JPH09321365A - Manufacture of piezoelectric element for ultrasonic probe - Google Patents

Manufacture of piezoelectric element for ultrasonic probe

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JPH09321365A
JPH09321365A JP15483396A JP15483396A JPH09321365A JP H09321365 A JPH09321365 A JP H09321365A JP 15483396 A JP15483396 A JP 15483396A JP 15483396 A JP15483396 A JP 15483396A JP H09321365 A JPH09321365 A JP H09321365A
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JP
Japan
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temperature
dielectric constant
probe
piezoelectric
electromechanical coupling
Prior art date
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Pending
Application number
JP15483396A
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Japanese (ja)
Inventor
Kozo Kitano
浩三 北野
Katsunori Yokoyama
勝徳 横山
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Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09321365A publication Critical patent/JPH09321365A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the sensitivity of a probe by ensuring a correct dielectric constant and increasing electromechanical coupling coefficient. SOLUTION: A piezoelectric ceramic element 1 is provided by polarizing a rectangular board element. The rear face of the piezoelectric ceramic element 1 is mounted on a backing material 6, and an acoustically matching layer 7 is mounted on the front face. The piezoelectric ceramic element 1 is polarized within a range of a temperature T1, where the dielectric constant of the element becomes maximum, to a temperature T2, where the electromechanical coupling coefficient becomes maximum. The piezoelectric element with a higher electromechanical coupling coefficient compared with the conventional coefficients and with a correctly controlled dielectric constant is obtained by such polarization.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探触装置の
高性能化を図るための探触子に用いられる圧電素子、例
えば圧電セラミック素子の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric element, for example, a piezoelectric ceramic element used in a probe for improving the performance of an ultrasonic probe device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、圧電セラミック素子を用いた超音
波送受装置が各種用途に利用されている。なかでも医療
機器においては、人体に不都合を与えることなく表面か
ら体内部を観察できる超音波診断法が普及している。こ
の超音波診断法に利用される超音波医療診断装置には、
圧電セラミック振動子が超音波送受波器として用いられ
ている。この場合、単一の圧電セラミック振動子からな
る探触子、および体内部を断層的に画像形成して診断す
るために小型の圧電セラミック振動子を多数並列させて
アレイ状圧電セラミック振動子として構成したいわゆる
走査型探触子が用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic transmission / reception devices using piezoelectric ceramic elements have been used for various purposes. Among them, in medical equipment, an ultrasonic diagnostic method that allows observation of the inside of the body from the surface without causing any inconvenience to the human body is widespread. The ultrasonic medical diagnostic device used for this ultrasonic diagnostic method,
Piezoelectric ceramic oscillators are used as ultrasonic transducers. In this case, a probe composed of a single piezoelectric ceramic oscillator and a plurality of small piezoelectric ceramic oscillators are arranged in parallel to form an array piezoelectric ceramic oscillator in order to form a tomographic image of the inside of the body for diagnosis. The so-called scanning probe is used.

【0003】前記超音波診断用探触子は、人体に対して
超音波を放射すると共に、その放射超音波が体内の種々
の組織部分からの反射波を受信する。これら探触子の感
度は、一般に放射レベルに対する受信レベルの比で表さ
れ、探触子感度が向上すれば、それだけ体内深部の診断
が可能になる。また超音波診断において、放射超音波の
周波数が高ければ高いほど、解像度が向上し適正な診断
に寄与できるため、探触子に加えられる超音波はますま
す高周波を用いる傾向にある。しかしその反面、高周波
数超音波は体内での減衰が大きくなり、反射波が弱く感
度が低下し体内深部の診断が困難となる。特に医療用超
音波診断用探触子においては、被診断体内の各部につい
ての的確で適正な診断が要求され、高感度で且つ高解像
度の探触子が求められている。
The ultrasonic diagnostic probe radiates ultrasonic waves to a human body, and the radiated ultrasonic waves receive reflected waves from various tissue parts in the body. The sensitivity of these probes is generally represented by the ratio of the reception level to the radiation level, and the higher the probe sensitivity, the deeper the diagnosis in the body becomes possible. Further, in ultrasonic diagnosis, the higher the frequency of the emitted ultrasonic waves, the higher the resolution, which can contribute to proper diagnosis. Therefore, ultrasonic waves applied to the probe tend to use higher frequencies. On the other hand, however, high-frequency ultrasonic waves have large attenuation in the body, weak reflected waves and low sensitivity, making it difficult to diagnose deep inside the body. Particularly, in a medical ultrasonic diagnostic probe, accurate and appropriate diagnosis is required for each part in the body to be diagnosed, and a highly sensitive and high-resolution probe is required.

