JPH09247796A - 超音波トランスデューサ及びその製造方法 - Google Patents
超音波トランスデューサ及びその製造方法Info
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- JPH09247796A JPH09247796A JP4981896A JP4981896A JPH09247796A JP H09247796 A JPH09247796 A JP H09247796A JP 4981896 A JP4981896 A JP 4981896A JP 4981896 A JP4981896 A JP 4981896A JP H09247796 A JPH09247796 A JP H09247796A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電素子の形状や寸法に限定されず、サイド
ローブを抑制することができ、広い範囲に亘って高解像
度の鮮明な超音波画像を得ることができる超音波トラン
スデューサを提供する。 【解決手段】 圧電素子2を用いて駆動される超音波ト
ランスデューサにおいて、前記圧電素子2が、その両面
に電極を形成するとともに、該電極のうち少なくともそ
の一方の5葉電極6の外形Rを、該5葉電極6上の1点
を原点とした曲座標R−θに関して、R0 を電極半径の
最大値、nを2以上の自然数、f(θ)を最大値1の関
数とするとき、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/
(m+1)]×f(θ)で規定された5葉電極6として
構成したものである。
ローブを抑制することができ、広い範囲に亘って高解像
度の鮮明な超音波画像を得ることができる超音波トラン
スデューサを提供する。 【解決手段】 圧電素子2を用いて駆動される超音波ト
ランスデューサにおいて、前記圧電素子2が、その両面
に電極を形成するとともに、該電極のうち少なくともそ
の一方の5葉電極6の外形Rを、該5葉電極6上の1点
を原点とした曲座標R−θに関して、R0 を電極半径の
最大値、nを2以上の自然数、f(θ)を最大値1の関
数とするとき、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/
(m+1)]×f(θ)で規定された5葉電極6として
構成したものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術の分野】本発明は医療用、又は、非
破壊検査用超音波診断装置に用いられる超音波トランス
デューサに関するものである。
破壊検査用超音波診断装置に用いられる超音波トランス
デューサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波トランスデューサの構造
は、例えば、「医用超音波機器ハンドブック」、(コロ
ナ社、初版昭和60年4月20日発行)、第186ペー
ジに示すような構造を取っている。即ち、この超音波ト
ランスデューサは、背面制動材の上に絶縁層を介して両
面に電極を形成したPZT(ジルコンチタン酸鉛)系の
圧電セラミックス板からなる圧電素子を接着し、更に音
響整合層及び音響レンズを接着している。
は、例えば、「医用超音波機器ハンドブック」、(コロ
ナ社、初版昭和60年4月20日発行)、第186ペー
ジに示すような構造を取っている。即ち、この超音波ト
ランスデューサは、背面制動材の上に絶縁層を介して両
面に電極を形成したPZT(ジルコンチタン酸鉛)系の
圧電セラミックス板からなる圧電素子を接着し、更に音
響整合層及び音響レンズを接着している。
【0003】超音波トランスデューサの駆動は、前記圧
電素子にパルサ(図示せず)から百乃至数百ボルト程度
の電圧の駆動パルスを印加することで、前記圧電素子を
逆圧電効果により急速に変形し、これにより励起された
超音波パルスを音響整合層及び音響レンズを経て発振さ
せることにより行われる。
電素子にパルサ(図示せず)から百乃至数百ボルト程度
の電圧の駆動パルスを印加することで、前記圧電素子を
逆圧電効果により急速に変形し、これにより励起された
超音波パルスを音響整合層及び音響レンズを経て発振さ
せることにより行われる。
【0004】また、発振された超音波パルスは、医療用
途に関しては体内の各組織の界面において、また、非破
壊検査用に関しては被測定物内部の傷等の非連続部から
