DE68918165T2

DE68918165T2 - Ultraschallwandler und Verfahren zu dessen Herstellung.

Info

Publication number: DE68918165T2
Application number: DE68918165T
Authority: DE
Inventors: Masami Kawabuchi; Koetsu Saito
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1988-06-15
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: US5042493A; JP2502685B2; EP0346891B1; DE68918165D1; JPH022300A; EP0346891A2; EP0346891A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallprüfkopf für Ultraschallsysteme wie medizinische Ultraschall-Diagnostik-Systeme. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung solch eines Ultraschallprüfkopfs.
Kürzlich sind Ultraschallprüfköpfe vom konvexen Typ extensiv in medizinischen Ultraschall-Diagnostik-Systemen verwendet worden, da man mit ihnen breitere Bereiche als diejenigen, die mit linear abtastenden Ultraschallprüfköpfen ("linear-scan ultrasonic probe") beobachtet werden, beobachten kann.
In der veröffentlichten, ungeprüften Japanischen Patent-Anmeldung 61-109556 wird ein Verfahren zur Herstellung solch eines Ultraschallprüfkopfs vom konvexen Typ beschrieben. Wie nachstehend beschrieben wird, hat das Verfahren der Japanischen Patent-Anmeldung 61-109556 einige Probleme.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hervorragenden Ultraschallprüfkopf vom konvexen Typ zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein hervorragendes Verfahren zur Herstellung solch eines Ultraschallprüfkopfs vom konvexen Typ zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallprüfkopfs den Schritt zur Bildung eines Schichtkörpers mit Schichten, wobei eine der Schichten eine piezoelektrische Anordnung umfaßt; den Schritt zum Anbringen des Schichtkörpers an sowohl einen Preßfilm als auch an ein gebogenes Element mit einer gebogenen Außenfläche; und den Schritt zum Ausüben eines Drucks auf den Preßfilm, wobei der Schichtkörper gegen die gebogene Außenfläche des gebogenen Elements gepreßt wird und wodurch der Schichtkörper entlang der gebogenen Außenfläche des gebogenen Elements gebogen wird. Die Verwendung des Preßfilms kann durch ein Verfahren ersetzt werden, bei dem mindestens eine der Schichten einem Druck unter Biegen des Schichtkörpers unterworfen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Ultraschallprüfkopf eine rückseitige Belastungsschicht bzw. Lastschicht ("back load layer"); eine Schicht mit einer piezoelektrischen Anordnung; eine erste akustische Anpassungsschicht; eine zweite akustische Anpassungsschicht; und eine Schicht mit einer akustischen Linse; wobei die rückseitige Belastungsschicht, die Schicht mit der piezoelektrischen Anordnung, die erste akustische Anpassungsschicht, die zweite akustische Anpassungsschicht und die Schicht mit der akustischen Linse zu einer Schichtstruktur kombiniert sind; die Schicht mit der piezoelektrischen Anordnung, die erste akustische Anpassungsschicht und die zweite akustische Anpassungsschicht sich zwischen der rückseitigen Belastungsschicht und der Schicht mit der akustischen Linse erstrecken; die Schicht mit der piezoelektrischen Anordnung sich zwischen der rückseitigen Belastungsschicht und der ersten akustischen Anpassungsschicht erstreckt; die zweite akustische Anpassungsschicht sich zwischen der ersten akustischen Anpassungsschicht und der akustischen Linsenschicht erstreckt; die Schicht mit der piezoelektrischen Anordnung und die erste akustische Anpassungsschicht Einkerbungen haben, durch die Segmente der piezoelektrischen Anordnung akustisch voneinander getrennt werden; Enden der Einkerbungen durch die zweite akustische Anpassungsschicht verschlossen sind; die Schichtstruktur sich biegt; die Segmente der piezoelektrischen Anordnung sich entlang einer gebogenen Linie ausrichten; und eine gebogene Fluchtlinie der Segmente der piezoelektrischen Anordnung einen Winkelbereich größer als 180 º abdeckt.