JPH10126889A - Manufacture of ultrasonic transducer and composite piezoelectric body - Google Patents
Manufacture of ultrasonic transducer and composite piezoelectric bodyInfo
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- JPH10126889A JPH10126889A JP8272313A JP27231396A JPH10126889A JP H10126889 A JPH10126889 A JP H10126889A JP 8272313 A JP8272313 A JP 8272313A JP 27231396 A JP27231396 A JP 27231396A JP H10126889 A JPH10126889 A JP H10126889A
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Abstract
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】この発明は、圧電セラミック
スから形成された圧電振動子を使用して超音波を出力
し、その反射した超音波を受信する超音波トランスジュ
ーサ及びこの超音波とランジューサで使用される複合圧
電体の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receiving the reflected ultrasonic wave, and used in the ultrasonic wave and the lancer. And a method for manufacturing a composite piezoelectric body.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超音波診断装置や探傷装置等に使用され
ている超音波探触子では、超音波の出力及び受信を行う
ために圧電振動子が使用されているが、一般にこの圧電
振動子の材料として圧電セラミックスが使用されてい
る。近年、圧電セラミックスと高分子材料とを複合化し
た超音波探触子用の複合圧電体が開発されている。この
複合圧電体は、柱状の圧電セラミックスの間隙に樹脂を
注入し、前面( 超音波の出力面 )及び背面( 超音波の出
力面の反対側の面 ）に電極を形成したもので、この複
合圧電体を圧電板（ 圧電振動子 )として使用する超音
波プローブが開発されている。2. Description of the Related Art In an ultrasonic probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus or a flaw detector, a piezoelectric vibrator is used to output and receive ultrasonic waves. Is made of piezoelectric ceramics. 2. Description of the Related Art In recent years, a composite piezoelectric body for an ultrasonic probe, which is a composite of a piezoelectric ceramic and a polymer material, has been developed. This composite piezoelectric body is made by injecting resin into the gap between columnar piezoelectric ceramics and forming electrodes on the front surface (ultrasonic output surface) and the back surface (surface opposite to the ultrasonic output surface). An ultrasonic probe using a piezoelectric body as a piezoelectric plate (piezoelectric vibrator) has been developed.
【０００３】複合圧電体は、一般に通常の( 圧電セラミ
ックスのみからなる )圧電体に比べて音響インピーダン
スが小さく、電気機械結合係数( 電気と超音波の変換効
率 )が高いため、高感度な高分解能を備えた要素として
期待されている。しかし、この複合圧電体の製法には各
種方法があるが、一般的に製造された圧電セラミックス
板を加工して複合圧電体を製造するものが多い。[0003] Composite piezoelectric materials generally have a lower acoustic impedance and a higher electromechanical coupling coefficient (conversion efficiency between electricity and ultrasonic waves) than ordinary piezoelectric materials (which consist only of piezoelectric ceramics), and therefore have high sensitivity and high resolution. It is expected as an element with. However, there are various methods for manufacturing this composite piezoelectric body, and many of them generally process a manufactured piezoelectric ceramic plate to manufacture a composite piezoelectric body.
【０００４】複合圧電体は、圧電セラミックスを柱状で
かつ小形化することによって、圧電体としての電気機械
結合係数を高くして感度を増大させることができる。こ
の圧電体に占める圧電セラミックスの比率を小さくし
て、圧電板( 圧電振動子 )としての音響インピーダンス
を低減することによって、撮影対象としての生体との音
響整合が向上する。In a composite piezoelectric body, by reducing the size of a piezoelectric ceramic to a columnar shape, the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body can be increased to increase the sensitivity. By reducing the ratio of the piezoelectric ceramics in the piezoelectric body to reduce the acoustic impedance as a piezoelectric plate (piezoelectric vibrator), acoustic matching with a living body as an imaging target is improved.
【０００５】この複合圧電体を使用した超音波プローブ
を実現する手段として、特開昭６０−８５６９９号や特
開平４−２０００９７号等に記載されているように、圧
電セラミックス板を分割し、間隙に樹脂を充填して複合
圧電体を形成した後、この複合圧電体の前面及び背面に
薄膜電極を蒸着・スパッタ等の技術によって形成して圧
電板とする方法が開発されている。As means for realizing an ultrasonic probe using this composite piezoelectric body, as described in JP-A-60-85699 and JP-A-4-200097, a piezoelectric ceramic plate is divided and a gap is formed. Has been developed by forming a composite piezoelectric body by filling a resin into the substrate and then forming thin-film electrodes on the front and back surfaces of the composite piezoelectric body by a technique such as vapor deposition and sputtering.
【０００６】以下、上述した従来の複合圧電体の製造方
法の一例を詳細に説明する。図８は、複合圧電体の製造
工程を示す図である。図８( ａ )に示すような圧電セラ
ミックス板１０１の一方の面において、ダイシングマシ
ーンやワイヤソー等により、図８( ｂ )に示すように、
予め設定された深さで格子状の溝１０２を形成する。す
なわち、圧電セラミックス板１０１の反対側の面はその
まま残す。次に、図８( ｃ )に示すように、格子状の溝
１０２にエポキシ樹脂１０３を充填して加熱硬化あるい
は室温硬化させる。このエポキシ樹脂が完全に硬化した
後、図８( ｄ )に示すように、圧電セラミックス板１０
１の溝１０２の形成面の反対側のそのまま残した面を研
削加工又は研磨加工により、予め設定された深さを厚さ
として、完全に圧電セラミックスが柱状に分割されるま
で成形する。このとき、柱状の圧電セラミックスはエポ
キシ樹脂により確実に接合されている。このようにして
製造された、２次元配列の柱状の圧電セラミックスエレ
メントをエポキシ樹脂で接合した複合圧電体には、その
前面及び背面に薄膜電極や導電性のペースト等により電
極が形成される。なお、薄膜電極の形成法としては、蒸
着法又はスパッタ法等がある。Hereinafter, an example of a method for manufacturing the above-described conventional composite piezoelectric material will be described in detail. FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing process of the composite piezoelectric body. As shown in FIG. 8B, on one surface of the piezoelectric ceramic plate 101 as shown in FIG.
A lattice-shaped groove 102 is formed at a preset depth. That is, the surface on the opposite side of the piezoelectric ceramic plate 101 is left as it is. Next, as shown in FIG. 8C, an epoxy resin 103 is filled in the lattice-shaped grooves 102 and cured by heating or room temperature. After the epoxy resin is completely cured, as shown in FIG.
The remaining surface opposite to the surface on which the one groove 102 is formed is formed by grinding or polishing until the piezoelectric ceramic is completely divided into columns with a predetermined depth as a thickness. At this time, the columnar piezoelectric ceramics are securely joined by the epoxy resin. The thus-produced composite piezoelectric body in which the two-dimensionally arranged columnar piezoelectric ceramic elements are joined with epoxy resin has electrodes formed on the front and back surfaces thereof by using a thin film electrode or a conductive paste. Note that as a method for forming the thin film electrode, there are a vapor deposition method, a sputtering method, and the like.
【０００７】複合圧電体を構成している樹脂部は、一般
に柔軟な樹脂の方が圧電体( 圧電振動子 )として特性が
優れていると評価されているが、製造上の問題から実際
に充填樹脂として使用されているのは、比較的硬いエポ
キシ樹脂等が知られている。As for the resin part constituting the composite piezoelectric body, it is generally evaluated that a flexible resin has better characteristics as a piezoelectric body (piezoelectric vibrator). As the resin, a relatively hard epoxy resin or the like is known.
【０００８】複合圧電体を使用してアレイ状の超音波プ
ローブ( アレイプローブ )を実現する場合には、複合圧
電体の前面及び背面のいずれか一方に予め一方向( 後に
アレイ方向となる )に分割した電極を形成し、その後で
音響整合層、バッキング材等を形成する第１の方法と、
複合圧電体の前面及び背面の全面に電極を一時的に形成
しておき、さらに音響整合層及びバッキング材等を形成
し、その後で一方向(アレイ方向となる )に電極( 及び
付随する他の部材 )を分割する第２の方法とがある。When an ultrasonic probe in the form of an array (array probe) is realized by using a composite piezoelectric body, one of the front and back surfaces of the composite piezoelectric body is previously set in one direction (to be the array direction later). A first method of forming divided electrodes and then forming an acoustic matching layer, a backing material, etc .;
Electrodes are temporarily formed on the entire front and back surfaces of the composite piezoelectric body, and further, an acoustic matching layer, a backing material, etc. are formed, and then the electrodes (and other accompanying electrodes) are moved in one direction (the array direction). Member) is divided.
【０００９】しかし、現状では、予め設定された形状の
電極を形成しなければならない第１の方法に比べて、第
２の方法の方が既存の高精度な加工技術が使用でき、製
造の技術、時間、コストを低く抑えることができる。However, under the present circumstances, the second method can use the existing high-precision processing technique and can reduce the manufacturing technique compared to the first method in which an electrode having a predetermined shape must be formed. , Time and cost can be kept low.
【００１０】図９に、従来の複合圧電体を使用した超音
波トランスジューサを要部構成を示すスライス方向の断
面図である。複合圧電体１１１の前面( 上面 )には薄膜
電極により共通電極１１２が形成され、その背面( 下面
)にはこの複合圧電体１１１のアレイ方向( アレイ方向
及びスライス方向 )において複数個に分割して形成され
た振動素子( 図示せず )毎に薄膜電極により駆動電極１
１３が形成されている。なお、共通電極１１２は、スラ
イス方向に複合圧電体１１１の下面に引き回されてい
る。FIG. 9 is a cross-sectional view in the slice direction showing a main part of an ultrasonic transducer using a conventional composite piezoelectric body. A common electrode 112 is formed on the front surface (upper surface) of the composite piezoelectric body 111 by a thin film electrode, and the back surface (lower surface)
), The thin film electrode is used to drive electrode 1 for each vibrating element (not shown) formed by dividing into a plurality in the array direction (array direction and slice direction) of composite piezoelectric body 111.
13 are formed. The common electrode 112 is routed on the lower surface of the composite piezoelectric body 111 in the slice direction.
【００１１】なお、複合圧電体１１１は樹脂が構成要素
として含まれているので、焼き付け銀電極を形成すると
きに、その焼き付けの温度で樹脂が溶けて燃えてしまう
という問題があり、焼き付け銀電極を形成することがで
きない。従って、複合圧電体の電極としては、スパッタ
法又は蒸着法によって形成する上記薄膜電極又は、導電
性接着剤によって導電層として形成する電極等が使用さ
れている。Since the composite piezoelectric body 111 contains a resin as a constituent element, there is a problem that when a baked silver electrode is formed, the resin melts and burns at the temperature of the baked silver electrode. Cannot be formed. Therefore, as the electrode of the composite piezoelectric body, the above-mentioned thin film electrode formed by a sputtering method or an evaporation method, an electrode formed as a conductive layer by a conductive adhesive, or the like is used.
