JP2000131298A - Ultrasonic probe - Google Patents
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は探傷装置、超音波診
断装置などに用いられる超音波探触子に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used for a flaw detector, an ultrasonic diagnostic apparatus, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から医療、探傷などの計測の分野で
用いられる超音波探触子では、超音波の送受信を行なう
圧電体は所望の送受信周波数fcの超音波を効率よく発生
させるため、半波長共振の振動モードが使用されてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, in an ultrasonic probe used in the field of measurement such as medical treatment and flaw detection, a piezoelectric body for transmitting and receiving ultrasonic waves is required to generate ultrasonic waves of a desired transmission / reception frequency fc efficiently. A wavelength resonance vibration mode is used.
【０００３】図１０は従来の超音波探触子の断面図であ
る。図１０において、１は超音波探触子、２は圧電体、
４はバッキング材、５は第１整合層、６は第２整合層、
１１は圧電体の両端面に設けられた電極、１２は電極１
１と図示していない送受信回路とを結合する信号線であ
る。図１０に示した構成において、信号線１２を通して
送信回路からの駆動信号が印加されると、圧電体２の内
部には厚み方向のひずみが発生し、その結果厚み方向の
縦振動の基本共振である半波長共振が強く励振されて、
超音波が放射される。したがって、圧電体２の厚みは、
放射される超音波の周波数の半波長にほぼ等しい。FIG. 10 is a sectional view of a conventional ultrasonic probe. In FIG. 10, 1 is an ultrasonic probe, 2 is a piezoelectric body,
4 is a backing material, 5 is a first matching layer, 6 is a second matching layer,
11 is an electrode provided on both end surfaces of the piezoelectric body, 12 is an electrode 1
1 is a signal line for coupling a transmission / reception circuit (not shown). In the configuration shown in FIG. 10, when a drive signal from a transmission circuit is applied through the signal line 12, a strain in the thickness direction is generated inside the piezoelectric body 2, and as a result, the fundamental resonance of the longitudinal vibration in the thickness direction is caused. A certain half-wave resonance is strongly excited,
Ultrasonic waves are emitted. Therefore, the thickness of the piezoelectric body 2 is
It is approximately equal to half the wavelength of the emitted ultrasonic wave.
【０００４】この場合には、圧電体に入る電気的パワー
は、バッキング材４の方にも音響パワーとして分配され
るため、被検体への音響パワーが少なくなり、超音波探
触子の効率を落とす原因になっている。In this case, the electric power entering the piezoelectric body is also distributed as acoustic power to the backing material 4, so that the acoustic power to the subject is reduced and the efficiency of the ultrasonic probe is reduced. It is a cause of dropping.
【０００５】圧電板の背面側に、圧電体とは異なる層を
設けて超音波探触子の効率を向上させる構造としては、
例えば特開昭５３−２５３９号公報に記載された超音波
探触子が知られている。図１１は、このような従来の超
音波探触子の斜視図を示す。A structure for improving the efficiency of the ultrasonic probe by providing a layer different from the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric plate includes:
For example, an ultrasonic probe described in JP-A-53-2539 is known. FIG. 11 is a perspective view of such a conventional ultrasonic probe.
【０００６】図１１において、１は超音波探触子、２は
圧電体、３は背面層、４はバッキング材、１２は電極層
である。以上の構成において、圧電体２は使用され送受
信周波数の１／４波長の厚みであり、背面層３は圧電体
２およびバッキング材４よりも大きな音響インピーダン
スを持ち、１／４波長あるいはその奇数倍の厚みに設計
されている。In FIG. 11, 1 is an ultrasonic probe, 2 is a piezoelectric body, 3 is a back layer, 4 is a backing material, and 12 is an electrode layer. In the above configuration, the piezoelectric body 2 is used and has a thickness of 1/4 wavelength of the transmission / reception frequency, and the back layer 3 has an acoustic impedance larger than that of the piezoelectric body 2 and the backing material 4, and is 1/4 wavelength or an odd multiple thereof. Designed for thickness.
【０００７】また圧電体２の材料は、酸化亜鉛などの圧
電材料であり、背面層３上にスパッタ等のプロセスによ
って作成されたものである。電極１２に駆動電圧を印加
することにより、圧電体２は１／４波長共振を行い、超
音波を放射する。この際、圧電体２の背面層側の端面か
らみたインピーダンスが大きくなるため、背面層３側へ
のエネルギーの放射が少なくなり、図１０に示すような
従来のものよりもやや効率の高い超音波探触子を実現し
ている。[0007] The material of the piezoelectric body 2 is a piezoelectric material such as zinc oxide, and is formed on the back layer 3 by a process such as sputtering. By applying a drive voltage to the electrode 12, the piezoelectric body 2 performs quarter-wave resonance and emits ultrasonic waves. At this time, since the impedance viewed from the end face on the back layer side of the piezoelectric body 2 becomes large, the radiation of energy to the back layer 3 side is reduced, and the ultrasonic wave having a slightly higher efficiency than the conventional one as shown in FIG. The probe has been realized.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては、スパッタ等のプロセスによって圧電体
を形成しているため、圧電体の厚みが数１０μｍ程度で
あり、その周波数は数１０ＭＨｚ程度になってしまい、
例えば超音波診断装置で一般的に使用されているような
数ＭＨｚ程度の周波数に適用することはできず、また圧
電体の厚みに対して動作面積が大きいｋｔモードでの駆
動方式であるため、素子の少なくとも１つの辺が、波長
と同程度に狭く、ポアソン比などが特性に大きく影響を
与え、かつ、ダイシングなどの微細加工が必要なアレイ
型素子には直接適用できないという問題点を有してい
た。However, in the prior art, since the piezoelectric body is formed by a process such as sputtering, the thickness of the piezoelectric body is about several tens μm, and the frequency is about several tens MHz. And
For example, it cannot be applied to a frequency of about several MHz, which is generally used in an ultrasonic diagnostic apparatus, and is a driving method in a kt mode in which an operation area is large with respect to a thickness of a piezoelectric body. There is a problem that at least one side of the element is as narrow as the wavelength, the Poisson's ratio and the like greatly affect the characteristics, and it cannot be directly applied to an array-type element that requires fine processing such as dicing. I was
【０００９】本発明は前記課題に鑑み、現在の汎用的な
医用超音波診断装置や超音波探傷装置等の超音波応用機
器に適用可能で、圧電体と背面層とを有する高感度なア
レイ型超音波探触子を提供することを目的とする。In view of the above-mentioned problems, the present invention is applicable to current ultrasonic applications such as general-purpose medical ultrasonic diagnostic equipment and ultrasonic flaw detectors, and is a highly sensitive array type having a piezoelectric body and a back layer. It is an object to provide an ultrasonic probe.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この問題点を解決するた
め、本発明のアレイ型超音波探触子では、圧電体とバッ
キング材との間に、圧電体とバッキング材よりも音響イ
ンピーダンスの大きな材料からなる背面層を設け、アレ
イを構成する各素子幅と、圧電体と背面層とをあわせた
厚みとの比を０．８以下とする構成としたものである。
また、背面層の厚さを送受信周波数における波長の０．
０５〜０．２５倍とし、また圧電体の厚みを送受信周波
数における波長の０．２〜０．３倍にすることによっ
て、超音波の送受信感度を最大にする構成としたもので
ある。In order to solve this problem, in the array type ultrasonic probe according to the present invention, the acoustic impedance between the piezoelectric body and the backing material is larger than that between the piezoelectric body and the backing material. A back layer made of a material is provided, and the ratio between the width of each element constituting the array and the total thickness of the piezoelectric body and the back layer is set to 0.8 or less.
