JPS631542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波診断装置や超音波を利用した
非破壊検査装置などに好適な超音波探触子の製造
方法に関する。

近時超音波は、各分野に広く用いられている。
これを利用した診断装置や検査装置には、超音波
の送受波を行なう探触子が設けられている。この
探触子概略を、電子走査用の超音波探触子を例に
説明する。第１図および第２図において、圧電部
材１の対向した２面１ｂ，１ｃに電極２，３を連
設して構成した４個の圧電振動子４，…が間〓
５，…を保つて超音波吸収材からなる保持体６に
接着されている。各圧電振動子４，…の一方の電
極２，…上には圧電振動子４，…と超音波被照射
体（図示しない）とのインピーダンスを整合する
整合層７が設けられていて、間〓５，…には絶縁
部材が充填されて、各圧電振動子４，…間の絶縁
層８を構成している。また各電極２，…，３，…
にはリード線９，…，１０，…が接続されて探触
子が構成されている。

この探触子の製造方法を、第３図を参照して説
明すると、一般に、板状の圧電部材１ａに電極２
ａ，３ａとリード線９，…，１０，…を設けて圧
電振動子４ａを構成する工程と、これを保持体６
に接着する工程と、圧電振動子４ａに薄い砥石で
切れ目を入れて、複数個の圧電振動子４，…から
なる圧電振動子群４ｂを形成する工程と、一方の
電極２ａ上に整合層７を形成する工程とから構成
されている。

しかるに、上述の探触子の最も大きな欠点は、
送受波における損失が非常に大きいことである。
その原因は、圧電振動子４を接着している保持体
６が、合成樹脂やゴムに比重の大きな充填材を加
えた超音波吸収体であるからである。圧電振動子
４，…によつて発生した超音波のうち、保持体６
に進んだものが全てこれに吸収されて損失とな
り、結果として、探触子の送受波感度が低下する
のである。また保持体６は、超音波吸収体で放射
される超音波を完全に吸収させるためにその体積
と重量を大きくするので、探触子の操作性を損な
うという不都合があつた。

本発明は、上述の不都合を除去するためになさ
れたもので、超音波の送受波感度がよく、しかも
取扱いの容易な超音波探触子の製造方法を得るこ
とを目的としたもので、圧電振動子の他方の電極
と保持体との間に空〓を設けることにより送受波
における損失を減じた探触子およびその製造方法
である。

以下、本発明の超音波探触子の製造方法の詳細
を実施例により説明する。なお、従来例と同一部
分には同一符号を付して、詳細な説明を省略す
る。

先ず第１の実施例において製造される超音波探
触子につき述べる。第４図において、円柱状の圧
電部材１、例えばPZTからなる部材の両端面す
なわち対向した２面１ｂ，１ｃに電極２，３を設
け、これらからリード線９，１０を導出して圧電
振動子４が構成されている。そして、一方の電極
２上には、酸化タングステンを混合した熱硬化性
樹脂例えばエポキシ樹脂からなる整合層７が形成
されている。また、圧電振動子４の側面１ｄに、
石英粉末を混合した熱硬化性樹脂、例えばエポキ
シ樹脂からなる円筒状の支持体１１が接着されて
いる。この支持体１１は、他方の電極３より突出
して延在している。そして、この延在端部に同様
な材料からなる円盤状の連結体１４が接着されて
いて、支持体１１と連結体１４とで保持体６が構
成されている。従つて、支持体１１の突出量をｈ
とすると、保持体６の電極３に対向した面と電極
３との間に、間隔ｈの空〓１５が形成されてい
る。

次に、第２の実施例において製造される超音波
探触子につき説明する。第５図において、複数
個、例えば４個の圧電振動子４，…を間〓５，…
を存して配設し、それらの一方の電極２，…上に
整合層７を形成して圧電振動子群４ｂが構成され
ている。この圧電振動子群４ｂは、これに接着固
定された支持体１１により一体的に支持されてい
る。支持体１１は石英粉末を混合した熱硬化性樹
脂、例えばエポキシ樹脂からなつていて、圧電振
動子群４ｂの外側を囲む枠状の外側部材１２と、
間〓５，…に挿入される板状の内側部材１３，…
とから構成されている。外側部材１２，…、内側
部材１３，…とも圧電振動子４，…の側面に接着
固定されるが、いずれも一端は他方の電極３，…
から長さｈだけ突出延在している。この支持体１
１の上記一端に支持体１１と同様な材料からなる
角柱状の連結体１４が接着されていて、支持体１
１と連結体１４とで保持体６が構成されている。
従つて、上記の突出により、連結体１４は電極３
とは離間していて、保持体６の電極３，…に対向
している部分と電極３，…とで間隔ｈの空〓１
５，…が形成されている。

次に、第３の実施例において製造される超音波
探触子につき、第６図を参照して述べる。本実施
例と第２の実施例とは同様な構成である。しか
し、支持体１１の内側部材１３が熱硬化性樹脂の
垂下により形成されている点で相違していて、こ
の垂下により内側部材１３の内部に、空所１３ａ
が形成されて圧電振動子４，…間の結合が空所１
３ａにより断たれている点で著しく相違してい
る。

次に、第４の実施例において製造される超音波
探触子につき第７図を参照して述べる。本実施例
も第２の実施例と同様な構成であるが、支持体１
１と連結体１４と一体成形して保持体６を形成
し、これを圧電振動子群４ｂに接着して構成して
いる点が相違している。

次に、本発明の探触子の製造方法を実施例によ
り詳細に説明する。先ず、第１の実施例を第４図
および第８図イ，ロ，ハを参照して説明する。本
実施例は、第４図に示す第１の実施例の探触子の
製造方法である。本実施例は、圧電振動子４を形
成する圧電振動子形成工程と、整合層７を形成す
る整合層形成工程と、保持体６を形成固着する保
持体形成工程とから構成されている。しかして、
圧電振動子形成工程は、短円柱状の圧電部材１の
両端面１ｂ，１ｃに、メツキ、蒸着などにより電
極２，３を設け、適宜リード線９，１０を導出し
て圧電振動子４を形成する。次に、整合層形成工
程において、圧電振動子４の一方の電極２上にタ
ングステンを混合したエポキシ樹脂を被着し、
１／4λ（λは波長）の厚さに加工して整合層７を
設ける。次に、保持体形成工程において、石英粉
末を混合したエポキシ樹脂を円筒状に形成して支
持体１１を形成し、これを圧電振動子４に外装
し、接着する。この支持体１１の長さは圧電振動
子４の長さより空〓１５を形成するため長さｈだ
け長く作られている。したがつて、接着した際長
さｈだけ電極３より突出する。次に、同じ材質か
らなる短円柱状の連結体１４を支持体１１の突出
端部に接着し、保持体６の形成固着がなされる。
なお、本実施例においては、連結体１４と支持体
１１とは、別個に形成したがこれらを一体成形し
て保持体６を形成してもよい。

次に、第２の実施例につき、第５図，第９図〜
第１１図を参照して述べる。本実施例は第５図に
示す探触子の第２の実施例の製造方法である。第
１の実施例と同様に圧電振動子形成工程と、整合
層形成工程と、保持体形成工程とからなつている
が、第５図に示すような複数個の圧電振動子４，
…を具えた探触子の製造方法（以下第３，第４の
実施例も同様）で、保持体形成工程が第１の実施
例と著しく異るものである。圧電振動子形成工程
において、矩形板状の圧電部材１ａの対向した２
面１ｂ，１ｃに電極２ａ，３ａを設けて、圧電振
動子４ａを形成する。次に、整合層形成工程にお
いて、一方の電極２ａに整合層７を被着する。次
の保持体形成工程は、分割工程と、支持体形成工
程と、保持体形成固着工程と、治具除去工程とか
らなつている。分割工程において、前工程により
形成された圧電振動子４ａを整合層７を介して固
定治具２１に着脱容易なように、例えばパラフイ
ンなどにより固着する。次に、他方の電極３ａ上
に空〓１５を設けるために、厚さｈ（第５図の長
さｈ）の空〓片２２ａ、例えば接着テープを接着
し、薄い砥石により圧電振動子４ａにテープ側か
ら切込みを入れ、第１０図に示すように、複数
個、例えば４個の圧電振動子４，…からなる圧電
振動子群４ｂを固定治具２１上に形成する。次
に、支持体形成工程において、四角い枠体治具２
３を圧電振動子群４ｂの外周を囲んで固定治具２
１上に載置する。そして、枠体治具２３内に、支
持体１１となるべき材料例えば石英粉末を混合し
たエポキシ樹脂１１ａを、テープ２２の上面まで
注入する。これにより、エポキシ樹脂１１ａは、
枠体治具２３と圧電振動子群４ｂの外周との間お
よび圧電振動子４，…の間〓５，…に充填され
る。このエポキシ樹脂１１ａを硬化させて、支持
体１１を形成して圧電振動子４，…に接着固定さ
れる。次に、保持体形成固着工程において、空〓
片（テープ）２２，…を剥離して角柱状の連結体
１４を支持体１１の突出端部に第１１図二点鎖線
で示すように接着して保持体６が形成される。次
に、治具除去工程において、固定治具２１、枠体
治具２３を除去して第５図に示す探触子を得る。

次に、第３の実施例を第６図，第１２図〜第１
４図を参照して説明する。本実施例は、圧電振動
子形成工程と、整合層形成工程と、保持体形成工
程とからなつていて、第２の実施例と保持体形成
工程のみが相異しているので保持体形成工程につ
いてのみ説明する。保持体形成工程は、分割工程
と、支持体予備形成工程と、連結体形成工程と、
支持体垂下形成工程と治具除去工程とから構成さ
れている。前実施例の場合と同様に分割工程（但
し間〓片２２ａは不要）により第１２図に示す状
態となる。次に支持体予備形成工程において、こ
れに第１３図に示すような予め成形した四角い枠
状の支持体１１の外側部材１２を、第１４図に示
すように、固定治具２１上に圧電振動子群４ｂの
外周を囲んで載置し、圧電振動子群４ｂの外周に
接着する。上記外側部材１２は、圧電振動子群４
ｂより空〓を形成する長さｈだけ高く突出してい
る。次に、間〓５，…に支持部材１１の内側部材
１３，…を形成する部材（例えば前実施例と同
様）を電極３の上面まで注入する。次に、連結体
形成工程において、外側部材１２の突出端面に角
柱状の連結体１４を二点鎖線で示すように接着す
る。次に、支持体垂下形成工程において、全体を
反転させて固定治具２１を上部に連結体１４を下
部に位置させる（第６図参照）。これにより、液
状の内側部材１３は垂下し、連結体１４上に達し
て固化し、支持体１１の内側部材１３ができて保
持体６が形成される。なお、間〓５，…の部分
は、垂下により内部に空所１３ａが形成される。
次に、治具除去工程において治具２１を除去して
第６図に示す探触子が得られる。

次に、第４の実施例につき第７図，第１２図，
第１５図を参照して説明する。本実施例は、第７
図の第４の探触子の製造方法で圧電振動子形成工
程と、整合層形成工程と保持体形成工程とからな
り、第２の実施例と保持体形成工程が相異するの
みであるので、保持体形成工程についてのみ説明
する。保持体形成工程は分割工程と、保持体接着
工程と治具除去工程とからなつている。上記圧電
振動子群を形成する分割工程により第１２図に示
した状態となる。但し、二点鎖線で示す部分は除
く。次に、保持体接着工程において、第１５図に
示すような支持体１１と連結体１４とを一体成形
した保持体６を圧電振動子群４ｂに装着して接着
固定し、治具除去工程において固定治具２１を除
去して第７図に示す探触子を得る。

なお、各部に使用される材料は、本実施例に記
載されたものに限定されない。また、治具除去
は、適時行なつてもよいことは言うまでもない。

以上、詳述したように、超音波探触子の製造方
法は、支持体を圧電振動子の側面に接着固定した
ので、圧電振動子の他方の電極と、これに対向し
た保持体との空〓長さは支持体の突出量を規制す
ることによりきわめて容易に正確に設定できる。
また、第２乃至第４の実施例のように、固定治具
上に整合層を介して圧電振動子群を固定した場合
は、固定治具の上面を基準にして突出量が設定で
きるので、空〓長さを正確に設定することができ
る。さらにまた、第２の実施例のように空〓片を
用いたものは、単に空〓片を着脱するだけで各空
〓が均一であり作業性がよく、第３の実施例の場
合は、間〓に空所が形成されるので、各圧電振動
子間の結合がなくなり、セクター形のような電圧
印加時間を変えることにより超音波ビームの方向
を換える探触子の製造に適しており、第４の実施
例のように、支持体と連結体を一体形成して保持
体を形成したものは、作業性がきわめてよく多量
生産に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の探触子の側面図、第２図は同じ
く断面正面図、第３図は従来の探触子の製造方法
の説明図、第４図は本発明の第１の実施例におい
て製造される超音波探触子の断面正面図、第５図
は同じく第２の実施例において製造される超音波
探触子の断面正面図、第６図は同じく第３の実施
例において製造される超音波探触子の断面正面
図、第７図は同じく第４の実施例において製造さ
れる超音波探触子の断面正面図、第８図イ，ロ，
ハは本発明の第１の実施例の説明斜視図、第９図
ないし第１１図は同じく第２の実施例を工程順に
示す説明図、第１２図ないし第１４図は同じく第
３の実施例を工程順に示す説明図、第１５図は同
じく第４の実施例の保持体の斜視図である。 ｈ……空〓間隔、１……圧電部材、１ｂ，１ｃ
……対向した２面、２……一方の電極、３……他
方の電極、４……圧電振動子、４ｂ……圧電振動
子群、５……間〓、６……保持体、７……整合
層、１１……支持体、１２……外側部材、１４…
…連結体、１５……空〓、２１……固定治具、２
２，２２ａ……空〓片、２３……枠体治具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧電部材の対向した２面に電極を設ける圧電
   振動子形成工程と、一方の上記電極を覆つて整合
   層を形成する整合層形成工程と、上記圧電部材の
   側面に固定される支持体および上記支持体の一端
   に固定され他方の上記電極を覆う連結体からなる
   保持体を形成し上記連結体と他方の上記電極との
   間に空〓を設けて上記支持体を上記圧電部材の側
   面に固定する保持体形成工程とからなり、上記保
   持体形成工程は圧電振動子を整合層を介して固定
   治具に固定し他方の電極上に所定の空〓間隔に等
   しい厚さの空〓片を接着した後上記圧電振動子を
   複数個に分割して圧電振動子群とする分割工程
   と、上記固定治具に載置した枠体治具で上記圧電
   振動子群の外側を間〓を存して囲み上記枠体内に
   上記空〓片の上面まで熱硬化性樹脂を注入し上記
   熱硬化性樹脂を硬化させる支持体形成工程と、上
   記空〓片を剥離し上記支持体上面に連結体を固定
   する保持体形成固着工程と、上記枠体治具および
   上記固定治具を除去する治具除去工程とからなる
   ことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 ２ 圧電部材の対向した２面に電極を設ける圧電
   振動子形成工程と、一方の上記電極を覆つて整合
   層を形成する整合層形成工程と、上記圧電部材の
   側面に固定される支持体および上記支持体の一端
   に固定され他方の上記電極を覆う連結体からなる
   保持体を形成し上記連結体と他方の上記電極との
   間に空〓を設けて上記支持体を上記圧電部材の側
   面に固定する保持体形成工程とからなり、上記保
   持体形成工程は、圧電振動子を整合層を介して固
   定治具に固定した後上記圧電振動子を複数個に分
   割して圧電振動子群とする分割工程と、予め枠状
   に形成された支持体の外側部材を上記圧電振動子
   群の外側を囲んで上記固定治具上に載置して上記
   圧電振動子群に接着し上記各圧電振動子の間〓に
   熱硬化性樹脂を注入する支持体予備形成工程と、
   上記支持体の外側部材の上面に予め形成された連
   結体を接着する連結体形成工程と、全体を反転さ
   せて上記間〓の熱硬化性樹脂を垂下させ上記連結
   体と上記各圧電振動子との間に延在硬化させる支
   持体形成工程と、上記固定治具を除去する治具除
   去工程とからなることを特徴とする超音波探触子
   の製造方法。 ３ 圧電部材の対向した２面に電極を設ける圧電
   振動子形成工程と、一方の上記電極を覆つて整合
   層を形成する整合層形成工程と、上記圧電部材の
   側面に固定される支持体および上記支持体の一端
   に固定され他方の上記電極を覆う連結体からなる
   保持体を形成し上記連結体と他方の上記電極との
   間に空〓を設けて上記支持体を上記圧電部材の側
   面に固定する保持体形成工程とからなり、上記保
   持体形成工程は、圧電振動子を整合層を介して固
   定治具に固定し、上記圧電振動子を複数個に分割
   して圧電振動子群とする分割工程と、予め支持体
   と連結体とを一体形成した保持体を上記圧電振動
   子群に接着する保持体接着工程と、上記固定治具
   を除去する治具除去工程とからなることを特徴と
   する超音波探触子の製造方法。