ｂは、鉛から作ることができ、慣性によってトランスデューサ９ａおよび９ｂを安定させるのに適した重量および形状を位置決めして提供することができる。

【0084】

これらのウェイト５ａ、５ｂはまた、ベアリング要素７の固有振動数を減少させるのにも有用である。

【0085】

好ましくは、圧電トランスデューサ９ａ、９ｂは、５ｋＨｚ～１ＭＨｚに含まれる、好ましくは１ｋＨｚ～１０ＭＨｚに含まれる、より好ましくは１００Ｈｚ～１００ＭＨｚに含まれる振動数を有する音波を送信および／または受信するように構成され得る。

【0086】

接触片の製造方法
接触片１は、好ましくは、
・第１の一連の線が、第１の壊食軸に平行に、接触片１の電食によって切断されることと、
・第２の一連の線が、第２の壊食軸に平行に、接触片１の電食によって切断されることであって、第１の壊食軸が第２の壊食軸とは平行ではない、ことと、
を含む、ワイヤ放電加工によって先端部１０を機械加工するステップを実施する方法によって製造される。

【0087】

図１の例では、接触片１が第１の壊食軸に垂直な第２の壊食軸で機械加工されていることは明らかである。

【0088】

当然のことながら、本発明は、上記の例に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの例に対して多くの修正を加えることができる。例えば：
・特に軸対称支持体および接触片が導電性である場合、接触片１は、図１～図６に示すものとは異なる切り落とし部分を有する、または切り落とし部分を持たないことができる。
・支持体は、例えば放物線の母線を有する任意の軸対称形状を有することができ、それにより第１の固有振動数の性能をさらに向上させることが可能になる。

【0089】

加えて、本発明の異なる特徴、形式、変形形態、および実施形態は、それらが不適合ではない、または相互に排他的ではないという範囲で、様々な組み合わせで一緒に組み合わせることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】