JPH0576527A

JPH0576527A - 超音波探触子及び該探触子に使用する複合圧電振動子の製造方法

Info

Publication number: JPH0576527A
Application number: JP3242973A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Hara; 靖原; Kazuhiro Watanabe; 一宏渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は超音波探触子及び該探触子に使用する
複合圧電振動子の製造方法に関し、短軸方向のサイドロ
ーブレベルの抑圧を図え、しかも製造を容易にすること
を目的とする。【構成】複合圧電振動子板１を配列状に分割し、配列方
向Ａに超音波ビームを走査する超音波探触子であって、
前記複合圧電振動子板１は、配列方向Ａと直交する厚み
方向Ｂに複数の圧電振動子板２を接合して形成され、か
つ、前記圧電振動子板２は、その放射音圧あるいは電気
機械変換効率が、中央で高く、端部に行くにしたがって
低くなるように配列されるように構成する。

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
子に使用する複合圧電振動子の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】超音波探触子を使用した診断装置において
鮮明な画像を得るためには、細く絞られた超音波ビーム
を使用する必要がある。一方、一般に、圧電振動子から
図１５に示すような均一放射音圧で超音波を送波した場
合には、図１６（ｃ）に示すように、超音波ビームを細
く絞ることができないために、圧電振動子の中央部で大
きく端に行くにしたがって小さく超音波を送波する手法
（振幅重み付け）が用いられる。

【０００３】そして、短軸方向に振幅重み付けを行な
い、超音波ビームの改善を行う手法として、従来、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たり、あるいは、階段状関数
に従って変化させるものがあるが、分極強度を連続関数
に従って変化させた圧電振動子板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

【０００４】

【従来の技術】分極強度を階段状関数に従って変化させ
るようにした公知例として図１７あるいは図１８に示す
ものが提案されている。図１７に示すものは、圧電振動
子板２に配列方向Ａと平行にストライプ状の電極１４、
１４・・を取り付け、各電極１４に印加する電圧ｖを中
央で高く、端部に行くほど低くして分極することにより
電気機械結合係数を同図（ｂ）に示すように、階段状に
分布させて、振幅重み付けをする方法であり、この階段
状関数は、段数が３段程度で、ガウス関数やraised cos
in関数等の連続関数を用いた場合と略同等のビーム改善
効果があることが知られている。

【０００５】一方、図１８に示すものは、上記従来例の
ストライプ状電極１４の間にスリット１５を入れて構成
されている。

【０００６】

【従来の技術】しかし、図１７に示す従来例において
は、分極時に設けるストライプ状電極１４の間の部分、
すなわち、電極１４のない部分、または隣接する２つの
電極１４、１４で、印加電圧ｖが低い方の一部において
不要振動が発生し、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欠点を有するもので
あった。

【０００７】また、図１８に示す従来に例においては、
上述した図１７に示す従来例における問題は、一応解決
されるものの、次に述べる欠点を有していた。すなわ
ち、第１に、スリット１５の切り込み深さは、素子の割
れを考慮すると圧電振動子板２の厚さの約１／２までし
か入れることができないために、隣接する電極１４に印
加される電圧の影響を完全に除去できない。

【０００８】第２に、スリット１５の切り込み深さを、
圧電振動子板２の厚さの１／２まで入れても、制作途中
で割れる可能性があり、製造歩止まりを向上させること
ができない。

【０００９】第３に、切り込みを入れた部分が振動した
場合、その部分の厚さが、圧電振動子の厚さの１／２な
ので、２倍の周波数の超音波が放射され、超音波ビーム
を乱す原因となる。

【００１０】第４に、切り込みを入れた面に共通電極を
付けるために、切り込み部分に樹脂等を入れて、電極形
成面を平らにするが、この樹脂の硬化収縮により、振動
子全体に反りが発生する。

【００１１】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、短軸方向のサイドローブレベルの抑圧
を図ることができ、しかも製造の容易な超音波探触子、
およびそれに使用する複合圧電振動子の製造方法を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、実施例に対応する図１に示すように、複合圧電振動
子板１を配列状に分割し、配列方向Ａに超音波ビームを
走査する超音波探触子であって、前記複合圧電振動子板
１は、配列方向Ａと直交する厚み方向Ｂに複数の圧電振
動子板２を接合して形成され、かつ、前記圧電振動子板
２は、その放射音圧あるいは電気機械変換効率が、中央
で高く、端部に行くにしたがって低くなるように配列さ
れることを特徴とする超音波探触子を提供することによ
り達成される。

