DE3587146T2

DE3587146T2 - Piezoelektrische polymerultraschallsonde.

Info

Publication number: DE3587146T2
Application number: DE8585116074T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Honda; Nagao Kaneko; Masao Koyama; Nanao Nakamura; Shiroh Saitoh
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2005-12-18
Also published as: DE3587146D1; EP0186096A3; US4651310A; EP0186096B1; EP0186096A2; JPS61144565A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde unter Verwendung eines polymer-piezoelektrischen Elements als Schwingungserzeuger.
Im Stand der Technik wurde als Ultraschallsonde vom linearen Anordnungstyp, die zum Beispiel für ein lineares Elektronabtastsystem verwendet wird, ein Anordnungstyp mit einem keramischen piezoelektrischen Element wie etwa Bleititanat, Bleititanatzirkonat, etc., geschnitten in rechteckige Streifen, verwendet (z. B. J.F. Havlice und J.C. Tazer, "Medical Ultrasonic Imaging: An Overwiew of Principles and Instrumentation", Proc. IEEE Vol. 67, Seite 620 (1979) und A. Fukumoto, "The Application of Piezoelectric Ceramics in Diagnostic Ultrasound Transducers", Ferroelectrics, Vol. 40, Seite 217 (1982)). Jedoch besitzt ein keramisch-piezoelektrisches Element starre und spröde Eigenschaften, neigt zur Erzeugung von Defekten und Brüchen während des Aufteiles durch Schneiden und man traf sogar auf Schwierigkeiten während der präzisen Gestaltung einer Anzahl von in rechteckigen Streifen geformten Elektroden, wodurch ebenfalls Probleme vom Kostenaspekt einbezogen werden.
Im Gegensatz dazu sind Fluor, das Polymere wie etwa Polyvinylidenfluorid (im folgenden abgekürzt als PVF&sub2;), Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen-copolymer (im folgenden abgekürzt als PVF&sub2;.TrFE) enthält, und andere polare synthetische Polymere, bekannt dafür, daß sie piezoelektrische Eigenschaften und pyroelektrische Eigenschaften entwickeln durch Unterwerfen unter eine polarisierende Behandlung bei hoher Temperatur und hohem elektrischen Feld (z. B.: Y. HIgashibata, J.Sako und T. Yagi, "Piezoelectricity of PVF&sub2;.TrFE", Ferroelectrics, Bd. 32, Seiten 85-92, (1981)). Ebenso wurde die Entwicklung der Ultraschallsonde, die die Dickenschwingung des zuvor erwähnten polymer-piezoelektrischen Elements nutzt, in den letzten Jahren aktiv betrieben. Ein derartiges polymer-piezoelektrisches Element besitzt eine inherente akustische Impedanz, die der von Wasser oder einem lebenden Körper angenähert oder auch klein bezüglich des Moduls ist, und, wenn ein polymer-piezoelektrisches Element für eine Ultraschallsonde vom linearen Anordnungstyp verwendet wird, im Unterschied zum Beispiel eines keramik-piezoelektrischen Elements, wird daher gesagt, daß das polymer-piezoelektrische Element nicht notwendigerweise in rechteckige Streifen geschnitten und getrennt zu werden braucht und nur entsprechend der Elektrodengröße getrennt zu werden braucht.
Jedoch ist die dielektrische Konstante eines polymer-piezoelektrischen Elements deutlich kleiner im Vergleich zu einem keramisch-piezoelektrischen Element, nämlich in der Größenordnung von dem allgemeinen ungefähr 10 und ferner wird aufgrund der kleinen Fläche des antreibenden Elements der Ultraschallsonde vom linearen Anordnungstyp die elektrische Impedanz deutlich höher, wodurch die elektrische Anpassung an eine 50 Ohm System-Leistungsquelle (sendende und empfangende Schaltkreise) gewöhnlicherweise schlecht, was zu einem deutlichen Verlust führt und die Ultraschallwelle absenkt.
Aus den derartigen, oben erwähnten Gründen wurde die Nutzbarkeit einer sogenannten laminierten-piezoelektrischen Ultraschallsonde untersucht, bei der eine Vielzahl von polymer-piezoelektrischen Elementen geeignet laminiert sind, so daß die polarisierten Achsenrichtungen zueinander entgegengesetzt sein können (z. B. japanische provisorische Patentveröffentlichungen Nr. 151893/1980 und Nr. 47199/1981). Ein derartiges laminiertes polymer-piezoelektrisches Element wird durch Verkleben zweier Platten von polymer-piezoelektrischen Elementen mit zum Beispiel einer Filmdicke t laminiert, wobei eine Elektrode dazwischengelegt ist, so daß die polarisierten Achsenrichtungen zueinander entgegengesetzt sein können. Auf einer Oberfläche eines derartig laminierten polymer-piezoelektrischen Elements ist eine akustische reflektierende Platte (/4 Platte) vorgesehen, die das piezoelektrische Element mit der Elektrode derselben Richtung wie die polarisierte Achsenrichtung verbindet und Spannungsimpulse etc. dahin zuführt, wobei die Anregung von Ultraschallwellen entsprechend dem Basismodus
/4 = 2t ( = 8t)
möglich wird. Das heißt, im Vergleich mit dem Fall des Aufbauens des polymer-piezoelektrischen Elements aus einer Platte mit einer Filmdicke von 2t wird die elektrische Kapazität des polymer-piezoelektrischen Elements 4fach, was zu einem 1/4 der elektrischen Impedanz führt.
Bei einer Ultraschallsonde mit einem derartigen Aufbau können während des Laminierens des polymer-piezoelektrischen Elements in rechteckige Streifen geformte Elektroden exakt in Konformität zueinander schwer hergestellt werden und eine Lageabweichung zwischen der oberen und unteren Elektrode kann leicht auftreten. Beim Auftreten einer derartigen Lageabweichung kann nicht nur die elektrische Impedanz des zuvor entworfenen polymer-piezoelektrischen Elements nicht die anfänglichen Charakteristika vorweisen, sondern die abgegebene Ultraschallwelle wird ungleichförmig aufgrund der ungleichförmigen Ausbildung des Dickenschwingungsmodus etc. zusammen mit der Erzeugung von akustischem, elektrischem Koppeln oder Übersprechen, wodurch die Empfindlichkeit herabgesetzt werden kann oder der Bandbereich eingeengt wird, was sogar zum Erzeugen eines Kurzschlusses zwischen den antreibenden Elementen führen kann. Dieses Problem wird deutlicher, wenn die Anzahl der polymer-piezoelektrischen Elemente erhöht wird.
Andererseits besitzen in rechteckige Streifen geformte Elektroden im allgemeinen einen Miniaturaufbau und können durch Dampfablagerung oder Mustern eines Metallfilms entsprechend der Dampfablagerungsmethode, der Sputter-Methode etc. gebildet werden. Falls jedoch die Filmdicke des die Elektroden bildenden Metallfilms dünn ist, wird der elektrische Widerstand hoch, was Zufuhrverluste der antreibenden Spannungsimpulse bewirkt. Während der Laminierung der polymer-piezoelektrischen Elemente, wenn die Laminierung durch Falten eines kontinuierlichen polymer-piezoelektrischen Materials bewirkt wird, besteht ferner die Sorge, daß die in rechteckige Streifen geformten Elektroden gebrochen werden können.
Ferner, da die zuvor erwähnten in rechteckige Streifen geformten Elektroden ein inherentes Elektrodenmuster auf einem polymer-piezoelektrischen Element bilden, ist es schwer, die Zuleitungsdrähte von den Elektroden herauszuführen. Zum Beispiel, beim Herausführen von Zuleitungsdrähten von in rechteckige Streifen geformte Elektroden, die erzielt wurden durch Herstellen der Elektrode, die auf der ganzen Oberfläche durch Vakuum-Dampfabscheidung auf ein polymer-piezoelektrisches Element aufgetragen wurde, durch Ätzen in rechteckige Streifen ist es unmöglich, die Zuleitungsdrähte durch direktes Löten der Zuleitungsdrähte herauszuführen aufgrund des Erweichens des polymer-piezoelektrischen Elements (im Fall von PVF&sub2;, ein Erweichungspunkt von ungefähr 170ºC) oder Depolarisation. Aus diesem Grund wird zum Beispiel das Verfahren angewendet, bei dem die Zuleitungsdrähte herausgeführt werden, in dem die Zuleitungsdrähte durch Verwendung eines sogenannten stromleitenden Klebers oder eines stromleitenden Anstrichs befestigt werden, bei dem stromleitendes Pulver wie etwa Silberpulver in einen Kleber eingemischt wird. Bei einer derartigen Methode treten jedoch Probleme derart auf, daß ein Kurzschluß der in rechteckigen Streifen geformten Elektroden durch den stromleitenden Kleber oder den stromleitenden Anstrich oder Ablösen des befestigten Abschnitts leicht auftreten und ferner daß Veränderungen im Verlauf der Zeit, wie etwa Absinken der Befestigungskraft und Ansteigen eines Widerstandswertes in Erscheinung treten.
EP-A-100711 zeigt einen piezoelektrischen Wandler, bei dem Elektroden in einem Muster auf einem dünnen Film ausgebildet sind, der dann an einem polymer-piezoelektrischen Element angebracht wird. Dies löst die Probleme der Zuverlässigkeit der Elektroden, löst jedoch nicht die Probleme mit den Zuleitungsdrähten.
Da die dielektrische Konstante des polymer-piezoelektrischen Elements im allgemeinen in der Größenordnung von 10 bis einigen 100 klein ist und ungefähr einige Hundertstel bis einige Zehntel im Vergleich mit einem keramisch-piezoelektrischen Element mit einigen Tausend wird im Fall einer Ultraschallsonde vom Gruppierungstyp mit einer kleinen antreibenden Oberfläche je einzelnem Element die elektrische Impedanz deutlich höher. Demnach bestehend die Probleme, daß eine elektrische Anpassung an einen üblichen 50 Ohm Treiberschaltkreis oder einen Empfangsschaltkreis schwierig ist, wodurch die Eigenschaften der Ultraschallsonden verschlechtert werden.
Da das polymer-piezoelektrische Element wie oben erwähnt eine hohe elektrische Impedanz besitzt, werden ferner, wenn es verwendet wird, durch Anschließen eines Koaxialkabels eines 50 Ohm oder 75 Ohm Systems eine Länge einer Überzugsschicht auf einem Kerndraht eines anzuschließenden Kabels und eine Länge eines herauszuführenden Massedrahts ein Problem, und unter bestimmten Umständen besitzt es ein Problem dahingehend, daß es ein sogenanntes Übersprechend-Phänomen bewirkt, in dem andere Elemente anzutreiben sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu schaffen, die unter Verwendung eines polymer-piezoelektrischen Elements aufgebaut ist, mit Elektroden zum Antreiben, die gegenüber der gemeinsamen Elektrode durch das polymer-piezoelektrische Zwischenelement liegen, wobei die Elektroden zum Antreiben auf einem dünnen Polymerfilm mit ausgezeichneter Zuverlässigkeit ausgebildet sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Ultraschallsonde unter Verwendung eines polymer-piezoelektrischen Elements eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu schaffen, die die Schwierigkeit in rechteckigen Streifen geformter Elektroden während zum Beispiel der Laminierung von polymer-piezoelektrischen Elementen, wie zuvor beschrieben, beseitigt hat, ferner ausgezeichnet bezüglich der Zuverlässigkeit bei sehr kleinem akustisch- elektrischem Koppeln oder Übersprechen ist, und ebenfalls vor Brechen oder Kurzschluß der Elektroden in rechteckigen Streifen bewahrt ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu schaffen, bei der das Herausführen von Zuleitungsdrähten von der gemeinsamen Elektrode einfach durchgeführt wird, ohne unter Platzbeschränkungen zu leiden und demzufolge klein bezüglich der Veränderung der Eigenschaften ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Ultraschallsonde, die ein polymer-piezoelektrisches Element verwendet, eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde mit exzellenter Empfindlichkeit, Bandbereich etc. zu schaffen durch Auswahl eines zu verwendenden Induktors, eines geeigneten Bereichs eines Induktanzwertes und eines Anordnungsverfahrens eines Anordnungs-Induktors, um eine hohe elektrische Impedanz des polymer-piezoelektrischen Elements an eine Impedanz eines Treiberschaltkreises durch Verwendung des Induktors anzupassen, ebenso wie um Übersprechen und ähnliches zu vermeiden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Ultraschallsonde, die ein polymer-piezoelektrisches Element verwendet, eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu schaffen, bei der ein Übersprech-Phänomen, durch das andere Elemente angetrieben werden, verhindert ist durch Regulieren eines Abschnitts einer Überzugsschicht auf einem freigelegten Kerndraht eines anzuschließenden Koaxialkabels und eines Abschnitts eines herauszuführenden Massedrahts.
Eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, die ein polymer-piezoelektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, umfaßt ein polymer-piezoelektrisches Element; eine gemeinsame Elektrode, die auf einer Oberfläche des polymer-piezoelektrischen Elements ausgebildet ist; und Elektroden zum Antreiben, die gegenüber der gemeinsamen Elektrode liegen, wobei das polymer-piezoelektrische Element dazwischen liegt, wobei die Elektroden zum Antreiben auf einem dünnen Polymerfilm ausgebildet sind, worin ein Zuleitungsherausführbereich auf dem dünnen Polymerfilm ausgebildet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleitungsherausführbereich und die gemeinsame Elektrode elektrisch miteinander über Strom leitende klebende Schichten verbunden sind, die intermittierend in Längsrichtung des Zuleitungsherausführbereichs ausgebildet sind und worin Zuleitungsdrähte an die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde an den stromleitenden Dickfilmbereichen angeschlossen sind, die an den Endbereichen der Elektroden zum-Antreiben ausgebildet sind.
Die Fig. 1 bis 8 sind schematische Darstellungen, die Beispiele der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde gemäß der Erfindung zeigen.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, die eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde mit dem herkömmlichen Aufbau zeigt, die als Vergleichsbeispiel verwendet wird.
Fig. 10 bis 13 sind schematische Schnittansichten der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde und der Bereiche der Elektroden zum Antreiben zur Illustration der Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 15 und 16 sind Teilschnittansichten, die die Strukturen der Zuführungsdrahtanschlußbereiche zeigen.
Fig. 17 und 20 sind Längsschnittansichten, die Anordnungen der jeweiligen Schichten der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 18 und 21 sind Darstellungen, die den Zustand zeigen, in dem die stromleitenden Schichten ausgebildet werden.
Fig. 19 und 22 sind Längsschnittansichten, die die Strukturen zeigen, nachdem die jeweiligen Schichten verklebt sind.
Fig. 23 ist eine schematische Schnittansicht der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 24 und 25 sind Schnittansichten der Ultraschallsonden, bei denen die gemeinsame Elektrode und Elektroden zum Antreiben in der Lage abweichend oder in der Form unterschiedlich sind.
Fig. 26 bis 29 sind Schnittansichten, die ein Beispiel der Struktur der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 30 und 31 sind Schnittansichten, die die polymerpiezoelektrische Ultraschallsonde gemäß der Erfindung wiedergeben.
Fig. 32 ist eine Schnittansicht der polymerpiezoelektrischen Sonde gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Ultraschallsonde vom Gruppierungstyp zeigt.
Fig. 34 und 35 sind elektrische Äquivalentschaltkreise einer Sonde, die aus einem polymerpiezoelektrischen Element aufgebaut ist.
Fig. 36 ist ein Diagramm, das die Veränderungen der Empfindlichkeit und der spezifischen Bandbereichsweite zeigt, gemessen relativ zu der Veränderung eines Induktanzwertes des in Serie zu einer Sonde angeschlossenen Induktors.
Fig. 37 bis 39 sind perspektivische Ansichten eines Beispiels der vorliegenden Erfindung bei dem Induktoren vom Zylindertyp so angeordnet sind, daß sie einander in rechten Winkeln kreuzen.
Fig. 40 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem Induktoren vom Zylindertyp so angeordnet sind, daß sie einander in rechten Winkeln für jede vier Elemente kreuzen.
Fig. 41 und 42 sind Diagramme, die Äquivalenzschaltkreise des Kabelanschlußbereichs gemäß dem Stand der Technik zeigen.
Fig. 43 ist eine Darstellung, die den Endbereich eines Koaxialkabels zeigt, daß bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 44 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das Koaxialkabel aus Fig. 43 an einen Anschlußsockel angeschlossen ist.
Fig. 45 ist eine schematische Darstellung, die die Form von Elektroden zum Antreiben mit der gemeinsamen Elektrode zum Ausbilden des Dickfilmbereichs zeigt, wie in einem Beispiel dargestellt.
Fig. 46 bis 48 sind schematische Schnittansichten, die den Prozeß zum Ausbilden der Dickfilmbereiche in anderen Beispielen zeigen.
Fig. 49 ist eine ebene Ansicht, die ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 50 und 51 sind Ultraschallstrahlmuster der testweise hergestellten Ultraschallsonden.
Fig. 52 ist ein Diagramm, das das Verhältnis des Produkts aus Empfindlichkeit-spezifischem Bandbereich gegenüber der Veränderung des Induktanzwertes zeigt.
Fig. 53 und 54 sind Diagramme, die Anordnungen der Spulen zur Prüfung der wechselseitigen Induktion von Spulen zeigen.
Fig. 55 und 56 sind charakteristische Diagramme, die die Ultraschallstrahlmuster zeigen, wenn die Spulen parallel angeordnet sind und wenn die Spulen so angeordnet sind, daß sie sich in rechten Winkeln kreuzen.
Fig. 57 und 58 sind Diagramme, die die Impedanzcharakteristik und die Impulsantwortcharakteristik der Ultraschallsonde zeigen, bei der das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Fig. 59 und 60 sind Diagramme, die die Impedanzcharakteristik und die Impulsantwortcharakteristik der Ultraschallsonde zeigen, bei der das Verfahren des Stands der Technik angewendet wird.
Das polymer-piezoelektrische Element, das bei der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, umfaßt Polymere enthaltende Fluorine, wie etwa PVF&sub2;, PFV&sub2;.TrFE oder Polyvinylidenfluorid.Fluorethylen-Copolymer oder Polyvinylidencyanid oder dessen Copolymere, Polyacrylonitril-Typ-Copolymer oder sogenannte zusammengesetzte polymer-piezoelektrische Materialien, in denen eine stark dielektrische Keramik wie etwa Pulver aus Titanzirkonat, Bleizirkonat etc. gemischt ist, usw. Als Material für den Polymerdünnfilm, auf dem Elektroden zum Antreiben der gemeinsamen Elektrode über das polymer-piezoelektrische Element gegenüber liegend vorgesehen sind, können polymere Materialien eingesetzt werden, die in der Lage sind, dünne Filme zu bilden, wie etwa Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyimid, aromatische Polyamide, Polyether, Polyvinylchlorid, PVF&sub2;, PVF&sub2;-Typ-Copolymer, Polystyrol, etc., und das Material ist nicht besonders beschränkt. Diese Polymerfilme können entsprechend dem bekannten Methoden wie etwa dem Gießverfahren, dem Extrusionswalzverfahren etc. hergestellt werden.
Und, die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung ist aufgebaut durch akustisches Integrieren des polymer-piezoelektrischen Elements mit einer gemeinsamen Elektrode darauf und des Polymerdünnfilms mit Elektroden zum Antreiben, die unter Verwendung eines Klebers etc. darauf ausgebildet sind. Als gemeinsame Elektrode,in bestimmten Fällen, kann die Elektrode, die bei der Vorbereitung des piezoelektrischen Elements verwendet wird, ebenfalls genutzt werden. Alternativ, ähnlich wie die Elektroden zum Antreiben, kann eine Elektrode, die auf einem Polymerdünnfilm ausgebildet ist, mit dem piezoelektrischen Element unter Verwendung eines Klebers etc. integriert werden. Die akustische Impedanz (Z) des Polymerdünnfilms und des Klebers sollte vorzugsweise relativ nahe der akustischen Impedanz (Z&sub0;) des polymer-piezoelektrischen Elements sein und sie wird vorzugsweise ausgewählt aus innerhalb des Bereichs von 0,2 < Z/Z&sub0; < 2. Dies geschieht, weil das polymer-piezoelektrische Element und der Polymerdünnfilm zusammen mit dem Kleber eine integrale Schwingung zeigen können. Der Polymerdünnfilm (auf dem die Elektroden zum Antreiben ausgebildet sind), kann eine Filmdicke besitzen, die nicht im einzelnen beschränkt ist. Jedoch, falls er zu dick ist, kann die integrale Schwingung des polymer-piezoelektrischen Element nachteilig beeinflußt werden, was unmittelbar zu einem Anstieg von Verlusten führt. Andererseits, falls er zu dünn ist, kann der Vorgang wie etwa das Befestigen der Elektrode und das Ankleben mit Schwierigkeiten durchgeführt werden. Daher sollte seine Filmdicke vorzugsweise in dem Bereich von einigen um bis einigen 10 um liegen.