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Ultraschallprüfkopfs des Stands der Technik.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Schichtstruktur, die während der Herstellung eines Ultraschallprüfkopfs in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Schichtstruktur, die während der Herstellung des Ultraschallprüfkopfs in der Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Schichtstruktur und einer Herstellungsvorrichtung in der Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Teils der Schichtstruktur und ein Teil der Herstellungsvorrichtung in der Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Schichtstruktur und der Herstellungsvorrichtung in der Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, entlang der Linie VII-VII in Fig. 6 genommen.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht des Ultraschall-Prüfkopfs in der Ausführungsform der Erfindung.
Vor der Beschreibung der Erfindung wird bin Herstellungsverfahren für einen Ultraschallprüfkopf vom konvexen Typ des Stands der Technik, das in der Japanischen veröffentlichten, ungeprüften Patentanmeldungsschrift 61-109556 beschrieben wird, nachstehend für ein besseres Verständnis der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Ultraschallprüfkopf vom konvexen Typ des Stands der Technik gemäß der Japanischen Patentanmeldung 61- 109556. Dieser Ultraschallprüfkopf des Stands der Technik wird wie folgt hergestellt. Zuerst werden Verbindungs-Leiterplatten (nicht gezeigt) jeweils mit einer Anordnung von elektrischen Anschlüssen an entgegengesetzte Seiten eines piezoelektrischen Elements 31, das ursprünglich eine flache Plattenform oder eine flache Schichtform hat, kontaktiert. Gegenüberliegende Oberflächen der piezoelektrischen Schicht 31 werden mit Elektroden (nicht gezeigt) ausgestattet. Zweitens wird eine Zickzack-Anordnung von Elektroden auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 31 entlang einer Abtastrichtung durch Ausscheidung aus der Gasphase oder Beschichten bereitgestellt. Dann wird Epoxyharz, das Metallpulver enthält, in einen vorgegebenen Bereich unter Bildung einer akustischen Anpassungsschicht 32 auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 31 gegossen. Die akustische Anpassungsschicht 32 wird durch Schneide- und Schleifprozesse geformt, so daß die Dicke der Schicht 32 gleich einem Viertel der Wellenlänge der zugehörigen Ultraschallwelle ist. Ähnlich wird eine rückseitige Anpassungsschicht 33 auf der anderen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 31 gebildet. Die rückseitige Anpassungsschicht 33 und die piezoelektrische Schicht 31 werden entlang der Elektrodenanordnung in Segmente geteilt, indem Einkerbungen 34 von einer freigelegten Oberfläche der rückseitigen Anpassungsschicht 33 geschnitten werden. Beispielsweise wird eine Zerteilungsmaschine ("Dicing machine") zum Schneiden der Einkerbungen 34 verwendet. Die Einkerbungen 34 erreichen die akustische Anpassungsschicht 32. Die unterteilten Segmente der piezoelektrischen Schicht 31 bilden eine piezoelektrische Anordnung 31a. Wenn die piezoelektrische Schicht 31 unterteilt ist, sind die Leiterplatten auch unterteilt, und die elektrischen Anschlüsse auf den Leiterplatten sind dementsprechend getrennt. Nachdem ein Schichtkörper, umfassend die piezoelektrische Anordnung 31a, die akustische Anpassungsschicht 32 und die rückseitige Anpassungsschicht 33 in ein Stütz-Formwerkzeug 35 gelegt ist, wird der Schichtkörper gegen eine halbzylindrische konkave Oberfläche 36 des Stütz-Formwerkzeugs 35 gepreßt und wird so konvex entlang der Oberfläche 36 gebogen. Auf diese Weise wird die piezoelektrische Anordnung 31a zu einer konvexen Struktur gemacht. Dann wird ein rückseitiges Belastungsmaterial 37 in einen Bereich innerhalb der rückseitigen Anpassungsschicht 33 eingesetzt und wird dann an die rückseitige Anpassungsschicht 33 durch Klebstoff gebunden. Zum Schluß werden elektrische Leitungen aus den jeweiligen elektrischen Anschlüssen auf den Leiterplatten heraus gezogen.
