JPS62131700A - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、医療、工業、水産業等の各種産業用の超音波
装置に超音波の送受波部として使用される超音波探触子
を利用分野とし、特に、超音波の発生源となる探触子用
の複合圧電板に関する。

（発明の背景） 一般に、超音波探触子は、例えば人体、金属、水中等の
被検出体に超音波を送出し、その反射波を受入して、被
検出体の疾患部、欠陥部、障害物等をを探索する超音波
装置の送受波部として広く利用されている。そして、こ
れらの超音波探触子には、用途、目的等に応じて超音波
を送受波する種々の形態があり、例えば遠近自在に探索
可能とした超音波探触子にあっては、超音波の送受波方
向に対して焦点距離を可変できるようにした可変焦点型
探触子がある。

（従来技術） 第５図（ａ）は、可変焦点型探触子の一般的な一例を示
す図で、特に超音波の発生及び受入源である探触子用圧
電板の図である。

即ち、この可変焦点型探触子は、素材をジルコン酸チタ
ン酸鉛（以下、ＰＺＴとする。）として両主板面に電極
３０が形成された円板状圧電板３１とこれを取り巻く複
数の円環状圧電板３２　（３２ａ、　３２　ｂ、　３２
　ｃ）とを同心円状に配列して探触子用圧電板とし、第
５図（ｂ）の断面図に示したように、円板状及び環状圧
電板３１．３２に信号導出入用リード線３３をそれぞれ
接続し、超音波送受波面側となる一方の板面側に音響マ
ツチング層３４、他方の板面側にバッキング材３５を取
着し前記超音波送受波面側を前面にして図示しないケー
スに封入している。そして、この超音波探触子は、第６
図に示したように、円板状及び環状圧電板３１．３２が
、例えば遅延線３６ａ、３６　ｂ、　３６　ｃ、　３６
　ｄを通して遅延量（位相）の異なる電気パルスを印加
されてそれぞれ独立しｔ：振動子として動作し、円板状
及び環状圧電板３１．３２から送受される超音波ビーム
が所定の位置にて焦点ｆを結ぶように駆動される。そし
て、この可変焦点型探触子にあって（よ、円板状及び環
状圧電板３１．３２に印加される電気パルスの遅延時間
を所定の時間に設定することにより、超音波ビームの焦
点距離を自在に制御でき、特に、被検出体の超音波送受
波方向における任意の場所を探索可能としている。

（従来技術の欠点） ところで、このような可変焦点型探触子の焦点距離を可
変し良好な音場特性を得て有効な位相制御を行うために
は、円板状及び環状圧電板３１．３２の相互間隔りを被
検出体となる人体、金属、水等の媒質中の超音波の波長
λよりも小さいことが望ましいとされている。例えば、
水中あるいは人体を媒質としｔ：場合に（よ超音波の音
速が１５００ｍ／ｓｅｃであるので、周波数が３　Ｍ　
Ｈｚの波長λは０．５ｍｍ以下となる。このため、円板
状及び環状圧電板３］、３２の相互間隔りは０．５ｒｎ
ｍ以下にすることが望ましいが、実際には製造上の問題
等で、この相互間隔りは通常波長λの２〜４倍程度に選
定され、例えば円板状及び環状圧電板３１．３２が点音
源とならずに音場特性の先端にグレーティングロブ等を
発生する原因となっていた。そして、この場合にあって
も、１）　Ｚ　Ｔや圧電セラミックス等の圧電体を径の
異なる複数の環状に形成し、相互間隔りを一定にして同
一板面上に配列することは極めて困難であるので、円板
状及び環状圧電板３１．３２の焦点ｆが一致しなくなっ
たりし、前記グレーティングロブ等の発生と併せて音場
特性を劣化させ高品位の情報を得ろことができない欠点
があった。

又、一般に円板状及び環状圧電板３１．３２の厚みｔと
幅Ｗとの比ｗ／ｌを０．６以下にすることが、厚みに対
する幅方向の振動を抑制し、不要超音波の発生を防止す
るとされている。しかし、前述の周波数を３　Ｍ　Ｈｚ
とした環状振動子の厚みｔ（よ略０．７ｍ＋ｎとなるの
て、ｗ／ｌは略１〜２゜８となり規定値の０．６以下を
満足しなくなって不要超音波を発生し、前述同様に音場
特性を低下させていた。このため、例えば第７図の断面
図に示（ッたように、円板状及び環状圧電板３１．３２
に周回する溝３７を設けてｗ／ｌを規定の０．６以下と
した複数の分割圧電板３８を形成し、この複数の分割圧
電板３８から円板状及び環状圧電板３１．３２を構成す
ることが考えられる。しかし、乙の場合には、前述した
以」−に円板上及び環状圧電板３１．３２を分割する乙
とが困難になるので、実用上適さない製造上の問題があ
った。

