JPH0457599A - Composite piezoelectric body and ultrasonic probe - Google Patents

Composite piezoelectric body and ultrasonic probe

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JPH0457599A
JPH0457599A JP16900990A JP16900990A JPH0457599A JP H0457599 A JPH0457599 A JP H0457599A JP 16900990 A JP16900990 A JP 16900990A JP 16900990 A JP16900990 A JP 16900990A JP H0457599 A JPH0457599 A JP H0457599A
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piezoelectric
ring
composite
electrode
piezoelectric body
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Takayoshi Saito
孝悦 斉藤
Yasushi Koishihara
靖 小石原
Fumika Shinoda
篠田 ふみか
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2437Piezoelectric probes
    • G01N29/245Ceramic probes, e.g. lead zirconate titanate [PZT] probes

Abstract

PURPOSE:To bring an electric impedance of a composite dielectric body to a desired impedance by providing two kinds of piezoelectric bodies or over whose dielectric constant is different. CONSTITUTION:Ring electrodes 4a-4d are formed to one face of a composite piezoelectric body 1 formed by packing an organic high polymer 3 between plural piezoelectric bodies 2 and a common electrode 5 is formed on the other face. Then piezoelectric electrodes 2a-2d whose dielectric constant differs from each other are selected by bringing an electric impedance when a voltage is applied between the electrodes 4a-4d and the common electrode 5 into a desired value. In this case, the electric impedance is made almost identical by adjusting the dielectric constant of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the area of the electrodes 4a-4d. Thus, the electric impedance of the composite piezoelectric body 1 is adjusted to a desired value.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はソナーや超音波診断装置等のセンサに用いる複
合圧電体及び超音波探触子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a composite piezoelectric material and an ultrasonic probe used in sensors such as sonar and ultrasonic diagnostic equipment.

従来の技術 水や生体を対象としたソナーや超音波診断装置等の超音
波探触子として、多重リング型の超音波トランスジュー
サを用いて、高分解能の超音波画像を得るよう検討が行
われている。従来、この多重リング型の超音波トランス
ジューサの構成として、例えば、特開昭61−77.4
97号公報記載のものがある。
Conventional technology Studies have been conducted to obtain high-resolution ultrasonic images using multi-ring type ultrasonic transducers as ultrasonic probes for sonar and ultrasonic diagnostic equipment that target water and living organisms. There is. Conventionally, as a configuration of this multi-ring type ultrasonic transducer, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-77.4
There is one described in Publication No. 97.

以下、第5図(a)、(b)を参照して従来の構成の超
音波トランスジューサについて説明スる。この超音波ト
ランスジューサは、−次元に配列した圧電セラミックス
22を三次元に配列したポリウレタン等の高分子23で
構成した、いわゆる1−3型複合圧電体21の一方の面
に等間隔に配列したリング状の電極24a、24b・・
・24nを構成し、もう一方の面には共通電極25を形
成した構成とを有する。これにより、アニユラアレイ型
の複合圧電体となっている。さらに、各電極24a、2
4b・・・24nからそれぞれリード線を取り出し、必
要に応じて、電極24a、24b・・・24n側に背面
負荷材を設け、更に、共通電極25側には、音響整合層
、音響レンズを設けたちのとなるが、ここでは図示して
いない。
Hereinafter, an ultrasonic transducer having a conventional configuration will be explained with reference to FIGS. 5(a) and 5(b). This ultrasonic transducer consists of rings arranged at equal intervals on one surface of a so-called 1-3 type composite piezoelectric body 21, which is composed of a polymer 23 such as polyurethane, in which piezoelectric ceramics 22 are arranged in a three-dimensional arrangement. shaped electrodes 24a, 24b...
24n, and a common electrode 25 is formed on the other surface. This results in an annular array type composite piezoelectric material. Furthermore, each electrode 24a, 2
Lead wires are taken out from 4b...24n, and if necessary, a back load material is provided on the electrodes 24a, 24b...24n side, and an acoustic matching layer and an acoustic lens are provided on the common electrode 25 side. However, it is not shown here.

そして、多重リング型の電極24a、24b・・・24
nと共通電極25間に印加する電圧に、電極24a、2
4b・・・24n毎に時間差を与えることにより、送信
される超音波ビームは、時間軸方向すなわち被検体の深
さ方向に広い領域で任意に集束させることができる。従
って、この超音波トランスジューサを機械的に操作する
ことにより、扇形状に超音波ビームを走査させ、高分解
能の超音波画像を得ることができる。
And multiple ring type electrodes 24a, 24b...24
The voltage applied between the common electrode 25 and the electrodes 24a, 2
By giving a time difference of 4b...24n, the transmitted ultrasound beam can be focused arbitrarily over a wide area in the time axis direction, that is, in the depth direction of the subject. Therefore, by mechanically operating this ultrasonic transducer, it is possible to scan the ultrasonic beam in a fan shape and obtain a high-resolution ultrasonic image.