Im allgemeinen ist der Winkel eines Bereichs, der von einem Ultraschallprüfkopf überwacht wird, durch den von einer gebogenen piezoelektrischen Anordnung abgedeckten Winkelbereich bestimmt. Daher wird ein breiter Winkel des überwachten Bereichs durch eine gebogene piezoelektrische Anordnung mit einer großen Winkelausdehnung realisiert.
Bei dem Verfahren des Stands der Technik gemäß der Japanischen Patentanmeldung 61-109556 ist die Winkelausdehnung der gebogenen Innenfläche 36 des Stütz-Formwerkzeugs 35 auf 180 º oder weniger beschränkt, um den Einbau der Kombination aus der piezoelektrischen Anordnung 31a, der akustischen Anpassungsschicht 32 und der rückseitigen Anpassungsschicht 33 in das Stütz-Formwerkzeug 35 über eine Öffnung des Stütz-Formwerkzeugs 35 zuzulassen. Daher ist die Winkelausdehnung der konvexen piezoelektrischen Anordnung 31a, die den Winkel eines Bereichs bestimmt, der mit dem Ultraschall-Prüfkopf überwacht wird, auch auch 180 º oder weniger beschränkt. Zusätzlich neigt der Klebstoff dazu, in die Einkerbungen 34 einzudringen. Der Klebstoff, der in die Einkerbungen 34 eindringt, verursacht Kreuzkopplung ("crosstalk") zwischen den Segmenten der piezoelektrischen Anordnung 31a.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 8 beschrieben. Ein Ultraschall- Prüfkopf gemäß der Erfindung wird wie folgt hergestellt. Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, werden Elektrodenfilme 2 und 3 auf oberen und unteren Oberflächen eines plattenförmigen piezoeelektrischen Elements 1 jeweils durch Dampfabscheidung oder Wärmebehandlung gebildet, so daß ein plattenförmiges/r piezoelektrisches/r Element oder Vibrator 4 erhalten wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich die Elektrode 2 weiter von der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elements 1 und biegt sich an der Ecke zwischen der oberen und einer rechten Endfläche des piezoelektrischen Elements 1. Die Elektrode 2 erstreckt sich entlang der Endfläche des piezoelektrischen Elements 1, biegt sich nach innen und erstreckt sich dann entlang eines Randbereichs der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 1. Die Elektrode 3 erstreckt sich auf einem größeren Bereich der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 1.
Flexible elektrische Anschlüsse 5 und 6 werden durch Löten oder elektrisch leitenden Klebstoff mit den Bereichen der jeweiligen Elektroden 2 und 3 verbunden, die sich auf gegenüberliegenden Seitenkanten der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 1 erstrecken. Dann wird Epoxyharz, das Metallpulver wie Wolframpulver enthält, in einen Bereich oberhalb des Bereichs der Elektrode 2 gegossen, der sich auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Elements 1 erstreckt. Das Epoxyharz mit dem Metallpulver bildet eine erste akustische Anpassungsschicht 7. Die Einführung des Metallpulvers in das Epoxyharz ermöglicht eine geeignete akustische Impedanz der Anpassungsschicht 7. Es ist zu bemerken, daß eine zuvor gebildete erste akustische Anpassungsschicht 7 an die Elektrode 2 mit Klebstoff gebunden werden kann. Nachdem eine erste akustische Anpassungsschicht 7 gebildet ist, wird rückseitiges Belastungsmaterial 8 in einen durch die Elektrode 3 und die elektrischen Anschlüsse 5 und 6 definierten Bereich gegossen. Es ist zu bemerken, daß ein zuvor gebildetes rückseitiges Belastungselement 8 an die Stelle gelegt werden kann und an die Elektrode 3 und die elektrischen Anschlüsse 5 und 6 durch Klebstoff gebunden werden kann. Ein Beispiel für das rückseitige Belastungsmaterial 8 ist aus Epoxyharz zusammengesetzt, das Wolframpulver und Mikrohohlperlen enthält. Dieses Beispiel für das rückseitige Belastungsmaterial 8 wird bei Temperaturen höher als Zimmertemperatur weich und leicht verformbar. Ein zweites Beispiel für das rückseitige Belastungsmaterial 8 umfaßt gummiartiges Material, das bei Zimmertemperatur weich ist und einen hohen Dämpfungsfaktor für akustische Wellen hat.