又、特に、上述した製造上の問題を解決するために、例
えば第８図（ａ）の平面図、同図（ｂ）の断面図に示し
たように、一枚の圧電板３９に円板状電極４０と複数の
環状電極４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）とを同心円状
に形成して、円板状及び環状電極４０．４１の設けられ
た圧電板部分をそれぞれ一つの独立した円板状及び環状
圧電板とみなし、円板状及び環状圧電板を前述１ノだよ
うに、位相制御して可変焦点型探触子としたものがある
。しかし、この場合には、円板状及び環状圧電板が同一
素材の圧電材にて連結されているため、円板状及び環状
圧電板が相互に干渉して音場特性を極度に劣化させ、特
に高品位の情報を必要とする超音波装置には実用上供し
得ない欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、製作が容易で、振動子を任意の形状に配列で
き、音場特性が良好な超音波探触子及びその製造方法を
提供することを目的とする。

（発明の特徴） 本発明の第１の発明は、複数個の微小圧電片を板面方向
に充填材にて連結して接合圧電板を形成し、該複合圧電
板の両主板面に超音波発生用の駆動電極を形成したこと
を特徴とする。

本発明の第２の発明は、一枚の圧電板を基台に固着して
複数個の微小圧電片に分割し、各微小圧電片間の溝に充
填材を設けて各微小圧電片を板面方向に連結（７て複合
圧電板を形成し、その後、該複合圧電板に超音波発生用
の駆動電極を形成した乙とを特徴とする。

（第１発明の実施例） 第１図は、本発明の第１の発明の一実施例を説明する超
音波探触子の図である。尚、第１図（ａ）は音響マツチ
ング層及びバッキングを除く平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ’断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の点
線枠イで示す一部拡大平面図である。

即ち、この超音波探触子は、−辺を略０．１５ｍｎ’＋
として、幅Ｗと厚みｔとの比を０．６以下とした例えば
ＰＺＴからなる微小圧電片１　（以下圧電片１とする。

）をバッキング材２の平坦面一ヒに所定の間隔Ｄ１で行
列的に二次元状に並へている。尚、間隔ＤＪは圧電片１
の幅Ｗとギャップｄとの和ｗ　＋　ｄとし、この間隔Ｄ
１は使用する超音波の波長λより小さい。そして、各圧
電片１のギヤ、ツブとなる谷溝３には、音響インピーダ
ンスをこの圧電片１より充分小さな値としたエポキシあ
るいはシリコン樹脂等の充填材３が埋設され、各圧電片
１を連結して圧電片１の集合によるシート状の複合圧電
板４を形成している。この複合圧電板４のバッキング材
側の一方の主板面には、複数の圧電片１を励振して超音
波を発生させる＋側の駆動電極として、板面中央に直径
を略３ｍｍとした円形状電極５及びこれを取り巻き順次
直径が大となりその幅が小となって、前記円形状電極５
と面積が等しい複数の環状電極６　（６ａ、６ｂ、６ｃ
）が、例えば印刷焼付けにより形成されている。そして
、他方の主板面側には、前記＋側電極と対をなし一側の
アース電位となる駆動電極として全面電極７が同様に印
刷焼付けにより形成され、更に、この全面電極７上には
エポキシ樹脂等の音響マツチング層８が媒質との整合条
件を満すインピーダンス値に選定されて均一な厚みて例
えばコーティングにより施されている。尚、円形状及び
環状電極５．６の間隔Ｄ２は使用する超音波の波長λよ
り小さく設定されている。そして、円形状電極５、各環
状電極６及び全面電極７からは図示しない送受回路側と
接続する信号導出入用のリード線がそれぞれバッキング
材２内を通して外部に導出されている。

そして、この超音波探触子は、前述した第２図にて説明
したように、異なる時間の遅延量に設定された遅延線を
通した電気パルスにより、円板状及び各環状電極５．６
部の複合圧電板部分（以下、環状複合振動子とする。）
の複数の圧電片１が励振駆動されて超音波を被検出体に
送出し、前記遅延量で定まる所定の位置で焦点を結んで
その位置における情報を反射波として受入し、この反射
波を電気的な情報パルスに変換する。尚、この情報パル
スは図示しない超音波装置の本体にて解読並びに表示が
行われ、被検出体内における疾患、欠陥部等の状況を的
確に知らしめる。

