JP2563650B2 - Composite piezoelectric body and ultrasonic probe - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はソナーや超音波診断装置等のセンサに用いる
複合圧電体及び超音波探触子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite piezoelectric body and an ultrasonic probe used for sensors such as sonar and ultrasonic diagnostic equipment.
従来の技術 水や生体を対象としたソナーや超音波診断装置等の超
音波探触子として、多重リング型の超音波トランスジュ
ーサを用いて、高分解能の超音波画像を得るよう検討が
行われている。従来、この多重リング型の超音波トラン
スジューサの構成として、例えば、特開昭61−77497号
公報記載のものがある。2. Description of the Related Art As an ultrasonic probe for sonar and ultrasonic diagnostic equipment for water and living organisms, studies have been conducted to obtain high resolution ultrasonic images by using a multi-ring type ultrasonic transducer. There is. Conventionally, as a structure of this multi-ring type ultrasonic transducer, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-77497.
以下、第5図(a),(b)を参照して従来の構成の
超音波トランスジュースについて説明する。この超音波
トランスジュースは、複数の柱状の圧電セラミック22を
互いに間を隔てて配列し、これら圧電セラミック22の間
にポリウレタン等の高分子23を充填して構成した、いわ
ゆる1−3型複合圧電体21の一方の面に等間隔に配列し
たリング状の電極24a,24b…24nを構成し、もう一方の面
には共通電極25を形成した構成とを有する。これによ
り、アニユラアレイ型の複合圧電体となっている。さら
に、各電極24a,24b…24nからそれぞれリード線を取り出
し、必要に応じて、電極24a,24b…24n側に背面負荷材を
設け、更に、共通電極25側には、音響整合層、音響レン
ズを設けたものとなるが、ここでは図示していない。Hereinafter, an ultrasonic transformer juice having a conventional configuration will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). This ultrasonic transformer juice is a so-called 1-3 type composite piezoelectric device in which a plurality of columnar piezoelectric ceramics 22 are arranged with a space between each other and a polymer 23 such as polyurethane is filled between the piezoelectric ceramics 22. 24n is arranged on one surface of the body 21 at equal intervals, and the common electrode 25 is formed on the other surface. As a result, the composite piezoelectric body of the Aniura array type is formed. Further, lead wires are taken out from the respective electrodes 24a, 24b ... 24n, a back load material is provided on the side of the electrodes 24a, 24b ... 24n as necessary, and further, an acoustic matching layer, an acoustic lens are provided on the common electrode 25 side. Is provided, but it is not shown here.
そして、多重リング型の電極24a,24b…24nと共通電極
25間に印加する電圧に、電極24a,24b…24n毎に時間差を
与えることにより、送信される超音波ビームは、時間軸
方向すなわち被検体の深さ方向に広い領域で任意に集束
させることができる。従って、この超音波トランスジュ
ーサを機械的に操作することにより、扇形状に超音波ビ
ームを走査させ、高分解能の超音波画像を得ることがで
きる。Then, the multi-ring type electrodes 24a, 24b ... 24n and the common electrode
By applying a time difference to each of the electrodes 24a, 24b, ... 24n in the voltage applied between 25, the ultrasonic beam to be transmitted can be arbitrarily focused in a wide region in the time axis direction, that is, the depth direction of the subject. it can. Therefore, by mechanically operating this ultrasonic transducer, it is possible to scan the ultrasonic beam in a fan shape and obtain an ultrasonic image with high resolution.
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来例では、リング状の電極24a,
24b…24nを等間隔に分割しているため、それぞれの電極
面積が違い、外側の電極24nの部分が最も面積が大き
く、中心に行くに従い、小さくなって行くこととなる。
すなわち、電極面積の違いにより各電極24a,24b…24nと
共通電極25間の電気的なインピーダンスも違ってくる。
例えば、全体が直径20mmの円板を等間隔で4分割した場
合では、それぞれの電極の面積は24aは19.63mm2,4bは3
9.2mm2、4cは58.9mm2、4nは137.44mm2となり、電極4aと
外側の電極4nとでは、1:7の比となる。従って電気イン
ピーダンスは、面積に反比例するので、大きな差とな
り、このような各電極部4a,4b…4nに、同じ電圧を印加
したとしても超音波に変換される効率の差が大きくな
る。従って、それぞれの電極4a,4b…4nに送信回路から
電圧を印加した場合には、送受信回路の電気的インビー
ダンスとマッチングがとれた電極からは効率良く超音波
が発信されるが、それは電極24a,24b…24nの中のせいぜ
い1つであり、他は電気的なインピーダンスのマッチン
グがとれないために、超音波への変換効率が悪くなる。
そのために、良好な超音波ビームを構成することが困難
となる。そして、サイドローブの大きい音場となり、高
分解能の超音波画像を得ることができなくなるという欠
点を有している。However, in the above conventional example, the ring-shaped electrode 24a,
Since 24b ... 24n are divided at equal intervals, the respective electrode areas are different, and the area of the outer electrode 24n has the largest area, and becomes smaller toward the center.