発明か解決しようとする課題 しかしながら、上記従来例では、リング状の電極24a
、24b・・・24nを等間隔に分割しているため、そ
れぞれの電極面積が違い、外側の電極24nの部分が最
も面積か大きく、中心に行くに従い、小さくなって行く
こととなる。すなわち、電極面積の違いにより各電極2
4a、24b・・・24nと共通電極25間の電気的な
インピーダンスも違ってくる。例えば、全体が直径2O
nonの円板を等間隔で4分割した場合では、それぞれ
の電極の面積は24aは19.63M2.4bは39゜
2non2.4cは58.9m+n  、4nは137
.44胚2となり、電極4aと外側の電極4nとでは、
1・7の比となる。従って電気インピーダンスは、面積
に反比例するので、大きな差となり、このような各電極
部4a、4b・・・4nに、同じ電圧を印加したとして
も超音波に変換される効率の差が太き(なる。従って、
それぞれの電極4a、4b・・・4nに送信回路から電
圧を印加した場合には、送受信回路の電気的インピーダ
ンスとマツチングがとれた電極からは効率良く超音波が
発信されるが、それは電極24a、24b・・・24n
の中のせいぜい1つであり、他は電気的なインピーダン
スのマツチングがとれないために、超音波への変換効率
か悪くなる。そのために、良好な超音波ビームを構成す
ることが困難となる。そして、サイドローブの大きい音
場となり、高分解能の超音波画像を得ることかできなく
なるという欠点を有している。
Problems to be Solved by the Invention However, in the above conventional example, the ring-shaped electrode 24a
, 24b, . . . , 24n are divided at equal intervals, so each electrode has a different area, with the outer electrode 24n having the largest area and decreasing toward the center. In other words, each electrode 2
The electrical impedance between the common electrodes 4a, 24b, . . . 24n and the common electrode 25 also differs. For example, the entire diameter is 20
When a non disk is divided into four at equal intervals, the area of each electrode is 19.63 m for 24a, 39° for 2.4b, 58.9 m+n for non2.4c, and 137 m for 4n.
.. 44 embryos 2, and between the electrode 4a and the outer electrode 4n,
The ratio is 1.7. Therefore, since the electrical impedance is inversely proportional to the area, there is a large difference, and even if the same voltage is applied to each of the electrode parts 4a, 4b, . Therefore,
When a voltage is applied from the transmitting circuit to each of the electrodes 4a, 4b, . 24b...24n
There is at most one of them, and the others have poor electrical impedance matching, resulting in poor conversion efficiency to ultrasonic waves. This makes it difficult to construct a good ultrasonic beam. This has the disadvantage that it creates a sound field with large side lobes, making it impossible to obtain high-resolution ultrasound images.

そこで本発明は従来の以上のような課題を解決するもの
で、目的とするところは、複合圧電体にリング状に形成
した各電極の電気的なインピーダンスを所望の値にして
、電気的なインピーダンスのミスマツチングによる反射
を少なくして効率の良い送信、受信を行うことができる
複合圧電体及び超音波探触子を得ることである。
Therefore, the present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems.The purpose of the present invention is to set the electrical impedance of each electrode formed in a ring shape on a composite piezoelectric material to a desired value, and to reduce the electrical impedance. An object of the present invention is to obtain a composite piezoelectric material and an ultrasonic probe that can perform efficient transmission and reception by reducing reflections caused by mismatching.

課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
請求項(1)の発明は、誘電率の異なる値を有する2種
類以上の圧電体と、各圧電体の間に充填された有機高分
子材料とを有したことを特徴とする複合圧電体である。
Means for Solving the Problems The present invention has been made to achieve the above objects.
The invention of claim (1) is a composite piezoelectric body characterized by having two or more types of piezoelectric bodies having different dielectric constant values and an organic polymer material filled between each piezoelectric body. be.

請求項(2)の発明は、前記請求項(1)の発明におい
て2種類以上の圧電体か圧電セラミックスであることを
特徴とする複合圧電体である。
The invention according to claim (2) is the composite piezoelectric material according to the invention according to claim (1), characterized in that the piezoelectric material is made of two or more types of piezoelectric materials or piezoelectric ceramics.

請求項(3)の発明は前記請求項(1)の発明において
、2種類以上の圧電体が一次元のつながりを有し、有機
高分子材料が三次元のつながりを有することを特徴とす
る複合圧電体である。
The invention of claim (3) is the invention of claim (1), wherein the two or more types of piezoelectric materials have a one-dimensional connection, and the organic polymer material has a three-dimensional connection. It is a piezoelectric material.