【0004】一方、圧電セラミック振動子を用いた探触
子の感度は、圧電効果の大小を示すものとして広く用い
られている電気機械結合係数(K)で表示することがで
きる。この圧電セラミック素子は、表面に形成された電
極間に直流電圧を印加すること、すなわち分極処理によ
り圧電性が付与される。前記分極処理はキュリー温度以
下の高温で2〜3KV/mmの電界を印加して行われる
のが一般的である。
On the other hand, the sensitivity of a probe using a piezoelectric ceramic vibrator can be expressed by an electromechanical coupling coefficient (K), which is widely used to show the magnitude of the piezoelectric effect. This piezoelectric ceramic element is imparted with piezoelectricity by applying a DC voltage between electrodes formed on the surface thereof, that is, by a polarization treatment. The polarization treatment is generally performed by applying an electric field of 2 to 3 KV / mm at a high temperature below the Curie temperature.

【0005】このようにして分極処理された圧電セラミ
ック素子では、セラミック振動素子の特性が、図3に示
したような矩形板状素子では、その厚さ(t)方向の振
動モードの電気機械結合係数(Kp)に依存する。この
電気機械結合係数が大きいほど感度が向上することが、
シュミレーション結果から知られている。
In the piezoelectric ceramic element thus polarized, the characteristics of the ceramic vibrating element are the same as those of the rectangular plate-shaped element as shown in FIG. 3, and the electromechanical coupling of the vibration mode in the thickness (t) direction. It depends on the coefficient (Kp). The larger the electromechanical coupling coefficient, the better the sensitivity.
Known from simulation results.

【0006】また、探触子としての感度を向上させるに
は、探触子と装置の電気回路の電気的インピーダンスの
整合を取ることが重要である。このために装置側にイン
ピーダンス変換器を付けるか、或いは探触子の電気的イ
ンピーダンスを調整する方法がある。後者の場合、素子
そのものの静電容量を調整することが効果的である。し
かしながら素子の静電容量は素子の面積、厚み、材料の
誘電率によって決定されるが、形状については探触子の
設計上制約を受けることが多いため、誘電率の異なる材
料を用いて素子を製作するのが一般的である。
In order to improve the sensitivity of the probe, it is important to match the electrical impedances of the probe and the electric circuit of the device. For this purpose, there is a method of attaching an impedance converter to the device side or adjusting the electrical impedance of the probe. In the latter case, it is effective to adjust the capacitance of the element itself. However, the capacitance of the element is determined by the area, thickness, and dielectric constant of the material, but the shape is often restricted by the design of the probe, so elements with different dielectric constants should be used. It is generally manufactured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、材料の誘電
率を変えるためには、その成分の配合を変えるという工
夫がなされている。圧電セラミックスとして一般的なチ
タン酸ジルコン酸鉛(PZT)では、ストロンチウム
(Sr)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)等の
成分を加え、その添加量を変えることで誘電率が調整で
きる。しかし、この方法では無添加のPZTより低い誘
電率の材料を得ることはできず、また配合を変えた場
合、電気機械結合係数を低下させる場合がある。
By the way, in order to change the dielectric constant of a material, a device of changing the composition of its components has been devised. In lead zirconate titanate (PZT), which is a general piezoelectric ceramic, the dielectric constant can be adjusted by adding components such as strontium (Sr), barium (Ba), and calcium (Ca), and changing the amount of addition. However, this method cannot obtain a material having a dielectric constant lower than that of undoped PZT, and if the composition is changed, the electromechanical coupling coefficient may be lowered.