Further, the thickness of the back layer is set to be equal to the wavelength of the transmission / reception frequency.
The transmission / reception sensitivity of the ultrasonic wave is maximized by setting the thickness of the piezoelectric body to 0.5 to 0.25 times and the thickness of the piezoelectric body to be 0.2 to 0.3 times the wavelength at the transmission / reception frequency.
【００１１】これにより、各超音波応用機器に適用可能
な高感度なアレイ型超音波探触子を実現することができ
る。As a result, a high-sensitivity array-type ultrasonic probe applicable to each ultrasonic application device can be realized.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、超音波を送受信する圧電体と、前記圧電体の背面側
に圧電体よりも大きな音響インピーダンスをもつ背面層
と、前記背面層より音響インピーダンスの小さなバッキ
ング材とを具備した多数の超音波送受信素子を少なくと
も１次元に配列したアレイ型超音波探触子であって、前
記超音波送受信素子の幅Ｗと、前記圧電体の厚みと前記
背面層の厚みとをあわせた厚みＴとの比が０．８以下で
あることを特徴とする超音波探触子であり、素子幅Ｗ
と、圧電体と背面層とをあわせた厚みＴとの比を０．８
以下に設定することにより、高感度なアレイ型超音波探
触子を構成できるという作用を有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a piezoelectric body for transmitting and receiving ultrasonic waves, a back layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric body, An array-type ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic transmitting / receiving elements each having a backing material having a smaller acoustic impedance than a layer are arranged in at least one dimension, wherein a width W of the ultrasonic transmitting / receiving element, An ultrasonic probe, wherein the ratio of the thickness to the total thickness T of the back layer is 0.8 or less, and the element width W
And the thickness T of the combined piezoelectric body and back layer is 0.8
By setting as follows, there is an effect that a highly sensitive array-type ultrasonic probe can be configured.
【００１３】請求項２に記載の発明は、超音波を送受信
する圧電体と、前記圧電体の背面側に圧電体よりも大き
な音響インピーダンスをもつ背面層と、前記背面層より
音響インピーダンスの小さなバッキング材とを具備した
多数の超音波送受信素子を少なくとも１次元に配列した
アレイ型超音波探触子であって、前記圧電体と前記背面
層とが、前記背面層よりも音響インピーダンスの大きな
接合層によって接合され、前記超音波送受信素子の幅Ｗ
と、前記圧電体の厚みと前記背面層の厚みとをあわせた
厚みＴとの比が０．８以下であることを特徴とする超音
波探触子であり、高感度なアレイ型超音波探触子を構成
できるという作用を有する。According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric body for transmitting and receiving ultrasonic waves, a back layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric body, and a backing having a smaller acoustic impedance than the back layer. An array-type ultrasonic probe in which a number of ultrasonic transmitting / receiving elements each having a material are arranged in at least one dimension, wherein the piezoelectric body and the back layer have a bonding layer having a larger acoustic impedance than the back layer. And the width W of the ultrasonic transmitting / receiving element
And a ratio of the total thickness T of the piezoelectric body to the thickness of the back layer is 0.8 or less, and is a highly sensitive array-type ultrasonic probe. It has the effect that a contact can be configured.
【００１４】請求項３に記載の発明は、背面層の厚み
が、送受信周波数における波長の０．０５〜０．２５倍
であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波
探触子であり、圧電体の厚みを前記の範囲に設定するこ
とにより、所望の送受信周波数において最大の感度が得
られるアレイ型超音波探触子を構成できるという作用を
有する。According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic probe according to the first or second aspect, the thickness of the back layer is 0.05 to 0.25 times the wavelength at the transmission / reception frequency. By setting the thickness of the piezoelectric body in the above range, there is an effect that an array-type ultrasonic probe that can obtain the maximum sensitivity at a desired transmission / reception frequency can be configured.
【００１５】請求項４に記載の発明は、圧電体の厚み
が、送受信周波数における波長の０．２〜０．３倍であ
ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
超音波探触子であり、圧電体の厚みを前記の範囲に設定
することにより、所望の送受信周波数において最大の感
度が得られるアレイ型超音波探触子を構成できるという
作用を有する。According to a fourth aspect of the present invention, the thickness of the piezoelectric body is 0.2 to 0.3 times the wavelength at the transmission / reception frequency. An ultrasonic probe, which has an effect that an array-type ultrasonic probe that can obtain the maximum sensitivity at a desired transmission / reception frequency can be configured by setting the thickness of the piezoelectric body in the above range.
【００１６】請求項５に記載の発明は、背面層が、切削
性のよい材料であることを特徴とする請求項１から４の
いずれかに記載の超音波探触子であり、切削が容易な材
料を背面層に用いることにより、アレイ型超音波探触子
に必要な微細な素子を容易に作製できるという作用を有
する。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the ultrasonic probe according to any one of the first to fourth aspects, wherein the back layer is made of a material having good cutting properties. The use of a suitable material for the back layer has an effect that a fine element required for an array-type ultrasonic probe can be easily manufactured.
【００１７】請求項６に記載の発明は、背面層が、チタ
ン酸鉛系のセラミック材料であることを特徴とする請求
項５記載の超音波探触子であり、切削の容易なチタン酸
鉛系のセラミック材料により、アレイ型超音波探触子に
必要な微細な素子を容易に作製できるという作用を有す
る。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the ultrasonic probe according to the fifth aspect, wherein the back layer is made of a lead titanate-based ceramic material. The system ceramic material has an effect that a fine element required for an array type ultrasonic probe can be easily manufactured.
【００１８】請求項７に記載の発明は、背面層が、タン
タル酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項５
記載の超音波探触子であり、加工性のよいタンタル酸リ
チウムを背面層に使用することにより、アレイ型超音波
探触子に必要な微細な素子を容易に作製できるという作
用を有する。The invention according to claim 7 is characterized in that the back layer is made of lithium tantalate single crystal.
The ultrasonic probe described above has an effect that a fine element required for an array-type ultrasonic probe can be easily manufactured by using lithium tantalate having good workability for the back layer.
【００１９】請求項８に記載の発明は、背面層のアレイ
方向の弾性率が、圧電体のアレイ方向の弾性率よりも小
さいことを特徴とする請求項１または３または４記載の
超音波探触子であり、圧電体の縦振動に伴う横方向の変
形を抑制することがないため、圧電体の電気機械結合係
数を高く維持することができ、高感度なアレイ型超音波
探触子を構成できるという作用を有する。According to an eighth aspect of the present invention, the elastic modulus of the back layer in the array direction is smaller than the elastic modulus of the piezoelectric body in the array direction. Since it is a probe and does not suppress the deformation of the piezoelectric body in the horizontal direction due to longitudinal vibration, it is possible to maintain a high electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body, and to provide a high-sensitivity array-type ultrasonic probe. It has the effect that it can be configured.
