-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Sachgebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Verbund-Ultraschallwandler, gebildet durch eine regelmäßige Anordnung
einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramiksäulen in einer Harzplatte. Ein
solcher Verbund-Ultraschallwandler ist bei medizinischen Ultraschalldiagnostikvorrichtungen
und industriellen, zerstörungsfreien
Prüfvorrichtungen
anwendbar.
-
Beschreibung des Stands
der Technik
-
Eine piezoelektrische Keramikplatte
ist für lange
Zeit als Ultraschallwandler verwendet worden. Allerdings besitzt
die piezoelektrische Keramikplatte eine akkustische Impedanz von
ungefähr
30 106 kg/m2s (Mrayl),
was viel höher
als eine akkustische Impedanz von ungefähr 1,5 106 kg/m2s (Mrayl) irgendeines biologischen Objekts
ist, und besitzt deshalb eine niedrige Effektivität einer Übertragung
von Ultraschallwellen von der piezoelektrischen Keramikplatte auf
das biologische Objekt. Zusätzlich
besitzt, verglichen mit piezoelektrischem Harz, wie beispielsweise
Polyvinylidenfluorid, die piezoelektrische Keramikplatte eine niedrige
Effektivität
beim Aufnehmen eines Ultraschallsignals, um es in ein elektrisches
Signal umzuwandeln, während
sie eine hohe Effektivität
zum Umwandeln eines elektrischen Signals in ein Ultraschallsignal
hat. Im Hinblick auf diese Probleme ist ein Verbund-Ultraschallwandler,
gebildet aus einer Harzplatte, umfassend ein Feld aus einer Vielzahl von
kleinen, piezoelektrischen Keramiksäulen, vorgeschlagen und studiert
worden (siehe IEEE Trans.Sonics Ultrasonics, Vol. SU-32, 1985, Seiten 481–497).
-
Ein Verbund-Ultraschallwandler wurde,
in der Anfangsstufe, durch Anordnen von piezoelektrischen Keramiksäulen, von
denen jede eine kreisförmige
Form in einem Querschnitt senkrecht zu einer Längsachse besitzt, und durch
Füllen
des Raums zwischen diesen Keramiksäulen mit Harz, hergestellt.
Die piezoelektrischen Keramiksäulen
hatten jeweils einen Querschnittsdurchmesser von mindestens ungefähr 300 μm. Es ist
bekannt, dass verschiedene Charakteristika des Verbund-Ultraschallwandlers
von der Dimension der piezoelektrischen Keramiksäule und der Frequenz der Ultraschallwelle
abhängen.
Zum Beispiel sollten, falls der Verbund-Ultraschallwandler in einem
höheren
Frequenzbe reich verwendet wird, die piezoelektrischen Keramiksäulen, die
jeweils einen kleineren Querschnittsflächenbereich haben, im Hinblick
auf die Empfindlichkeitscharakteristik verwendet werden. Aufgrund
solcher Umstände
wird, auf dem Gebiet der medizinischen Ultraschalldiagnostik, unter
Verwendung von Ultraschallwellen in dem Frequenzbereich von mindestens
2,5 MHz, der Verbund-Ultraschallwandler, umfassend das Feld aus
piezoelektrischen Keramiksäulen,
die jeweils einen Querschnittsflächenbereich
von 300μm
oder mehr haben, nicht eingesetzt.
-
Auf dem Gebiet der Halbleiter um
1980 herum begann es, dass eine Unterteilungstechnik unter Verwendung
einer Diamandsäge,
um ein Siliziumsubstrat zu schneiden, eingesetzt wurde. Die Unterteilungstechnik
wurde auch zum Herstellen eines Verbund-Ultraschallwandlers verwendet,
der in dem Frequenzbereich von 2,5 MHz oder mehr verwendet werden
kann.