請求項(4)の発明は一方の面に設けられたすング状の
複数の電極と、他方の面に設けられた共通電極と、前記
両面間に設けられた2種類以上の圧電体及び各圧電体の
間に充填された有機高分子材料による複合圧電体とを有
し、前記リング状の各電極の面積に対応して、リング状
の各電極毎の圧電体の誘電率の値を変えたことを特徴と
する超音波探触子である。
The invention of claim (4) includes a plurality of tongue-shaped electrodes provided on one surface, a common electrode provided on the other surface, two or more types of piezoelectric bodies provided between the two surfaces, and each and a composite piezoelectric material made of an organic polymer material filled between the piezoelectric materials, and the dielectric constant value of the piezoelectric material for each ring-shaped electrode is changed in accordance with the area of each ring-shaped electrode. This ultrasonic probe is characterized by:

請求項(5)の発明は、前記請求項(4)の発明におい
て2種類以上の圧電体が圧電セラミックスであることを
特徴とする超音波探触子である。
The invention of claim (5) is an ultrasonic probe characterized in that in the invention of claim (4), the two or more types of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.

請求項(6)の発明は一方の面に設けられたリング状の
複数の電極と、他方の面に設けられた共通電極と、前記
両面間に設けられた2種類以上の圧電体及び各圧電体の
間に充填された有機高分子材料による複合圧電体と、を
有し、前記リング状の各電極の面積に対応して、リング
状の各電極毎の圧電体の体積比を変えたことを特徴とす
る超音波探触子である。
The invention of claim (6) provides a plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface, a common electrode provided on the other surface, two or more types of piezoelectric bodies provided between the two surfaces, and each piezoelectric material. a composite piezoelectric body made of an organic polymer material filled between the bodies, and the volume ratio of the piezoelectric body for each ring-shaped electrode is changed in accordance with the area of each ring-shaped electrode. This is an ultrasonic probe featuring the following.

請求項(7)の発明は、前記請求項(6)の発明におい
て圧電体が圧電セラミックスであることを特徴とする超
音波探触子である。
The invention according to claim (7) is the ultrasonic probe according to the invention according to claim (6), characterized in that the piezoelectric body is a piezoelectric ceramic.

作  用 請求項(1)の発明7請求項(2)の発明、請求項(3
)の発明は複合圧電体に係わるものであり、超音波探触
子に係わる請求項(4)の発明請求項(5)の発明の主
要な部分に用いられる。
Invention of action claim (1) 7 Invention of claim (2), claim (3)
) relates to a composite piezoelectric material, and is used as a main part of the invention of claim (4) and claim (5), which relate to an ultrasonic probe.

請求項(1)の発明は、誘電率が異なる値を有する2種
類以上の圧電体を有することで、各圧電体の電極の面積
が異なってもインピーダンスの値を所望の値にすること
ができる。電極は圧電体に接して別体に設けられること
もあるであろうし、圧電体の端部が電極となる場合もあ
るであろう。
According to the invention of claim (1), by having two or more types of piezoelectric bodies having different permittivity values, the impedance value can be set to a desired value even if the area of the electrode of each piezoelectric body is different. . The electrode may be provided separately in contact with the piezoelectric body, or the electrode may be provided at the end of the piezoelectric body.

別体の電極を設ける場合には、電極によって並列に接続
される圧電体を選択することでインピーダンスの値を選
択することもできる。請求項(2)の発明及び請求項(
3)の発明は前記請求項(1)の発明とほぼ同様の作用
を有する。
When separate electrodes are provided, the impedance value can also be selected by selecting piezoelectric bodies connected in parallel by the electrodes. The invention of claim (2) and the claim (
The invention of claim 3) has substantially the same effect as the invention of claim (1).

請求項(4)の発明は、リング状の複数の電極を有する
ことで、各リング状電極毎に複合圧電体か存在すること
になる。そして、リング状の各電極の面積に対応して圧
電体の誘電率の値を変えることで、各リング状の電極毎
のインピーダンス、すなわち各複合圧電体毎のインピー
ダンスを所望の値に、例えば路間じ値とすることができ
る。請求項(5)の発明も前記請求項(4)の発明とほ
ぼ同様の作用を有する。前記請求項(1)〜請求項(3
)の発明はこれら第4及び請求項(5)の発明の超音波
探触子に用いることができる。
In the invention of claim (4), by having a plurality of ring-shaped electrodes, a composite piezoelectric body is present for each ring-shaped electrode. Then, by changing the dielectric constant value of the piezoelectric material in accordance with the area of each ring-shaped electrode, the impedance of each ring-shaped electrode, that is, the impedance of each composite piezoelectric material, can be set to a desired value, for example, It can be an interval value. The invention of claim (5) also has substantially the same effect as the invention of claim (4). Said claims (1) to (3)
) can be used for the ultrasonic probe of the fourth and fifth inventions.

請求項(6)の発明は、前記請求項(5)の発明が圧電
体の誘電率の値を変えたことに比べ、圧電体の体積比を
変えることで各リング状の電極毎のインピーダンス、す
なわち各複合圧電体毎のインピーダンスを所望の値に例
えば、路間し値とするこができる。請求項(7)の発明
も前記請求項(6)の発明と路間し作用を有する。
The invention of claim (6) changes the impedance of each ring-shaped electrode by changing the volume ratio of the piezoelectric material, compared to the invention of claim (5) in which the dielectric constant value of the piezoelectric material is changed. That is, the impedance of each composite piezoelectric body can be set to a desired value, for example, a path-to-line value. The invention of claim (7) also has the same effect as the invention of claim (6).