【００２０】請求項９に記載の発明は、圧電体と背面層
とが、音響インピーダンスが圧電体より小さい接着剤を
用いて接合され、かつ接着層の厚みが送受信周波数にお
ける波長の０．０１倍以下である請求項１または３から
９のいずれかに記載の超音波探触子であり、接着層の厚
みを前記の値に制御することにより、接着層による損失
を抑制し、高感度なアレイ型超音波探触子を構成できる
という作用を有する。According to a ninth aspect of the present invention, the piezoelectric body and the back layer are joined by using an adhesive whose acoustic impedance is smaller than that of the piezoelectric body, and the thickness of the adhesive layer is 0.01 times the wavelength at the transmission / reception frequency. The ultrasonic probe according to any one of claims 1 or 3 to 9, wherein a loss due to the adhesive layer is suppressed by controlling the thickness of the adhesive layer to the above-described value, and a high-sensitivity array is provided. It has the effect that a type ultrasonic probe can be constituted.
【００２１】請求項１０に記載の発明は、圧電体と背面
層とが、音響インピーダンスが圧電体より大きな金属膜
層を用いて接合された請求項２から８のいずれかに記載
の超音波探触子であり、このような構成により、接合に
起因する損失が無視できる高感度の超音波探触子を構成
できるという作用を有する。According to a tenth aspect of the present invention, in the ultrasonic probe according to any one of the second to eighth aspects, the piezoelectric body and the back layer are joined by using a metal film layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body. This is a probe, and has such an effect that a high-sensitivity ultrasonic probe in which loss due to bonding can be ignored can be configured.
【００２２】請求項１１に記載の発明は、請求項１から
１０のいずれかに記載の超音波探触子を有する超音波探
傷装置であり、高感度な超音波探触子を有する探傷装置
を構成できるという作用を有する。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic flaw detector having the ultrasonic probe according to any one of the first to tenth aspects, wherein the flaw detector having a high-sensitivity ultrasonic probe is provided. It has the effect that it can be configured.
【００２３】請求項１２に記載の発明は、請求項１から
１０のいずれかに記載の超音波探触子を有する超音波診
断装置であり、高感度な超音波探触子を有する診断装置
を構成できるという作用を有する。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus having the ultrasonic probe according to any one of the first to tenth aspects, wherein the diagnostic apparatus having the high-sensitivity ultrasonic probe is provided. It has the effect that it can be configured.
【００２４】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図９を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は第１の実施の形態における超音
波探触子の斜視図である。図１において、１は超音波探
触子、２は超音波を送受信する圧電体、３は圧電体２の
背面に設けられた背面層、４は背面層の背後に設けられ
超音波探触子１全体を支持しているバッキング材、５、
６は図示されていない被検体との音響的マッチングをと
るための第１および第２整合層、７は短軸方向のフォー
カスを行うための音響レンズ、８はアレイを構成するた
めに設けられたダイシングギャップ、９はダイシングギ
ャップに充填され超音波探触子の機械的強度を保つため
の充填材、１０はアレイを構成する超音波送受信素子で
ある。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a first embodiment. In FIG. 1, 1 is an ultrasonic probe, 2 is a piezoelectric body for transmitting and receiving ultrasonic waves, 3 is a back layer provided on the back of the piezoelectric body 2, and 4 is an ultrasonic probe provided behind the back layer. 1, a backing material supporting the whole, 5,
Reference numeral 6 denotes first and second matching layers for acoustic matching with a subject (not shown), reference numeral 7 denotes an acoustic lens for focusing in the short-axis direction, and reference numeral 8 denotes an array for forming an array. Dicing gaps 9 and 9 are fillers filled in the dicing gap to maintain the mechanical strength of the ultrasonic probe, and 10 is an ultrasonic transmitting / receiving element constituting an array.
【００２５】図２は本実施の形態における超音波探触子
の断面の模式図である。図２において、１１は圧電体２
の両端面に設けられた電極層、１２は圧電体の電極層に
接続された信号線であり、これらは図示されていない本
体内の送受信回路と接続されている。また１３は圧電体
２と背面層３を接合するための接着層である。以上のよ
うに構成された超音波探触子１の製造方法の一例を説明
する。FIG. 2 is a schematic diagram of a cross section of the ultrasonic probe according to the present embodiment. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a piezoelectric body 2
The electrode layers 12 provided on both end surfaces are signal lines connected to the electrode layers of the piezoelectric body, and these are connected to a transmitting / receiving circuit in the main body (not shown). Reference numeral 13 denotes an adhesive layer for joining the piezoelectric body 2 and the back layer 3. An example of a method for manufacturing the ultrasonic probe 1 configured as described above will be described.
【００２６】最初に、計測に用いる超音波の送受信周波
数を決定する。送受信周波数は測定対象の大きさ、測定
対象までの距離、所望の分解能などから決定される。送
受信周波数が決定した後、圧電体２の厚みを、設定した
送受信周波数と圧電体２の音速の関係で決まる波長に対
して０．２〜０．３倍程度に設定し、所定の厚みの圧電
体２を研削、研磨などにより作成する。また、厚み以外
の寸法に関しては、超音波探触子１の使用環境、測定対
象などを考慮して決定し、予めダイサやワイヤソウなど
により所定の寸法に加工しておけばよい。First, the transmission / reception frequency of the ultrasonic wave used for measurement is determined. The transmission / reception frequency is determined based on the size of the measurement target, the distance to the measurement target, a desired resolution, and the like. After the transmission / reception frequency is determined, the thickness of the piezoelectric body 2 is set to about 0.2 to 0.3 times the wavelength determined by the relationship between the set transmission / reception frequency and the sound speed of the piezoelectric body 2, and the piezoelectric body having a predetermined thickness is set. The body 2 is prepared by grinding, polishing, or the like. In addition, dimensions other than the thickness may be determined in consideration of the use environment of the ultrasonic probe 1, the measurement object, and the like, and may be processed in advance to a predetermined size using a dicer, a wire saw, or the like.
【００２７】圧電体２の材料は、ＰＺＴなどの圧電セラ
ミクス、または圧電コンポジット材料、圧電高分子材料
などの圧電性を有するものであれば良いが、電気機械結
合係数の大きいものが望ましい。この圧電体２の両面
に、焼付け・印刷・スパッタなどにより電極１１を形成
する。電極材料は、銀・金など導電性の良好なものであ
ればよく、音響特性上から、電極はなるべく薄く形成さ
れている事が好ましい。The material of the piezoelectric body 2 may be a piezoelectric ceramic such as PZT, or a material having piezoelectricity such as a piezoelectric composite material or a piezoelectric polymer material, and preferably has a large electromechanical coupling coefficient. The electrodes 11 are formed on both surfaces of the piezoelectric body 2 by printing, printing, sputtering, or the like. The electrode material may be a material having good conductivity such as silver or gold, and it is preferable that the electrode is formed as thin as possible from the viewpoint of acoustic characteristics.
【００２８】電極１１を形成した圧電体２の背面側に、
圧電体２より音響インピーダンスの大きな材料で構成さ
れている背面層３を、所定の寸法に加工したのち接着剤
により接合する。背面層３の厚みは、送受信周波数fcと
背面層３の音速Vbの関係で決まる波長に対して０．０５
〜０．２５倍程度に設定し、研削、研磨などにより作成
する。接着工程においては、ダイセットや専用の接着治
具などを使用し、接着層１３を可能な限り薄くすること
が必要である。On the back side of the piezoelectric body 2 on which the electrodes 11 are formed,
The back layer 3 made of a material having a higher acoustic impedance than the piezoelectric body 2 is processed into a predetermined size, and then joined with an adhesive. The thickness of the back layer 3 is 0.05 with respect to the wavelength determined by the relationship between the transmission / reception frequency fc and the sound speed Vb of the back layer 3.