【００１３】また、上記超音波探触子に使用する複合圧
電振動子３は、圧電材に与える分極強度を個別に変え
て、異なる放射音圧あるいは電気機械変換効率を持つ圧
電板８を製造する第１の工程と、前記圧電板８を、放射
音圧あるいは電気機械変換効率の分布が厚み方向Ｂにお
いて、中央で高く、端部に行くに従って低くなるように
配置して貼り合わせ、複合圧電板９を得る第２の工程
と、前記複合圧電板９の主面に電極６を形成した後、配
列状に分割する第３の工程とを有する複合圧電振動子３
の製造方法により得られる。

【００１４】

【作用】上記構成に基づき、複合圧電振動子板１は、圧
電振動子板２を、配列方向Ａと直交する厚み方向Ｂに配
列して構成され、かつ、前記各圧電振動子板２は、該圧
電振動子板２の放射音圧あるいは電気機械変換効率が、
配列方向Ａと直交する厚み方向Ｂにおいて、中央で高
く、端部に行くにしたがって低くなるように配列され
る。

【００１５】この結果、配列方向Ａと直交する方向の電
気機械変換効率ｋ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、上記電気機械変換効率ｋの変化部位は、別個
の圧電振動子板２により形成されているために、分極時
の隣接電極６間に印加される電圧の影響がなくなり、斜
め方向の不要な振動が減じられて超音波ビームの改善効
果が高められる。

【００１６】さらに、複合圧電振動子板１は、複数の圧
電振動子板２を貼り合わせて形成されるために、従来の
ように、切り込みの形成時における割れ等が生じること
はない。

【００１７】

【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。本発明の実施例を図１、図２
に示す。この実施例において、複合圧電振動子板１は、
５枚の圧電振動子板２、２・・を配列方向Ａと直交する
厚み方向Ｂに接着剤で貼り合わせて形成され、各圧電振
動子板２の放射音圧、あるいは電気機械変換効率は、貼
り合わせた状態で、中央で高く、端部に行くに従って低
くなる３段の階段状関数となるように各々異なった値を
有している。

【００１８】また、各圧電振動子板２の幅は、ガウス関
数やraised cosin関数等の連続関数を用いた場合と略同
等のビーム改善効果が得られるような階段状関数の階段
幅に合致させて、中央に配置されるものは幅広に、端部
に配置されるものは幅狭に形成されている。

【００１９】以上のようにして形成される複合圧電振動
子板１は、配列方向Ａ、すなわちビームの走査方向に分
割されて複合圧電振動子３が形成される。この複合圧電
振動子３は、上記各圧電振動子板２に対応するセグメン
ト５の複合体であり、両主面全面に渡って形成した電極
６間に駆動電圧を順次印加することにより、配列方向Ａ
に超音波ビームが走査される。また、この時、配列方向
Ａに直行する厚み方向Ｂにおいては、各セグメント５、
５・・が異なった放射音圧、あるいは電気機械変換効率
を有し、かつ、それが階段関数状に分布しているため
に、階段関数状の振幅重み付けがなされ、超音波ビーム
の改善が実現される。

【００２０】この場合、複合圧電振動子３は、探触子の
厚み方向Ｂに分割された状態であるために、厚み方向に
グレーティングローブが発生する可能性があるが、波長
λ＝４４０μｍの超音波に対する素子間隔ｄとビーム面
積との関係を示す図３に明らかなように、各圧電振動子
板２を接合する接着剤層の厚さ、すなわち、圧電振動子
板２、２間の間隔ｄを波長の１／４以下にすることによ
り、防止することが可能である。

【００２１】本発明の第２の実施例を図４に示す。この
実施例において、各複合圧電振動子３の一方の主面には
全面に渡って共通電極４が形成され、これに対向する他
方の主面には、セグメント５毎に複数の電極６が形成さ
れる。また、上記セグメント５に対応した電極６から
は、信号線７が引き出され、中央のセグメント５、それ
に隣接するセグメント５間、および両端部のセグメント
５間が結線される。これらの信号線７は、切り換えスイ
ッチＳを介して互いに接続可能であり、これら切り換え
スイッチＳを操作することにより、開口制御が行われ
る。