Ferner sollte der Kleber etc. zum Zusammenkleben des polymer-piezoelektrischen Elements, das eine darauf vorgesehene gemeinsame Elektrode besitzt, mit dem Polymerdünnfilm, der die darauf ausgebildeten Elektroden zum Antreiben aufweist, vorzugsweise eine akustische Impedanz, Härte und Dicke der Kleberschicht etc. besitzen, die geeignet ausgewählt werden sollte, so daß das polymer-piezoelektrische Element und der Polymerdünnfilm integriert werden können.
Die Elektroden zum Antreiben, die auf dem bei der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Polymerdünnfilm ausgebildet sind, sind nicht im einzelnen beschränkt und sie können ausgebildet werden im Wege des Ausbildens wie etwa Aufdampfen oder Sputtern von Gold, Silber, Nickel, Aluminium, etc. und dann des Bearbeitens wie etwa Ätzen, um eine gewünschte Form auszubilden oder alternativ durch Überziehen des Polymerdünnfilms mit einem sogenannten stromleitenden Anstrich, der stromleitendes Pulver, wie etwa Silberpulver, eingemischt in einen Epoxydkunstharz, enthält, entsprechend dem Siebdruck etc.
Die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, die den Polymerdünnfilm umfaßt, der derart zuvor darauf ausgebildete Elektroden zum Antreiben aufweist, befestigt auf dem polymer-piezoelektrischen Element, beseitigt nicht nur die Mühseligkeit bezüglich der Lagegenauigkeit der Elektroden in Form von rechteckigen Streifen während des Laminierens wie im Stand der Technik, sondern reduziert auch akustisch-elektrisches Koppeln oder übersprechend aufgrund der Lagegenauigkeit der Elektroden mit hoher Präzision. Auch kann, in einigen Fällen, durch Vorsehen einer λ/4-Platte auf der der akustisch bewegten Seite gegenüberliegenden Seite die Effizienz verbessert werden. Ferner, wenn die Elektroden auf der akustisch bewegten Seite liegen und elektrische Kriechverluste oder Rauschgeneration auftreten, kann eine gemeinsame Elektrode ferner auf der gesamten Oberfläche auf der Außenseite des Polymerdünnfilms vorgesehen und mit Masse verbunden werden, um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden.
Im folgenden werden spezifische Beispiele der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen, gezeigt in den Fig. 1 bis 8, beschrieben. In den jeweiligen Figuren der Fig. 1 bis 8 ist der obere Teil der Figur die Seite, auf der das sich akustisch ausbreitende Element positioniert ist, das zu der akustisch bewegten Seite korrespondiert.
Die Fig. 1 bis 3 sind schematische Darstellungen, die Beispiele von polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonden vom λ/2-Treiber-Typ zeigen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Sonde ist eine gemeinsame Elektrode 2 durch Dampfabscheidung etc. auf der akustisch bewegten Seite eines polymer-piezoelektrischen Elements 1 vorgesehen, während auf der akustisch nicht bewegten Seite auf der anderen Seite über eine Kleberzwischenschicht 5 ein Polymerdünnfilm 4 vorgesehen ist, der darauf ausgebildete Elektroden 3 zum Antreiben aufweist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Sonde ist auf der akustisch bewegten Seite eines polymer-piezoelektrischen Elements 1 über eine Kleberzwischenschicht 5' ein Polymerdünnfilm 4' mit einer darauf ausgebildeten gemeinsamen Elektrode 2 vorgesehen, während auf der akustisch nicht-bewegten Seite auf der anderen Seite über eine Klebstoffzwischenschicht 5 ein Polymerdünnfilm 4 mit darauf ausgebildeten Elektroden 3 zum Antreiben vorgesehen ist. Die in Fig. 3 dargestellte Sonde ist ein Beispiel, bei dem die aufbauenden Elemente in entgegengesetzter Reihenfolge zu der in Fig. 2 vorgesehen sind.
Die Fig. 4 bis 8 sind schematische Darstellungen, die Beispiele von polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonden vom λ/4-Treiber-Typ zeigen. Die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Sonden besitzen ferner akustisch-reflektierende λ/4-Platten 6, die auf der Rückseite des Polymerdünnfilms 4 zusätzlich zu denen aus Fig. 1 und Fig. 2 vorgesehen sind. Die Fig. 6 bis 8 sind schematische Darstellungen, die Beispiele von polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonden eines laminierten Typs und λ/4-Treiber-Typs zeigen, bei denen die polarisierten Richtungsachsen des polymer-piezoelektrischen Elements 1 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Fig. 6 zeigt-eine Sonde, die einen Polymerdünnfilm 4 umfaßt, der Elektroden zum Antreiben 3, 3' derselben Form besitzt, die auf beiden Seiten ausgebildet sind, und der über Klebstoffschichten 5 und 5' zwischen dem polymer-piezoelektrischen Element 1 mit der darauf ausgebildeten gemeinsamen Elektrode 2 und dem polymer-piezoelektrischen Element 1' vorgesehen ist, das hinsichtlich der polarisierten Richtungsachsen entgegengesetzt zu dem zuvor erwähnten piezoelektrischen Element 1 liegt und auf der akustisch nicht-bewegten Seite mit einer akustisch-reflektierenden λ/4 Platte 6 vorgesehen ist. Die in Fig. 7 gezeigte Sonde besitzt eine gemeinsame Elektrode 2', die auf einem Polymerdünnfilm 4' ausgebildet ist, der über eine Klebstoffschicht 5' auf der akustisch bewegten Seite des polymer-piezoelektrischen Elements 1 anstelle der gemeinsamen Elektrode 2 vorgesehen ist, die direkt auf dem piezoelektrischen Element 1 der in Fig. 6 gezeigten Sonde ausgebildet ist. Ferner besitzt die Sonde aus Fig. 8 einen Polymerdünnfilm 4'' mit einer darauf ausgebildeten gemeinsamen Elektrode 2'', die über die Klebstoffschicht 5 auf der akustisch nicht-bewegten Seite des polymer-piezoelektrischen Elements 1' zusätzlich zu der in Fig. 7 gezeigten Sonde ausgebildet ist.
In jeder der oben beschriebenen Sonden werden antreibende Elektroden verwendet, die auf einem Polymerdünnfilm ausgebildet sind, und dabei handelt es sich um das größte spezifische Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die gemeinsame Elektrode, die auf dem polymer-piezoelektrischen Element oder dem Polymerdünnfilm ausgebildet ist, kann mit einer akutisch-reflektierenden λ/4 Platte verbunden sein, die aus einem stromleitenden Substrat hergestellt ist, falls erforderlich. Ferner kann eine reflektierende λ/4-Platte, die auch als gemeinsame Elektrode fungiert, wie in Fig. 6 und Fig. 7 verwendet werden. Andernfalls kann eine nicht-stromleitende akustisch-reflektierende Platte aus Keramik, Glas etc. auch verwendet werden und eine gemeinsame Elektrode kann auf einer derartigen nicht-stromleitenden akustisch-reflektierenden Platte vorgesehen werden.
Bei der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung können Zuleitungsdrähte vorzugsweise entsprechend der unten beschriebenen Methode angeschlossen werden.
Das heißt beim Anschließen von Zuleitungsdrähten an eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, die Elektroden zum Antreiben verwendet, die zuvor auf einem Polymerdünnfilm als Elektroden zum Antreiben ausgebildet wurden, die durch ein polymer-piezoelektrisches Zwischenelement gegenüberliegend zu einer gemeinsamen Elektrode vorgesehen sind, werden die Zuleitungsdrähte an die stromleitenden Bereiche angeschlossen, die einen Dickschichtabschnitt, etc. umfassen, der an den Endbereichen der Elektroden zum Antreiben ausgebildet ist. Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispiels entsprechend der Anschlußdrahtverbindungselektrode für die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde entsprechend der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 sind piezoelektrische Elemente 1 und 1' in bezüglich der polarisierten Achsenrichtungen der piezoelektrischen Elemente entgegengesetzt zueinander ausgerichtet vorgesehen, wie durch die Pfeile (↑ oder ↑) in der Figur gezeigt, und ein Polymerdünnfilm 4 mit zuvor ausgebildeten Elektroden 3 zum Antreiben mit einer spezifischen Form ist zwischen die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' zwischengelegt. Auf der Rückseite des polymer-piezoelektrischen Elements 1' ist eine zurückreflektierende Platte 6 (λ/4-Platte) vorgesehen. Diese polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' der Polymerdünnfilm 4, auf dem eine Treiberelektrode 3 ausgebildet ist, bzw. die λ/4 Platte 6 sind mittels Klebstoffschichten 5 akustisch integriert, wodurch eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde aufgebaut wird. Auf den Elektroden zum Antreiben 3, die auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms 4 vorgesehen sind, sind Dickschichtabschnitte 3a als stromleitende Bereiche an den Endabschnitten der Elektroden 3 ausgebildet und an die Zuleitungsdrahtabschnitte 8, die auf einem Polymerfilm 7 wie in etwa einem Polyamidfilm, etc. vorgesehen sind, durch Lötzinn 9 angeschlossen. In diesem Fall, da die Endabschnitte der Elektroden zum Antreiben 3 für das Anschließen der Zuleitungsdrähte dick ausgebildet sind, besteht keine Gefahr, daß ein Teil der Elektroden zum Antreiben während der Verbindungsarbeit an die Zuleitungsdrähte 8 mit Lötgut etc. beschädigt oder gebrochen werden. Ferner kann bei der Lötarbeit, bei der die Bereiche der Elektroden 3 und die Zuleitungsdrähte 8, die zu löten sind, zeitweise hohen Temperaturen unterworfen werden, die Deformation der Elektroden zum Antreiben 3 durch Verwendung eines hitzebeständigen Polymerfilms, wie etwa einem Polyamidfilm, etc. für den Polymerdünnfilm 4 und den Polymerfilm 7 verhindert werden. Ferner durch Verlängern der Elektroden zum Antreiben 3 des Polymerdünnfilms 4 kann die Wärmeleitung zu den polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1', die mit der Lötarbeit verbunden ist, unterdrückt werden, wodurch die Depolarisation der polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' vermieden werden kann, um eine Verschlechterung der Eigenschaften zu verhindern.
In Fig. 10 sind Elektroden zum Antreiben 3 auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms 4 vorgesehen und die Elektroden zum Antreiben 3 auf beiden Oberflächen können antreibende Signale über die Zuleitungsdrähte 8 an die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' gleichzeitig zuführen. In diesem Beispiel, da die Elektroden zum Antreiben 3 und die Zuleitungsdrähte 8 über Löten angeschlossen sind, sind die Elektroden zum Antreiben auf beiden Oberflächen in der Situation, daß sie zur gleichen Zeit angeschlossen sind. Zur weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit kann die folgende Methode verwendet werden. Das heißt, wie in den Fig. 11 bis 13 gezeigt ist, der Polymerdünnfilm 4 wird an einer ausgesuchten Stelle am Endbereich der Elektrode zum Antreiben 3 (Fig. 11) oder an einer Stelle ohne Einfluß auf die akustische Bewegung der Sonde (Fig. 12) mit einer Bohrung 10 ausgestattet und beide Oberflächen werden leitfähig gemacht durch Vorsehen eines stromleitenden Abschnitts während der Ausbildung der Elektroden zum Antreiben oder ein Ende der Elektrode zum Antreiben 3 wird in einer gedrehten Struktur 11 (Fig. 13) hergestellt, wodurch die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden kann. Beispiele einer eine derartige Bohrung verwendenden Sonde sind in den Fig. 14 und 15 gezeigt.
Fig. 14 zeigt einen Längsschnitt einer Sonde mit einer Struktur mit Bohrungen 10, 10', die als Mittel zum elektrischen Anschluß der Elektroden zum Antreiben auf beiden Oberflächen aneinander auf einem Polymerdünnfilm ausgebildet sind, der auf beiden Oberflächen ausgebildete Elektroden zum Antreiben aufweist, die in rechteckförmigen Streifen geformt sind. In dieser Figur sind Schichten 15 und 16 aus einer stromleitenden Substanz auf den inneren Wänden der Bohrungen 10 und 10' ausgebildet und es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Verfahren so ausgeführt wird, daß diese Schichten aus demselben Material wie die Elektroden zum Antreiben 3 und 3' aufgebaut werden, wie im folgenden beschrieben wird. Der Durchmesser der Bohrung ist im wesentlichen nicht beschränkt, jedoch ist es im allgemeinen zu bevorzugen, den Durchmesser der Bohrung auf ungefähr 1/2 der Breite der Elektrode zum Antreiben festzulegen.
Durch derartige Bohrungen 10 und 10' werden die Zuleitungsanschlußbereiche 3 und 3a elektrisch an 3' bzw. 3a' angeschlossen und daher wird es möglich, Strom zu den Elektroden zum Antreiben auf beiden Oberflächen gleichzeitig nur durch Anschluß von Zuleitungsdrähten an eine von diesen zuzuführen mit dem Ergebnis, daß Signale zum Antreiben gleichzeitig an die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' zugeführt werden können.
Der Zuleitungsdraht, der an derartige Elektroden zum Antreiben anzuschließen ist, ist im wesentlichen nicht bezüglich seiner Art beschränkt und es können zum Beispiel Zuleitungsdrähte derselben Form wie die Elektroden zum Antreiben, wie oben beschrieben, verwendet werden, nämlich den stromleitenden Bereich in rechteckigen Streifen (Zuleitungsabschnitt) 8 und 8' ausgebildet auf den Polyamidfilmen 7 bzw. 7' wie in Fig. 14 gezeigt, und derartige Zuleitungsdrähte können über dazwischenliegende anisotrope stromleitende Klebstoffverbindungen 9 und 9' angeschlossen werden, die vergrabene Stromleitende Fasern etc. in einem Gummiblatt sind.
Die obigen Bohrungen 10, 10' können an Stellen ausgebildet sein, die im einzelnen nicht beschränkt sind, vorausgesetzt, daß sie in dem Bereich zuvor beabstandet von dem akustisch bewegten Bereich der Elektroden zum Antreiben sind (der Bereich, der in Längsrichtung zwischen den gemeinsamen Elektroden 2 und 6 liegt, die elektrisch leitend miteinander sind, in Fig. 14). Der anisotrope stromleitende Klebstoffverbinder kann an jeder gewünschten Stelle bezogen auf die Bohrungen positioniert werden und ein Beispiel ist in Fig. 15 gezeigt.
Das Mittel zum elektrischen Anschließen der Elektroden zum Antreiben auf beiden Oberflächen aneinander, anders als die oben erwähnten Bohrungen, kann ferner eine Schicht 14 aus dem die Elektroden 3b, 3b' bildenden stromleitenden Material so ausgebildet werden, daß sie um die Endoberfläche 4a des Polymerdünnfilms 4 herum gelegt ist, wie in Fig. 16 gezeigt.
Bei der vorliegenden Erfindung sollten ferner die Zuleitungsherausführabschnitte und die gemeinsame Elektrode, die auf dem Polymerdünnfilm ausgebildet sind, elektrisch aneinander über eine stromleitende Klebstoffschicht angeschlossen sein, die in Längsrichtung des Zuleitungsherausführabschnitts intermittierend ausgebildet ist.
Bezugnehmend auf die Fig. 17 bis 22 wird die Struktur des Zuleitungsdrahtanschlußabschnitts der obigen polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben.
Fig. 17 ist ein Längsschnitt, der die Anordnung der jeweiligen Aufbauschichten einer polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde zeigt, die eine Schicht eines polymer-piezoelektrischen Elements besitzt, Fig. 18 ist eine Darstellung, die die Form der antreibenden Elektroden und des Anschluß-Herausführabschnitts für die gemeinsame Elektrode der Ultraschallsonde gemäß Fig. 17 zeigt, und Fig. 19 ist ein Längsschnitt der Struktur nachdem die jeweiligen Aufbauschichten zusammengeklebt sind.
Wie augenscheinlich auch aus Fig. 18 hervorgeht, ist auf dem Polymerdünnfilm 4 ein Herausführbereich 17 für die gemeinsame Elektrode ausgebildet, zusätzlich zu den in rechteckige Streifen geformten Elektroden zum Antreiben. Der Zuleitungsherausführabschnitt 17 für die gemeinsame Elektrode sollte vorteilhaft aus demselben Material wie die Elektroden zum Antreiben 3 ausgebildet sein, wie oben beim Ausführen des Verfahrens beschrieben wurde. Stromleitende Klebstoffschichten 18 sind intermittierend entlang zum Beispiel des Längsrandabschnitts des Zuleitungsherausführbereichs 17 der gemeinsamen Elektrode ausgebildet. Als verwendbarer stromleitender Klebstoff eignet sich zum Beispiel Sicolon B (Handelsname, hergestellt von Atsugi Chuken) oder Dortite D-753 (Handelsname, hergestellt von Fujikura Kasei). Bei der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, die stromleitende Klebstoffschicht 18' intermittierend entlang der Längsrichtung des Zuleitungsherausführbereichs 17 der gemeinsamen Elektrode auszubilden. Dies wird getan mit dem Ziel zuzulassen, daß der überschüssige Klebstoff der Klebstoffschicht 5 nach links und rechts in der Figur entweichen kann. Daher, falls die stromleitende Schicht 18 kontinuierlich ausgebildet ist, ist ein Entweichen der Klebstoffschicht 5 verhindert, wodurch Unannehmlichkeiten, wie etwa das Entstehen von Dicke-Unregelmäßigkeit der Klebstoffschicht 5 bewirkt werden können. Genauer gesagt, sollte die stromleitende Klebstoffschicht 18 vorzugsweise in Form von Punkten ausgebildet werden, wie in-der Figur gezeigt ist. Die Punktgröße, die Punktanzahl und der Abschnitt zwischen den Punkten sind nicht im Einzelnen beschränkt, sondern können, wie gewünscht, festgelegt werden.
Eine derartige Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie folgt hergestellt werden. Ein polymer-piezoelektrisches Element 1, eine gemeinsame Elektrode 2 und Elektroden zum Antreiben 3 und ein Polymerdünnfilm 4 mit einem Zuleitungsherausführbereich 17 für die gemeinsame Elektrode und darauf ausgebildete stromleitende Klebstoffschichten 18 werden wie in Fig. 17 gezeigt, angeordnet und die jeweiligen Schichten werden mit Klebstoffschichten 5 verklebt, die zwischen die jeweiligen Schichten unter Druck in vertikaler Richtung gelegt werden. In diesem Schritt, wie in Fig. 19 gezeigt, werden die stromleitenden Klebstoffschichten (Punkte) 18 mit der gegenüberliegenden gemeinsamen Elektrode 2 verklebt, wodurch der Herausführbereich für die gemeinsame Elektrode elektrisch an die gemeinsame Elektrode 2 über die Punkte 18 verbunden wird. Ebenfalls in diesem Schritt, da der überschüssige Klebstoff in der Zeichnung nach links und rechts durch die Lücken zwischen den einzelnen Punkten 18 entweichen kann, ergibt sich der Vorteil, daß die Klebstoffschichten vor dem entstehend von Dicke-Ungleichmäßigkeiten bewahrt werden können.
Dann, durch Verbinden der Elektroden zum Antreiben 3 und des Zuleitungsherausführabschnitts 17 an, zum Beispiel, ein flexibles Leiterplattensubstrat (nicht gezeigt) mit Zuleitungsabschnitten der selben Form wie diese, ist es möglich, das Herausführen von Zuleitungen sowohl für die Elektroden zum Antreiben 3 und die gemeinsame Elektrode 2 auf einer Platte durchzuführen.
Ferner, bezugnehmend auf Fig. 20, wird der Fall der sogenannten laminierten Struktur beschrieben, in der die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde eine Vielzahl von polymer-piezoelektrischen Elementen besitzt.
Fig. 20 ist ein Längsschnitt einer polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde mit zwei Schichten aus polymer-piezoelektrischen Elementen, Fig. 21 ist eine Darstellung eines stromleitenden Klebstoffs, der auf der gemeinsamen Elektrode der Ultraschallsonde in Mol-%20 ausgebildet ist, und Fig. 22 ist ein Längsschnitt, der den zusammengeklebten Zustand zeigt.