Es ist zu bemerken, daß die erste akustische Anpassungsschicht 7 nach der Bereitstellung des rückseitigen Belastungsmaterials 8 gebildet werden kann.
Wie in Figur 3 gezeigt, werden die erste akustische Anpassungsschicht 7 und das piezoelektrische Element 4 durch Schneiden der vorstehenden Einkerbungen 9 mit einer geeigneten Vorrichtung wie einer Zerteilungssäge ("dicing saw") in Segmente unterteilt. Die elektrischen Anschlüsse 5 und 6 werden auch entlang der Einkerbungen 9 geschnitten. Die Einkerbungen 9 liegen vorbestimmte Abstände auseinander. Die Einkerbungen 9 erstrecken sich durch die erste akustische Anpassungsschicht 7 und das piezoelektrische Element 4 und erreichen das rückseitige Belastungsmaterial 8. Die unterteilten Segmente des piezoelektrischen Elements 4 bilden eine piezoelektrische Anordnung 4a. Die unterteilten Segmente des piezoelektrischen Elements 4 entsprechen jeweiligen Transmissions- und Empfangs- Kanälen der akustischen Wellen. Als ein Ergebnis der vorstehend erwähnten Schritte wird eine laminierte Kombination aus der akustischen Schicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 erhalten.
Wie in Fig. 4 gezeigt, hat ein Element 11 aus hartem Material wie Aluminium eine gebogene Oberfläche 11a mit einer vorbestimmten Krümmung. Das gebogene Element 11 hat eine zylindrische Oberfläche, deren Winkelausdehnung deutlich größer als 180 º ist. Mit anderen Worten deckt die zylindrische Oberfläche des gebogenen Elements 11 einen Winkelbereich, der beträchtlich größer als 180 º ist, ab. Beispielsweise deckt die zylindrische Oberfläche des gebogenen Elements 11 einen Winkelbereich größer als 270 º ab. Das gebogene Element 11 hat einen Träger 12, der abnehmbar auf einer Spannvorrichtung 10 befestigt ist. Führungsrollen 13 sind drehbar auf der Spannvorrichtung 10 durch Träger 14 befestigt.
Klebstoff wird sowohl auf die gebogene Oberfläche 11a des Elements 11 als auch auf eine freigelegte Oberfläche des rückseitigen Belastungsmaterials 8, die der piezoelektrischen Anordnung 4a abgewandt ist, aufgetragen. Dann wird die laminierte Kombination aus der ersten akustischen Anpassungsschicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 auf das gebogene Element 11 in solch einer Weise gelegt, daß das rückseitige Belastungsmaterial 8 dem gebogenen Element 11 gegenüberliegt. Nachdem ein mittlerer Bereich eines Preßfilms 15 aut der ersten akustischen Anpassungsschicht 7 ausgebreitet wurde, wird ein Ende des Preßfilms 15 durch einen Abstand zwischen dem Träger 12 des gebogenen Elements 11 und einer der Führungsrollen 13 durchgeführt, und das andere Ende des Preßfilms 15 wird durch einen Abstand zwischen dem Träger 12 und der anderen Führungsrolle 13 durchgeführt. Auf diese Weise befindet sich die laminierte Kombination aus der ersten akustischen Anpassungsschicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 zwischen dem gebogenen Element 11 und den Preßfilm 15 und wird zwischen den beiden angebracht. Zusätzlich binden die Führungsrollen 13 den Preßfilm 15 ein.