従って、この実施例の超音波探触子によれば、次の実施
例効果を生ずる。即ち、 （イ）、複合圧電板４の主板面に円板状及び環状電極５
．６が形成されているので、円板状及び環状複合振動子
の相互間隔Ｄ２を一定にして容易に配列することができ
る。

口）、円板状及び環状複合圧電板が、厚みｔに対する幅
Ｗの比ｗ／ｌが略０．６以下の複数の圧電片１からなる
ので、円板状及び環状複合振動子の特に幅方向の振動を
抑制し、不要超音波の発生を防止する。

ハ）、充填材３の音響インピーダンスが圧電片１より充
分小さいので、圧電片間の相互干渉を防止する。

二）、圧電片１の相互間隔Ｄ１を超音波の波長λ以下と
し各圧電片１を点音源としているので、円板状及び環状
複合振動子は単一圧電板と同等の特性を有する。又、円
板状及び環状複合振動子の相互間隔Ｄ２も超音波の波長
λ以下としているので、音場特性を損なうことがない。

ホ）、円板状及び環状電極５．６の面積を一定にしたの
で、円板状及び環状複合振動子の入出力インピーダンス
を一定にでき、送受波回路側との整合を取り易い。

等の実施例効果を生ずる。

尚、本実施例では、複合圧電板の一方の主板面にアース
電位となる全面電極７を設けたが、一方の主板面に形成
した円板状及び環状電極５．６に対向する電極としても
よい。

（第１発明の他の実施例） 以下、本発明の超音波探触子に係わる他の実施例を図に
より説明する。尚、他の実施例の説明にあっては、バッ
キング材、音響整合層は前記実施例と略同用であるので
、その部分の図及び説明は省略する。

他の実施例（１） 第２図は本発明の他の実施例を示す超音波探触子の図で
、同図（ａ）は音響整合層を除く平面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＢ−Ｂ’断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）
の点線枠（ロ）で示す部分の一部拡大図である。

即ち、この超音波探触子は、複数の圧電片１を充填材３
にて板面方向に連結した複合圧電板４を四角形とし、一
方の主板面に複数列の＋側の列状電極１０を形成し、他
方の主板面に前記＋側の列状電極１０と直交して交叉し
、アース電位となる一側の列状電極１１を形成して、＋
側並びに−側の列状電極１０．１１からそれぞれ信号導
出入用のリード線９を外部に導出したものである。尚、
この複合圧電板４にあっても、前述同様、圧電片１の相
互間隔及び列状電極１０．１１部分の圧電体部分を独立
して動作する振動子とした列状振動子相互間隔を超音波
波長λ以下とし、各列状電極１０．１１の面積を等しく
している。そして、乙の超音波探触子は、＋側と一側と
の列状電極１０．１１が交叉する部分の圧電体部分が独
立した交叉振動子となり、＋側と一側と駆動電極を選択
することにより所定の交叉振動子が動作され、被検出体
の任意の部分の超音波探索をおこなう。勿論、各列状電
極１０．１１に遅延パルスを印加して、交差振動子ある
いは所定の交叉振動子のグループを順次動作させ、被検
出体の各部を連続的に探索できることはいうまでもない
。

従って、この実施例にあっても、前記実施例と同様に、 イ）、複数個の圧電片１を充填材３にて結合した複合圧
電板４としているので、列状電極１０．１１を形成して
列状振動子の間隔Ｄ２を一定にして配列できる。

口）、各列状振動子は、ｗ／ｌが０．６以下の複数の圧
電片１からなるので、幅方向の振動を抑圧できる。

ハ）、充填材３の音響インピーダンスが圧電片１より充
分小さいので、圧電片間の相互干渉を防止する。

二）、圧電片１及び列状振動子の相互間隔Ｄ１、Ｄ２を
それぞれ超音波の波長λ以下としているので、単一圧電
板と同等の特性を有し、台状特性の乱れを防止する。

ホ）、各列状電極１０，１１の面積を等しくしたので、
列状振動子の入出力インピーダンスを一定にでき送受波
回路側との整合をとり易い。

等の実施例効果を得ることができる。

髄の実り（２） 第３図は本発明の更に他の実施例を示す超音波探触子の
図である。尚、第３図（ａ）は超音波探触子の平面図、
同図（ｂ）は同図（ａ）のｃ−ｃ’断面図、同図（ｃ）
は同図（ａ）の点線枠（ハ）で示す一部拡大図である。