That is, the electrical impedance between each of the electrodes 24a, 24b ... 24n and the common electrode 25 also differs due to the difference in electrode area.
For example, in the case where the whole is divided into four equidistantly diameter disks 20 mm, the area of each electrode 24a is 19.63mm 2, 4b 3
9.2 mm 2, 4c is 58.9mm 2, 4n is 137.44Mm 2 becomes, in the electrode 4a and the outer electrode 4n, 1: a 7 ratio. Therefore, since the electric impedance is inversely proportional to the area, there is a large difference, and even if the same voltage is applied to each of the electrode portions 4a, 4b ... 4n, the difference in the efficiency of conversion into ultrasonic waves becomes large. Therefore, when a voltage is applied to each of the electrodes 4a, 4b ... 4n from the transmitter circuit, ultrasonic waves are efficiently transmitted from the electrodes that match the electrical impedance of the transmitter / receiver circuit. It is at most one of 24a, 24b ... 24n, and the other cannot match the electrical impedance, so that the conversion efficiency to ultrasonic waves becomes poor.
Therefore, it becomes difficult to form a good ultrasonic beam. Then, the sound field has a large side lobe, and there is a drawback that a high-resolution ultrasonic image cannot be obtained.
そこで本発明は従来の以上のような課題を解決するも
ので、目的とするところは、複合圧電体にリング状に形
成した各電極の電気的なインビーダンスを所望の値にし
て、電気的なインピーダンスのミスマッチングによる反
射を少なくして効率の良い送信,受信を行うことができ
る複合圧電体及び超音波探触子を得ることである。Therefore, the present invention is to solve the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to set the electrical impedance of each electrode formed in a ring shape on a composite piezoelectric body to a desired value and It is to obtain a composite piezoelectric body and an ultrasonic probe that can perform efficient transmission and reception by reducing reflection due to impedance mismatching.
課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するためになされたもの
で、請求項(1)の発明は、誘電率の異なる値を有する
2種類以上の圧電体と、各圧電体の間に充填された有機
高分子材料とを有したことを特徴とする複合圧電体であ
る。Means for Solving the Problems The present invention has been made to achieve the above object, and the invention of claim (1) provides two or more kinds of piezoelectric bodies having different dielectric constants, and each piezoelectric body. A composite piezoelectric body characterized by having an organic polymer material filled between them.
請求項(2)の発明は、前記請求項(1)の発明にお
いて2種類以上の圧電体が圧電セラミックスであること
を特徴とする複合圧電体である。The invention of claim (2) is the composite piezoelectric body according to the invention of claim (1), characterized in that two or more kinds of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.
請求項(3)の発明は前記請求項(1)の発明におい
て、2種類以上の柱状の圧電体を複数個配列し、各圧電
体の間に有機高分子材料を充填したことを特徴とする複
合圧電体である。The invention of claim (3) is characterized in that, in the invention of claim (1), a plurality of columnar piezoelectric bodies of two or more types are arranged, and an organic polymer material is filled between the piezoelectric bodies. It is a composite piezoelectric body.
請求項(4)の発明は一方の面に設けられたリング状
の複数の電極と、他方の面に設けられた共通電極と、前
記両面間に設けられた2種類以上の圧電体及び各圧電体
の間に充填された有機高分子材料による複合圧電体とを
有し、前記リング状の各電極の面積に対応して、リング
状の各電極毎の圧電体の誘電率の値を変えたことを特徴
とする超音波探触子である。According to the invention of claim (4), a plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface, a common electrode provided on the other surface, two or more kinds of piezoelectric bodies provided between the both surfaces, and each piezoelectric element. And a composite piezoelectric body made of an organic polymer material filled between the bodies, and the value of the dielectric constant of the piezoelectric body for each ring-shaped electrode is changed according to the area of each ring-shaped electrode. It is an ultrasonic probe characterized by the following.
請求項(5)の発明は、前記請求項(4)の発明にお
いて2種類以上の圧電体が圧電セラミックスであること
を特徴とする超音波探触子である。The invention of claim (5) is the ultrasonic probe according to the invention of claim (4), characterized in that the two or more kinds of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.
請求項(6)の発明は一方の面に設けられたリング状
の複数の電極と、他方の面に設けられた共通電極と、前
記両面間に設けられた2種類以上の圧電体及び各圧電体
の間に充填された有機高分子材料による複合圧電体と、
を有し、前記リング状の各電極の面積に対応して、リン
グ状の各電極に対応する複合圧電体の領域毎に、前記複
合圧電体に含まれる圧電体と有機高分子材料の体積比を
変えたことを特徴とする超音波探触子である。According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface, a common electrode provided on the other surface, two or more kinds of piezoelectric bodies provided between the both surfaces, and each piezoelectric element. A composite piezoelectric body made of an organic polymer material filled between the bodies,
Corresponding to the area of each ring-shaped electrode, for each region of the composite piezoelectric body corresponding to each ring-shaped electrode, the volume ratio of the piezoelectric body and the organic polymer material contained in the composite piezoelectric body. The ultrasonic probe is characterized by changing the.