【００１２】共通電極１１２の上面には、音響整合層１
１４が形成され、共通電極１１２の複合圧電体１１１の
下面に引き回された部分には、アース線を引出すための
アース板１１５が導電性ペースト１１６により接続され
ている。また、駆動電極１１３の共通電極１１２が引き
回された側と反対側の端部には、信号線を引出すための
信号用のフレキシブル配線板( 以下、信号用ＦＰＣと称
する )１１７が導電性ペースト１１８により接続されて
いる。なお、アース板１１５は単にリード線であっても
良い。複合圧電体１１１の下面、共通電極１１２の引き
回された部分の下面、駆動電極１１３の下面、アース板
１１５が接続された部分の下面及び信号用ＦＰＣ１１７
が接続された部分の下面には、バッキング材１１９が形
成されている。共通電極１１２及び駆動電極１１３のい
ずれか一方が形成されていない柱状の圧電セラミックス
( 振動素子エレメント )及びＦＰＣ１１５，１１７が接
続された部分上の柱状の圧電セラミックスは振動せず、
超音波トランスジューサとしては無効部分になる。すな
わち、共通電極１１２及び駆動電極１１３が両面に形成
されており、各ＦＰＣ１１３，１１５が接続された部分
上ではない柱状の圧電セラミックスは、実際に振動( 超
音波発生 )に寄与する有効部分となる。従って、図９に
おいては、複合圧電体１１１の両端のそれぞれ２個の柱
状の圧電セラミックスは振動せず、その両部分は無効部
分であり、その間の部分が有効部分である。The acoustic matching layer 1 is provided on the upper surface of the common electrode 112.
An earth plate 115 for leading an earth wire is connected to a portion of the common electrode 112 which is led to the lower surface of the composite piezoelectric body 111 by a conductive paste 116. Further, a flexible wiring board for signal (hereinafter, referred to as a signal FPC) 117 for drawing out a signal line is provided with a conductive paste at an end of the drive electrode 113 opposite to the side where the common electrode 112 is routed. It is connected by 118. Note that the ground plate 115 may be simply a lead wire. The lower surface of the composite piezoelectric body 111, the lower surface of the routed portion of the common electrode 112, the lower surface of the drive electrode 113, the lower surface of the portion to which the ground plate 115 is connected, and the signal FPC 117
The backing material 119 is formed on the lower surface of the portion where is connected. A columnar piezoelectric ceramic on which one of the common electrode 112 and the drive electrode 113 is not formed
The columnar piezoelectric ceramic on the portion where the (vibrating element element) and the FPCs 115 and 117 are connected does not vibrate,
This is an ineffective part for an ultrasonic transducer. That is, the common electrode 112 and the drive electrode 113 are formed on both surfaces, and the columnar piezoelectric ceramics not on the portion where the FPCs 113 and 115 are connected are effective portions that actually contribute to vibration (ultrasonic generation). . Therefore, in FIG. 9, the two columnar piezoelectric ceramics at both ends of the composite piezoelectric body 111 do not vibrate, both portions are ineffective portions, and the portion between them is an effective portion.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、複合
圧電体の従来の製造方法では、製造された圧電セラミッ
クスをさらに加工しているので、時間及びコストが上昇
するという問題があった。As described above, in the conventional method for manufacturing a composite piezoelectric material, the time and cost are increased because the manufactured piezoelectric ceramic is further processed.
【００１４】また、アレイ状の超音波プローブを実現す
る方法としての、複合圧電体の前面及び背面の全面に電
極を形成し、音響整合層及びバッキング材等を形成した
後、アレイ方向に電極を分割する方法( 第２の方法 )で
は、複合圧電体の前面及び背面に形成される電極につい
て、複合圧電体と電極との接合強度及び電極( 薄膜電極
)自体の強度が低い( 小さい )ため、分割( 加工 )の際
に複合圧電体から電極が剥離する不良や電極自体が損傷
( 断裂 )する不良が発生する虞があり、製造上の歩留ま
りが低いという問題があった。Further, as a method of realizing an arrayed ultrasonic probe, electrodes are formed on the entire front and back surfaces of the composite piezoelectric body, an acoustic matching layer and a backing material are formed, and then the electrodes are formed in the array direction. In the dividing method (second method), the bonding strength between the composite piezoelectric body and the electrode and the electrodes (thin film electrode) are formed on the front and back surfaces of the composite piezoelectric body.
) Itself is low (small), so the electrode peels off from the composite piezoelectric body during division (machining) or the electrode itself is damaged
There is a possibility that a defect of (breaking) may occur, and there is a problem that the production yield is low.
【００１５】さらに、上述したように、複合圧電体の電
極は薄膜電極又は導電性ペースト等で形成するので、電
極から信号引出用のリード部材( 例えばフレキシブルプ
リント配線板＝ＦＰＣ )を接続するときに半田付けが使
用できず、導電性接着剤等による接続を行っていたの
で、その接続部の強度が弱いという問題があった。ま
た、複合圧電体の柱状の圧電セラミックス間の間隙を樹
脂で充填しているが、何も充填しない空隙であった場合
に比べて、電気機械結合係数が小さい、すなわち、電気
と超音波の変換効率が低いという問題があった。Further, as described above, since the electrodes of the composite piezoelectric body are formed of a thin film electrode or a conductive paste, a lead member (for example, a flexible printed wiring board = FPC) for extracting a signal from the electrode is connected. Since soldering could not be used and connection was made using a conductive adhesive or the like, there was a problem that the strength of the connection was weak. In addition, the gap between the columnar piezoelectric ceramics of the composite piezoelectric body is filled with resin, but the electromechanical coupling coefficient is smaller than when the gap is filled with nothing, that is, conversion between electricity and ultrasonic waves. There was a problem that efficiency was low.
【００１６】そこでこの発明は、複合圧電体の製造時間
及びコストを低減することができる超音波トランスジュ
ーサを提供することを目的とする。また、複合圧電体の
電気機械結合係数を高くして、感度の向上を図ることが
できる超音波トランスジューサを提供することを目的と
する。また、複合圧電体の電極の不良を防止することが
できる超音波トランスジューサを提供することを目的と
する。さらに、電気機械結合係数の高い複合圧電体を簡
単に製造することができる複合圧電体の製造方法を提供
することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of reducing the manufacturing time and cost of a composite piezoelectric body. It is another object of the present invention to provide an ultrasonic transducer capable of improving the sensitivity by increasing the electromechanical coupling coefficient of the composite piezoelectric body. It is another object of the present invention to provide an ultrasonic transducer capable of preventing failure of electrodes of the composite piezoelectric body. Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a composite piezoelectric body that can easily manufacture a composite piezoelectric body having a high electromechanical coupling coefficient.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
圧電セラミックスから形成された圧電振動子を使用して
超音波を出力し、その反射した超音波を受信する超音波
トランスジューサにおいて、圧電振動子からなる圧電体
は、直接的に超音波を出力するための振動に関与する有
効部分と、直接的に超音波を出力するための振動に関与
しない無効部分とを有し、有効部分は、圧電セラミック
スと樹脂とからなる複合圧電体で形成されており、無効
部分は、樹脂を含まない圧電セラミックスからなる非複
合圧電体構造を中心として形成されたものである。請求
項２対応の発明は、請求項１対応の発明において、有効
部分の複合圧電体は、柱状の圧電セラミックスを配列
し、その間を樹脂で接合した１−３型複合圧電体とした
ものである。The invention corresponding to claim 1 is:
In an ultrasonic transducer that outputs ultrasonic waves using a piezoelectric vibrator made of piezoelectric ceramics and receives the reflected ultrasonic waves, a piezoelectric body composed of a piezoelectric vibrator outputs ultrasonic waves directly. Has an effective part involved in the vibration of, and an ineffective part not directly involved in the vibration for outputting ultrasonic waves, the effective part is formed of a composite piezoelectric body composed of piezoelectric ceramics and resin, The ineffective portion is formed around a non-composite piezoelectric structure made of piezoelectric ceramics containing no resin. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the composite piezoelectric body of the effective portion is a 1-3 type composite piezoelectric body in which columnar piezoelectric ceramics are arranged and the space therebetween is joined with a resin. .
【００１８】請求項３対応の発明は、圧電セラミックス
から形成された圧電振動子を使用して超音波を出力し、
反射した超音波を受信する超音波トランスジューサにお
いて、圧電振動子からなる圧電体は、直接的に超音波を
出力するための振動に関与する有効部分と、直接的に超
音波を出力するための振動に関与しない無効部分とを有
し、圧電振動子に駆動電力を供給する電極の無効部分は
前記有効部分に比較して付着強度の高い材料を使用した
ものである。請求項４対応の発明は、圧電セラミックス
から形成された圧電振動子を使用して超音波を出力し、
その反射した超音波を受信する超音波トランスジューサ
において、圧電振動子からなる圧電体は、直接的に超音
波を出力するための振動に関与する有効部分と、直接的
に超音波を出力するための振動に関与しない無効部分と
を有し、有効部分は、圧電セラミックスと樹脂とからな
る複合圧電体で形成されており、無効部分は、樹脂を含
まない圧電セラミックスからなる非複合圧電体構造を中
心として形成され、圧電振動子に電力を供給する電極の
有効部分に接触する部分は金属薄膜により形成し、無効
部分に接触する部分は焼き付け銀電極により形成したも
のである。According to a third aspect of the present invention, an ultrasonic wave is output using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics,
In an ultrasonic transducer that receives reflected ultrasonic waves, a piezoelectric body composed of a piezoelectric vibrator is an effective part that directly participates in vibration for outputting ultrasonic waves, and a vibration part that directly outputs ultrasonic waves. And an ineffective portion of the electrode for supplying drive power to the piezoelectric vibrator is made of a material having a higher adhesive strength than the effective portion. The invention according to claim 4 outputs ultrasonic waves using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics,
In the ultrasonic transducer that receives the reflected ultrasonic waves, the piezoelectric body composed of the piezoelectric vibrator has an effective portion that directly participates in the vibration for outputting the ultrasonic waves, and a piezoelectric element for directly outputting the ultrasonic waves. It has an ineffective part that does not contribute to vibration, and the effective part is formed of a composite piezoelectric body made of piezoelectric ceramics and resin, and the ineffective part is centered on a non-composite piezoelectric structure made of piezoelectric ceramics containing no resin. The portion that contacts the effective portion of the electrode that supplies power to the piezoelectric vibrator is formed by a metal thin film, and the portion that contacts the ineffective portion is formed by a baked silver electrode.
