JP2017092097A - 圧電素子、超音波プローブ、超音波測定装置及び圧電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態における超音波測定装置10のシステム構成例を示す図である。
超音波測定装置10は、超音波を被測定者2へ送信して反射波を測定することにより被測定者2の生体情報を測定する装置である。本実施形態では、生体情報の1つとして頸動脈3のIMT(Intima Media Thickness:血管の内膜中膜複合体厚)といった血管機能情報を測定する。勿論、IMT以外にも、血管径や、血管径から血圧を推定する、血管径の変化から脈拍を算出するといった別の血管機能情報や生体情報を測定することとしてもよい。また、測定対象は人間に限らない。
測定制御装置20は、携帯型のコンピューターであって、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力するための手段を兼ねるタッチパネル22と、超音波プローブ40との間で信号の送受信を制御するインターフェース回路24と、制御基板30と、を備える。その他、図示されない内臓バッテリーなどを適宜備える。
超音波プローブ40は、貼り付け面側に、被測定者2の皮膚に超音波プローブ40を着脱自在に粘着させる粘着部42と、超音波センサー44とを有する。
本実施形態の第1圧電素子50は、空洞部51が設けられた(空洞部51が開けられた)上面視矩形状の支持基板52の上面に、薄膜状のケイ素層57が接合されている。なお、支持基板52の上面にケイ素層57を形成してから空洞部51を形成することとしてもよい。
次に、本発明を適用した第2実施形態について述べる。
本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様にして実現されるが、使用するシリコンウエハーの面方位が異なり、振動板53を含むケイ素層57のパターニングの方向が異なる。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、同様の構成要素には同じ符号を付与して説明は省略するものとする。
次に、本発明を適用した第3実施形態について述べる。
本実施形態は、基本的に第1実施形態と同様にして実現されるが、第1圧電素子50の構造が異なる。なお、以降では主に第1実施形態との差異について述べることとし、同様の構成要素には同じ符号を付与して説明は省略するものとする。
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、適宜構成要素の追加・省略・変更をすることができる。
例えば、上記実施形態では振動板53をケイ素の単層構造としたが、図15の振動板長手方向断面図(図5に相当)に示すように、アクチュエーター部55との間に酸化ジルコニア層58や二酸化ケイ素層59を有した複層構造としてもよい。
また、上記実施形態では支持基板52とケイ素層57とを別材としたが、図16の振動板長手方向断面図に示すように、支持基板52とケイ素層57とを同一材とし、空洞部51をエッチング等により作成することとしてもよい。
また、上記実施形態では振動板53の周囲にスリット54を設けたが、図17の断面図(図4相当)に示すように、スリット54を省略した構成としてもよい。例えば、振動板53を上面視矩形とするならば、その四片を支持基板52で支持した支持構造と呼ぶことができる。この場合、外力を受けたときの高伸縮方向は、振動板53(圧電体551)の短手方向となるため、この方向が低ヤング率方位に沿うように振動板53を作成・積層すればよい。同様のことは、図15及び図16の構成にも適用できる。
また、上記実施形態では、1つの超音波トランスデューサー46が、送信用の第1圧電素子50と、受信用の第2圧電素子60とを別々に有する構成としているが、第1圧電素子50が受信用途も兼ねる構成として、第2圧電素子60を不用とする構成としてもよいのは勿論である。
また、上記実施形態では、振動板53の素材を単結晶シリコンとしたが、偏角方向にヤング率の異方性を有する結晶方位面で薄板を作成できる素材であれば、他の物質でも構わない。例えば、ガリウムヒ素などシリコンと同じ炭素属の他元素(第14属元素)の素材なども利用可能である。
また、第1実施形態は、面方位[010]の単結晶シリコン及び面方位[100]の単結晶シリコンにも適用できる。
すなわち、単結晶シリコンの[010]面内におけるヤング率も、図18に示すように異方性を有する。よって、振動板53とする素材を、長手方向が、ヤング率が局所的に低くなる面方位[001]及び面方位[100]の何れかに沿った方向となるように切り出せばよい。
また、第2実施形態は、面方位[011]の単結晶シリコン及び面方位[101]の単結晶シリコンにも適用できる。
すなわち、単結晶シリコンの[011]面内におけるヤング率も、図20に示すように異方性を有する。よって、振動板53とする素材を、長手方向が、ヤング率が局所的に低くなる面方位[0−11]及び面方位[100]の何れかに沿った方向となるように切り出せばよい。
Claims (10)
- 圧電体と、
相対的にヤング率が高い方位と低い方位(以下「低ヤング率方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコンを振動用素材とする振動板と、
を備え、前記低ヤング率方位が、前記圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように前記圧電体と前記振動板とが積層された圧電素子。 - 前記単結晶シリコンは、面方位が[001]であり、前記低ヤング率方位は、[100]又は[010]である、請求項1に記載の圧電素子。
- 前記単結晶シリコンは、面方位が[001]であり、前記低ヤング率方位は、[001]又は[100]である、請求項1に記載の圧電素子。
- 前記単結晶シリコンは、面方位が[100]であり、前記低ヤング率方位は、[010]又は[001]である、請求項1に記載の圧電素子。
- 前記単結晶シリコンは、面方位が[110]であり、前記低ヤング率方位は、[−100]又は[001]である、請求項1に記載の圧電素子。
- 前記単結晶シリコンは、面方位が[011]であり、前記低ヤング率方位は、[0−10]又は[100]である、請求項1に記載の圧電素子。
- 前記単結晶シリコンは、面方位が[101]であり、前記低ヤング率方位は、[10−1]又は[010]である、請求項1に記載の圧電素子。
- 請求項1〜7の何れか一項に記載の圧電素子を、超音波の受信用に備えた超音波プローブ。
- 請求項8に記載の超音波プローブを備えた超音波測定装置。
- 相対的にヤング率が高い方位と低い方位(以下「低ヤング率方位」という)とを有する異方性の単結晶シリコンウエハーから、振動板に用いる振動用素材を切り出す工程と、
前記低ヤング率方位が、圧電体の支持構造に応じて生じる相対的に伸縮する程度の高い方向(以下「高伸縮方向」という)と低い方向とのうちの高伸縮方向に沿った方向となるように、前記圧電体と前記振動板とを積層する工程と、
を含む圧電素子の製造方法。
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