It is set to about 0.25 times and formed by grinding, polishing, or the like. In the bonding step, it is necessary to use a die set or a dedicated bonding jig to make the bonding layer 13 as thin as possible.
【００２９】背面層３の材料は、圧電体２より音響イン
ピーダンスの大きいものであればよいが、圧電体２との
接合性の良好なもので、かつアレイを形成するために切
削性の良好な材料が望ましい。たとえば、チタン酸鉛系
のセラミック材料は音響インピーダンスが３０Ｍｋｇ/
（ｍ2・ｓ）以上のものが利用できるため、圧電体とし
てＰＺＴ系の圧電セラミックを使用した場合にも、背面
層としては適当な材料である。また、タンタル酸リチウ
ム単結晶は、カット方向を適切に選ぶことで音速が６０
００ｍ／ｓ〜７０００ｍ／ｓと、ＰＺＴなどの圧電セラ
ミックなどに比べて高速でかつ密度が７．４程度あり、
４０Ｍｋｇ/（ｍ2・ｓ）以上の音響インピーダンスで使
用することができる。また、ダイサなどにより加工する
ことも可能であるため、背面層として適当な材料であ
る。The material of the back layer 3 may be any material as long as it has a higher acoustic impedance than the piezoelectric body 2, but it has good bonding properties with the piezoelectric body 2 and good cutting properties for forming an array. Materials are preferred. For example, a lead titanate ceramic material has an acoustic impedance of 30 Mkg /
Since a material of (m 2 · s) or more can be used, even when a PZT-based piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric body, it is an appropriate material for the back layer. In addition, a single crystal of lithium tantalate has a sound velocity of 60 by appropriately selecting a cutting direction.
00 m / s to 7000 m / s, which is faster and has a density of about 7.4 as compared with piezoelectric ceramics such as PZT,
It can be used with an acoustic impedance of 40 Mkg / (m 2 · s) or more. Further, since it can be processed by a dicer or the like, it is a suitable material for the back layer.
【００３０】圧電体２と背面層３を接着した後にバッキ
ング剤４、第１整合層５、第２整合層６を接着し、ダイ
サなどを使用してダンシングギャップ８を形成する。そ
の際、各超音波送受信素子１の幅Ｗと、圧電体２と背面
層３をあわせた厚みＴとの比は０．８以下、望ましくは
０．６以下に設定する。After bonding the piezoelectric body 2 and the back layer 3, the backing agent 4, the first matching layer 5, and the second matching layer 6 are bonded, and a dancing gap 8 is formed using a dicer or the like. At that time, the ratio of the width W of each ultrasonic transmission / reception element 1 to the thickness T of the piezoelectric body 2 and the back layer 3 is set to 0.8 or less, preferably 0.6 or less.
【００３１】超音波探触子１に機械的な強度が必要であ
る場合には、ダイシングギャップ８に充填材９を充填す
る。充填材は、各アレイ素子間のクロストークを低く押
さえるために、例えば硬度の低いエポキシ系の樹脂やシ
リコン系の樹脂、あるいはポリウレタン系の樹脂などを
使用すればよい。充填材９の充填後、音響レンズ７を接
着する。信号線１２は、圧電体２の上下の電極１１との
電気的導通がとれればよく、背面層３を接合する前、あ
るいは接合後に、電極１１にハンダ付けや導電性ペース
トあるいはワイヤボンディングなどにより接合する。When the ultrasonic probe 1 needs mechanical strength, the dicing gap 8 is filled with a filler 9. As the filler, for example, an epoxy resin, a silicone resin, a polyurethane resin, or the like having a low hardness may be used in order to suppress crosstalk between the array elements. After the filling of the filler 9, the acoustic lens 7 is bonded. The signal line 12 only needs to be electrically connected to the upper and lower electrodes 11 of the piezoelectric body 2. Before or after bonding the back layer 3, the signal line 12 is bonded to the electrode 11 by soldering, conductive paste, wire bonding, or the like. I do.
【００３２】なお、上記の製造方法によれば、圧電体２
と背面層３を接合する接着層１３以外に、背面層３とバ
ッキング材４、圧電体２と第１整合層５、第１整合層５
と第２整合層６、第２整合層６と音響レンズ７間に接着
層が存在するが、第２図では省略した。According to the above manufacturing method, the piezoelectric body 2
Back layer 3 and backing material 4, piezoelectric body 2 and first matching layer 5, first matching layer 5
2, an adhesive layer exists between the second matching layer 6 and the acoustic lens 7, but is omitted in FIG.
【００３３】以上のように構成された超音波探触子１の
動作について、図２を参照しながら説明する。図２に示
す本実施の形態における探触子を設計した場合、圧電体
２の厚みは０．２〜０．３波長に設定され、一般的な従
来の１／２波長共振を用いた超音波探触子に比べて薄く
設計されている。駆動電圧Ｖを印加した場合、圧電体内
部に発生する電界強度は、圧電体の厚みに反比例するた
め、本実施の形態における超音波探触子は、従来の超音
波探触子と比較して内部の電界強度が大きく、したがっ
て大きなひずみが発生する。寸法的には、本実施の形態
における圧電体２の厚みは、従来の圧電体１０２の厚み
の１／２程度になるため、圧電体２内部に電界により発
生するひずみは、従来の２倍程度になる。The operation of the ultrasonic probe 1 configured as described above will be described with reference to FIG. When the probe according to the present embodiment shown in FIG. 2 is designed, the thickness of the piezoelectric body 2 is set to 0.2 to 0.3 wavelength, and an ultrasonic wave using a general conventional half-wave resonance is used. It is designed to be thinner than the probe. When the drive voltage V is applied, the electric field intensity generated inside the piezoelectric body is inversely proportional to the thickness of the piezoelectric body. Therefore, the ultrasonic probe according to the present embodiment is compared with a conventional ultrasonic probe. The internal electric field strength is large, and thus a large distortion occurs. Dimensionally, the thickness of the piezoelectric body 2 in the present embodiment is about 1/2 of the thickness of the conventional piezoelectric body 102, so that the strain generated by the electric field inside the piezoelectric body 2 is about twice that of the conventional one. become.
【００３４】圧電体２の厚みを薄くして電界強度を高
め、内部のひずみを大きくした場合、圧電体２の両端面
がフリーに近い状態で振動するため、厚み方向の半波長
共振が強く励振されてしまい、送受信周波数が上昇して
しまうが、本実施の形態における超音波探触子１では、
圧電体２より音響インピーダンスが大きい背面層３を設
けたことにより、圧電体２の背面層側の振動を抑制し、
送受信周波数の上昇を押さえた状態で、大きなひずみを
発生させることが可能になる。When the thickness of the piezoelectric body 2 is reduced to increase the electric field strength and the internal strain is increased, both end faces of the piezoelectric body 2 vibrate in a state close to free, so that half-wave resonance in the thickness direction is strongly excited. Although the transmission and reception frequency increases, the ultrasonic probe 1 according to the present embodiment
By providing the back layer 3 having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body 2, vibration on the back layer side of the piezoelectric body 2 is suppressed,
It is possible to generate a large distortion while suppressing an increase in the transmission / reception frequency.