-
Zum Beispiel wird, gemäß der japanischen Patentoffenlegung
Nr. 58-22046, eine piezoelektrische Keramikplatte zuerst auf einem
Ferrit-Substrat angeklebt und die Keramikplatte wird seitlich und
vertikal mit einer Teilung von 300 μm unter Verwendung der Unterteilungstechnik
geschnitten. Demzufolge wird eine Vielzahl von piezoelektrischen
Keramiksäulen,
von denen jede einen quadratischen Querschnitt von ungefähr 150 μm × 150 μm besitzt,
feldmäßig auf dem
Ferrit-Substrat an Positionen entsprechend zu Knoten eines quadratischen
Netzwerks (nachfolgend bezeichnet als „quadratisches Netzwerkfeld") angeordnet. Geschnittene
Nuten zwischen den piezoelektrischen Keramiksäulen werden mit einer Harzschicht gefüllt und
danach werden die Harzschicht und die Vielzahl von piezoelektrischen
Keramiksäulen
von dem Ferrit-Substrat getrennt, um einen plattenähnlichen
Verbund-Ultraschallwandler zu bilden, wie dies schematisch in einer
Draufsicht in 4A und
in der Seitenansicht der 4B dargestellt
ist. Genauer gesagt wird eine Mehrzahl von feinen, piezoelektrischen
Keramiksäulen 2,
von denen jede einen quadratischen Querschnitt besitzt, in dem quadratischen Netzwerk
in einer Harzplatte 3 in einem Verbund-Ultraschallwandler 1 angeordnet.
-
Ein Problem eines Verbund-Ultraschallwandlers 1 ist
dasjenige, dass ein unerwünschter,
lateraler Mode einer Hochfrequenzresonanz in einer Richtung parallel
zu einer Hauptfläche
eines plattenähnlichen Wandlers 1 auftritt,
während
ein erwünschter
vertikaler Mode einer Ultraschalloszillation in einer Richtung der
Dicke des Wandlers 1 erzeugt wird. Falls die Resonanz im
lateralen Mode in einem Frequenzbereich nahe zu einem Fre quenzband
der Ultraschalloszillation im vertikalen Mode verwendet wird, zum
Beispiel für
Ultraschalldiagnostiken, beschleunigt der laterale Resonanzmode
eine Ausbreitung von Ultraschallwellen, verursacht durch die Resonanz
im vertikalen Mode, was zu einer Verringerung der Auflösung eines Ultraschallbilds
führt.
Um die Verringerung der Auflösung
zu vermeiden, wird eine zentrale Frequenz, verwendet für die Diagnostik,
auf die Hälfte
der Resonanzfrequenz im lateralen Mode oder geringer begrenzt. Die
Auflösung
des Ultraschallbilds wird auch durch Verringerung der Frequenz von
verwendeten Ultraschallwellen verringert.
-
Allgemein ist die Frequenz der Resonanz
im lateralen Mode des Verbund-Ultraschallwandlers
umgekehrt proportional zu der Teilung des Felds der piezoelektrischen
Keramiksäulen.
Deshalb kann die Feldteilung feiner gemacht werden, um die Frequenz der
Resonanz im lateralen Mode zu erhöhen. In einem Verbund-Ultraschallwandler 1,
wie er in den 4A und 4B dargestellt ist, weist
eine wahlweise Seite einer wahlweisen, piezoelektrischen Keramiksäule 2,
die die quadratischen Querschnittsflächen besitzt, parallel zu einer
Seite einer anderen, keramischen Säule, am nächsten angeordnet zu der einen, wahlweisen,
keramischen Säule
besitzt, hin. Es wird davon ausgegangen, dass es wahrscheinlich
ist, dass die Resonanz des lateralen Modes aufgrund der Wechselwirkung
zwischen den Seiten, die parallel zueinander hinweisen und nahe
zueinander liegen, auftritt.
-
Unter solchen Umständen, und
mit einem Fortschritt auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen-Lithografie,
schlägt
die japanische Patentoffenlegung Nr. 4-232425 (US-Patent 5,164,920)
einen Verbund-Ultraschallwandler vor, wie dies in 6 dargestellt ist, hergestellt unter
Verwendung der Röntgenstrahlenlithografie.
Wie insbesondere die perspektivische Ansicht der 6 zeigt, umfasst ein Verbund-Ultraschallwandler 1a eine
Mehrzahl von schräg
verlaufenden, piezoelektrischen, keramischen Säulen 2a, regelmäßig angeordnet
in einer Harzplatte 3a. Genauer gesagt besitzt jede schräg verlaufende
bzw. konische, piezoelektrische, keramische Säule 2a eine trapezförmige Form
an einem Längsquerschnitt,
umfassend eine longitudinale, zentrale Achse, und besitzt eine hexagonale
Form an einem Querschnitt senkrecht zu der zentralen Achse.