【００２２】すなわち、図４において、すべての切り換
えスイッチＳをＯＦＦにして、中央のセグメント５のみ
を駆動した場合が小開口１７状態となり、切り換えスイ
ッチＳ１をＯＮにした場合は中開口１８、切り換えスイ
ッチＳ１、Ｓ２をＯＮにした状態が大開口１９状態に対
応する。

【００２３】図５は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。この実施例において、各複合圧電振動子３の一方
の主面には、上述した実施例と同様に全面に渡って共通
電極４が形成されるが、他の主面には、中央のセグメン
ト５とそれに隣接する３つのセグメント５、５、５に共
通する電極６が設けられる。

【００２４】したがってこの実施例においては、中央部
の３つのセグメント５を同時に駆動する小開口１７状態
と、全セグメント５を同時に駆動する大開口１９状態の
２種類を制御することが可能となり、配線数、および、
切り換えスイッチ数を少なくし、かつ、制御系の簡略化
も図ることができる。

【００２５】次に、上記複合圧電振動子３の製造方法を
図６以下を使用して説明する。複合圧電振動子３の製造
に当たり、先ず、複数の圧電板８が形成される。これら
圧電板８は、分極時の形状が、走査方向で探触子完成時
の長さより十分長く、かつ、幅方向、すなわち、探触子
の厚み方向Ｂ寸法が重み付け階段状関数の階段幅に合わ
せられている。また、これら圧電板８は、分極強度を重
み付け階段状関数の階段高さに合わせて個別に分極さ
れ、異なる放射音圧、あるいは、電気機械変換効率を有
している。これが第１の工程である。

【００２６】次いで、これら圧電板８を放射音圧、ある
いは電気機械変換係数の分布が、探触子の厚み方向Ｂに
おいて、中央で高く、端部に行くに従って低くなるよう
に並べ、貼り合わせて複合圧電板９を形成する。これが
第２の工程で、圧電板８の接合のためには、エポキシ
系、シリコン系、ウレタン系の樹脂接着剤１６が使用さ
れる。

【００２７】この後、上記複合圧電板９の分極方向と垂
直な２面すなわち主面に共通な電極６を形成し、さら
に、これら配列状に分割して複合圧電振動子３が形成さ
れる。これが第３の工程で、電極６の形成には、蒸着、
イオンプレーティング、導電性接着剤１６（導電ペース
ト）等を使用することができる。

【００２８】なお、上述した実施例においては、各圧電
板８は、重み付け階段状関数の階段幅に合わせた圧電材
に個別に分極を施す場合を示したが、この他に、図８に
示すように、先ず、分極時の形状が探触子の厚み方向Ｂ
において、上述した実施例における分極時の素子形状よ
り長い、平板状の圧電材を複数枚用意し、これらを各々
異なる分極強度ｖで分極した後、切断、あるいは研磨に
より所定形状に仕上げるようにしても良い。このような
方法で圧電板８を製造することにより、１回の分極で複
数枚の同じ放射音圧、電気機械変換効率の圧電板８を作
ることが可能となり、同じ板から切り取った圧電板８を
対称な左右に使用することにより、探触子の厚み方向Ｂ
の重み付けの左右のバラ付きをなくすることが可能とな
る。なお図８において２０は圧電材を分極する際に取付
けられる電極である。

【００２９】図９ないし図１１に上記複合圧電振動子３
の製造方法の他の実施例を示す。この実施例において、
先ず、複数の圧電板ブロック１０が形成される。これら
圧電板ブロック１０は、探触子完成時の素子の厚さｔよ
り厚い厚さＴを有してブロック状とされており、分極時
の形状が、走査方向で探触子完成時の長さより十分長
く、かつ、幅方向、すなわち、探触子の厚み方向Ｂ寸法
が重み付け階段状関数の階段幅に合わせられている。ま
た、これら圧電板ブロック１０は、分極強度を重み付け
階段状関数の階段高さに合わせて個別に分極され、異な
る放射音圧、あるいは、電気機械変換効率を有してい
る。

【００３０】これら圧電板ブロック１０は、放射音圧、
あるいは電気機械変換効率の分布が、探触子の厚み方向
Ｂにおいて中央で高く、端部に行くに従って低くなるよ
うに並べて貼り合わせられ、複合圧電板ブロック１１が
形成される（図１０参照）。なお、図９および図１０に
おいて、分極強度は、矢印で示されている。

【００３１】次いで、この複合圧電板ブロック１１は、
素子の厚さ方向Ｃに垂直にスライス、あるいは研磨され
て分離され、複合圧電板９が形成される。なお、以下の
工程は、上述した実施例と同様であるので説明を省略す
る。

【００３２】なお、この場合、上記各圧電板ブロック１
０は、図１２に示すように、同一条件の下で分極して形
成したものをスライス、研磨により分離して使用するこ
とも可能である。

【００３３】図１３、１４に複合圧電振動子３の製造方
法の更に他の実施例を示す。この実施例において、先
ず、長手方向寸法が、探触子完成時の振動子全体の長さ
より十分長く、幅方向寸法が階段状重み付け関数の階段
幅に合わせた複数枚の未分極の圧電材２１が用意され
る。これら圧電材は、探触子の厚み方向Ｂに並べられて
貼り合わせられ、複合圧電材１２が形成される。次に、
図１４に示すように、この複合圧電材１２の各部を放射
音圧、あるいは電気機械変換効率の分布が、探触子の厚
み方向Ｂにおいて中央で高く、端部に行くに従って低く
なるように分極し、更に、その両主面に電極６を形成し
て複合圧電振動子板１が形成される。なお、以下の工程
は、上述した実施例と同様であるので説明を省略する。

【００３４】なお、この実施例を実施する際にも、図１
５に示すように、ブロック状のものからスライス等によ
り分離して各エレメントを製造する手法を適用すること
ができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、圧電振動子板全体にわたって分極の方向が主
面にたいして垂直になるので、不要振動成分を生じさせ
ることなく、理想的な振幅重み付けを行うことができ
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】図１の要部拡大図である。

【図３】素子間隔とビーム面積の関係を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す図である。

【図６】本発明の第１、第２の工程を示す図である。

【図７】本発明の第３の工程を示す図である。

【図８】本発明の変形例を示す図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す図である。

【図１０】複合圧電板ブロックの製造工程を示す図であ
る。

【図１１】複合圧電板の製造工程を示す図である。

【図１２】圧電板ブロックの製造工程を示す図である。

【図１３】複合圧電振動子の他の製造方法を示す図であ
る。

【図１４】複合圧電材の分極工程を示す図である。

【図１５】複合圧電材の他の製法を示す図である。

【図１６】圧電素子からの超音波放射を示す図である。

【図１７】従来例を示す図である。

【図１８】他の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１複合圧電振動子板２圧電振動子板３複合圧電振動子４共通電極５セグメント６電極７信号線８圧電板９複合圧電板１０圧電板ブロック１１複合圧電板ブロック１２複合圧電材１３複合圧電材ブロックＡ配列方向Ｂ厚み方向Ｓ切り換えスイッチｄ間隔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複合圧電振動子板(１)を配列状に分割し、
配列方向(Ａ)に超音波ビームを走査する超音波探触子で
あって、前記複合圧電振動子板２(１)は、配列方向(Ａ)と直交す
る厚み方向(Ｂ)に複数の圧電振動子板(２、２・・)を接
合して形成され、かつ、前記圧電振動子板(２)は、その放射音圧あるいは
電気機械変換効率が、中央で高く、端部に行くにしたが
って低くなるように配列されることを特徴とする超音波
探触子。
【請求項２】前記複合圧電振動子板(１)は、厚み方向
(Ｂ)において、２種類以上の異なる幅の圧電振動子板
(２)から構成されることを特徴とする請求項１記載の超
音波探触子。
【請求項３】前記複合圧電振動子板(１)を配列状に分割
して形成される複合圧電振動子(３)の一方の主面には、
該主面の全体にわたって共通する共通電極(４)を設ける
とともに、対向する他の主面には前記各圧電振動子板
(２)に対応するセグメント(５)毎に複数の電極(６、６
・・)を設け、かつ、前記複数の電極(６)から引き出した信号線(７)を
切り換えスイッチ(Ｓ)を介して接続し、前記切り換えスイッチ(Ｓ)の操作により開口制御を行う
請求項１又は２記載の超音波探触子。
【請求項４】前記複合圧電振動子板(１)を配列状に分割
して形成される複合圧電振動子(３)の一方の主面には、
該主面の全体にわたって共通する共通電極(４)を設ける
とともに、対向する他の主面には前記各圧電振動子板
(２)に対応するセグメント(５)のうち複数に共通する電
極６を設け、かつ、前記各電極(６)から引き出した信号線(７)を切り
換えスイッチ(Ｓ)を介して接続し、前記切り換えスイッチ(Ｓ)の操作により開口制御を行う
請求項１又は２記載の超音波探触子。
【請求項５】前記圧電振動子板(２)間の間隔(ｄ)が、振
動子の波長の１／４以下であることを特徴とする請求項
１、２、３、又は４記載の超音波探触子。
【請求項６】圧電材に与える分極強度を個別に変えて、
異なる放射音圧あるいは電気機械変換効率を持つ圧電板
(８)を製造する第１の工程と、前記圧電板(８)を、放射音圧あるいは電気機械変換効率
の分布が厚み方向(Ｂ)において、中央で高く、端部に行
くに従って低くなるように配置して貼り合わせ、複合圧
電板(９)を得る第２の工程と、前記複合圧電板(９)の主面に電極(６)を形成した後、配
列状に分割する第３の工程とを有する複合圧電振動子の
製造方法。
【請求項７】圧電材に与える分極強度を個別に変えて、
異なる放射音圧あるいは電気機械変換効率を持つ圧電板
ブロック(１０)を製造する第１の工程と、前記圧電板ブロック(１０)を、放射音圧あるいは電気機
械変換効率の分布が厚み方向(Ｂ)において、中央で高
く、端部に行くに従って低くなるように配置して貼り合
わせて複合圧電板ブロック(１１)を形成した後、素子の
厚さ方向に垂直にスライスあるいは研磨して複合圧電板
(９)を得る第２の工程と、前記複合圧電板(９)の主面に電極６を形成した後、配列
状に分割する第３の工程とを有する複合圧電振動子の製
造方法。
【請求項８】未分極の圧電材を探触子の厚み方向Ｂに並
べて貼り合わせ、複合圧電材(１２)を得る第１の工程
と、前記各圧電材に与える分極強度を変えて、放射音圧、あ
るいは電気機械変換効率の分布が、探触子の厚み方向
(Ｂ)において、中央で高く、端部に行くに従って低くな
るように分極して複合圧電板(９)を得る第２の工程と、前記複合圧電板(９)の主面に電極(６)を形成した後、配
列状に分割する第３の工程とを有する複合圧電振動子の
製造方法。
【請求項９】所定厚さを有する未分極の圧電材を探触子
の厚み方向(Ｂ)に並べて貼り合わせた後、素子の厚さ方
向に垂直にスライス、あるいは研磨して複合圧電材(１
２)を得る第１の工程と、前記各圧電材に与える分極強度を変えて、放射音圧、あ
るいは電気機械変換効率の分布が、探触子の厚み方向
(Ｂ)において、中央で高く、端部に行くに従って低くな
るように分極して複合圧電板(９)を得る第２の工程と、前記複合圧電板(９)の主面に電極(６)を形成した後、配
列状に分割する第３の工程とを有する複合圧電振動子の
製造方法。
【請求項１０】所定厚さの未分極の圧電材を探触子の厚
み方向Ｂに並べて貼り合わせて複合圧電材ブロック(１
３)を得る第１の工程と、前記複合圧電材ブロック(１３)の各圧電材に与える分極
強度を変えて、放射音圧、あるいは電気機械変換効率の
分布が、探触子の厚み方向Ｂにおいて、中央で高く、端
部に行くに従って低くなるように分極した後、素子の厚
さ方向に垂直にスライス、あるいは研磨して複合圧電板
(９)を得る第２の工程と、前記複合圧電板(９)の主面に電極(６)を形成した後、配
列状に分割する第３の工程とを有する複合圧電振動子の
製造方法。