【００３５】上記の状態においては、圧電体２の背面層
側の端面からみた背面層側の音響的なインピーダンスが
大きくなるため、音響エネルギーが背面層側にはあまり
分配されず、結果的に送信時の効率が高い超音波探触子
となる。また、圧電体２の厚みが従来の超音波探触子に
比較して薄く設計されているために、電気的容量が大き
くなり、受信時に発生する電荷量が大きくなるため、超
音波探触子１が信号線ケーブルによって本体側の受信回
路と接続された場合に、信号線ケーブルの電気容量によ
る電圧低下が小さく、結果的に受信感度が高い超音波探
触子となる。In the above state, the acoustic impedance on the back layer side as viewed from the end face on the back layer side of the piezoelectric body 2 is large, so that acoustic energy is not so much distributed to the back layer side, and consequently transmission It becomes an ultrasonic probe with high efficiency at the time. Further, since the thickness of the piezoelectric body 2 is designed to be thinner than that of a conventional ultrasonic probe, the electric capacity is increased, and the amount of electric charge generated at the time of reception is increased. When 1 is connected to the receiving circuit on the main body side by a signal line cable, the voltage drop due to the electric capacity of the signal line cable is small, and as a result, an ultrasonic probe with high reception sensitivity is obtained.
【００３６】高効率のアレイ型超音波探触子を構成する
ためには、圧電体２の厚みと超音波送受信素子１０の幅
の関係が重要であり、従来の超音波探触子では、圧電体
の幅と厚みの比が１以下、望ましくは０．６以下である
ことが望ましいとされている。本実施の形態における超
音波探触子１の場合には、圧電体２と背面層３を一体で
考えた場合の振動特性が重要である。In order to construct a highly efficient array type ultrasonic probe, the relationship between the thickness of the piezoelectric body 2 and the width of the ultrasonic transmitting / receiving element 10 is important. It is said that the ratio of the width to the thickness of the body is preferably 1 or less, preferably 0.6 or less. In the case of the ultrasonic probe 1 according to the present embodiment, the vibration characteristics when the piezoelectric body 2 and the back layer 3 are considered integrally are important.
【００３７】図３は、圧電体２と背面層３をあわせた厚
みをＴとして、超音波送受信素子１の幅との関係を変え
て、インピーダンス特性をシミュレーションした結果で
ある。図３（ａ）はＷ／Ｔ＝０．５、（ｂ）はＷ／Ｔ＝
０．６、（ｃ）はＷ／Ｔ＝０．８の場合の結果である。
図３（ａ）、（ｂ）では、４ＭＨｚから５ＭＨｚ付近に
大きな縦振動の共振が現れているが、（ｃ）では反共振
の部分に横方向の共振が発生し、全体としての縦振動特
性に影響を与えていることがわかる。FIG. 3 shows the result of simulating impedance characteristics by changing the relationship between the thickness of the piezoelectric body 2 and the back layer 3 as T and the width of the ultrasonic transmitting / receiving element 1. FIG. 3A shows W / T = 0.5, and FIG. 3B shows W / T =
0.6 and (c) are the results when W / T = 0.8.
In FIGS. 3A and 3B, large longitudinal vibration resonance appears around 4 MHz to 5 MHz, but in FIG. 3C, a transverse resonance occurs in an anti-resonance portion, and the longitudinal vibration characteristics as a whole. It can be seen that this has been affected.
【００３８】図３より、本実施の形態における超音波送
受信素子１０を高効率なものとするためには、超音波送
受信素子１０の幅Ｗと、圧電体２と背面層３をあわせた
厚みＴとの比Ｗ／Ｔが０．８以下、望ましくは０．６以
下に設計することが必要である。As shown in FIG. 3, in order to increase the efficiency of the ultrasonic transmitting / receiving element 10 in the present embodiment, the width W of the ultrasonic transmitting / receiving element 10 and the thickness T of the piezoelectric body 2 and the back layer 3 are combined. It is necessary to design the ratio W / T to 0.8 or less, preferably 0.6 or less.
【００３９】また、背面層３の厚みと音響インピーダン
スは、超音波探触子の感度に対して影響を与え、送信感
度および受信感度に対する影響が異なる。図４および図
５は、本実施の形態における超音波探触子の感度特性と
背面層４の厚みおよび音響インピーダンスの関係を示し
たもので、縦軸は相対感度を、横軸は送受信周波数の場
合の波長で規格化した背面層の厚みとし、図４は送信感
度、図５は受信感度をそれぞれ示している。The thickness and acoustic impedance of the back layer 3 affect the sensitivity of the ultrasonic probe, and have different effects on transmission sensitivity and reception sensitivity. 4 and 5 show the relationship between the sensitivity characteristics of the ultrasonic probe and the thickness and acoustic impedance of the back layer 4 in the present embodiment, where the vertical axis represents the relative sensitivity and the horizontal axis represents the transmission / reception frequency. FIG. 4 shows the transmission sensitivity, and FIG. 5 shows the reception sensitivity, where the thickness of the back layer is normalized by the wavelength of the case.
【００４０】図４に示すように、送信感度は背面層の厚
みが０．１５波長付近で最大値に達する。また、図５に
示すように送信感度に関しては、背面層３の音響インピ
ーダンスに対する依存性は少ない。この場合には、総合
の感度は０．２〜０．２５波長付近で最大となり、また
背面層３の圧電体２に対する音響インピーダンスの比が
大きいほど相対的な感度は大きくなる。As shown in FIG. 4, the transmission sensitivity reaches the maximum value when the thickness of the back layer is around 0.15 wavelength. Further, as shown in FIG. 5, the transmission sensitivity has little dependence on the acoustic impedance of the back layer 3. In this case, the overall sensitivity becomes maximum around 0.2 to 0.25 wavelength, and the relative sensitivity increases as the ratio of the acoustic impedance of the back layer 3 to the piezoelectric body 2 increases.
【００４１】図４、図５に示すように、背面層の厚さと
音響インピーダンスの影響の違いを利用することによ
り、圧電体２などの他の構成に大きな変更を加えること
なしに、送信感度あるいは受信感度が異なる超音波探触
子を容易に設計製作することが可能になる。As shown in FIGS. 4 and 5, by utilizing the difference between the thickness of the back layer and the influence of the acoustic impedance, the transmission sensitivity or the transmission sensitivity or the like can be reduced without significantly changing other structures such as the piezoelectric body 2. Ultrasonic probes having different receiving sensitivities can be easily designed and manufactured.
【００４２】さらに、接着によって圧電体２と背面層３
を接合する場合には、図２における接着層１３の厚みと
音響インピーダンスが大きな影響を与える。図６は、接
着層１３の厚みを一定にして、接着剤の音響インピーダ
ンスを変化させた場合の、超音波探触子１の帯域特性の
変化のシミュレーション結果である。図６に示すよう
に、音響インピーダンスが低い場合には、帯域特性が狭
帯域化し、感度の低下が顕著である。Further, the piezoelectric body 2 and the back layer 3 are bonded by bonding.