【0008】本発明は、誘電率の調整、並びに電気機械
結合係数を上昇させるために、前記したように素子材料
の配合を変える等の手段は採択せず、分極処理時の温度
を所定の範囲に設定することで、適切な誘電率を確保す
ると共に、電気機械結合係数を上昇させることで探触子
の感度を上昇させることができる超音波探触子用圧電素
子の製造方法を提供することを目的とするものである。
In the present invention, in order to adjust the dielectric constant and increase the electromechanical coupling coefficient, the means such as changing the composition of the element material as described above is not adopted, but the temperature at the time of polarization treatment is within a predetermined range. To provide an appropriate dielectric constant and to increase the electromechanical coupling coefficient to increase the sensitivity of the probe, and to provide a method for manufacturing a piezoelectric element for an ultrasonic probe. The purpose is.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた本発明に係る超音波探触子用圧電素子の製造
方法は、素子に対して直流高電圧を印加することにより
素子に圧電性を付与する分極処理において、前記素子の
誘電率が最大になる温度T1から電気機械結合係数が最
大となる温度T2の範囲で分極処理を行なうことを特徴
とするものである。そして、前記素子を構成する材料組
成としては、好ましくはチタン酸ジルコン酸鉛(PZ
T)が主体的に用いられ、これに対してアンチモン(S
b)、ニオブ(Nb)およびストロンチウム(Sr)が
添加される。
The method for manufacturing a piezoelectric element for an ultrasonic probe according to the present invention, which has been made in order to achieve the above object, includes a method for applying a high direct current voltage to an element so that the piezoelectric element In the polarization treatment for imparting the property, the polarization treatment is performed within a range from a temperature T1 at which the dielectric constant of the element is maximum to a temperature T2 at which the electromechanical coupling coefficient is maximum. The material composition of the element is preferably lead zirconate titanate (PZ
T) is mainly used, and antimony (S
b), niobium (Nb) and strontium (Sr) are added.

【0010】本発明は前記のように、分極処理時の温度
を所定の範囲に設定することで、適切な誘電率を確保す
ると共に、電気機械結合係数を上昇させることが可能と
なる。この場合、材料の持つキュリー温度により異なる
が一般的な圧電材料では、60〜120℃に誘電率が最
大となる分極温度T1が存在する。これより高い温度で
は、誘電率、電気機械結合係数ともに低下する。T1以
下の温度では、誘電率は低下し、電気機械結合係数は上
昇し、ある温度T2で飽和する。T2ならびに分極温度
低下による誘電率低下の度合いはキュリー温度により変
化する。一般的にキュリー温度の低い材料ではT2は低
くなり、分極温度の低下による誘電率の低下は大きくな
る。本発明はこのような物性に基づき、T1〜T2の範
囲で分極温度を設定し分極処理を行なうものであり、分
極温度の制御と素子の配合組成とを組み合わせることに
より、従来より高い電気機械結合係数を有し、静電容量
が制御された圧電素子を供給することができる。
As described above, according to the present invention, by setting the temperature during the polarization treatment within a predetermined range, it is possible to secure an appropriate dielectric constant and increase the electromechanical coupling coefficient. In this case, in a general piezoelectric material, the polarization temperature T1 at which the dielectric constant becomes maximum exists at 60 to 120 ° C., although it depends on the Curie temperature of the material. At temperatures higher than this, both the dielectric constant and the electromechanical coupling coefficient decrease. At temperatures below T1, the dielectric constant decreases, the electromechanical coupling coefficient increases, and it saturates at a certain temperature T2. The degree of decrease in dielectric constant due to the decrease in T2 and the polarization temperature changes depending on the Curie temperature. In general, a material having a low Curie temperature has a low T2 and a large decrease in dielectric constant due to a decrease in polarization temperature. Based on such physical properties, the present invention sets the polarization temperature within the range of T1 to T2 and performs the polarization treatment. By combining the control of the polarization temperature and the composition of the element, the electromechanical coupling higher than the conventional one is achieved. It is possible to provide a piezoelectric element having a coefficient and a controlled capacitance.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る超音波探触子
用圧電素子の製造方法について説明するが、それに先立
ち、超音波探触子用圧電素子を超音波診断装置に適用し
た実施例について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A method for manufacturing a piezoelectric element for an ultrasonic probe according to the present invention will be described below. Prior to that, an embodiment in which the piezoelectric element for an ultrasonic probe is applied to an ultrasonic diagnostic apparatus. Will be described.

