JP2004072755A - 複合圧電体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配列された複数の圧電体要素2と、複数の圧電体要素2の間に位置する誘電体部分(樹脂3)とを有する複合圧電体1であって、複数の圧電体要素2の少なくとも1つの圧電体要素2は、他の圧電体要素2の共振周波数とは異なる共振周波数を有するように各圧電体要素2の形状が面内位置に応じて決定されている。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明による複合圧電体の第1の実施形態を示す図である。本実施形態の複合圧電体1では、図1に示す座標のXY面内において、複数の圧電体要素2が2次元状に配列されている。圧電体要素2の間には樹脂3が充填されており、各圧電体要素2の位置関係が相互に固定され、一体化した複合圧電体1が構成されている。
図5(a)から(d)を参照しながら、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態と実施形態1との異なる点は、圧電体要素2の個々の形状の差異にある。これ以外の点は、実施形態1と同様の構成を有している。
本実施形態では、誘電体部分の材料をX方向に沿って異なる材料から形成している点に特徴を有している。図6は、図3に対応する断面図である。
本実施形態では、実施形態1〜3の複合圧電体を製造する方法を説明する。
図11に示す複合圧電体では、各単位複合シート上に配列された圧電体要素2の間に空隙部分が存在し、その空隙部分は空気によって満たされた状態にある。空気も誘電体であるため、複合圧電体として機能させるためには、この空隙部分を他の誘電体材料で埋める必要性は無い。しかしながら、空隙部分を硬化可能な誘電体材料で埋め込み、硬化させれば、複合誘電体の機械的強度を高めることができ、また、複合圧電体の振動モードを適切に調節することができるので好ましい。
本実施形態では、図12(a)に示すように、板状圧電体13を粘着シート20でガラス製の基板21に仮固定する工程を行うことにより、単位複合シートを形成する。粘着シート20としては熱剥離シートを用いることができる。ただし、この粘着シート20は、熱剥離シートに限定されず、板状圧電体13を保持し、圧電体の加工に際しては板状圧電体が粘着シートから剥離することなく、加工後に圧電体を破壊することなく何らかの作用によって剥離させることが可能なものであれば良い。
以上の実施形態に係る複合圧電体1は、いずれも、一様な厚さを有しており、X方向にのみ段階的に共振周波数が変化する構造を有している。しかし、本発明の複合圧電体は、上記の構成に限定されない。例えば、X方向に垂直な断面もY方向に垂直な断面と同様に、図3に示すように位置に応じて圧電体要素の共振周波数が変化する構造を有していも良い。
2 圧電体要素(柱状圧電体)
3 樹脂
4 音響整合層
5 背面負荷材
6 超音波探触子
7 超音波診断装置本体
8 送信部
9 受信部
10 システムコントロール部
11 画像構成部
12 画像表示部
13 板状圧電体
14 樹脂層
15 複合板
16 加工用マスク
17 単位複合シート
18 複合圧電体ブロック
19 複合圧電体
20 粘着シート
21 基板
100 超音波探触子
101 圧電体
102 整合層
103 背面負荷材
Claims (29)
- 配列された複数の圧電体要素と、前記複数の圧電体要素の間に位置する誘電体部分とを有する複合圧電体であって、
前記複数の圧電体要素の少なくとも1つの圧電体要素における超音波放射方向に垂直な断面積が、前記超音波放射方向に沿って変化している、複合圧電体。 - 前記少なくとも1つの圧電体要素は、他の圧電体要素の共振周波数とは異なる共振周波数を有している請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素の共振周波数は、最小値と最大値との差異が平均値の10%以上となる分布を有している請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素の各々は、前記超音波放射方向に垂直な或る方向のサイズが前記超音波放射方向に沿って一定の大きさを有している請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素の各々は、前記超音波放射方向に沿って一定の厚さを有している請求項3に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素は、前記圧電体要素の音波放射方向に垂直な面に沿って2次元的に配列されており、
前記複数の圧電体要素の共振周波数は、前記面内における位置に応じて変化している請求項1に記載の複合圧電体。 - 前記複数の圧電体要素は略一定の高さを有している請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記圧電体要素の音波放射方向に垂直な面の中央部における前記圧電体要素の共振周波数よりも、前記面の周辺部における前記圧電体要素の共振周波数が低い請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素のうちの少なくとも1つの圧電体要素の音波放射方向に垂直な断面の面積は、前記圧電体要素の中央よりも前記圧電体要素の端面において大きい請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素のうちの少なくとも1つの圧電体要素の音波放射方向に垂直な断面の面積は、前記圧電体要素の中央よりも前記圧電体要素の端面において小さい請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素の各々は、前記音波放射方向に延びる一対の柱状部分を有しており、前記柱状部分を中央で連結する架橋部分の厚さが前記圧電体要素の音波放射方向に垂直な面内で変化している請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記複数の圧電体要素の各々は、中央に開口部を有しており、