【００１９】請求項５対応の発明は、圧電セラミックス
から形成された圧電振動子を使用して超音波を出力し、
その反射した超音波を受信する超音波トランスジューサ
において、圧電振動子からなる圧電体の超音波出力面又
はこの超音波出力面の反対側の面のいずれか一方又は両
方に金属箔を補助電極又は電極として配置したものであ
る。請求項６対応の発明は、圧電セラミックスから形成
された圧電振動子を使用して超音波を出力し、その反射
した超音波を受信する超音波トランスジューサにおい
て、圧電振動子からなる圧電体の超音波出力面又はこの
超音波出力面の反対側の面のいずれか一方又は両方に導
電性接着物質からなる導電層を補助電極又は電極として
配置したものである。According to a fifth aspect of the present invention, an ultrasonic wave is output using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics,
In an ultrasonic transducer that receives the reflected ultrasonic wave, a metal foil is provided on one or both of an ultrasonic output surface of a piezoelectric body composed of a piezoelectric vibrator and a surface opposite to the ultrasonic output surface, and an auxiliary electrode or an electrode. It is arranged as. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receiving the reflected ultrasonic wave. A conductive layer made of a conductive adhesive substance is arranged as an auxiliary electrode or an electrode on one or both of the output surface and the surface opposite to the ultrasonic output surface.
【００２０】請求項７対応の発明は、請求項６対応の発
明において、導電層は、超音波の出力及び受信特性を改
善する音響整合の機能を有するように形成されているも
のである。請求項８対応の発明は、請求項５乃至請求項
７のいずれか１項対応の発明において、圧電体は、圧電
セラミックスと樹脂とからなる複合圧電体であるもので
ある。請求項９対応の発明は、請求項５乃至請求項７の
いずれか１項記載の発明において、圧電体は、圧電セラ
ミックスと空隙とからなる構造を備えたものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the conductive layer is formed so as to have an acoustic matching function for improving the output and reception characteristics of the ultrasonic wave. The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 5 to 7, wherein the piezoelectric body is a composite piezoelectric body made of a piezoelectric ceramic and a resin. According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the fifth to seventh aspects of the present invention, the piezoelectric body has a structure including a piezoelectric ceramic and a void.
【００２１】請求項１０対応の発明は、請求項８乃至請
求項９のいずれか１項記載の発明において、圧電セラミ
ックスの超音波出力面又はこの超音波出力面の反対側の
面のいずれか一方の面又は両方の面に焼き付け銀電極を
形成したものである。請求項１１対応の発明は、請求項
１乃至請求項１０のいずれか１項記載の発明において、
独立して超音波を出力すると共にそれぞれ反射した超音
波を受信する複数個の圧電振動子を備えたアレイ型であ
るものである。According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to ninth aspects of the present invention, one of the ultrasonic output surface of the piezoelectric ceramic and the surface opposite to the ultrasonic output surface is provided. Or a silver electrode formed on both surfaces. The invention corresponding to claim 11 is the invention according to any one of claims 1 to 10,
This is an array type including a plurality of piezoelectric vibrators that independently output ultrasonic waves and receive reflected ultrasonic waves.
【００２２】請求項１２対応の発明は、超音波トランス
ジューサで使用される複合圧電体の製造方法において、
圧電セラミックス間の間隙に表面硬化型の樹脂を充填す
る充填工程と、この充填工程で圧電セラミックス間の間
隙に充填された樹脂の超音波出力面及びこの超音波出力
面に対応する表面層を硬化させる硬化工程と、この硬化
工程で表面層が硬化した樹脂の内部の硬化しない部分を
取り除いて圧電セラミックス間に硬化した樹脂よりも音
響インピーダンスの十分小さな材料で置換する置換工程
とを備えたものである。請求項１３対応の発明は、請求
項１２対応の発明において、表面硬化型の樹脂は、紫外
線硬化樹脂であるものである。請求項１４対応の発明
は、請求項１２及び請求項１３のいずれか１項対応の発
明において、音響インピーダンスの十分小さな材料とし
て気体を用いるものである。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a composite piezoelectric material used in an ultrasonic transducer, comprising:
A filling step of filling the gap between the piezoelectric ceramics with a surface-hardening type resin, and curing of the ultrasonic output surface of the resin filled in the gap between the piezoelectric ceramics and the surface layer corresponding to the ultrasonic output surface in the filling step. And a replacement step of removing an unhardened portion of the resin whose surface layer has been hardened in the hardening step and replacing between the piezoelectric ceramics with a material having an acoustic impedance sufficiently smaller than that of the hardened resin. is there. A thirteenth aspect of the present invention is the invention according to the twelfth aspect, wherein the surface-curable resin is an ultraviolet-curable resin. According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the twelfth and thirteenth aspects, a gas is used as a material having a sufficiently small acoustic impedance.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、この発明の第１の実施の形
態を図１を参照して説明する。図１は、この発明を適用
した超音波トランスジューサの要部構成を示す斜視図で
ある。複合圧電体１は、圧電セラミックスとエポキシ樹
脂とから構成され、振動( 超音波発生 )に関与する有効
部分Ｙのみ、スライス方向( 矢印Ｓ方向 )において複数
個に分割されて、柱状の圧電セラミックスエレメント１
-1の間にエポキシ樹脂１-2が充填されており、その振動
しない無効部分Ｎはスライス方向においては分割されず
圧電セラミックス１-3のみから構成されている。また、
アレイ方向( 矢印Ａ方向 )においては、アレイ方向の全
域にわたって予め設定された個数( チャンネル数 )に分
割されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied. The composite piezoelectric body 1 is composed of a piezoelectric ceramic and an epoxy resin. Only an effective portion Y involved in vibration (generation of ultrasonic waves) is divided into a plurality of pieces in a slice direction (arrow S direction) to form a columnar piezoelectric ceramic element. 1
Epoxy resin 1-2 is filled between -1 and the non-vibrating ineffective portion N is not divided in the slice direction and is made up of only piezoelectric ceramics 1-3. Also,
In the array direction (arrow A direction), the area is divided into a predetermined number (the number of channels) over the entire area in the array direction.
【００２４】この複合圧電体１の超音波の出力面のとし
ての前面( 上面 )には、薄膜電極からなる共通電極( ア
ース電極 )２が形成され、この共通電極２は、有効部分
Ｙからスライス方向に前記複合圧電体１の前面の反対側
の背面( 下面 )の引き回し側の無効部分Ｎまで引き回さ
れている。前記複合圧電体１の背面には、薄膜電極から
なる駆動電極３が形成され、この駆動電極３は、有効部
分Ｙからスライス方向に前記共通電極２が引き回された
無効部分Ｎとは反対側の無効部分Ｎまで引かれている。A common electrode (earth electrode) 2 composed of a thin film electrode is formed on the front surface (upper surface) of the composite piezoelectric body 1 as an ultrasonic wave output surface. In this direction, the composite piezoelectric element 1 is routed to the ineffective portion N on the routing side on the rear surface (lower surface) opposite to the front surface. A drive electrode 3 composed of a thin film electrode is formed on the back surface of the composite piezoelectric body 1, and the drive electrode 3 is on the opposite side to the ineffective portion N where the common electrode 2 is routed from the effective portion Y in the slice direction. To the invalid portion N.
【００２５】前記共通電極２の前記複合圧電体１の背面
の無効部分Ｎに引き回された部分の背面には、アース線
を引出すためのアース板４の先端が導電性ペースト５に
より電気的に接続されており、前記駆動電極３の無効部
分Ｎの背面には、信号線を引出すための信号用のフレキ
シブルプリント配線板( 以下、信号用ＦＰＣと称する)
６の先端が導電性ペースト７により電気的に接続されて
いる。なお、前記アース板４の代わりにリード線等を使
用しても良いものである。On the back surface of the portion of the common electrode 2 which is routed to the ineffective portion N on the back surface of the composite piezoelectric body 1, the tip of an earth plate 4 for leading an earth wire is electrically connected by a conductive paste 5. A signal flexible printed wiring board (hereinafter referred to as a signal FPC) for leading out a signal line is connected to the back surface of the invalid portion N of the drive electrode 3.
6 are electrically connected by a conductive paste 7. Note that a lead wire or the like may be used instead of the ground plate 4.
【００２６】前記複合圧電体１の前面に形成された前記
共通電極２の前面に、有効部分Ｙを十分に覆うように音
響整合層８が形成され、前記複合圧電体１の背面に形成
された前記駆動電極３及び共通電極２の引き回された部
分の背面、前記アース板４の接続部分の背面、前記信号
用ＦＰＣ６の接続部分の背面に、すなわち、前記複合圧
電体１の背面の全面にわたって、バッキング材９が形成
されている。On the front surface of the common electrode 2 formed on the front surface of the composite piezoelectric body 1, an acoustic matching layer 8 is formed so as to sufficiently cover the effective portion Y, and formed on the back surface of the composite piezoelectric body 1. On the rear surface of the routed portion of the drive electrode 3 and the common electrode 2, the rear surface of the connection portion of the ground plate 4, and the rear surface of the connection portion of the signal FPC 6, that is, over the entire rear surface of the composite piezoelectric body 1. , A backing material 9 is formed.
【００２７】このような構成の第１の実施の形態におい
て、複合圧電体１を製造する工程では、スライス方向に
おいて、無効部分Ｎの分割溝を形成する加工が必要無
く、有効部分Ｙのみ分割溝を形成する加工が行われる。
このように第１の実施の形態によれば、複合圧電体１を
製造する工程においてスライス方向における分割溝の加
工が無効部分Ｎでは必要無く、有効部分Ｙのみとするこ
とにより、製造時間及び製造コストを削減することがで
きる。In the first embodiment having such a configuration, in the step of manufacturing the composite piezoelectric body 1, there is no need to form a dividing groove for the invalid portion N in the slicing direction, and only the effective portion Y is divided. Is formed.
As described above, according to the first embodiment, in the process of manufacturing the composite piezoelectric body 1, the processing of the dividing groove in the slice direction is not necessary for the ineffective portion N, and only the effective portion Y is used. Costs can be reduced.
【００２８】この発明の第２の実施の形態を図２を参照
して説明する。図２は、この発明を適用した超音波トラ
ンスジューサの要部構成を示すスライス方向の断面図で
ある。複合圧電体１１は、前述した第１の実施の形態の
複合圧電体１と同一のものである。この複合圧電体１１
の前面の有効部分Ｙには、薄膜電極からなる共通電極(
アース電極 )１２が形成され、その背面の有効部分Ｙに
は、薄膜電極からなる駆動電極１３が形成されている。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view in the slice direction showing a main configuration of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied. The composite piezoelectric body 11 is the same as the composite piezoelectric body 1 of the first embodiment described above. This composite piezoelectric body 11
A common electrode (a thin film electrode)
A ground electrode 12 is formed, and a drive electrode 13 formed of a thin-film electrode is formed on an effective portion Y on the back surface.