実施例 第1実施例 以下、本発明の超音波探触子を第1実施例について図面
を参照して詳細に説明する。第1図は本発明の超音波探
触子の正面図、第2図はその断面図である。柱状の複数
の圧電体2と前記圧電体2の間にシリコーンゴム、ポリ
ウレタン、エポキン樹脂などの有機高分子3を充填させ
て、複合圧電体1を形成する。そして、前記複合圧電体
1の一方の面に蒸着、焼付け、めっきなどの方法により
、リング状の電極4a、4b、4c、4d (本実施例
では4分割とする)を等間隔に設け、前記複合圧電体1
の他方の面には、共通電極5を前記リング状の電極4a
、4b、4c、4dと同様の方法で設け、4つの複合圧
電体に分割し、超音波探触子とする。前記リング状電極
4a、4b、4c、4dと共通電極5間に電圧を印加し
た場合の電気インピーダンスをそれぞれ所望の値、例え
ば同し値にするために、リング状電極4a、4b4c、
4dの部分に対応した複合圧電体1の圧電体2a、2b
、2c、2dを、それぞれ誘電率が違う値の材料を選択
して、形成する。例えば、全体が直径20mmの円板を
等間隔に電極4を分割した場合、それぞれの電極4a、
4b、4c、4dの面積は、19.63mm   39
.2mm2.58.9mm2,137.44+nm2と
なる。これらそれぞれ面積が違う電極4a、4b、4c
、4dの電気インピーダンスをほぼ同じ値にするには、
それぞれの電極4a、4b、4c、4dに対応する各複
合圧電体1 (la、lb、lc、ld)の誘電率εを
調整すればよい。すなわち、1つの複合圧電体1につい
て、電気インピーダンスZと誘電率εは第(1)式に示
すような関係がある。
Embodiments First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the ultrasonic probe of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of the ultrasonic probe of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. A composite piezoelectric body 1 is formed by filling an organic polymer 3 such as silicone rubber, polyurethane, or epoxy resin between a plurality of columnar piezoelectric bodies 2 and the piezoelectric body 2 . Then, ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d (divided into four in this embodiment) are provided at equal intervals on one surface of the composite piezoelectric body 1 by a method such as vapor deposition, baking, or plating. Composite piezoelectric material 1
The common electrode 5 is placed on the other surface of the ring-shaped electrode 4a.
, 4b, 4c, and 4d, and are divided into four composite piezoelectric bodies to form an ultrasonic probe. In order to set the electrical impedance to a desired value, for example, the same value when a voltage is applied between the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and the common electrode 5, the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c,
Piezoelectric bodies 2a and 2b of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the portion 4d
, 2c, and 2d are formed by selecting materials having different dielectric constants. For example, if a disk with a diameter of 20 mm is divided into electrodes 4 at equal intervals, each electrode 4a,
The area of 4b, 4c, and 4d is 19.63mm 39
.. 2mm2.58.9mm2, 137.44+nm2. These electrodes 4a, 4b, 4c each have a different area.
, 4d to have almost the same electrical impedance,
The dielectric constant ε of each composite piezoelectric body 1 (la, lb, lc, ld) corresponding to each electrode 4a, 4b, 4c, 4d may be adjusted. That is, for one composite piezoelectric body 1, the electrical impedance Z and the dielectric constant ε have a relationship as shown in equation (1).

Z−1/ω。co 、  co =ε −s/ t−(
1)ここでω。は角周波数で、ω。−2πfとなる。
Z-1/ω. co , co =ε −s/t−(
1) Here ω. is the angular frequency and ω. -2πf.

coは複合圧電体1の静電容量、Sは複合圧電体1の電
極4の面積、tは複合圧電体1の厚さ(ここでは共通)
である。
co is the capacitance of the composite piezoelectric material 1, S is the area of the electrode 4 of the composite piezoelectric material 1, and t is the thickness of the composite piezoelectric material 1 (common here)
It is.