Durch Ziehen der Enden des Preßfilms 15 in die entgegengesetzten Richtungen wird der Preßfilm 15 dazu gezwungen, die laminierte Kombination aus der ersten akustischen Anpassungsschicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 gegen die gebogene Oberfläche 11a des gebogenen Elements 11 zu pressen, so daß die laminierte Kombination entlang der gebogenen Oberfläche 11a des gebogenen Elements 11 gebogen wird und das rückseitige Belastungsmaterial 8 durch den vorher aufgetragenen Klebstoff an die gebogene Oberfläche 11a gebunden wird. Auf diese Weise wird die piezoelektrische Anordnung 4a entlang eines Teils eines Kreises gekrümmt. Die Größe der piezoelektrischen Anordnung 4a wird so ausgewählt, daß die piezoelektrische Anordnung 4a einen vorbestimmten Winkelbereich, der deutlich größer als 180 º ist, abdeckt. Zum Beispiel deckt die piezoelektrische Anordnung 4a einen Winkelbereich von ungefähr 270 º ab.
Der Preßfilm 15 ist aus Polyethylenterephthalat hergestellt. Der Preßfilm 15 kann aus einem fluorhaltigen Harz wie PVF&sub2; hergestellt sein. In dem Fall, in dem der Preßfilm 15 einen großen Reibungskoeffizienten hat, kann ein Band aus fluorhaltigem Harz an die Oberfläche des Preßfilms 15 angebracht sein, die der ersten akustischen Anpassungsschicht 7 gegenüberliegt. Dieses Harzband läßt eine glatte Bewegung des Preßfilms 15 relativ zu der ersten akustischen Anpassungsschicht 7 zu, so daß die erste akustische Anpassungsschicht 7 gleichförmig durch den Preßfilm 15 gepreßt werden kann, und so kann die laminierte Kombination aus der ersten akustischen Anpassungsschicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 gleichförmig gekrümmt werden. Die gleichförmige Krümmung der laminierten Kombination ermöglicht eine gleichförmige Verteilung der Segmente der piezoelektrischen Anordnung 4a.
Nachdem das Biegen der laminierten Kombination aus der ersten akustischen Anpassungsschicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 beendet ist, wird der Preßfilm 15 gelockert und von der laminierten Kombination getrennt. Dann wird eine zweite akustische Anpassungsschicht 16 auf die erste akustische Anpassungsschicht 7 gelegt, und der Preßfilm 15 wird auf der zweiten akustischen Anpassungsschicht 16 ausgebreitet. Die zweite akustische Anpassungsschicht 16 ist vorzugsweise aus einem Film aus Klebstoff- Epoxyharz hergestellt. Durch Ziehen der Enden des Preßfilms 15 in die entgegengesetzten Richtungen wird der Preßfilm 15 dazu gezwungen, die zweite akustische Anpassungsschicht 16 gegen die erste akustische Anpassungsschicht 7 zu pressen, so daß die zweite akustische Anpassungsschicht 16 entlang der gekrümmten äußeren Oberfläche der akustischen Anpassungsschicht 7 gebogen wird und an die erste akustische Anpassungsschicht 7 wie in Fig. 5 gezeigt gebunden wird. In dem Fall, in dem ein Klebstofffilm "EA9626", hergestellt bei Hysol Japan Limited, für die zweite akustische Anpassungsschicht 16 verwendet wird, wird die zweite akustische Anpassungsschicht 16 vollständig an die erste akustische Anpassungsschicht 7 durch 90-minütiges Erhitzen der zweiten akustischen Anpassungsschicht 16 bei einer Temperatur von 90 ºC gebunden. Enden der Einkerbungen 9 werden durch die zweite akustische Anpassungsschicht verschlossen. Es wird verhindert, daß die zweite akustische Anpassungsschicht 16 in die Einkerbungen 9 eindringt, so daß die Einkerbungen 9 leer bleiben. Daher wird eine ausgezeichnete akustische Trennung zwischen den Segmenten der piezoelektrischen Anordnung 4a erreicht, und eine Kreuzkopplung zwischen den Anordnungssegmenten wird wirkungsvoll verhindert.
Es ist zu bemerken, daß die Einkerbungen 9 mit Material mit einem großen Dämpfungsfaktor für akustische Wellen gefüllt sein können. Das Belastungsmaterial stellt eine ausgezeichnete akustische Trennung zwischen den Segmenten der piezoelektrischen Anordnung 4a sicher.