【００２９】前記複合圧電体１１の前面の一方の無効部
分Ｎからスライス方向に背面の引き回し側の無効部分Ｎ
まで焼き付け銀電極からなる補助共通電極１４が形成さ
れ、この補助共通電極１４は、前記共通電極１２とは電
気的に接続されているが、前記駆動電極１３とは絶縁さ
れている。前記複合圧電体１１の背面の前記補助共通電
極１４が引き回された側とは反対側の無効部分Ｎには焼
き付け銀電極からなる補助駆動電極１５が形成され、こ
の補助駆動電極１５は前記駆動電極１３と電気的に接続
されている。From the one invalid portion N on the front surface of the composite piezoelectric body 11, the invalid portion N on the drawing side on the rear surface in the slice direction.
An auxiliary common electrode 14 composed of a baked silver electrode is formed. The auxiliary common electrode 14 is electrically connected to the common electrode 12 but is insulated from the drive electrode 13. An auxiliary drive electrode 15 made of a baked silver electrode is formed on an invalid portion N on the back side of the composite piezoelectric body 11 opposite to the side where the auxiliary common electrode 14 is routed. It is electrically connected to the electrode 13.
【００３０】前記補助共通電極１４の前記複合圧電体１
１の背面の無効部分Ｎに引き回された部分の背面には、
アース線を引出すためのアース板１６の先端が半田付け
により電気的に接続されており、前記補助駆動電極１５
の背面には信号線を引出すための信号用ＦＰＣ１７の先
端が半田付けにより電気的に接続されている。なお、前
記アース板１６の代わりにリード線等を使用しても良い
ものである。The composite piezoelectric body 1 of the auxiliary common electrode 14
On the back of the part that is routed to the invalid part N on the back of 1,
The tip of a ground plate 16 for leading out a ground wire is electrically connected by soldering, and
The tip of a signal FPC 17 for leading out a signal line is electrically connected to the rear surface of the device by soldering. Note that a lead wire or the like may be used instead of the ground plate 16.
【００３１】前記複合圧電体１１の前面に形成された前
記共通電極１２の前面に、有効部分Ｙを覆うように音響
整合層１８が形成され、前記複合圧電体１１の背面に形
成された前記駆動電極１３の背面、前記補助共通電極１
４の引き回された部分の背面、前記補助駆動電極１５の
背面、前記アース板１６の接続部分の背面、前記信号用
ＦＰＣ１７の接続部分の背面に、すなわち前記複合圧電
体１１の背面の前面にわたって、バッキング材１９が形
成されている。An acoustic matching layer 18 is formed on the front surface of the common electrode 12 formed on the front surface of the composite piezoelectric body 11 so as to cover the effective portion Y. The back surface of the electrode 13, the auxiliary common electrode 1
4 over the back surface of the routed portion, the back surface of the auxiliary drive electrode 15, the back surface of the connection portion of the ground plate 16, and the back surface of the connection portion of the signal FPC 17, that is, over the front surface of the back surface of the composite piezoelectric body 11. , A backing material 19 is formed.
【００３２】このように第２の実施の形態によれば、前
述の第１の実施の形態と同様な効果を得ることができ、
さらに、複合圧電体１１の振動( 超音波発生 )に関与す
る有効部分Ｙに対しては、薄膜電極からなる共通電極１
２及び駆動電極１３を形成して、複合圧電体１１の振動
子としての結合係数を低下させることがなく、その振動
しない無効部分Ｎに対しては、焼き付け銀電極からなる
補助共通電極１４及び補助駆動電極１５を形成して、電
極自体の強度を向上させ、信号線の引出し部分を半田付
け等の強度の高い接合が使用できるようにしたことによ
り、超音波トランスジューサとしての特性及び信頼性、
さらに取り扱いの作業性の向上を図ることができる。As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained.
Further, for the effective portion Y involved in the vibration (generation of ultrasonic waves) of the composite piezoelectric body 11, the common electrode 1 made of a thin film electrode is used.
2 and the drive electrode 13 are formed so that the coupling coefficient of the composite piezoelectric body 11 as a vibrator is not reduced, and an auxiliary common electrode 14 composed of a baked silver electrode and an auxiliary By forming the drive electrode 15 to improve the strength of the electrode itself and to use a high-strength joint such as soldering at the lead-out portion of the signal line, the characteristics and reliability as an ultrasonic transducer can be improved.
Further, the workability of handling can be improved.
【００３３】この発明の第３の実施の形態を図３を参照
して説明する。図３は、この発明を適用した超音波トラ
ンスジューサの要部構成を示す斜視図である。複合圧電
体２１は、圧電セラミックスとエポキシ樹脂とから構成
され、スライス方向( 矢印Ｓ方向 )において複数個に分
割され、柱状の圧電セラミックスエレメント２１-1の間
にエポキシ樹脂２１-2が充填されており、アレイ方向(
矢印Ａ方向 )においては予め設定された個数に分割され
ている。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a main configuration of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied. The composite piezoelectric body 21 is composed of piezoelectric ceramics and epoxy resin, is divided into a plurality in the slice direction (arrow S direction), and the epoxy resin 21-2 is filled between the columnar piezoelectric ceramic elements 21-1. And array direction (
In the direction of arrow A), the number is divided into a predetermined number.
【００３４】この複合圧電体２１の前面には、薄膜電極
からなる共通電極( アース電極 )２２が形成されてお
り、この共通電極２２はアレイ方向に予め設定された個
数に分割されているが電気的には接続されて共通電極と
なっており、またスライス方向においては分割されてい
ない。前記複合圧電体２１の背面には、薄膜電極からな
る駆動電極２３が形成されており、この駆動電極２３も
アレイ方向に予め設定された個数に分割されているがス
ライス方向においては分割されていない。さらに、この
駆動電極２３の背面には、金属箔２４が導電性接着剤等
により電気的に接続固定され、この金属箔２４もアレイ
方向に予め設定された個数に分割されているがスライス
方向においては分割されていない。A common electrode (earth electrode) 22 composed of a thin film electrode is formed on the front surface of the composite piezoelectric body 21. The common electrode 22 is divided into a predetermined number in the array direction. Are electrically connected to form a common electrode, and are not divided in the slice direction. A drive electrode 23 made of a thin film electrode is formed on the back surface of the composite piezoelectric body 21, and this drive electrode 23 is also divided into a predetermined number in the array direction but not divided in the slice direction. . Further, a metal foil 24 is electrically connected and fixed to the rear surface of the drive electrode 23 by a conductive adhesive or the like. The metal foil 24 is also divided into a predetermined number in the array direction, but is divided in the slice direction. Is not split.
【００３５】前記共通電極２２の前面には、音響整合層
２５が形成され、前記金属箔２４の背面にバッキング材
２６が形成されている。前記共通電極２２は全てグラウ
ンド( ０ [Ｖ])に接続され、アレイ方向において予め設
定された個数に分割された前記各駆動電極２３は、それ
ぞれ各駆動回路２７-1，２７-2，…，に接続されて、そ
れぞれ駆動信号( 送信信号 )が供給され、受信信号( 検
出信号 )が出力されるようになっている。An acoustic matching layer 25 is formed on the front surface of the common electrode 22, and a backing material 26 is formed on the back surface of the metal foil 24. The common electrodes 22 are all connected to ground (0 [V]), and the drive electrodes 23 divided into a predetermined number in the array direction are respectively connected to drive circuits 27-1, 27-2,. And a drive signal (transmission signal) is supplied, and a reception signal (detection signal) is output.
【００３６】このような構成の第３の実施の形態の超音
波トランスジューサは、例えば以下に説明するようにし
て製造される。まず、複合圧電体２１の元になる圧電セ
ラミックス板( 図示せず )の一方の面に、後にスライス
方向になる方向において複数個に分割する分割溝( アレ
イ方向に伸びる溝 )を形成する。The ultrasonic transducer according to the third embodiment having such a configuration is manufactured, for example, as described below. First, on one surface of a piezoelectric ceramic plate (not shown) serving as a base of the composite piezoelectric body 21, a dividing groove (a groove extending in the array direction) is formed which is divided into a plurality of parts in a direction which will become a slice direction later.
【００３７】この分割溝にエポキシ樹脂を充填し、この
樹脂が硬化した後に、圧電セラミックス板の他方の面を
研削加工して、圧電セラミックス板をスライス方向にお
いて複数個に分割する。しかし、分割した圧電セラミッ
クスは、充填した樹脂により接合されており分離するこ
とはない。この樹脂により接合されている圧電セラミッ
クス板の分割物の超音波を出力する面となる前面及びそ
の反対側の背面に、スパッタ法又は蒸着法により薄膜電
極を形成する。前面に形成された薄膜電極は後に共通電
極２２になり、背面に形成された薄膜電極は後に駆動電
極２３になる。After the dividing groove is filled with an epoxy resin and the resin is cured, the other surface of the piezoelectric ceramic plate is ground to divide the piezoelectric ceramic plate into a plurality of pieces in the slice direction. However, the divided piezoelectric ceramics are joined by the filled resin and do not separate. A thin-film electrode is formed by sputtering or vapor deposition on the front surface serving as the surface for outputting ultrasonic waves of the divided piezoelectric ceramics plate joined by the resin and the back surface on the opposite side. The thin-film electrode formed on the front surface will later become the common electrode 22, and the thin-film electrode formed on the rear surface will become the drive electrode 23 later.