従って、電極4a、4b、4c、4dに対して、各電極
4の面積Sに対応した複合圧電体1の誘電率εを調整す
ることにより、各電極4の電気インピーダンスZをほぼ
同し値にすることが可能となる。この各電極4の面積S
に対応した複合圧電体1の誘電率εを変える方法として
、圧電体2a、2b、2c、2dの材料を選択する。通
常、圧電体2a、2b、2c、2dとして用いられてい
るPZT系、チタン酸鉛系及びPCM系の圧電セラミッ
クスは、大変多くの種類があり、誘電率εも180〜6
000という広い範囲に分布しているため、圧電体2a
、2b、2c、2dとしてはこれらの圧電セラミックス
の中から選択すればよい。例えば、電極面積が小さい電
極4aに用いる複合圧電体1の圧電体2aとしては誘電
率どの大きい値の圧電セラミックスを、逆に電極面積が
大きい電極4dには誘電率の小さい圧電セラミックスを
用いれば良いことになる。ここでは、電極4が4分割し
ているので、圧電体2は4種類使用することになる。換
言すれば、複合圧電体1に設けた電極4a、4b、4c
、4dの部分に対応する前記複合圧電体1のそれぞれの
圧電体2の誘電率εをパラメータとして選択することに
より、電極4a、4b、4c、4dの各面積Sに違いが
あったとしても電気インピーダンスZを所望の値、例え
ばほぼ同じ値にすることが可能となる。
Therefore, by adjusting the dielectric constant ε of the composite piezoelectric material 1 corresponding to the area S of each electrode 4 for the electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d, the electrical impedance Z of each electrode 4 can be made to be approximately the same value. It becomes possible to do so. Area S of each electrode 4
As a method of changing the dielectric constant ε of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the above, the materials of the piezoelectric bodies 2a, 2b, 2c, and 2d are selected. There are many types of PZT-based, lead titanate-based, and PCM-based piezoelectric ceramics that are normally used as the piezoelectric bodies 2a, 2b, 2c, and 2d, and the dielectric constant ε is 180 to 6.
Since it is distributed over a wide range of 000, the piezoelectric body 2a
, 2b, 2c, and 2d may be selected from these piezoelectric ceramics. For example, piezoelectric ceramics with a high dielectric constant may be used as the piezoelectric body 2a of the composite piezoelectric body 1 used for the electrode 4a having a small electrode area, and piezoelectric ceramics with a small dielectric constant may be used for the electrode 4d having a large electrode area. It turns out. Here, since the electrode 4 is divided into four parts, four types of piezoelectric bodies 2 are used. In other words, the electrodes 4a, 4b, 4c provided on the composite piezoelectric body 1
By selecting the permittivity ε of each piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the portions of , 4d as a parameter, even if the areas S of the electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d are different, the electric It becomes possible to set the impedance Z to a desired value, for example, approximately the same value.

従って、リング状各電極4a、4b、4c、4dの各々
について電気インピーダンスZをほぼ同じ、あるいは所
望の値に複合圧電体1で調整することが可能となり、電
気インピーダンスZを送受信系回路あるいはケーブルの
値とほぼ同じにすることができるため、効率の良い送受
信を行うことができる。且つ、所望の超音波の音場を形
成することができるため、本実施例の複合圧電体を用い
た超音波探触子は効率良く、サイドローブの小さい超音
波場を形成でき、高分解能の超音波画像を得ることがで
きる。
Therefore, it is possible to adjust the electrical impedance Z of each of the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d to approximately the same or desired value using the composite piezoelectric material 1, and the electrical impedance Z of the transmission/reception system circuit or cable. Since the values can be made almost the same, efficient transmission and reception can be performed. In addition, since a desired ultrasonic sound field can be formed, the ultrasonic probe using the composite piezoelectric material of this example can efficiently form an ultrasonic field with small side lobes, and can achieve high resolution. Ultrasound images can be obtained.

なお、本実施例では、リング状電極4を等間隔に4分割
した場合について説明したが、この他、不等間隔にした
場合についても同様の効果が得られることは明らかであ
る。
In this embodiment, a case has been described in which the ring-shaped electrode 4 is divided into four parts at equal intervals, but it is clear that the same effect can be obtained even when the ring-shaped electrodes 4 are divided into four parts at unequal intervals.

なお、本実施例では、1つのリング状電極4に対し複数
の圧電体2を有する場合について説明したが、この他1
つのリング状電極に対しては圧電セラミックス単体を用
いた場合についても同様の効果が得られることは明らか
である。
In addition, in this embodiment, the case where a plurality of piezoelectric bodies 2 are provided for one ring-shaped electrode 4 has been described, but in addition, one
It is clear that similar effects can be obtained when piezoelectric ceramics are used alone for the two ring-shaped electrodes.

また、本実施例では複合圧電体1の圧電体2を4種類用
いた場合について説明したが、この他、複合圧電体1の
圧電体2を2種類、3種類、さらには5種類以上用いた
場合についても同様の効果が得られることは明らかであ
る。
Further, in this example, the case where four types of piezoelectric bodies 2 of the composite piezoelectric body 1 were used was explained, but in addition to this, two types, three types, and even five or more types of piezoelectric bodies 2 of the composite piezoelectric body 1 were used. It is clear that similar effects can be obtained in other cases as well.

