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JP3208845B2 - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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Publication number
JP3208845B2
JP3208845B2 JP15635792A JP15635792A JP3208845B2 JP 3208845 B2 JP3208845 B2 JP 3208845B2 JP 15635792 A JP15635792 A JP 15635792A JP 15635792 A JP15635792 A JP 15635792A JP 3208845 B2 JP3208845 B2 JP 3208845B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite piezoelectric
array
organic polymer
filler
piezoelectric body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP15635792A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05347797A (ja
Inventor
孝悦 斉藤
総子 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=15625993&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3208845(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP15635792A priority Critical patent/JP3208845B2/ja
Publication of JPH05347797A publication Critical patent/JPH05347797A/ja
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ソナーや超音波診断装
置などのセンサとして用いる超音波探触子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、水や生体を対象としたソナーや超
音波診断装置などの電子走査型超音波探触子に用いられ
る圧電体として、音響インピーダンスが水や生体に近
く、しかも電気機械結合係数が高い特性を有した高性能
1−3型複合圧電体の検討が行われている。
【0003】一例として、このような複合圧電体を用い
た超音波探触子が特開昭63−90999号公報に記載
されている。これは図4に示すように、多数の柱状圧電
体22が有機高分子23中に埋め込まれた構造の複合圧
電体21において上記柱状圧電体22間の間隙をアレイ
電極24方向で変えたものであり、チャンネル間のクロ
ストークを低減させる構成にしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の複合圧電体を用いた超音波探触子は、上記複合圧電
体に用いる有機高分子の材料によりクロストークが大き
く変わり、かつクロストークを低減させるためにアレイ
電極の間隔を広くする構成となっているため、方位方向
の分解能を低下させるという問題があった。
【0005】本発明はこのような従来の問題を解決する
ものであり、複数に配列したアレイ電極と上記アレイ電
極の間隙部に位置する複合圧電体の部分に上記有機高分
子に比べて音波減衰係数の値が大きい材料を設けた構成
として、アレイ電極間における音響的クロストークを低
減する超音波探触子を提供することを目的とする。
【0006】
【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、圧電体素子と有機高分子とを備えた複合圧
電体に、この複合圧電体の一方の面に複数に配列したア
レイ電極とこのアレイ電極の間隙部に位置する複合圧電
体の部分に上記有機高分子に比べて音波減衰係数の値が
大きい材料を設けたものである。
【0007】
【作用】したがって本発明によれば、複合圧電体に複数
に配列したアレイ電極とこのアレイ電極の間隙部に位置
する複合圧電体の部分に、上記有機高分子に比べて音波
減衰係数の値が大きい材料を用いていることにより、ア
レイ電極間における音響的クロストークを低減すること
ができ、方位分解能の高い超音波画像を得ることができ
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
図1は本実施例における超音波探触子の要部を示す正面
断面図、図2は同斜視図、図3は平面断面図である。図
1〜図3において、11は複合圧電体、12は圧電体素
子、13はこれら複数の圧電体素子12の間隙に充填さ
れてこれらを互いに結合する有機高分子材料であり、例
えば、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタン等
が使用される。14は複合圧電体11の下面に設けられ
た接地電極、15は接地電極14と反対側の複合圧電体
11の上面にアレイ状に複数個設けられたアレイ電極で
ある。これらの電極14、15はそれぞれメッキ、蒸
着、焼付等の方法により設けられる。また、16はアレ
イ電極15の間隙の位置に相当する複合圧電体11の圧
電素子12間隙に設けた充填材であり、有機高分子材料
13とは異なる材質からなる。この充填材16は上記有
機高分子材料13よりも音波減衰係数が大きい特性を有
するものである。
【0009】このように複合圧電体11にアレイ電極1
5を設けた構成は、いわゆるアレイ配列形超音波探触子
に用いられているものと同様であり、その動作方法も同
様である。即ち、複合圧電体11に設けられた複数個の
アレイ電極15をある群だけ時間差をつけて電圧を印加
し、発生した超音波を任意の距離に収束させてこれを1
チャンネルずつ走査させ、それぞれ生体内から反射して
きた超音波を受信し、これを画像処理してディスプレイ
上にリアルタイムに表示して診断するものである。
【0010】アレイ電極15のそれぞれ隣接する電極間
の音響的クロストークを低減するために充填材16とし
て要求される特性としては、 複合圧電体11の音響インピーダンスとの差が大き
いこと、即ち、圧電体素子もしくは有機高分子の音響イ
ンピーダンスとの差が大きいこと 音波減衰係数が大きいこと である。さらにこの充填材16はアレイ配列したものを
凹面や凸面形状に自在に曲げることができるように、可
撓性を有した特性であればなお望ましい。
【0011】アレイ電極15の間隙に位置する複合圧電
体11の材料は、既に公知のように一般に圧電体素子1
2ではなく有機高分子材料13となる。これは間隙部を
振動させないで超音波を発生しないようにする、即ち、
アレイ電極15間の音響的クロストークを少なくするた
めである。
【0012】以下に、圧電素子12としてPZT系およ
びPbTiO3等の圧電セラミックスを用い、有機高分
子材料13として一般的に用いられているエポキシ樹脂
を用いた複合圧電体11にアレイ電極15を形成したも
のについて製造方法も含めて具体的に説明する。
【0013】まず、目的とする最終厚みよりも厚く大き
い板状の圧電素子12をアレイ電極15方向(図3にお
ける矢印Aの方向)と直交する方向に対して任意のピッ
チとブレード厚で加工し、その次にアレイ電極15方向
にはアレイ電極15間隔(図3における間隔l)の整数
分の1になるピッチで、しかもアレイ電極15内に相当
する領域のみを加工する。即ちこの時点ではアレイ電極
15の間隙となる部分は加工しないことになる。次にそ
れぞれの方向に加工した間隙の部分に有機高分子材料1
3であるエポキシ樹脂を充填し硬化させて複合圧電体1
1とする。
【0014】ここで、例えばエポキシ樹脂としては、日
本ペルノックス社のME106を用いる。このME10
6のエポキシ樹脂は、音響インピーダンスは約2.9M
Rayl、音波減衰係数は3MHzで約0.9dB/mm、硬度は
ショアDで83という値を有するものである。
【0015】次に、アレイ電極15の間隙となる部分を
加工して間隙部を構成し、この間隙部に上記有機高分子
材料13よりも少なくとも音波減衰係数の値が大きい充
填材16を充填する。その後、目的とする厚みまで加工
し、複合圧電体11の一方の面全面に接地電極14を設
け、この面に複合圧電体11を介して対向する面に充填
材16の部分をギャップとしてアレイ電極15を設けて
アレイ形の振動子を構成する。その後、図示していない
がアレイ電極15および接地電極14からそれぞれリー
ド線を取り出し、かつアレイ電極15側には必要に応じ
てバッキング材を設け、また接地電極14側(被検体
側)には音響整合層や音響レンズを設けてアレイ形超音
波探触子として構成する。なお、複合圧電体11を用い
たアレイ形超音波探触子でアレイ電極15の間隙に位置
する部分に充填材16を設ける構成は他の製造方法にお
いても可能であり、本実施例に示した製造方法に限定さ
れるものではない。
【0016】ここで、充填材16としては、ゴム材にマ
イクロバルーンと金属または絶縁粉等の粉体を混合した
ものを用いる。例えばゴム材にシリコーンゴムを使用
し、タングステン粉とプラスチックマイクロバルーンを
母材のシリコーンゴムに対して重量比でそれぞれ100
〜400%と0.8〜2%の範囲で混入し硬化させて充
填材16を作製した場合、音響インピーダンスは0.7
〜2MRayl、音波減衰係数は3MHzで35〜50dB/mm
の範囲の特性を得ることができる。したがって、アレイ
電極15部に相当する複合圧電体11の圧電素子12と
充填材16との音響インピーダンスの相違により、隣接
するアレイ電極15部分の複合圧電体11への音響的ク
ロストークを極めて小さくすることができ、上記実施例
の充填材16のように音響インピーダンスが0.7〜2
MRayl、音波減衰係数が3MHzで35〜50dB/mmの範
囲の特性のものを用い、一方、複合圧電体11の圧電素
子12として音響インピーダンスが25〜35MRaylの
PZT、PbTiO3等の圧電セラミック材料を用いる
ことにより複合圧電体11の圧電素子12と充填材16
との音響的な透過係数は近似的に4〜14.8%の範囲
となる。これに対して従来の複合圧電体11の有機高分
子13と同じエポキシ樹脂を用いた場合は15〜21%
となるので、本実施例によれば音響的クロストークを低
減させることが明らかである。さらに、本実施例の充填
材16は従来のエポキシ樹脂に比べて音波減衰係数が3
5〜50倍大きいため、透過してきた4〜14.8%の
音波(音響的クロストーク)はほぼ完全に充填材16で
減衰させることができる。さらに、充填材16として母
材にゴム材を用いており可撓性があるので、アレイ電極
15を構成した複合圧電体11は任意の曲面形状に構成
することができる。
【0017】したがって、複合圧電体15を用いたアレ
イ電極15に隣接する複合圧電体11間の音響クロスト
ークをほぼなくすことが可能となり、方位分解能の高い
超音波画像を得ることができる。更に可撓性を持たせる
ことができるため、任意の曲面形状に構成することが可
能となる。
【0018】また、本実施例においては、充填材16の
母材にシリコーンゴム16を用いた場合について説明し
たが、この他ウレタンゴム、エポキシ樹脂のような室温
硬化性タイプ、熱硬化性タイプを用いることができるこ
とはそれらの特性から明らかである。
【0019】さらに、本実施例においては、金属粉また
は絶縁粉等の粉体としてタングステン粉を用いた場合に
ついて説明したが、この他、フェライト粉、タンタル
粉、シリコンカーバイト粉、タングステンカーバイト
粉、酸化タングステン粉、鉄粉等を用いることができる
ことは、それらの特性から明らかである。もちろんこれ
ら2種類以上の金属粉または絶縁粉を用いることができ
ることも明らかである。
【0020】さらに、本実施例においては、電極を直線
的にアレイ状に配列したいわゆるリニアアレイあるいは
コンベックスアレイの場合について説明したが、この
他、電極を同心円状に配列したいわゆるアニュラアレイ
形の超音波探触子に用いることができることはそれらの
特性から明らかである。
【0021】
【発明の効果】本発明は上記実施例から明らかなよう
に、圧電体素子と有機高分子とを備えた複合圧電体に互
いに間隙を設けて複数のアレイ電極を配列し、上記間隙
部に該当する複合圧電体の部分には上記有機高分子より
も音波減衰係数が大きい充填材を充填したことにより、
アレイ電極間における音響的クロストークを低減でき、
方位方向の分解能が高い超音波画像を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における超音波探触子の要部
の正面断面図
【図2】同超音波探触子の要部の斜視図
【図3】同超音波探触子の要部の平面断面図
【図4】従来の超音波探触子の要部の正面断面図
【符号の説明】
11 複合圧電体 12 圧電素子 13 有機高分子 14 接地電極 15 アレイ電極 16 充填材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−270282(JP,A) 特開 平3−172099(JP,A) 特開 昭60−236600(JP,A) 特開 昭63−59200(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 17/00 332 A61B 8/00 G01S 7/521

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機高分子を介して連結された複数の圧
    電体素子からなる複合圧電体と、この複合圧電体の一方
    の面上に互いに間隙を保って複数個配列されたアレイ電
    極とを備え、上記アレイ電極の間隙部にあたる上記複合
    圧電体の部分には上記有機高分子より音波減衰係数の大
    きい充填材を充填したことを特徴とする超音波探触子。
  2. 【請求項2】 充填材が、有機高分子にマイクロバルー
    ンと無機物の粉体を混合したものであることを特徴とす
    る請求項1記載の超音波探触子。
  3. 【請求項3】 充填材が、有機高分子にマイクロバルー
    ンと有機物の粉体を混合したものであることを特徴とす
    る請求項1または請求項2記載の超音波探触子。
JP15635792A 1992-06-16 1992-06-16 超音波探触子 Expired - Lifetime JP3208845B2 (ja)

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