【００３８】次に、駆動電極２３になる薄膜電極の背面
に金属箔２４が導電性接着剤等によって電気的及び機械
的に接続固定する。次に、共通電極２２になる薄膜電極
の前面に音響接合層２５を形成し、金属箔２４の背面に
バッキング材２６を形成する。次に、後にアレイ方向に
なる方向( スライス方向に対して直交する方向 )におい
て予め設定された個数に分割する分割溝を形成する。こ
の分割溝は、音響整合層２５、共通電極２２、圧電セラ
ミックス板のスライス方向における分割物、駆動電極２
３、金属箔２４を通り、バッキング材２６の表層部に到
達するように形成される。Next, a metal foil 24 is electrically and mechanically connected and fixed to the rear surface of the thin-film electrode serving as the drive electrode 23 with a conductive adhesive or the like. Next, an acoustic bonding layer 25 is formed on the front surface of the thin-film electrode to be the common electrode 22, and a backing material 26 is formed on the back surface of the metal foil 24. Next, a dividing groove is formed to divide the groove into a predetermined number in a direction that will become the array direction later (a direction orthogonal to the slice direction). The division grooves are formed by the acoustic matching layer 25, the common electrode 22, the division of the piezoelectric ceramic plate in the slice direction, the drive electrode 2
3. It is formed so as to pass through the metal foil 24 and reach the surface layer of the backing material 26.
【００３９】次に、この分割溝に樹脂( アレイ方向にお
ける超音波振動子間で超音波の送信・受信におけるクロ
ストークの発生原因となる水等の異物が侵入するのを防
ぎ、しかも音響インピーダンスの低い柔らかな樹脂 )を
充填する。この樹脂が硬化した後、アレイ方向において
予め設定された個数に分割された全ての共通電極２２を
共にグラウンドへ接続し、アレイ方向において予め設定
された個数に分割された各駆動電極２３又は各金属箔２
４を、それぞれ該当する駆動回路２７-1，２７-2，…，
へ接続する。Next, foreign matter such as water, which causes crosstalk in transmitting and receiving ultrasonic waves between the ultrasonic transducers in the array direction, is prevented from entering the divided grooves, and the acoustic impedance is reduced. Fill with low soft resin). After the resin is cured, all the common electrodes 22 divided into a predetermined number in the array direction are connected together to the ground, and each drive electrode 23 or each metal divided into the predetermined number in the array direction is connected. Foil 2
4 with corresponding driving circuits 27-1, 27-2,.
Connect to
【００４０】このように第３の実施の形態によれば、駆
動電極２３の背面に金属箔２４を導電性接着剤等により
接続配置したことにより、駆動電極２３の強度を補強し
て損傷( 断裂 )を防止することができると共に、たと
え、駆動電極２３に損傷が生じても金属箔２４により電
極の機能は補償される。なお、この第３の実施の形態で
は、金属箔２４を駆動電極２３の背面に配置したものに
ついて説明したが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、共通電極２２の前面に配置したもの及び、共通
電極２２及び駆動電極２３の両方に金属箔を配置したも
のでも良いし、さらに金属箔２４の代わりに導電性接着
剤を薄く塗布して導電層を形成するものでも良いもので
ある。さらに、金属箔２４を形成した面については、薄
膜電極の形成を省略することができ、この場合には金属
箔２４を直接複合圧電体( 圧電セラミックスエレメント
)に電気接続することが必要になる。この金属箔につい
ての議論は、導電性接着剤によって導電層の電極を形成
した場合にも当てはまることである。As described above, according to the third embodiment, the metal foil 24 is connected and arranged on the back surface of the drive electrode 23 with a conductive adhesive or the like, so that the strength of the drive electrode 23 is reinforced and damaged (ruptured). ) Can be prevented, and even if the drive electrode 23 is damaged, the function of the electrode is compensated by the metal foil 24. In the third embodiment, the case where the metal foil 24 is arranged on the back surface of the drive electrode 23 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the metal foil 24 is arranged on the front surface of the common electrode 22. In addition, a metal foil may be disposed on both the common electrode 22 and the drive electrode 23, or a conductive layer may be formed by thinly applying a conductive adhesive instead of the metal foil 24. Further, on the surface on which the metal foil 24 is formed, the formation of the thin film electrode can be omitted. In this case, the metal foil 24 is directly connected to the composite piezoelectric body (piezoelectric ceramic element
) Must be electrically connected. The discussion on the metal foil is applicable to the case where the electrodes of the conductive layer are formed by the conductive adhesive.
【００４１】また、予め圧電セラミックス板の一方の面
又は両面に焼き付け銀電極を形成しておき、この焼き付
け銀電極も一緒に、圧電セラミックス板を上述したよう
にスライス方向及びアレイ方向において分割して樹脂を
充填し、その後、薄膜電極を形成すれば、圧電セラミッ
クスと( 前面及び背面における )薄膜電極との界面に焼
け付け銀電極を形成するこが可能である。なお、この第
３の実施の形態では、超音波トランスジューサの製造方
法の１つの例を説明したが、この発明はこれに限定され
るものではなく、製造方法については適宜変更すること
が可能である。Further, a baked silver electrode is formed on one or both surfaces of the piezoelectric ceramic plate in advance, and the baked silver electrode is also divided together in the slice direction and the array direction as described above. By filling the resin and then forming the thin-film electrode, it is possible to form a baked silver electrode at the interface between the piezoelectric ceramic and the thin-film electrode (on the front and back). In the third embodiment, one example of the method of manufacturing the ultrasonic transducer has been described, but the present invention is not limited to this, and the manufacturing method can be changed as appropriate. .
【００４２】この発明の第４の実施の形態を図４を参照
して説明する。図４は、この発明を適用した超音波トラ
ンスジューサの要部構成を示す斜視図である。複合圧電
体３１は、スライス方向( 矢印Ｓ方向 )において複数個
に分割され、アレイ方向( 矢印Ａ方向 )において予め設
定された個数に分割された柱状の圧電セラミックスエレ
メント３１-1から構成され、これらの各圧電セラミック
スエレメント３１-1の間の間隙は空隙となっている。A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a main configuration of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied. The composite piezoelectric body 31 is composed of a columnar piezoelectric ceramic element 31-1 divided into a plurality of pieces in a slice direction (arrow S direction) and divided into a predetermined number in an array direction (arrow A direction). The gaps between the piezoelectric ceramic elements 31-1 are voids.
【００４３】この複合圧電体３１の前面には、導電性接
着剤等により導電層３２が形成されており、この導電層
３２はアレイ方向において予め設定された個数に分割さ
れ、スライス方向においては分割されていない。なお、
この導電層３２は、音響整合層として最適な材料の導電
性接着剤により必要な厚さと形状に形成されており、そ
の前面には保護用の被覆( 図示せず )が形成されてい
る。前記複合圧電体３１の背面には、金属箔３３が導電
性接着剤等により電気的に接続されて配置され、この金
属箔３３もアレイ方向において予め設定された個数に分
割され、スライス方向においては分割されてない。この
金属箔３３の背面には、バッキング材３４が形成され、
このバッキング材３４はアレイ方向及びスライス方向に
おいても分割されていない。前記導電層３２は全てグラ
ウンド( ０ [Ｖ])に接続され、アレイ方向において予め
設定された個数に分割された前記各金属箔３３は、それ
ぞれ各駆動回路３５-1，３５-2，…，に接続されて、そ
れぞれ駆動信号( 送信信号 )が供給され、受信信号( 検
出信号 )が出力されるようになっている。A conductive layer 32 is formed on the front surface of the composite piezoelectric body 31 with a conductive adhesive or the like. The conductive layer 32 is divided into a predetermined number in the array direction and divided in the slice direction. It has not been. In addition,
The conductive layer 32 is formed in a necessary thickness and shape with a conductive adhesive made of an optimum material as an acoustic matching layer, and a protective coating (not shown) is formed on the front surface thereof. On the rear surface of the composite piezoelectric body 31, a metal foil 33 is electrically connected and arranged by a conductive adhesive or the like, and the metal foil 33 is also divided into a predetermined number in the array direction, and in the slice direction, Not split. On the back surface of the metal foil 33, a backing material 34 is formed,
The backing material 34 is not divided in the array direction and the slice direction. The conductive layers 32 are all connected to ground (0 [V]), and each of the metal foils 33 divided into a predetermined number in the array direction is a driving circuit 35-1, 35-2,. And a drive signal (transmission signal) is supplied, and a reception signal (detection signal) is output.
【００４４】このような構成の第４の実施の形態の超音
波トランスジューサは、例えば以下に説明するようにし
て製造される。まず、複合圧電体３１の元になる圧電セ
ラミックス板( 図示せず )の一方の面( 後に超音波が出
力される面、前面となる面 )に、( 音響整合層の材質と
して最適な )導電性接着剤によって所定の厚さ及び形状
( 音響整合層としての機能が得られる厚さ及び形状 )の
導電層３２を形成する。次に、圧電セラミックス板の他
方の面、すなわち導電層３２が形成されていない方の面
から、導電層３２の表層部に到達する、後にスライス方
向になる方向において複数個に分割する分割溝( アレイ
方向に伸びる溝 )を形成する。この分割溝の形成により
圧電セラミックス板はスライス方向において複数個に分
割されることになるが、導電層３２により連結して分離
することはない。The ultrasonic transducer according to the fourth embodiment having such a configuration is manufactured, for example, as described below. First, a conductive material (optimal as a material for the acoustic matching layer) is provided on one surface (the surface on which the ultrasonic wave is to be output and the front surface) of the piezoelectric ceramic plate (not shown) from which the composite piezoelectric body 31 is made. Predetermined thickness and shape by conductive adhesive
A conductive layer 32 (thickness and shape capable of obtaining a function as an acoustic matching layer) is formed. Next, from the other surface of the piezoelectric ceramic plate, that is, the surface on which the conductive layer 32 is not formed, to reach the surface layer portion of the conductive layer 32, and to divide the groove into a plurality of portions in a direction to become a slice direction later ( A groove extending in the array direction is formed. The formation of the dividing grooves divides the piezoelectric ceramic plate into a plurality of pieces in the slicing direction, but does not separate them by the conductive layer 32.
【００４５】次に、この導電層３２により連結している
圧電セラミックスの分割物の背面に金属箔３３を導電性
接着剤等によって電気的及び機械的に接続固定する。な
お、このとき導電性接着剤が後に圧電セラミックスエレ
メントの間の空隙に侵入しないように、導電性接着剤を
金属箔３３に必要最小限の薄さで塗布する等の配慮が必
要である。次に、金属箔３３の背面にバッキング材３４
を形成する。Next, a metal foil 33 is electrically and mechanically connected and fixed to the back surface of the divided piezoelectric ceramics connected by the conductive layer 32 with a conductive adhesive or the like. At this time, care must be taken, such as applying the conductive adhesive to the metal foil 33 with a minimum necessary thickness so that the conductive adhesive does not later enter the gap between the piezoelectric ceramic elements. Next, a backing material 34 is provided on the back of the metal foil 33.
To form
【００４６】次に、後にアレイ方向になる方向において
予め設定された個数に分割する分割溝を形成する。この
分割溝は、導電層３２、圧電セラミックス板のスライス
方向における分割物、金属箔３３、バッキング材３４の
表層部に到達するようにする。Next, a dividing groove for dividing into a predetermined number in a direction which will become an array direction later is formed. The division grooves reach the surface layers of the conductive layer 32, the division of the piezoelectric ceramic plate in the slice direction, the metal foil 33, and the backing material 34.