即ち、この超音波探触子は、複数の圧電片１を充填材３
により集合した複合圧電板４に超音波発生用の電極を形
成し、この複合圧電板４を一次元方向に列状にして配列
される複数個に分割して複合分割圧電板１２　（以下、
分割複合板１２とする。）を形成し、各複合圧電板１２
に遅延パルスを印加して順次駆動し、リニアー、セクタ
ー型として使用される配列型探触子としたものである。

なお、この実施例にても、分割複合板１２は、圧電片１
及び分割複合板１２の相互間隔をを超音波波長λ以下と
し、各分割複合板１２の面積を等しくしている。

従って、この実施例にあっては、 イ）、圧電片１の相互間隔Ｄ１をそれぞわ超音波の波長
λ以下としているので、単一圧電板と同等の特性を有し
、音場特性の乱れを防止する。

口）、各分割複合板１２は、ｗ／ｌが０．６以下の複数
の圧電片１からなるので、幅方向の振動を抑圧して不要
超音波の発生を防止する。

ハ）、音響インピーダンスが圧電片１より充分小さい充
填材３にて連結しているので、圧電片間の相互干渉を防
止する。

二）、分割複合板１２を駆動する電極の面積を等しくし
たのて、各複合圧電板１２の入出力インピーダンスを一
定にてき送受波回路側との整合をとり易い。

等の実施例効果を生ずる。

（他の事項） 尚、上記の各実施例にあっては、複合圧電板４が形成さ
れる圧電片１を、大きさが等しい四角形のＰＺＴからな
る微小片としたが、例えば圧電片１を圧電セラミックス
として円形状としてもよく、又、圧電片１の大きさは一
定でな（それぞれ異ならせて超音波の周波数帯域を広げ
てもよい。又、上記実施例にあっては、複合圧電板４に
円形状及び環状電極５．６、列状電極１０，１１等を形
成した超音波探触子について説明したが、本発明はこれ
らの超音波探触子に限定されることなく、各種用途に応
しｔ：超音波探触子に適用され、本発明の趣旨を逸脱１
ツない範囲内て適宜自在に利用することができる。

（第２発明の実施例） 以下、本発明の第２の発明に係わる超音波探触子の製造
方法について、第４図を参照して説明する。

尚、この実施例にあっては、第１の発明の第１実施例に
対応する超音波探触子の製造方法として説明する。

丁↓ 先ず、第４図に示したように、厚みをｔとしたＰＺＴか
らなる一枚の正方形状の圧電板を、圧電片１の相互間隔
りが０．１５ｍｍ以下の充分小さい細の目状に切断分割
する。尚、各々の切断された圧電片コが離散しないよう
に、予め、圧電板の底面を基台１４上に例えば熱に溶解
するような接着剤やニカワ等で固着して切断する。但し
、第４図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図、同図（
ｃ）（ｄ）は同図（ａ）（’ｂ）の一部拡大図である。

μ（ζ 次に、この切断によって生じた各圧電片間のギヤ・ツブ
となる溝１５にこの圧電板より充分小さな音響イノビー
グンス値のエポキシあるいはシリコン樹脂等の充填材３
を埋設して各圧電片１を板面方向に連結し、複数個の小
さな圧電片１の集合によるシート状の複合圧電板４を形
成する［第４図（ｅ）（ｆ）の一部拡大図及び断面図）
」。

工程３ 次に、充填材３が硬化して複数の圧電片１が連結された
頃合を見計らって、複合圧電板４の接着剤が施された底
面を熱溶融して複合圧電板４を基台１４から取外す。そ
して、複合圧電板４の両主板面を洗浄して所定の厚みに
研摩する「第４図（ｇ）（ｈ）の一部拡大平面図及び断
面図」。

工程４ 次に、複合圧電板４の一方の主板面の中央に、円形状電
極５、更にこの円形状電極５を取り巻く外周に、順次直
径が大きく幅が小さくなって前記円形状電極の面積と等
しい円環状電極６（６ａ。

６ｂ、６ｃ）を印刷焼付けにより形成する。そして、他
方の主板面に１よ、その全面にアース電位となる全面電
極７を前記同様印刷焼付けにより形成する。尚、円形状
電極５、複数の環状電極６、全面電極７には（ｉ号導出
入用のリード線９がその端部から導出される「第４図（
１）（」）の一部拡大平面図及び断面図」。

工程５− 次に、前記信号導出入用のリード線９を通して、全面電
極７側をアース電位となる一側、円形状及び環状電極５
．６側を＋側とし−ｃ１分極処理を施す。

工程６ 最後に、前述した第１図に示したように、複合圧電板４
の全面電極７側が形成された一方の主板面側に媒質との
整合条件を満すインピーダンス値に選定された音響マツ
チング層８を均一な厚みで例えばコーティングによ形成
し、他方の主板面側にバッキング祠２を形成する。尚、
円板状及び環状電極５．６、全面電極７と接続した信号
導出入用のリード線はそれぞれバッキング材内を通して
外部に導出される。