【0012】図1は走査型超音波診断装置用探触子の組
み立て工程を示したものである。図1において、(1)
として示すように長方形薄板状圧電セラミック振動素子
1は、通常その両面に銀膜等の電極2,3が接合形成さ
れる。この場合、電極は後記するようにリード線を片面
から引き出すために部分的廻し込みの構成が採られる。
圧電セラミック振動素子1の両面に電極を接合形成した
後、厚さ方向に分極処理される。分極処理は、通常シリ
コンオイル等の絶縁油中においてキュリー温度以上で1
mm当たり約数千ボルト(v)の高電圧を印加して行わ
れる。その際の分極処理温度については後述するが、所
定の分極温度において30分から1時間程度、2〜3k
v/mmの電界を印加する。
FIG. 1 shows an assembling process of a probe for a scanning ultrasonic diagnostic apparatus. In FIG. 1, (1)
As shown in (1), the rectangular thin plate piezoelectric ceramic vibrating element 1 is usually formed by joining electrodes 2 and 3 such as silver films on both surfaces thereof. In this case, the electrode has a partially wound structure so that the lead wire can be pulled out from one side as described later.
After electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric ceramic vibrating element 1, they are polarized in the thickness direction. Polarization is usually performed in insulating oil such as silicone oil at a temperature above the Curie temperature.
It is performed by applying a high voltage of about several thousand volts (v) per mm. The polarization treatment temperature at that time will be described later, but at a predetermined polarization temperature, about 30 minutes to 1 hour, 2 to 3 k
An electric field of v / mm is applied.

【0013】次に(2)として示すように分極処理後、
電極が形成された長方形の圧電セラミック振動素子1の
両長辺方向に各リード線を接続する。この場合、一方側
にはグランド側リード線4として銅箔が、また他方側に
はフレキシブルリード線5がそれぞれ部分的廻し込みさ
れ、片面に引出されている電極2,3にハンダ着けにて
接合される。
Next, as shown in (2), after polarization treatment,
Each lead wire is connected to both long side directions of the rectangular piezoelectric ceramic vibrating element 1 on which electrodes are formed. In this case, a copper foil as the ground side lead wire 4 on one side and a flexible lead wire 5 on the other side are partially wrapped around, respectively, and joined to the electrodes 2 and 3 drawn out on one side by soldering. To be done.

【0014】次いで(3)として示すようにリード線4
および5を配設したセラミック振動素子1のリード線ハ
ンダ着側に、ゴム材等の音波吸収材(バッキング材)6
を、有機系接着剤等により加熱圧着する。
Then, as shown as (3), the lead wire 4
The acoustic wave absorbing material (backing material) 6 such as a rubber material is attached to the lead wire soldering side of the ceramic vibrating element 1 in which
Is heat-pressed with an organic adhesive or the like.

【0015】このようにして音波吸収材6を接合した
後、(4)として示すようにセラミック振動素子1のそ
の接合面と反対面に、音響整合層7を接合形成する。音
響整合層7は、セラミック振動素子1からの音波が人体
等の被診断物に効率よく伝播するように、音響インピー
ダンスの整合がとれるようにエポキシ樹脂、フィラー入
りエポキシ樹脂、またはフィルム等の有機系の材質が用
いられる。この音響整合層7の厚さは、一般に放射周波
数の波長λに対して1/4となるように調整される。ま
た音響整合層7は、探触子の使用態様等により、必要な
特性によって、1層または2層等、使用条件に応じて適
宜選択され形成される。
After the sound absorbing material 6 is bonded in this manner, the acoustic matching layer 7 is bonded and formed on the surface of the ceramic vibrating element 1 opposite to the bonding surface, as indicated by (4). The acoustic matching layer 7 is an organic resin such as an epoxy resin, a filler-containing epoxy resin, or a film so that the acoustic impedance can be matched so that the sound wave from the ceramic vibrating element 1 efficiently propagates to a diagnostic object such as a human body. The material is used. The thickness of the acoustic matching layer 7 is generally adjusted to be ¼ of the wavelength λ of the radiation frequency. Further, the acoustic matching layer 7 is formed by appropriately selecting one layer or two layers according to the usage conditions, depending on the required characteristics of the probe and the like.