【００４７】次に、導電層３２の前面に保護用の被覆を
形成する。次に、アレイ方向において予め設定された個
数に分割された全ての導電層３２を共にグラウンドへ接
続し、アレイ方向において予め設定された個数に分割さ
れた各金属箔３３を、それぞれ該当する駆動回路３５-
1，３５-2，…，へ接続する。Next, a protective coating is formed on the front surface of the conductive layer 32. Next, all the conductive layers 32 divided into a predetermined number in the array direction are connected together to the ground, and each of the metal foils 33 divided into the predetermined number in the array direction is connected to a corresponding driving circuit. 35-
1, 35-2, ....
【００４８】このように第４の実施の形態によれば、圧
電セラミックス板をスライス方向及びアレイ方向におい
て分割して形成された各圧電セラミックスエレメントの
間の間隙を空気で充填する( 空洞とする )ことができる
ので、音響インピーダンスを低くして、電気機械結合係
数を増大させ、超音波トランスジューサとして感度を向
上させることができる。As described above, according to the fourth embodiment, the gaps between the respective piezoelectric ceramic elements formed by dividing the piezoelectric ceramic plate in the slice direction and the array direction are filled with air (cavities). Therefore, the acoustic impedance can be reduced, the electromechanical coupling coefficient can be increased, and the sensitivity as an ultrasonic transducer can be improved.
【００４９】なお、この第４の実施の形態では、導電層
３２を音響整合の機能を持たせるようにしているが、導
電層３２の前面に専用の音響整合層を形成しても良いも
のである。また、圧電セラミックスの前面に導電層３２
が形成され、その背面に金属箔３３が形成されているも
のについて説明したが、この発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば、逆に圧電セラミックスの前面に金
属箔３３が形成され、その背面に導電層３２が形成され
ているものでも良いものである。しかし、この場合に
は、金属箔３３の前面に音響整合層を形成する必要があ
る。In the fourth embodiment, the conductive layer 32 has an acoustic matching function. However, a dedicated acoustic matching layer may be formed on the front surface of the conductive layer 32. is there. A conductive layer 32 is provided on the front surface of the piezoelectric ceramic.
Is formed, and the metal foil 33 is formed on the back surface thereof. However, the present invention is not limited to this. For example, the metal foil 33 is formed on the front surface of the piezoelectric ceramic, The conductive layer 32 may be formed on the back surface. However, in this case, it is necessary to form an acoustic matching layer on the front surface of the metal foil 33.
【００５０】また、この第４の実施の形態では、柱状の
圧電セラミックスエレメントの間の間隙は、空気で充填
されていた( 空洞となっていた )が、アレイ方向におけ
る超音波振動子( 圧電セラミックスエレメント )間で超
音波の送信・受信におけるクロストークの発生原因とな
る水等の異物が侵入するのを防ぎ、しかも音響インピー
ダンスの低い柔らかな樹脂を充填しても良いものであ
る。すなわち、この充填する樹脂は、圧電セラミックス
エレメントを結合させる機能が求められておらず、この
点が上述した第１，第２，第３の実施の形態で使用した
樹脂( エポキシ樹脂 )とは異なる点である。なお、この
第４の実施の形態では、超音波トランスジューサの製造
方法の１つの例を説明したが、この発明はこれに限定さ
れるものではなく、製造方法については適宜変更するこ
とが可能である。In the fourth embodiment, the gap between the columnar piezoelectric ceramic elements was filled with air (it was hollow), but the ultrasonic transducer (piezoelectric ceramic) in the array direction was used. It is also possible to prevent foreign matter such as water, which causes crosstalk in transmission and reception of ultrasonic waves, from entering between the elements, and to fill in a soft resin having a low acoustic impedance. That is, the resin to be filled is not required to have a function of bonding the piezoelectric ceramic elements, and this point is different from the resin (epoxy resin) used in the first, second, and third embodiments described above. Is a point. In the fourth embodiment, one example of the method of manufacturing the ultrasonic transducer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the manufacturing method can be appropriately changed. .
【００５１】この発明の第５の実施の形態を図５を参照
して説明する。図５は、この発明を適用した超音波トラ
ンスジューサの要部構成を示す斜視図である。複合圧電
体４１は、前述の第３の実施の形態で説明したものと同
一である。この複合圧電体４１の前面には、薄膜電極か
らなる共通電極( アース電極 )４２が形成されており、
この共通電極４２はアレイ方向において予め設定された
個数に分割されているがスライス方向においては分割さ
れていない。前記複合圧電体４１の背面には、焼き付け
銀電極４３が形成されており、この焼き付け銀電極４３
はアレイ方向において予め設定された個数に分割されて
いると共にスライス方向においても複数個に分割されて
いる。さらに、この焼き付け銀電極４３の背面には、導
電層４４が導電性接着剤等により電気的及び機械的に接
続されており、この導電層４４もアレイ方向において予
め設定された個数に分割されているがスライス方向にお
いては分割されていない。A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a main configuration of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied. The composite piezoelectric body 41 is the same as that described in the third embodiment. On the front surface of the composite piezoelectric body 41, a common electrode (earth electrode) 42 formed of a thin film electrode is formed.
The common electrode 42 is divided into a predetermined number in the array direction, but is not divided in the slice direction. A baked silver electrode 43 is formed on the back surface of the composite piezoelectric body 41.
Is divided into a predetermined number in the array direction and into a plurality in the slice direction. Further, a conductive layer 44 is electrically and mechanically connected to the back surface of the baked silver electrode 43 by a conductive adhesive or the like. The conductive layer 44 is also divided into a predetermined number in the array direction. However, it is not divided in the slice direction.
【００５２】前記共通電極４２の前面には、音響整合層
４５が形成され、この音響整合層４５はアレイ方向にお
いて予め設定された個数に分割されているがスライス方
向においては分割されていない。前記導電層４４の背面
には、バッキング材４６が形成され、このバッキング材
３４はアレイ方向及びスライス方向においても分割され
ていない。前記共通電極４２は全てグラウンド( ０
[Ｖ])に接続され、アレイ方向において予め設定された
個数に分割された前記各焼き付け銀電極４３は、それぞ
れ各駆動回路４７-1，４７-2，…，に接続されて、それ
ぞれ駆動信号( 送信信号 )が供給され、受信信号( 検出
信号 )が出力されるようになっている。On the front surface of the common electrode 42, an acoustic matching layer 45 is formed. The acoustic matching layer 45 is divided into a predetermined number in the array direction but not in the slice direction. A backing material 46 is formed on the back surface of the conductive layer 44, and the backing material 34 is not divided in the array direction and the slice direction. The common electrodes 42 are all ground (0
[V]), the burned silver electrodes 43 divided into a predetermined number in the array direction are respectively connected to the driving circuits 47-1, 47-2,... (Transmission signal) and a reception signal (detection signal) are output.
【００５３】このような構成の第５の実施の形態の超音
波トランスジューサは、例えば以下に説明するようにし
て製造される。まず、複合圧電体４１の元になる圧電セ
ラミックス板( 図示せず )の一方の面( 後に超音波が出
力される前面の反対側の面となる面 )の全面に、焼け付
け銀電極４３を形成する。The ultrasonic transducer according to the fifth embodiment having such a configuration is manufactured, for example, as described below. First, a baked silver electrode 43 is formed on the entire surface of one surface of a piezoelectric ceramic plate (not shown) from which the composite piezoelectric body 41 is formed (the surface opposite to the front surface from which ultrasonic waves are output later). Form.
【００５４】この焼け付け銀電極４３を形成した側の面
に、後にスライス方向になる方向において複数個に分割
する分割溝( アレイ方向に伸びる溝 )を形成する。この
分割溝にエポキシ樹脂を充填し、この樹脂が硬化した後
に、圧電セラミックス板の他方の面を研削加工して、圧
電セラミックス板をスライス方向において複数個に分割
する。しかし、分割した圧電セラミックスは、充填した
樹脂により接合されており分離することはない。この樹
脂により接合されている圧電セラミックス板の分割物の
前面に、スパッタ法又は蒸着法により薄膜電極の共通電
極４２を形成する。また、その圧電セラミックス板の分
割物の背面に、導電性接着剤により導電層４４を形成す
る。On the surface on which the burnt-in silver electrode 43 is formed, a dividing groove (groove extending in the array direction) is formed which is divided into a plurality of parts in a direction which will become a slice direction later. After the dividing grooves are filled with an epoxy resin and the resin is cured, the other surface of the piezoelectric ceramic plate is ground to divide the piezoelectric ceramic plate into a plurality in the slice direction. However, the divided piezoelectric ceramics are joined by the filled resin and do not separate. A common electrode 42 of a thin film electrode is formed on the front surface of the divided piezoelectric ceramics plate joined by the resin by a sputtering method or a vapor deposition method. In addition, a conductive layer 44 is formed on the back surface of the divided piezoelectric ceramic plate using a conductive adhesive.
【００５５】次に、共通電極４２の前面に音響整合層４
５を形成し、さらに前記導電層４４の背面にバッキング
材４６を形成する。次に、後にアレイ方向になる方向(
スライス方向に対して直交する方向 )において、予め設
定された個数に分割する分割溝を形成する。この分割溝
は、導電層４４を分割しないように、音響整合層４５、
共通電極４２、圧電セラミックス板５のスライス方向に
おける分割物、焼け付け銀電極４３を通り、導電層４４
の表面に到達するように形成される。Next, the acoustic matching layer 4 is provided on the front surface of the common electrode 42.
5 and a backing material 46 is formed on the back surface of the conductive layer 44. Next, the direction that will become the array direction later (
In a direction perpendicular to the slice direction), a dividing groove for dividing into a predetermined number is formed. The dividing grooves are provided so that the acoustic matching layer 45
The conductive layer 44 passes through the common electrode 42, the divided product of the piezoelectric ceramic plate 5 in the slice direction, and the burnt silver electrode 43.
It is formed so as to reach the surface of.
【００５６】次に、この分割溝に樹脂( アレイ方向にお
ける超音波振動子間で超音波の送信・受信におけるクロ
ストークの発生原因となる水等の異物が侵入するのを防
ぎ、しかも音響インピーダンスの低い柔らかな樹脂 )を
充填する。この樹脂が硬化した後、アレイ方向において
予め設定された個数に分割された全ての共通電極４２を
共にグラウンドへ接続し、アレイ方向において予め設定
された個数に分割された各焼き付け銀電極４３を、それ
ぞれ該当する駆動回路４７-1，４７-2，…，へ接続す
る。Next, foreign substances such as water, which causes crosstalk in transmission and reception of ultrasonic waves between the ultrasonic transducers in the array direction, are prevented from entering the divided grooves, and the acoustic impedance is reduced. Fill with low soft resin). After the resin is cured, all the common electrodes 42 divided into a predetermined number in the array direction are connected together to the ground, and each baked silver electrode 43 divided into a predetermined number in the array direction is Are connected to the corresponding driving circuits 47-1, 47-2,....