Nachdem die zweite akustische Anpassungsschicht 16 an die erste akustische Anpassungsschicht 7 gebunden worden ist, wird der Preßfilm 15 gelockert und von der zweiten akustischen Anpassungsschicht 16 getrennt. Dann wird eine akustische Linse 17 auf die zweite akustische Anpassungsschicht 16 gelegt und ein Halteelement 18 wird auf die akustische Linse 17 gelegt. Wie in Figur 7 gezeigt, befindet sich die akustische Linse 17 so, daß ihre konvexe Oberfläche nach außen zeigt. Die akustische Linse 17 ist vorzugsweise aus Silikonkautschuk oder Klebstoffmaterial hergestellt. Das Halteelement 18 hat eine konkave Oberfläche, die mit der konvexen Oberfläche der akustischen Linse 17 zusammenpaßt. Das Halteelement 18 ist aus einem flexiblen, weichen Material wie Silikonkautschuk, thermoplastischem Elastomer, Teflon oder Polyethylen hergestellt. Der Preßfilm 15 wird auf dem Halteelement 18 ausgebreitet. Durch Ziehen der Enden des Preßfilms 15 in die entgegengesetzten Richtungen wird der Preßfilm 15 dazu gezwungen, die akustische Linse 17 gegen die zweite akustische Anpassungsschicht 16 über das Halteelement 18 zu pressen, so daß die akustische Linse 17 entlang der gekrümmten äußeren Oberfläche der zweiten akustischen Anpassungsschicht 16 gebogen wird und an die zweite akustische Anpassungsschicht 16 wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, gebunden wird. Es ist anzumerken, daß Klebstoff zuvor zwischen der akustischen Linse 17 und der zweiten akustischen Anpassungsschicht 16 bereitgestellt werden kann. Obwohl die akustische Linse 17 die konvexe Oberfläche hat, stellt das Halteelement 18 sicher, daß die akustische Linse 17 gleichförmig gekrümmt ist und gleichförmig an die zweite akustische Anpassungsschicht 16 gebunden wird. Nachdem das Binden der akustischen Linse 17 an die zweite akustische Anpassungschicht 16 beendet ist, wird das Halteelement 18 von der akustischen Linse 17 entfernt.
Darauffolgend wird, wie in Fig. 8 gezeigt, ein flexibler elektrischer Anschluß 19a fest auf dem gebogenen Element 11 bereitgestellt. Die elektrischen Anschlüsse 6 und 19a werden über Drähte 20 aus Gold oder Aluminium durch Draht-Verbindungsprozesse für die jeweiligen Kanäle verbunden. Isoliermaterial 21 wie Epoxyharz wird in einen Bereich oberhalb der Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen 6 und 19a gegossen, um sie zu bedecken und zu isolieren. Dann wird ein flexibler elektrischer Anschluß 19b fest auf dem elektrischen Anschluß 19a bereitgestellt. Die elektrischen Anschlüsse 6 und 19b werden über Drähte aus Gold oder Aluminium durch Draht- Verbindungsprozesse für die jeweiligen Kanäle verbunden. Isoliermaterial 21 wie Epoxyharz wird in einen Bereich oberhalb der Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen 6 und 19b gegossen, um sie zu bedecken und zu isolieren. Dann wird ein flexibler elektrischer Anschluß 19c test auf dem elektrischen Anschluß 19b bereitgestellt. Die elektrischen Anschlüsse 6 und 19c werden über Drähte aus Gold oder Aluminium durch Draht-Verbindungsprozesse für die jeweiligen Kanäle verbunden. Isoliermaterial 21 wie Epoxyharz wird in einen Bereich oberhalb der Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen 6 und 19c gegossen, um sie zu bedecken und zu isolieren. Solche Schritte werden wiederholt. Die elektrischen Anschlüsse 19a bis 19c werden zu einer laminierten Struktur kombiniert, was eine kompakte Bauart des Ultraschall-Prüfkopfs ermöglicht. Die elektrischen Anschlüsse 19a bis 19c werden über ein Verbindungsstück (nicht gezeigt) mit einem Kabel (nicht gezeigt) verbunden.