前記開口部の大きさが前記圧電体要素の音波放射方向に垂直な面内で変化している請求項1に記載の複合圧電体。 - 前記複数の圧電体要素の共振周波数が所定の面内分布を持つように前記複数の圧電体要素の形状が選択されている請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記圧電体要素の音波放射方向に垂直な断面の最小サイズSに対する、前記圧電体要素の音波放射方向のサイズの比率が5以上である請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記誘電体部分は樹脂から形成されている請求項1に記載の複合圧電体。
- 前記樹脂の弾性率が前記圧電体要素の音波放射方向に垂直な面内における位置に応じて所定の分布を有している請求項15に記載の複合圧電体。
- 樹脂層と、前記樹脂層上に配列された複数の圧電体要素とを有する単位複合シートであって、
前記複数の圧電体要素は、前記樹脂層上における位置によって異なる形状を有している単位複合シート。 - 各々が、樹脂層と、前記樹脂層上に配列された複数の圧電体要素とを有する複数の単位複合シートが積層され、前記圧電体要素が前記樹脂層によって挟まれることによって配置関係が固定された状態にあり、各単位複合シート内に含まれる前記複数の圧電体要素は、前記樹脂層上における位置によって異なる形状を有している、複合シート積層体。
- 各々が、樹脂層と、前記樹脂層上に配列された複数の圧電体要素とを有する複数の単位複合シートが積層され、前記圧電体要素が前記樹脂層によって挟まれることによって配置関係が固定された状態にあり、各単位複合シート内に含まれる前記複数の圧電体要素は、前記樹脂層上における位置によって異なる形状を有している、複合シート積層体を、前記圧電体要素の音波放射方向を横切るように切断することによって作製された複合圧電体。
- 前記圧電体要素の周囲が樹脂で囲まれていることを特徴とする請求項19に記載の複合圧電体。
- 前記樹脂は、単位複合シートの樹脂層の一部が流動し、硬化したものである請求項20に記載の複合圧電体。
- 配列された複数の圧電体要素と、前記複数の圧電体要素の間に位置する誘電体部分とを有する複合圧電体であって、前記複数の圧電体要素の少なくとも1つの圧電体要素における超音波放射方向に垂直な断面積が、前記超音波放射方向に沿って変化している複合圧電体と、
前記複合圧電体上に形成された一対の電極と、
を備えている超音波探触子。 - 前記複合圧電体上に整合層が形成されており、
前記整合層の厚さは、前記複合圧電体中の圧電体要素の共振周波数が変化する方向に沿って変化している請求項22に記載の超音波探触子。 - 超音波探触子と、前記超音波探触子に信号を送り出す送信部と、前記超音波探触子から出力される電気信号を受け取る受信部と、を備えた超音波検査装置であって、
前記超音波探触子は、
配列された複数の圧電体要素と、前記複数の圧電体要素の間に位置する誘電体部分とを有する複合圧電体であって、前記複数の圧電体要素の少なくとも1つの圧電体要素における超音波放射方向に垂直な断面積が、前記超音波放射方向に沿って変化している複合圧電体と、
前記複合圧電体上に形成された一対の電極と、
とを備えている超音波検査装置。 - (a)板状圧電体の一表面に樹脂層が形成された複合板を用意する工程と、
(b)前記複合板の前記圧電体に対して、前記樹脂層を完全に分断することなく、複数の溝を形成することによって、前記板状圧電体から複数本の圧電体要素を形成する工程と、
を包含し、
前記工程(b)は、前記複数本の圧電体要素に対して、前記樹脂層上の位置によって異なる形状を与える、単位複合シートの製造方法。 - (a)板状圧電体を粘着シートによって基板上に仮固定する工程と、
(b)前記板状圧電体に複数の溝を形成することにより、前記板状圧電体から複数本の細線状圧電体を形成する工程と、
(c)前記基板に固定された複数本の前記細線状圧電体を樹脂層に転写する工程と
を包含し、
前記工程(b)は、前記複数本の圧電体要素に対して、前記樹脂層上の位置によって異なる形状を与える、単位複合シートの製造方法。 - 前記複数の溝はサンドブラスト加工によって形成することを特徴とする請求項26に記載の単位複合シートの製造方法。
- (a)樹脂層と、前記樹脂層上に配列された複数の圧電体要素とを有する単位複合シートであって、前記複数の圧電体要素が前記樹脂層上における位置によって異なる形状を有している単位複合シートを複数枚用意する工程と、
(b)複数枚の前記単位複合シートを積層する工程と、
(c)積相した複数枚の前記単位複合シートを一体化する工程と
を包含する複合圧電体の製造方法。 - 前記一体化された複数枚の単位複合シートに対して、前記圧電体要素を横切るように切断する工程とを包含する、請求項28に記載の複合圧電体の製造方法。
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