In Fig. 20 sind polymer-piezoelektrische Elemente 1' und 1'' so angeordnet, daß ihre polarisierten Achse einander entgegenliegend sein können und ein Polymerdünnfilm 4' mit Elektroden zum Antreiben 3' und 3'' in Form rechteckiger Streifen, die auf beiden Oberflächen davon ausgebildet sind, ist zwischen die beiden Elemente zwischengelegt. Auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms 4' sind die gleichen Zuleitungsherausführbereiche 17' und 17'' für die gemeinsame Elektrode ausgebildet, wie oben beschrieben, gleichzeitig mit dem Ausbilden punktartiger stromleitender Schichten 18' die die oberen und unteren Zuleitungsherausführbereiche 17' und 17'' verbinden auf der Seite, die die Elektroden zum Antreiben 3' des polymer-piezoelektrischen Elements 1' gegenüberliegt, ist eine gemeinsame Elektrode 2' angeordnet, die auf einem polymer-piezoelektrischen Element 4'' ausgebildet ist, während auf der Seite, die den Elektroden zum Antreiben 3'' des polymer-piezoelektrischen Elements 1'' gegenüberliegt, eine λ/4-Platte 6' vorgesehen ist, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode dient. Derartige zwei gemeinsame Elektroden 2' und 6' sind beide elektrisch verbunden und geerdet. Dementsprechend sind auf jeder der gemeinsamen Elektroden, zum Beispiel den gemeinsamen Elektroden 2 und 2' stromleitende Schichten 18'' in Form von Punkten, wie in Fig. 21 gezeigt, auf dieselbe Art wie oben beschrieben, ausgebildet. Die jeweiligen Aufbauschichten können über Klebstoffschichten 5' miteinander verklebt werden. Wie in Fig. 22 gezeigt, werden die gemeinsamen Elektroden 2' und 6' elektrisch miteinander über die stromleitenden Klebstoffschichten 18'' miteinander verbunden, indem sie gleichzeitig mit den Zuleitungsherausführbereichen 17' und 17'' über die stromleitenden Klebstoffschichten 18' elektrisch verbunden werden. Dementsprechend, ähnlich wie oben beschrieben, kann stets das Herausführen der Zuleitungen der Elektroden zum Antreiben 3' und 3'' und der gemeinsamen Elektroden 2' und 6' an einer Stelle durchgeführt werden.
Ferner kann die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde sein mit einer Vielzahl von polymer-piezoelektrischen Elementen, durch einen Polymerdünnfilm mit zuvor ausgebildeten Elektroden zum Antreiben darauf, laminiert mit deren polarisierten Achsenrichtungen entgegengesetzt zueinander und einer ersten gemeinsamen Elektrode, die auf der akustisch bewegten Seite des piezoelektrischen Elements vorgesehen ist, und einer zweiten gemeinsamen Elektrode oder einer gemeinsamen Elektrode, die ferner als λ/4-Akustikträger dient, die auf der akustisch nicht-bewegten Seite davon vorgesehen ist, wobei die obige erste gemeinsame Elektrode und zweite gemeinsame Elektrode oder die gemeinsame Elektrode, die als λ/4 Akustikträger dient, die gleiche Form haben, und ferner an Stellen angeordnet sind, die nicht voneinander hervorragen, betrachtet aus einer Richtung, in der die obigen gemeinsamen Elektroden und die Elektroden zum Antreiben laminiert sind.
Ein Beispiel eines derartigen Ausführungsbeispiels ist als schematische Querschnittsansicht in der laminierten Richtung in Fig. 23 gezeigt. In der Figur ist ein Beispiel gezeigt, bei dem eine erste Elektrode auf der akustisch bewegten Seite und eine gemeinsame Elektrode, die auch als λ/4 Akustikträger dient, auf der akustisch nicht-bewegten Seiten verwendet werden. Die elektrische Impedanz des polymer-piezoelektrischen Elements, das in der Figur angetrieben wird, wird durch das polymer-piezoelektrische Element 1, die erste gemeinsame Elektrode 2 und den zwischen das polymer-piezoelektrische Element 1' und die gemeinsame Elektrode, die auch als λ/4 Akustikträger 2' dient, liegt. Zum Beispiel, wie ähnlich in Fig. 24 gezeigt, wenn die gemeinsame Elektrode, die auch als λ/4 Akustikträger 2' dient, eine von dem Bereich der anderen gemeinsamen Elektrode 2 unterschiedliche Form besitzt oder wie in Fig. 25 gezeigt, die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' bezüglich der Lage verschoben sind, selbst falls die gemeinsame Elektrode 2 und die gemeinsame Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4-Platte 2' dient, dieselbe Form haben kann, unterscheidet sich die elektrische Impedanz des polymer-piezoelektrischen Elements, das normal angetrieben wird, im Vergleich mit den polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1', die zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der gemeinsamen Elektrode liegen, die auch als akustisch-reflektierende λ/4-Platte 2' dient. Daneben bringt der abweichende Bereich 19 zwischen den polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1' und der gemeinsamen Elektrode oder der gemeinsamen Elektrode, die auch als akustisch-reflektierende λ/4-Platte 2 und 2' dient, Veränderungen der Frequenz der Ultraschallwelle oder Eingangs- oder Ausgangssignalpegel mit sich, wie etwa ein Unterschied des Schwingungsmodus, der polymer-piezoelektrische Elemente 1 und 1' vom Normalschwingungsmodus, wodurch eine Frequenzänderung der erzeugten Ultraschallwelle bewirkt wird.
Für diesen Zweck ist es erforderlich, wie in Fig. 23 gezeigt, daß die gemeinsame Elektrode 2 und die gemeinsame Elektrode, die auch als λ/4-Akustikträger 2' dient, die die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' dazwischen einschließend, hergestellt werden sollten, so daß sie dieselbe Form besitzen, und ebenfalls daß keine Abweichung bezüglich der Position zwischen der gemeinsamen Elektrode, die auf dem polymer-piezoelektrischen Element 1 vorgesehen ist, und der gemeinsamen Elektrode auftreten sollte, die auch als akustisch-reflektierende λ/4 Platte 2' dient, die auf dem polymer-piezoelektrischen Element 1' vorgesehen ist. Zur Vermeidung der Lageabweichung zwischen der gemeinsamen Elektrode 2 und der gemeinsamen Elektrode, die auch als akustisch-reflektierende Platte 2' dient, kann zum Beispiel das Verfahren angewendet werden, nachdem die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' versuchsweise mit einem Klebstoff an den Bereichen befestigt werden, die keine Schwierigkeiten gegen die Erzeugung von Ultraschallwellen aufweisen, worauf das Zusammenkleben folgt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ferner als eine Struktur, die frei ist von der Erzeugung eines Kontakts zwischen der λ/4 Platte und den Elektroden zum Antreiben oder Brechen der Elektroden zum Antreiben, selbst wenn Lagerabweichung zwischen der λ/4 Platte und dem polymer-piezoelektrischen Element auftreten kann, vorzugsweise eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde geschaffen, bei der beide Endabschnitte entlang der Längsrichtung der Elektroden zum Antreiben des polymer-piezoelektrischen Elements herausragend zu beiden Endabschnitten der gemeinsamen Elektrode sind.
Demnach, gemäß Fig. 26, ist zwischen ein Paar aus polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1' die so angeordnet sind, daß die polarisierten Achsen einander entgegengesetzt sein können, ein Polymerdünnfilm 4 zwischengelegt mit Elektroden zum Antreiben 3 und 3', die in rechteckigen Streifen geformt sind. Wie ebenfalls aus der Figur hervorgeht, sind die Elektroden zum Antreiben 3 und 3' auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms 4 ausgebildet und die Lagegenauigkeit zwischen der oberen und unteren Elektrode 3 und 3' wird sehr genau bewirkt. Der Polymerdünnfilm 4 wird an das obere und untere polymer-piezoelektrische Element 1 und 1' über Klebstoffschichten 5 bzw. 5' angeklebt. Und, auf der oberen Oberfläche des polymer-piezoelektrischen Elements l ist eine aus z. B. Ag hergestellte gemeinsame Elektrode 2 ausgebildet, während auf der nicht-akustischen Seite auf der unteren Oberfläche des polymer-piezoelektrischen Elements 1' eine λ/4-Platte 6' ausgebildet ist, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode dient.
Bei einer Ultraschallsonde mit einem derartigen Aufbau sind die gemeinsame Elektrode 2 und die λ/4-Platte 6 normalerweise auf im wesentlichen der ganzen Oberfläche des polymer-piezoelektrischen Elements 1 und 1' ausgebildet und die Regionen, die zu den Längsrichtungen dieser gemeinsamen Elektroden 2 und 2' korrespondieren, werden die akustisch bewegten Regionen 3d und 3'd der Elektroden zum Antreiben 3 und 3'. Unterdessen, bei den Schritten zur Herstellung der Sonde, können Lageabweichungen manchmal entlang der Längsrichtungen der Elektroden zum Antreiben 3 und 3' zwischen zum Beispiel der λ/4-Platte 6' und dem polymer-piezoelektrischen Element 1' auftreten. Da die λ/4-Platte im allgemeinen aus einer Metallplatte wie etwa aus Kupfer, Messing, etc. aufgebaut ist, können, wenn eine Lagerabweichung zwischen der λ/4-Platte 6' und dem polymer-piezoelektrischen Element 1' wie oben erwähnt auftritt, manchmal Unannehmlichkeiten bewirkt werden, wie eine elektrische Verbindung durch Kontakt zwischen der λ/4 Platte 6' und den Elektroden zum Antreiben 3', Berechnen der Elektroden 3' durch mechanischen Kontakt mit der λ/4-Platte 6' etc. Als Ergebnis stellen sich manchmal Probleme ein, wie etwa daß die Zuführung von Leistung zum Antreiben unmöglich gemacht wird oder daß die Anregungsfrequenz des polymer-piezoelektrischen Elements sich verändert.
Ein bevorzugter Aufbau zum Lösen eines derartigen Problems wird genauer unter Bezugnahme auf die Fig. 28 und 29 beschrieben. Die Fig. 28 und 29 zeigen ähnlich wie die Fig. 26 und 27, die zuvor beschrieben wurden, eine Schnittansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der in rechteckige Streifen geformte Elektroden bzw. eine Schnittansicht entlang der Richtung parallel dazu. In diesen Figuren repräsentieren die mit denselben Symbolen gekennzeichneten Elemente jeweils gleiche Elemente mit Ausnahme der polymer-piezoelektrischen Elemente 1'' und 1'''.
Die spezifischen Eigenschaften der zuvor erwähnten Figuren liegen darin, daß die polymer-piezoelektrischen Elemente 1' und 1''' in longitudinaler Richtung (horizontaler Richtung in Fig. 29) der Elektroden zum Antreiben 3 und 3' erstreckt relativ zu der gemeinsamen Elektrode 2, der λ/4-Platte 6, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode dient, und den akustisch bewegten Regionen 3a, 3'a der Elektroden zum Antreiben 3 und 3', die in rechteckige Streifen geformt sind, vorliegen. D.h. in Fig. 29 sind die Endbereiche 1''a, 1''b, 1'''a und 1'''b Bereiche, die erstreckt von der obigen angetriebenen Region vorliegen. In Fig. 26 sind in rechteckige Streifen geformte Elektroden in einer kammartigen Form ausgebildet und die Zuleitungsdrähte sind an beide Oberflächen angeschlossen und deshalb sind die polymer-piezoelektrischen Elemente 1'' und 1''' als sich in sowohl nach links als auch nach rechts in der Figur erstreckend gezeigt, jedoch sind die Richtungen, in denen die piezoelektrischen Elemente erstreckt sind, festgelegt, selbstverständlich in Abhängigkeit der Elektroden zum Antreiben.
Die Länge A der erstreckten Abschnitte der polymer-piezoelektrischen Elemente 1' und 1'' ist nicht im einzelnen beschränkt, sonder kann angepaßt festgelegt werden in Abhängigkeit von der Form und Größe der Ultraschallsonde als Ganzes und der Schichtdicke der jeweiligen Schichten, wobei keine unnötige Vergrößerung, die nur zu vergrößerten Abmessungen der Sonde führt, erforderlich ist, und kann vorzugsweise ungefähr 3 bis 10 mm betragen.
Die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner vorzugsweise eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde sein, bei der die Größe der Elektroden zum Antreiben in der Längsrichtung größer ist als die Größe einer ersten gemeinsamen Elektrode und einer zweiten gemeinsamen Elektrode oder der Elektrode, die auch als λ/4-Akustikträger dient, in der Richtung parallel zur Längsrichtung der Elektroden zum Antreiben.
Mit einem derartigen Aufbau wird es möglich, eine Sonde zu schaffen, bei der der Wechsel bezüglich der elektrischen Impedanz der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde und der Frequenzänderung der erzeugten Ultraschallwelle, einhergehend mit Ungleichförmigkeit, im Dickenschwingungsmodus des polymer-piezoelektrischen Elements vermieden werden.
Ein Beispiel ist in einer schematischen Querschnittsansicht gezeigt, wie in Fig. 30 gezeigt. In der Figur ist die Elektrode zum Antreiben 3 größer in ihrer Längsrichtung (die horizontale Richtung in der Figur) ausgebildet als die gemeinsame Elektrode 2 und die gemeinsame Elektrode, die auch als akustischer Träger 2' dient, und die obigen Elektroden zum Antreiben sind hervorstehend ausgebildet, wenn aus der laminierten Richtung dieser Elektroden betrachtet. Zwischen den Elektroden zum Antreiben und der gemeinsamen Elektrode und zwischen den Elektroden zum Antreiben und der gemeinsamen Elektrode, die auch als akustisches λ/4-Trägerelement dient, sind polymer-piezoelektrische Elemente 1 und 1' vorgesehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei der Ultraschallsonde, die ein polymer-piezoelektrisches Element als Schwingungserzeuger verwendet, zu bevorzugen, einen ringförmigen Induktor als den Induktor zu verwenden, der zur Impedanzanpassung zur Leistung zum Antreiben der zuvor erwähnten Ultraschallsonde und dem zuvor erwähnten Schwingungselement verwendet wird.
Im Stand der Technik war der Induktor im allgemeinen aufgebaut aus einem Zylindertyp, der einen Kern aus magnetischem Material, wie etwa einem Ferrit, Carbonel, etc. umfaßte, um den ein überzogener Kupferdraht etc. gewickelt war. Dies geschah, da der Zylindertyp einen kleinen Umfang und einen Aufbau besaß, um die ein Kupferdraht etc. leicht gewickelt werden konnte, wohingegen beim Zylinder-Induktor das magnetische Feld auch außerhalb des Induktors aufgrund von dessen Aufbau erzeugt wird. Dementsprechend, falls Induktoren in nahen Positionen liegen, wird gegenseitig Induktion bewirkt. Da eine Ultraschallsonde vom Gruppentyp von einem Arzt von Hand bedient wird, sind Kompaktheit und Einfachheit der Benutzung im Einzelnen wichtige Bedingungen. Demgegenüber bei Verwendung von Zylinder-Induktoren führt der Impuls, der einem Kanal zugeführt wird, bei durch gegenseitige Induktion zum Antreiben anderer Kanäle. Als Konsequenz tritt das Problem auf, daß ein virtuelles Bild oder ein Bild mit geringer Auflösung bei Bildherstellung bewirkt wird. Zur Beseitigung dieser Problems gibt es einen Topf-Induktor, der mit einem Topf-Ferrit, etc. abgeschirmt ist, so daß das magnetische Feld nicht austreten kann, der aber aufgrund seiner Struktur mit Schwierigkeiten miniaturisiert werden kann, und es war daher unmöglich, eine kompakte Ultraschallsonde aufzubauen, die leicht gehandhabt werden konnte.
Jedoch können gemäß dem oben beschriebenen Aufbau die Probleme eines virtuellen Bildes, einer geringen Abbildungsqualität aufgrund von gegenseitiger Induktion bei der Verwendung eines Zylinder-Induktors oder das Problem großer Abmessung bei der Verwendung eines Topf-Induktors, wie oben beschrieben, beseitigt werden, wodurch es möglich wird, eine kompakte polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde mit hoher Empfindlichkeit und hoher Auflösung zu erhalten. Die Struktur eines kreisförmigen Induktors ist aufgebaut aus einem Kern eines magnetischen Materials vom "Doughnut-Typ", wie etwa einem Ferrit, Carboneel, etc. um den ein überzogener Kupferdraht gewickelt wurde. Bei diesem Aufbau wird das magnetische Feld innerhalb des Kerns erzeugt und tritt daher nicht aus dem Induktor aus.
Andererseits, als ein Mittel zur Verringerung der elektrischen Impedanz, wenn der elektrische Äquivalentschaltkreis in der Nachbarschaft der Mittenfrequenz des Schwingungserzeugers repräsentiert wird durch die Serienschaltung von Widerstand R und Kapazität C, ist bislang die Methode vorgeschlagen worden, nach der ein Induktor mit einer Reaktanz XL gleich dem absoluten Wert der Kapazitätsreaktanz Xc des Äquivalentschaltkreises in Reihe zum Schwingungserzeuger angeschlossen ist. Wenn ein derartiger Induktor verwendet wird, der die Resonanz zwischen der Kapazität C (= 1 /wxc: w ist die Kreisfrequenz) und der Induktanz L (= XL/w) in der Nachbarschaft der Mittenfrequenz auftritt, wird die Impedanz in der Nachbarschaft der Mittenfrequenz abgesenkt, um die maximale Sensitivität als der Ultraschallsonde zu geben. Wenn die reflektierte Welle von dem zu testenden Gegenstand und dessen Frequenzspektrum, das beim praktizieren der Puls-Echo-Methode erzielt wird, bei Verwendung der Ultraschallsonde beobachtet werden, kann festgestellt werden, daß die Schwingung der reflektierten Welle lang andauert und auch daß die spezifische Bandbereichsbreite reduziert ist. Langes Andauern der Schwingung der reflektierten Welle, nämlich enge spezifische Bandbereichsweite bedeutet, daß die Abstandsauflösungskraft verringert wird. Dementsprechend wurde das Ergebnis des Verzerrens der Bildqualität der Ultraschallwelle verursacht, erzielt durch Verarbeitung der reflektierten Welle.
Jedoch wurde dieses Problem ebenfalls durch den Aufbau gelöst, daß wenn die Induktionsreaktanz im Absolutwert gleich zu der Kapazitätsreaktanz in einem Serienschaltkreis aus Widerstand und Kapazität repräsentierend einen elektrischen Äquivalenzschaltkreis in einer Nachbarschaft der Mittenfrequenz des Schwingungserzeugers, hergestellt aus einem Polymer-piezoelektrischen Element als X&sub1; definiert ist, es beseitigt werden kann durch Auswahl der Reaktanz X&sub0; des Induktors in Serie an den Schwingungserzeuger angeschlossen ist, im Bereich von 0,6 XL < XL < 0,8 XL.
Mit einem derartigen Aufbau kann der Wert des Induktors zur Impedanzanpassung zwischen dem aus einem polymer-piezoelektrischen Element hergestellten Schwingungserzeuger und einem Treiberschaltkreissystem oder einem Empfangsschaltkreissystem optimiert werden, wodurch eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde geschaffen wird, die eine hohe Empfindlichkeit und ebenfalls eine breite spezifische Bandbereichsbreite besitzt.
Fig. 32 ist eine Schnittansicht einer derartigen polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde und ist ähnlich wie in Fig. 30 gezeigt. Sie besitzt eine Grundstruktur, in der ein Schwingungserzeuger mit polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1' ausgebildet ist, deren Elektroden 3 und 3' ferner über den Induktor 26 an die Elektrodenanschlüsse 27a und 27b angeschlossen sind.
Die Elektrodenanschlüsse 27a und 27b sind Anschlüsse, die an den Treiberschaltkreis und den Empfängerschaltkreis angeschlossen werden, die nicht gezeigt sind. Wenn eine Ultraschallsonde vom Gruppentyp zum elektronischen Abtasten, die in einem Ultraschall-Diagnosegerät verwendet wird, aufgebaut werden soll, werden eine große Anzahl der Schwingungserzeuger, z. B. wie in Fig. 32 gezeigt, linear angeordnet, wie in Fig. 33 gezeigt. Demnach, da der Schwingungserzeuger durch Verwendung von polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1' gebildet wird und Elektroden 3 und 3' auf einem Dünnfilm 4 getrennt ausgebildet sind und die gemeinsamen Elektroden 2 und 2' wird nicht notwendigerweise verlangt, daß das piezoelektrische Element für jedes Element geschnitten und getrennt werden sollte.
Der elektrische Äquivalenzschaltkreis der Ultraschallsonde in Fig. 32 ist in den Fig. 34 und 36 gezeigt. Der Schwingungserzeuger wird allgemein repräsentiert durch die Parallelschaltung aus der Kapazität C und dem Widerstand R und die Induktanz des Induktors durch L. Der Parallelschaltkreis CR und die Induktanz L sind in Serie zwischen die Elektrodenanschlüsse 27a und 27b geschaltet. Der Parallelschaltkreis aus CR kann ebenso transformiert in einen Serienschaltkreis aus der Widerstandskomponente und der Kapazitätskomponente, wie in Fig. 35 gezeigt, widergegeben werden. In diesem Fall ergeben sich die Widerstandskomponente R' und die Kapazitätskomponente C' wie folgt:
R' = R/(1 + (ω CR)²)