In this case, the thickness and the acoustic impedance of the adhesive layer 13 in FIG. FIG. 6 is a simulation result of a change in the band characteristic of the ultrasonic probe 1 when the acoustic impedance of the adhesive is changed while the thickness of the adhesive layer 13 is kept constant. As shown in FIG. 6, when the acoustic impedance is low, the band characteristics are narrowed, and the sensitivity is significantly reduced.
【００４３】図７は、接着層の音響インピーダンスと、
送受信周波数で規格化した厚みとを変化させた場合の感
度の低下を示している。接着層の厚みを０にすることは
現実には不可能であり、また一般的に使用されるエポキ
シ樹脂などの高分子系の接着剤の音響インピーダンスは
１０Ｍｋｇ/（ｍ2・ｓ）以下である。したがって若干の
感度低下を考慮することは不可欠であり、原理的感度に
対して−３ｄＢ以内の感度低下に押さえようとする場合
には、接着層は０．０１波長以下に制御することが必要
である。接着剤の粘性や圧電体２および背面層の表面荒
さおよび表面の濡れ性などを考慮し、適切な加圧力制御
のできる治具を使用することにより、０．０１波長以下
の接着層を実現することが可能になり、その結果高効率
の超音波探触子を実現することができる。FIG. 7 shows the acoustic impedance of the adhesive layer,
It shows a decrease in sensitivity when the thickness standardized by the transmission / reception frequency is changed. It is actually impossible to reduce the thickness of the adhesive layer to zero, and the acoustic impedance of a commonly used polymer adhesive such as an epoxy resin is 10 Mkg / (m 2 · s) or less. . Therefore, it is indispensable to consider a slight decrease in sensitivity. In order to suppress the decrease in sensitivity within -3 dB from the theoretical sensitivity, it is necessary to control the adhesive layer to have a wavelength of 0.01 or less. is there. An adhesive layer having a wavelength of 0.01 or less is realized by using a jig capable of appropriately controlling a pressing force in consideration of the viscosity of the adhesive, the surface roughness of the piezoelectric body 2 and the back layer, and the wettability of the surface. As a result, a highly efficient ultrasonic probe can be realized.
【００４４】以上のように本実施の形態によれば、超音
波を送受信する圧電体と、上記圧電体の背面側に圧電体
より大きな音響インピーダンスをもつ背面層を設け、か
つ超音波送受信素子の幅と圧電体、背面層の厚みの比を
０．８以下にすることにより、高効率の超音波探触子を
実現することができ、また圧電体と背面層間の接着層を
０．０１波長以下に制御することにより、より高効率の
超音波探触子を実現することができる。さらに、上記背
面層の厚みおよび音響インピーダンスを変更することに
より、送信感度、受信感度を変更することができ、超音
波探触子の設計自由度を広げることができるとともに、
これを用いた高感度の超音波応用機器を作製することが
できる。As described above, according to the present embodiment, the piezoelectric body for transmitting and receiving the ultrasonic wave, the back layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric body are provided, and the ultrasonic transmitting and receiving element is provided. By setting the ratio of the width to the thickness of the piezoelectric body and the back layer to 0.8 or less, a highly efficient ultrasonic probe can be realized, and the adhesive layer between the piezoelectric body and the back layer has a wavelength of 0.01 wavelength. By performing the following control, a more efficient ultrasonic probe can be realized. Further, by changing the thickness and acoustic impedance of the back layer, the transmission sensitivity and the reception sensitivity can be changed, and the degree of freedom in designing the ultrasonic probe can be increased.
A highly sensitive ultrasonic application device using this can be manufactured.
【００４５】（実施の形態２）次に、第２の実施の形態
を図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態におけ
る超音波探触子の断面の模式図である。図８において、
１４は圧電体２と背面層３を結合する接合層である。他
の構成は（実施の形態１）と同じであるため、説明は省
略する。（実施の形態１）との違いは、接合層１４は接
着剤による接着層ではなく、音響インピーダンスが圧電
体２および背面層３よりも音響インピーダンスの大き
な、例えば金やニッケルなどの金属層により構成されて
いることである。(Embodiment 2) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram of a cross section of the ultrasonic probe according to the present embodiment. In FIG.
Reference numeral 14 denotes a bonding layer that connects the piezoelectric body 2 and the back layer 3. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted. The difference from the first embodiment is that the bonding layer 14 is not an adhesive layer made of an adhesive, but is formed of a metal layer having a higher acoustic impedance than the piezoelectric body 2 and the back layer 3, for example, a metal layer such as gold or nickel. That is being done.
【００４６】図８に示す超音波探触子１を構成する場合
には、圧電体２と背面層３の接合以外の行程は、（実施
の形態１）と同様である。圧電体２と背面層３を金属層
を介して接合するには、予め圧電体２と背面層３の接合
面に、金属膜をメッキ、スパッタ、ＣＶＤなどの手法を
用いて形成して両面をあわせて、熱圧着や超音波接合を
行えばよい。金属層をある程度厚く形成しなくてはなら
ない場合には、圧電体２と背面層３で、薄い金属膜をは
さみ、加圧しながら、熱圧着や超音波加工を行えばよ
い。この場合には、接合層１４の音響インピーダンス
が、圧電体２および背面層３よりも大きいため、接合層
の厚みをある程度厚く形成することができ、また、（実
施の形態１）の場合に見られた接着層の影響による感度
低下は発生しない。When the ultrasonic probe 1 shown in FIG. 8 is configured, the steps other than the joining of the piezoelectric body 2 and the back layer 3 are the same as those in the first embodiment. In order to join the piezoelectric body 2 and the back layer 3 via the metal layer, a metal film is previously formed on the joining surface of the piezoelectric body 2 and the back layer 3 by using a technique such as plating, sputtering, or CVD, and both sides are formed. In addition, thermocompression bonding or ultrasonic bonding may be performed. When the metal layer must be formed to a certain thickness, a thin metal film may be sandwiched between the piezoelectric body 2 and the back layer 3 and thermocompression bonding or ultrasonic processing may be performed while applying pressure. In this case, since the acoustic impedance of the bonding layer 14 is larger than that of the piezoelectric body 2 and the back layer 3, the thickness of the bonding layer can be increased to some extent. The sensitivity does not decrease due to the influence of the applied adhesive layer.
【００４７】以上のように本実施の形態によれば、超音
波を送受信する圧電体と、上記圧電体の背面側に圧電体
より大きな音響インピーダンスをもつ背面層を設け、か
つ超音波送受信素子の幅と、圧電体と背面層の厚みとの
比を０．８以下にし、また圧電体と背面層間の接合を、
金属などの、圧電体および背面層よりも音響インピーダ
ンスの高い材料で構成することにより、さらに高効率の
超音波探触子を実現することができる。As described above, according to the present embodiment, the piezoelectric body for transmitting and receiving the ultrasonic wave, the back layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric body, and the ultrasonic transmitting and receiving element Width, the ratio of the thickness of the piezoelectric body and the back layer is 0.8 or less, and the bonding between the piezoelectric body and the back layer,
By using a material such as a metal having a higher acoustic impedance than the piezoelectric body and the back layer, a more efficient ultrasonic probe can be realized.