【００５７】このように第５の実施の形態によれば、複
合圧電体の予め焼き付け銀電極が形成された背面に導電
性接着剤により形成された導電層４４を形成したことに
より、複合圧電体の電極として十分な耐久性を備え、損
傷による電極不良の発生を防止することができる。な
お、この第５の実施の形態では、導電層４４を複合圧電
体４１の背面側に形成した例で説明したが、この発明は
これに限定されるものではなく、導電層４４を複合圧電
体４１の前面側に形成しても良いし、また複合圧電体の
前面及び背面の両方に形成しても良いものである。As described above, according to the fifth embodiment, the composite piezoelectric body is formed by forming the conductive layer 44 made of a conductive adhesive on the back surface of the composite piezoelectric body on which the previously baked silver electrode is formed. This electrode has sufficient durability as an electrode, and can prevent electrode failure due to damage. In the fifth embodiment, an example in which the conductive layer 44 is formed on the back side of the composite piezoelectric body 41 has been described. However, the present invention is not limited to this. 41, or may be formed on both the front and back surfaces of the composite piezoelectric body.
【００５８】さらに、焼き付け銀電極４３も複合圧電体
４１の前面又は背面のいずれか一方又は両方に形成して
も良いものである。さらに、導電層４４が形成されてい
る側については焼き付け銀電極４３の形成を省略するこ
ともできる。なお、この第５の実施の形態では、超音波
トランスジューサの製造方法の１つの例を説明したが、
この発明はこれに限定されるものではなく、製造方法に
ついては適宜変更することが可能である。Further, the baked silver electrode 43 may be formed on one or both of the front surface and the back surface of the composite piezoelectric body 41. Further, on the side where the conductive layer 44 is formed, the formation of the baked silver electrode 43 can be omitted. In the fifth embodiment, one example of the method of manufacturing the ultrasonic transducer has been described.
The present invention is not limited to this, and the manufacturing method can be appropriately changed.
【００５９】この発明の第６の実施の形態を図６及び図
７を参照して説明する。この第６の実施の形態では、複
合圧電体として電気機械結合係数を高くして感度を向上
させたものを説明する。すなわち、複合圧電体の柱状の
圧電セラミックスエレメントの間の間隙が空気又は音響
インピーダンスの小さな媒体( 液体、気体を含む )で充
填されたものである。A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the sixth embodiment, a composite piezoelectric body having an improved electromechanical coupling coefficient and improved sensitivity will be described. That is, the gap between the columnar piezoelectric ceramic elements of the composite piezoelectric body is filled with air or a medium having a small acoustic impedance (including liquid and gas).
【００６０】図６及び図７を参照して、上述した複合圧
電体の製造方法を説明する。まず、複合圧電体の元にな
る圧電セラミックス板５１を、図６( ａ )に示すよう
に、透明な( 紫外線の透過率が高い )ガラス基台５２の
上に固定された透明な( 紫外線の透過率が高い )接着シ
ート５３により設置する。次に、圧電セラミックス板５
１の接着シート５３により接着されていない側の面か
ら、図６( ｂ )に示すように、ダイシングマシーン等に
より、後にスライス方向になる方向において複数個に分
割する分割溝( アレイ方向に伸びる溝 )及び後にアレイ
方向( スライス方向に直交する方向 )になる方向におい
て予め設定された個数に分割する分割溝( スライス方向
に伸びる溝 )を形成する。この分割溝は、圧電セラミッ
クス板５１を通して接着シート５３の上層部に到達する
ようにする。With reference to FIGS. 6 and 7, a method of manufacturing the above-described composite piezoelectric body will be described. First, as shown in FIG. 6 (a), a piezoelectric ceramic plate 51 which is a base of a composite piezoelectric body is fixed on a transparent (high ultraviolet ray transmittance) glass base 52 so as to be transparent (ultraviolet ray). (High transmittance) Installed with the adhesive sheet 53. Next, the piezoelectric ceramic plate 5
As shown in FIG. 6 (b), a dicing machine or the like splits a plurality of divided grooves (grooves extending in the array direction) in a direction that will later become the slice direction from the surface not bonded by the first adhesive sheet 53, as shown in FIG. ) And a dividing groove (a groove extending in the slicing direction) that divides into a predetermined number in the direction that will become the array direction (a direction orthogonal to the slicing direction). This division groove is made to reach the upper layer of the adhesive sheet 53 through the piezoelectric ceramics plate 51.
【００６１】次に、紫外線硬化樹脂５４を分割溝に充填
する。このとき圧電セラミックス板５１の上面からの紫
外線硬化樹脂５４の上面からの盛上がりの高さは、予め
設定された高さとなるように調整される。次に、この圧
電セラミックス板５１の分割溝に充填された紫外線硬化
樹脂５４の上面及び下面に対して、予め設定され強さの
紫外線を予め設定された時間だけ照射して、図７( ａ )
の斜線部分により示すように、紫外線硬化樹脂５４の上
表層部及び下表層部の予め設定された強度( 複合圧電体
の各圧電セラミックスエレメントの結合するのに十分な
強度 )を持つ厚さ分を硬化させる。Next, the ultraviolet curable resin 54 is filled in the dividing groove. At this time, the height of the rise from the upper surface of the ultraviolet curable resin 54 from the upper surface of the piezoelectric ceramic plate 51 is adjusted to be a preset height. Next, the upper surface and the lower surface of the ultraviolet curable resin 54 filled in the dividing groove of the piezoelectric ceramic plate 51 are irradiated with ultraviolet light of a preset intensity for a preset time, and FIG. 7 (a)
As indicated by the shaded portions, the thickness of the upper surface layer and the lower surface layer of the ultraviolet curable resin 54 having a predetermined strength (sufficient strength for bonding each piezoelectric ceramic element of the composite piezoelectric body) is defined as Let it cure.
【００６２】次に、図７( ｂ )に示すように、紫外線硬
化樹脂５４により接合された圧電セラミックス板５１を
接着シート５３から剥がし、接着シート５３に接触して
いた側の紫外線硬化樹脂５４の所定箇所に硬化した部分
を貫通する孔を形成し、内部の硬化していない紫外線硬
化樹脂５４を外部へ排出する。次に、紫外線硬化樹脂５
４の圧電セラミックス板５１の分割溝の両面から盛上が
っている( はみだしている )部分を切削加工により除去
して、図７( ｃ )に示すように、圧電セラミックス板５
１の厚みを持つ複合圧電体を形成する。次に、図７( ｄ
)に示すように、この複合圧電体の両面に電極５５，５
６を形成する。Next, as shown in FIG. 7 (b), the piezoelectric ceramics plate 51 joined by the ultraviolet curing resin 54 is peeled off from the adhesive sheet 53, and the ultraviolet curing resin 54 on the side in contact with the adhesive sheet 53 is removed. A hole penetrating the cured portion is formed at a predetermined location, and the uncured ultraviolet curing resin 54 inside is discharged to the outside. Next, the ultraviolet curing resin 5
The portions protruding (protruding) from both sides of the dividing groove of the piezoelectric ceramic plate 51 of FIG. 4 are removed by cutting, and as shown in FIG.
A composite piezoelectric body having a thickness of 1 is formed. Next, FIG.
), Electrodes 55 and 5 are provided on both surfaces of the composite piezoelectric body.
6 is formed.
【００６３】このように第６の実施の形態によれば、複
合圧電体の圧電セラミックスエレメント間の結合させる
と共にその間隙を空洞とする紫外線硬化樹脂５４を形成
したことにより、電気機械結合係数を高くして感度を向
上させることができる。また、この第６の実施の形態で
は、硬化させた紫外線硬化樹脂５４の内部の硬化してい
ない部分を外部へ排出した後、空洞( 空気を充填 )状態
のままとしたが、この発明はこれに限定されるものでは
なく、代わりに音響インピーダンスの小さな樹脂を充填
しても良いものである。なお、この第６の実施の形態で
は、紫外線硬化樹脂について説明したが、この発明はこ
れに限定されるものではなく、例えば空気に反応して硬
化する樹脂等表層部のみを硬化させることができる樹脂
ならば適用可能である。As described above, according to the sixth embodiment, the electro-mechanical coupling coefficient is increased by coupling the piezoelectric ceramic elements of the composite piezoelectric element and forming the ultraviolet curing resin 54 having the gap as a cavity. As a result, the sensitivity can be improved. In the sixth embodiment, after the uncured portion inside the cured ultraviolet curable resin 54 is discharged to the outside, it is left in a hollow (filled with air) state. However, the present invention is not limited to this, and a resin having a small acoustic impedance may be filled instead. In the sixth embodiment, an ultraviolet curable resin has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, only a surface layer such as a resin that cures in response to air can be cured. Any resin is applicable.
【００６４】なお、上述した各実施の形態においては、
アレイ型の超音波トランスジューサ( アレイプローブ )
について説明したが、この発明はこれに限定されるもの
ではなく、シングル型の超音波トランスジューサ( シン
グルプローブ )にも適用できるものである。もちろん、
シングル型の超音波トランスジューサでは、アレイ方向
において予め設定された個数に分割する必要はないの
で、そのアレイ方向における分割のための分割溝の形成
及びその分割溝への樹脂の充填を省くことができ、製造
時間及びコストを削減することができる。In each of the above embodiments,
Array type ultrasonic transducer (array probe)
However, the present invention is not limited to this, but can be applied to a single type ultrasonic transducer (single probe). of course,
In the case of a single type ultrasonic transducer, since it is not necessary to divide into a predetermined number in the array direction, it is possible to omit formation of a dividing groove for division in the array direction and filling of the dividing groove with resin. , Manufacturing time and cost can be reduced.
【００６５】[0065]
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
複合圧電体の製造時間及びコストを低減することができ
る超音波トランスジューサを提供できる。また、複合圧
電体の電気機械結合係数を高くして、感度の向上を図る
ことができる超音波トランスジューサを提供できる。ま
た、複合圧電体の電極の不良を防止することができる超
音波トランスジューサを提供できる。さらに、電気機械
結合係数の高い複合圧電体を簡単に製造することができ
る複合圧電体の製造方法を提供できる。As described in detail above, according to the present invention,
An ultrasonic transducer capable of reducing the manufacturing time and cost of the composite piezoelectric body can be provided. Further, it is possible to provide an ultrasonic transducer capable of improving the sensitivity by increasing the electromechanical coupling coefficient of the composite piezoelectric body. Further, it is possible to provide an ultrasonic transducer capable of preventing a failure of an electrode of the composite piezoelectric body. Further, it is possible to provide a method of manufacturing a composite piezoelectric body that can easily manufacture a composite piezoelectric body having a high electromechanical coupling coefficient.
