JPH0660896B2 - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPH0660896B2
JPH0660896B2 JP59230224A JP23022484A JPH0660896B2 JP H0660896 B2 JPH0660896 B2 JP H0660896B2 JP 59230224 A JP59230224 A JP 59230224A JP 23022484 A JP23022484 A JP 23022484A JP H0660896 B2 JPH0660896 B2 JP H0660896B2
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electrode
ultrasonic probe
piezoelectric body
plate
electrodes
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裕之 竹内
景義 片倉
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface

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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波診断装置・超音波探傷装置・超音波治
療装置などに用いられる電子走査型または電子フオーカ
ス型アレイ状超音波探触子に関する。
〔発明の背景〕
従来、この種の超音波探触子は、一様に厚み方向に分極
処理をした板状圧電体を短冊状の細い素片に切断して表
面と裏面に電極を取付け、各素片の厚み振動により超音
波−電気信号間の変換を行なう構造となつている。しか
し、最近では超音波診断および計測において要求される
空間分解能がより高いものへと進んでおり、これに必要
な短冊加工技術は限界に近付いている。すなわち、高分
解能化のためには超音波周波数を高周波化するかまたは
超音波の送受信に用いる口径を大口径化しなくてはなら
ないが、いずれの場合においても上記素片の幅を狭くし
なければならず、この点が短冊の切断加工上大きな問題
点となる。
切断加工なしに電子走査型あるいは電子フオーカス型の
アレイ探触子を実現しようとする試みとしては、公報特
開昭58-42968号公報あるいは特開昭58-156295号に記載
されている様なVan der pauw型構造を有する探触子構造
がすでに知られている。このうち、後者（参考文献）
は、板状圧電体の一方の面に独立駆動可能なように複数
に分割された電極Ａを配し、隣接する分割電極Ａ直下の
分極の極性が互いに逆極性となる構造であり、第１図に
模式的に示す様な断面構造を持つ。ここで、図中の矢印
は、分極処理時の電気力線を示している。なお、詳細に
は、参考文献の板状圧電体には、電極Ａと反対側のもう
一方の面に一様な電極Ｃが付加されている。
しかし、この構造の探触子には、板状圧電体と異なる音
響インピーダンスの背面負荷材を用い、やはり板状圧電
体と異なる音響インピーダンスの被計測媒体に対し超音
波を送波または受波する場合に、板状圧電体を長手方向
に伝搬するモードの音波による不要応答が現われ、実用
上大きな問題となる場合がある。
この問題を、以下に、もう少し詳しく説明する。第１図
のような板状圧電体において、分割電極Ａのうちひとつ
（例えば、Ａ３）を駆動した場合を考えると、駆動電極
の周辺に圧電性によりひずみが生じ、そのひずみの一部
の成分は、第２図に矢印で示したような反射をくり返し
ながら板状圧電体の長手方向に伝搬するモードの音波を
励起する。伝搬における反射角θは次式により与えられ
る。
ここで、は超音波周波数、υｐは圧電体中の音速，ｘ
０は板厚、ｎは、反射から反射までの間のひずみ分布の
節の数である。この伝搬モードの音波の部分波は、ｖｍ
を被計測媒体中での音速として、次に示す角度θ′の方
位の音波として被計測媒体中に放射され、超音波探触子
としての不要応答の原因となり、実用上大きな問題とな
る場合がある。
〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来技術による超音波探触子用板状圧
電体における上記の問題点を解決し、切断加工工程を必
要とせず、かつ、不要応答のない良好な超音波ビームを
形成することのできる超音波探触子用板状圧電体を実現
することにある。
〔発明の概要〕
かかる目的のために、本発明では、被計測媒体中に超音
波を送波または受波する超音波探触子用板状圧電体にお
いて、複数の電極を有する第１の面と反対側の第２の面
上に多数の溝を配することを提案するものである。溝を
このように配すれば、第２図に矢印で示した様な伝搬モ
ードの波は、第２の面における反射の際により散乱し著
しく減衰する。従つて、この伝搬波の部分波が被計測媒
体中に放射されることにより生ずる不要応答は、この溝
により問題とならない強度にまで小さくなる。
〔発明の実施例〕
以下、実施例を参照し、本発明をさらに詳細に説明す
る。
本発明の一実施例を第３図に示す。第３図（ａ）は被計
測媒体側から本発明の探触子用圧電体を見た図、（ｂ）
は断面図、（ｃ）は、（ａ）と反対側から見た図であ
り、多数の溝が配されている。また、この実施例では、
溝と電極Ａを分割する境界とが、ｘ軸方向に投影したと
き零でない角度で交わる構成となつているが、この工夫
により、不要応答の要因となる図中ｙ軸方向に伝搬する
モードの音波はさらに強く減衰する。
この種の溝と類似の働きをする溝については、表面弾性
波素子（ＳＡＷ）に実施された例は今まであるが、被計
測媒体に超音波を送信または受信する探触子用板状圧電
体に実施された例はなく、その意味で本発明は新奇であ
る。
本発明の板状圧電体において、溝を吸音材により充填し
た一実施例の断面図を第４図に示す。この工夫により、
探触子の不要応答の要因となる図中ｙ軸方向に伝搬する
モードの音波はさらに強い減衰を受け、本発明の効果が
大となる。
また、溝と電極Ａを分割する境界とが、ｘ軸方向に投影
したとき零でない角度で交わる構成を持つ本発明の板状
圧電体において、側面が吸音材と接する構造をもつ一実
施例のｘｚ平面方向の断面図を第５図に示した。図にお
いてｘｙ平面方向の側面に吸音材が接する構造となつて
いるのが特徴であり、この吸音材により、第３図（ｃ）
のような溝によりＺ軸方向成分の速度ベクトルをもつ様
に散乱された音波が吸収され、結果として、探触子の不
要応答の要因となるモードの音波がさらに強く減衰す
る。
第６図は、溝は１方向だけでなく、あい交わる他の方向
にも配した実施例を示したものである。この構造によ
り、第３図（ｃ）の場合によりさらに著しく伝搬モード
の音波が散乱され、本発明の効果が高まる。
第７図は、分割電極Ａに互いちがいの極性を与えること
により分極処理された板状圧電体であり、かつ、反対側
の面に一様な接地電極Ｃと前記の溝を有する板状圧電体
の一実施例の断面図である。図中の矢印は、第８，９図
と同様、分極処理における電気力線を示す。また、溝Ｇ
１〜Ｇ５の断面形状は、一様な接地電極を金属蒸着など
により取付け易いものとなつている。
第８図は、隣接する分割電極Ａの間だけでなく、電極Ａ
と対向する接地電極Ｃとの間にも電界を印加することに
より分極処理を施した板状圧電体に関する本発明の一実
施例の断面図である。第７図の超音波探触子用圧電体と
の比較では、接地電極との間の圧電活性がよりよく生か
されているために送信・受信の感度がより高いことが特
長である。
第９図は、分割電極Ａを互いに隔離する形状をもち接地
電極Ｃと同じ極性をもつ電極Ｂを有する板状圧電体に関
する本発明の一実施例を示したものである。第８図の探
触子用圧電体との比較では、各分割電極Ａが同一極性に
より分極処理されているために、それらに対応する送受
信信号を同一極性により扱うことができ、送受信回路が
簡略化されることが特長である。
以上説明した様に、本発明によれば、切断加工工程を必
要とせず、かつ、不要応答のない良好な超音波ビームを
形成することのできる超音波探触子用板状圧電体を実現
することができ、その工業的意義はきわめて大きい。
なお、以上の説明においては、説明の便宜上直線状１次
元アレイ型探触子の例を中心に述べたが、本発明の適用
範囲は、これにとどまらず、コンベクス型・コンケイブ
型のアレイ、さらにはアニユラ・アレイにも及ぶもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は最も近い従来技術による超音波探触子用板状圧
電体、第２図は板状圧電体中の音波の伝搬、第３図は本
発明の一実施例、第４図は溝を吸音材により充填した本
発明の一実施例、第５図は側面が吸音材に接する構造を
もつ本発明の一実施例、第６図は本発明の他の実施例に
おける溝の構成、第７図は溝のある面に一様な接地電極
をもつ本発明の他の実施例、第８図は分割電極Ａと接地
電極Ｃとの間にも電界を印加して分極処理を施した本発
明の他の実施例、第９図は各分割電極Ａを同一極性とし
て扱うことのできる構成をもつ本発明の他の実施例。 １……板状圧電体、２……吸音材、Ａ１〜Ａ５……分割
電極、ｘ……厚み方向座標、ｘ０……板の厚さ、θ……
板状圧電体中を伝搬する波の反射角、θ′……その波の
被計測媒体中への放射角、Ｇ１〜Ｇ５……音波放射面
（分割電極Ａののる面）と反対側の面に設けられた溝、
Ｃ……その面に取付けられた一様な接地電極、Ｂ……分
割電極Ａを互いに隔離する形状をもち、接地電極Ｃと同
じ極性をもつ音響放射面上の電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 景義 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−183152（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−42968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−156295（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被計測媒体中に超音波を送波または受波す
    る超音波探触子であって、板状圧電体の第１の面に複数
    に分割された電極群を有し、少なくとも該電極群を使用
    して分極処理された前記板状圧電体を用いた超音波探触
    子において、前記板状圧電体の第１の面の反対側の第２
    の面に複数の溝部が形成されたことを特徴とする超音波
    探触子。
  2. 【請求項２】前記板状圧電体の第１の面を第２の面に投
    影したとき、前記溝部が前記分割された電極を分割する
    境界と零でない角度で交わることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項に記載の超音波探触子。
  3. 【請求項３】前記溝部が吸音材により充填されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
    載の超音波探触子。
  4. 【請求項４】前記板状圧電体の側面が吸音材と接するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項のいず
    れかに記載の超音波探触子。
  5. 【請求項５】前記第２の面は前記溝部の内面もふくめ電
    極的に一様な電極を有することを特徴とする特許請求の
    範囲第４項に記載の超音波探触子。
  6. 【請求項６】前記電極群は電気的に独立駆動可能である
    ように複数に分割された第１の電極と、この第１の電極
    の分割された間隙に上記第１の電極を互いに電気的に隔
    離する形状に設けられた複数の第２の電極からなり、前
    記第２の面は前記溝部の内面もふくめ電気的に一様な電
    極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極の間、及び
    前記第１の電極と上記の一様な電極の間に印加された電
    界により分極処理がなされることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の超音波探触
    子。
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