Diese Ausführungsform kann in verschiedenen Weisen wie folgt modifiziert werden. In einer ersten Modifizierung hat das rückseitige Belastungselement 8 eine Schichtstruktur. In einer zweiten Modifizierung sind die Dicke und Höhe des Trägers 12 des gebogenen Elements 11 so ausgewählt, daß die piezoelektrische Anordnung 4a sich im wesentlichen entlang eines Vollkreises erstrecken kann, und so kann die piezoelektrische Anordnung 4a einen Winkelbereich von ungefähr 360 º abdecken. In einer dritten Modifizierung umfaßt die piezoelektrische Anordnung 4a ein hochpolymeres piezoelektrisches Element aus Polyvinylidenfluorid oder ein piezoelektrisches Verbundwerkstoff- Element aus piezoelektrischer Keramik und hochpolymeren Harz, und es ist jeweils dem hochpolymeren Element und dem Verbundwerkstoff-Element durch Elektroden ermöglicht, einen Aufbau einer Anordnung zu haben. In einer vierten Modifizierung ist mindestens eine Schicht von den akustischen Anpassungsschichten 7 und 16, dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 und der akustischen Linse 17 ausgelassen. In einer fünften Modifizierung wird das rückseitige Belastungsmaterial 8 nicht an das gebogene Element 11 gebunden. In einer fünften Modifizierung wird der Preßfilm 15 durch eine Vorrichtung ersetzt, die einen Druck auf das rückseitige Belastungselement 8 oder eine andere Schicht ausübt, wobei die laminierte Kombination aus der ersten akustischen Anpassungsschicht 7, der piezoelektrischen Anordnung 4a und dem rückseitigen Belastungsmaterial 8 entlang der Oberfläche des gebogenen Elements 11 gebogen wird. In einem Beispiel der fünften Modifizierung wird das rückseitige Belastungselement 8 zuvor zu einer Form ähnlich dem Preßfilm 15 gemacht, und das rückseitige Belastungselement 8 wird durch Verwendung der Führungsrollen 13 einem Druck für das Biegen unterworfen, und dann werden überschüssige Bereiche des rückseitigen Belastungselements 8 weggeschnitten. In einer sechsten Modifizierung wird der Preßfilm 15 durch eine Vorrichtung ersetzt, die einen Druck auf die zweite akustische Anpassungsschicht 16 anlegt, wobei sie entlang der äußeren Oberfläche der ersten akustischen Anpassungsschicht 7 gebogen wird. Bei einem Beispiel der sechsten Modifizierung wird die zweite akustische Anpassungsschicht 16 zuvor zu einer Form gemacht, die der des Preßfilms 15 ähnlich ist, und die zweite akustische Anpassungsschicht 16 wird durch Verwendung der Führungsrollen 13 für das Biegen einem Druck unterworfen, und dann werden überschüssige Bereiche der zweiten akustischen Anpassungsschicht 16 weggeschnitten. In einer siebenten Ausführungsform wird der Preßfilm 15 durch eine Vorrichtung ersetzt, die einen Druck auf die akustische Linse 17 oder das Halteelement 18 ausübt, wobei die laminierte Kombination aus den Schichten 17 und 18 entlang der Oberfläche des gebogenen Elements 16 gebogen wird. In einem Beispiel der siebenten Modifizierung wird das Halteelement 18 zuvor zu einer Form gemacht, die ähnlich der des Preßfilms 15 ist, und das Halteelement 18 wird durch Verwendung der Führungsrollen 13 für das Biegen einem Druck unterworfen, und dann werden überschüssige Bereiche des Halteelements 18 weggeschnitten. In einer achten Modifizierung wird der Preßfilm 15 an einer Position unterhalb des gebogenen Elements 11 verschränkt bzw. gekreuzt. In einer neunten Modifizierung hat die piezoelektrische Anordnung 4a eine konkave Konfiguration oder eine wellenförmige Konfiguration.
Ein Schichtkörper wird gebildet. Der Schichtkörper umfaßt Schichten. Eine der Schichten umfaßt eine piezoelektrische Anordnung. Der Schichtkörper wird an sowohl einen Preßfilm als auch ein gebogenes Element mit einer gebogenen Außenfläche angebracht. Ein Druck wird auf den Preßfilm ausgeübt, wobei der Schichtkörper gegen die gebogene Außenfläche des gebogenen Elements gepreßt wird, so daß der Schichtkörper entlang der gebogenen Außenfläche des gebogenen Elements gebogen wird. Die Verwendung des Preßfilms kann durch ein Verfahren ersetzt werden, bei dem auf mindestens eine der Schichten ein Druck ausgeübt wird, wobei der Schichtkörper gebogen wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallprüfkopfs, umfassend den Schritt zur:

Bildung eines Schichtkörpers mit Schichten, wobei eine der Schichten eine piezoelektrische Anordnung (4a) umfaßt;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner folgende Schritte umfaßt:

Anbringen des Schichtkörpers an ein gebogenes Element (11), das eine gebogene Außenfläche (11a) hat; und

Ausüben eines Drucks auf mindestens eine der Schichten, wobei der Schichtkörper gegen die gebogene Außenfläche (11a) des gebogenen Elements (11) gepreßt wird und wodurch der Schichtkörper entlang der gebogenen Außenfläche (11a) des gebogenen Elements (11) gebogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßfilm (15) verwendet wird,

der in dem Schritt zum Anbringen des Schichtkörpers an den Schichtkörper angebracht wird, und

auf den in dem Schritt zur Ausübung eines Drucks ein Druck ausgeübt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mehrere Schritte zum Anbringen und zur Ausübung von Druck umfaßt, wobei

in einem ersten Schritt zum Anbringen ein Schichtkörper, umfassend ein rückseitiges Belastungselement (8), eine piezoelektrischen Anordnung (4a), die sich auf dem rückseitigen Belastungselement erstreckt, und eine erste akustische Anpassungsschicht (7), die sich auf der piezoelektrischen Anordnung erstreckt, an das gebogene Element (11) angebracht wird, wobei das rückseitige Belastungselement (8) der gebogenen Außenfläche (11a) des gebogenen Elements (11) gegenüberliegt, und dann der Schichtkörper entlang der gebogenen Außenfläche (11a) des gebogenen Elements (11) in dem ersten Schritt zur Ausübung von Druck gebogen wird;

in einem zweiten Schritt zum Anbringen und zur Ausübung von Druck eine zweite akustische Anpassungsschicht (16) an die gebogene Außenfläche der ersten akustischen Anpassungsschicht (7) angebracht wird mit und entlang dieser Fläche gebogen wird; und

in einem dritten Schritt zum Anbringen und zur Ausübung von Druck eine Kombination einer akustischen Linse (17) und einem Halteelement (18) an die gebogene Außenfläche der zweiten akustischen Anpassungsschicht (16) angebracht wird und entlang dieser Fläche gebogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßfilm (15) verwendet wird,

der jeweils in jedem der Schritte zum Anbringen an den Schichtkörper, die zweite akustische Anpassungsschicht (16) oder das Halteelement (18), angebracht wird;

auf den in dem jeweiligen Schritt zur Ausübung von Druck ein Druck ausgeübt wird; und

der von dem Schichtkörper oder der zweiten akustischen Anpassungsschicht (16) nach dem jeweiligen Schritt zur Ausübung von Druck getrennt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schritte zur Ausübung von Druck:

das Führen des Preßfilms (15) durch Führungselemente (13); und

das Ziehen entgegengesetzter Enden des Preßfilms (15) in jeweils entgegengesetzte Richtungen

umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßfilm (15) einen kleinen Reibungskoeffizient hat.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (18) aus einem weichen Material hergestellt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite akustische Anpassungsschicht (16) einen Film aus Klebstoff-Harz umfaßt.

9. Ultraschallprüfkopf, umfassend:

eine rückseitige Belastungsschicht (8);

eine Schicht, umfassend eine piezoelektrische Anordnung (4a); und

eine erste akustische Anpassungsschicht (7);

wobei die rückseitige Belastungsschicht (8), die Schicht (4) mit der piezoelektrischen Anordnung und die erste akustische Anpassungsschicht (7) zu einer Schichtstruktur kombiniert sind; die Schicht (4) mit der piezoelektrischen Anordnung sich zwischen der rückseitigen Belastungsschicht (8) und der ersten akustischen Anpassungsschicht (7) erstreckt; die Schicht (4) mit der piezoelektrischen Anordnung und die erste akustische Anpassungsschicht (7) Einkerbungen (9) haben, durch die Segmente der piezoelektrischen Anordnung (4a) akustisch getrennt sind; die Schichtstruktur sich krümmt; die Segmente der piezoelektrischen Anordnung (4a) entlang einer gekrümmten Linie ausgerichtet sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstruktur ferner:

eine zweite akustische Anpassungsschicht (16); und

eine Schicht mit einer akustischen Linse (17) umfaßt;

wobei die Schicht (4) mit der piezoelektrischen Anordnung, die erste akustische Anpassungsschicht (7) und die zweite akustische Anpassungsschicht (16) sich zwischen der rückseitigen Belastungsschicht (8) und der Schicht mit der akustischen Linse erstreckt; die zweite akustische Anpassungsschicht (16) sich zwischen der ersten akustischen Anpassungsschicht (7) und der Schicht mit der akustischen Linse erstreckt; Enden der Einkerbungen (9) durch die zweite akustische Anpassungsschicht (16) verschlossen sind; und eine Fluchtlinie der Segmente der piezoelektrischen Anordnung (4a) einen Winkelbereich größer als 180 º abdeckt.

10. Ultraschallprüfkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf ferner eine Schichtstruktur mit flexiblen elektrischen Anschlüssen (19) und Elementen (21), die die elektrischen Anschlüsse voneinander isolieren, und Einrichtungen (20), um die elektrischen Anschlüsse elektrisch mit den jeweiligen Segmenten der piezoelektrischen Anordnung (4a) zu verbinden, umfaßt.