JPH02246700A - 超音波アレー及びその加工方法と装置 - Google Patents
超音波アレー及びその加工方法と装置Info
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- JPH02246700A JPH02246700A JP2039535A JP3953590A JPH02246700A JP H02246700 A JPH02246700 A JP H02246700A JP 2039535 A JP2039535 A JP 2039535A JP 3953590 A JP3953590 A JP 3953590A JP H02246700 A JPH02246700 A JP H02246700A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0648—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of rectangular shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、横に並んだ複数の振動体要素を備えた超音
波アレー、及びこの種のアレーの加工方法と装置とに関
する。
波アレー、及びこの種のアレーの加工方法と装置とに関
する。
［従来の技術］
横に並んだ複数の振動体要素を備え、これらの振動体要
素が相互に向かい合う第１の電極面と第２の電極面とに
電極材料を被覆され、その際すべての振動体要素の第２
の電極面が一底面上に配置され、またすべての振動体要
素が相互に向かい合いかつ相互に非平行に配置された第
１及び第２の側面を有する超音波アレーは、特開昭第５
５−１１６９８号公報の第５図から知られている。この
超音波アレーは、支持体又は制振体上に横に並んだ台形
断面の複数の超音波変換器要素又は振動体要素を宥する
超音波アレーである。電極材料を被覆され相互に平行に
向かい合う第１及び第２の電極面はそれぞれ方形に形成
されている。二つの平らな側面はそれぞれくさび形に向
かい合って延びている。この超音波アレーの場合には二
つの形式の振動体要素、すなわち放射面として働く第１
の電極面が制振体に向かう側の又は底面上に配置された
第２の電極面より大きい振動体要素と、逆に放射面とし
て働く第１の電極面がこれに平行な第２の電極面より小
さい振動体要素とが、交互に横に並べて用いられる。前
記特許公報には更に、超音波アレー、特に細分割された
個々の変換器要素を例えばレーザ切断光線による切断技
術で加工できることが記載されている。
素が相互に向かい合う第１の電極面と第２の電極面とに
電極材料を被覆され、その際すべての振動体要素の第２
の電極面が一底面上に配置され、またすべての振動体要
素が相互に向かい合いかつ相互に非平行に配置された第
１及び第２の側面を有する超音波アレーは、特開昭第５
５−１１６９８号公報の第５図から知られている。この
超音波アレーは、支持体又は制振体上に横に並んだ台形
断面の複数の超音波変換器要素又は振動体要素を宥する
超音波アレーである。電極材料を被覆され相互に平行に
向かい合う第１及び第２の電極面はそれぞれ方形に形成
されている。二つの平らな側面はそれぞれくさび形に向
かい合って延びている。この超音波アレーの場合には二
つの形式の振動体要素、すなわち放射面として働く第１
の電極面が制振体に向かう側の又は底面上に配置された
第２の電極面より大きい振動体要素と、逆に放射面とし
て働く第１の電極面がこれに平行な第２の電極面より小
さい振動体要素とが、交互に横に並べて用いられる。前
記特許公報には更に、超音波アレー、特に細分割された
個々の変換器要素を例えばレーザ切断光線による切断技
術で加工できることが記載されている。
この種の超音波アレーはフェイズドアレーアブリケータ
には適していない、なぜならばそれぞれ横に並ぶ二つの
形式の振動体要素が異なる放射特性を有するからである
。各振動体要素の放射面の幅は入／２以下でなければな
らない、ここでλは伝播媒体の中の送出された超音波の
波長である。
には適していない、なぜならばそれぞれ横に並ぶ二つの
形式の振動体要素が異なる放射特性を有するからである