【００４８】（実施の形態３）次に本発明の第３の実施
の形態について説明する。本実施の形態における超音波
探触子１の構成は、（実施の形態１）または（実施の形
態２）と同様であるため、省略する。本実施の形態で
は、背面層３を、圧電体２のアレイ方向の弾性率よりも
小さなアレイ方向の弾性率を持つ材料で構成してある。
以下、図９を参照して、本実施の形態を説明する。(Embodiment 3) Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the ultrasonic probe 1 according to the present embodiment is the same as that of (Embodiment 1) or (Embodiment 2), and thus the description thereof is omitted. In the present embodiment, the back layer 3 is made of a material having an elastic modulus in the array direction smaller than the elastic modulus of the piezoelectric body 2 in the array direction.
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIG.
【００４９】図９は、アレイ型の超音波探触子に使用さ
れる、厚みと幅との比が１以下の振動子において、従来
の１／２共振を用いた圧電体と、本発明の圧電体と背面
層の共振時における変形の様子を示した模式図である。
図９において（ａ）は従来の１／２共振における変形、
（ｂ）は背面層３のアレイ方向の弾性率が圧電体２のア
レイ方向の弾性率よりも大きな場合の共振時における変
形、（ｃ）は背面層３のアレイ方向の弾性率が圧電体２
のアレイ方向の弾性率よりも小さな場合の共振時におけ
る変形をそれぞれ示しており、いずれも左が伸長した場
合、右が圧縮した場合である。FIG. 9 shows a conventional piezoelectric body using 1/2 resonance in a vibrator having a thickness-to-width ratio of 1 or less used for an array type ultrasonic probe. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of deformation of a piezoelectric body and a back layer at the time of resonance.
In FIG. 9, (a) is a deformation in the conventional half resonance,
(B) Deformation at resonance when the elastic modulus of the back layer 3 in the array direction is greater than the elastic modulus of the piezoelectric body 2 in the array direction.
3 shows deformations at the time of resonance when the elastic modulus is smaller than the elastic modulus in the array direction.
【００５０】一般にアレイ型超音波探触子の圧電体は、
ｋ33モードが使用され、この場合には、図９（ａ）に示
されるように、縦方向の伸長、圧縮にともなって圧電体
２の中央が変形することにより、大きな電気機械結合係
数を示す。本発明の構造による圧電体２と背面層３の場
合には、背面層３の音響インピーダンスが圧電体２の音
響インピーダンスよりも大きく、圧電体２と背面層３の
界面における縦振動を抑制し、音響パワーを背面層２の
方向へ分配することを少なくして、高効率の超音波探触
子を実現している。ところが、図９（ｂ）に示されるよ
うに、背面層３のアレイ方向の弾性率が大きな場合に
は、圧電体２の横方向への変形を抑制してしまうため
に、圧電体自体の振動を抑制し、結果として全体の電気
機械結合係数が小さくなってしまうため、感度の低下を
招く。本実施の形態においては、背面層３のアレイ方向
の弾性率を、圧電体のアレイ方向の弾性率よりも小さく
設定しているために、図９（ｃ）に示すがごとく圧電体
２と背面層３の界面における圧電体２のアレイ方向の変
形を抑制することがなく、大きな電気機械結合係数を維
持することが可能である。Generally, the piezoelectric body of the array type ultrasonic probe is
The k33 mode is used. In this case, as shown in FIG. 9 (a), the center of the piezoelectric body 2 is deformed with the elongation and compression in the vertical direction, so that a large electromechanical coupling coefficient is exhibited. In the case of the piezoelectric body 2 and the back layer 3 according to the structure of the present invention, the acoustic impedance of the back layer 3 is larger than the acoustic impedance of the piezoelectric body 2, and the longitudinal vibration at the interface between the piezoelectric body 2 and the back layer 3 is suppressed. The distribution of the acoustic power in the direction of the back layer 2 is reduced, thereby realizing a highly efficient ultrasonic probe. However, as shown in FIG. 9B, when the elastic modulus of the back layer 3 in the array direction is large, the deformation of the piezoelectric body 2 in the lateral direction is suppressed, and the vibration of the piezoelectric body itself is suppressed. Is suppressed, and as a result, the overall electromechanical coupling coefficient is reduced, thereby lowering the sensitivity. In the present embodiment, since the elastic modulus of the back layer 3 in the array direction is set to be smaller than the elastic modulus of the piezoelectric body in the array direction, as shown in FIG. A large electromechanical coupling coefficient can be maintained without suppressing deformation of the piezoelectric body 2 in the array direction at the interface of the layer 3.
【００５１】以上のように本実施の形態によれば、超音
波を送受信する圧電体と、上記圧電体の背面側に圧電体
より大きな音響インピーダンスをもつ背面層を設け、か
つ超音波送受信素子の幅と圧電体、背面層の厚みの比を
０．８以下にし、また背面層のアレイ方向の弾性率を圧
電体のアレイ方向の弾性率よりも小さくすることによ
り、圧電体の大きな電気機械結合係数保ち、さらに高効
率の超音波探触子を実現することができる。As described above, according to the present embodiment, the piezoelectric body for transmitting and receiving the ultrasonic wave, the back layer having an acoustic impedance larger than that of the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric body are provided, and the ultrasonic transmitting and receiving element is provided. The ratio of the width to the thickness of the piezoelectric body and the back layer is set to 0.8 or less, and the elastic modulus of the back layer in the array direction is made smaller than the elastic modulus of the piezoelectric body in the array direction. It is possible to realize an ultrasonic probe with higher coefficient and higher efficiency.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上のように本発明の超音波探触子によ
れば、従来の超音波探触子よりも高効率の超音波探触子
が構成できるため、送受信感度が向上し、高感度な計測
が可能となる。As described above, according to the ultrasonic probe of the present invention, an ultrasonic probe with higher efficiency than the conventional ultrasonic probe can be constructed, so that the transmission / reception sensitivity is improved, Sensitive measurement is possible.
【００５３】また、本発明の超音波探触子の構造によれ
ば、送信感度、受信感度などの設定を、背面層の厚みと
音響インピーダンスを変化させることにより制御でき、
超音波探触子の設計の自由度を広げることが可能となる
ため、各種の超音波応用機器に適用することができる。Further, according to the structure of the ultrasonic probe of the present invention, the setting of the transmission sensitivity, the reception sensitivity and the like can be controlled by changing the thickness and acoustic impedance of the back layer.
Since the degree of freedom in designing the ultrasonic probe can be increased, it can be applied to various ultrasonic application devices.
【図１】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
斜視図FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
断面の模式図FIG. 2 is a schematic view of a cross section of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
超音波送受信素子幅と圧電体背面層の厚みとの比を変え
た場合のインピーダンス特性図FIG. 3 is an impedance characteristic diagram when the ratio of the width of the ultrasonic transmission / reception element of the ultrasonic probe to the thickness of the piezoelectric back layer according to the embodiment of the present invention is changed.
【図４】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
背面層の厚み及び音響インピーダンスと送信感度との関
係を示す特性図FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness and the acoustic impedance of the back layer of the ultrasonic probe and the transmission sensitivity in one embodiment of the present invention.
【図５】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
背面層の厚み及び音響インピーダンスと受信感度との関
係を示す特性図FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness and acoustic impedance of the back layer of the ultrasonic probe and the receiving sensitivity according to one embodiment of the present invention.