従って、乙の実施例による超音波探触子の製造方法によ
れば、 イ）、一枚の圧電板を基台１４に固着して複数個の圧電
片１に切断分割して複合圧電板４を形成したので、複数
の圧電片を同一板面内にして均一に配置できろ。

口）、複合圧電板４の主板面に円板状及び円環状電極５
．６を形成して超音波探触子を形成しｌ−ので、円板状
及び環状複合振動子を所定の間隔にして確実に配列でき
る。

ハ）、複合圧電板に円板状及び円環状電極５．６を形成
した後、複合圧電板４の円板状及び環状電極部分の各圧
電片に分極処理を施したので、円板状及び環状電極部分
以外の圧電片１は分極されず、円板状及び環状振動子の
独立性を増長てきろ。

等の実施例効果を生ずる。

尚、この実施例にあっては、第１の発明の第１実施例に
対応する超音波探触子の製造方法として説明したが、第
１の発明の他の実施例に対応した超音波探触子の製造方
法にも適用できることはいうまでもなく、例えば板面を
曲面状にしたりしてその他種々の形態の超音波探触子の
製造方法に適用できる。又、この実施例にあっては、複
合圧電板を形成した後、分極処理を施したが、本発明は
、予め分極された圧電板から複合圧電板を形成したとし
ても、これを本発明の技術範囲から除外するものてはな
い。

（発明の効果） 本発明は、複数個の圧電片を板面方向に充填材にて連結
して複合圧電片とし、該複合圧電板の両主板面に超音波
発生用の駆動電極を形成したので、製作が容易で、振動
子を任意の形状に配列できて音場特性が良好な超音波探
触子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１発明の１実施例を説明する超音波
探触子の図で、同図（ａ）は同平面図、同図（ｂ）は同
断面図、同図（ｃ　）は同図（ａ）の点線枠イで示す一
部拡大図である。第２図は第１発明の他の実施例を示す
超音波探触子の図で、同図（ａ）は同平面図、同図（ｂ
）は同断面図、同図（Ｃ）は同図（ａ）の点線枠口で示
す一部拡大図である３、第３図は第１発明の他の実施例
を示す超音波探触子の図で、同図（ａ）は同平面図、同
図（ｂ）は同断面図、同図（ｃ）は同図（、）の点線枠
口で示す一部拡大図である。 第４図（ａ）〜（３）は本発明の第２の発明の一実施例
である超音波探触子の製造方法を説明する各工程におけ
る超音波探触子の図である。 第５図（ａ）は従来の可変焦点型探触子の図、同図（ｂ
）は同断面図図、第６図（よ前記第５図の可変焦点型探
触子の駆動方法を説明する図、第７図は従来の可変焦点
型探触子の他の例を示す断面図、第８図（ａ）（よ従来
の可変焦点型探触子の更に他の例を示す平面図、同図（
ｂ）は同断面図である。 １　圧電片、３　充填材、４　複合圧電板、５円形状電
極、６　環状電極、７　全面電極、１０．１１　列状電
極、１２　分割複合板、１４基台、１５　溝、１６　接
着剤。 第２図 第３閃 （Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｆ
Ｈ区 ０つ　　　　　　　　　　　　　　　　　　００派　　
　　　　　　　　　　　　派 区

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の微小圧電片を板面方向に充填材にて連結
   して複合圧電板とし、該複合圧電板の両主板面に超音波
   発生用の駆動電極を形成したことを特徴とする超音波探
   触子。
2. （２）第１項記載の特許請求の範囲において、前記駆動
   電極は少なくとも一方の主板面にて環状電極であること
   を特徴とする超音波探触子。
3. （３）第１項記載の特許請求の範囲において、前記駆動
   電極は少なくとも一方の主板面にて同心円上の複数の円
   環状電極であることを特徴とする超音波探触子。
4. （４）第１項記載の特許請求の範囲において、前記駆動
   電極は両主板面にて交叉する列状電極であることを特徴
   とする超音波探触子。
5. （５）一枚の圧電板を基台に固着して複数個の微小圧電
   片に分割し、各微小圧電片間の溝に充填材を設けて各微
   小圧電片を板面方向に連結して複合圧電板を形成し、そ
   の後、該複合圧電板に超音波発生用の駆動電極を形成し
   たことを特徴とする超音波探触子の製造方法。