C' = 1 + (ω CR)²/ω² CR²
worin ω eine Kreisfrequenz. Demnach wird der Induktanzwert L des Induktors zum Unterdrücken der Kapazitätskonstante C' wie folgt repräsentiert, wobei die Mittenfrequenz der Ultraschallschwingung ω&sub0; ist:
L = 1/ω 2/0 C' (ω = ω&sub0;).
Relativ zu diesem Induktanzwert L wird der Induktanzwert L&sub0; des Induktors gemäß der vorliegenden Erfindung ausgesucht aus 0,6 L < L&sub0; < 0,8L. Mit anderen Worten, wenn die Induktionsreaktanz im Absolutwert gleich zu der Kapazitätsreaktanz Xc in Fig. 35 festgelegt wird zu XL, wird ein Induktor mit einer Reaktanz X&sub0; im Bereich von 0,6 XL < X&sub0; < 0,8 XL angeschlossen. Im folgenden wird der Grund, aus dem der Wert von L so ausgewählt wird, im einzelnen beschrieben.
Als Angaben zum Wiedergeben der Funktionalität einer Ultraschallsonde, gibt es die Sensitivität und die spezifische Bandbereichsweite. Die Ultraschallwelle, die in einen zu untersuchenden Gegenstand wie einen lebenden Körper oder Metall eingestrahlt wird, wird reflektiert, falls ein Material mit unterschiedlicher akustischer Impedanz im Ausbreitungsweg vorliegt (z. B. ein Tumor, Defekt, etc.) und die reflektierte Welle wird mit der Ultraschallsonde empfangen. Die Sensitivität ist der Wellenhöhenwert der reflektierten Welle und ein Ultraschallbild mit besserem S/N kann selbstverständlich mit höherer Sensitivität erzielt werden.
Andererseits wird die spezifische Bandbereichsweite bestimmt von der Frequenzkomponente der reflektierten Welle. Genauer gesagt ist, die spezifische Bandbereichsbreite der Wert (Δf/f&sub0;), der erzielt wird durch Dividieren der Frequenzbreite (Δf) bei -10 dB oder -20 dB vom Spitzenwert des Frequenzspektrums der reflektierten Welle bei der Mittenfrequenz f&sub0;. Da die Fourier-Transformation der reflektierten Welle das Frequenzspektrum ist, wird die spezifische Bandbereichsbreite kleiner, wenn das Überschwingen der reflektierten Welle zunimmt, während sie größer wird, wenn das Überschwingen geringer wird.
Die Größe der spezifischen Bandbereichsbreite ist eine Abhängigkeit vom Abstandsauflösungsvermögen. Nun wird angenommen, daß reflektierende Größen A und B nahe in Fortschreitrichtung der Ultraschallwelle vorliegen. Wenn die reflektierten Wellen, die bei A und B erzeugt werden, zur Ultraschallsonde zurückkehren und als Signale erfaßt werden, falls die Schwingung der reflektierten Welle erzeugt an der Größe A näher zur Sonde lang andauert, überlappt die reflektierte Welle gegen die Größe A die reflektierte Welle erzeugt gegen Größe B. Als Ergebnis können die Größen A und B nicht voneinander unterschieden werden, sondern werden als eine reflektierende Größe der Ultraschallsonde angesehen. Dementsprechend führt ein Verringern bezüglich des Abstandsauflösungsvermögen dazu, daß die Bildqualität des Ultraschallbildes gestört wird. Ein derartiges Absinken bezüglich des Abstandsauflösungsvermögens wird bewirkt durch zu viel Nachschwingen der reflektierten Welle und daher ist geringeres Nachschwingen, nämlich größere spezifische Bandbereichsbreite erforderlich zum Verbessern der Abstandsauflösungskraft.
Genauer wird im allgemeinen 2 mm oder weniger als Abstandsauflösungsvermögen verlangt und, um eine derartige Abstandsauflösungskraft bei einer Ultraschallfrequenz (3,5 bis 5 mHz) zu realisieren, die für allgemeine Anwendungen bei einem Ultraschalldiagnosegerät etc. verwendet wird, ist 50% oder mehr spezifische Bandbereichsbreite erforderlich.
Der Induktanzwert des Induktors, der in Serie zu dem Schwingungserzeuger in Fig. 32 angeschlossen ist, besitzt eine große Wirkung auf die Empfindlichkeit und die spezifische Bandbereichsbreite wie oben beschrieben. Mol-%36 zeigt die Veränderungen bezüglich der Empfindlichkeit und der Bandbereichsbreite, wenn der Induktanzwert variiert wird. Aus dieser Figur kann entnommen werden, daß die spezifische Bandbereichsweite bei dem Induktanzwert der die höchste Empfindlichkeit ergibt, 40% ist, was die verlangten 50% nicht erfüllt, und der somit als Eigenschaft der Ultraschallsonde bei praktischen Anwendungen nicht ausreichend ist. Der Induktanzwert (L), der die höchste Empfindlichkeit ergibt, korrespondiert zu der Induktionsreaktanz XL in Absolutwerten gleich zu der Reaktanz Xc der Kapazitätskomponente C' wenn der elektrische Äquivalenzschaltkreis des Schwingungserzeugers die Serienschaltung C' und R' wie in Fig. 35 ist.
Wie aus Fig. 36 hervorgeht, kann, damit die spezifische Bandbereichsbreite 50% oder mehr wird, der Induktanzwert 0,8 L oder weniger gemacht werden. Jedoch wird die Empfindlichkeit herabgesetzt, wenn der Induktanzwert kleiner ist, um S/N kleiner zu machen. Ferner, falls der Induktanzwert zu klein gemacht wird, wird die Entfernung von Hochtonwellen, die ein anderer Effekt des Anschlusses eines Induktors ist, unzureichend, wodurch viele Hochtonwellenkomponenten in der reflektierten Welle enthalten sind, was von diesem Gesichtspunkt eine Absenkung des Auflösungsvermögens mit sich bringt.
Als Empfindlichkeit auf einem praktischen Niveau der Ultraschallsonde ist 4,5 dB oder mehr erforderlich im Vergleich mit dem Fall, wenn kein Induktor angeschlossen ist und der Induktanzwert bei einer derartigen Empfindlichkeit ist 0,6 L, wie aus Fig. 36 hervorgeht. Daneben, falls sich ein Induktanzwert zu einem derartigen Maß einstellt, kann die Entfernung von Hochtonwellenkomponenten ausreichend durchgeführt werden, um keine Verringerung des Auflösungsvermögens zu bewirken. Hier liegt die Empfindlichkeit bei 4,5 dB oder mehr, wie oben erwähnt, was innerhalb von -2 dB bezogen auf die maximale Empfindlichkeit ist, und bringt überhaupt keine Probleme bezüglich der Eigenschaften mit sich.
Wegen der oben beschriebenen Gründe, durch Auswahl des Induktanzwertes L&sub0; des Induktors 26 innerhalb des Bereichs von 0,6 L < L&sub0; < 0,8 L mit anderen Worten, der Reaktanz X&sub0; innerhalb des Bereichs von
0,6 XL < X&sub0; < 0,8 XL, wird die spezifische
Bandbereichsbreite des 1,5fache dessen bei maximaler Empfindlichkeit während einer Empfindlichkeit bei einem für praktische Anwendungen ausreichenden Wert innerhalb von -2 dB bezogen auf maximale Empfindlichkeit sichergestellt wird, wodurch das erforderliche Abstandsauflösungsvermögen erfüllt werden kann.
Wenn der Zylinderinduktor aus unvermeidbaren Gründen eingesetzt wird, zum Anpassen der Impedanz zwischen dem sendenden und empfangenden Schaltkreis in einer polymer-piezoelektrischen Gruppe der Ultraschallsonde, wird bevorzugt, daß die obigen in der Nähe vorliegenden Zylinderinduktoren so angeordnet werden, daß sie einander unter rechten Winkeln kreuzen. Mit einem derartigen Aufbau kann das mit gegenseitiger Induktion einhergehende übersprechend reduziert werden.
Er elektrische Äquivalzenschaltkreis nahe dem Resonanzpunkt eines polymer-piezoelektrischen Elements kann angenähert werden durch die Parallelschaltung einer Widerstandskomponente und einer Kapazitätskomponente. Üblicherweise wird die Methode verwendet, bei der Spulen in Serie geschaltet werden, um so die elektrische Impedanz durch Entfernung der Kapazitätskomponente des polymer-piezoelektrischen Elements mit hoher elektrischer Impedanz abzusenken. Hinsichtlich der Spulen existieren im allgemeinen der Zylindertyp und der Kreisringtyp und der erste wird nicht gesättigt bei einigen 100 V, was die Anwendungsspannung einer im allgemeinen verwendeten Ultraschallsonde darstellt, aber bringt den Nachteil, daß gegenseitige Induktion bewirkt wird, wenn Spulen an nahen Positionen vorliegen, da der magnetische Fluß auch außerhalb der Spule auf Grund ihres Aufbaus ausgebildet wird. Als Ergebnis stellt sich ein Zustand ein, dem nicht nur der antreibende Kanal, sondern auch andere Kanäle in der Nähe angetrieben werden, wodurch Übersprechen mit einem schädlichen Effekt auf das Bild erzeugt wird. Bei einer Ultraschallsonde vom Gruppentyp sind aber tatsächlich aufgrund von Beschränkungen bezüglich der Größe des Kanalabstands und Sonde, die Spulen in den meisten Fällen nahe zueinander oder in der Nachbarschaft voneinander befestigt. Aus diesem Grund war das mit gegenseitiger Induktion einhergehende Übersprechen ein Problem. Andererseits besitzt die letztere Kreisringtypspule, während Übersprechen nur schwer erzeugt wird, da der magnetische Fluß innerhalb des Kerns erzeugt wird, die Probleme, daß nicht ausreichend die Funktion einer Spule bereitgestellt wird, wie etwa keine erforderliche Zuführung von Spannung an den treibenden Kanal, da sie eher dazu neigt, gesättigt zu werden als eine Zylindertypspule. Da ein polymer-piezoelektrisches Element einen elektromechanischen Bindungskoeffizienten von 20 bis 30% besitzt, der kleiner ist als der einer piezoelektrischen Keramit wie etwa Titan, Bleitzirkonat etc., ist im einzelnen die Empfindlichkeit bei einer Kreisringspule nicht ausreichend im Vergleich mit einer Zylinderspule, um ein Bild mit schlechtem S/N-Verhältnis zu geben. Dementsprechend wurden Zylinderspulen üblicherweise eingesetzt, jedoch erzeugen diese Spulen unmittelbar mit gegenseitiger Induktion einhergehendes Übersprechend, mit dem Ergebnis, daß eine große Möglichkeit eines virtuellen Bildes während der Bildauswertung existiert, was zu einer fehlerhaften Diagnose führt.
Da die dielektrische Konstante dieser polymer-piezoelektrischen Elemente und piezoelektrischer Elemente vom zusammengesetzten Typ deutlich kleiner ist als die von piezoelektrischen Keramiken wird entscheidend verlangt, Spulen zur elektrischen Anpassung während der Herstellung von Ultraschallsonden mit kleiner antreibender Fläche eines Elements wie etwa einer Ultraschallsonde vom Gruppentyp etc. zu verwenden. Dementsprechend erfolgt nun eine Beschreibung unter Bezugnahme auf ein Beispiel einer Ultraschallsonde mit linearer Gruppierung bzw. Anordnung, die für allgemeine Zwecke sehr gut geeignet ist. Die hier angesprochene Zylinderspule bezieht sich auf eine Spule bestehend auf einen Kern, hergestellt aus Ferrit etc. und einem herumgewickelten überzogenen Kupferdraht. Diese Spulen werden im allgemeinen auf einem Glasepoxysubstrat oder einer flexiblen Schaltkreisplatte etc. befestigt und an die Seite des Schwingungserzeugers angeschlossen. Sie sind entsprechend dem Verfahren wie in Fig. 37 bis 39 gezeigt, befestigt, so daß die zentralen Achsen der Kerne, nämlich die Richtung des magnetischen Flusses innerhalb der Kerne einander in rechten Winkeln kreuzen. In den Figuren repräsentiert 7 ein Leiterplattensubstrat und 28 Spulen. Als ein Ergebnis zwischen benachbarten Spulen, da der magnetische Fluß die Mittelachse des Kerns unter rechtem Winkel kreuzt und daher keine Veränderung des magnetischen Flusses mit der Zeit auftritt, wodurch gegenseitige Induktion mit Schwierigkeit bewirkt wird, was verstärkt zu keinem Übersprechen führt. Praktisch jedoch, aufgrund von Beschränkungen bezüglich der Größe des Kanalabstandes kann bei der Ultraschallsonde und der Spule einer Ultraschallsonde mit linearer Anordnung derselbe Effekt erzielt werden durch z. B. Befestigen von 4 Elementen so daß die Mittelachsen der Kerne der Spulen 28 und 29 parallel zur Leiterplattensubstratoberfläche 7 liegen, wie in Fig. 40 gezeigt, und dann durch Anordnen von ihnen, so daß sie einander in rechten Winkeln kreuzen.
Im folgenden wird der Fall beschrieben, wenn ein Kabel an die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung angeschlossen wird.
Der Anschluß eines Kabels an die Ultraschallsonde gemäß der Erfindung kann durchgeführt werden gemäß dem Verfahren des Anschließens des Koaxialkabels, das aus einem Kerndraht; einer Kerndrahtüberzugsschicht; einem Massedraht, der um die Kerndrahtüberzugsschicht gewickelt ist, und einer Überzugsschicht besteht, die über den Massedraht überzogen ist, an einen Schwingungserzeuger der Ultraschallsonde, wobei die Kerndrahtüberzugsschicht am spitzen Endbereich des Kabels über eine Länge von 3 cm oder weniger freigelegt ist und der Erddraht an einer Länge von 3 cm oder weniger herausgeführt ist. Entsprechend dem obigen Verfahren durch Anschließen einer Mehrkanalultraschallsonde an ein Kabel ist es möglich, Störungen der Eigenschaften der Sonde und übersprechend zwischen den Kanälen zu vermeiden, das durch die Induktanzkomponenten der freigelegten Teile der Kerndrahtüberzugsschicht und der herausgeführten Massedrahtteile bewirkt wird.
Bei einer Ultraschallsonde mit Gruppentypstruktur kann ein Bild durch Elektron-Abtastung erzielt werden und in diesem Fall wird bevorzugt, daß Auflösungsvermögen des Bildes durch Erhöhung der Anzahl der Kanäle (ein Schwingungserzeuger bildet einen Kanal) so weit wie möglich zu verbessern.
Im Fall es Antreibens einer Mehrkanal-Ultraschallsonde wird im allgemeinen eine Impulsspannung jedem Kanal, nämlich jedem Schwingungserzeuger über ein Kabel von einem externen Signalsendeschaltkreis zugeführt. Das verwendete Kabel ist ein Koaxialkabel mit einem Massedraht, um einen Kerndraht herum gewickelt, und dessen charakteristische Impedanz ist im allgemeinen 50 Ohm oder 75 Ohm. Aus diesem Grund sind die Sende- und Empfangsschaltkreise und die Ultraschallsonde selbst so entworfen, daß sie dieselbe Impedanz wie die obige charakteristische Impedanz des Kabels besitzen, um elektrisch daran angepaßt zu sein.
Andererseits gibt es als Mittel zum Anschluß eines Schwingungserzeugers an ein Kabel die Methode des direkten Anschließens durch Löten und die Methode des Anschließens über einen Stiftverbinder. Jedoch können einige piezoelektrische Elemente, z. B. die oben beschriebenen polymer-piezoelektrischen Elemente nicht gelötet werden oder können bezüglich der Eigenschaften eines piezoelektrischen Elements durch Löten beeinträchtigt werden. Auch in dem Fall der Anwendung eines Stiftverbinders aufgrund räumlicher Beschränkungen, kann eine Verschlechterung der Herstellbarkeit häufig auftreten. Dementsprechend wird es allgemein praktiziert, Leitungen aus den jeweiligen Schwingungserzeugern mit einem Leiterplattensubstrat etc. herauszuführen und die Zuleitungsteile an die Kabel anzuschließen.
Beim Anschließen von einem derartigen Koaxialkabel an Zuleitungsbereiche jedes Schwingungserzeugers entsehen jedoch Probleme bezüglich der Länge der freigelegten Kerndrahtüberzugsschicht und der Länge des her ausgeführten Massedrahts. Das heißt, die Induktanzkomponenten an den freigelegten Teilen der Kerndrahtüberzugsschicht und dem herausgeführten Teil des Massedrahts kann nicht vernachlässigt werden. Falls nun die Komponenten, die zu einem Kanal des Schwingungserzeugers gehören, betrachtet werden, kann deren Äquivalentschaltkreis wie in Fig. 41 dargestellt, sein. In der Figur zeigt 33 die Kapazität C des Kabels 34 die Induktanz L&sub1; an dem freigelegten Teil der Kerndrahtüberzugsschicht des Kabels, 35 die Induktanz L&sub2; des herausgeführten Teils des Massedrahts und 36 die Impedanz Z, wenn das Kabel von der Schwingungserzeugerseite gesehen wird. Wenn zum Beispiel die gesamte Länge des Kabels 2,4 m beträgt, und dessen Kapazität 100 pF/m ist, und die Länge des freigelegten Teils der Kerndraht-Überzugsschicht 20 cm beträgt, ist L&sub1; = L&sub2; = 0,3 uH, nämlich Werte, die nicht vernachlässigt werden können.
Im Fall einer Ultraschallsonde mit einer Vielzahl von Kanälen, wie oben beschrieben, müssen ferner Kabel in derselben Anzahl wie die Kanäle angeschlossen werden und daher ist der Äquivalentschaltkreis, wenn der Massedraht gemeinsam gemacht wird, wie in Fig. 42 dargestellt. Das heißt, an die Komponenten eines Kanals, wie in Fig. 43 gezeigt, sind Z, L&sub1; und C der jeweiligen Kanäle jeweils parallel angeschlossen.
Wie zuvor beschrieben, aufgrund der Induktanzkomponenten, die durch die Länge des freigelegten Teils der Kerndrahtüberzugsschicht und der Länge des herausgeführten Teils des Nassedrahts des Kabels festgelegt werden, entsteht das Problem, daß die Impulsspannung nicht wirksam jedem Schwingungserzeuger zugeführt werden kann. Es mag darüber hinaus der Fall auftreten, in dem die Elemente anderer Kanäle angetrieben werden aufgrund der Anwesenheit der Induktanzkomponente an dem herausgeführten Bereich des Massedrahts (Übersprechen), wodurch die Unannehmlichkeit des Vorliegens eines schädlichen Effekts auf die Bildeigenschaften einbezogen wird.
In dem obigen Verfahren ist das zu verwendende Kabel im wesentlichen nicht beschränkt, vorausgesetzt, daß es ein koaxiales Kabel ist, indem ein Kerndraht abgeschirmt wird mit einem Massedraht. Üblicherweise, wie in Fig. 43 gezeigt, ist ein Kerndraht 38 mit einer Kerndrahtüberzugsschicht aus Polyethylen, Teflon-Typ-Material etc. überzogen und ein Massedraht 40 ist um die Überzugsschicht in z. B. einer Spirale gewickelt, ferner gefolgt von einer Wicklung aus z. B. einem Polyesterfilm 41 über dem Massedraht, um ein Koaxialkabel 37 mit einer Struktur zu ergeben, die vor einem Verrutschen des Massedrahts geschützt ist.
Bei einem derartigen Koaxialkabel 37 wird es bevorzugt, z. B. einen Kupferdraht mit einem Durchmesser von ungefähr 0,05 bis 0,15 mm, versehen mit einem Zinnüberzug als Kern 38 und Massedraht 40 zu verwenden und ein Bündel von 5 bis 10 derartiger Drähte für den ersteren und ein Bündel von 20 bis 30 derartiger Drähte für den letzteren zu verwenden. Die Kabelkapazität kann im allgemeinen 60 pF/m oder 110 pF/m sein.
Ferner, wie in Fig. 43 dargestellt, ist es möglich, ein Bündel aus einer Vielzahl der oben beschriebenen Koaxialkabel (z. B. 32 oder 64 Kabel) zu verwenden, das mit z. B. einem synthetischen Gummi wie etwa Neopren, etc. überzogen ist, oder eine doppelt abgeschirmte Struktur zu benutzen, die ein Bündel aus einer Vielzahl von Koaxialkabeln besitzt, die auf dessen Außenseite mit einem Metall umwickelt ist, das in Form eines Gitters geformt ist. Die charakteristische Impedanz dieser Kabel kann im allgemeinen eingestellt werden auf 50 Ohm oder 75 Ohm, um sie an das Leistungssystem anzupassen.
Wenn ein Anschluß an eine Ultraschallsonde unter Verwendung eines derartigen Koaxialkabels 37 durchgeführt wird, wird der Polyesterfilm 41 auf der Außenseite des Kabelendbereichs abgelöst, um die Kerndrahtüberzugsschicht freizulegen und gleichzeitig wird der Massedraht 40 herausgeführt. Wenn die Länge des freigelegten Bereichs 39a der Kerndrahtüberzugsschicht 39 zu A festgelegt wird, und die des herausgeführten Teils 40a des Massedrahts 40 zu B, müssen sowohl A als auch B 3 cm oder weniger sein. Falls A und B 3 cm übersteigen, können die Induktanzkomponenten der jeweiligen Teile nicht länger unberücksichtigt bleiben, wodurch eine Verschlechterung der Eigenschaften der Ultraschallsonde oder Beeinträchtigung der Bildcharakteristika, die aus Übersprechend zwischen den Kanälen entstehen, entstehen. Vorzugsweise können sowohl A als auch B zu 1 cm oder weniger eingestellt werden.
Dann, wie zuvor beschrieben, wird das Kabel, das an seinem Endbereich des Kabels freigelegt ist, an den Zuleitungsabschnitt eines jeden Kanals der Ultraschallsonde angeschlossen. Die Anschlußmethode kann jede Methode sein und zum Beispiel ist es geeignet, einen Verbindungssockel 43, wie in Fig. 44 gezeigt, zu verwenden. Der freigelegte Abschnitt 39a der Kerndrahtüberzugsschicht am Endbereich des Kabels 37 wird in den Sockel 43 eingeführt, während der herausgeführte Abschnitt 40a an die Kupferplatte 44 angeschlossen wird, die auf der Seitenwand des Sockels 43 angebracht ist, jeweils durch Löten und zu Massepotential gemacht ist. In einem derartigen Zustand kann der Sockel 43 an den Zuleitungsabschnitt eines jeden Kanals angeschlossen werden, der z. B. auf einem Leiterplattensubstrat ausgebildet ist.