請求項(7)の発明は、前記請求項(6)の発明にお
いて圧電体が圧電セラミックスであることを特徴とする
超音波探触子である。The invention of claim (7) is the ultrasonic probe according to the invention of claim (6), characterized in that the piezoelectric body is piezoelectric ceramics.
作 用 請求項(1)の発明,請求項(2)の発明,請求項
(3)の発明は複合圧電体に係わるものであり、超音波
探触子に係わる請求項(4)の発明,請求項(5)の発
明の主要な部分に用いられる。The invention of claim (1), the invention of claim (2), and the invention of claim (3) relate to a composite piezoelectric body and the invention of claim (4) relating to an ultrasonic probe, It is used for the main part of the invention of claim (5).
請求項(1)の発明は、誘電率が異なる値を有する2
種類以上の圧電体を有することで、各圧電体の電極の面
積が異なってもインピーダンスの値を所望の値にするこ
とができる。電極は圧電体に接して別体に設けられるこ
ともあるであろうし、圧電体の端部が電極となる場合も
あるであろう。別体の電極を設ける場合には、電極によ
って並列に接続される圧電体を選択することでインピー
ダンスの値を選択することもできる。請求項(2)の発
明及び請求項(3)の発明は前記請求項(1)の発明と
ほぼ同様の作用を有する。According to the invention of claim (1), the dielectric constants have different values.
By having more than one kind of piezoelectric body, the impedance value can be set to a desired value even if the area of the electrodes of each piezoelectric body is different. The electrodes may be provided separately in contact with the piezoelectric body, or the ends of the piezoelectric body may serve as the electrodes. When a separate electrode is provided, the impedance value can be selected by selecting a piezoelectric body connected in parallel by the electrode. The invention of claim (2) and the invention of claim (3) have substantially the same actions as the invention of claim (1).
請求項(4)の発明は、リング状の複数の電極を有す
ることで、各リング状電極毎に複合圧電体が存在するこ
とになる。そして、リング状の各電極の面積に対応して
圧電体の誘電率の値を変えることで、各リング状の電極
毎のインピーダンス、すなわち各複合圧電体毎のインピ
ーダンスを所望の値に、例えば略同じ値とすることがで
きる。請求項(5)の発明も前記請求項(4)の発明と
ほぼ同様の作用を有する。前記請求項(1)〜請求項
(3)の発明はこれら第4及び請求項(5)の発明の超
音波探触子に用いることができる。The invention of claim (4) has a plurality of ring-shaped electrodes, so that the composite piezoelectric body exists for each ring-shaped electrode. Then, by changing the value of the dielectric constant of the piezoelectric body corresponding to the area of each ring-shaped electrode, the impedance of each ring-shaped electrode, that is, the impedance of each composite piezoelectric body to a desired value, for example, approximately Can be the same value. The invention of claim (5) has substantially the same operation as the invention of claim (4). The inventions of claims (1) to (3) can be used in the ultrasonic probe of the inventions of the fourth and fifth aspects.
請求項(6)の発明は、前記請求項(5)の発明が圧
電体の誘電率の値を変えたことに比べ、圧電体の体積比
を変えることで各リング状の電極毎のインピーダンス、
すなわち各複合圧電体毎のインピーダンスを所望の値に
例えば、略同じ値とするこができる。請求項(7)の発
明も前記請求項(6)の発明と略同じ作用を有する。The invention according to claim (6) differs from the invention according to claim (5) in that the value of the dielectric constant of the piezoelectric body is changed, and the impedance of each ring-shaped electrode is changed by changing the volume ratio of the piezoelectric body.
That is, the impedance of each composite piezoelectric body can be set to a desired value, for example, substantially the same value. The invention of claim (7) has substantially the same operation as the invention of claim (6).
