JPH04345300A - 超音波探触子及び該探触子に使用する圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波探触子及び該探触
子に使用する圧電振動子２の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、サイドローブレベルを減少さ
せ、超音波ビームの改善を行うためには、圧電体である
超音波探触子を構成する圧電振動子の分極を、その圧電
振動子の配列方向と直交する方向、すなわち、超音波探
触子の厚み方向に、中央部から端部に行くにしたがって
小さくするようにし、放射音圧に対して重み付けするこ
とが有効であることが確認されている。

【０００３】そして、このような手法を利用する公知例
の一つとして、分極強度を例えば二乗余弦、ハミング関
数、ガウス分布等の連続関数に従って変化させるように
したものがあり、他の公知例として、図７（ｂ）に示す
ように、分極強度を階段状関数に従って変化させるよう
にしたものがある（同図において、横軸は厚み方向寸法
、縦軸は電気機械結合係数を示す。）。

【０００４】図７（ａ）は上述した分極強度を階段状関
数に従って変化させる方法を示すもので、圧電振動子板
１には、配列方向Ａと平行にストライプ状の電極８が取
り付けられ、各電極８に中央で高く端部に行くほど低く
なる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することにより、図７
（ａ）において矢印の長さで示すような分極状態が得ら
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例において、分極強度を連続関数に従って変化させた圧
電振動子２を得るには、一般に複雑な工程を要する上に
、所望の分布状態を得るために管理因子が多くなるとい
う欠点を有するために、製造の比較的簡単な後者の手法
が優れているが、階段状関数に従って、分極重み付けを
上述した方法で行う場合、分極時に設けるストライプ状
電極８の間の部分、すなわち、電極８のない部分、ある
いは隣接する２つの電極８で、印加電圧Ｖが低い方の一
部において、不要の振動モードが発生し、振幅重み付け
による超音波ビームの改善の効果を減少させているとい
う問題を有していた。

【０００６】図８は上述した方法で分極した後、ストラ
イプ電極８を取り去り、再び主面３、４全体に渡って電
極８を取り付けた圧電振動子板１を配列方向と直交する
方向に分割し、電極８を付けて分極した部分（図８（ｂ
））と、分極時に電極８を付けなかった部分（図８（ａ
））の共振周波数、反共振周波数を測定した結果を示す
ものである。

【０００７】この図８において、電極８のある部分では
３〜５ＭＨｚに共振、反共振点があるが、電極８のない
部分は、３〜５ＭＨｚ付近の他に新たに６〜９ＭＨｚ付
近で共振、反共振点が存在している。これは隣接する２
つの電極８で、印加電圧Ｖが低い方の一部についても同
様な結果が得られ、その原因は、電極８のない圧電素子
の部分が、隣接する電極８から影響を受けて、主面３、
４に垂直でなく、斜め方向に分極されているためと考え
られる。

【０００８】そして、このために、圧電素子を駆動した
場合、電極８のない部分、および隣接する２つの電極８
の内、印加電圧Ｖが低い方の一部が主面３、４に対して
垂直でなく、斜め方向に不要な振動をするため、これが
振幅重み付けによる超音波ビームの改善の効果を減少さ
せている。

【０００９】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たものであって、振幅重み付けによる超音波ビームの改
善効果の高い超音波探触子、およびこの超音波探触子に
使用する圧電振動子の製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、配列方向と直交する方向の電気機械結合係数が中央
で高く端部に行くに従って低く階段状に変化する圧電振
動子板１を配列方向に複数に分割した圧電振動子２を有
してなり、前記圧電振動子２の電気機械結合係数の変化
部には、主面３、４から他方の主面４、３に向かって複
数の切り込み５、５・・を形成してなる超音波探触子を
提供することにより達成される。

【００１１】

【作用】上記構成に基づき、圧電振動子２は配列方向と
直交する方向の電気機械結合係数は階段状に変化させら
れることから重み付けがなされ、サイドローブレベルの
低下が図られる。また、上記電気機械結合係数の変化部
位に切り込み５が形成されているために、斜め方向の不
要な振動が減じられ、超音波ビームの改善効果が高めら
れる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の実施例を示すもので、図中
Ａは圧電振動子２の配列方向、Ｂは厚み方向を各々示し
ており、先ず、圧電振動子板１の両主面３、４の全面に
渡って一様に電極８を形成する。

【００１４】その後、ダイシング・ソーを用いて一方の
主面３、４に切り込み５を入れる。この切り込み５は配
列方向に沿って形成され、深さは、圧電振動子板１が割
れないように、振動子板の厚さの１／２程度とするのが
望ましい。

【００１５】この結果、切り込み５を入れた主面３、４
の電極８は厚み方向に分割された状態となり、この後、
各分割された電極８に電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加し、
対向する電極８をアースＥに落して分極を行う。分極の
為の印加電圧Ｖは、中央部を最高として、端部に行くに
従い階段状に低くなるように設定され、かかる分極操作
により、圧電振動子板１は、図１において矢印で示すよ
うに、中央が最高値で、両端部に行く程段階的に低くな
るように分極されることとなる。なお、この分極操作は
、絶縁オイル中で行われ、切り込み５部分は絶縁オイル
で満たされている。

【００１６】図２は、圧電振動子板１に対する切り込み
５方法の他の実施例を示すものである。この実施例にお
いて、切り込み５は配列方向Ａと平行な方向に、圧電振
動子板１の両方の主面３、４から対向する他の主面４、
３に向かって形成されている。このように切り込み５を
両主面３、４から中央部に向かって形成することにより
、分極時の熱による圧電振動子板１の反りが完全に防止
される。

【００１７】図３は、さらに他の実施例を示すもので、
複数の切り込み５によって分割された表面の電極８、及
び圧電振動子板１の一部の、配列方向と直交する方向の
幅ａを均等に構成した場合を示している。これは、圧電
素子のｗ／ｔ比（幅ｗ、厚さｔ）が変わると、共振周波
数、反共振周波数が変わることに対処したものある。

【００１８】図４は、以上のようにして形成された圧電
振動子板１に駆動用の電極１１を形成し、圧電振動子２
として使用する場合の実施例を示すものである。

【００１９】この実施例において、圧電振動子板１には
、一方の主面４からのみ切り込み５が入れられており、
（ａ）、（ｂ）は分極用の電極８上に駆動用の電極１１
を積層して形成する場合が、（ｃ）は一方の主面４に形
成された分極用の電極８を周知の手法により取り除き、
再び主面４全体に渡って電極１１を取り付ける場合が示
されている。

【００２０】また、この場合、駆動用の電極１１は、（
ａ）に示すように、主面４全面に渡って形成することも
でき、さらに、（ｂ）に示すように、各切り込み５を跨
ぐように形成しても良い。

【００２１】なお、電極８の取り付けは、加熱による脱
分極を避けるために、常温で行うことが望ましく、導電
ペースト、メッキ、蒸着等を使用することができる。

【００２２】また、電極８をつなぐ場合、圧電振動子板
１の割れを防止するために、切り込み５にエポキシ系の
樹脂７、あるいはシリコン樹脂等を充填しておくことが
望ましい。

【００２３】さらに、切り込み５を入れた主面４側を放
射面側とする場合には、切り込み５部分に高減衰体を充
填すると、切り込み５の底の部分から放射される約２倍
の周波数の超音波を減衰させることができ、このような
高減衰体としては、放射面と反対側に放射される超音波
を減衰させるバッキング材を使用することが有効である
。

【００２４】図５は以上のように構成される圧電振動子
２を用いて探触子を形成する場合の実施例を示すもので
、上述したように、配列方向Ａと直交する方向Ｂに階段
状の分極の重み付けがされた圧電振動子板１は配列方向
Ａに分割され、アース側主面４と対向する主面３の各々
の電極８から信号線９が引き出される。各信号線９間に
切り替えスイッチ１０が配置されており、該切り替えス
イッチ１０を操作することにより、厚み方向の３種類の
開口Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が制御される。

【００２５】図６は他の実施例を示すもので、アース側
主面４と対向する主面３の中で一部の電極８間の切り込
み５は導電体でつながれ、共通の電極６が形成される。 各電極６、８から取り出される信号線９間には切り替え
スイッチ１０を配置し、該切り替えスイッチ１０のいず
れかを選択して切り替えることにより、開口制御がなさ
れる。

【００２６】かかる構成は、切り替えスイッチ１０を少
なくすることができ、制御が容易なため、切り込み本数
が多くなった時に有効である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による超音波探触子によれば、機械電気結合係数が変化
する境界部での斜め方向の振動モードを防止することが
でき、ビームの改善効果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第二の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第三の実施例を示す図である。

【図４】圧電振動子板を示す図である。

【図５】開口制御の方法を示す図である。

【図６】図５の変形例を示す図である。

【図７】従来例を示す図である。

【図８】従来例の問題点を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　圧電振動子板 ２　　　　圧電振動子 ３、４　　　　主面 ５　　　　切り込み ６　　　　共通電極 ７　　　　樹脂材料 ８　　　　電極 ９　　　　信号線 １０　　　　スイッチ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配列方向と直交する方向の電気機械結合係
   数が中央で高く端部に行くに従って低く階段状に変化す
   る圧電振動子板（１）を配列方向に複数に分割した圧電
   振動子（２）を有してなり、前記圧電振動子（２）の電
   気機械結合係数の変化部には、主面（３）から他方の主
   面（４）に向かって複数の切り込み（５、５・・）を形
   成してなる超音波探触子。
2. 【請求項２】前記切り込み（５）は、両方の主面（３、
   ４）から他方の主面（４、３）に向かって対向して形成
   されたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
3. 【請求項３】前記電気機械結合係数の変化を、圧電振動
   子（２）に対する分極強度を変えて実現する請求項１ま
   たは２記載の超音波探触子。
4. 【請求項４】前記切り込み（５）は、圧電振動子（２）
   の一部において等ピッチで形成してなる請求項１、２、
   または３記載の超音波探触子。
5. 【請求項５】前記切り込み（５）により分割された電極
   （８）を導電体で接続して共通電極（６）を形成した請
   求項１、２、３、または４記載の超音波探触子。
6. 【請求項６】前記切り込み（５）には、樹脂材料（７）
   を充填したことを特徴とする請求項１、２、３、４、ま
   たは５記載の超音波探触子。
7. 【請求項７】切り込み（５）により分割されたアース側
   主面（３）の電極（８）を導電体で接続して共通電極（
   ６）を形成するとともに、アース側主面（３）対向する
   他の主面（４）の各々の電極（８、８・・）から信号線
   （９）を取り出し、該信号線（９）間の接続を断接する
   切り替えスイッチ（１０）により開口制御を行う請求項
   ２、３、４、または６記載の超音波探触子。
8. 【請求項８】請求項７記載の超音波探触子において、ア
   ース側主面（３）に対向する他の主面（４）の電極（８
   ）の内一部を導電体で接続して共通電極（６）を形成し
   た超音波探触子。
9. 【請求項９】両主面（３、４）に電極（８）を形成した
   圧電振動子板（１）を配列方向と平行な方向に一方の主
   面（３）から他方の主面（４）に向かって切り込み（５
   ）を形成し、次いで、前記切り込み（５）によりストラ
   イプ状に分割された各電極（８）と他の主面（３）との
   間に、中央で高く端部に行くに従って低い電圧（Ｖ）を
   印加して分極し、この後、前記圧電振動子板（１）を配
   列方向と直交する方向に分割する超音波探触の圧電振動
   子の製造方法。