Beispiele

Beispiel 1

Eine oder beide Elektroden eines Films bestehend aus PVF&sub2;.TrFE Copolymer mit einer Dicke von 75 um, der zuvor einer polarisierenden Behandlung unterworfen wurde, wurden durch Ätzen abgeschält, um ein polymer-piezoelektrisches Element zu bilden. Ferner, als Elektroden zum Antreiben, wurde Silber bis zu einer Dicke von 1 um auf einen Polymerdünnfilm eines Polyamidfilms (Kapton 50H, Handelsname, hergestellt von Toray), dampfabgelagert, gefolgt von Ätzen, um Elektroden mit einem inherenten Muster zu bilden. Die Form der Elektroden war rechteckig mit einer Länge von 13 mm, einer Breite von 0,9 mm und einem Zwischenelektrodenabstand von 0,1 mm, und sie waren in einer Anzahl von 64 angeordnet.
Die Sonden gemäß der vorliegenden Erfindung, gezeigt in den Fig. 1 bis 3 wurden hergestellt durch Kombinieren des Polymerdünnfilms mit derart ausgebildeten Elektroden zum Antreiben darauf und einer gemeinsamen Elektrode, die zuvor auf einem Copolymerfilm ausgebildet wurde oder einer gemeinsamen Elektrode, die auf dem Polymerdünnfilm ähnlich wie die Elektroden zum Antreiben ausgebildet wurde, durch das polymer-piezoelektrische Element. Das polymer-piezoelektrische Element und der Polymerfilm wurden zusammengeklebt mit einem Epoxy-Typ-Klebstoff (301-2, Handelsname, Hergestellt von Epotech Co.), und ferner wurde ein expandiertes Polyurethan-Unterstützungsmaterial (nicht dargestellt) mit demselben Klebstoff an der akustisch nicht-bewegten Seite angebracht, um eine polymer-piezoelektrische Sonde vom λ/2-Typ zu erhalten.
Ferner durch Verwendung der zuvor auf dem obigen Copolymerfilm aus solchen ausgebildeten Elektroden, wurde eine Sonde, wie in Fig. 9 dargestellt, hergestellt durch Bearbeiten entsprechend dem Ätzen, so daß einer eine gemeinsame Elektrode und die andere eine Elektrode zum Antreiben ist.
An dem Bereich der Elektrode zum Antreiben dieser Ultraschallsonden, über einen anisotropen stromleitenden Film vom Heißdruckkleber-Typ (CP 1030, Handelsname, hergestellt von Sony Chemical), wurde ein Zuleitungsdraht mit einem flexiblen Leitungsplattensubstrat mit einer Form angepaßt an den Zuleitungsherausführbereich des Inherenten Elektrodenmusters herausgeführt. Bei diesem Beispiel wurde die Verklebung bewirkt mittels eines Heißdruckklebstoffes bei einer Temperatur von 140ºC bei einem Druck von 70 kg/cm² für 15 Sekunden.
Für die obige Ultraschallsonde wurde die Bewegungssituation in einem Einheitselement gemessen unter Verwendung eines Impedanzanalysiergeräts (4191A, Handelsname, hergestellt von YHP) und einem Ultraschallsonden-Auswertegerät (UTA-3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.). In diesem Fall im Fall des Impedanzanalysiergeräts, wurden vorrangig Messungen durchgeführt, ob das Einheitselement vollständig über den Zuleitungsdraht betätigt wird, während bei dem Ultraschallsonden-Auswertegerät, Messungen hauptsächlich durchgeführt wurden hinsichtlich der durchschnittlichen Bewegungsmittenfrequenz (f&sub0;), der Empfindlichkeit (dB) und der spezifischen Bandbreite (Δf/f&sub0;) (ein Wert, in dem der Frequenzbereich (Δf) von -10 dB dividiert wird durch die Bewegungsmittenfrequenz (f&sub0; durch Analysieren der reflektierten Welle vom Acrylblock der in einer Wassertiefe von 70 mm vorgesehen war). Die Ergebnisse der Mittelwerte sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Aufbau Erregungssituation Erregungsmittenfrequenz Empfindlichkeit Spezifische Bandbereichsbreite Fig. 1 Alle Elemente angeregt Kontroll-Fig. 9 17 von 64 Elementen nicht angeregt
Wie aus den Ergebnissen unmittelbar gesehen werden kann, kann erkannt werden, daß die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß Erfindung eine sehr hohe Verläßlichkeit besitzt, wobei kein Brechen der Elektroden etc. überhaupt festgestellt wurde.
Bei der vorliegenden Messung wurde eine Messung in dem Einheitselement durchgeführt. Wenn all diese Elemente in Kombination betätigt wurden, betätigten sich 70 der 64 Elemente nicht in der Kontrolle. In diesem Fall lag ein Defekt an einem Anschlußbereich des Zuleitungsdrahtes vor, aufgrund des anisotropen stromleitenden Films in der Sonde des Aufbaubeispiels, wie in Fig. 9 gezeigt.

Beispiel 2

Ein polymer-piezoelektrisches Element wurde vorbereitet durch Abschälen der Elektroden eines Films bestehend aus einem PVF&sub2;.TrFE Copolymer mit einer Dicke von 45 um, der zuvor einer polarisierenden Behandlung unterworfen wurde. Andererseits, als Elektroden zum Antreiben, wurde Silber bis zu einer Dicke von ungefähr 1 um auf einem Polyamidfilm (Kapton 30 H, Handelsname, hergestellt von Toraay), dampfabgelagert, gefolgt ferner von Ätzen, um 64 inhärent gemusterte Elektroden mit rechteckiger Form mit einer Elektrodenlänge von 20 mm, einer Breite von 1,02 mm und einem Zwischenelektrodenabstand von 0,1 mm auszubilden. Ferner, auf einer Oberfläche eines weiteren Polyamidfilms (Kapton 50H, Handelsname, hergestellt von Toray), wurde eine gemeinsame Elektrode mit einer Elektrodenform von 20 mm·73 mm entsprechend dem selben Verfahren ausgebildet.
Unter Verwendung des derart erzielten polymer-piezoelektrischen Elements, Polymerdünnfilms mit darauf ausgebildeten Elektroden zum Antreiben und Polymerdünnfilms mit einer darauf ausgebildeten gemeinsamen Elektrode, wurden polymer-piezoelektrische Sonden vom λ/4 Typ mit den in Fig. 4 bis 8 gezeigten Aufbau hergestellt. In diesem Fall wurde eine Kupferplatte jeweils als akustische λ/4 Reflektionsplatte verwendet und die Dicke der Kupferplatte betrug 100 um bei dem Aufbau wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, während sie 150 um betrug, bei dem Aufbau, wie in den Fig. 6 bis 8 dargestellt, und ein Epoxytyp-Klebstoff (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotech Co.). Ferner wurden bei denen in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Konstruktionen die polarisierten Richtungsachsen entgegengesetzt zueinander geschichtet.
Der gemeinsame Elektrodenbereich und die akutische λ/4 Reflektionsplatte, wie in den Fig. 4 bis 8 dargestellt, wurden (an beiden Endbereichen) aneinander mit Hilfe eines stromleitenden Epoxid-Typ-Klebstoffs (D-753, Handelsname, hergestellt von Fujikura Kasei) verbunden und ein Acrylharz wurde verwendet als hinteres Trägermaterial (nicht dargestellt) zum Stützen des polymer-piezoelektrischen Elements.
Die polymer-piezoelektrischen λ/4-Typ-Ultraschallsonden, die derart erzielt wurden, wurden entsprechend derselben Methode wie in Beispiel 1 gemessen, durch die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden. Tabelle 2 Aufbau Erregungssituation Erregungsmittenfrequenz Empfindlichkeit Spezifische Bandbereichsbreite Fig. 4 Alle Elemente erregt
Bei den polymer-piezoelektrischen λ/4-Typ-Ultraschallsonden, die bei diesem Beispiel erzielt wurden, waren alle Elemente betätigbar, ohne daß ein Brechen von Elektroden etc. überhaupt beobachtet wurde. Selbst im Fall des laminierten Typs, da die Sonde der vorliegenden Erfindung Elektroden zum Antreiben besitzt, die zuvor auf einem Polymerdünnfilm ohne Lageabweichung ausgebildet wurde, trat keine Abweichung bezüglich der Lage der Elektroden auf, wie es bei der Sonde aus dem Stand der Technik beobachtet wurde, wodurch nicht nur Veränderungen der elektrischen Impedanz des polymer-piezoelektrischen Elements, die mit einer derartigen Lageabweichung hervorgerufen werden, akustisch-elektrisches Koppeln, weiterer Einfluß von Übersprechend und Kurzschluß vermieden werden, sondern auch eine hochverläßliche Zuleitungsdrahtverbindung kann erzielt werden.

