JP3608471B2 - 超音波探触子とその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、超音波探触子の小型化、高周波化に伴いリード線の接続による音響特性の低下が問題となり、音響特性低下を抑えようとすると配線作業が困難になっていた。
【0003】
従来の方法として、特開平5−153695号公報に示された例がある。これを、図20を用いて簡単に説明する。
圧電素子1の表面に形成された表面電極3を、音響整合層以外の部分まで延長して形成し、該延長された部分に導電性材料からなる電極端子13を接合して、リード線7の接続部による音響特性の低下を防いでいる。6はバッキング材である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図20に示す従来の方法では、圧電素子1の表面電極3と電極端子13の接合部がデッドスペースとなり、圧電素子全体を有効に使用できず、超音波探触子がさらに小型化していくと圧電素子1の面積に占める電極端子13との接合部の面積の占める割合が大きくなり、圧電素子1の有効振動径が十分にとれなくなってしまう。
【0005】
本発明は、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを実現でき、高感度な小型超音波探触子を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために本発明は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極それぞれに接続された2つのリード線とを有し、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、2つのリード線は、両方とも前記絶縁材料上の同じ側で、異なる表面電極にそれぞれ接続するものである。
【0007】
あるいは、リード線を用いずに、絶縁材料として絶縁フィルムを用いて絶縁フィルムの両面の電極にそれぞれリード線の役目をもたせるものである。
これにより、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを実現でき、高感度な小型超音波探触子を提供できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極それぞれに接続された2つのリード線とを有し、前記リード線は、いずれも絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0009】
好ましくは、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、2つのリード線は、両方とも前記絶縁材料の同じ側で、異なる電極にそれぞれ接続することを特徴とする。
【0010】
好ましくは、圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とするものであり、あらかじめ用意した圧電素子が所望の厚みより厚くても研磨時に所望の厚みにすることができるので、取り扱いの容易な厚さで絶縁材料につけることができ、圧電素子にリード線が触れることもないので、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0011】
本発明の第2の実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極の一方に電気的に接続される電極を外周面に有する筐体と、前記表面電極それぞれに電気的に接続される2つのリード線とを有し、前記リード線は、一方を前記筐体の外周面に形成された電極に接続し、他方を絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0012】
好ましくは、絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とするものであり、樹脂を用いることにより圧電素子の両面に電極を形成する時に、固定するための治具等に取り付ける場合においても直接圧電素子に治具が触れず、安全に圧電素子を取り扱え、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0013】
本発明の第3の実施形態は、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁フィルムと、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ形成された表面電極とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子であり、リード線を接続する工程を省くことができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0014】
好ましくは、フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とするものであり、電極形成時に温度上昇によるフィルムの形状変化を防止することができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0015】
好ましくは、表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とするものであり、圧電素子の周囲がすでに絶縁材料で覆われているため、マスキング処理が不要か簡単な処理で済み、また電極を薄くつけることができるため、超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0016】
本発明の第4の実施形態は、圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、前記表面電極それぞれにリード線を接続する工程とを有し、前記リード線は、いずれも絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子の製造方法であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0017】
好ましくは、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、それぞれのリード線は、両方とも前記絶縁材料の同じ側で、異なる電極にそれぞれ接続することを特徴とする。
【0018】
好ましくは、圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とするものであり、あらかじめ用意した圧電素子が所望の厚みより厚くても研磨時に所望の厚みにすることができるので、取り扱いの容易な厚さで絶縁材料につけることができ、圧電素子にリード線が触れることもないので、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0019】
本発明の第5の実施形態は、圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、電極を筐体の外周面に形成して前記表面電極の一方と電気的に接続する工程と、前記表面電極それぞれと2つのリード線とを電気的に接続する工程とを有し、前記リード線は、一方を前記筐体の外周面に形成された電極に接続し、他方を絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子の製造方法であり、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0020】
好ましくは、絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とするものであり、樹脂を用いることにより圧電素子の両面に電極を形成する時に、固定するための治具等に取り付ける場合においても直接圧電素子に治具が触れず、安全に圧電素子を取り扱え、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0021】
本発明の第6の実施形態は、圧電素子の幅方向の周囲を絶縁フィルムで取り囲む工程と、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ表面電極を形成する工程とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法であり、リード線を接続する工程を省くことができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にする作用を有する。
【0022】
好ましくは、絶縁フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とするものであり、電極形成時に温度上昇によるフィルムの形状変化を防止することができるとともに、リード線を有さないことから、リード線、及び超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0023】
好ましくは、表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とするものであり、圧電素子の周囲がすでに絶縁材料で覆われているため、マスキング処理が不要か簡単な処理で済み、また電極を薄くつけることができるため、超音波探触子の電極が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを可能にするという作用を有する。
【0024】
以下、本発明の実施の形態について、図1から図7を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は本実施の形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。図1において、圧電素子1の幅方向の周囲には絶縁材料2があり、圧電素子1と絶縁材料2の上下面にそれぞれ表面電極3が形成され、一部、下面から上面へ折り返されている。圧電素子としてはチタン酸鉛系や、高周波ではLiNbO3 などがある。また絶縁材料2としてエポキシ樹脂等の樹脂などがある。
【0025】
電極が形成された圧電素子1と絶縁材料2の上面にはバッキング材6が、下面には音響整合層4と音響レンズ5が、それぞれ接着されている。
そしてリード線7が、一本は上面側の表面電極3に、他の一本は下面側から折り返されて上面に位置する表面電極3に、いずれも絶縁材料2の上の位置で接続されている。
【0026】
図2〜図7は図1に示した本実施の形態における超音波探触子の製造工程を示す。まず、図2のように、圧電素子1を平板9とリング8で囲まれた中心付近に配置し、その上から絶縁材料2を流し込み硬化させる。なお、板9とリング8は、テフロンなどの剥離性のあるものがよい。平板9とリング8の隙間には、絶縁材料2が漏れないよう真空グリス等で処置しておく。また、リング8の内径は音響レンズ5の外径と同じであるか、それ以下である。
【0027】
次に、図3のように、硬化した絶縁材料2と圧電素子1を板9とリング8より取り出し、所望の周波数の厚さまで研磨して、図4の状態にする。
次に、図5のように表面電極3を形成する。表面電極形成法には、スパッタあるいは蒸着等がある。
次に、図6のように、あらかじめ音響レンズ5に整合層4を接着したものの上に接着する。
【0028】
そして、図7のように、リード線7を図のように接着する。リード線の接着には銀ペーストまたは半田などが用いる。次に、バッキング材6を接着することによって超音波探触子が完成する。なお、目的によってはバッキング材なしでもよい。
【0029】
以上のように、図2〜図7に示した製造工程によって製作した図1のような超音波探触子は、リード線7が絶縁材料2の上の表面電極3に接続されているため、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることが可能となる。
【0030】
(実施の形態2)
図8は本実施の形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。図8において、圧電素子1の幅方向の周囲には絶縁材料2があり、圧電素子1と絶縁材料2の上下面にそれぞれ表面電極3が形成されている。圧電素子としてはチタン酸鉛系や、高周波ではLiNbO3などがある。また絶縁材料としてエポキシ樹脂などがある。
【0031】
電極が形成された圧電素子1と絶縁材料2の上面にはバッキング材6が、下面には音響整合層4と音響レンズ5が、それぞれ接着されている。なお、予め音響整合層4の上面には表面電極3が形成されており、圧電素子1の下面に形成された表面電極3とは、接着することでオーミックコンタクトにより導通を得ている。
【0032】
そしてリード線7が、一本は絶縁材料2の上の位置で上面側の表面電極3に接続されている。他の一本は、筐体である筒11の内側から、一旦、穴を通して、筒11の外側に形成され圧電素子1の下面に導通する電極に接続されている。
【0033】
図9〜図14は図8に示した本実施の形態における超音波探触子の製造工程を示す。まず、図9のように、予め音響レンズ5と音響整合層4を接着したものに、図のように表面電極3を形成する。表面電極形成法には、スパッタあるいは蒸着等がある。
【0034】
次に、図10のように、片面に表面電極3を形成した圧電素子1を音響整合層4の上に接着する。圧電素子1の片面に形成した電極と、音響レンズ5と音響整合層4を接着したものに形成した表面電極3は、オーミックコンタクトにより導通をとる。
【0035】
次に、図11のように、リング8を取り付け、圧電素子1とリング8との間に絶縁材料2を流し込み硬化させる。リング8はテフロンなどの剥離性のあるものがよい。
【0036】
次に、図12のように、絶縁材料2が硬化したらリング8をはずし、上面に表面電極3を形成して、探触子の主要部を構成する。
また、筐体として用いる筒11をあらかじめ用意し、図13のように、筒11の側面に穴をあけ、穴から下にむかって帯状に電極を形成しておく。筒11は絶縁材料を用いる。
【0037】
次に、図14のように、筒11を図12の状態にある探触子の主要部に接着し、導電性材料12によって音響レンズ5の側面の電極と、筒13上の帯状の電極との導通をとる。導電性材料12には、半田や銀ペースト等を用いる。
そして、図8で示したように、リード線を、一本は筒11の内側から例えばエポキシ樹脂等の絶縁材料2の上に位置する表面電極3に接続し、他の一本は筒11の内側から外側に抜けて筒11上の帯状の電極に接着する。バッキング材6は必要であれば接着する。
【0038】
以上のように、図9〜図14に示した製造工程によって製作した図8のような超音波探触子は、リード線7が絶縁材料2の上の表面電極3に接続されているため、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることが可能となる。
【0039】
(実施の形態3)
図15は本実施の形態における超音波探触子の構成を示す概略図である。図15において、圧電素子1の幅方向の周囲には絶縁フィルム10があり、圧電素子1と絶縁フィルム10の上下両面それぞれに表面電極3が形成されている。圧電素子としてはチタン酸鉛系や、高周波ではLiNbO3などがある。また絶縁フィルムとしてポリイミドフィルムなどがある。
電極が形成された圧電素子1と絶縁フィルム10の上面にはバッキング材6が、下面には音響整合層4と音響レンズ5が、それぞれ接着されている。
【0040】
図16〜図19は図15に示した本実施の形態における超音波探触子の製造工程を示す。まず、図16のように、圧電素子1の厚みと同じかまたは薄い絶縁フィルム10に圧電素子1が入る寸法の穴をあけ、圧電素子1を絶縁フィルム10の穴にはめる。
【0041】
次に、図17のように、両面に表面電極3を形成する。表面電極形成法には、スパッタあるいは蒸着等がある。
次に、図18のように、片面にバッキング材6、もう片面に音響整合層4と音響レンズ5を接着する。
次に、図19のように、バッキング材6よりはみでた絶縁フィルム12をある幅をもった帯だけを残して切り取る。この絶縁フィルム12の帯がそのままリード線の役割をもつ。
【0042】
以上のように、図16〜図19に示した製造工程によって製作した図15のような超音波探触子は、リード線を圧電素子1の周辺に接続する必要がないため、煩雑なリード線接続作業がなく、超音波探触子の小型化に有効な手段である。
また、圧電素子1上の表面電極3上に、従来例の図20で示した電極端子13やリード線7がないため、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることが可能となる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、超音波探触子に用いられる圧電素子の幅方向の周囲を絶縁材料で囲み、圧電素子と絶縁材料の両面に表面電極を形成して、絶縁材料側にリード線を接続することにより、あるいは、その絶縁材料として絶縁フィルムを用いて絶縁フィルムの両面の電極にそれぞれリード線の役目をもたせることにより、超音波探触子の電極およびリード線が音響特性に影響を与えず、振動有効径を大きくとることを実現でき、高感度な小型超音波探触子を提供できるという有利な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による超音波探触子の構成を示す概略断面図
【図2】本発明の実施の形態1による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図3】本発明の実施の形態1による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図4】本発明の実施の形態1による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図5】本発明の実施の形態1による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図6】本発明の実施の形態1による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図7】本発明の実施の形態1による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図8】本発明の実施の形態2による超音波探触子の構成を示す概略断面図
【図9】本発明の実施の形態2による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図10】本発明の実施の形態2による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図11】本発明の実施の形態2による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図12】本発明の実施の形態2による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図13】本発明の実施の形態2による超音波探触子製造の一工程を示す概略斜視図
【図14】本発明の実施の形態2による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図15】本発明の実施の形態3による超音波探触子の構成を示す概略断面図
【図16】本発明の実施の形態3による超音波探触子製造の一工程を示す概略斜視図
【図17】本発明の実施の形態3による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図18】本発明の実施の形態3による超音波探触子製造の一工程を示す概略断面図
【図19】本発明の実施の形態3による超音波探触子製造の一工程を示す概略斜視図
【図20】従来の超音波探触子の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
1 圧電素子
2 絶縁材料
3 表面電極
4 音響整合層
5 音響レンズ
6 バッキング材
7 リード線
8 リング
9 平板
10 絶縁フィルム
11 筒
12 導電性材料
13 電極端子
Claims (15)
- 超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極それぞれに接続された2つのリード線とを有し、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、2つのリード線は、両方とも前記絶縁材料上の同じ側で、異なる表面電極にそれぞれ接続することを特徴とする超音波探触子。
- 超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記絶縁材料上に形成された表面電極にそれぞれに接続された2つのリード線とを有し、圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする超音波探触子。
- 圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする請求項1記載の超音波探触子。
- 超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ形成された表面電極と、前記表面電極の一方に電気的に接続される電極を外周面に有する筐体と、前記表面電極それぞれに電気的に接続される2つのリード線とを有し、前記リード線は、一方を前記筐体の外周面に形成された電極に接続し、他方を絶縁材料上に形成された表面電極に接続することを特徴とする超音波探触子。
- 絶縁材料に樹脂を用い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。
- 超音波を送信あるいは受信する超音波探触子において、圧電素子と、前記圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁フィルムと、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ形成された表面電極とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子。
- フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とする請求項6記載の超音波探触子。
- 表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の超音波探触子。
- 圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、前記表面電極それぞれにリード線を接続する工程とを有し、一方の表面電極は、一部を絶縁材料の一面から他面へ折り返して形成され、各リード線は、両方とも前記絶縁材料上の同じ側で、異なる表面電極にそれぞれ接続する超音波探触子の製造方法。
- 圧電素子の幅方向の周囲を取り囲む絶縁材料を形成する工程と、前記圧電素子と前記絶縁材料の両面にそれぞれ表面電極を形成する工程と、前記絶縁材料上の表面電極にそれぞれにリード線を接続する工程とを有し、
圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 圧電素子の周囲の絶縁材料は、絶縁材料内に前記圧電素子をつけこんで硬化させ、両面を研磨することにより前記圧電素子の両面をむき出すことで形成することを特徴とする請求項9記載の超音波探触子の製造方法。
- 絶縁材料に樹脂を用いることを特徴とする請求項9から11のいずれかに記載の超音波探触子の製造方法。
- 圧電素子の幅方向の周囲を絶縁フィルムで取り囲む工程と、前記圧電素子と前記絶縁フィルムの両面にそれぞれ表面電極を形成する工程とを有し、前記絶縁フィルムを前記超音波探触子の外部まで延びるように形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
- 絶縁フィルムに超耐熱ポリイミドフィルムを用いることを特徴とする請求項13記載の超音波探触子の製造方法。
- 表面電極形成に蒸着またはスパッタ用いることを特徴とする請求項9から14のいずれかに記載の超音波探触子の製造方法。
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JP2001292495A (ja) | 2001-10-19 |
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