【図６】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
圧電体と背面層との間の接着層の音響インピーダンスの
変化に関しての超音波探触子の周波数帯域特性図FIG. 6 is a frequency band characteristic diagram of the ultrasonic probe with respect to a change in acoustic impedance of an adhesive layer between the piezoelectric body and the back layer of the ultrasonic probe according to the embodiment of the present invention.
【図７】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
圧電体と背面層との間の接着層の音響インピーダンスの
変化に関しての接着層の規格化厚みに対する超音波探触
子の感度特性図FIG. 7 shows the sensitivity of the ultrasonic probe to the normalized thickness of the adhesive layer with respect to the change in the acoustic impedance of the adhesive layer between the piezoelectric body and the back layer of the ultrasonic probe in one embodiment of the present invention. Characteristic diagram
【図８】本発明の一実施の形態における超音波探触子の
断面の模式図FIG. 8 is a schematic diagram of a cross section of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
【図９】本発明の一実施の形態における圧電体及び背面
層の変形状態を示す模式図FIG. 9 is a schematic view showing a deformed state of a piezoelectric body and a back layer according to one embodiment of the present invention.
【図１０】従来の超音波探触子の断面図FIG. 10 is a sectional view of a conventional ultrasonic probe.
【図１１】従来の超音波探触子の断面図FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional ultrasonic probe.
１ アレイ型超音波探触子 ２ 圧電体 ３ 背面層 ４ バッキング材 ５ 第１整合層 ６ 第２整合層 ７ 音響レンズ ８ ダイシングギャップ ９ 充填材 １０ 超音波送受信素子 １１ 電極層 １２ 信号線 １３ 接着層 １４ 金属膜層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Array-type ultrasonic probe 2 Piezoelectric body 3 Back layer 4 Backing material 5 First matching layer 6 Second matching layer 7 Acoustic lens 8 Dicing gap 9 Filler 10 Ultrasonic transmitting / receiving element 11 Electrode layer 12 Signal line 13 Adhesive layer 14 Metal layer
フロントページの続き (72)発明者 山口 恵作 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 橋本 雅彦 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 2G047 CA01 GB02 GB11 GB23 GB25 GB35 4C301 EE06 GB03 GB20 GB22 GB24 GB27 GB33 GB34 GB36 GB40 HH23 5D019 AA21 BB02 BB18 BB24 GG02 GG03 GG06 GG12 HH03 Continuation of the front page (72) Inventor Keisaku Yamaguchi 3-10-1 Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Masahiko Hashimoto 3--10, Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Matsushita Giken Co., Ltd. F term (reference) 2G047 CA01 GB02 GB11 GB23 GB25 GB35 4C301 EE06 GB03 GB20 GB22 GB24 GB27 GB33 GB34 GB36 GB40 HH23 5D019 AA21 BB02 BB18 BB24 GG02 GG03 GG06 GG12 HH03
Claims (12)
体の背面側に圧電体よりも大きな音響インピーダンスを
もつ背面層と、前記背面層より音響インピーダンスの小
さなバッキング材とを具備した多数の超音波送受信素子
を少なくとも１次元に配列したアレイ型超音波探触子で
あって、前記超音波送受信素子の幅Ｗと、前記圧電体の
厚みと前記背面層の厚みとをあわせた厚みＴとの比が
０．８以下であることを特徴とする超音波探触子。A piezoelectric device for transmitting and receiving ultrasonic waves, a back layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric material on the back side of the piezoelectric material, and a backing material having a smaller acoustic impedance than the back layer. An array-type ultrasonic probe in which ultrasonic transmitting / receiving elements are arranged at least one-dimensionally, wherein a width W of the ultrasonic transmitting / receiving element, a thickness T obtained by adding a thickness of the piezoelectric body and a thickness of the back layer, and An ultrasonic probe, wherein the ratio of the ultrasonic probe is 0.8 or less.
体の背面側に圧電体よりも大きな音響インピーダンスを
もつ背面層と、前記背面層より音響インピーダンスの小
さなバッキング材とを具備した多数の超音波送受信素子
を少なくとも１次元に配列したアレイ型超音波探触子で
あって、前記圧電体と前記背面層とが、前記背面層より
も音響インピーダンスの大きな接合層によって接合さ
れ、前記超音波送受信素子の幅Ｗと、前記圧電体の厚み
と前記背面層の厚みとをあわせた厚みＴとの比が０．８
以下であることを特徴とする超音波探触子。2. A large number of piezoelectric elements, each of which includes a piezoelectric body for transmitting and receiving ultrasonic waves, a back layer having a larger acoustic impedance than the piezoelectric body on the back side of the piezoelectric body, and a backing material having a smaller acoustic impedance than the back layer. An array-type ultrasonic probe in which ultrasonic transmitting / receiving elements are arranged at least one-dimensionally, wherein the piezoelectric body and the back layer are joined by a joining layer having a larger acoustic impedance than the back layer. The ratio of the width W of the transmitting / receiving element to the thickness T obtained by combining the thickness of the piezoelectric body and the thickness of the back layer is 0.8.
An ultrasonic probe characterized by the following.
波長の０．０５〜０．２５倍であることを特徴とする請
求項１または２記載の超音波探触子。3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the thickness of the back layer is 0.05 to 0.25 times the wavelength at the transmission / reception frequency.
波長の０．２〜０．３倍であることを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の超音波探触子。4. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the thickness of the piezoelectric body is 0.2 to 0.3 times the wavelength at the transmission / reception frequency.
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波
探触子。5. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the back layer is made of a material having good machinability.
料であることを特徴とする請求項５記載の超音波探触
子。6. The ultrasonic probe according to claim 5, wherein the back layer is made of a lead titanate-based ceramic material.
あることを特徴とする請求項５記載の超音波探触子。7. The ultrasonic probe according to claim 5, wherein the back layer is a lithium tantalate single crystal.
のアレイ方向の弾性率よりも小さいことを特徴とする請
求項１または３または４記載の超音波探触子。8. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the elastic modulus of the back layer in the array direction is smaller than the elastic modulus of the piezoelectric body in the array direction.
スが圧電体より小さい接着剤を用いて接合され、かつ接
着層の厚みが送受信周波数における波長の０．０１倍以
下である請求項１または３から９のいずれかに記載の超
音波探触子。9. The piezoelectric body and the back layer are bonded by using an adhesive whose acoustic impedance is smaller than that of the piezoelectric body, and the thickness of the adhesive layer is 0.01 times or less the wavelength at the transmission / reception frequency. 10. The ultrasonic probe according to any one of items 3 to 9.
ンスが圧電体より大きな金属膜層を用いて接合された請
求項２から８のいずれかに記載の超音波探触子。10. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the piezoelectric body and the back layer are joined by using a metal film layer whose acoustic impedance is larger than that of the piezoelectric body.
超音波探触子を有する超音波探傷装置。11. An ultrasonic flaw detector having the ultrasonic probe according to claim 1. Description:
超音波探触子を有する超音波診断装置。12. An ultrasonic diagnostic apparatus having the ultrasonic probe according to claim 1.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10302482A JP2000131298A (en) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Ultrasonic probe |
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| JP10302482A JP2000131298A (en) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Ultrasonic probe |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2000131298A true JP2000131298A (en) | 2000-05-12 |
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ID=17909495
Family Applications (1)
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| JP10302482A Pending JP2000131298A (en) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Ultrasonic probe |
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- 1998-10-23 JP JP10302482A patent/JP2000131298A/en active Pending
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