Beispiel 3

Ein Polyamidfilm (Kapton 30H, Handelsname, hergestellt von Toray) als Polymerdünnfilm wurde in eine vorgegebene Größe 60·240 mm) geschnitten und dann wurde Silber durch Vakuumdampfabscheidung bis zu einer Dicke von ungefähr 1 bis 2 um vollständig über beide Oberflächen aufgebracht.
Darauf folgend wurde eine Anzahl von rechteckigen Elektroden zum Antreiben, wie in Fig. 45 gezeigt, ausgebildet. In dieser Figur, auf dem Polymerfilm 4 sind Elektroden zum Antreiben 3 geformt. Die Größe des akustisch bewegten Teils der Elektrode zum Antreiben war 20 mm in der Elektrodenlänge, 1,02 mm in der Elektrodenbreite und 0,1 mm im Zwischenelektrodenabstand und die Anzahl der Elektroden zur Betätigung betrug 64. Bei diesem Beispiel war eine gemeinsame Elektrode 12 ebenfalls mit einer Breite von 5 mm ausgebildet worden, um verwendet zu werden zum Dickermachen des Endabschnitts des Films. Die gemeinsame Elektrode 12 wurde nach der Ausbildung des Dickfilmbereichs entfernt.
Von den rechteckigen Elektroden zum Antreiben sind die akustisch bewegten Teile, die nicht dicker gemacht werden müssen, mit einem Schutzlackmaterial überzogen, und dann einer Kupferüberzugsbehandlung unterworfen. Der Kupferüberzug wurde bewirkt durch Verwendung einer sauren Lösung von Kupfersulfat/Schwefelsäuresystem bei einer Tempratur von 40ºC und einer Stromdichte von 2 Amper/dm² für 10 Minuten. Als Ergebnis wurde die Filmdicke des Kupfers durch Kupferüberziehen ungefähr 40 um, was die Endbereiche der Elektroden zum Antreiben dicker macht.
Nach Abschluß der Überzugsbehandlung wurde das zuvor aufgebrachte Schutzlackmaterial mit Aceton entfernt und ferner wurde der Musterbereich der gemeinsamen Elektrode der Elektrodenabschnitte zum Antreiben verwendet während der Überzugsbehandlung, abgeschnitten, um Elektroden zum Antreiben zu erhalten, die Dickfilmabschnitte mit einer Breite von 3 mm an den Endbereichen aufweisen.
Danach wurden, polymere-PVF&sub2;.TrFE piezoelektrische Elemente mit einer Dicke von 45 um, die zuvor einer polarisierenden Behandlung unterzogen wurden, mit den polarisierenden Achsenrichtungen entgegengesetzt zueinander ausgerichtet und der obige Polymerdünnfilm mit einer Anzahl von rechteckigen Elektroden zum Antreiben mit daran angeschlossenen Zuleitungsdrähten wurde zwischen die polymer-piezoelektrischen Elemente zwischengelegt. Auf der akustisch-bewegten Seite des polymer-piezoelektrischen Elements wurde eine gemeinsame Elektrode 2 angeordnet und auf der akustisch nicht-bewegten Seite eine Kupferplatte mit einer Dicke von 150 um als λ/4-Platte, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode 6 diente. In diesem Fall wurde die gemeinsame Elektrode und die λ/4 Platte, die auch als gemeinsame Elektrode dient, hergestellt, um eine Form zu besitzen, die dem akustisch bewegten Teil der Treiberelektrode entspricht. Die polymer-piezoelektrischen Elemente, der Polymerdünnfilm mit den darauf ausgebildeten Elektroden zum Antreiben, die gemeinsame Elektrode und die λ/4 Platte, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode dient, wurden mit einem Epoxy-Typ-Klebstoff (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotech Co.) zusammengeklebt, um eine akustisch integrierte polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu erhalten.
Der Zuführungsbereich der Sonde wurde mit einem Lötmittel angeschlossen, durch Überlagern des dicken Kupferfilmbereichs an dem Endbereich der Elektrode zum Antreiben der zuvor geschaffen wurde, und des Zuleitungsdrahtes 8 des flexiblen Leiterplattensubstrats 7 vom Polyimidtyp, das in der gleichen Form wie die rechteckige Elektrode zum Antreiben hergestellt wurde. Demnach zeigt der Zuführungsdraht bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls den stromleitenden Teil, der auf dem Substrat ausgebildet ist.
Wenn die Betätigungssituation der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde mit Hilfe eines Impedanzanalysiergeräts (4192A, Handelsname, hergestellt von YHP) und einem Ultraschallsondenauswertegerät (UTA-3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.) gemessen wurde, wurde bestätigt, daß alle der 64 Elemente vollständig über die Zuführungsdrähte betätigt wurden.

Beispiel 4

Nachdem beide Oberflächen eines Polyimidfilms (Kapton 30H, Handelsname, hergestellt von Toray) als Polymerdünnfilm 4 mit einer 5%igen kaustische Sodalösung behandelt wurde, wurde ein chemischer Kupferüberzug darauf aufgebracht, gefolgt ferner von derselben Kupferüberzugsbehandlung, die beim Beispiel 3 durchgeführt wurde, um einen dicken Kupferfilm 13 mit einer Dicke von ungefähr 40 um über die gesamte Oberfläche (Fig. 46) zu schaffen. Danach wurde der mittlere Bereich des obigen dicken Kupferbereichs durch Ätzen entfernt, um Elektroden zum Antreiben auszubilden (Fig. 47) und danach wurde ein Silberfilm 14 mit einer Dicke von ungefähr 2 um auf der gesamten Oberfläche durch Vakuumdampfabscheidung (Fig. 48) ausgebildet. Dann durch Ätzen wurden eine Anzahl von rechteckigen Elektroden zum Antreiben gebildet (Form des akustisch bewegten Bereichs), Elektrodenlänge 20 mm, Elektrodenbreite 1,02, Zwischenelektrodenabstand 0,1 mm, Anzahl der Elektroden zum Antreiben: 64).
Als nächster Schritt wurden polymer-PVF&sub2;.TrFE-piezoelektrische Elemente mit einer Dicke von 45 um, die zuvor einer polarisierenden Behandlung unterzogen wurden, mit den polarisierten Achsenrichtungen entgegengesetzt zueinander ausgerichtet und der Polymerdünnfilm mit einer Anzahl von rechteckige Elektroden zum Antreiben mit daran angeschlossenen Zuleitungsdrähten wurde zwischen die polymer-piezoelektrischen Elemente dazwischengelegt, auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3. Auf der akustisch bewegten Seite des polymer-piezoelektrischen Elements wurde eine gemeinsame Elektrode angeordnet, bestehend aus einem dampfabgeschiedenen Film aus Silber und auf der akustisch nicht-bewegten Seite eine Kupferplatte mit einer Dicke von 150 um als λ/4-Platte, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode dient. In diesem Fall wurden die gemeinsame Elektrode und die λ/4-Platte, die auch als gemeinsame Elektrode dient, hergestellt, so daß sie eine Form besitzen, die dem akustisch bewegten Teil der Treiberelektrode entspricht. Die polymer-piezoelektrischen Elemente, der Polymerdünnfilm mit den darauf ausgebildeten Elektroden zum Antreiben, die gemeinsame Elektrode und die λ/4 Platte, die ebenfalls als gemeinsame Elektrode dient, wurden mit einem Epoxy-Typ-Klebstoff (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotech Co.) zusammengeklebt, um eine akustisch integrierte polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu erzielen.
Der Zuleitungsabschnitt der Sonde wurde angeschlossen mit einem Lötmittel durch Überlagern des dicken Kupferfilmabschnitts am Endbereich der Elektrode zum Antreiben, die zuvor geschaffen wurde, und des Zuleitungsdrahts des flexiblen Leiterplattenmaterials vom Polyimidtyp, das bezüglich der Form der einzelnen rechteckigen Elektrode zum Antreiben weich gemacht wurde.
Als die Erregungssiguation der Polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde gemessen wurde mit Hilfe eines Impedanzanalysiergeräts (4192A, Handelsname, hergestellt von YHP) und einem Ultraschallsondenaussondegerät (UTA-3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.), wurde bestätigt, daß alle der 64 Elemente vollständig über die Zuleitungsdrähte erregt wurden.

Beispiel 5

Bezugnehmend auf die Fig. 14, 15 und 49 wird ein Beispiel der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde beschrieben.
In Fig. 14 wurden zuerst als polymer-piezoelektrische Elemente 1 und 1' Filme bestehend aus PVF&sub2;.TrFE-Copolymer mit einer Dicke von 40 um, die zuvor einer polarisierenden Behandlung unterzogen wurden, verwendet, und so angeordnet, daß ihre Polarisationsachsen entgegengesetzt zueinander waren. In dieser Figur zeigt der obere Abschnitt die Seite, in der der akustisch fortschreitende Körper positioniert ist, nämlich die akustisch bewegte Seite und der untere Abschnitt entspricht der akustisch nicht-bewegten Seite. Zwischen den polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1' war ein Polymerdünnfilm mit darauf ausgebildeten Elektroden 3 und 3' zwischengelegt.
Als Polymerdünnfilm 4 wurde ein Polyimidfilm (Kapton 30H, Handelsname, hergestellt von Toray K.K.) verwendet und zuerst, wie in Fig. 49 gezeigt, wurden Bohrungen 10 und 10' mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einem Abstand von 1,12 mm ausgebildet durch z. B. Laserbearbeitung an den Stellen, die zu den vorbestimmten Positionen für rechteckige Elektroden korrespondieren, wie im folgenden beschrieben wird. Darauf folgend wurde eine Silberschicht mit einer Dicke von 1 um vollständig über den beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms ausgebildet durch Anwendung des Vakuumdampfabscheidungsverfahrens, gefolgt von Mustern, wie in Fig. 49 gezeigt, mit Hilfe von Ätzen der Silberschicht, um die akustisch bewegte Region in einer Anzahl von rechteckigen Elektroden mit einer Elektrodenlänge von 20 mm und einem Elektrodenabstand zu formen, die in einer Anzahl von 64 mit einem Zwischenelektrodenabstand von 0,1 mm angeordnet waren. Durch die obigen Schritte wurden Elektroden zum Antreiben erzielt, von denen obere und untere Abschnitte elektrisch über die Bohrungen verbunden waren, die in Bereichen 5 mm vom Endbereich der Elektroden zum Antreiben und in der Mitte bezüglich der Breitenrichtung verbunden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, wurden die Elektroden zum Antreiben 3 an ein flexibles Leiterplattensubstrat vom Polyimidtyp angeklebt, das dieselbe Form wie die Elektroden zum Antreiben besaß, über einen anisotropen stromleitenden Klebeverbinder mit einer Breite von 3 mm durch Anwenden der Heißpreßmethode, nämlich durch Bewirken einer Heißpreßklebung unter den Bedingungen einer Temperatur von 140 ± 5ºC unter einem Druck von 45 kg/cm² für 10 Sekunden. Der Kontaktwiderstand der Elektroden zum Antreiben und des flexiblen Leiterplattensubstrats vom Polyimidtyp wurde festgestellt so klein wie 4 bis 5 Ohm zu sein während der Isolationswiderstand zwischen den Elektroden zum Anbreiben 2·10¹² Ohm betrug.
Anschließend wurde auf der Oberfläche auf der akustisch bewegten Seite (obere Oberfläche) des polymer-piezoelektrischen Elements 1 eine gemeinsame Elektrode 2 ausgebildet, bestehend aus Silber mit einer Dicke von 1 um auf der gesamten Oberfläche des Bereichs, der den akustisch betätigten Bereichen der Elektroden zum Anbreiben 3 und 3' entsprach, während auf der Oberfläche der akustisch nicht-bewegten Seite (untere Oberfläche) des polymer-piezoelektrischen Elements 1' eine λ/4 Platte 6 (die auch als gemeinsame Elektrode diente) ausgebildet wurde, bestehend aus einer Kupferplatte mit einer Dicke von ungefähr 150 um mit derselben Form wie die gemeinsame Elektrode 2. Die λ/4 Platte 6 und die gemeinsame Elektrode sind elektrisch verbunden und jeweils geerdet. Die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' der Polymerdünnfilm 4 mit den darauf ausgebildeten Elektroden zum Antreiben 3 und 3' und das polymer-piezoelektrische 1' und die λ/4 Platte 6 wurden verklebt jeweils mit Epoxyd-Typ-Klebstoffen 5 und 5' (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotech Co.) um die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung zu vervollständigen.
Die Anregungssituation der derart erzielten polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde wurde gemessen mit Hilfe eines Impedanzanalysiergeräts (4192A, Handelsname, hergestellt von YHP) und einem Ultraschallsondenauswertegerät (UTA-3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.). Als Ergebnis wurde bestätigt, daß alle 64 Elemente über die Zuleitungsdrähte angeregt wurden. Zuerst, wenn die reflektierte Welle von dem in einer Tiefe von 70 mm im Wasser vorgesehenen Acrylblock analysiert wurde, wurde die Durchschnittsmittenfrequenz des erregten Elements festgestellt zu 5,2 MHz bei einer Empfindlichkeit von 36 dB und einer Varianz des erregten Elements innerhalb von 5%, wodurch bestätigt wurde, daß die Verläßlichkeit sehr hoch war.

Beispiel 6

Eine polymer-piezoelektrische Sonde wie in Fig. 17 gezeigt, wurde auf folgende Weise hergestellt. Zuerst wurden die Elektroden auf beiden Oberflächen eines Films, bestehend aus einem PVDF-Typ-Copolymer mit einer Dicke von 75 um, der zuvor einer polarisierten Behandlung unterworfen wurde, abgeschält, um ein polymer-piezoelektrisches Element 1 herzustellen. Dann, als Elektroden zum Antreiben 3 wurde Silber zu einer Dicke von ungefähr 1 um auf einem Polymerfilm 4 (Kapton 50H, Handelsname, Hergestellt von Toray K.K.) dampf-abgeschieden, um eine Elektrode 3 mit inhärentem Muster mit Hilfe von Ätzen und ein Herausführbereich 17 einer gemeinsamen Elektrode zu bilden. Die Form der Elektrode 3 wurde rechteckig gemacht mit einer Länge von 13 mm und einer Breite von 0,1 mm und derartige Elektroden wurden in einer Anzahl von 64 mit einem Zwischenelektrodenabstand von 0,1 mm angeordnet. Der Zuleitungsherausführbereich 17 der gemeinsamen Elektrode wurde hergestellt, so daß er eine Länge von 13 mm und eine Breite von 3 mm besaß. Als gemeinsame Elektrode 2 wurde eine Kupferplatte von 13 mm·70 mm·0,17 mm vorbereitet.
Dann, wie in Fig. 18 gezeigt, wurden am Randbereich des Herausführbereichs der gemeinsamen Elektrode 4 Punkte 18 mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm bei einem Abstand von ungefähr 1 mm mit einem stromleitenden Klebstoff (Sicolon B) vom sofort aushärtenden Typ ausgebildet. Der Polyimidfilm 4, das polymer-piezoelektrische Element 1 vom PVDF-Typ und die Kupferplatte 2 wurden mit einem Epoxy-Typ-Klebstoff (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotech Co.) 5 hergestellt, um eine wie in Fig. 19 gezeigte Struktur zu besitzen und ferner wurde ein Acrylkunstharz auf der Rückseite davon befestigt als tragendes Element. Danach wurden die Elektroden 3 zum Antreiben und der Zuleitungsherausführabschnitt 17 der gemeinsamen Elektrode an eine flexible Leiterplatte angeklebt mit einem Zuleitungsbereich mit derselben Form wie diese darauf über einen anisotropen stromleitenden Film vom Heißpreßklebe-Typ (CP 1030, Handelsname, hergestellt von Sony Chemical). Dieser Klebeschritt wurde durch eine Heißpreßklebung praktiziert bei einer Temperatur von 140ºC und einem Druck von 70 kg/cm² für 15 Sekunden.
Der Erregungszustand der wie oben erzielten Ultraschallsonde wurde mit Hilfe eines Impedanzanalysiergeräts (4192 A, Handelsname, hergestellt von YHP) gemessen um zu bestätigen, daß die Verläßlichkeit sehr hoch war, wobei Durchschnittsresonanzfrequenz 7,6 MHz betrug und die Abweichung der Eigenschaften des bewegten Elements innerhalb von 5% lagen.

Beispiel 7

Eine laminierte polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, die in Fig. 20 gezeigt, wurde hergestellt. Zuerst als polymer-piezoelektrische Elemente 1' und 1'' wurden Filme des PVDF-Typ-Copolymers, die einer polarisierenden Behandlung ähnlich wie im obigen Beispiel 6 unterworfen wurden, verwendet, und jeder Film wurde 38 um dick gemacht. Als Polymerdünnfilme 4' und 4'' wurde ein Polyimidfilm (Kapton 30 H, Handelsname, hergestellt von Toray) verwendet, und auf dem Polyimidfilm 4' wurden Elektroden 3 und 3' ausgebildet, die in eine rechteckige Form von 20 mm Länge und 1,02 mm Breite bei einer Anzahl von 192 mit einem Abstand von 0,1 mm geformt waren, und ferner wurden die zuleitungsherausführbereiche 17' und 17'' der gemeinsamen Elektrode mit einer Länge von 20 mm und einer Breite von 3 mm auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben ausgebildet. Andererseits wurde auf dem Polyimidfilm 2' eine gemeinsame Elektrode 2' von 20 mm· 230 mm ähnlich ausgebildet. Als λ/4-Platte 6', die auch als gemeinsame Elektrode diente, wurde eine Kupferplatte mit einer Dicke von 150 um hergestellt.
Dann wurde auf den Randbereichen der Zuleitungsherausführbereiche 17' und 17'' der gemeinsamen Elektrode und dem Randbereich der gemeinsamen Elektrode 2 wurden Punkte 18' und 18'' bestehend aus einem stromleitenden Klebstoff, wie in Fig. 21 gezeigt, ausgebildet und die jeweiligen Schichten wurden mit einem Kleber 5' zusammengeklebt, um eine Struktur, wie in Mol-%22 gezeigt, zu ergeben, gefolgt von einer Heißpreßverklebung des flexiblen Leiterplattensubstrats, ähnlich wie oben beschrieben.
Wenn die Ultraschallsonde mit einer wie oben hergestellten laminierten Struktur mit Hilfe desselben Impedanzanalysiergeräts (4192A, Handelsname, hergestellt von YHP) wie im obigen Beispiel 6 gemessen wurde, wurde bestätigt, daß die Verläßlichkeit sehr hoch war, wobei die Durchschnittsresonanzfrequenz 5,1 MHz betrug und die Varianz der Eigenschaften des bewegten Elements innerhalb von 5% lag.