【図１】この発明の第１の実施の形態の超音波トランス
ジューサの要部構成を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a main part of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の第２の実施の形態の超音波トランス
ジューサの要部構成を示すスライス方向の断面図。FIG. 2 is a sectional view in a slice direction showing a main part configuration of an ultrasonic transducer according to a second embodiment of the present invention.
【図３】この発明の第３の実施の形態の超音波トランス
ジューサの要部構成を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a main configuration of an ultrasonic transducer according to a third embodiment of the present invention.
【図４】この発明の第４の実施の形態の超音波トランス
ジューサの要部構成を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a main configuration of an ultrasonic transducer according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】この発明の第５の実施の形態の超音波トランス
ジューサの要部構成を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a main part of an ultrasonic transducer according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】この発明の第６の実施の形態の超音波トランス
ジューサの複合圧電体の前半の製造工程を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a first half of a manufacturing process of a composite piezoelectric body of an ultrasonic transducer according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】同実施の形態の超音波トランスジューサの複合
圧電体の後半の製造工程を示す図。FIG. 7 is a view showing the second half of the manufacturing process of the composite piezoelectric body of the ultrasonic transducer according to the embodiment;
【図８】従来の超音波トランスジューサの複合圧電体の
製造工程を示す図。FIG. 8 is a view showing a manufacturing process of a composite piezoelectric body of a conventional ultrasonic transducer.
【図９】従来の超音波トランスジューサの要部構成を示
すスライス方向の断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view in the slice direction showing a configuration of a main part of a conventional ultrasonic transducer.
１，１１，２１，３１，４１…複合圧電体、 ２，１２，２２，４２…共通電極、 ３，１３，２３…駆動電極、 ８，１８，２５，４５…音響整合層、 ９，１９，２６，３４，４６…バッキング材、 １４…補助共通電極、 １５…補助駆動電極、 ２４，３３，４４…金属箔、 ３２…導電層、 ４３…焼き付け銀電極、 ５４…紫外線硬化樹脂。 1,11,21,31,41 ... composite piezoelectric material, 2,12,22,42 ... common electrode, 3,13,23 ... drive electrode, 8,18,25,45 ... acoustic matching layer, 9,19, 26, 34, 46: backing material, 14: auxiliary common electrode, 15: auxiliary drive electrode, 24, 33, 44: metal foil, 32: conductive layer, 43: baked silver electrode, 54: ultraviolet curable resin.
Claims (14)
動子を使用して超音波を出力し、その反射した超音波を
受信する超音波トランスジューサにおいて、 前記圧電振動子からなる圧電体は、 直接的に超音波を出力するための振動に関与する有効部
分と、 直接的に超音波を出力するための振動に関与しない無効
部分とを有し、 前記有効部分は、圧電セラミックスと樹脂とからなる複
合圧電体で形成されており、前記無効部分は、樹脂を含
まない圧電セラミックスからなる非複合圧電体構造を中
心として形成されたことを特徴とする超音波トランスジ
ューサ。1. An ultrasonic transducer for outputting ultrasonic waves using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receiving the reflected ultrasonic waves, wherein the piezoelectric body comprising the piezoelectric vibrator is directly It has an effective portion that is involved in vibration for outputting ultrasonic waves, and an ineffective portion that is not directly involved in vibration for outputting ultrasonic waves. The effective portion is a composite piezoelectric material made of piezoelectric ceramics and resin. An ultrasonic transducer, wherein the ultrasonic transducer is formed of a non-composite piezoelectric material structure made of a piezoelectric ceramic that does not contain a resin.
電セラミックスを配列し、その間を樹脂で接合した１−
３型複合圧電体としたことを特徴とする請求項１記載の
超音波トランスジューサ。2. The composite piezoelectric body of the effective portion is formed by arranging columnar piezoelectric ceramics, and bonding between them by a resin.
2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is a three-type composite piezoelectric body.
動子を使用して超音波を出力し、反射した超音波を受信
する超音波トランスジューサにおいて、 前記圧電振動子からなる圧電体は、 直接的に超音波を出力するための振動に関与する有効部
分と、 直接的に超音波を出力するための振動に関与しない無効
部分とを有し、 前記圧電振動子に駆動電力を供給する電極の前記無効部
分は前記有効部分に比較して付着強度の高い材料を使用
したことを特徴とする超音波トランスジューサ。3. An ultrasonic transducer that outputs ultrasonic waves using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receives reflected ultrasonic waves, wherein the piezoelectric body composed of the piezoelectric vibrator is directly supersonic. An effective portion involved in vibration for outputting a sound wave; and an ineffective portion not directly involved in the vibration for outputting an ultrasonic wave, wherein the ineffective portion of the electrode for supplying drive power to the piezoelectric vibrator. An ultrasonic transducer using a material having a higher adhesive strength than the effective portion.
動子を使用して超音波を出力し、その反射した超音波を
受信する超音波トランスジューサにおいて、 前記圧電振動子からなる圧電体は、 直接的に超音波を出力するための振動に関与する有効部
分と、 直接的に超音波を出力するための振動に関与しない無効
部分とを有し、 前記有効部分は、圧電セラミックスと樹脂とからなる複
合圧電体で形成されており、前記無効部分は、樹脂を含
まない圧電セラミックスからなる非複合圧電体構造を中
心として形成され、 前記圧電振動子に電力を供給する電極の前記有効部分に
接触する部分は金属薄膜により形成し、前記無効部分に
接触する部分は焼き付け銀電極により形成したことを特
徴とする超音波トランスジューサ。4. An ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receiving the reflected ultrasonic wave, wherein the piezoelectric body composed of the piezoelectric vibrator is directly It has an effective portion that is involved in vibration for outputting ultrasonic waves, and an ineffective portion that is not directly involved in vibration for outputting ultrasonic waves. The effective portion is a composite piezoelectric material made of piezoelectric ceramics and resin. The ineffective portion is formed around a non-composite piezoelectric body structure made of piezoelectric ceramics containing no resin, and a portion of the electrode that supplies power to the piezoelectric vibrator is in contact with the effective portion. An ultrasonic transducer, wherein the ultrasonic transducer is formed of a metal thin film, and a portion in contact with the invalid portion is formed of a baked silver electrode.
動子を使用して超音波を出力し、その反射した超音波を
受信する超音波トランスジューサにおいて、 前記圧電振動子からなる圧電体の超音波出力面又はこの
超音波出力面の反対側の面のいずれか一方又は両方に金
属箔を補助電極又は電極として配置したことを特徴とす
る超音波トランスジューサ。5. An ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receiving the reflected ultrasonic wave, wherein an ultrasonic wave output surface of a piezoelectric body comprising the piezoelectric vibrator is provided. Alternatively, an ultrasonic transducer characterized in that a metal foil is disposed as an auxiliary electrode or an electrode on one or both surfaces opposite to the ultrasonic output surface.
動子を使用して超音波を出力し、その反射した超音波を
受信する超音波トランスジューサにおいて、 前記圧電振動子からなる圧電体の超音波出力面又はこの
超音波出力面の反対側の面のいずれか一方又は両方に導
電性接着物質からなる導電層を補助電極又は電極として
配置したことを特徴とする超音波トランスジューサ。6. An ultrasonic transducer for outputting an ultrasonic wave using a piezoelectric vibrator formed of piezoelectric ceramics and receiving the reflected ultrasonic wave, wherein the ultrasonic wave output surface of a piezoelectric body comprising the piezoelectric vibrator is provided. Alternatively, an ultrasonic transducer, wherein a conductive layer made of a conductive adhesive substance is disposed as an auxiliary electrode or an electrode on one or both surfaces opposite to the ultrasonic output surface.
性を改善する音響整合の機能を有するように形成されて
いることを特徴とする請求項６記載の超音波トランスジ
ューサ。7. The ultrasonic transducer according to claim 6, wherein the conductive layer is formed so as to have an acoustic matching function for improving the output and reception characteristics of the ultrasonic wave.
とからなる複合圧電体であることを特徴とする請求項５
乃至請求項７のいずれか１項記載の超音波トランスジュ
ーサ。8. The piezoelectric device according to claim 5, wherein the piezoelectric material is a composite piezoelectric material comprising a piezoelectric ceramic and a resin.
The ultrasonic transducer according to claim 7.
とからなる構造を備えたことを特徴とする請求項５乃至
請求項７のいずれか１項記載の超音波トランスジュー
サ。9. The ultrasonic transducer according to claim 5, wherein the piezoelectric body has a structure including a piezoelectric ceramic and a gap.
又はこの超音波出力面の反対側の面のいずれか一方の面
又は両方の面に焼き付け銀電極を形成したことを特徴と
する請求項８乃至請求項９のいずれか１項記載の超音波
トランスジューサ。10. A baked silver electrode is formed on one or both of the ultrasonic output surface of the piezoelectric ceramic and the surface opposite to the ultrasonic output surface. The ultrasonic transducer according to claim 9.
ぞれ反射した超音波を受信する複数個の圧電振動子を備
えたアレイ型であることを特徴とする請求項１乃至請求
項１０のいずれか１項記載の超音波トランスジューサ。11. An array type comprising a plurality of piezoelectric vibrators for independently outputting ultrasonic waves and receiving reflected ultrasonic waves, respectively. 2. The ultrasonic transducer according to claim 1.
複合圧電体の製造方法において、 圧電セラミックス間の間隙に表面硬化型の樹脂を充填す
る充填工程と、 この充填工程で前記圧電セラミックス間の間隙に充填さ
れた前記樹脂の超音波出力面及びこの超音波出力面に対
応する表面層を硬化させる硬化工程と、 この硬化工程で表面層が硬化した樹脂の内部の硬化しな
い部分を取り除いて前記圧電セラミックス間に硬化した
前記樹脂よりも音響インピーダンスの十分小さな材料で
置換する置換工程とを備えたことを特徴とする複合圧電
体の製造方法。12. A method for manufacturing a composite piezoelectric material used in an ultrasonic transducer, comprising: a filling step of filling a surface hardening type resin into a gap between piezoelectric ceramics; and filling the gap between the piezoelectric ceramics in the filling step. A curing step of curing the ultrasonic output surface of the resin and a surface layer corresponding to the ultrasonic output surface, and removing an uncured portion of the resin in which the surface layer is cured in the curing step to remove the piezoelectric ceramic. And replacing the resin with a material having an acoustic impedance sufficiently smaller than that of the cured resin.
樹脂であることを特徴とする請求項１２記載の複合圧電
体の製造方法。13. The method according to claim 12, wherein the surface-curable resin is an ultraviolet-curable resin.
材料として気体を用いることを特徴とする請求項１２及
び請求項１３のいずれか１項記載の複合圧電体の製造方
法。14. The method according to claim 12, wherein gas is used as the material having a sufficiently small acoustic impedance.
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