【0016】前記のように音響整合層7を形成した後、
(5)として示したように走査型超音波診断探触子とす
るために、セラミック振動素子1の長辺方向に対して、
直角に且つ所定間隔で、外表面の音響整合層7からセラ
ミック振動素子1層、さらにバッキング材6層の一部に
至まで、連続的に切分断する。この一連のダイシングに
より多数の矩形板状素子8が並列したアレイ状振動素子
10を形成することができる。この場合、音響整合層7
を形成することなく、セラミック振動素子1層とバッキ
ング材6層の一部を同様に切分断して、アレイ状振動素
子10を形成してもよい。
After forming the acoustic matching layer 7 as described above,
In order to obtain the scanning ultrasonic diagnostic probe as shown as (5), in the long side direction of the ceramic vibrating element 1,
The acoustic matching layer 7 on the outer surface, the ceramic vibrating element 1 layer, and a part of the backing material 6 layer are continuously cut and cut at right angles and at predetermined intervals. By this series of dicing, it is possible to form the array-shaped vibrating element 10 in which a large number of rectangular plate-shaped elements 8 are arranged in parallel. In this case, the acoustic matching layer 7
It is also possible to form the array-shaped vibrating element 10 by similarly cutting a part of the ceramic vibrating element 1 layer and a part of the backing material 6 layer without forming the above.

【0017】図2は前記のようにして形成されるアレイ
状振動素子10の一部を拡大して示した説明図であり、
図3はアレイ状振動素子10を構成する矩形板状素子8
の説明図である。なお図2および図3において、図1と
同一符号は同一部分を示している。図2に示すように、
セラミック圧電振動素子面に接合形成された電極2また
は3にハンダ着けされるフレキシブルリード線5は、そ
の導体部9が矩形板状素子8の巾Wと合致するように予
め導体部9のパターン設計がなされている。また図3に
おいて、切断後の巾Wとセラミック振動素子の厚さtの
比(W/t)は、厚さ方向の振動以外の不要振動が発生
しないように、0.6以下となるように構成される。
FIG. 2 is an enlarged view showing a part of the array-like vibrating element 10 formed as described above.
FIG. 3 shows a rectangular plate-shaped element 8 forming the array-shaped vibrating element 10.
FIG. 2 and 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts. As shown in FIG.
The flexible lead wire 5 soldered to the electrode 2 or 3 formed on the surface of the ceramic piezoelectric vibrating element is designed in advance so that the conductor portion 9 matches the width W of the rectangular plate element 8. Has been done. In FIG. 3, the ratio (W / t) of the width W after cutting to the thickness t of the ceramic vibrating element is set to 0.6 or less so that unnecessary vibration other than vibration in the thickness direction does not occur. Composed.

【0018】前記したようなプロセスにより製造された
探触子用圧電セラミック振動子は、通常音響整合層の前
面に音響レンズを設置し、またフレキシブルリード線5
を診断装置本体に接続されるケーブルに接続し、更にコ
ネクターを取り付け、ケースに収納して走査型超音波診
断装置部品の探触子とすることができる。
In the piezoelectric ceramic vibrator for a probe manufactured by the above process, an acoustic lens is usually installed on the front surface of the acoustic matching layer, and the flexible lead wire 5 is used.
Can be connected to a cable connected to the main body of the diagnostic apparatus, a connector can be further attached, and the case can be housed in a case to be a probe for a scanning ultrasonic diagnostic apparatus component.

【0019】[0019]