Beispiel 8

Bezugnehmend auf die Fig. 25 und 26 wird ein Beispiel der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde beschrieben.
In den Figuren wurden zuerst als polymer-piezoelektrische Elemente 1 und 1' Filme bestehend aus PVF&sub2;.TrFE-Copolymer mit einer Dicke von 40 um, die zuvor einer polarisierenden Behandlung unterzogen wurden, verwendet und so angeordnet, daß deren polarisierte Achsen entgegengesetzt zueinander waren. In den Figuren zeigt der obere Abschnitt die Seite, an der der akustisch fortschreitende Körper positioniert ist, nämlich die akustisch bewegte Seite und der untere Bereich korrespondiert zur akustischen nicht bewegten Seite. Zwischen den polymer-piezoelektrischen Elementen 1 und 1', wurde ein Polymerdünnfilm 4 mit darauf ausgebildeten Elektroden 3 und 3' zwischengelegt. Für den Polymerdünnfilm 4 wurde ein Polyimidfilm (Kapton 30H, Handelsname, hergestellt von Toray K.K.) verwendet und eine Silberschicht mit einer Dicke von 1 um wurde ganz über beide Oberflächen des Polymerdünnfilms durch Anwendung des Vakuumdampfabscheideverfahrens ausgebildet, gefolgt von Musterung mit Hilfe von Ätzen der Silberschicht, um dem akustisch bewegten Bereich die Form einer Anzahl von rechteckigen Elektroden mit einer Länge von 20 mm und einer Breite von 1,02 mm zu geben, die in einer Anzahl von 64 mit einem Zwischenelektrodenabstand von 0,1 mm angeordnet waren.
Dann, auf der Oberfläche der akustisch bewegten Seite des polymer-piezoelektrischen Elements 1 (obere Oberfläche) wurde eine gemeinsame Elektrode 2 bestehend aus Silber mit einer Dicke von 0,1 um ausgebildet auf der ganzen regionalen Oberfläche, die den akustisch bewegten Bereichen der Elektroden zum Antreiben 3 und 3' entspricht, während auf der akustisch nicht-bewegten Seite des polymer-piezoelektrischen Elements 1 eine λ/4-Platte 6' die auch als gemeinsame Elektrode diente, hergestellt aus einer Kupferplatte mit ungefähr 150 um mit derselben Form wie die gemeinsame Elektrode ausgebildet wurde. Die λ/4-Platte 6' und die gemeinsame Elektrode 2 wurden elektrisch verbunden und jeweils geerdet. Die polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' der Polymerdünnfilm 4 mit den darauf ausgebildeten Elektroden 3 und 3' und das polymer-piezoelektrische Element und die λ/4-Platte 6' wurden jeweils miteinander über Epoxy-Typ- Klebstoffe 5, 5' und 5'' (301-2 Handelsname, hergestellt von Epotech Co.) verklebt, um die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde der Erfindung zu vervollständigen.
Bei einer derartigen polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde war die Form der polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' wie auch aus Fig. 26 hervorgeht, so eingestellt, daß sie ferner größer uni ungefähr 5 mm auf der linken und rechten Seite in der Zeichnung wurde als die Endbereiche der akustisch bewegten Regionen der Elektronen zum Antreiben 3 und 3' entlang der longitudinalen Richtung der Elektroden zum Antreiben 3 und 3'.
Die derart erzielten polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß der Erfindung wurde auf ihrer akustisch nicht bewegten Seite auf einer hinteren tragenden Platte hergestellt aus Acrylharz (nicht gezeigt) befestigt und ferner wurde an die Elektroden zum Antreiben (3 und 3') über einen anisotroben stromleitenden Film vom Heißpreßklebe-Typ (CP 1030, Handelsname, hergestellt von Sony Chemical) eine flexible Leiterplattenplatte angeklebt, die ein Zuleitungsdrahtmuster mit einer Form besaß, so daß dem Zuleitungsherausführabschnitt des rechteckigen Elektrodenmusters, darauf ausgebildet, entsprach, um Zuleitungsdrähte herauszuführen. Beim Durchführen der Verklebung wurde der anisotrope stromleitende Film einem Heißpreßverkleben bei einer Temperatur von 140ºC und einem Druck von 70 kg/cm² für 15 Sekunden unterworfen.
Für obige Ultraschallsonde wurde die Erregungssituation beim Einheitselement mit Hilfe eines Impedanzanalysegeräts (4192 A, Handelsname, hergestellt von YHP) und einem Ultraschallsondenauswertegerät (UTA 3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.) gemessen. In diesem Fall, beim Impedanzanalysegerät wurde vorrangig eine Messung darüber durchgeführt, daß Einheitselement vollständig über den Zuleitungsdraht angeregt wurde, während bei dem Ultraschallsondenauswertegerät die reflektierte Welle von dem in einer Tiefe von 70 mm im Wasser vorgesehenen Acrylblock analysiert wurde, um vorrangig die Erregungssituation des erregten Elements zu messen, nämlich das Vorhandensein von Kurzschlüssen, Brüchen der Elemente unter den 64 Elementen, die Durchschnittserregungsmittenfrequenz (f&sub0;), die Sensitivität (dB), den Bandbereich (der Frequenzbereich von -10 dB bezogen auf die Erregungsmittenfrequenz ist definiert durch (Δf/f&sub0;). Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Beispiel

Erregungsmittenfrequenz (f&sub0;) 5,2 MHz
Empfindlichkeit (dB) 35
Bandbereich (Δf/f&sub0;) 0,76
Erregungssituation Alle Elemente angeregt
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht wird bei der polymer-piezoelektrischen Ultraschallsonde, da sie so hergestellt ist, daß zumindest ein Teil des polymer-piezoelektrischen Elements in Richtung der Elektroden zum Antreiben, die eine inhärente Form (z. B. rechteckige Elektroden besitzen), von den Elektrodenendbereichen der rechteckigen Elektroden verlängert ist, brechen, etc. durch Kurzschlüsse der λ/4-Platte und der Elektroden zum Antreiben oder mechanischen Kontakt mit der λ/4 Platte nicht erzeugt wird, selbst wenn mehr oder weniger Lageabweichung zwischen der λ/4 Platte und dem polymer-piezoelektrischen Element auftritt, wodurch eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde mit hoher Verläßlichkeit erzielt werden kann.

Beispiel 9

Ein polymer-piezoelektrisches Element wurde vorbereitet durch Entfernen der Aluminiumelektroden, die für eine polarisierende Behandlung verwendet wurden, durch Ätzen von beiden Oberflächen eines Films, bestehend aus einem PVDF-Typ-Copolymer mit einer Dicke von 37 um, der zuvor einer polarisierenden Behandlung unterzogen wurde. Danach als Elektroden zum Antreiben wurde Silber im Vakuum bis zu einer Dicke von ungefähr 1 um auf beiden Oberflächen eines Polyimidfilms (Kapton 30 H, Handelsname, hergestellt von Toray) dampfabgeschieden und so geätzt, daß Elektroden in Form von rechteckigen Streifen geschaffen wurden (Form des akustisch bewegten Bereichs, Elektrodenlänge 20 mm, Elektrodenbreite 1,02 mm, Zwischenelektrodenabstand 0,1 mm, Anzahl der Elektroden zum Antreiben 64). Ferner, auf einer Seite des Polyimidfilms (Kapton 30 H, Handelsname, hergestellt von Toray) wurde Silber dampfabgeschieden und geätzt, um eine gemeinsame Elektrode zu bilden (20 mm· 67,32 mm). Als die andere gemeinsame Elektrode, die ferner als akustisch reflektierende λ/4 Platte diente, wurde eine Kupferplatte mit einer Dicke von 150 um mit derselben Form (20 mm·67,32 mm) wie die zuvor hergestellte gemeinsame Elektrode hergestellt.
Als nächster Schritt, nachdem zwei dünne Platten des polymer-piezoelektrischen Elements so angeordnet wurden, daß die polarisierten Achsenrichtungen zueinander entgegengesetzt sein konnten, wie in Fig. 27 gezeigt, wurde der Polymerdünnfilm, der mit den Elektroden zum Antreiben ausgestattet war, zwischen die piezoelektrischen Elemente zwischengeschichtet und ferner wurden die erste auf dem Polyimid vorgesehene erste Elektrode und die gemeinsame Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4 Platte, angefertigt als Kupferplatte, dient, so angeordnet, daß sie gegenüberliegend zu den Elektroden zum Antreiben lagen, über das dazwischen liegende polymer-piezoelektrische Element hinweg.
Die erste gemeinsame Elektrode und die gemeinsame Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4-Platte mit derselben Form dient, wurden so angeordnet, daß sie betrachtet von der laminierten Richtung, nicht gegeneinander hervorragten.
Ferner, auf der Rückseite der gemeinsamen Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4 Platte diente, wurde ein Acrylträgermaterial mit einem Krümmungsradius von 100 mm angeordnet. Dann, zur Lagegenauigkeit der gemeinsamen Elektrode und der gemeinsamen Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4-Platte diente, wurde ein Teil von dessen Endbereich durch einen Sofortkleber (Allon-alpha, Handelsname, hergestellt von Toa Gosei) fixiert, so daß ein herausragender Bereich aufgrund von Lageabweichung nicht ausgebildet wurde, und ferner wurde die Verklebung bewirkt, mit einem Epoxy-Typ- Klebstoff (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotech Co.) um eine akustisch integrierte polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu erreichen.
Bei der Sonde des Beispiels wurden Zuleitungsdrähte von den Elektroden zum Antreiben herausgeführt über ein flexibles Leiterplattensubstrat mit einer Form, die den Herausführabschnitten des Elektrodenmusters zum Antreiben entsprach, über einen anisotropen Strom leitenden Film vom Heißpreßklebetyp (CP 1030, Handelsname, hergestellt von Sony Chemical).
Für die Sonde des Beispiels wurden die charakteritische Kapazitanz und Resonanzfrequenz gemessen mit Hilfe eines Impedanzanalysiergeräts 4192A, Handelsname, hergestellt von YHP) und ferner die Bewegungscharakteristika mit Hilfe eines Ultraschallsondenauswertegeräts (UTA-3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.). In diesem Fall beim Ultraschallsondenauswertegerät, wurde die reflektierte Welle von einem in Wasser bei einer Tiefe von 70 mm vorgesehenen Acrylblock analysiert zur vorrangigen Messung der Durchschnittsbewegungsmittenfrequenz (f&sub0;) und Empfindlichkeit des erregten Elements und die empfangene Wellenform wurde beobachtet.
Die Durchschnittswerte der Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 4

Beispiel

Resonanzfrequenz (fr:MHz) 5,3 ± 0,1
Kazapität bei fr (pF) 64 ± 2
Erregung mittig (f&sub0;.MHz) 5,5 ± 0,1
Empfindlichkeit (dB) 35 ± 2
Empfangene Wellenform gut
Die in diesem Beispiel erzielte Sonde besitzt die gemeinsame Elektrode und die gemeinsame Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4 Platte dient, die dieselbe Form aufweisen, und daher eine geringe Veränderung der Frequenz der Ultraschallwelle, die mit einer Veränderung der elektrischen Impedanz oder Ungleichmäßigkeit des Schwingungsmodus einhergeht, und kann gute Anregungseigenschaften entwickeln.

Beispiel 10

Ein polymer-piezoelektrisches Element wurde hergestellt durch Entfernung der Aluminiumelektroden, die für eine polarisierende Behandlung verwendet wurden, durch Ätzen von beiden Oberflächen eines Films bestehend aus einem PFDV-Typ-Copolymer, mit einer Dicke von 37 um, der zuvor einer polarisierenden Behandlung unterzogen wurde. Danach, als Elektroden zum Antreiben, wurde Silber im Vakuum zu einer Dicke von ungefähr 1 um auf beiden Oberflächen eines Polyimidfilms (Kapton 30H, Handelsname, hergestellt von Toray) dampfabgeschieden und so geätzt, daß Elektroden in Form von rechteckigen Streifen geschaffen wurden (Form des akustisch bewegten Bereichs: Elektrodenlänge 24 mm, Elektrodenbreite 1,02 mm, Zwischenelektrodenabstand 0,1 mm, Anzahl der Elektroden zum Antreiben 64). Danach wurde die Elektrodenlänge der Elektroden zum Antreiben zu 24 mm größer als die Breite 20 mm der korrespondierenden gemeinsamen Elektrode und der gemeinsamen Elektrode, die auch als λ/4-Akustikträger dient. Ferner, auf einer Oberfläche des Polyimidfilms (Kapton 30 H, Handelsname, hergestellt von Toray), wurde Silber dampfabgeschieden und geätzt, um eine gemeinsame Elektrode (20mm·67,32 mm) zu bilden. Als die andere gemeinsame Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4-Platte diente, wurde eine Kupferplatte mit einer Dicke von 150 um mit derselben Form (20 mm·67,32 mm) wie die gemeinsame Elektrode hergestellt. Nachdem diese angeordnet wurden, so daß die polarisierenden Achsen der polymer-piezoelektrischen Elemente 1 und 1' zueinander entgegengesetzt sein konnten, wie in Fig. 30 gezeigt, wurde der mit den Elektroden zum antreiben ausgestattete Polymerdünnfilm 4 zwischen die piezoelektrischen Elemente zwischengelegt und ferner wurden die erste gemeinsame Elektrode 2, die auf dem Polyimidfilm vorgesehen war, der Polymerdünnfilm 4 war, und die gemeinsame Elektrode 2', die auch als akustisch reflektierte λ/4-Platte, hergestellt aus der Kupferplatte, diente, auf beiden Seiten davon angeordnet und bezüglich der Lage ausgerichtet, so daß beide gemeinsame Elektroden sich nacheinander richteten. Auf der Rückseite der gemeinsamen Elektrode, die auch als λ/4-Akustikträger diente, wurde ein Acrylträgermaterial mit einem Krümmungsradius von 100 mm vorgesehen.
Dann zur Vermeidung einer Lageabweichung zwischen der gemeinsamen Elektrode und der gemeinsamen Elektrode, die auch als akustisch reflektierende λ/4 Platte diente, wurden deren Endbereiche teilweise mit einem Sofortkleber (Allonalpha, Handelsname, hergestellt von Toa Gosei) fixiert und ferner wurde die Verklebung bewirkt mit einem Epoxy-Typ-Klebstoff (301-2, Handelsname, hergestellt von Epotec Co.) um eine akustisch integrierte polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde zu erzielen.
In diesem Fall, wie oben erwähnt, da die Elektrodenlänge der Elektroden zum Antreiben größer als die Breite der gemeinsamen Elektrode und der gemeinsamen Elektrode, die auch als λ/4 Akustikträger diente, war, wurden die gemeinsame Elektrode und die gemeinsame Elektrode, die auch als /4 Akustikträger diente, so angeordnet, daß sie vollständig den Elektroden zum Antreiben gegenüberlagen, wodurch kein Bereich existierte, der keine korrespondierende gegenüberliegende Elektrode besaß.
Bei der Sonde des Beispiels wurden Zuleitungsdrähte von den Elektroden zum Antreiben her ausgeführt über ein flexibles Leiterplattensubstrat mit einer Form, die an die Zuleitungsherausführbereiche des Elektrodenmusters zum Antreiben angepaßt war, über einen anisotropen stromleitenden Film vom Heißpreßklebetyp (CP 1030, Handelsname, hergestellt von Sony Chemical).
Die charakteristische Kapazitanz (pF) und Resonanzfrequenz (fr) wurden mit einem Impedanzanalysegerät (4192A, Handelsname, hergestellt von YHP) gemessen und ferner die Erregungseigenschaft mit Hilfe eines Ultraschallsondenauswertegeräts (UTA-3, Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.). In diesem Fall beim Ultraschallsondenauswertegerät wurde die von einem in Wasser bei einer Tiefe von 70 mm vorgesehenen Acrylblock reflektierte Welle analysiert zur Messung von vorrangig der Durchschnittserregungsmittenfrequenz (f&sub0;) und der Empfindlichkeit des angeregten Elements und die empfangene Wellenform wurde beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 wiedergegeben.

Tabelle 5

Beispiel

Resonanzfrequenz (fr:MHz) 5,3 ± 0,1
Kazapität bei fr (pF) 64 ± 2
Erregung mittig (f&sub0;:MHz) 5,5 ± 0,1
Empfindlichkeit (dB) 35 ± 2
Empfangene Wellenform gut
Die in diesen Beispielen erzielte Sonde besitzt, wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, geringe Veränderungen bezüglich der elektrischen Impedanz, hat eine gute Empfangswellenform und weist kleine Frequenzänderungen, die mit Ungleichmäßigkeiten des Schwingungsmodus einhergehen, und eine hohe Empfindlichkeit auf.

Beispiel 11

Eine Ultraschallsonde vom linearen Anordnungstyp mit 5 MHz, 64 Kanälen unter Verwendung eines polymer-piezoelektrischen Elements wurde versuchsweise hergestellt. Das eingesetzte polymer-piezoelektrische Element bestand aus zwei laminierten Blättern aus einem Polyvinylidenfilm mit einer Dicke von 56 um und eine dicke Kupferplatte war daran angeklebt als akustisch reflektierende Platte. Die Elektrodenlänge betrug 13 mm, die Elektrodenbreite 0,9 mm und der Zwischenelektrodenabstand 0,1 mm. Zum Vergleich für die beiden Fälle eines Zylinderinduktors und eines Ringkerninduktors wurden deren Schallfeldmuster untersucht. Jeder Induktor war auf einem flexiblen Leiterplattensubstrat befestigt und an der Schwingungserzeugerseite angeschlossen. Als Zielobjekt wurde ein Wolframdraht mit 100 um Durchmesser verwendet und in Wasser angeordnet. Auf der Ultraschallwelle wurde eine Impulsspannung von ungefähr 200 Volt zugeführt, um eine Ultraschallwelle in das Wasser abzustrahlen und die Wellenform, die von dem obigen Ziel reflektiert wurde, wurde bestimmt. Das Zielobjekt wurde parallel zu der Richtung angeordnet, in der die antreibenden Elemente angeordnet waren und wurde in derselben angeordneten Richtung bewegt. Als Schallfeldmuster wurde die reflektierte Welle detektiert und dann über einen logarithmischen Verstärker verstärkt. Die Fig. 50 und 51 zeigen die Schallfeldmuster beim Einsatz eines Zylinderinduktors bzw. Kreisringinduktors, in denen die Abszissenachse die Richtung anzeigt, in denen die Elemente angeordnet sind und die Ordinatenachse die Strahlintensität. Man kann sehen, daß ein Schallfeldmuster mit geringem Übersprechen erzielt wird bei Verwendung eines Kreisringinduktors.