-
Jede der piezoelektrischen, keramischen Säulen 2a ist
so gebildet, dass sie den hexagonalen Querschnitt besitzt, um dicht
keramische Säulen 2a in
der Harzplatte 3a anzuordnen. Jede der piezoelektrischen,
keramischen Säulen 2a ist
konisch verlaufend, um zu ermöglichen,
dass eine Seite einer wahlweisen, keramischen Säule 2a den hexagonalen Querschnitt
zu einem Winkel zweimal dem Konuswinkel zu einer Seite einer anderen
einen keramischen Säule,
angeordnet am nächsten
der einen keramischen Säule,
ohne parallel dazu hinzuweisen, besitzt. Mit anderen Worten liegen
diese Seiten, die am nächsten
zueinander hinweisen, nicht parallel zueinander, so dass die Wechselwirkung
zwischen diesen Seiten abnimmt und demzufolge davon ausgegangen
wird, dass die unerwünschte
Resonanz im lateralen Mode unterdrückt wird.
-
Es wird davon ausgegangen, dass dann, wenn
ein Konuswinkel von piezoelektrischen Keramiksäulen 2a größer gemacht
wird, die nicht erwünschte
Resonanz im lateralen Mode stärker
unterdrückt
werden könnte.
Allerdings könnte,
falls der Konuswinkel zu groß gemacht
wird, der erwünschte, vertikale
Oszillationsmode in einer longitudinalen Richtung der piezoelektrischen
Keramiksäulen 2a nicht
gleichförmig
werden. Weiterhin würde
es, gerade dann, wenn die Röntgenstrahlenlithografie
verwendet wird, schwierig sein, eine feine, piezoelektrische Keramiksäule 2a zu
bilden, die einen präzise kontrollierten
Konuswinkel und einen hexagonalen Querschnitt besitzt.
-
Piezoelektrische Verbundmaterialien
im ultrafeinen Maßstab
für Hochfrequenz-Ultraschallbilderzeugungsfelder
sind aus B. G. Pazol et al. IEEE Ultrasonics Symposium, November
1995, bekannt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Verbund-Ultraschallwandler zu schaffen, der relativ
einfach mit einer ausreichend unterdrückten, unterwünschten
Resonanz im lateralen Mode hergestellt werden kann.
-
Ein Verbund-Ultraschallwandler gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie er in dem Anspruch 1 angegeben ist, umfasst eine
Harzplatte und eine Vielzahl von feinen, piezoelektrischen Keramiksäulen, die
gleichmäßig darin
angeordnet sind, wobei jede der piezoelektrischen Keramiksäulen eine
im Wesentlichen kreisartige Form in einem Querschnitt senkrecht
zu einer Längsmittelachse
jeder Säule
hat und im Wesentlichen in einer Richtung einer Dicke der Harzplatte
durch die Harzplatte hindurchtritt, und wobei die Mittenachsen der
Vielzahl von piezoelektrischen Keramiksäulen auf einer Hauptfläche auf
der gesamten Harzplatte an Positionen im Wesentlichen entsprechend
zu Knoten des Netzes eines regelmäßigen Dreiecks angeordnet sind.
-
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden,
detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher
werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen
wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1A stellt
schematisch eine Draufsicht eines Verbund-Ultraschallwandlers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, und 1B stellt
eine Seitenansicht davon dar.
-
2A–2J zeigen Querschnittsansichten, die
schematisch ein Herstellverfahren des Verbund-Ultraschallwandlers,
dargestellt in 1, zeigen.
-
3 zeigt
eine schematische Draufsicht, die eine Stelle darstellt, wo eine
Schleife einer auftreffenden Welle erzeugt werden soll, wenn eine
Resonanz im lateralen Mode in dem Verbund-Ultraschallwandler der
vorliegenden Erfindung auftritt.