実施例 第1実施例 以下、本発明の超音波探触子を第1実施例について図
面を参照して詳細に説明する。第1図は本発明の超音波
探触子の正面図、第2図はその断面図である。柱状の複
数の圧電体2と前記圧電体2の間にシリコーンゴム、ポ
リウレタン、エポキシ樹脂などの有機高分子3を充填さ
せて、複合圧電体1を形成する。そして、前記複合圧電
体1の一方の面に蒸着、焼付け、めっきなどの方法によ
り、リング状の電極4a,4b,4c,4d(本実施例では4分割
とする)を等間隔に設け、前記複合圧電体1の他方の面
には、共通電極5を前記リング状の電極4a,4b,4c,4dと
同様の方法で設け、4つの複合圧電体に分割し、超音波
探触子とする。前記リング状電極4a,4b,4c,4dと共通電
極5間に電圧を印加した場合の電気インピーダンスをそ
れぞれ所望の値、例えば同じ値にするために、リング状
電極4a,4b,4c,4dの部分に対応した複合圧電体1の圧電
体2a,2b,2c,2dを、それぞれ誘電率が違う値の材料を選
択して、形成する。例えば、全体が直径20mmの円板を等
間隔に電極4を分割した場合、それぞれの電極4a,4b,4
c,4dの面積は、19.63mm2、39.2mm2,58.9mm2,137.44mm2
となる。これらそれぞれ面積が違う電極4a,4b,4c,4dの
電気インピーダンスをほぼ同じ値にするには、それぞれ
の電極4a,4b,4c,4dに対応する各複合圧電体1(1a,1b,1
c,1d)の誘電率εを調整すればよい。すなわち、1つの
複合圧電体1について、電気インピーダンスZと誘電率
εは第(1)式に示すような関係がある。First Embodiment A first embodiment of the ultrasonic probe of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of an ultrasonic probe of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. An organic polymer 3 such as silicone rubber, polyurethane, or epoxy resin is filled between a plurality of columnar piezoelectric bodies 2 and the piezoelectric body 2 to form a composite piezoelectric body 1. Then, ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d (in this embodiment, four divisions) are provided at equal intervals on one surface of the composite piezoelectric body 1 by a method such as vapor deposition, baking, and plating. A common electrode 5 is provided on the other surface of the composite piezoelectric body 1 in the same manner as the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, and divided into four composite piezoelectric bodies to form an ultrasonic probe. . In order to make the electric impedance when a voltage is applied between the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and the common electrode 5, respectively, a desired value, for example, the same value, the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d The piezoelectric bodies 2a, 2b, 2c, 2d of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the portions are formed by selecting materials having different dielectric constants. For example, when the electrode 4 is divided into a disk having a diameter of 20 mm at equal intervals, the electrodes 4a, 4b, 4
c, the area of 4d, 19.63mm 2, 39.2mm 2, 58.9mm 2, 137.44mm 2
Becomes In order to make the electrical impedances of the electrodes 4a, 4b, 4c, 4d having different areas substantially equal to each other, the respective composite piezoelectric bodies 1 (1a, 1b, 1) corresponding to the respective electrodes 4a, 4b, 4c, 4d
The permittivity ε of c, 1d) may be adjusted. That is, with respect to one composite piezoelectric body 1, the electrical impedance Z and the dielectric constant ε have a relationship as shown in the equation (1).
Z=1/ωoco,co=ε・s/t …(1) ここでωoは角周波数で、ωo=2πfとなる。coは
複合圧電体1の静電容量、Sは複合圧電体1の電極4の
面積、tは複合圧電体1の厚さ(ここでは共通)であ
る。Z = 1 / ω o co , co o = ε · s / t (1) where ω o is the angular frequency, and ω o = 2πf. c o is the capacitance of the composite piezoelectric transducer 1, S is the area of the electrode 4 composite piezoelectric transducer 1, t is the thickness of the composite piezoelectric transducer 1 (common here).
従って、電極4a,4b,4c,4dに対して、各電極4の面積
Sに対応した複合圧電体1の誘電率εを調整することに
より、各電極4の電気インピーダンスZをほぼ同じ値に
することが可能となる。この各電極4の面積Sに対応し
た複合圧電体1の誘電εを変える方法として、圧電体2
a,2b,2c,2dの材料を選択する。通常、圧電体2a,2b,2c,2
dとして用いられているPZT系、チタン酸鉛系及びPCM系
の圧電セラミックスは、大変多くの種類があり、誘電率
εも180〜6000という広い範囲に分布しているため、圧
電体2a,2b,2c,2dとしてはこれらの圧電セラミックスの
中から選択すればよい。例えば、電極面積が小さい電極
4aに用いる複合圧電体1の圧電体2aとしては誘電率εの
大きい値の圧電セラミックスを、逆に電極面積が大きい
電極4dには誘電率の小さい圧電セラミックスを用いれば
良いことになる。ここでは、電極4が4分割しているの
で、圧電体2は4種類使用することになる。換言すれ
ば、複合圧電体1に設けた電極4a,4b,4c,4dの部分に対
応する前記複合圧電体1のそれぞれの圧電体2の誘電率
εをパラメータとして選択することにより、電極4a,4b,
4c,4dの各面積Sに違いがあったとしても電気インピー
ダンスZを所望の値、例えばほぼ同じ値にすることが可
能となる。Therefore, by adjusting the dielectric constant ε of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the area S of each electrode 4 with respect to the electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, the electrical impedance Z of each electrode 4 is made approximately the same value. It becomes possible. As a method of changing the dielectric ε of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the area S of each electrode 4, the piezoelectric body 2
Select a, 2b, 2c, 2d materials. Usually, piezoelectric bodies 2a, 2b, 2c, 2
There are many types of PZT-based, lead titanate-based, and PCM-based piezoelectric ceramics used as d, and the dielectric constants ε are distributed in a wide range of 180 to 6000. , 2c and 2d may be selected from these piezoelectric ceramics. For example, an electrode with a small electrode area
As the piezoelectric body 2a of the composite piezoelectric body 1 used for 4a, piezoelectric ceramics having a large dielectric constant ε may be used, and conversely, for the electrode 4d having a large electrode area, piezoelectric ceramics having a small dielectric constant may be used. Here, since the electrode 4 is divided into four, four types of piezoelectric bodies 2 are used. In other words, by selecting the dielectric constant ε of each piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric body 1 corresponding to the portions of the electrodes 4a, 4b, 4c, 4d provided on the composite piezoelectric body 1 as a parameter, 4b,
Even if there is a difference between the areas S of 4c and 4d, the electric impedance Z can be set to a desired value, for example, substantially the same value.
従って、リング状各電極4a,4b,4c,4dの各々について
電気インピーダンスZをほぼ同じ、あるいは所望の値に
複合圧電体1で調整することが可能となり、電気インピ
ーダンスZを送受信系回路あるいはケーブルの値とほぼ
同じにすることができるため、効率の良い送受信を行う
ことができる。且つ、所望の超音波の音場を形成するこ
とができるため、本実施例の複合圧電体を用いた超音波
探触子は効率良く、サイドローブの小さい超音波の音場
を形成でき、高分解能の超音波画像を得ることができ
る。Therefore, it becomes possible to adjust the electrical impedance Z of each of the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d to substantially the same value or a desired value by the composite piezoelectric body 1, and the electrical impedance Z of the transmission / reception system circuit or the cable can be adjusted. Since the value can be almost the same, efficient transmission / reception can be performed. In addition, since a desired ultrasonic sound field can be formed, the ultrasonic probe using the composite piezoelectric body of the present embodiment can efficiently form an ultrasonic sound field with a small side lobe, and An ultrasonic image with high resolution can be obtained.
なお、本実施例では、リング状電極4を等間隔に4分
割した場合について説明したが、この他、不等間隔にし
た場合についても同様の効果が得られることは明らかで
ある。In the present embodiment, the case where the ring-shaped electrode 4 is divided into four at equal intervals has been described, but it is clear that the same effect can be obtained when the ring-shaped electrodes 4 are not equally spaced.
なお、本実施例では、1つのリング状電極4に対し複
数の圧電体2を有する場合について説明したが、この他
1つのリング状電極に対しては圧電セラミックス単体を
用いた場合についても同様の効果が得られることは明ら
かである。In addition, in the present embodiment, the case where a plurality of piezoelectric bodies 2 are provided for one ring-shaped electrode 4 has been described, but the same applies to the case where a single piezoelectric ceramic is used for one ring-shaped electrode. It is clear that the effect can be obtained.
また、本実施例では複合圧電体1の圧電体2を4種類
用いた場合について説明したが、この他、複合圧電体1
の圧電体2を2種類、3種類、さらには5種類以上用い
た場合についても同様の効果が得られることは明らかで
ある。Further, in the present embodiment, the case where four types of the piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric body 1 are used has been described.
It is obvious that the same effect can be obtained when two types, three types, and more than five types of the piezoelectric body 2 are used.
第2実施例 以下、本発明の超音波探触子を第2実施例について第
3図を参照して詳細に説明する。図は、本実施例の断面
図であり、前記第1実施例と同様に柱状の圧電体2と前
記圧電体2の間にシリコーンゴム、ポリウレタン、エポ
キシ樹脂などの有機高分子3を充填させて複合圧電体1
を形成する。そして、前記複合圧電体1の一方の面に蒸
着、めっき、焼付けなどの方法により、導体のリング状
の電極4a,4b,4c,4dを等間隔に設け、前記複合圧電体1
の他方の面には共通電極5を前記リング状の電極4a,4b,
4c,4dと同様の方法で設け、4つの複合圧電体に分割
し、超音波探触子とする。前記リング状電極4a,4b,4c,4
dと共通電極5間に電圧を印加した場合、各リング状電
極4a,4b,4c,4dの電気インピーダンスZa,Zb,Zc,Zdをそれ
ぞれ所望の値にするための、例えば各リング状電極4a,4
b,4c,4dのそれぞれの電気インピーダンスZをほぼ同じ
値にする(Za=Zb=Zc=Zd)ために、各リング状電極4
a,4b,4c,4dの部分に対応した複合圧電体1(1a,1b,1c,1
d)の圧電体2と有機高分子材料3の体積比をそれぞれ
変えることにより、誘電率εの値を変えることが可能と
なる。すなわち、各々の複合圧電体1の誘電率εは圧電
体2と有機高分子3の体積比により調整することができ
る。圧電体2の誘電率εcは有機高分子材料3の誘電率
εpに比べ1〜2ケタ以上大きい値を有している。複合
圧電体1の誘電率εは、次の第(2)式に示すように圧
電体2と有機高分子材料3の体積比Vc,Vpによって、ほ
ぼ比例して変化する。Second Embodiment Hereinafter, an ultrasonic probe of the present invention will be described in detail with respect to a second embodiment with reference to FIG. The figure is a cross-sectional view of the present embodiment. Similar to the first embodiment, a columnar piezoelectric body 2 and an organic polymer 3 such as silicone rubber, polyurethane, or epoxy resin are filled between the piezoelectric bodies 2. Composite piezoelectric body 1
To form. Then, the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d of the conductor are provided at equal intervals on one surface of the composite piezoelectric body 1 by a method such as vapor deposition, plating, baking or the like.
The common electrode 5 is provided on the other surface of the ring-shaped electrodes 4a, 4b,
The ultrasonic probe is provided by the same method as in 4c and 4d and divided into four composite piezoelectric bodies. The ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4
When a voltage is applied between the d and the common electrode 5, for example, the ring electrodes 4a, 4b, 4c, 4d are used to set the electric impedances Za, Zb, Zc, Zd of the ring electrodes 4a, 4b, 4c, 4d to desired values. ,Four
In order to make the electric impedances Z of b, 4c, and 4d almost the same (Za = Zb = Zc = Zd), each ring-shaped electrode 4
Composite piezoelectric body 1 (1a, 1b, 1c, 1 corresponding to a, 4b, 4c, 4d part
It is possible to change the value of the dielectric constant ε by changing the volume ratio of the piezoelectric body 2 and the organic polymer material 3 in d). That is, the dielectric constant ε of each composite piezoelectric body 1 can be adjusted by the volume ratio of the piezoelectric body 2 and the organic polymer 3. The dielectric constant εc of the piezoelectric body 2 has a value larger than the dielectric constant εp of the organic polymer material 3 by 1 to 2 digits or more. The permittivity ε of the composite piezoelectric body 1 changes substantially in proportion to the volume ratio Vc, Vp of the piezoelectric body 2 and the organic polymer material 3 as shown in the following formula (2).
ε=Vc・εc+Vp・εp(Vc+Vp=1.0) …(2) ここで、Vc,εCは圧電体2の体積比,誘電率、Vp,ε
pは有機高分子3の体積比,誘電率である。ε = Vc · εc + Vp · εp (Vc + Vp = 1.0) (2) where Vc and εC are the volume ratio of the piezoelectric body 2, the dielectric constant, and Vp, ε.
p is the volume ratio and the dielectric constant of the organic polymer 3.
例えば複合圧電体1の圧電体2として富士セラミック
ス社のPZT系のC−6の圧電セラミックスを用い、有機
高分子材料3としてエポキシ樹脂を用いた場合、圧電体
2の体積比Vcと複合圧電体1の誘電率εは第4図に示す
ような関係となる。第4図から明らかなように圧電体2
の体積比Vcを選択することにより所望の誘電率εの値を
選択することができる。このことは、すなわち、第
(1)式から圧電体2の体積比Vcを選択することにより
所望の電気インピーダンスZを得ることを示している。For example, when the PZT-based C-6 piezoelectric ceramics of Fuji Ceramics Co., Ltd. is used as the piezoelectric body 2 of the composite piezoelectric body 1 and the epoxy resin is used as the organic polymer material 3, the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 and the composite piezoelectric body are used. The dielectric constant ε of 1 has a relationship as shown in FIG. As is clear from FIG. 4, the piezoelectric body 2
The desired value of the dielectric constant ε can be selected by selecting the volume ratio Vc of This means that the desired electrical impedance Z is obtained by selecting the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 from the equation (1).
リング状電極4a,4b,4c,4dが等間隔の場合、外側の電
極面積が内側の電極面積より大きくなるが、電気インピ
ーダンスをほぼ同じ値にするためには、外側電極になる
に従い複合圧電体1の圧電体2の体積比Vcを小さくして
誘電率εを小さくなるように選択すれば良い。When the ring-shaped electrodes 4a, 4b, 4c, 4d are equidistant, the outer electrode area is larger than the inner electrode area. The volume ratio Vc of the piezoelectric body 2 of No. 1 may be reduced to select the dielectric constant ε.
例えば、電極4aの部分に対応する複合圧電体1aの圧電
体2a(ここでは圧電セラミックスC−6)の体積比Vcは
リング状電極4aの面積が小さいので、誘電率εの大きい
ところの70vol%とする。同様に電極4bに対応するとこ
ろは、50vol%、電極4cのところは25vol%、電極4dのと
ころは10vol%というように、それぞれの電極4a,4b,4c,
4dに対応した各部の複合圧電体1a,1b,1c,1dの圧電体2
の体積比Vcを選択することにより各電気インピーダンス
Zを任意に調整することができることになる。For example, the volume ratio Vc of the piezoelectric body 2a (here, the piezoelectric ceramics C-6) of the composite piezoelectric body 1a corresponding to the portion of the electrode 4a is 70 vol% where the dielectric constant ε is large because the area of the ring-shaped electrode 4a is small. And Similarly, the portion corresponding to the electrode 4b is 50 vol%, the electrode 4c is 25 vol%, the electrode 4d is 10 vol%, and so on.
Piezoelectric body 2 of composite piezoelectric bodies 1a, 1b, 1c, 1d corresponding to 4d
It is possible to arbitrarily adjust each electric impedance Z by selecting the volume ratio Vc.
なお、本実施例では、圧電体2としてPZT系の圧電セ
ラミックスについて説明したが、この他圧電体2とし
て、PCM系、チアン酸鉛系の圧電セラミックス及びLiNbO
3などの単結晶を用いた場合についても同様の効果が得
られることは明らかである。In the present embodiment, the PZT-based piezoelectric ceramics have been described as the piezoelectric body 2, but other piezoelectric bodies 2 may be PCM-based, lead cyanate-based piezoelectric ceramics and LiNbO 2.
It is clear that the same effect can be obtained when a single crystal such as 3 is used.
なお、本実施例では圧電体2として、PZT系の圧電セ
ラミックスの一種類を用いた場合について説明したが、
この他、圧電体2として二種類以上の材料を用いた場合
についても同様の効果が得られることは明らかである。
なお、本実施例ではリング状電極4を等間隔に分割した
場合について説明したが、この他、リング状電極4を不
等間隔に分解した場合についても同様の効果が得られる
ことは明らかである。In this embodiment, the case where one type of PZT-based piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric body 2 has been described.
Besides, it is apparent that the same effect can be obtained when two or more kinds of materials are used as the piezoelectric body 2.
In this embodiment, the case where the ring-shaped electrode 4 is divided at equal intervals has been described, but it is obvious that the same effect can be obtained when the ring-shaped electrode 4 is disassembled at unequal intervals. .
なお、本実施例では複合圧電体1として一次元のつな
がりを有する柱状の圧電体2を複数個互いに間を隔てて
配列し、これら圧電体2の間に三次元のつながりを有す
る有機高分子材料3を充填した構成のいわゆる1−3型
複合圧電体を用いた場合について説明したが、この他
に、粒状の圧電体が有機高分子材料の中に分散した構成
の0−3型、あるいは立体的な網目状態に形成された圧
電体の間に有機高分子材料が充填された構成の3−3型
などの複合圧電体を用いた場合についても同様の効果が
得られることは明らかである。In this embodiment, as the composite piezoelectric body 1, a plurality of columnar piezoelectric bodies 2 having a one-dimensional connection are arranged with a space between each other, and an organic polymer material having a three-dimensional connection between the piezoelectric bodies 2. The case of using a so-called 1-3 type composite piezoelectric body having a structure filled with 3 has been described, but in addition to this, a 0-3 type or a three-dimensional structure in which granular piezoelectric bodies are dispersed in an organic polymer material. It is clear that the same effect can be obtained also when a composite piezoelectric body such as a 3-3 type in which an organic polymer material is filled between piezoelectric bodies formed in a typical mesh state is used.
発明の効果 以上の説明により明らかなように、請求項(1)の発
明、請求項(2)の発明、または請求項(3)の発明に
よれば、誘電率の異なる値を有する2種類以上の圧電体
を有することで、複合圧電体の電気的なインピーダンス
の値を所望の値にすることができる。このような複合圧
電体を複数リング状に配して構成する超音波探触子に用
いれば、各複合圧電体のインピーダンスを例えばほぼ同
じ値とすることができ、インピーダンスのマッチングを
よくし、効率の良い送信及び受信を行うことができる。EFFECTS OF THE INVENTION As is apparent from the above description, according to the invention of claim (1), the invention of claim (2), or the invention of claim (3), two or more types having different values of dielectric constants are used. By including the piezoelectric body, the electric impedance value of the composite piezoelectric body can be set to a desired value. If such a composite piezoelectric body is used in an ultrasonic probe configured by arranging it in a plurality of rings, the impedance of each composite piezoelectric body can be made to be, for example, approximately the same value, and impedance matching is improved and efficiency is improved. Good transmission and reception.
また、請求項(4)の発明または請求項(5)の発明
によれば、超音波探触子を構成する複数の複合圧電体の
インピーダンスを、各複合圧電体内の圧電体の誘電率の
値を変えることにより、請求項(6)の発明または請求
項(7)の発明においては同様に圧電体の体積比を変え
ることにより、ほぼ同じ値とし、送受信回路の電気的イ
ンピーダンスンとマッチングをとることができ、超音波
の変換効率をよくし、所望の超音波ビームを形成するこ
とができ、ひいては高分解能の超音波画像を得ることが
できる。Further, according to the invention of claim (4) or the invention of claim (5), the impedance of the plurality of composite piezoelectric bodies forming the ultrasonic probe is determined by the value of the dielectric constant of the piezoelectric body in each composite piezoelectric body. In the invention according to claim (6) or the invention according to claim (7), the volume ratio of the piezoelectric body is similarly changed to obtain substantially the same value, and the electrical impedance of the transmission / reception circuit is matched. Therefore, the conversion efficiency of ultrasonic waves can be improved, a desired ultrasonic beam can be formed, and an ultrasonic image with high resolution can be obtained.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の超音波探触子の一実施例を示す正面
図、第2図は第1図の断面図、第3図は他の実施例にお
ける断面図、第4図は複合圧電体の誘電率と圧電体の体
積比との関係を示した図、第5図(a)は従来の複合圧
電体の正面図、第5図(b)は同図(a)の断面図であ
る。 1,1a,1b,1c,1d……複合圧電体、2,2a,2b,2c,2d……圧電
体、3……有機高分子材料、4a,4b,4c,4d……リング状
の電極、5……共通電極。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view showing an embodiment of an ultrasonic probe of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of another embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the dielectric constant of the composite piezoelectric body and the volume ratio of the piezoelectric body, FIG. 5 (a) is a front view of a conventional composite piezoelectric body, and FIG. 5 (b) is the same figure. It is sectional drawing of (a). 1,1a, 1b, 1c, 1d …… Composite piezoelectric body, 2,2a, 2b, 2c, 2d …… Piezoelectric body, 3 …… Organic polymer material, 4a, 4b, 4c, 4d …… Ring-shaped electrode 5 ... Common electrode.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−120998(JP,A) 特開 平3−270282(JP,A) 特開 平3−270597(JP,A) 特開 平3−92141(JP,A) 特公 昭64−10998(JP,B2)Continuation of the front page (56) Reference JP-A-1-120998 (JP, A) JP-A-3-270282 (JP, A) JP-A-3-270597 (JP, A) JP-A-3-92141 (JP , A) JP-B 64-10998 (JP, B2)
Claims (7)
電体と、各圧電体の間に充填された有機高分子材料とを
有したことを特徴とする複合圧電体。1. A composite piezoelectric body comprising: two or more types of piezoelectric bodies having different values of inductivity; and an organic polymer material filled between the piezoelectric bodies.
ることを特徴とする請求項(1)記載の複合圧電体。2. The composite piezoelectric body according to claim 1, wherein the two or more types of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.
列し、各圧電体の間に有機高分子材料を充填したことを
特徴とする請求項(1)記載の複合圧電体。3. A composite piezoelectric body according to claim 1, wherein a plurality of columnar piezoelectric bodies are arranged with a space between each other, and an organic polymer material is filled between the respective piezoelectric bodies.
極と、他方の面に設けられた共通電極と、前記両面間に
設けられた2種類以上の圧電体及び各圧電体の間に充填
された有機高分子材料による複合圧電体とを有し、前記
リング状の各電極の面積に対応して、リング状の各電極
毎の圧電体の誘電率の値を変えたことを特徴とする超音
波探触子。4. A plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface, a common electrode provided on the other surface, and two or more types of piezoelectric bodies provided between the two surfaces, and between each piezoelectric body. And a composite piezoelectric body made of an organic polymer material filled in a ring shape, wherein the value of the dielectric constant of the piezoelectric body for each ring-shaped electrode is changed according to the area of each ring-shaped electrode. And ultrasonic probe.
ることを特徴とする請求項(4)記載の超音波探触子。5. The ultrasonic probe according to claim 4, wherein the two or more kinds of piezoelectric bodies are piezoelectric ceramics.
極と、他方の面に設けられた共通電極と、前記両面間に
設けられた2種類以上の圧電体及び各圧電体の間に充填
された有機高分子材料による複合圧電体とを有し、前記
リング状の各電極の面積に対応して、リング状の各電極
に対応する複合圧電体の領域毎に、前記複合圧電体に含
まれる圧電体と有機高分子材料の体積比を変えたことを
特徴とする超音波探触子。6. A plurality of ring-shaped electrodes provided on one surface, a common electrode provided on the other surface, and two or more kinds of piezoelectric bodies provided between the both surfaces and between each piezoelectric body. And a composite piezoelectric body made of an organic polymer material filled in each of the ring-shaped electrodes corresponding to the area of each ring-shaped electrode. An ultrasonic probe characterized in that the volume ratio of the piezoelectric material and the organic polymer material contained in is changed.
とする請求項(6)記載の超音波探触子。7. The ultrasonic probe according to claim 6, wherein the piezoelectric body is a piezoelectric ceramic.
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