Beispiel 12

Eine polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, wie in Fig. 10 dargestellt, mit einer Mittenfrequenz von 5 MHz und einer Elementenanzahl von 64 wurde versuchsweise hergestellt. Als polymer-piezoelektrische Elemente 1 und 1', wurde ein PVF&sub2;-Film mit einer Dicke von 37 um verwendet und an eine Kupferplatte mit λ/4 Dicke als akustisch reflektierende Platte 6 angeklebt. Die Länge der Elektrode zum Antreiben 3 betrug 13 mm, die Breite 0,9 mm und der Zwischenelektrodenabstand 0,1 mm. Ein Induktor wurde zwischen die Elektrode 3 und den Elektrodenanschluß angeschlossen.
Eine Auswertung wurde durchgeführt entsprechend dem Verfahren, das ein UTA-3 (Handelsname, hergestellt von Aerotech Co.), welches ein Standardimpulsgenerator/ Empfänger ist, als Erregerschaltkreis und als Empfängerschaltkreis verwendet, durch Empfangen der reflektierten Welle von dem in Wasser bei einer Tiefe von 7 cm angeordneten Acrylblock und durch Messen der Sensitivität aus dem Wellenhöhenwert der reflektierten Welle und durch ferner Messen der Mittenfrequenz (f&sub0;) aus einem Frequenzspektrum und der Frequenz (Δf) beim -20 dB Bereich von f&sub0;, wodurch die spezifische Bandbereichsbreite (Δf/f&sub0;) gemessen wurde. Die Ergebnisse der Messung der Empfindlichkeit und der spezifischen Bandbereichsbreite durch Veränderung der Induktanzwerte ist in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6 Induktanzwert Empfindlichkeit Spezifische Bandbereichsbreite
In Tabelle 6 ist der Induktanzwert 39 uH der Wert, der die höchste Empfindlichkeit ergibt, wenn jedoch ein Induktanzwert innerhalb des Umfangs eingesetzt wird, basierend auf der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel 26 uH, der 67% von 39 uH entspricht, ist die spezifische Bandbereichsbreite in starkem Maße wie das 1,56-fache verbessert, obwohl die Empfindlichkeit um 0,65 dB verringert ist.
Fig. 36 ist eine graphische Wiedergabe zwischen der Beziehung zwischen der Empfindlichkeit und der spezifischen Bandbereichsbreite, derart gemessen. Ferner zeigt Fig. 52 die Beziehung des Produkts aus Empfindlichkeit und spezifischer Bandbereichsbreite gegenüber dem Impedanzwert. Die vorliegende Erfindung wählt mit anderen Worten einen Induktanzwert in der Nähe des Punktes, in dem das Produkt aus Empfindlichkeit und spezifischer Bandbereichsbreite maximal wird.
Demnach, gemäß der vorliegenden Erfindung, kann eine polymer-Ultraschallsonde geschaffen werden, die eine hohe Empfindlichkeit besitzt und dennoch eine breite spezifische Bandbereichsbreite, wodurch ein gutes S/N-Verhältnis vorliegt, und ebenfalls ein hohes Abstandsauflösungsvermögen.

Beispiel 13

Das Ausmaß der gegenseitigen Induktion von Zylinderspulen wurde untersucht. Wie in Fig. 53 und 54 gezeigt, wurden in demselben Verhältnis wie in der praktischen Linearanordnung-Ultraschallsonde (a ist 6 mm und b ist 5 mm) und hinsichtlich der Anordnung der Fall, wenn die Zentralachsen der Spulen 30, 31 und 32 parallel zueinander sind und der Fall, wenn sie senkrecht zueinander sind, untersucht worden. Beim Durchführen dieses Tests wurde ein doppelbeschichtetes Band auf ein Glas-Epoxysubstrat 7 aufgeklebt und beide der Linearanordnung-Ultraschallsonden, wie in den Fig. 53 und 54 gezeigt, wurden gemessen unter Verwendung eines Impedanzanalysegeräts (4192 A, Handelsname, hergestellt von YHP) bei 5 MHz und 1 Vpp. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. Ungeachtet der Verwendung derselben Spule gab es einen Unterschied bezüglich des Induktanzwertes bezüglich den Sonden, die in den obigen Figuren gezeigt sind. Im Fall der in Fig. 54 gezeigten Sonde betrug der Induktanzwert ungefähr dasselbe wie die Summe aus den Induktanzwerten, die für jedes einzelne Element gemessen wurden, während der Induktanzwert größer ist als die Summe der Einzelwerte im Fall der in Fig. 53 gezeigten Probe, was als Ergebnis der gegenseitigen Induktion angesehen werden kann. Tabelle 7 Nr. Induktanz Summe von L (berechnet) Der Fall von Fig. 53

Beispiel 14

Eine Linearanordnung-Ultraschallsonde wurde hergestellt aus einem PVF&sub2;.TfFE-Typ-Copolymer, das Vinylidenfluorid und Ethylentrifluorid enthält, mit einem elektromechanischen Kupplungskoeffizient von 21%. Bei dieser Probe wurde eine starke Beeinflussung durch Übersprechend durch die Spulen festgestellt und die Schallfeldeigenschaften, die direkt die Bildeigenschaften angehen, wurden untersucht. Die Spezifikation der Ultraschallsonde war 5 MHz, 64 Kanäle, 13 mm Elektrodenlänge, 0,9 mm Elektrodenbreite und 0,1 mm Zwischenelektrodenabstand. Die gemessene Größe war das Echo eines Wolframdrahts mit 100 um Durchmesser, angeordnet in Wasser bei einer Tiefe von 10 mm. Die Messung wurde durchgeführt, indem zuerst eine Impulsspannung angenähert dem Impuls von 200 V zugeführt wurde, die Echowellenform detektiert wurde, dann durch einen logarithmischen Verstärker hindurchgeschickt wurde und dessen Ausgangssignal aufgezeichnet wurde. Die Ergebnisse sind in den Fig. 55 und Fig. 56 gezeigt. Fig.
55 zeigt den Fall, in dem die Spulen mit ihren Mittelachsen parallel zueinander ausgerichtet waren. Mol-%56 zeigt den Fall, wenn die Spulen mit ihren Mittelachsen so ausgerichtet waren, daß diese einander unter rechtem Winkel gemäß der vorliegenden Erfindung kreuzten. Im Vergleich mit dem gestörten Schallfeldmuster im Fall der parallelen Anordnung, gibt es im wesentlichen keine Störung in dem Fall, der unter rechtem Winkel gekreuzten Anordnung.

Beispiel 15

Es wird der Fall eines polymer-piezoelektrischen Elements beschrieben, bei dem eine Ultraschallsonde, die ein PVDF-Typ-Copolymer mit einem elektromechanischen Kopplungskoeffizient kt = 34% verwendet, an ein Kabel angeschlossen wurde.
Die Ultraschallsonde hatte einen Aufbau bestehend aus jeweiligen Schwingungserzeugern, jeder mit einer Form eines rechteckigen Streifens von 20 mm Länge und 1,02 mm Breite, die nebeneinandergestellt in einer Anzahl von 192 bei einem Abstand von 0,1 mm waren, nämlich einem Linearanordnungstyp mit 192 Kanälen. Die Ultraschallsonde wurde entworfen, so daß sie eine Mittenfrequenz von 5 MHz hatte. Ferner wurde eine Spule (12 uH) und ein Übertrager (Bindungsverhältnis 1:2,5) zur Impedanzanpassung an die Leistungsquelle eingesetzt und diese wurden auf einem Glas-Epoxy-Substrat zusammen mit den obigen Schwingungserzeugern angeordnet. Für den Anschluß dieser Schwingungserzeuger an das Kabel wurden 32-Stift-Verbinder (HIF 3E-34P-2.54 DS, Handelsname, hergestellt von Hirose Denki) in einer Anzahl von 6 verwendet.
Andererseits wurden als Kabel 3 doppelt abgeschirmte Kabel mit 64 Kernen (BSM30-1910, 110 pF, Handelsname, hergestellt von Furukawa Denko) vorbereitet und jedes wurde angefertigt, uni eine Länge von 2,4 m zu haben.
Am vorderen Endbereich eines jeden Kabels, wie in Fig. 43 gezeigt, wurde der freigelegte Bereich von 30 a der Kerndrahtüberzugsschicht auf einer Länge von A = 5 mm eingestellt und der Massedrahtherausführbereich auf einer Länge von B = 10 mm. Dann wurde jedes Kabel an einen Verbindersockel angeschlossen, wie in Fig. 44 gezeigt, z. B. einen 34-Stift-Verbinder 43 (HIF3C-34D-2,54C, Handelsname, hergestellt von Hirose Denki) (Verwendet in einer Anzahl von 6) und ferner wurde der Massedrahtherausführabschnitt 40a auf die Kupferplatte 44 auf der Seitenoberfläche angelötet. Danach wurden 6 34-Stift-Verbinder und die zuvor erwähnten sechs Stiftverbinder an der Erregerelementseite miteinander verbunden.
Die Ergebnisse der Messung der Impedanzeigenschaften und der Impulseigenschaften der Ultraschallsonde die derart an das Kabel angeschlossen wurde, sind in den Fig. 57 und 58 gezeigt.
Die Impedanzeigenschaften sind gemessen mit Hilfe eines Netzwerkanalysegeräts (8505A, Handelsname, hergestellt von HP) und die Impulseigenschaften wurden bestimmt durch Messung des Echos von einem Acrylblockzielobjekt im Wasser mit Hilfe eines UTA-3 (Handelsname, hergestellt von Aerotech), welches ein Standardimpulsgenerator ist.
Ferner, zum Vergleich, wurden die Impedanzeigenschaften und Impulseigenschaften einer Ultraschallsonde, bei der die Anschlußmethode aus dem Stand der Technik verwendet wurde, nämlich indem eine Ultraschallsonde mit Hilfe eines Kabels mit A = B = 20 mm in Fig. 43 angeschlossen wurde, auf dieselbe Weise wie oben beschrieben gemessen wurde um die Ergebnisse zu erzielen, die in den Fig. 59 bzw. 60 gezeigt sind.
Als Ergebnis, bei der Ultraschallsonde, für die die Anschlußmethode aus dem Stand der Technik verwendet wurde, wurden zuerst im Hinblick auf die Impedanzeigenschaften unnötige Schwingungen in der Nachbarschaft des Resonanzpunkts (Fig. 59) beobachtet und auch im Hinblick auf die Impulseigenschaften war die Empfindlichkeit verringert und Verzerrungen der Eigenschaften, wie etwa verlängerte Andauer der Schwingung wurde beobachtet (Mol-%60).
Wie oben im einzelnen beschrieben, gemäß der vorliegenden Erfindung, kann nicht nur das Brechen oder der Kurzschluß von in rechteckigen Streifen geformten Elektroden vermieden werden, sondern es wird auch möglich, Zuleitungsdrähte mit hoher Zuverlässigkeit anzuschließen. Daneben kann nicht nur die Mühseligkeit bei der Ausrichtung der in rechteckigen Streifen geformten Elektroden während des Laminierens der polymer-piezoelektrischen Elements beseitigt werden, sondern auch die akustisch-elektrische Kopplung oder das Übersprechen reduziert werden.
Entsprechend dem obigen Zuleitungsdraht-Anschlußverfahren kann ein Anschluß mittels Lötzinn etc. beim Anschließen der Elektroden zum Antreiben an die Zuleitungsdrähte leicht durchgeführt werden, wobei Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit an den Zuleitungsdrahtanschlußstücken dramatisch verbessert werden kann. Somit können Phänomene wie Beeinträchtigung im Laufe der Zeit, Abschälen etc. an den Verbindungsabschnitten zwischen den Elektroden zum Antreiben und den Zuleitungsdrähten beseitigt werden und weitere Verformung und Brechen von Dritten an den Elektrodenabschnitten zum Antreiben oder Depolarisationsphänomene, die beim Aufheizen des Polymer-piezoelektrischen Elements auf eine hohe Temperatur treten können, können verhindert werden.
Die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, da die Elektroden auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms elektrisch miteinander verbunden sind, hat eine sehr einfache Anschlußstruktur bezüglich der Zuleitungsdrähte und weist ferner eine hohe Zuverlässigkeit auf, wodurch ihr kommerzieller Wert sehr hoch ist.
Ferner besitzt die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde einen Aufbau, der sich das Zuleitungsherausführen von Elektroden zum Antreiben und das Zuleitungsherausführen der gemeinsamen Elektrode an einer Stelle leisten kann, und daher beim Zuleitungsherausführen häufig beschränkt ist und dennoch den Vorteil einer hohen Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Eigenschaften besitzt. Im Fall einer laminierten Struktur mit einer Vielzahl von gemeinsamen Elektroden, kann ferner eine Stabilisierung des Potentials erzielt werden durch elektrisches Verbinden der gemeinsamen Elektroden miteinander.
Ferner, da die stromleitenden Klebstoffschichten, die für jeweiligen Elektroden elektrische Verbindungsmittel sind, intermittierend gebildet werden, kann das Entweichen des gewöhnlichen überschüssigen Klebstoffs in dem Verklebungsschritt unmittelbar bewirkt werden, was ebenfalls beim Ausführen des Prozesses sehr vorteilhaft ist.

Claims

1. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde, die ein polymer-piezoelektrisches Element verwendet, mit einem polymer-piezoelektrischen Element (1, 1'), einer gemeinsamen Elektrode (2), ausgebildet auf einer Oberfläche des polymer-piezoelektrischen Elements; und Elektroden (3, 3') zum Anregen gegenüberliegend zu der gemeinsamen Elektrode, wobei das polymer-piezoelektrische Element dazwischen zwischengelegt ist, wobei die Elektroden zum Anregen auf einem Polymer-Dünnfilm (4) ausgebildet sind, worin ein Zuleitungsherausführabschnitt (17) auf dem Polymerdünnfilm ausgebildet ist, und

dadurch gekennzeichnet, daß

der Zuleitungsherausführabschnitt (17) und die gemeinsame Elektrode (2) elektrisch miteinander über stromleitende Klebstoffschichten (18) verbunden sind, die intermittierend in Längsrichtung des Zuleitungsherausführabschnitts ausgebildet sind, und

worin die Zuleitungsdrähte (8) an die polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde an den stromleitenden Dickfilmabschnitten (3a) angeschlossen sind, die an den Endabschnitten der Elektroden zum Anregen (3, 3') ausgebildet sind.

2. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der die gemeinsame Elektrode (2) in einer Vielzahl vorliegt, wobei eine gemeinsame Elektrode elektrisch mit der anderen gemeinsamen Elektrode über stromleitende Klebstoffschichten (18'') verbunden ist, die intermittierend an den Endabschnitten der gemeinsamen Elektrode ausgebildet sind.

3. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der ein Mittel zum elektrischen Anschluß der Elektroden zum Anregen (3, 3') die auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms (4) vorgesehen sind, aneinander vorgesehen ist im Bereich zum Anschluß der Zuleitungsdrähte (8) für die Elektroden zum Anregen.

4. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß Anspruch 3, bei der das Mittel zum elektrischen Anschließen aus Bohrungen (10) besteht, die in Entsprechung zu den Elektrodenabschnitten zum Antreiben auf beiden Oberflächen des Polymerdünnfilms (4) ausgebildet sind, und stromleitenden Materialschichten (15, 16), die innerhalb der Bohrungen zum elektrischen Anschließen der Elektroden auf beiden Oberflächen aneinander ausgebildet sind.

5. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der die beiden Endabschnitte der polymer-piezoelektrischen Elemente (1, 1') entlang der Längsrichtung der Elektroden zum Anregen (3, 3') aus beiden Endabschnitten der gemeinsamen Elektrode (21) hervorragend sind.

6. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Elektroden zum Anregen (3, 3') als rechteckige Streifen ausgebildet sind.

7. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Vielzahl von polymer-piezoelektrischen Elementen (1, 1'), laminiert aufeinander mit deren polarisierten Achsen zueinander entgegengesetzt mit dazwischen eingefügten Polymerdünnfilmen (4), die darauf zuvor ausgebildete Elektroden zum Anregen (3, 3') aufweisen und ferner einer ersten gemeinsamen Elektrode, die auf der akustisch bewegten Seite der piezo-elektrischen Elemente vorgesehen ist und einer zweiten gemeinsamen Elektrode oder einer gemeinsamen Elektrode, die auch als /4-Akustikträger (2') dient, die auf der akustisch nicht bewegten Seite davon vorgesehen ist, bei der die erste gemeinsame Elektrode (2) oder die zweite gemeinsame Elektrode oder gemeinsame Elektroden, die auch als /4-Akustikträger (2') dient, dieselbe Form besitzen und ferner die gemeinsamen Elektroden (2, 2') und die Elektroden zum Anregen (3, 3') in Positionen angeordnet sind, die nicht voneinander vorragen, wenn von der laminierten Richtung betrachtet wird.

8. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Vielzahl von polymer-piezoelektrischen Elementen (1, 1'), laminiert aufeinander mit ihren polarisierten Achsen entgegengesetzt zueinander mit dazwischen eingefügten Polymer-Dünnfilmen (4), die darauf zuvor ausgebildete Elektroden zum Anregen (3, 3') aufweisen und ferner einer ersten gemeinsamen Elektrode (2), die auf der akustisch bewegten Seite der piezoelektrischen Elemente (1, 1') ausgebildet ist, und einer zweiten gemeinsamen Elektrode oder gemeinsamen Elektrode, die auch als /4-Akustikträger (2') dient, die auf der akustisch nicht-bewegten Seite davon ausgebildet ist, bei der die Größe der Elektroden zum Anregen (3, 3') in Längsrichtung größer ist als die Länge, in der die Richtung parallel zu der Längsrichtung der ersten gemeinsamen Elektrode (2) und zweiten gemeinsamen Elektrode oder gemeinsamen Elektrode, die auch als /4-Akustikträger (2') dient.

9. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der das polymer-piezoelektrische Element ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PVF&sub2;, PVF&sub2;.TrFE, Polyvinylidenfluorid-Ethylenfluorid- Copolymer, Polyvinylidencyanid, Polyacrylnitrilcopolymer und ferroelektrischer Keramik.

10. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde gemäß Anspruch 1, bei der der Polymerdünnfilm ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polimiid, aromatischem Polyamid, Polyether, Polyvinylchlorid, PVF&sub2;, PVF&sub2;-Typ-Copolymer und Polystyrol.

11. Polymer-piezoelektrische Ultraschallsonde nach Anspruch 1, bei der die Elektrode zum Antreiben ausgebildet ist durch Dampfabscheidung oder Atzen eines Metalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gold, Silber, Nickel und Aluminium oder durch Siebdruck einer stromleitenden Farbe des Metalls, gemischt mit stromleitendem Pulver.