-
4A stellt
schematisch eine Draufsicht eines Verbund-Ultraschallwandlers gemäß dem Stand der
Technik dar, und 4B stellt
eine Seitenansicht davon dar.
-
5 zeigt
eine schematische Draufsicht, die eine Stelle einer Schleife einer
stehenden Welle in dem lateralen Oszillationsmode, erzeugt in dem Verbund-Ultraschallwandler,
dargestellt in 4A, zeigt.
-
6 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel
eines Verbund-Ultraschallwandlers nach dem Stand der Technik darstellt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In der Draufsicht der 1A und der Seitenansicht
der 1B ist ein Beispiel
eines Verbund-Ultraschallwandlers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Eine Vielzahl
von piezoelektrischen Keramiksäulen 2b ist
regelmäßig in eine
Harzplatte 3b in einem Verbund-Ultraschallwandler 1b angeordnet.
Jede der Piezoelektrischen Keramiksäulen 2b besitzt eine
rechtwinklige Form an einem Längsquerschnitt,umfassend
eine Längsmittenachse
der Säule,
und besitzt eine kreisförmige
Form an einem Querschnitt senkrecht zu der Mittenachse. Mit anderen
Worten ist jede der piezoelektrischen Keramiksäulen 2b nicht schräg bzw. konisch
verlaufend und besitzt einen konstanten Querschnittsdurchmesser.
Die Mittenachsen dieser piezoelektrischen Keramiksäulen 2b sind
an Positionen entsprechend zu Knoten eines Netzwerks eines regel mäßigen Dreiecks
auf dem gesamten einer Hauptfläche
einer Harzplatte 3b angeordnet (nachfolgend bezeichnet
als „regelmäßig Dreieck-Netzwerk-Feld").
-
Die schematischen Querschnitte der 2A–2J stellen
ein Beispiel eines Herstellverfahrens des Verbund-Ultraschallwandlers,
dargestellt in 1A und 1B, dar. Wie 2A zeigt, wird eine für Röntgenstrahlung empfindliche
Harzschicht 11 auf einem leitfähigen Substrat 10 gebildet.
Eine Synchrotron-Strahlung (SR) wird zu der Resist-Schicht 11 über eine
Röntgenstrahlen-Maske 12 gerichtet.
Die Röntenstrahlen-Maske 12 umfasst
eine Membran 12a, gebildet aus Siliziumnitrid, mit einer
Dicke von 2 μm,
und ein Röntgenstrahlen-Absorptionsmuster 12b,
gebildet aus einem Wolframfilm mit einer Dicke von 5 μm. Das Röntenstrahlenabsorptionsmuster 12b umfasst
eine Vielzahl von kreisförmigen Öffnungen,
feldmäßig so angeordnet,
um ein Netzwerk eines regelmäßigen Dreiecks
zu bilden. Eine Schablonenmaske (Metallnetz ohne die Membran), hergestellt
durch die Fotolithografie und Plattieren, kann als Röntenstrahlenmaske
verwendet werden.
-
Wie 2B zeigt,
wird die Resist-Schicht 11, unterworfen der SR-Bestrahlung,
entwickelt, und eine Resist-Strucktur 11a wird gebildet.
-
Wie 2C zeigt,
wird eine Nickelform 13 durch Plattieren mit Nickel unter
Verwendung eines leitfähigen
Substrats 10 als eine Elektrode zum Plattieren gebildet.
Die Nickelform 13 umfasst eine Vielzahl von feinen Zylindern,
angeordnet entsprechend dem regelmäßigen Dreieck-Netzwerk-Feld.
Zum Beispiel sind die Mittenachsen der Zylinder mit einer Beabstandung
von 46 μm
angeordnet, und jeder Zylinder kann einen Querschnittsdurchmesser
von 30 μm und
eine Höhe
von 300 μm
haben.
-
Wie 2D zeigt,
erzeugt eine Harzform, unter Verwendung einer Nickelform 13,
eine Harzform 14. Die Harzform 14, getrennt von
der Harzform 13, besitzt eine negative Struktur, erzeugt
durch die Struktur der Form 13, und umfasst eine Vielzahl
von feinen Löchern,
angeordnet entsprechend dem regelmäßigen Dreieck-Netzwerk-Feld.
Zum Beispiel sind die Mittenachsen der Löcher mit einer Beabstandung
von 46 μm
angeordnet und jedes Loch kann einen Querschnittsdurchmesser von
30 μm und
eine Tiefe von 300 μm
haben.
-
Wie 2E zeigt,
wird eine Schlämme
einer piezoelektrischen Keramik auf die Harzform 14 aufgebracht
und die Schlämme
wird getrocknet, um einen Trockenkuchen 15 der piezoelektrischen
Keramik zu bilden.
-
Wie 2F zeigt,
wird die Harzform 14 von dem Keramikkuchen 15 unter
Verwendung eines Sauerstoffplasmas 16 entfernt.
-
Wie 2G zeigt,
wird der piezoelektrische Keramikkuchen 15 auf 500°C erwärmt, um
Bindemittel davon zu entfernen, und danach bei 1200°C gesintert,
um eine leicht kontrahierte, gesinterte, piezoelektrische Keramikstruktur 15a herzustellen.
Die Beabstandung der Achsen der feinen Keramiksäulen, umfasst in der gesinterten,
piezoelektrischen Keramikstruktur 15a, beträgt, zum
Beispiel, ungefähr
38 μm, und
jede Keramiksäule
besitzt einen Querschnittsdurchmesser von ungefähr 25 μm und eine Höhe von ungefähr 250 μm.
-
Wie 2H zeigt,
wird die piezoelektrische Keramikstruktur 15a mit, zum
Beispiel, Epoxidharz 17 abgedeckt, und dementsprechend
wird der Raum zwischen den feinen Keramiksäulen mit Harz 17 gefüllt.
-
Wie 2I zeigt,
werden die Basis der Keramikstruktur 15a und die Basis
des Füllharzes 17 durch
Pollieren entfernt, um eine Vielzahl von feinen, piezoelektrischen
Keramiksäulen 2B mit
einer erwünschten
Höhe zu
belassen. Demzufolge wird ein Verbund-Ultraschallwandler 1b, bei
dem eine Vielzahl von feinen, piezoelektrischen Keramiksäulen 2b regelmäßig in einer
Harzplatte 3b angeordnet ist, erhalten. Allgemein tendiert,
falls die Länge
jeder piezoelektrischen Keramiksäule
verringert wird, oder der Verbund-Ultraschallwandler dünner gemacht wird, die Frequenz
der Ultraschallwellen, erzeugt durch den vertikalen Resonanzmode,
dazu, höher
zu werden.
-
Wie 2J zeigt,
sind eine obere Elektrode 18a und eine untere Elektrode 18b gebildet,
um ein elektrisches Signal zu dem Verbund-Ultraschallwandler 1b einzugeben
oder ein elektrisches Signal davon auszugeben. Jede der Elektroden 18a und 18b ist,
zum Beispiel, durch Niederschlagen einer Chromschicht, die eine
Dicke von 0,1 μm
besitzt, und einer Goldschicht, die eine Dicke von 0,4 μm besitzt, und
zwar durch Sputtern, gebildet.
-
Als ein erstes Beispiel der vorliegenden
Erfindung wurde ein Verbund-Ultraschallwandler 1b, dargestellt
in den 1A und 1B, tatsächlich entsprechend der Verfahrensschritte,
dargestellt in den 2A–2I, unter Verwendung von
Bleizirkunattitanat (PZT) als ein piezoelektrisches Material und
von Epoxidharz als ein Epoxidharzmaterial, hergestellt. In dem Verbundwandler 1B des
ersten Beispiels betrug eine Beabstandung von Mittenachsen einer
Vielzahl von feinen, piezoelektrischen Keramiksäulen 2b 38 μm und jede Keramiksäule 2b hatte
einen Querschnittsdurchmesser von 25 μm und eine Höhe von 110 μm. Ähnlich zu dem Verbund-Ultraschallwandler des
ersten Beispiels wurde ein Verbund-Ultraschallwandler 1,
wie er in den 4A und 4B dargestellt ist, tatsächlich als
ein Beispiel zum Vergleich gemäß den Verfahrensschritten,
dargestellt in den 2A–2B, unter Verwendung von
PZT und Epoxidharz, hergestellt. In diesem Vergleichsbeispiel betrug die
Beabstandung der Mittenachsen einer Vielzahl von feinen, piezoelektrischen
Keramiksäulen
2 38 μm
und jede Keramiksäule 2 besaß einen
quadratischen Querschnitt von 25 μm × 25 μm und eine
Höhe von
110 μm.
-
Das erste Beispiel und das Vergleichsbeispiel
wurden getestet und darauffolgend wurde Ultraschallfrequenz von
ungefähr
12 MHz, erzeugt durch die Resonanz im vertikalen Mode, in sowohl
dem ersten Beispiel als auch in dem Vergleichsbeispiel beobachtet.
Obwohl die nicht erwünschte
Resonanz mit lateralem Mode nicht in dem ersten Beispiel der vorliegenden
Erfindung beobachtet wurde, wurde die Resonanz im lateralen Mode
mit einer Frequenz von ungefähr
20 MHz und einem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von
ungefähr
20% in dem Vergleichsbeispiel beobachtet.
-
Um den Einfluss der nicht erwünchten Resonanz
im lateralen Mode, aufgetreten in dem Verbund-Ultraschallwandler,
zu vermeiden, sollte die Resonanzfrequenz im vertikalen Mode zumindest
die Hälfte
der Resonanzfrequenz im lateralen Mode sein. Allerdings ist es,
in dem Fall des Verbund-Ultraschallwandlers des Vergleichsbeispiels,
unmöglich,
die Ultraschallwellen, erzeugt durch die Resonanz im vertikalen
Mode, dahingehend zu schützen,
dass sie durch die nicht erwünschte
Resonanz im lateralen Mode beeinflußt werden, da die Ultraschallwellen, verursacht
durch die Resonanz im vertikalen Mode, die Frequenz von ungefähr 12 MHz
haben, die höher als
die Hälfte
der Frequenz, ungefähr
20 MHz, ist, verursacht durch die nicht erwünschte Resonanz im lateralen
Mode.
-
Als ein zweites Beispiel der vorliegenden
Erfindung wurde ein Verbund-Ultraschallwandlern,
der nur seine Dimensionen relativ zu dem Verbund-Ultraschallwandlern des ersten Beispiels
geändert
besaß, tatsächlich hergestellt.
Genauer gesagt betrug, gemäß dem zweiten
Beispiel, die Beabstandung der Mittenachsen einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramiksäulen 2b 69 μm, und jede
Keramiksäule 2b besaß einen
Querschnittsdurchmesser von 46 μm und
eine Höhe
von 230 μm.
Der Verbund-Ultraschallwandler
des zweiten Beispiels wurde getestet und darauffolgend wurden Ultraschallwellen,
verursacht durch die Resonanz im vertikalen Mode von 5,8 MHz, beobachtet.
Allerdings wurde die Resonanz im lateralen Mode nicht in dem Bereich
von 2–18
MHz beobachtet.
-
Wie zuvor beschrieben ist, wird die
nicht erwünschte
Resonanz im lateralen Mode in einem Verbund-Ultraschallwandler 1 erzeugt,
bei dem piezoelektrische Keramiksäulen 2, von denen
jede einen quadratischen Querschnitt besitzt, entsprechend dem quadratischen
Netzwerk-Feld angeordnet sind, während
die nicht erwünschte
Resonanz im lateralen Mode nicht in dem Verbund-Ultraschallwandler 1b beobachtet
wird, bei dem die piezoelektrischen Keramiksäulen 2b, die jeweils
einen kreisförmigen
Querschnitt haben, entsprechend dem Feld eines dreieckigen Netzwerks
angeordnet sind. Dafür
könnten zwei
Gründe
vorhanden sein, wie folgt.
-
Der erste Grund ist derjenige, dass
dann, wenn eine piezoelektrische Keramiksäule 2b einen kreisförmigen Querschnitt
besitzt, wie dies in 3 dargestellt
ist, die Seite der Keramiksäule 2b aus
einer gekrümmten
Fläche,
anstelle einer glatten Fläche,
gebildet ist. Genauer gesagt variiert, wenn die nicht erwünschte Resonanz
im lateralen Mode von einer pioezoelektrischen Keramiksäule zu einer
angrenzenden Keramiksäule
durch die Wechselwirkung der Seitenwände davon propagiert, die Dicke einer
Harzschicht 3b zwischen den Seitenwänden lokal. Deshalb würde eine
Entwicklung und Propagation des lateralen Resonanzmodes, mit einer
spezifischen Frequenz, durch die nicht Ungleichförmigkeit der Dicke der Harzschicht,
zwischen den Seitenwänden
der Keramiksäule 2b angrenzend
zueinander zwischenliegend, unterdrückt werden.
-
Der zweite Grund ist wie folgt. Falls
die piezoelektrische Keramiksäulen 2 entsprechend
einem quadratischen Netzwerk-Feld angeordnet sind, wie dies in 5 dargestellt ist, bildet
die Stelle der Schleife der stehenden Welle, erzeugt durch die nicht-erwünschte Resonanz
im lateralen Mode, eine gerade Linie, wie dies durch eine unterbrochene
Linie 4 dargestellt ist. Falls die piezoelektrischen Keramiksäulen 2b entsprechend
eines dreieckigen Netzwerk-Felds angeordnet sind, bildet die Lage
der Schleife der stehenden Welle der nicht-erwünschten Resonanz im lateralen
Mode ein hexagonales Netzwerk, wie dies durch eine unterbrochene
Linie 4b in 3 dargestellt
ist. Dementsprechend ist es, falls piezoelektrische Keramiksäulen 2 entsprechend
dem quadratischen Netzwerk-Feld angeordnet sind, wie dies in 5 dargestellt ist, wahrscheinlich,
dass die Resonanz im lateralen Mode auftritt, da die Lage der Schleife
der stehenden Welle linear fortführt.
Andererseits wird, falls die piezoelektrischen Keramiksäulen 2b entsprechend
des dreieckigen Netzwerk-Felds
angeordnet sind, wie dies in 3 dargestellt
ist, die Resonanz im lateralen Mode unterdrückt, da die Lage der Schleife
der stehenden Welle nicht kontinuierlich laufen könnte.
-
In einem Verbund-Ultraschallwandler 1b der vorliegenden
Erfindung werden der Effekt des kreisförmigen Querschnitts jeder piezoelektrischen
Keramiksäule 2b und
der Effekt des regelmäßigen Dreieck-Netzwerk-Felds
von Keramiksäulen 2b kombiniert,
um die nicht-erwünschte
Resonanz im lateralen Mode zu unterdrücken, und demzufolge wird die nicht-erwünschte Frequenz
im lateralen Mode nicht beobachtet.
-
Piezoelektrische Keramiksäulen 2b,
von denen jede einen kreisförmigen
Querschnitt besitzt, könnten
nachteilig für
ein dichtes Anordnen davon in der Harzplatte verglichen mit piezoelektrischen
Keramiksäulen 2a sein,
die den hexagonalen Querschnitt haben, wie dies in 6 dargestellt ist. Allerdings umfasst
der Verbund-Ultraschallwandler vorzugsweise piezoelektrische Keramiksäulen mit
einem Volumenanteil von ungefähr
40% in der Harzplatte unter Berücksichtigung
der Empfindlichkeit, wie dies in der japanischen Patentoffenlegung
Nr. 60-97800 (US-Patent 4,683,396) beschrieben ist. Der tatsächliche
Volumenanteil der piezoelektirschen Keramiksäulen in der Harzplatte des
Verbund-Ultraschallwandlers
des ersten Beispiels gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
39%. Dementsprechend wird der Volumenanteil von ungefähr 40% leicht
gerade dann erreicht, wenn piezoelektrische Keramiksäulen 2b jeweils
den kreisförmigen
Querschnitt haben. Die Verwendung von piezoelektrischen Keramiksäulen 2b,
von denen jede den kreisförmigen
Querschnitt besitzt, anstelle des hexagonalen Querschnitts, ist nicht
nachteilig.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein Verbund-Ultraschallwandler, der relativ einfach mit einer
ausreichend unterdrückten,
unerwünschten Resonanz
im lateralen Mode hergestellt werden kann, wie dies vorstehend beschrieben
ist, erhalten werden.