JPH0521400B2 - - Google Patents
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- JPH0521400B2 JPH0521400B2 JP58194233A JP19423383A JPH0521400B2 JP H0521400 B2 JPH0521400 B2 JP H0521400B2 JP 58194233 A JP58194233 A JP 58194233A JP 19423383 A JP19423383 A JP 19423383A JP H0521400 B2 JPH0521400 B2 JP H0521400B2
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- Japan
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- composite
- resin
- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
- composite piezoelectric
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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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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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ある。
探触子に関するものである。
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大きいのみな
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）系セラミツ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、あつても電気
機械結合係数が小さいという欠点がある。そこで
PZTセラミツ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
つてきた。その先駆的な研究は米国のニユーナム
らによつてなされ、例えばマテリアル・リサー
チ・ブリテン誌13巻525〜536頁にその有用性が記
述されている。PZTセラミツクと有機物の複合
化の仕方は多種考案されているが、例えば第１図
に示したハニカム構造の複合化が有効であること
がマテリアル・リサーチ・ブリテン誌15巻1371〜
1379頁に示されている。これは、ハニカム構造の
PZTセラミツクの空孔部に有機物を充填したも
ので、このような複合物圧電材料がハイドロフオ
ン用としてその性能指数がPZTセラミツク自身
のそれをはるかに上回ることが示されている。
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大きいのみな
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）系セラミツ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、あつても電気
機械結合係数が小さいという欠点がある。そこで
PZTセラミツ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
つてきた。その先駆的な研究は米国のニユーナム
らによつてなされ、例えばマテリアル・リサー
チ・ブリテン誌13巻525〜536頁にその有用性が記
述されている。PZTセラミツクと有機物の複合
化の仕方は多種考案されているが、例えば第１図
に示したハニカム構造の複合化が有効であること
がマテリアル・リサーチ・ブリテン誌15巻1371〜
1379頁に示されている。これは、ハニカム構造の
PZTセラミツクの空孔部に有機物を充填したも
ので、このような複合物圧電材料がハイドロフオ
ン用としてその性能指数がPZTセラミツク自身
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
電体が多数埋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。
電体が多数埋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、このような複合圧電材料の特徴は超
音波の発生効率に直接関係する電圧歪み定数（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、）分散して存在する圧電セラミツクス
の横方向の機械的結合がなく、）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。
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、このような複合圧電材料の特徴は超
音波の発生効率に直接関係する電圧歪み定数（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、）分散して存在する圧電セラミツクス
の横方向の機械的結合がなく、）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）の条件は重要であ
る。しかしここで）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）の条件が満たされないという矛循が
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度
硬くなくてはならない。
形成という観点から特に）の条件は重要であ
る。しかしここで）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）の条件が満たされないという矛循が
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度
硬くなくてはならない。
そこで本発明の目的は、複合材料について）
と）を同時に満たすように構成された高感度の
超音波探触子の製造方法を提供することにある。
と）を同時に満たすように構成された高感度の
超音波探触子の製造方法を提供することにある。
本発明の超音波探触子の製造方法は、板面内で
圧電セラミツ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
ミツ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結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り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。
圧電セラミツ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
ミツ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結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り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。
以下本発明を実施例を参照しながら詳細に説明
する。
する。
厚み方向に一様に分極処理を施した10mm角、
0.6mm厚のPZTセラミツクスに第２図に示したよ
うに超音波加工により1.5mm角の穴を25個0.5mm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
ラミツ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〜９×106Kg／m2ｓであつた。
0.6mm厚のPZTセラミツクスに第２図に示したよ
うに超音波加工により1.5mm角の穴を25個0.5mm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
ラミツ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〜９×106Kg／m2ｓであつた。
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３×106Kg／m2ｓ程度
のものをPZTセラミツク部とシリコンゴム部の
音響連結層として複合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、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になつている。
脂で音響インピーダンスが３×106Kg／m2ｓ程度
のものをPZTセラミツク部とシリコンゴム部の
音響連結層として複合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、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になつている。
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
響条件は空気バツキングとなつており、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、空気バツキング材ではあるが
−20dB巾が約4.5λ（λは超音波の波長）と超音波
撮像用として充分短かかつた。感度測定に際して
は、比較のためにPZTセラミツクスを用いた従
来の構造の同一口径（10mm角）の超音波探触子を
を作成した。この比較用探触子は適当なバツキン
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）
になるよう作成した。両者の探触子で感度比較を
行なつたところ、本実施例の探触子は従来の探触
子に比較し約15dB感度が高かつた。
るためにパルス波形および感度の測定をした。音
響条件は空気バツキングとなつており、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、空気バツキング材ではあるが
−20dB巾が約4.5λ（λは超音波の波長）と超音波
撮像用として充分短かかつた。感度測定に際して
は、比較のためにPZTセラミツクスを用いた従
来の構造の同一口径（10mm角）の超音波探触子を
を作成した。この比較用探触子は適当なバツキン
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）
になるよう作成した。両者の探触子で感度比較を
行なつたところ、本実施例の探触子は従来の探触
子に比較し約15dB感度が高かつた。
以上説明したように、圧電セラミツクと有機物
の複合材料と、音響連結層を組合せることによ
り、高感度の超音波探触子が実現することは明ら
かである。
の複合材料と、音響連結層を組合せることによ
り、高感度の超音波探触子が実現することは明ら
かである。
第１図は本発明の前提となる複合圧電材料の概
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ツクを示す図、第３図は
本発明の超音波探触子を示す図である。 ３１…複合圧電体、３２…電極、３３…音響連
結層。
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ツクを示す図、第３図は
本発明の超音波探触子を示す図である。 ３１…複合圧電体、３２…電極、３３…音響連
結層。
Claims (1)
- １ 厚み方向に一様に分極処理した圧電セラミツ
クの板に超音波加工により二方向に等間隔で複数
の穴を貫通して開ける第１の工程と、該第１の工
程で開けられた穴に樹脂を充填する工程を含む圧
電セラミツク部分と樹脂成分とからなる複合圧電
板を形成する第２の工程と、前記樹脂部分を有す
る前記複合圧電板の両面のそれぞれに一様に共通
電極を形成する第３の工程と、前記共通電極の一
方の面に前記複合圧電板の前記圧電セラミツク部
分と前記樹脂部分とが連動するように橋渡し、音
響インピーダンスの値が水の音響インピーダンス
と前記複合圧電板のインピーダンスの間にあり、
その厚さが使用する超音波の波長のほぼ４分の１
である音響連結層を形成する第４の工程とを有す
ることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58194233A JPS6086999A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 超音波探触子の製造方法 |
| US06/662,098 US4628223A (en) | 1983-10-19 | 1984-10-18 | Composite ceramic/polymer piezoelectric material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58194233A JPS6086999A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 超音波探触子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086999A JPS6086999A (ja) | 1985-05-16 |
| JPH0521400B2 true JPH0521400B2 (ja) | 1993-03-24 |
Family
ID=16321179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58194233A Granted JPS6086999A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 超音波探触子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4628223A (ja) |
| JP (1) | JPS6086999A (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4788096A (en) * | 1985-06-06 | 1988-11-29 | Hoechst Celanese Corporation | Devices for making piezoelectric ceramic or ceramic-base composite sensors |
| JPS62150610A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-04 | 株式会社日立製作所 | 入力装置 |
| US4760738A (en) * | 1986-07-08 | 1988-08-02 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Contact medium for use in probe of ultrasonic flaw detector |
| US4933230A (en) * | 1986-09-17 | 1990-06-12 | American Cyanamid | Piezoelectric composites |
| US4831601A (en) * | 1986-10-31 | 1989-05-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for transmitting and receiving ultrasonic signals |
| US5065068A (en) * | 1989-06-07 | 1991-11-12 | Oakley Clyde G | Ferroelectric ceramic transducer |
| US5316000A (en) * | 1991-03-05 | 1994-05-31 | Technomed International (Societe Anonyme) | Use of at least one composite piezoelectric transducer in the manufacture of an ultrasonic therapy apparatus for applying therapy, in a body zone, in particular to concretions, to tissue, or to bones, of a living being and method of ultrasonic therapy |
| US5327895A (en) * | 1991-07-10 | 1994-07-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosing system using ultrasonic probe |
| US5684884A (en) * | 1994-05-31 | 1997-11-04 | Hitachi Metals, Ltd. | Piezoelectric loudspeaker and a method for manufacturing the same |
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| EP3513034B1 (en) * | 2016-10-14 | 2024-05-22 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and transducer for acoustic logging |
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| US4217684A (en) * | 1979-04-16 | 1980-08-19 | General Electric Company | Fabrication of front surface matched ultrasonic transducer array |
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-
1983
- 1983-10-19 JP JP58194233A patent/JPS6086999A/ja active Granted
-
1984
- 1984-10-18 US US06/662,098 patent/US4628223A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4628223A (en) | 1986-12-09 |
| JPS6086999A (ja) | 1985-05-16 |
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