。各振動体要素の放射面の幅は入／２以下でなければな
らない、ここでλは伝播媒体の中の送出された超音波の
波長である。
この条件は二つの異なる振動体要素の形式を備えた超音
波アレーでは全く又は不十分にしか得られない、従って
この発明は、フェイズドアレーアプリケータとして用い
られる超音波アレーでは同一に形成された振動体要素だ
けを用いるようにすべきであるという要求に基づいてい
る。
波アレーでは全く又は不十分にしか得られない、従って
この発明は、フェイズドアレーアプリケータとして用い
られる超音波アレーでは同一に形成された振動体要素だ
けを用いるようにすべきであるという要求に基づいてい
る。
ドイツ連邦共和国特許第３７３９２２８号明細書には、
支持体に向かう側の第２の電極底面が支持体と反対側の
正面又は第１の電極面より大きいときに、超音波変換器
アレーの個々の超音波変換器の間の音響的横結合を低減
できることが記載されている。それで線形アレーの場合
には、アレーの長子方向に平行に延びる断面が等脚台形
の形状を有する超音波変換器が作られる。そのとき超音
波変換器の間に存在する継目の向かい合う側面はもはや
平行ではなく、継目の断面が台形の形状を有する０台形
断面を備えたこの種の継目の加工は、例えば相互に鋭角
を成して傾けられた二つの鋸切断により実施することが
できる。しかしながら比較的大きい超音波アレーの場合
には、アレーの正面に対する相対的な鋸刃の切り込み角
が制限される。更に正確な傾斜切断は比較的大きい技術
的負担を伴なわないと実現することができない。
支持体に向かう側の第２の電極底面が支持体と反対側の
正面又は第１の電極面より大きいときに、超音波変換器
アレーの個々の超音波変換器の間の音響的横結合を低減
できることが記載されている。それで線形アレーの場合
には、アレーの長子方向に平行に延びる断面が等脚台形
の形状を有する超音波変換器が作られる。そのとき超音
波変換器の間に存在する継目の向かい合う側面はもはや
平行ではなく、継目の断面が台形の形状を有する０台形
断面を備えたこの種の継目の加工は、例えば相互に鋭角
を成して傾けられた二つの鋸切断により実施することが
できる。しかしながら比較的大きい超音波アレーの場合
には、アレーの正面に対する相対的な鋸刃の切り込み角
が制限される。更に正確な傾斜切断は比較的大きい技術
的負担を伴なわないと実現することができない。
この発明は１個々の振動体要素から構成され広帯域であ
って１〜５０ＭＨｚの範囲に中心周波数を有する短い超
音波パルスの発生を可能にする超音波アレーを提供する
ことを目標とした。その際両面に電極材料を被覆された
圧電セラミック材料から成る振動体要素が厚さ方向振動
体として働くようにしようとするものである。望ましく
は患者の超音波検査のために、超音波パルスにより青透
過性媒体を走査するのに役立つ線形フェイズドアレーア
ンテナとして超音波アレーを用いることができるように
、個々の振動体要素しかもすべての振動体要素の指向性
パターンができるだけ大きい開き角を有するようにしよ
うとするものである。
って１〜５０ＭＨｚの範囲に中心周波数を有する短い超
音波パルスの発生を可能にする超音波アレーを提供する
ことを目標とした。その際両面に電極材料を被覆された
圧電セラミック材料から成る振動体要素が厚さ方向振動
体として働くようにしようとするものである。望ましく
は患者の超音波検査のために、超音波パルスにより青透
過性媒体を走査するのに役立つ線形フェイズドアレーア
ンテナとして超音波アレーを用いることができるように
、個々の振動体要素しかもすべての振動体要素の指向性
パターンができるだけ大きい開き角を有するようにしよ
うとするものである。
勿論側々の振動体要素が高い送受信透過係数を有するよ
うにしようとするものである。
うにしようとするものである。
［発明が解決しようとする課題］
この発明の第１の課題は、青透過性媒体を走査するため
のフェイズドアレーアンテナとして使用できるような、
前記の種類の超音波アレーを提供することにある。第２
の課題はこの種の超音波アレーの加工方法及び加工装置
を提供することにある。
のフェイズドアレーアンテナとして使用できるような、
前記の種類の超音波アレーを提供することにある。第２
の課題はこの種の超音波アレーの加工方法及び加工装置
を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
第１の課題はこの発明に基づき、振動体要素の断面が第
１の電極面から第２の電極面へ向かう方向に一様に変化
することにより解決される。
１の電極面から第２の電極面へ向かう方向に一様に変化
することにより解決される。
従って非平行な側面を備えたすべて同一の振動体要素が
用いられる。すべての振動体要素は同一の指向特性と、
寸法が適当に選択された場合に適当な大きさのすべて同
一の開き角とを有する。
用いられる。すべての振動体要素は同一の指向特性と、
寸法が適当に選択された場合に適当な大きさのすべて同
一の開き角とを有する。
有利な一構成によればこの装置は、振動体要素の放射面
に向かう側の第１の電極面が制振体に向かう側の第２の
電極面よりそれぞれ小さいようになっている。
に向かう側の第１の電極面が制振体に向かう側の第２の
電極面よりそれぞれ小さいようになっている。
この種の超音波アレーの加工方法は、圧電材料がレーザ
切断光線により平行に間隔を置いた線に沿って照射され
るという方法を出発点とする。
切断光線により平行に間隔を置いた線に沿って照射され
るという方法を出発点とする。
第２の課題はこの方法を利用してこの発明に基づき、圧
電セラミックが収れんするレーザ光により平行に間隔を
置いた線に沿って一面だけを照射され、セラミックの中
に横に並び非平行の壁を備えた切り込みが作られること
により解決される。
電セラミックが収れんするレーザ光により平行に間隔を
置いた線に沿って一面だけを照射され、セラミックの中
に横に並び非平行の壁を備えた切り込みが作られること
により解決される。
この方法を実行するための装置はレーザを備え、そのレ
ーザ光線が圧電材料上へ導かれる。装置についての課題
はこの発明に基づき、圧電材料とレーザとの間に集束装
置が配置され、この集束装置が圧電材料上に収れん性レ
ーザ光の切断光線を発生させることにより解決される。
ーザ光線が圧電材料上へ導かれる。装置についての課題
はこの発明に基づき、圧電材料とレーザとの間に集束装
置が配置され、この集束装置が圧電材料上に収れん性レ
ーザ光の切断光線を発生させることにより解決される。
［実施例］
次にこの発明に基づく超音波アレーの一実施例と加工装
置の複数の実施例とを示す図面により、この発明の詳細
な説明する。
置の複数の実施例とを示す図面により、この発明の詳細
な説明する。
従来実際には主として、同一の直方体形の形状を備えた
振動体要素が位相制御超音波アンテナ（フェイズドアレ
ー）に使用されてきた。振動体要素の平行な幾何学的側
面は横振動モードの非常に明確なかつ突出した共振を招
くのが欠点である。この種の変換器要素又は振動体要素
の共振点は次式（１）により音伝播速度及び幾何学的長
さ又は幅から直接決まる。
振動体要素が位相制御超音波アンテナ（フェイズドアレ
ー）に使用されてきた。振動体要素の平行な幾何学的側
面は横振動モードの非常に明確なかつ突出した共振を招
くのが欠点である。この種の変換器要素又は振動体要素
の共振点は次式（１）により音伝播速度及び幾何学的長
さ又は幅から直接決まる。
ｆｒｅｓ ＝−ＦＴ（２ｎ＋１） （１）
ここで ｎ＝ｏ、１，２，３．・拳・ ｆｒｅｓ ：振動体要素の共振周波数Ｃ：音伝播速度 Ｗ ：振動体の輻（又は長さ） この突出した共振は確かに厚さ方向２には全く望ましい
、しかしながら横方向（Ｘ及び／又はｙ）にはこの種の
モードは寄生振動特性を有する。寄生振動特性は超音波
界を変形させ効率を低下させる。従ってこの寄生振動モ
ードの抑制が重要である。
ここで ｎ＝ｏ、１，２，３．・拳・ ｆｒｅｓ ：振動体要素の共振周波数Ｃ：音伝播速度 Ｗ ：振動体の輻（又は長さ） この突出した共振は確かに厚さ方向２には全く望ましい
、しかしながら横方向（Ｘ及び／又はｙ）にはこの種の
モードは寄生振動特性を有する。寄生振動特性は超音波
界を変形させ効率を低下させる。従ってこの寄生振動モ
ードの抑制が重要である。
第１図によれば、医用目的のフェイズドアレーに適した
超音波アレー２は横に並んだ複数の振動体要素４を備え
る。各振動体要素４の中心部は圧電材料６特に例えばＰ
ＺＴ−５形のような圧電セラミックであり、この材料は
互いに平行に向かい合う第１及び第２の電極面に電極材
料８又は１０を被覆されている。直方体形ではないすべ
ての振動体要素４は同一であり、その断面が第１の電極
面８から第２の電極面１０へ向かう方向に一様に連続し
て変化するように調整され、図示の例では第１の電極面
８が第２の電極面１０より小さい。
超音波アレー２は横に並んだ複数の振動体要素４を備え
る。各振動体要素４の中心部は圧電材料６特に例えばＰ
ＺＴ−５形のような圧電セラミックであり、この材料は
互いに平行に向かい合う第１及び第２の電極面に電極材
料８又は１０を被覆されている。直方体形ではないすべ
ての振動体要素４は同一であり、その断面が第１の電極
面８から第２の電極面１０へ向かう方向に一様に連続し
て変化するように調整され、図示の例では第１の電極面
８が第２の電極面１０より小さい。
すべての振動体要素の第２の電極面１０は一底面上に配
置されている。所定の横共振を防止するために、相互に
向かい合い平行でない第１の側面１２と第２の側面１４
とを備えた振動体要素４が横力向Ｘに用いられる。各振
動体要素４の長手方向ｙの第３の側面１６及び第４の側
面１８も相互に平行でないのが右利である。このことは
前記共振条件（１）がこれらの空間方向ｘ、ｙに対して
もはや満たされないという結果をもたらす。
置されている。所定の横共振を防止するために、相互に
向かい合い平行でない第１の側面１２と第２の側面１４
とを備えた振動体要素４が横力向Ｘに用いられる。各振
動体要素４の長手方向ｙの第３の側面１６及び第４の側
面１８も相互に平行でないのが右利である。このことは
前記共振条件（１）がこれらの空間方向ｘ、ｙに対して
もはや満たされないという結果をもたらす。
例えばそれぞれ第１図に示すように、台形横断面を備え
た振動体要素４がこのために適している。具体的に説明
するために台形の側辺を階段関数により近似して考える
ことができる。それぞれのこれらの段に対して上記共振
条件（１）が成立する。従って台形の振動体断面により
、平行な壁ならばｆ ｒｅｓｅｔ及びｆ ｒｅｓｏによ
り与えられる周波数帯域に現れるはずの明確な横共振の
ぼかしが達成される。
た振動体要素４がこのために適している。具体的に説明
するために台形の側辺を階段関数により近似して考える
ことができる。それぞれのこれらの段に対して上記共振
条件（１）が成立する。従って台形の振動体断面により
、平行な壁ならばｆ ｒｅｓｅｔ及びｆ ｒｅｓｏによ
り与えられる周波数帯域に現れるはずの明確な横共振の
ぼかしが達成される。
ｆ ｒｅｓｕ ＝ ＃ （２ｎ ＋ １ ）ｆ ｒｅｓ
ｏ ＝ ＃ （２ｎ ＋ １ ）ここで ｎ＝０．ｌ、２，３．ｅ＊＊ Ｗ、二台形底辺の長さ Ｗｏ ：台形頂辺の長さ それぞれの長手方向断面をも、又はそれだけを台形に構
成することができる。
ｏ ＝ ＃ （２ｎ ＋ １ ）ここで ｎ＝０．ｌ、２，３．ｅ＊＊ Ｗ、二台形底辺の長さ Ｗｏ ：台形頂辺の長さ それぞれの長手方向断面をも、又はそれだけを台形に構
成することができる。
平行でない側面１２．１４及び／又は１６．１８を備え
た振動体要素形状により、寄生振動モードが抑制され、
一方有効モード（＝厚さ方向モード）が高められる。
た振動体要素形状により、寄生振動モードが抑制され、
一方有効モード（＝厚さ方向モード）が高められる。
個々の振動体要素４は共通な制振体２０上に設けられ、
制振体２０の上面が底面であり、この底面上に振動体要
素４の第２の電極面１０が配置されている。第２の電極
面は周知のように例えばエポキシ又はポリウレタンをベ
ースとし粒子を充填されたプラスチックから成ることが
できる。はぼ平らな側面１２．１４を備えた個々の振動
体要素４は、■字形間隙又は切り込み２２により相互に
分離されている。■字形切り込み２２が図示の実施例の
場合にはそれぞれ制振体２０の中まで延びていることが
重要である。各振動体要素４は放射側に結合層２４を備
えている。従って図示の実施例の場合にはすべての振動
体要素４を覆う共通の結合層が用いられていないという
ことを強調すべきである。それどころかここでは個々の
結合層２４が同様にＶ字形間隙２２により相互に分離さ
れている。このことは良好な音響的減結合を保証する。
制振体２０の上面が底面であり、この底面上に振動体要
素４の第２の電極面１０が配置されている。第２の電極
面は周知のように例えばエポキシ又はポリウレタンをベ
ースとし粒子を充填されたプラスチックから成ることが
できる。はぼ平らな側面１２．１４を備えた個々の振動
体要素４は、■字形間隙又は切り込み２２により相互に
分離されている。■字形切り込み２２が図示の実施例の
場合にはそれぞれ制振体２０の中まで延びていることが
重要である。各振動体要素４は放射側に結合層２４を備
えている。従って図示の実施例の場合にはすべての振動
体要素４を覆う共通の結合層が用いられていないという
ことを強調すべきである。それどころかここでは個々の
結合層２４が同様にＶ字形間隙２２により相互に分離さ
れている。このことは良好な音響的減結合を保証する。
すべての暦２４，８．６．１０及び２０に対して共通な
切り込み２２は、超音波アレー２の加工の際にそれぞれ
一工程で加工される。各結合層２４上の超音波放射面は
それぞれ符号２６を有する。
切り込み２２は、超音波アレー２の加工の際にそれぞれ
一工程で加工される。各結合層２４上の超音波放射面は
それぞれ符号２６を有する。
切り込み２２の２°〜３″のくさび角が横モードの防止
に対し十分であることが判明した。このくさび角は側面
１２．１４の非平行性により決まる。
に対し十分であることが判明した。このくさび角は側面
１２．１４の非平行性により決まる。
従ってここでは振動体要素４の放射面に向かう側の第１
の電極面８は、制振体２０に向かう側の有効な第２の電
極面１０より小さい。
の電極面８は、制振体２０に向かう側の有効な第２の電
極面１０より小さい。
実際に作られた一実施例ではくさび角は２．５°で、個
々の振動体要素４の厚さｔはｔ＝０．４ｍｍで、長さは
！＝１２ｍｍで１幅はｗｕ＝０．２ｍｍであった。特記
すべきことは、用いられた厚さｔが圧電材料に関係し、
幅Ｗｕが結合方向へ超音波を伝播する媒体に関係してい
るということである０幅Ｗｕは入／２以下とすべきであ
り、ここで入は波長である。厚さｔと幅Ｗ。
々の振動体要素４の厚さｔはｔ＝０．４ｍｍで、長さは
！＝１２ｍｍで１幅はｗｕ＝０．２ｍｍであった。特記
すべきことは、用いられた厚さｔが圧電材料に関係し、
幅Ｗｕが結合方向へ超音波を伝播する媒体に関係してい
るということである０幅Ｗｕは入／２以下とすべきであ
り、ここで入は波長である。厚さｔと幅Ｗ。
とは倍数で２以上具なるべきである。ここでは寸法選定
の際にほぼ正確に２の倍数が選ばれた。
の際にほぼ正確に２の倍数が選ばれた。
第２図の縮小側面図に示すように、放射側の第１の電極
８は横に両縁で折り曲げられ、両縁から接地線２８を経
て電気的に共通点３０例えば接地された端子３２へ導か
れている。裏側の第２の電極１０は中央タップを有し、
この中央タップは線３４を経て別の端子３６に結合され
ている。
８は横に両縁で折り曲げられ、両縁から接地線２８を経
て電気的に共通点３０例えば接地された端子３２へ導か
れている。裏側の第２の電極１０は中央タップを有し、
この中央タップは線３４を経て別の端子３６に結合され
ている。
第３図に示すように下に向かって導かれた複数の線３４
が横並びに超音波アレー２から突出している。
が横並びに超音波アレー２から突出している。
平行でない側面１２．１４及び／又はＸ６．１８を備え
た振動体要素４は、通常の加工方法（機械的な鋸切断又
は研削切断）によって加工することは著しく困難である
。それゆえにこの問題はここでレーザ切断技術による装
置を使用すことにより解決される。原理的にはこのため
に例えばアルゴンイオンレーザ及びネオジムＹＡＧレー
ザのような種々の方式のレーザを用いることができる。
た振動体要素４は、通常の加工方法（機械的な鋸切断又
は研削切断）によって加工することは著しく困難である
。それゆえにこの問題はここでレーザ切断技術による装
置を使用すことにより解決される。原理的にはこのため
に例えばアルゴンイオンレーザ及びネオジムＹＡＧレー
ザのような種々の方式のレーザを用いることができる。
その際特に切断のためのエネルギーがエネルギーの豊富
な非常に短いパルスで、圧電セラミック６を含み層２４
．８．６，１０．２０から成る準備された積層体４０に
供給され、それにより切断縁又は溝の周囲では材料の比
較的大きい温度上昇が生じない、もし温度上昇があれば
ＰＺＴセラミック６の中に大きい鉛の減損が起こるので
、セラミック６は各切断部例えば切り込み２２の相応の
周囲で不活性になってしまう。
な非常に短いパルスで、圧電セラミック６を含み層２４
．８．６，１０．２０から成る準備された積層体４０に
供給され、それにより切断縁又は溝の周囲では材料の比
較的大きい温度上昇が生じない、もし温度上昇があれば
ＰＺＴセラミック６の中に大きい鉛の減損が起こるので
、セラミック６は各切断部例えば切り込み２２の相応の
周囲で不活性になってしまう。
セラミック６は前記レーザ光に対して原理的に透明であ
るので、レーザ光線の吸収は非線形効果だけに基づき行
われる。このことは切断面が非常に滑らかになるという
わけＫいかず、また縁２２で隆起が発生するということ
を引き起こす。
るので、レーザ光線の吸収は非線形効果だけに基づき行
われる。このことは切断面が非常に滑らかになるという
わけＫいかず、また縁２２で隆起が発生するということ
を引き起こす。
それゆえに第４図ないし第６図に示す装置によれば、過
熱の防止と滑らかな面の獲得とのためにエキシマレーザ
４２が用いられ、その紫外域の光が直接圧電セラミック
６から積層体４０の中へ吸収される。
熱の防止と滑らかな面の獲得とのためにエキシマレーザ
４２が用いられ、その紫外域の光が直接圧電セラミック
６から積層体４０の中へ吸収される。
第４図に示すように、レーザ４２から放射される光線４
４は点状焦点４８を発生させる集束装置４６従って望ま
しくは凸レンズにより集束され、積層体４０のセラミッ
ク６の切除しようとする個所上に入射される。集束装置
４６により、切り込み２２の所望のＶ字形従って振動体
要素４の台形を選択することができる。切り込み２２は
照射中の圧電セラミック６と点状焦点４８を有するレー
ザ光との相対運動により作られる。積層体４０だけが切
り込み２２を作るために動かされるのが有利である。こ
のために積層体４０は保持体５０上に取り付けられ、こ
の保持体が矢印５２の方向へ動かされる。
４は点状焦点４８を発生させる集束装置４６従って望ま
しくは凸レンズにより集束され、積層体４０のセラミッ
ク６の切除しようとする個所上に入射される。集束装置
４６により、切り込み２２の所望のＶ字形従って振動体
要素４の台形を選択することができる。切り込み２２は
照射中の圧電セラミック６と点状焦点４８を有するレー
ザ光との相対運動により作られる。積層体４０だけが切
り込み２２を作るために動かされるのが有利である。こ
のために積層体４０は保持体５０上に取り付けられ、こ
の保持体が矢印５２の方向へ動かされる。
第５図に示す装置は第４図に示す装置と類似して構成さ
れている。第５図の装置では集束装置４６が円筒レンズ
から成り、この円筒レンズはレーザ光４４を切り込み２
２の長さを有する線状焦点５４に収れんする。切り込み
２２を作るために線状焦点５４を使用することにより、
第４図の矢印５２により示された相対運動を省略するこ
とができる。
れている。第５図の装置では集束装置４６が円筒レンズ
から成り、この円筒レンズはレーザ光４４を切り込み２
２の長さを有する線状焦点５４に収れんする。切り込み
２２を作るために線状焦点５４を使用することにより、
第４図の矢印５２により示された相対運動を省略するこ
とができる。
切り込み２２の間隔すなわち振動体要素４の幅Ｗは、第
４図及び第５図においてレーザ光線の主放射方向Ｓに対
し横向きに、ｖＬ層体４０を相応に機械的にステップ状
に送ることにより調節される。このためにこの積層体４
０は保持体５０と共にステップ状に矢印５６の方向に動
かされる。
４図及び第５図においてレーザ光線の主放射方向Ｓに対
し横向きに、ｖＬ層体４０を相応に機械的にステップ状
に送ることにより調節される。このためにこの積層体４
０は保持体５０と共にステップ状に矢印５６の方向に動
かされる。
第６図はＶ字形切り込みを加工する別の装置を示す、レ
ーザ４２から放射する光線４４はビーム拡幅装置５８を
介して拡幅されるので、拡幅されたレーザ光線５９がア
レー面全体を照射する。そしてレーザ光線５９がスリッ
ト６２を備えたマスク６０を通過する。スリット６２の
配置はセラミック６の中の横に並ぶ切り込み２２の像で
ある。このマスク６０は結像系である集束装置４６によ
り積層体４０の表面上に結像されるので、セラミック６
の中に作り込もうとする切り込み２２と同じ数の線状焦
点が拡幅レーザ光ＭＪ、５９から同時に発生する。従っ
て第６図に示す装置により、超音波アレー２の中の平行
に間隔を置いたすべての切り込み２２を一工程で加工す
ることができる。
ーザ４２から放射する光線４４はビーム拡幅装置５８を
介して拡幅されるので、拡幅されたレーザ光線５９がア
レー面全体を照射する。そしてレーザ光線５９がスリッ
ト６２を備えたマスク６０を通過する。スリット６２の
配置はセラミック６の中の横に並ぶ切り込み２２の像で
ある。このマスク６０は結像系である集束装置４６によ
り積層体４０の表面上に結像されるので、セラミック６
の中に作り込もうとする切り込み２２と同じ数の線状焦
点が拡幅レーザ光ＭＪ、５９から同時に発生する。従っ
て第６図に示す装置により、超音波アレー２の中の平行
に間隔を置いたすべての切り込み２２を一工程で加工す
ることができる。
第４図ないし第６図に示す加工方法の場合に、レーザパ
ルスの数により切り込み２２の切り込み深さが調節され
る。このことは非常に高い再現精度により可能である。
ルスの数により切り込み２２の切り込み深さが調節され
る。このことは非常に高い再現精度により可能である。
第１図はこの発明に基づく超音波アレーの一実施例の斜
視図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図に示す超音波
アレーの■−■方向から見た縮小断面図及び部分断面を
含む縮小側面図、第４図ないし第６図はそれぞれこの発
明に基づく加工装置の異なる実施例の斜視図又は平面図
である。 ２・・・超音波アレー ４・・・振動体要素 ６・・・圧電セラミック ８、１０・・・電極面 １２．１４．１６．１８・・・側面 ２０・・・制振体 ２２・・・切り込み ２４・・・結合層 ４２・・・レーザ ４４．５９・・・レーザ光 ４６・・・集束装置 ４８・・・点状焦点 ５４・・・線状焦点 ６０・・・マスク ６２・・・スリット
視図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図に示す超音波
アレーの■−■方向から見た縮小断面図及び部分断面を
含む縮小側面図、第４図ないし第６図はそれぞれこの発
明に基づく加工装置の異なる実施例の斜視図又は平面図
である。 ２・・・超音波アレー ４・・・振動体要素 ６・・・圧電セラミック ８、１０・・・電極面 １２．１４．１６．１８・・・側面 ２０・・・制振体 ２２・・・切り込み ２４・・・結合層 ４２・・・レーザ ４４．５９・・・レーザ光 ４６・・・集束装置 ４８・・・点状焦点 ５４・・・線状焦点 ６０・・・マスク ６２・・・スリット
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １） 横に並んだ複数の振動体要素（４）を備え、これ
らの振動体要素が相互に向かい合う第１の電極面と第２
の電極面とに電極材料 （８又は１０）を被覆され、すべての振動体要素（４）
の第２の電極面（１０）が一底面上に配置され、またす
べての振動体要素が相互に向かい合いかつ相互に非平行
に配置された第１及び第２の側面（１２又は１４；１６
又は１８）を有する超音波アレー（２）において、振動
体要素（４）の断面が第１の電極面（８）から第２の電
極面（１０）へ向かう方向に一様に変化することを特徴
とする超音波アレー。 ２） 放射面として働く第１の電極面（８）が底面上に
配置された第２の電極面（１０）より小さいことを特徴
とする請求項１記載のア レー。 ３） 相互に向かい合う第３及び第４の側面（１６、１
８）も相互に非平行に形成されていることを特徴とする
請求項１又は２記載のアレー。 ４） 非平行な側面（１２、１４；１６、１８）がほぼ
平らに形成されていることを特徴とする請求項１ないし
３の一つに記載のアレー。 ５） 振動体要素（４）が台形の長手方向断面及び／又
は台形の横断面を有することを特徴とする請求項１ない
し４の一つに記載のア レー。 ６） 振動体要素（４）が共通な制振体（２０）上に配
置され、それぞれＶ字形断面の切り込み（２２）により
相互に分離されていることを特徴とする請求項１ないし
５の一つに記載のアレー。 ７） 各振動体要素（４）が放射側に結合層（２４）を
備え、横に並ぶ振動体要素（４）の結合層（２４）がＶ
字形切り込み（２２）により相互に分離されていること
を特徴とする請求項１ないし６の一つに記載のアレー。 ８） 圧電材料がレーザ切断光線により平行に間隔を置
いた線に沿って照射される際に、圧 電セラミック（６）が収れんするレーザ光 （４４）により平行に間隔を置いた線に沿って一面だけ
を照射され、セラミック（６） の中に横に並び非平行の壁（１２、１４； １６、１８）を備えた切り込み（２２）が作られること
を特徴とする請求項１ないし７の一つに記載の超音波ア
レーの加工方法。 ９） レーザ光（４４）が点状焦点（４８）に収れんさ
れ、切り込み（２２）が照射中の圧電セラミック（６）
とレーザ光との相対運動により作られることを特徴とす
る請求項８記載の方法。 １０） レーザ光（４４）が切り込み（２２）の長さを
有する線状焦点（５４）に収れんされることを特徴とす
る請求項８記載の方法。 １１） 各照射の後にセラミック（６）が一ステップず
つ収れんするレーザ光の主放射方向に直角に移動される
ことを特徴とする請求項９ 又は１０記載の方法。 １２） 線状焦点（５４）に収れんするレーザ光の発生
のためにレーザ（４２）が用いられ、そのレーザ光線（
４４）が円筒レンズ上に導かれることを特徴とする請求
項１０又は１１記載の方法。 １３） レーザ光（５９）がスリット（６２）を備えた
マスク（６０）を経て導かれ、その際スリット（６２）
の配置がセラミック（６）の中に横に並ぶ切り込み（２
２）の像であり、このマスク（６０）が照射中にセラミ
ック （６）上に、横に並ぶ切り込み（２２）を生じるように
結像されることを特徴とする請求項８記載の方法。 １４） 平行に間隔を置いたそれぞれの線に沿って複数
のレーザ光パルスがセラミック（６）へ入射されること
を特徴とする請求項８ないし１３の一つに記載の方法。 １５） レーザ光の発生のためにレーザ（４２）が用い
られ、そのレーザ光（４４）が紫外域にあることを特徴
とする請求項８ないし１４の一つに記載の方法。 １６） レーザ（４２）がエキシマレーザであり、その
レーザ光（４４）が圧電セラミック （６）により吸収されることを特徴とする請求項１５記
載の方法。 １７） レーザ（４２）を備え、そのレーザ光線が圧電
材料上に導かれ、圧電材料とレーザ （４２）との間に集束装置（４６）が配置され、この集
束装置が圧電材料上に収れん性 レーザ光の切断光線を発生させることを特徴とする請求
項８ないし１６の一つに記載の方法を実施するための装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89103112A EP0383972B1 (de) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung |
| EP89103112.2 | 1989-02-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02246700A true JPH02246700A (ja) | 1990-10-02 |
| JP2960093B2 JP2960093B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=8200994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2039535A Expired - Fee Related JP2960093B2 (ja) | 1989-02-22 | 1990-02-19 | 超音波アレー及びその加工方法と装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5045746A (ja) |
| EP (1) | EP0383972B1 (ja) |
| JP (1) | JP2960093B2 (ja) |
| AT (1) | ATE98530T1 (ja) |
| DE (1) | DE58906448D1 (ja) |
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