第2実施例 以下、本発明の超音波探触子を第2実施例について第3
図を参照して詳細に説明する。図は、本実施例の断面図
であり、前記第1実施例と同様に柱状の圧電体2と前記
圧電体2の間にシリコーンゴム、ポリウレタン、エポキ
シ樹脂などの有機高分子3を充填させて複合圧電体1を
形成する。そして、前記複合圧電体1の一方の面に蒸着
、めっき、焼付けなどの方法により、導体のリング状の
電極4a、4b、4c、4dを等間隔に設け、前記複合
圧電体1の他方の面には共通電極5を前記リング状の電
極4a、4b、4c、4dと同様の方法で設け、4つの
複合圧電体に分割し、超音波探触子とする。前記リング
状電極4a、4b、4c、4dと共通電極5間に電圧を
印加した場合、各リング状電極4a、4b、4c、4d
の電気インピーダンスZa、Zb、Zc、Zdをそれぞ
れ所望の値にするための、例えば各リング状電極4a、
4b、4c、4dのそれぞれの電気インピーダンス2を
ほぼ同じ値にする(Za=Zb=Zc=Zd)ために、
各リング状電極4a、4b、4c、4dの部分に対応し
た複合圧電体1(la。
Second Example Hereinafter, the ultrasonic probe of the present invention will be described in detail in the third example.
This will be explained in detail with reference to the drawings. The figure is a cross-sectional view of this embodiment, in which an organic polymer 3 such as silicone rubber, polyurethane, or epoxy resin is filled between the columnar piezoelectric bodies 2 and the piezoelectric bodies 2, as in the first embodiment. A composite piezoelectric body 1 is formed. Conductive ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d are provided at equal intervals on one surface of the composite piezoelectric material 1 by a method such as vapor deposition, plating, or baking, and the other surface of the composite piezoelectric material 1 is A common electrode 5 is provided in the same manner as the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d, and is divided into four composite piezoelectric bodies to form an ultrasonic probe. When a voltage is applied between the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and the common electrode 5, each ring-shaped electrode 4a, 4b, 4c, 4d
For example, each ring-shaped electrode 4a,
In order to make each electrical impedance 2 of 4b, 4c, and 4d almost the same value (Za=Zb=Zc=Zd),
Composite piezoelectric body 1 (la.

lb、lc、ld)の圧電体2と有機高分子材料3の体
積比をそれぞれ変えることにより、誘電率εの値を変え
ることが可能となる。すなわち、各々の複合圧電体1の
誘電率εは圧電体2と有機高分子30体積比により調整
することができる。圧電体2の誘電率εCは有機高分子
材料3の誘電率εpに比べ1〜2ケタ以上大きい値を有
している。複合圧電体1の誘電率εは、次の第(2)式
に示すように圧電体2と有機高分子材料3の体積比Vc
、Vpによって、はぼ比例して変化する。
By changing the volume ratio of the piezoelectric material 2 and the organic polymer material 3 (lb, lc, ld), it is possible to change the value of the dielectric constant ε. That is, the dielectric constant ε of each composite piezoelectric body 1 can be adjusted by adjusting the volume ratio of the piezoelectric body 2 and the organic polymer 30. The dielectric constant εC of the piezoelectric body 2 has a value that is 1 to 2 orders of magnitude larger than the dielectric constant εp of the organic polymer material 3. The dielectric constant ε of the composite piezoelectric material 1 is determined by the volume ratio Vc of the piezoelectric material 2 and the organic polymer material 3, as shown in the following equation (2).
, Vp, varies approximately proportionally.

ε=vc ・ ε C+vp ・ ε p (VC+V
p1、0)・・・ (2) ここでVc、  εCは圧電体2の体積比、誘電率、V
p、  εpは有機高分子3の体積比、誘電率である。
ε=vc ・ε C+vp ・ε p (VC+V
p1, 0)... (2) Here, Vc and εC are the volume ratio and dielectric constant of the piezoelectric body 2, and V
p and εp are the volume ratio and dielectric constant of the organic polymer 3.

例えば複合圧電体1の圧電体2として富士セラミックス
社のPZT系のC−6の圧電セラミックスを用い、有機
高分子材料3としてエポキシ樹脂を用いた場合、圧電体
2の体積比Vcと複合圧電体1の誘電率εは第4図に示
すような関係となる。第4図から明らかなように圧電体
2の体積比Vcを選択することにより所望の誘電率εの
値を選択することかできる。このことは、すなわち、第
(1)式から圧電体2の体積比Vcを選択することによ
り所望の電気インピーダンスZを得ることを示している
For example, if Fuji Ceramics' PZT-based C-6 piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric body 1 and epoxy resin is used as the organic polymer material 3, the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 and the composite piezoelectric body A dielectric constant ε of 1 has a relationship as shown in FIG. As is clear from FIG. 4, by selecting the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2, a desired value of the dielectric constant ε can be selected. This means that the desired electrical impedance Z can be obtained by selecting the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 from equation (1).

リング状電極4a、4b、4c、4dが等間隔の場合、
外側の電極面積が内側の電極面積より大きくなるが、電
気インピーダンスをほぼ同し値にするためには、外側電
極になるに従い複合圧電体1の圧電体2の体積比Vcを
小さくして誘電率εを小さくなるように選択すれば良い
When the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d are equally spaced,
The outer electrode area is larger than the inner electrode area, but in order to make the electrical impedance almost the same value, the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric body 1 is decreased as the outer electrode becomes closer to the dielectric constant. It is sufficient to select such that ε is small.

例えば、電極4aの部分に対応する複合圧電体1aの圧
電体2a(ここでは圧電セラミックスC−6)の体積比
Vcはリング状電極4aの面積が小さいので、誘電率ε
の大きいところの70v。
For example, since the area of the ring-shaped electrode 4a is small, the volume ratio Vc of the piezoelectric material 2a (here, piezoelectric ceramic C-6) of the composite piezoelectric material 1a corresponding to the electrode 4a is determined by the dielectric constant ε
70v is the largest.

1%とする。同様に電極4bに対応するところは、50
vo 1%、電極4cのところは25v。
1%. Similarly, the part corresponding to the electrode 4b is 50
vo 1%, 25v at electrode 4c.

1%、電極4dのところは10vo 1%というように
、それぞれの電極4a、4b、4c、4dに対応した各
部の複合圧電体1a、lb、lc、1dの圧電体2の体
積比Vcを選択することにより各電気インピーダンスZ
を任意に調整することができることになる。
Select the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric bodies 1a, lb, lc, and 1d in each part corresponding to the electrodes 4a, 4b, 4c, and 4d, such as 1% and 10vo 1% for the electrode 4d. By doing so, each electric impedance Z
can be adjusted arbitrarily.

なお、本実施例では、圧電体2としてPZT系の圧電セ
ラミックスについて説明したが、この地圧電体2として
、PCM系、チタン酸鉛系の圧電セラミックス及びLi
NbO3などの単結晶を用いた場合についても同様の効
果が得られることは明らかである。
In this embodiment, PZT-based piezoelectric ceramics have been described as the piezoelectric body 2, but PCM-based, lead titanate-based piezoelectric ceramics, and Li
It is clear that similar effects can be obtained when a single crystal such as NbO3 is used.

なお、本実施例では圧電体2として、PZT系の圧電セ
ラミックスの一種類を用いた場合について説明したが、
この他、圧電体2として二種類以上の材料を用いた場合
についても同様の効果が得られることは明らかである。
In this example, a case was explained in which one type of PZT-based piezoelectric ceramic was used as the piezoelectric body 2.
It is clear that similar effects can also be obtained when two or more types of materials are used for the piezoelectric body 2.

なお、本実施例ではリング状電極4を等間隔に分割した
場合について説明したが、この他、リング状電極4を不
等間隔に分割した場合についても同様の効果が得られる
ことは明らかである。
In this embodiment, the case where the ring-shaped electrode 4 is divided at equal intervals has been described, but it is clear that the same effect can be obtained also when the ring-shaped electrode 4 is divided at unequal intervals. .

なお、本実施例では複合圧電体1として圧電体2を柱状
に一次元に配列し、その間隔に有機高分子材料3を三次
元に配列したいわゆる1−3型抜合圧電体を用いた場合
について説明したが、この他0−3型、3−3型など他
の型の複合圧電体を用いた場合についても同様の効果が
得られることは明らかである。
In this example, a so-called 1-3 type piezoelectric material is used as the composite piezoelectric material 1, in which the piezoelectric materials 2 are arranged one-dimensionally in a columnar manner, and the organic polymer material 3 is arranged three-dimensionally at intervals between the piezoelectric materials 2. Although the above description has been made, it is clear that similar effects can be obtained when using other types of composite piezoelectric bodies such as 0-3 type and 3-3 type.

発明の効果 以上の説明により明らかなように、請求項(1)の発明
、請求項(2)の発明、または請求項(3)の発明によ
れば、誘電率の異なる値を有する2種類以上の圧電体を
有することで、複合圧電体の電気的なインピーダンスの
値を所望の値にすることができる。このような複合圧電
体を複数リング状に配して構成する超音波探触子に用い
れば、各複合圧電体のインピーダンスを例えばほぼ同じ
値とすることができ、インピーダンスのマツチングをよ
くし、効率の良い送信及び受信を行うことができる。
Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the invention of claim (1), the invention of claim (2), or the invention of claim (3), two or more types of dielectric constants having different values are provided. By having the piezoelectric body, the electrical impedance value of the composite piezoelectric body can be set to a desired value. If such composite piezoelectric materials are used in an ultrasonic probe configured by arranging multiple composite piezoelectric materials in a ring shape, the impedance of each composite piezoelectric material can be set to, for example, approximately the same value, improving impedance matching and improving efficiency. can perform good transmission and reception.

