JPH0457599A - 複合圧電体及び超音波探触子 - Google Patents
複合圧電体及び超音波探触子Info
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- JPH0457599A JPH0457599A JP2169009A JP16900990A JPH0457599A JP H0457599 A JPH0457599 A JP H0457599A JP 2169009 A JP2169009 A JP 2169009A JP 16900990 A JP16900990 A JP 16900990A JP H0457599 A JPH0457599 A JP H0457599A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
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- 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。
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
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。
合圧電体及び超音波探触子に関するものである。
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６１−７７．４
９７号公報記載のものがある。
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６１−７７．４
９７号公報記載のものがある。
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サについて説明スる。この超音波ト
ランスジューサは、−次元に配列した圧電セラミックス
２２を三次元に配列したポリウレタン等の高分子２３で
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、２
４ｂ・・・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ちのとなるが、ここでは図示して
いない。
音波トランスジューサについて説明スる。この超音波ト
ランスジューサは、−次元に配列した圧電セラミックス
２２を三次元に配列したポリウレタン等の高分子２３で
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、２
４ｂ・・・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ちのとなるが、ここでは図示して
いない。
そして、多重リング型の電極２４ａ、２４ｂ・・・２４
ｎと共通電極２５間に印加する電圧に、電極２４ａ、２
４ｂ・・・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。
ｎと共通電極２５間に印加する電圧に、電極２４ａ、２
４ｂ・・・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。
発明か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
も面積か大きく、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２
４ａ、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２Ｏ
ｎｏｎ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１９．６３Ｍ２．４ｂは３９゜
２ｎｏｎ２．４ｃは５８．９ｍ＋ｎ 、４ｎは１３７
．４４胚２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太き（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ピーダ
ンスとマツ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
スのマツチングがとれないために、超音波への変換効率
か悪くなる。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かできなく
なるという欠点を有している。
、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
も面積か大きく、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２
４ａ、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２Ｏ
ｎｏｎ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１９．６３Ｍ２．４ｂは３９゜
２ｎｏｎ２．４ｃは５８．９ｍ＋ｎ 、４ｎは１３７
．４４胚２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太き（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ピーダ
ンスとマツ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
スのマツチングがとれないために、超音波への変換効率
か悪くなる。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かできなく
なるという欠点を有している。
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ピ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ツチングによる反射
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。
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ピ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ツチングによる反射
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。
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。
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。
請求項（２）の発明は、前記請求項（１）の発明におい
て２種類以上の圧電体か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。
て２種類以上の圧電体か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。
請求項（３）の発明は前記請求項（１）の発明において
、２種類以上の圧電体が一次元のつながりを有し、有機
高分子材料が三次元のつながりを有することを特徴とす
る複合圧電体である。
、２種類以上の圧電体が一次元のつながりを有し、有機
高分子材料が三次元のつながりを有することを特徴とす
る複合圧電体である。
請求項（４）の発明は一方の面に設けられたすング状の
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。
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。
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。
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。
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
状の各電極毎の圧電体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。
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体積比を変えたことを特徴とす
る超音波探触子である。
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。
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。
作 用
請求項（１）の発明７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。
）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。
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。
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。
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。
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か存在すること
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、例えば路間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。
ことで、各リング状電極毎に複合圧電体か存在すること
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、例えば路間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。
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、路間し値とするこができる。請求項（７）の発明
も前記請求項（６）の発明と路間し作用を有する。
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、路間し値とするこができる。請求項（７）の発明
も前記請求項（６）の発明と路間し作用を有する。
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、エポキン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
ば同し値にするために、リング状電極４ａ、４ｂ４ｃ、
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、４ｃ、４ｄの面積は、１９．６３ｍｍ ３９
．２ｍｍ２．５８．９ｍｍ２，１３７．４４＋ｎｍ２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 （ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ）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。
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、エポキン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
ば同し値にするために、リング状電極４ａ、４ｂ４ｃ、
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、４ｃ、４ｄの面積は、１９．６３ｍｍ ３９
．２ｍｍ２．５８．９ｍｍ２，１３７．４４＋ｎｍ２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 （ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ）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。
Ｚ−１／ω。ｃｏ 、 ｃｏ ＝ε −ｓ／ ｔ−（
１）ここでω。は角周波数で、ω。−２πｆとなる。
１）ここでω。は角周波数で、ω。−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。
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。
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
同し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の誘電率εを変える方法として
、圧電体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの材料を選択する。通
常、圧電体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ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１８０〜６
０００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
率ど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。
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
同し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の誘電率εを変える方法として
、圧電体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの材料を選択する。通
常、圧電体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ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１８０〜６
０００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
率ど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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、４ｄ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、
４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの電気インピーダンス２を
ほぼ同じ値にする（Ｚａ＝Ｚｂ＝Ｚｃ＝Ｚｄ）ために、
各リング状電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの部分に対応し
た複合圧電体１（ｌａ。
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、４ｄ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、
４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの電気インピーダンス２を
ほぼ同じ値にする（Ｚａ＝Ｚｂ＝Ｚｃ＝Ｚｄ）ために、
各リング状電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの部分に対応し
た複合圧電体１（ｌａ。
ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ）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３０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、はぼ比例して変化する。
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３０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、はぼ比例して変化する。
ε＝ｖｃ ・ ε Ｃ＋ｖｐ ・ ε ｐ （ＶＣ＋Ｖ
ｐ１、０）・・・ （２） ここでＶｃ、 εＣは圧電体２の体積比、誘電率、Ｖ
ｐ、 εｐは有機高分子３の体積比、誘電率である。
ｐ１、０）・・・ （２） ここでＶｃ、 εＣは圧電体２の体積比、誘電率、Ｖ
ｐ、 εｐは有機高分子３の体積比、誘電率である。
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
値を選択することかできる。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
。
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
値を選択することかできる。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
。
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し値にするためには、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
。
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し値にするためには、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
。
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７０ｖ。
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７０ｖ。
１％とする。同様に電極４ｂに対応するところは、５０
ｖｏ １％、電極４ｃのところは２５ｖ。
ｖｏ １％、電極４ｃのところは２５ｖ。
１％、電極４ｄのところは１０ｖｏ １％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、ｌｂ、ｌｃ、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。
、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、ｌｂ、ｌｃ、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。
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、この地圧電体２として
、ＰＣＭ系、チタン酸鉛系の圧電セラミックス及びＬｉ
ＮｂＯ３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。
ラミックスについて説明したが、この地圧電体２として
、ＰＣＭ系、チタン酸鉛系の圧電セラミックス及びＬｉ
ＮｂＯ３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。
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。
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
等間隔に分割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。
場合について説明したが、この他、リング状電極４を不
等間隔に分割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。
なお、本実施例では複合圧電体１として圧電体２を柱状
に一次元に配列し、その間隔に有機高分子材料３を三次
元に配列したいわゆる１−３型抜合圧電体を用いた場合
について説明したが、この他０−３型、３−３型など他
の型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。
に一次元に配列し、その間隔に有機高分子材料３を三次
元に配列したいわゆる１−３型抜合圧電体を用いた場合
について説明したが、この他０−３型、３−３型など他
の型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。
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ツチングをよ
くし、効率の良い送信及び受信を行うことができる。
、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ツチングをよ
くし、効率の良い送信及び受信を行うことができる。
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、はぼ同じ値とし、送受信回路の電気的イン
ピーダンスとマツ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。
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、はぼ同じ値とし、送受信回路の電気的イン
ピーダンスとマツ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。
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 、 １ ａ 、 １ ｂ 、 １ ｃ 、
１ ｄ ・＝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。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝はか１名第１図 第６図 第 図 圧電体の体積比 Ｖｃ％ 第５図 （ａ）
、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 、 １ ａ 、 １ ｂ 、 １ ｃ 、
１ ｄ ・＝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。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝はか１名第１図 第６図 第 図 圧電体の体積比 Ｖｃ％ 第５図 （ａ）
Claims (7)
- （１）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。 - （２）２種類以上の圧電体が圧電セラミックスであるこ
とを特徴とする請求項（１）記載の複合圧電体。 - （３）２種類以上の圧電体が一次元のつながりを有し、
有機高分子材料が三次元のつながりを有したことを特徴
とする請求項（１）記載の複合圧電体。 - （４）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。 - （５）２種類以上の圧電体が圧電セラミックスであるこ
とを特徴とする請求項（４）記載の超音波探触子。 - （６）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
圧電体の体積比を変えたことを特徴とする超音波探触子
。 - （７）圧電体が圧電セラミックスであることを特徴とす
る請求項（６）記載の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2169009A JP2563650B2 (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | 複合圧電体及び超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2169009A JP2563650B2 (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | 複合圧電体及び超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0457599A true JPH0457599A (ja) | 1992-02-25 |
| JP2563650B2 JP2563650B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=15878648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2169009A Expired - Fee Related JP2563650B2 (ja) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | 複合圧電体及び超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2563650B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0615225A3 (en) * | 1993-03-10 | 1995-08-09 | Hewlett Packard Co | Electrical impedance normalization of an ultrasound transducer array. |
| JP2009082385A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Fujifilm Corp | 超音波探触子 |
-
1990
- 1990-06-27 JP JP2169009A patent/JP2563650B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0615225A3 (en) * | 1993-03-10 | 1995-08-09 | Hewlett Packard Co | Electrical impedance normalization of an ultrasound transducer array. |
| JP2009082385A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Fujifilm Corp | 超音波探触子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2563650B2 (ja) | 1996-12-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |