JPS6169300A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
- G01N29/245—Ceramic probes, e.g. lead zirconate titanate [PZT] probes
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は医用超音波診断装置等において使用され、超音
波の送受波を行なう超音波探触子に関するものである。
波の送受波を行なう超音波探触子に関するものである。
（従来技術）
一般に超音波探触子の圧電変換子材料はジルコン・チタ
ン酸鉛系の圧電材料が用いられている。
ン酸鉛系の圧電材料が用いられている。
これらの材料では縦波変換子として使用する場合−こ横
効果の結合係数に３１が０．２〜０．３ と大きく、
このため不要振動が発生しやすく、良好な特性を得るこ
とが雌かしかった、特に超音波診断装置等で使用される
アレイ形探触子では、横効果（こよる不要振動を避ける
ため、第６図に示すように矩形板状振動子６１の板厚Ｔ
ｉこ対する幅寸法Ｗの比Ｗ／Ｔ ゛を０，６以下ζこす
る必要があり、探触子の高周波化を行う場合、撮動子の
幅が小さくなり製造が困矯になるという問題があった。
効果の結合係数に３１が０．２〜０．３ と大きく、
このため不要振動が発生しやすく、良好な特性を得るこ
とが雌かしかった、特に超音波診断装置等で使用される
アレイ形探触子では、横効果（こよる不要振動を避ける
ため、第６図に示すように矩形板状振動子６１の板厚Ｔ
ｉこ対する幅寸法Ｗの比Ｗ／Ｔ ゛を０，６以下ζこす
る必要があり、探触子の高周波化を行う場合、撮動子の
幅が小さくなり製造が困矯になるという問題があった。
第６図に基づき一般の超音波探触子の構成について説明
すると６１は電気機械エネルギー変換を行なうジルコン
・チタン酸鉛の圧電セラミックスでできた矩形板状変換
子である。６２ 、６３は音響整合層であり、圧送セラ
ミックスと音響インピーダンスの大幅に異なる被検体（
人体、水、あるいは鉄鋼）の音響インピーダンス整合を
とるために設けられたものであり、探触子の広帯域、低
損失化に寄与するものである。整合層の音響インピーダ
ンスは、通常、圧電セラミックスと被検体の音響インピ
ーダンスの中間の値に設定される。全体の構成は所定の
間隔をおいて配置される複数の矩形板状振動子６１の上
ζこ音響整合層６２ 、６３が形成された構成である。
すると６１は電気機械エネルギー変換を行なうジルコン
・チタン酸鉛の圧電セラミックスでできた矩形板状変換
子である。６２ 、６３は音響整合層であり、圧送セラ
ミックスと音響インピーダンスの大幅に異なる被検体（
人体、水、あるいは鉄鋼）の音響インピーダンス整合を
とるために設けられたものであり、探触子の広帯域、低
損失化に寄与するものである。整合層の音響インピーダ
ンスは、通常、圧電セラミックスと被検体の音響インピ
ーダンスの中間の値に設定される。全体の構成は所定の
間隔をおいて配置される複数の矩形板状振動子６１の上
ζこ音響整合層６２ 、６３が形成された構成である。
一方、本多、山下、内田による「チタン酸鉛系土蔵セラ
ミック材を用いた超音波探触子」（電子通信学会技術報
告ＵＳ８１−２０（１９８１年））あるいは、骨内、中
谷、定村による「ＰｂＴｉ０１系セラミツクスの高周波
超音波探触子への応用」（電子通信学会技術報告ＴＪ８
８４−７ （１９８４年））においてＰｂＴｉ０．系圧
電セラミック材料を用いた探触子が従来のジルコン・チ
タン酸鉛を用いたものより優れていることが述べられて
いる。即ち、ＰｂＴｉＯｓ系圧電セラミックス材料では
横効果の結合係数が著しく小さいことｌこより、不要振
動が激減し、こｆ の材料を超音波探触子
に応用した場合、横効果による振動エネルギーは相当弱
く実際に利用する厚みたて振動ｌこ殆んど影響を与える
ことのない理想に近い送受波特性が期待できるとしてい
る。ｐｂＴｉｏｓ系圧電セラミックスは、Ｗ／Ｔが０．
６ 以下では勿論のこと、とくにＷ／Ｔが１．２〜２．
Ｏｌこおいてもスプリアスの出ない良好な厚みたて振動
特性が得られ、矩形板状撮動子を用いたアレイ形探触子
の高周波化をはかる場合極めて有利なものとなっている
。
ミック材を用いた超音波探触子」（電子通信学会技術報
告ＵＳ８１−２０（１９８１年））あるいは、骨内、中
谷、定村による「ＰｂＴｉ０１系セラミツクスの高周波
超音波探触子への応用」（電子通信学会技術報告ＴＪ８
８４−７ （１９８４年））においてＰｂＴｉ０．系圧
電セラミック材料を用いた探触子が従来のジルコン・チ
タン酸鉛を用いたものより優れていることが述べられて
いる。即ち、ＰｂＴｉＯｓ系圧電セラミックス材料では
横効果の結合係数が著しく小さいことｌこより、不要振
動が激減し、こｆ の材料を超音波探触子
に応用した場合、横効果による振動エネルギーは相当弱
く実際に利用する厚みたて振動ｌこ殆んど影響を与える
ことのない理想に近い送受波特性が期待できるとしてい
る。ｐｂＴｉｏｓ系圧電セラミックスは、Ｗ／Ｔが０．
６ 以下では勿論のこと、とくにＷ／Ｔが１．２〜２．
Ｏｌこおいてもスプリアスの出ない良好な厚みたて振動
特性が得られ、矩形板状撮動子を用いたアレイ形探触子
の高周波化をはかる場合極めて有利なものとなっている
。
（従来技術の問題点）
前記の如（ＰｂＴｉＯ３系圧゛亀セラミックスは１気機
械結合係数の異方性が大きく、実際に利用する厚みたて
結合係数に、が０，５０以上で横効果の結合係数１ｃｓ
ｓが０．０５以下のものが得られ、超音波探触子の材料
として極めて優れた材料であるとされているが、しかし
誘′ｄＬ率εＬ／ε。が２００程度しかなく、ジルコン
−チタン酸鉛系の圧電セラミックス約１０分の１１こす
ぎない。とくに電子走査方式のアレイ形探触子では成極
面積が小さくなり、ＰｂＴｉＯ３系圧成セラミックスを
用いた場合ε３Ｔｓ／ε。が小さいため探触子のインピ
ーダンスはジルコン・チタン酸鉛系圧電セラミックスを
用いた探触子と比べて１０倍程度大きくなる。超音波探
触子は通常、ケーブルを介して診断装置本体と結合され
るために、ＰｂＴｉ０．系圧電セラミックスのように誘
電率のｌトさな材料であれば、第１をこケーブルの容量
の影響をうけてＳ／Ｎ比が劣化するという欠点がある。
械結合係数の異方性が大きく、実際に利用する厚みたて
結合係数に、が０，５０以上で横効果の結合係数１ｃｓ
ｓが０．０５以下のものが得られ、超音波探触子の材料
として極めて優れた材料であるとされているが、しかし
誘′ｄＬ率εＬ／ε。が２００程度しかなく、ジルコン
−チタン酸鉛系の圧電セラミックス約１０分の１１こす
ぎない。とくに電子走査方式のアレイ形探触子では成極
面積が小さくなり、ＰｂＴｉＯ３系圧成セラミックスを
用いた場合ε３Ｔｓ／ε。が小さいため探触子のインピ
ーダンスはジルコン・チタン酸鉛系圧電セラミックスを
用いた探触子と比べて１０倍程度大きくなる。超音波探
触子は通常、ケーブルを介して診断装置本体と結合され
るために、ＰｂＴｉ０．系圧電セラミックスのように誘
電率のｌトさな材料であれば、第１をこケーブルの容量
の影響をうけてＳ／Ｎ比が劣化するという欠点がある。
第２にＰｂＴｉ０．糸玉成セラミックスでは誘電率が小
さいことにより圧電ｄ定数も小さいわけであるから、駆
ａｔ圧を高くしなければ十分な晧動裾幅が得られないと
いう欠点がある。即ち、ＰｂＴｉ０゜糸玉這セラミック
スではこのような欠点があるため探触子実用化の障害と
なっていた。さらにまた、実際の超音波探触子は３．５
ＭＨｚ 、 ７−５ＭＨｚ 等のある一定の決まっ
た中心周波数が要求されるが、従来の変換子では表面に
電極があるため周波数調整ができないという欠点がある
。
さいことにより圧電ｄ定数も小さいわけであるから、駆
ａｔ圧を高くしなければ十分な晧動裾幅が得られないと
いう欠点がある。即ち、ＰｂＴｉ０゜糸玉這セラミック
スではこのような欠点があるため探触子実用化の障害と
なっていた。さらにまた、実際の超音波探触子は３．５
ＭＨｚ 、 ７−５ＭＨｚ 等のある一定の決まっ
た中心周波数が要求されるが、従来の変換子では表面に
電極があるため周波数調整ができないという欠点がある
。
（発明の目的）
本発明はＰｂＴｉ０．系圧電セラミックスの有する上記
諸欠点を解消し、インピーダンスが小さく、スプリアス
特性に優れ、また実効的な゛成気機械結合系数が大きく
、さらに周波数祠祭が容易に可能な超音波探触子を得る
ことを目的とするものである。
諸欠点を解消し、インピーダンスが小さく、スプリアス
特性に優れ、また実効的な゛成気機械結合系数が大きく
、さらに周波数祠祭が容易に可能な超音波探触子を得る
ことを目的とするものである。
（発明の構成）
本発明はＰｂＴｉＯ３系圧電セラミックス板内部に複数
の平面状内部電極が所定の間隔で形成されており、各内
部電極は前記セラミック板の２側面で、該側面に形成さ
れた外部は極と一層おさｌこ接続している槓ノｄ型構造
であって、内部′ｄｔ極にはさすれた前記セラミック層
はｉＮ層方向に交互に逆向きに分極されている。ｌ１４
’ｌｉｉの圧電に電子と、び変換子の積層方向ζこ垂直
な一層の面に形成された晋響ヱ合層とを備えたことを・
待機とする超音波探触子である。
の平面状内部電極が所定の間隔で形成されており、各内
部電極は前記セラミック板の２側面で、該側面に形成さ
れた外部は極と一層おさｌこ接続している槓ノｄ型構造
であって、内部′ｄｔ極にはさすれた前記セラミック層
はｉＮ層方向に交互に逆向きに分極されている。ｌ１４
’ｌｉｉの圧電に電子と、び変換子の積層方向ζこ垂直
な一層の面に形成された晋響ヱ合層とを備えたことを・
待機とする超音波探触子である。
（構成の詳細な説明）
本発明のＰｂＴｉ０．糸玉心セラミックスを用いた超音
波探触子は、上記の如くセラミックス内部に電極を有す
る構成とすることにより従来技術の諸問題を解決してい
る。以下、図面に従って説明する。
波探触子は、上記の如くセラミックス内部に電極を有す
る構成とすることにより従来技術の諸問題を解決してい
る。以下、図面に従って説明する。
第２図は本発明の探触子に用いるｐｂＴｉｏｓ系圧電セ
ラミック変換子のグリーンシートの状態における積層構
造の一例を示したもので、以下変換子の構造及び製造方
法の例について詳述する。第２図において２０は有機バ
インダとＰｂＴｉＯ３糸セラミックス粉末からなるグリ
ーンシートであり、また２１は導電ペーストで、焼成後
内部電極となるものである。このようなグリーンシート
を図のようｔこ積層し、圧着してグリーンシート積層体
とする。
ラミック変換子のグリーンシートの状態における積層構
造の一例を示したもので、以下変換子の構造及び製造方
法の例について詳述する。第２図において２０は有機バ
インダとＰｂＴｉＯ３糸セラミックス粉末からなるグリ
ーンシートであり、また２１は導電ペーストで、焼成後
内部電極となるものである。このようなグリーンシート
を図のようｔこ積層し、圧着してグリーンシート積層体
とする。
この場合、７に極２１は一層おきに電気端子を並列をこ
収り出すことができるように、導電ペーストが塗布され
ていないギャップ部分２２が残されている。
収り出すことができるように、導電ペーストが塗布され
ていないギャップ部分２２が残されている。
仄ζこ前記グリーンシート積層体を焼成する。然る後、
第３図に示すように焼成されたＰｂＴｉＯ３系圧電セラ
ミック積層体のｙｚ面に平行な２側面に焼付あるいは蒸
着、メッキ等の方法で電極を施す。
第３図に示すように焼成されたＰｂＴｉＯ３系圧電セラ
ミック積層体のｙｚ面に平行な２側面に焼付あるいは蒸
着、メッキ等の方法で電極を施す。
この場合は、内部電極が４層の構造となっている７、“
パ０以外″′３層・５′脅・６）音等０構造７あ。
パ０以外″′３層・５′脅・６）音等０構造７あ。
ても良い。第３図において３０はＰｂＴｉ０．系圧電セ
ラミックス、３１は内部電極、３２．３２’は焼成後側
面に設けられた外部電極、また３３ 、３３’は表面セ
ラミック層である。外部電極３２ 、３２’間に１σ流
高電界を加えて分極を行なうことにより内部遡りにはさ
まれたＰｂＴｉ０．系セラミックスの各層を分極し、圧
電性を寸与する。このとき各層間に十分な電圧が加わり
、力１つ分極時にセラミックスイこ割れが入らないよう
にノ４厚ｄ、 、 ｄ、 、 ｄ、をギャップｔＩ ｔ
ｔｔより小さく設定することが望ましい。また矢印は
第３図において分極方向を示す。本変換子の周波数Ａ整
は表面のセラミ、り１８３３ 、３３’を研ト踏して厚
みを減することにより容易に行うことができる。アレイ
形探触子番こ用いられる矩形板状変換子は第３図のｘｚ
面に平行にｙ方向に向かって切断することにより容易ζ
こ得ることができる。
ラミックス、３１は内部電極、３２．３２’は焼成後側
面に設けられた外部電極、また３３ 、３３’は表面セ
ラミック層である。外部電極３２ 、３２’間に１σ流
高電界を加えて分極を行なうことにより内部遡りにはさ
まれたＰｂＴｉ０．系セラミックスの各層を分極し、圧
電性を寸与する。このとき各層間に十分な電圧が加わり
、力１つ分極時にセラミックスイこ割れが入らないよう
にノ４厚ｄ、 、 ｄ、 、 ｄ、をギャップｔＩ ｔ
ｔｔより小さく設定することが望ましい。また矢印は
第３図において分極方向を示す。本変換子の周波数Ａ整
は表面のセラミ、り１８３３ 、３３’を研ト踏して厚
みを減することにより容易に行うことができる。アレイ
形探触子番こ用いられる矩形板状変換子は第３図のｘｚ
面に平行にｙ方向に向かって切断することにより容易ζ
こ得ることができる。
第３図に示すような本発明に従った変換子は以下のよう
な従来にない長所を有する。
な従来にない長所を有する。
まず第１に本発明の圧電変換子は、内部電極をもたない
表面だけに′成極が設けられた変換子の厚みたてモード
の結合係数に、に比べて１、実効的な電気機械結合係数
ｋａｆｆを最大１別種度まで大きくすることができる。
表面だけに′成極が設けられた変換子の厚みたてモード
の結合係数に、に比べて１、実効的な電気機械結合係数
ｋａｆｆを最大１別種度まで大きくすることができる。
これは表面ｌこ設けられた磁器層の質量効果ｆこよるも
のである。電気機械結合係数ｋｅ（ｒの２乗は電気的入
力エネルギーに対して出力される機械振動エネルギーの
比で定義され、これは別の表現として次式で表わされる
。
のである。電気機械結合係数ｋｅ（ｒの２乗は電気的入
力エネルギーに対して出力される機械振動エネルギーの
比で定義され、これは別の表現として次式で表わされる
。
ただし 「、；共振周波数
ｒ、１反共振周波数
従り′て本発明に従った変換子は一定の共振周波数に対
して共振反共掘周波数差ｆ、−ｆ、を大きくすることが
でき、広帯域でパルス応答特性に優れた超音波探触子に
用いた場合特に有効となる。
して共振反共掘周波数差ｆ、−ｆ、を大きくすることが
でき、広帯域でパルス応答特性に優れた超音波探触子に
用いた場合特に有効となる。
第２ｔこ、本発明に従った圧電変換子が複数の内部電極
を有しており、しかもそれらの内部電極が一層おきに並
列に収り出されているという構造上、従来の圧電セラミ
ック単板でできた変換子に比べて遥か１こ小さなインピ
ーダンスが実現できるわけである。いま、説明を簡単に
するため一例として等間隔に二極が設けられた積層変換
子について具体的に説明する。（ｎ＋１）層の内部電極
を有する変換子であれば、単純な計算により電極が並列
に接続されることにより実効的な面積はほとんどｎ倍近
くまでになり、また電極間隔が板厚のｎ分の１以下とな
るわけであるから単板に比べてｎ２倍程度の自由容−ｉ
が得られる。このような積層構造により実効的な電気機
械結合係数に＠ｆｆが損なわれることが全くないわけで
あるから、（ｎ ＋ １）層の内部電極を有する変換子
のインピーダンスは圧電単板ζこ比べて約１２分のＩＩ
こ激減するわけである。また、これはとりもなおさず、
ＰｂＴｌ０３系圧成セラミツクスの誘電率を情としたと
き、等電極間隔で積層した変換子の実す的な誘電率ＩＩ
。
を有しており、しかもそれらの内部電極が一層おきに並
列に収り出されているという構造上、従来の圧電セラミ
ック単板でできた変換子に比べて遥か１こ小さなインピ
ーダンスが実現できるわけである。いま、説明を簡単に
するため一例として等間隔に二極が設けられた積層変換
子について具体的に説明する。（ｎ＋１）層の内部電極
を有する変換子であれば、単純な計算により電極が並列
に接続されることにより実効的な面積はほとんどｎ倍近
くまでになり、また電極間隔が板厚のｎ分の１以下とな
るわけであるから単板に比べてｎ２倍程度の自由容−ｉ
が得られる。このような積層構造により実効的な電気機
械結合係数に＠ｆｆが損なわれることが全くないわけで
あるから、（ｎ ＋ １）層の内部電極を有する変換子
のインピーダンスは圧電単板ζこ比べて約１２分のＩＩ
こ激減するわけである。また、これはとりもなおさず、
ＰｂＴｌ０３系圧成セラミツクスの誘電率を情としたと
き、等電極間隔で積層した変換子の実す的な誘電率ＩＩ
。
（変換子の両主面ｔこのみ電極があるものとして換算し
た誘電極）は４層の電極では約９εＴ ｓ −Ｊ−の
電極では約ｔ６ｇ：、、６層の電極では約２５８’ｓｓ
、（ｎ＋１）層の電極では約ｎ” ｇ：、とほぼ（電極
層数−１）の２乗に比例して大きくなる。
た誘電極）は４層の電極では約９εＴ ｓ −Ｊ−の
電極では約ｔ６ｇ：、、６層の電極では約２５８’ｓｓ
、（ｎ＋１）層の電極では約ｎ” ｇ：、とほぼ（電極
層数−１）の２乗に比例して大きくなる。
以上、電極が等間隔に積層された変換子につい・て述べ
たが、電極が不等間隔に積Ｉ脅された変換子は、同一の
？ｄ極層数であれば等間隔に積層された変換子より実効
的な誘電率ε３３が若干大きくなる。
たが、電極が不等間隔に積Ｉ脅された変換子は、同一の
？ｄ極層数であれば等間隔に積層された変換子より実効
的な誘電率ε３３が若干大きくなる。
また変換子の厚みの中央部分はど内部域・極間が狭い変
換子は、電極が等間隔ｌこ積層された変換子より大きな
ｋｅ（ｆを得ることができる。しかしながら、このタイ
プの変換子では、電極が等間隔に積層された変換子に比
べて、大きな電圧を加えて大損幅励撮を行うような要求
がある場合、若干不利となる。
換子は、電極が等間隔ｌこ積層された変換子より大きな
ｋｅ（ｆを得ることができる。しかしながら、このタイ
プの変換子では、電極が等間隔に積層された変換子に比
べて、大きな電圧を加えて大損幅励撮を行うような要求
がある場合、若干不利となる。
従って、本発明における圧電変換子は従来のジルコン・
チタン酸鉛系圧電セラミックスでできた変換子と比べて
同等以上の実効的な誘電率が得られ、換言すると同等以
下の小さなインピーダンスを得ることができる。次に本
発明に用いる変換子は表面の磁器層を研磨することによ
り周波数調整が可能である。さらにＰｂＴｉ０．系圧電
セラミック１．・ ２８（ｆｆｉＪｌｌＨｊ
″＆’６ｆ、＝？ｈ・１知Ｃ１１が列く良好な厚みたて
共振応答が得られるという長所を有する。
チタン酸鉛系圧電セラミックスでできた変換子と比べて
同等以上の実効的な誘電率が得られ、換言すると同等以
下の小さなインピーダンスを得ることができる。次に本
発明に用いる変換子は表面の磁器層を研磨することによ
り周波数調整が可能である。さらにＰｂＴｉ０．系圧電
セラミック１．・ ２８（ｆｆｉＪｌｌＨｊ
″＆’６ｆ、＝？ｈ・１知Ｃ１１が列く良好な厚みたて
共振応答が得られるという長所を有する。
（実施例）
本発明に基づく超音波探触子の一笑施例として第１図Ｃ
カ、（イ）に示す三重・整合層を有する中心局１反数３
．５ ＭＨｚのりニアアレイ医用超音波探触子について
述べる。第１図（７）は該探触子の側面図、第１図（イ
）は該探触子の断面図である。本実施例では、圧電変換
子１０はＰｂＴｉ０．糸玉ぼセラミックスの内部に電極
３１が４層埋め込まれた積層構造となっている。またセ
ラミックスはＰｂｏ、ｓｓ Ｃａ（１，１５Ｔｉ ０．
９５（Ｍｎ３ＡＳｂＸ） ｏ、ｏｓ Ｏ３なる組成を用
い、製造は前述のグリーンシートを用いる方法で行なっ
た。分極は外部′電極３２ 、３２’間に直流高電界を
印加することで行われた。分極直後の変換子では全板厚
に対して表面のセラミック層３３及び３３′の厚さが約
４０％程度あったが、３３ 、３３’を研磨することに
より共振周波数３．５ＭＨｚを得た。このときの表面の
セラミック層３３及び３３′の厚さは全板厚の２３％で
ある。本変換子のに＠（ｆは０．５５３であり、ＰｂＴ
ｉ０．系圧電セラミックスの単板の電気機械結合係数に
、より８％大きい、また実効的な比誘電率εＴ／ε。は
１７９゜とＰｂＴｉＯ３系圧電セラミ、クスの単板の約
９倍の値である。第１図において、１１ 、１２ 、１
３は音響整合層、４４はバッキングである。音響整合層
は共振波長の約４分の１に調整した。１１は音響インピ
ーダンス１．９２ Ｘ １０’ ｋｇｍ１式のウレタン
樹脂、１２はエポキシ樹脂ｌこ石英ガラス微粉末を適量
配合したもノテ音響インピーダ７ ：ｘ、 ４．１２
Ｘ １０’ Ｊｃ９ｍｌｓｅｃ、１３は音響インピーダ
ンス１４．２ Ｘ １０’ ｋＦｉｍ／！ｅＣの光学ガ
ラスである。作製した１個の圧電変換子の形状は０．６
＋＋１１ｕＸＯ，，３ｔｌ＋ｌＸ１．３順である。この
変換子を所定の間隔をおいて配列し、長さが約１０〜１
３Ｃ１ｒＬのリニアアレイ状に構成し、探触子とした。
カ、（イ）に示す三重・整合層を有する中心局１反数３
．５ ＭＨｚのりニアアレイ医用超音波探触子について
述べる。第１図（７）は該探触子の側面図、第１図（イ
）は該探触子の断面図である。本実施例では、圧電変換
子１０はＰｂＴｉ０．糸玉ぼセラミックスの内部に電極
３１が４層埋め込まれた積層構造となっている。またセ
ラミックスはＰｂｏ、ｓｓ Ｃａ（１，１５Ｔｉ ０．
９５（Ｍｎ３ＡＳｂＸ） ｏ、ｏｓ Ｏ３なる組成を用
い、製造は前述のグリーンシートを用いる方法で行なっ
た。分極は外部′電極３２ 、３２’間に直流高電界を
印加することで行われた。分極直後の変換子では全板厚
に対して表面のセラミック層３３及び３３′の厚さが約
４０％程度あったが、３３ 、３３’を研磨することに
より共振周波数３．５ＭＨｚを得た。このときの表面の
セラミック層３３及び３３′の厚さは全板厚の２３％で
ある。本変換子のに＠（ｆは０．５５３であり、ＰｂＴ
ｉ０．系圧電セラミックスの単板の電気機械結合係数に
、より８％大きい、また実効的な比誘電率εＴ／ε。は
１７９゜とＰｂＴｉＯ３系圧電セラミ、クスの単板の約
９倍の値である。第１図において、１１ 、１２ 、１
３は音響整合層、４４はバッキングである。音響整合層
は共振波長の約４分の１に調整した。１１は音響インピ
ーダンス１．９２ Ｘ １０’ ｋｇｍ１式のウレタン
樹脂、１２はエポキシ樹脂ｌこ石英ガラス微粉末を適量
配合したもノテ音響インピーダ７ ：ｘ、 ４．１２
Ｘ １０’ Ｊｃ９ｍｌｓｅｃ、１３は音響インピーダ
ンス１４．２ Ｘ １０’ ｋＦｉｍ／！ｅＣの光学ガ
ラスである。作製した１個の圧電変換子の形状は０．６
＋＋１１ｕＸＯ，，３ｔｌ＋ｌＸ１．３順である。この
変換子を所定の間隔をおいて配列し、長さが約１０〜１
３Ｃ１ｒＬのリニアアレイ状に構成し、探触子とした。
次にこの探触子を用いて、水中３Ｃ！ｒＬ、ｉこ１ｔか
れたＡｅ反射板に向かって戻ってくる超音波を同じ探触
子で受波したときの周波数特性（ｒｏｕｎｄ ｔｒｉｐ
ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ １ｏｓｓ％性）を第４図に実線で
示す。
れたＡｅ反射板に向かって戻ってくる超音波を同じ探触
子で受波したときの周波数特性（ｒｏｕｎｄ ｔｒｉｐ
ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ １ｏｓｓ％性）を第４図に実線で
示す。
また、圧電変換子の部分にジルコン・チタン酸鉛系圧電
セラミック単板型圧電変換子を用いたときの探触子の周
波数特性を第４図の点線で示す０通過域特性は両者とも
同等の特性を示しているが、帯域外においてジルコン・
チタン酸鉛系圧電セラミックスを用いた探触子では横効
果のスプリアスのため大きなリップルが認められる。さ
らｌこ両押触子の分解能を試験するために生体と同等の
超音波減衰特性（０，７ｄＢＡ７ｒＬ／ｉ徂七）並びに
音響インピーダンスを有するゲル状物質中に所定間隔ｌ
こ埋め込まれた直径Ｑ、 ３ ｍｕのナイロン線がどの
程度まで分解されて見える力１を評価した。従来の圧電
セラミックス単板を用いた探触子では深さ１２（１ｍの
ところでせいぜいＬＯｍｍ間隔（こ埋め込まれたナイロ
ン線が見えたに丁ぎないが、本発明に従った深旭子では
０．７ｍ罵間隔に埋め込まれたナイロン線をはっきり分
離して観ることができた。
セラミック単板型圧電変換子を用いたときの探触子の周
波数特性を第４図の点線で示す０通過域特性は両者とも
同等の特性を示しているが、帯域外においてジルコン・
チタン酸鉛系圧電セラミックスを用いた探触子では横効
果のスプリアスのため大きなリップルが認められる。さ
らｌこ両押触子の分解能を試験するために生体と同等の
超音波減衰特性（０，７ｄＢＡ７ｒＬ／ｉ徂七）並びに
音響インピーダンスを有するゲル状物質中に所定間隔ｌ
こ埋め込まれた直径Ｑ、 ３ ｍｕのナイロン線がどの
程度まで分解されて見える力１を評価した。従来の圧電
セラミックス単板を用いた探触子では深さ１２（１ｍの
ところでせいぜいＬＯｍｍ間隔（こ埋め込まれたナイロ
ン線が見えたに丁ぎないが、本発明に従った深旭子では
０．７ｍ罵間隔に埋め込まれたナイロン線をはっきり分
離して観ることができた。
本発明に従う他の実施列として、グリーンシート表面全
体にギャップ２２を残さずにｍ電ペーストを塗り、然る
後第２図と同様に積層し、圧着、焼成を行ないＰｂＴｉ
０１系セラミック積層体を製造する。さらに積層体側面
に絶縁物５１を形成し、外部′電極３２ 、３２’を設
け、３２ 、３２’間ｌこ直流高電界を印加し分極を行
う。このようにして第５図に示すよう（こ内部電極が幅
いっばいに広がった形状の圧電変換子を得ることができ
る。第５図に示した圧電変換子はギャップ２２がないた
めにその分だけ第３図に示した変換子と比べて若干イン
ピーダンスを低下させることができる。第５図に示した
圧電変換子を用いて第１図に示したような３重整合層を
有する探触子を製造したところ、第４図の実線で示した
特性と同等のものが得られた。このように内部電極の重
なる長さは圧電変換子の長さと同程度（少なくとも８０
チ以上）が望ましい。
体にギャップ２２を残さずにｍ電ペーストを塗り、然る
後第２図と同様に積層し、圧着、焼成を行ないＰｂＴｉ
０１系セラミック積層体を製造する。さらに積層体側面
に絶縁物５１を形成し、外部′電極３２ 、３２’を設
け、３２ 、３２’間ｌこ直流高電界を印加し分極を行
う。このようにして第５図に示すよう（こ内部電極が幅
いっばいに広がった形状の圧電変換子を得ることができ
る。第５図に示した圧電変換子はギャップ２２がないた
めにその分だけ第３図に示した変換子と比べて若干イン
ピーダンスを低下させることができる。第５図に示した
圧電変換子を用いて第１図に示したような３重整合層を
有する探触子を製造したところ、第４図の実線で示した
特性と同等のものが得られた。このように内部電極の重
なる長さは圧電変換子の長さと同程度（少なくとも８０
チ以上）が望ましい。
（発明の効果）
以上述べた如く、本発明に従った探触子はＰｂＴｉＯ３
系圧電セラミックス固有の特長である横効果によるスプ
リアス振動のエネルギーが極めて小さいという長所を保
持しつつ、しかもこのセラミックスの誘電率が小さいた
めに起きるケーブルト′ 。容量の影響を受け
やす０゛と０゛−た欠点を消滅させることができる。更
に実効的な電気機械結合係数ｋｅｆｆを大きくすること
ができ、また周波数調整も可能であるという優れた特長
を有するものであり、従来の探触子と比べて分解能の優
れた探触子を得ることができる。
系圧電セラミックス固有の特長である横効果によるスプ
リアス振動のエネルギーが極めて小さいという長所を保
持しつつ、しかもこのセラミックスの誘電率が小さいた
めに起きるケーブルト′ 。容量の影響を受け
やす０゛と０゛−た欠点を消滅させることができる。更
に実効的な電気機械結合係数ｋｅｆｆを大きくすること
ができ、また周波数調整も可能であるという優れた特長
を有するものであり、従来の探触子と比べて分解能の優
れた探触子を得ることができる。
第１図（７）、（イ）は本発明の一実施例を示す超音波
探触子の概略図、第２図は本発明の探触子に用いる圧電
変換子部分の積層構造例を示す図。第３図は本発明にお
ける積層圧電変換子の一例を示す斜視図、第４図は超音
波探触子の周波数特性図、第５図は本発明の他の実施例
を示す図、第６図は従来の超音波探触子の一例を示す図
。 図において、ｌＯは積層圧電変換子、 １１ 、１２
、１３は音響整合層、１４はバッキング、２０はグリー
ンシート、２１は導電ペースト、２２はギャップ、３０
はＰｂＴｉＯ３系圧′区セ糸玉ックス、３１は内部電極
、３２゜３２′は外部電極、３３ 、３３’は表面磁器
層、５１は絶縁物、６１は矩形板状変換子、６２ 、６
３は音響整合層、矢印は分極方向を示す。
探触子の概略図、第２図は本発明の探触子に用いる圧電
変換子部分の積層構造例を示す図。第３図は本発明にお
ける積層圧電変換子の一例を示す斜視図、第４図は超音
波探触子の周波数特性図、第５図は本発明の他の実施例
を示す図、第６図は従来の超音波探触子の一例を示す図
。 図において、ｌＯは積層圧電変換子、 １１ 、１２
、１３は音響整合層、１４はバッキング、２０はグリー
ンシート、２１は導電ペースト、２２はギャップ、３０
はＰｂＴｉＯ３系圧′区セ糸玉ックス、３１は内部電極
、３２゜３２′は外部電極、３３ 、３３’は表面磁器
層、５１は絶縁物、６１は矩形板状変換子、６２ 、６
３は音響整合層、矢印は分極方向を示す。
Claims (1)
- ＰｂＴｉＯ＿３系圧電セラミックス板内部に複数の平面
状内部電極が所定の間隔で形成されており、各内部電極
は前記セラミック板の２側面で、該側面に形成された外
部電極と一層おきに接続している積層型構造であって、
内部電極にはさまれた前記セラミック層は積層方向に交
互に逆向きに分極されている構造の圧電変換子と、該変
換子の積層方向に垂直な一方の面に形成された音響整合
層とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59190916A JPH07108038B2 (ja) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59190916A JPH07108038B2 (ja) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6169300A true JPS6169300A (ja) | 1986-04-09 |
| JPH07108038B2 JPH07108038B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=16265835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59190916A Expired - Lifetime JPH07108038B2 (ja) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07108038B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0306288A2 (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic imaging apparatus |
| US5115809A (en) * | 1989-03-31 | 1992-05-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe |
| JP2006247025A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 体腔内診断用超音波プローブ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4879590A (ja) * | 1972-01-24 | 1973-10-25 | ||
| JPS5240091A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-28 | Siemens Ag | Multiilayer element composed of piezooelectric ceramics and method of producing same |
| JPS5582899U (ja) * | 1978-12-01 | 1980-06-07 |
-
1984
- 1984-09-12 JP JP59190916A patent/JPH07108038B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4879590A (ja) * | 1972-01-24 | 1973-10-25 | ||
| JPS5240091A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-28 | Siemens Ag | Multiilayer element composed of piezooelectric ceramics and method of producing same |
| JPS5582899U (ja) * | 1978-12-01 | 1980-06-07 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0306288A2 (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic imaging apparatus |
| US5115809A (en) * | 1989-03-31 | 1992-05-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe |
| JP2006247025A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 体腔内診断用超音波プローブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07108038B2 (ja) | 1995-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |