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JPS6086999A - 超音波探触子の製造方法 - Google Patents

超音波探触子の製造方法

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Publication number
JPS6086999A
JPS6086999A JP58194233A JP19423383A JPS6086999A JP S6086999 A JPS6086999 A JP S6086999A JP 58194233 A JP58194233 A JP 58194233A JP 19423383 A JP19423383 A JP 19423383A JP S6086999 A JPS6086999 A JP S6086999A
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JP
Japan
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ultrasonic probe
ultrasonic
ceramics
silicone rubber
layer
Prior art date
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JP58194233A
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English (en)
Other versions
JPH0521400B2 (ja
Inventor
Hiroyuki Takeuchi
裕之 竹内
Chitose Nakatani
中谷　千歳
Shinichiro Umemura
晋一郎 梅村
Kageyoshi Katakura
景義 片倉
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.)
Hitachi Ltd
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Priority to US06/662,098 priority patent/US4628223A/en
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Publication of JPH0521400B2 publication Critical patent/JPH0521400B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S310/00—Electrical generator or motor structure
    • Y10S310/80—Piezoelectric polymers, e.g. PVDF

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波診断装置などに用いる超音波探触子に
関するものでるる。
〔発明の背景〕
超音波探触子を医用に使う場合、電気−超音波変換の担
い手である圧電体には電気と超音波の変換効率すなわち
電気機械結合係数が太きいのみならず、軟くて音響イン
ピーダンスの小さい材料が望ましい。しかし、ジルコン
・チタン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックスなど電気機械結
合係数の大きい無機材料は硬くて音響インピーダンス高
く、人体とのマツチングが無い。また、有機物のように
軟いものは圧電性がないか、あっても電気機械結合係数
が小さいという欠点がある。そこでＰｚＴセラミックの
ような無機材料と有機材料を組合わせ、それぞれの特長
を同時にもつ複合材料を作ろうという試みが盛んに行な
われるようになってきた。
その先駆的な研究は米国のニューナムらによってなされ
、例えばマテリアル・リサーチ・プリテン誌１３巻５２
５〜５３６頁にその有用性が記述されている。ＰＺＴセ
ラミックと有機物の複合化の仕方は多極考案されている
が、例えば第１図に示したハニカム構造の被合化が有効
であることがマテリアル・リサーチ・プリテン誌１５巻
１３７１〜１３７９頁に示されている。これは、ハニカ
ム構造のＰＺＴセラミックの空孔部に有機物を充填した
もので、このような複合圧電材料がノ・イドロフオン用
としてその性能指数がＰＺＴセラミック自身のそれをは
るかに上回ることが示されている。
また逆に一様の圧さの有機物の板中に柱状の圧電体が多
数理め込まれている構造の複合圧電体も提案され同様な
効果を有している。
本発明は、上述のような複合圧電材料を超音波を送受す
る超音波探触子に用いようとするものである。さて、こ
のような複合圧’ａ桐料の特徴は超音波の発生効率に直
接関係する圧電歪み定数（ｄ定数）を低下させることな
く、音響インピーダンスおよび誘電率を下げられる点に
ある。しかし、これは、１）分散して存在する圧電セラ
ミックスの横方向の機械的結合がなく、ｉｌ）複合材料
全体が厚み方向に一様に変位するという仮定のもとに成
り立つ。
複合材料を超音波探触子に用いる場合、ビーム形成とい
う観点から′特に１１）の条件は重要である。
しかしここで、１）の条件を満たすためには充填する有
機物が充分軟かくなくてはならないが、それでは１１）
の条件が満たされないという矛盾がある。すなわち、複
合材料全体が一様に厚み方向に変位するためには充填す
る有機物はある程度硬くなくてはならない。
〔発明の目的〕
そこで本発明の目的は、複合材料について１）と１１）
を同時に満たすように構成された高感度の超音波探触子
を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の超音波探触子は、板面内で圧電セラミックの領
域と有機物の領域とが交互に存在する複合材料を用いる
が、これにさらにセラミック部と有機物部が連動するよ
うに橋渡しする連結層を設けたことを特徴とする。この
とき連結層の厚みを超音波の波長の４分の１とすれば超
音波を放射する際に連絡層が負荷とならずビーム発生効
率が向上する。またこの連結層に音響インピーダンスが
水と複合材料の中間の物質を用いて音響整合層としての
役割も持たせることができる。このように構成すること
によシ複合圧電材料の特徴を活かした高感度の超音波探
触子を得ることができる。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例を参照しながら詳細に説明する。
厚み方向に一様に分極処理を施した１０ｗ角、０、６　
ｍｍ厚のＰＺＴセラミックスに第２図に示したように超
音波加工によＪ）１．５ｍｍ角の穴を２５個０、５４１
７１１１間隔で空けた。これにシリコンゴムを充填した
後、両面に電極としてクロムと金を順次蒸着した。充填
材に軟かいシリコンゴムを用いたのはＰＺＴセラミック
間の横方向の機械的結合をなくすためである。このよう
にして得られた複合圧電材料の音響インピーダンスは〜
９　Ｘ　１０’　Ｋ１７ｍ２ｓ　であった。
次に、有機物としては比較的硬いエポキシ系樹脂で音響
インピーダンスが３　Ｘ　１０　’Ｋｇ／ｎ１２ｓ程度
のものをＰＺＴセラミック部とシリコンゴム部の音響連
結層として複合圧電材料の上に形成した（第３図）。こ
こで、音響連結層の厚みを〜０．１３ｍｍとした。また
１電気を供給するリード線を着けるために上部電極が一
部露出するようにした。連結層の厚みは本実施例におけ
る超音波の波長のほぼ４分の１になっている。
このように作成した超音波探触子の性能を調べるために
パルス波形および感度の測定をした。音響条件は空気バ
ンキング浜なっており、探触子から水中に超音波を放射
し、反射体からのエコーを再び探触子で受波し、送受波
総合感度を評価した。
パルス波形は、空気バッキングではあるが７２０ｄ１３
巾が約４．５λ（λは超音波の波長）と超音波撮像用と
して光分短かかった。感度測定に際しては、比較のため
にＰＺＴセラミックスを用いた従来の構造の同一口径（
１０咽角）の超音波探触子を作成した。この比較用探触
子は適当なバッキング材と音響整合層を組合せることで
、パルス長が本実施例の探触子と同程度（−２０ｄＢ巾
が４，５λ）になるように作成した。両者の探触子で感
度比較を行なったところ、本実施例の探触子は従来の探
触子に比較し約１５ｄＢ感度が高かった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、圧電セラミックと有機物の複合材
料と、音響連結層を組合せることによシ、高感度の超音
波探触子が実現することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の前提となる複合圧電拐料の概念を示す
図、第２図は本発明の実施例に使用するハニカム構造圧
電セラミックを示す図、第３図は本発明の超音波探触子
を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、厚み方向に一様に分極した圧電セラミックからなる
    領域と、有機物からなる領域とが板面方向で交互に分散
    して存在する板状の複合拐料と、該複合材料の両面に形
    成された電極と、該複合材料の少なくも一面に形成され
    、該有機物より硬い材料から成る連結層とを有する超音
    波探触４子。 ２、前記連結層は音響インピーダンスが水と該複合材料
    の中間の物質から成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項の超音波探触子。 ３、前記連結層は使用超音波の波長のほぼ４分の１の厚
    さを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項もし
    くは第２項の超音波探触子。
JP58194233A 1983-10-19 1983-10-19 超音波探触子の製造方法 Granted JPS6086999A (ja)

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