【実施例】次に、以上のように構成される超音波探触子
における圧電素子の製造方法について説明する。チタン
酸ジルコン酸鉛(PZT)にアンチモン(Sb)および
ニオブ(Nb)を一定量添加した系において、キュリー
温度の制御のためにストロンチウム(Sr)の添加量を
調整した圧電材料について、分極温度を変えて処理を行
ない、誘電率εおよび電気機械結合係数Kpの分極温度
依存性を調べた。表1にその評価結果を示す。
EXAMPLES Next, a method of manufacturing a piezoelectric element in the ultrasonic probe configured as described above will be described. In a system in which a fixed amount of antimony (Sb) and niobium (Nb) were added to lead zirconate titanate (PZT), the polarization temperature of a piezoelectric material in which the addition amount of strontium (Sr) was adjusted to control the Curie temperature was measured. After changing the treatment, the polarization temperature dependence of the dielectric constant ε and the electromechanical coupling coefficient Kp was investigated. Table 1 shows the evaluation results.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】なお、前記表1における実施例1乃至4と
して示されたものは、探触子用圧電素子としての矩形板
状素子8の各寸法が、図3に示されたその幅Wが5m
m、厚さtが10mm、長さが15mmに構成され、分
極処理において印加される電界が2kv/mmで、印加
時間はそれぞれ30分とした。
In Examples 1 to 4 shown in Table 1, each dimension of the rectangular plate-shaped element 8 as the piezoelectric element for the probe has a width W of 5 m shown in FIG.
m, the thickness t was 10 mm, the length was 15 mm, the electric field applied in the polarization treatment was 2 kv / mm, and the application time was 30 minutes.

【0022】ここで、表1に示す評価結果で理解される
ように、Srの添加量を調整してキュリー温度260℃
とした実施例1の圧電材料においては、素子の誘電率
(ε)が最大になる温度T1は、100℃であり、また
電気機械結合係数(Kp)が最大となる温度T2は、0
℃となる。
Here, as understood from the evaluation results shown in Table 1, the curie temperature is 260 ° C. by adjusting the addition amount of Sr.
In the piezoelectric material of Example 1, the temperature T1 at which the dielectric constant (ε) of the element is maximum is 100 ° C., and the temperature T2 at which the electromechanical coupling coefficient (Kp) is maximum is 0.
° C.

【0023】またSrの添加量を調整してキュリー温度
210℃、160℃とした実施例2、3の圧電材料にお
いては、素子の誘電率(ε)が最大になる温度T1は、
100℃であり、また電気機械結合係数(Kp)が最大
となる温度T2は、25℃となる。同様にSrの添加量
を調整してキュリー温度130℃とした実施例4の圧電
材料においては、素子の誘電率が最大になる温度T1
は、60℃であり、また電気機械結合係数が最大となる
温度T2は、25℃となる。
In addition, in the piezoelectric materials of Examples 2 and 3 in which the Curie temperatures are 210 ° C. and 160 ° C. by adjusting the Sr addition amount, the temperature T1 at which the dielectric constant (ε) of the element is maximum is
The temperature T2 is 100 ° C. and the maximum electromechanical coupling coefficient (Kp) is 25 ° C. Similarly, in the piezoelectric material of Example 4 in which the Curie temperature was set to 130 ° C. by adjusting the addition amount of Sr, the temperature T1 at which the dielectric constant of the element becomes maximum.
Is 60 ° C., and the temperature T2 at which the electromechanical coupling coefficient is maximum is 25 ° C.

【0024】以上のように、本発明の方法による分極処
理を採用することにより、組成を変更することなく、誘
電率εを5〜15%の範囲で制御することが可能とな
る。また誘電率を大きく損なうことなく、電気機械結合
係数Kpを2〜3%向上させることができる。
As described above, by adopting the polarization treatment according to the method of the present invention, the dielectric constant ε can be controlled within the range of 5 to 15% without changing the composition. Further, the electromechanical coupling coefficient Kp can be improved by 2 to 3% without significantly impairing the dielectric constant.

【0025】そして、実施例1における分極処理温度2
5℃のものと、比較例として通常の誘電率が最大となる
ように100℃で分極処理された素子を用いてそれぞれ
図1に示す態様にしたがって2MHz探触子を製作し、
水中に音波を放射しアクリル板からの反射特性を測定し
て両者を比較した。その結果、実施例1のものは比較例
のものに比べ探触子の感度を2〜2.5dB向上させる
ことができた。
Then, the polarization treatment temperature 2 in Example 1
A 2 MHz probe was manufactured according to the embodiment shown in FIG. 1 using a 5 ° C. element and a device that was polarized at 100 ° C. as a comparative example so that the usual dielectric constant was maximized.
Sound waves were radiated in water and the reflection characteristics from the acrylic plate were measured to compare the two. As a result, the sensitivity of the probe of Example 1 could be improved by 2 to 2.5 dB compared to that of Comparative Example.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の説明で明らかなとおり、本発明に
係る超音波探触子用圧電素子の製造方法によれば、分極
温度の制御と素子の配合組成との組み合わせにより、従
来より高い電気機械結合係数を有し、誘電率(静電容
量)が制御された圧電素子を得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the method of manufacturing a piezoelectric element for an ultrasonic probe of the present invention, it is possible to obtain higher electric power than conventional by controlling the polarization temperature and the composition of the element. A piezoelectric element having a mechanical coupling coefficient and a controlled dielectric constant (capacitance) can be obtained.

【0027】特に電気機械結合係数については、従来の
ものに比較して2〜3%向上させることができ、この結
果、探触子の感度を2〜2.5dB向上させることが可
能となる。これを換言すれば、探触子の感度が上昇する
分に対応させて分極電圧を低くすることも可能であり、
分極電圧を低くすることにより、いわゆる縁面放電の発
生を防止できることとなり、複雑な形状の素子の分極処
理に有効となる。
Particularly, the electromechanical coupling coefficient can be improved by 2 to 3% as compared with the conventional one, and as a result, the sensitivity of the probe can be improved by 2 to 2.5 dB. In other words, it is possible to lower the polarization voltage corresponding to the increase in the sensitivity of the probe,
By lowering the polarization voltage, it is possible to prevent the occurrence of so-called edge discharge, which is effective for the polarization treatment of the element having a complicated shape.

【0028】また誘電率も、5〜15%の範囲で制御す
ることが可能であるため、探触子の駆動周波数の変化に
よる静電容量の変化を、誘電率の調整により相殺させる
こともできる。またさらに原料制作ロット毎の特性のバ
ラツキを、分極温度の調整により吸収させることも可能
となる。
Further, since the dielectric constant can be controlled within the range of 5 to 15%, the change in capacitance due to the change in the driving frequency of the probe can be canceled by adjusting the dielectric constant. . Further, it becomes possible to absorb the variation in the characteristics of each raw material production lot by adjusting the polarization temperature.

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

【図1】本発明の製造方法によって得られる圧電素子を
用いて走査型超音波診断装置用探触子を組み立てる工程
について示した説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a process of assembling a probe for a scanning ultrasonic diagnostic apparatus using a piezoelectric element obtained by a manufacturing method of the present invention.

【図2】図1に示す探触子を構成するアレイ状振動素子
の部分拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view of an array-shaped vibrating element that constitutes the probe shown in FIG.

【図3】図2に示すアレイ状振動素子を構成する矩形板
状素子の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a rectangular plate element that constitutes the array-shaped vibrating element shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電セラミック素子 2,3 電極 4 リード線 5 フレキシブルリード線 6 バッキング材 7 音響整合層 8 矩形板状素子 9 フレキシブルリード線導体部 10 アレイ状振動素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric ceramic element 2,3 Electrode 4 Lead wire 5 Flexible lead wire 6 Backing material 7 Acoustic matching layer 8 Rectangular plate element 9 Flexible lead wire conductor portion 10 Array vibration element

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 素子に対して直流高電圧を印加すること
により素子に圧電性を付与する分極処理において、前記
素子の誘電率が最大になる温度T1から電気機械結合係
数が最大となる温度T2の範囲で分極処理を行なうこと
を特徴とする超音波探触子用圧電素子の製造方法。
1. In a polarization treatment for imparting piezoelectricity to an element by applying a high DC voltage to the element, a temperature T1 at which the dielectric constant of the element becomes maximum to a temperature T2 at which the electromechanical coupling coefficient becomes maximum. A method for manufacturing a piezoelectric element for an ultrasonic probe, characterized in that polarization treatment is performed within the range.
【請求項2】 前記素子を構成する材料として、チタン
酸ジルコン酸鉛(PZT)に対してアンチモン(S
b)、ニオブ(Nb)およびストロンチウム(Sr)を
添加したことを特徴とする請求項1記載の超音波探触子
用圧電素子の製造方法。
2. As a material for forming the device, antimony (S) is added to lead zirconate titanate (PZT).
The method for producing a piezoelectric element for an ultrasonic probe according to claim 1, wherein b), niobium (Nb) and strontium (Sr) are added.
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