また、請求項(4)の発明または請求項(5)の発明に
よれば、超音波探触子を構成する複数の複合圧電体のイ
ンピーダンスを、各複合圧電体内の圧電体の誘電率の値
を変えることにより、請求項(6)の発明または請求項
(7)の発明においては同様に圧電体の体積比を変える
ことにより、はぼ同じ値とし、送受信回路の電気的イン
ピーダンスとマツチングをとることができ、超音波の変
換効率をよくし、所望の超音波ビームを形成することが
でき、ひいては高分解能の超音波画像を得ることができ
る。
According to the invention of claim (4) or the invention of claim (5), the impedance of a plurality of composite piezoelectric materials constituting an ultrasonic probe is determined by the value of the dielectric constant of the piezoelectric material in each composite piezoelectric material. In the invention of claim (6) or the invention of claim (7), by changing the volume ratio of the piezoelectric body, it is possible to obtain approximately the same value and match the electrical impedance of the transmitting/receiving circuit. It is possible to improve the ultrasound conversion efficiency, form a desired ultrasound beam, and obtain a high-resolution ultrasound image.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の超音波探触子の一実施例を示す正面図
、第2図は第1図の断面図、第3図は他の実施例におけ
る断面図、第4図は複合圧電体の誘電率と圧電体の体積
比との関係を示した図、第5図(a)は従来の複合圧電
体の正面図、第5図(b)は同図(a)の断面図である
。 1 、 1 a 、  1 b 、  1 c 、  
1 d ・=複合圧電体、2.2a、2b、2c、2d
・・−圧電体、3・・・有機高分子材料、4a、4b、
4c、4d・・・リング状の電極、5・・・共通電極。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝はか1名第1図 第6図 第 図 圧電体の体積比 Vc% 第5図 (a)
Fig. 1 is a front view showing one embodiment of the ultrasonic probe of the present invention, Fig. 2 is a sectional view of Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view of another embodiment, and Fig. 4 is a composite piezoelectric probe. Figure 5(a) is a front view of a conventional composite piezoelectric material, and FIG. 5(b) is a cross-sectional view of the same figure (a). be. 1, 1a, 1b, 1c,
1 d = composite piezoelectric material, 2.2a, 2b, 2c, 2d
...-Piezoelectric substance, 3... Organic polymer material, 4a, 4b,
4c, 4d...ring-shaped electrodes, 5...common electrode. Name of agent: Patent attorney Takahaka Awano (1 person) Figure 1 Figure 6 Volume ratio of piezoelectric material Vc% Figure 5 (a)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)誘電率の異なる値を有する2種類以上の圧電体と
、各圧電体の間に充填された有機高分子材料とを有した
ことを特徴とする複合圧電体。
(1) A composite piezoelectric material comprising two or more types of piezoelectric materials having different dielectric constant values and an organic polymer material filled between the piezoelectric materials.
(2)2種類以上の圧電体が圧電セラミックスであるこ
とを特徴とする請求項(1)記載の複合圧電体。
(2) The composite piezoelectric body according to claim (1), wherein the two or more types of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.
(3)2種類以上の圧電体が一次元のつながりを有し、
有機高分子材料が三次元のつながりを有したことを特徴
とする請求項(1)記載の複合圧電体。
(3) Two or more types of piezoelectric bodies have a one-dimensional connection,
2. The composite piezoelectric material according to claim 1, wherein the organic polymer material has a three-dimensional connection.
(4)一方の面に設けられたリング状の複数の電極と、
他方の面に設けられた共通電極と、前記両面間に設けら
れた2種類以上の圧電体及び各圧電体の間に充填された
有機高分子材料による複合圧電体と、を有し、前記リン
グ状の各電極の面積に対応して、リング状の各電極毎の
圧電体の誘電率の値を変えたことを特徴とする超音波探
触子。
(4) a plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface;
The ring has a common electrode provided on the other surface, and a composite piezoelectric material made of two or more types of piezoelectric materials provided between the two surfaces and an organic polymer material filled between each piezoelectric material. An ultrasonic probe characterized in that the value of the dielectric constant of the piezoelectric material for each ring-shaped electrode is changed in accordance with the area of each ring-shaped electrode.
(5)2種類以上の圧電体が圧電セラミックスであるこ
とを特徴とする請求項(4)記載の超音波探触子。
(5) The ultrasonic probe according to claim (4), wherein the two or more types of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.
(6)一方の面に設けられたリング状の複数の電極と、
他方の面に設けられた共通電極と、前記両面間に設けら
れた2種類以上の圧電体及び各圧電体の間に充填された
有機高分子材料による複合圧電体と、を有し、前記リン
グ状の各電極の面積に対応して、リング状の各電極毎の
圧電体の体積比を変えたことを特徴とする超音波探触子
(6) a plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface;
The ring has a common electrode provided on the other surface, and a composite piezoelectric material made of two or more types of piezoelectric materials provided between the two surfaces and an organic polymer material filled between each piezoelectric material. An ultrasonic probe characterized in that the volume ratio of the piezoelectric material for each ring-shaped electrode is changed in accordance with the area of each ring-shaped electrode.
(7)圧電体が圧電セラミックスであることを特徴とす
る請求項(6)記載の超音波探触子。
(7) The ultrasonic probe according to claim (6), wherein the piezoelectric body is a piezoelectric ceramic.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009082385A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Fujifilm Corp Ultrasonic probe

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