反射された後に、前記音響レンズ及び音響整合層を経て
圧電素子に再入射し、これを振動させる。
途に関しては体内の各組織の界面において、また、非破
壊検査用に関しては被測定物内部の傷等の非連続部から
反射された後に、前記音響レンズ及び音響整合層を経て
圧電素子に再入射し、これを振動させる。
【0005】この機械的振動は圧電効果により電気信号
に変換され、観測装置(図示せず)に送られて画像化さ
れる。
に変換され、観測装置(図示せず)に送られて画像化さ
れる。
【0006】上述のようにして発振された超音波パルス
は、音響レンズにより集束されて細い超音波ビームに整
形され、高い走査方向分解能を得ることが行なわれてい
る。しかし、この場合でも、主な超音波ビーム(メイン
ローブ)の周囲に発生する余剰な超音波音場(サイドロ
ーブ)を無くすことはできなかった。
は、音響レンズにより集束されて細い超音波ビームに整
形され、高い走査方向分解能を得ることが行なわれてい
る。しかし、この場合でも、主な超音波ビーム(メイン
ローブ)の周囲に発生する余剰な超音波音場(サイドロ
ーブ)を無くすことはできなかった。
【0007】このため、特に至近距離においては、メイ
ンローブにより捉えられた超音波画像と、サイドローブ
により捉えられた超音波画像とが重畳されてしまい、良
好な画像を得ることが出来ないばかりか、病変、欠陥等
の形状や数を正確に把握できなくなるため、該超音波画
像に基づいた判断を誤る事態も生じていた。
ンローブにより捉えられた超音波画像と、サイドローブ
により捉えられた超音波画像とが重畳されてしまい、良
好な画像を得ることが出来ないばかりか、病変、欠陥等
の形状や数を正確に把握できなくなるため、該超音波画
像に基づいた判断を誤る事態も生じていた。
【0008】これに対し、圧電素子の電極の形状を、該
圧電素子中央全体に形成するとともに、その周囲に該中
央部電極と連続した多葉状の電極を形成し、該多葉状電
極を該圧電素子外周部に行くにつれ、徐々に面積が減少
するように構成する方法が考案されている。
圧電素子中央全体に形成するとともに、その周囲に該中
央部電極と連続した多葉状の電極を形成し、該多葉状電
極を該圧電素子外周部に行くにつれ、徐々に面積が減少
するように構成する方法が考案されている。
【0009】これにより、中央から強力なメインローブ
を発信するとともに、サイドローブの要因となる圧電素
子周囲、特に辺縁における超音波の発信を、効果的に抑
制することが出来るとされている。
を発信するとともに、サイドローブの要因となる圧電素
子周囲、特に辺縁における超音波の発信を、効果的に抑
制することが出来るとされている。
【0010】例えば、特開昭57−52299号公報に
開示されているように、円形の接物面を持つ探傷用超音
波トランスデューサの圧電体に、4つ葉形状の電極を形
成すると共に、各葉の形状を、接物面を4等分するx−
y直交座標軸の各象限毎に、y=R0 ・exp(−x2
/r02 )及びx=R0 ・exp(−y2 /r02 )な
る曲線を描き、これらの曲線により包囲された略々糸巻
型の電極としたものや、該出願により取り上げられたよ
うなより多葉の電極とするものが知られている。
開示されているように、円形の接物面を持つ探傷用超音
波トランスデューサの圧電体に、4つ葉形状の電極を形
成すると共に、各葉の形状を、接物面を4等分するx−
y直交座標軸の各象限毎に、y=R0 ・exp(−x2
/r02 )及びx=R0 ・exp(−y2 /r02 )な
る曲線を描き、これらの曲線により包囲された略々糸巻
型の電極としたものや、該出願により取り上げられたよ
うなより多葉の電極とするものが知られている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開昭57−
52299号公報に開示された圧電素子の電極の形状の
場合には、サイドローブの抑制に関しては、効果的であ
るが以下のような課題がある。
52299号公報に開示された圧電素子の電極の形状の
場合には、サイドローブの抑制に関しては、効果的であ
るが以下のような課題がある。
【0012】即ち、製造方法が、電極形状が4葉のみの
場合に制限されており、大型の超音波トランスデューサ
を作製したときには、電極未形成部分が波長に比較して
大きくなるため、音場が軸対称に形成されず、この超音
波トランスデューサを用いて形成した超音波画像が変形
する可能性がある:
場合に制限されており、大型の超音波トランスデューサ
を作製したときには、電極未形成部分が波長に比較して
大きくなるため、音場が軸対称に形成されず、この超音
波トランスデューサを用いて形成した超音波画像が変形
する可能性がある:
【0013】また、圧電素子の形状が真円に限定されて
おり、設計の柔軟性に欠けるため、特に長方形としたい
細径の超音波プローブ等において不都合である。
おり、設計の柔軟性に欠けるため、特に長方形としたい
細径の超音波プローブ等において不都合である。
【0014】このため、上述した従来技術の適用範囲が
狭く、広範囲の製品に用いることは困難であるという課
題があった。
狭く、広範囲の製品に用いることは困難であるという課
題があった。
【0015】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、請求項1乃至5に係る発明は、圧電素
子の形状や寸法に限定されず、サイドローブを抑制する
ことができ、広い範囲に亘って高解像度の鮮明な超音波
画像を得ることができる超音波トランスデューサ及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
れたものであり、請求項1乃至5に係る発明は、圧電素
子の形状や寸法に限定されず、サイドローブを抑制する
ことができ、広い範囲に亘って高解像度の鮮明な超音波
画像を得ることができる超音波トランスデューサ及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
圧電素子を用いて駆動される超音波トランスデューサに
おいて、前記圧電素子が、その両面に電極を形成すると
ともに、該電極のうち少なくともその一方の外形Rを、
該電極上の1点を原点とした曲座標R−θに関して、R
0 を電極半径の最大値、nを2以上の自然数、f(θ)
を最大値1の関数とするとき、R=R0 ×[{cos
(nθ)+m}/(m+1)]×f(θ)で規定された
n枚の多葉状電極として構成したことを特徴とするもの
である。
圧電素子を用いて駆動される超音波トランスデューサに
おいて、前記圧電素子が、その両面に電極を形成すると
ともに、該電極のうち少なくともその一方の外形Rを、
該電極上の1点を原点とした曲座標R−θに関して、R
0 を電極半径の最大値、nを2以上の自然数、f(θ)
を最大値1の関数とするとき、R=R0 ×[{cos
(nθ)+m}/(m+1)]×f(θ)で規定された
n枚の多葉状電極として構成したことを特徴とするもの
である。
【0017】請求項2記載の発明は、圧電素子を用いて
駆動される超音波トランスデューサにおいて、圧電素子
が、その両面に電極を形成すると共に、該電極の一方を
全面電極にするととも音響放射面側に向け、同時に他方
の電極の外形を、該電極上の1点を原点とした曲座標R
−θに関して、R0 を電極半径の最大値、nを2以上の
自然数、f(θ)を最大値1の関数とするとき、R=R
0 ×[{cos(nθ)+m}/(m+1)]×f
(θ)で規定されたn枚の多葉状電極として構成したこ
とを特徴とするものである。
駆動される超音波トランスデューサにおいて、圧電素子
が、その両面に電極を形成すると共に、該電極の一方を
全面電極にするととも音響放射面側に向け、同時に他方
の電極の外形を、該電極上の1点を原点とした曲座標R
−θに関して、R0 を電極半径の最大値、nを2以上の
自然数、f(θ)を最大値1の関数とするとき、R=R
0 ×[{cos(nθ)+m}/(m+1)]×f
(θ)で規定されたn枚の多葉状電極として構成したこ
とを特徴とするものである。
【0018】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の超音波トランスデューサにおける前記電極外形を規
定する関数f(θ)が定数1であることを特徴とするも
のである。
載の超音波トランスデューサにおける前記電極外形を規
定する関数f(θ)が定数1であることを特徴とするも
のである。
【0019】請求項4記載の発明は、請求項1又は2記
載の超音波トランスデューサにおける前記電極外形を規
定する関数f(θ)が長径2の楕円であることを特徴と
するものである。
載の超音波トランスデューサにおける前記電極外形を規
定する関数f(θ)が長径2の楕円であることを特徴と
するものである。
【0020】請求項5記載の発明は、圧電素子を用いて
駆動される超音波トランスデューサを製造する製造方法
において、前記圧電素子を、その両面に電極を形成する
とともに、該電極のうち少なくともその一方を圧電素子
の全面を覆わない部分的な多葉状電極として構成した
後、少なくとも該多葉状電極を構成した側を導電性弾性
体にて電極未形成部を覆うように保持した状態で、前記
圧電素子を分極することを特徴とするものである。
駆動される超音波トランスデューサを製造する製造方法
において、前記圧電素子を、その両面に電極を形成する
とともに、該電極のうち少なくともその一方を圧電素子
の全面を覆わない部分的な多葉状電極として構成した
後、少なくとも該多葉状電極を構成した側を導電性弾性
体にて電極未形成部を覆うように保持した状態で、前記
圧電素子を分極することを特徴とするものである。
【0021】請求項1記載の発明によれば、圧電素子の
両面に形成した電極のうちの一方の面又は両面を、請求
項1記載の如く、該電極上の1点を原点とした曲座標R
−θに関して、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/
(m+1)]×f(θ)で規定されたn枚の多葉状電極
として構成したので、この圧電素子から放射される超音
波ビームを整形し、サイドローブが少ない超音波ビーム
ビームを得ることができ、広い範囲に亘って高解像度の
鮮明な超音波画像を得ることが可能となる。
両面に形成した電極のうちの一方の面又は両面を、請求
項1記載の如く、該電極上の1点を原点とした曲座標R
−θに関して、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/
(m+1)]×f(θ)で規定されたn枚の多葉状電極
として構成したので、この圧電素子から放射される超音
波ビームを整形し、サイドローブが少ない超音波ビーム
ビームを得ることができ、広い範囲に亘って高解像度の
鮮明な超音波画像を得ることが可能となる。
【0022】請求項2記載の発明によれば、圧電素子の
両面に形成した電極のうちの一方の面を全面電極にする
とともに、組み立て時に音響放射面側に向け、他方の電
極を該電極上の1点を原点とした曲座標R−θに関し
て、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/(m+
1)]×f(θ)で規定されたn枚の多葉状電極として
構成したので、請求項1記載の発明と同様この圧電素子
から放射される超音波ビームを整形し、サイドローブが
少ない超音波ビームビームを得ることができ、広い範囲
に亘って高解像度の鮮明な超音波画像を得ることが可能
となる。
両面に形成した電極のうちの一方の面を全面電極にする
とともに、組み立て時に音響放射面側に向け、他方の電
極を該電極上の1点を原点とした曲座標R−θに関し
て、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/(m+
1)]×f(θ)で規定されたn枚の多葉状電極として
構成したので、請求項1記載の発明と同様この圧電素子
から放射される超音波ビームを整形し、サイドローブが
少ない超音波ビームビームを得ることができ、広い範囲
に亘って高解像度の鮮明な超音波画像を得ることが可能
となる。
【0023】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明における前記電極外形を規定する関数f(θ)
を定数1とすることにより、電極外形の包絡線が真円の
電極となり、サイドローブが少ない、軸対称の音場を実
現することができる。
載の発明における前記電極外形を規定する関数f(θ)
を定数1とすることにより、電極外形の包絡線が真円の
電極となり、サイドローブが少ない、軸対称の音場を実
現することができる。
【0024】請求項4記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明における前記電極外形を規定する関数f(θ)
が長径2の楕円とすることにより、最も外形が楕円の電
極とすることができ、非軸対称の音場についても、サイ
ドローブを低減することができる。
載の発明における前記電極外形を規定する関数f(θ)
が長径2の楕円とすることにより、最も外形が楕円の電
極とすることができ、非軸対称の音場についても、サイ
ドローブを低減することができる。
【0025】請求項5記載の発明は、圧電素子の多葉状
電極を未形成の部分も分極するものであるから、電極形
成部と未成形部との間の分極に起因する歪みを低減し
て、広い範囲に亘って高解像度の鮮明な超音波画像を得
ることが可能な超音波トランスデューサを製造すること
ができる。
電極を未形成の部分も分極するものであるから、電極形
成部と未成形部との間の分極に起因する歪みを低減し
て、広い範囲に亘って高解像度の鮮明な超音波画像を得
ることが可能な超音波トランスデューサを製造すること
ができる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。 (実施の形態1) (構成)図1乃至図7を参照して実施の形態1を説明す
る。図1は本実施の形態1の圧電素子2を示すものであ
り、この圧電素子2は、圧電セラミックス4の片面に、
全面電極5を、他方の面に多葉状電極(本例においては
5葉)6を、各々銀焼き付けにより形成している。ここ
で、前記圧電セラミックス2は、直径6mmで12MH
z用のものとした。
に説明する。 (実施の形態1) (構成)図1乃至図7を参照して実施の形態1を説明す
る。図1は本実施の形態1の圧電素子2を示すものであ
り、この圧電素子2は、圧電セラミックス4の片面に、
全面電極5を、他方の面に多葉状電極(本例においては
5葉)6を、各々銀焼き付けにより形成している。ここ
で、前記圧電セラミックス2は、直径6mmで12MH
z用のものとした。
【0027】前記多葉状電極6の外形は、前記圧電セラ
ミックス2の中心を原点とした曲座標R−θに関して、
電極半径R0 =3mm、n=5、f(θ)=1(定
数)、m=4とし、R=R0 ×[{cos(nθ)+
m}/(m+1)]×f(θ)で規定された5枚の多葉
状電極として構成した。
ミックス2の中心を原点とした曲座標R−θに関して、
電極半径R0 =3mm、n=5、f(θ)=1(定
数)、m=4とし、R=R0 ×[{cos(nθ)+
m}/(m+1)]×f(θ)で規定された5枚の多葉
状電極として構成した。
【0028】これにより、特に圧電素子2の辺縁部に
は、電極未形成部7が形成される。
は、電極未形成部7が形成される。
【0029】全面電極5、多葉状電極6の形成後、これ
らの間に厚さ1mm当たり3kVの電圧を印加して、圧
電セラミックス4を分極した。
らの間に厚さ1mm当たり3kVの電圧を印加して、圧
電セラミックス4を分極した。
【0030】図2に示す超音波トランスデューサ13
は、前記圧電素子2に音響整合層又は音響レンズ3と背
面制動材1を接合して構成したものである。
は、前記圧電素子2に音響整合層又は音響レンズ3と背
面制動材1を接合して構成したものである。
【0031】該超音波トランスデユーサ13は、ケース
(図示省略)に実装されるととにパルサおよび画像処理
装置(いずれも図示省略)に接続された状態で、水等の
超音波媒体(図示省略)内に浸漬され、図3に示すよう
に音響放射面8を経由して、超音波の送受信を行う。こ
こで、音響整合層3は、低密度の樹脂をマトリックスと
し、同マトリックス中により高密度の粉体をフィラーと
して少量分散させたもので構成した。
(図示省略)に実装されるととにパルサおよび画像処理
装置(いずれも図示省略)に接続された状態で、水等の
超音波媒体(図示省略)内に浸漬され、図3に示すよう
に音響放射面8を経由して、超音波の送受信を行う。こ
こで、音響整合層3は、低密度の樹脂をマトリックスと
し、同マトリックス中により高密度の粉体をフィラーと
して少量分散させたもので構成した。
【0032】ここで、前記粉体としては、アルミナセラ
ミックス粉体を、マトリックスとしてはエポキシ系熱硬
化性樹指を使用した。また、背面制動材1は、タングス
テン粒子を低架橋密度のエポキシ樹脂に分散させたもの
を使用した。
ミックス粉体を、マトリックスとしてはエポキシ系熱硬
化性樹指を使用した。また、背面制動材1は、タングス
テン粒子を低架橋密度のエポキシ樹脂に分散させたもの
を使用した。
【0033】[作用]前記超音波トランスデューサ13
から発信される超音波の強度分布を、図3に概念図とし
て示す。同図から判るように、本例にて示された超音波
トランスデューサ13が発信する超音波の音圧分布9
は、多葉状電極6が形成されている中央部が高く、多葉
状電極6が部分的に未形成の辺縁部に向かうにつれてな
だらかに減少し、辺縁部においては0になる分布状態を
示す。
から発信される超音波の強度分布を、図3に概念図とし
て示す。同図から判るように、本例にて示された超音波
トランスデューサ13が発信する超音波の音圧分布9
は、多葉状電極6が形成されている中央部が高く、多葉
状電極6が部分的に未形成の辺縁部に向かうにつれてな
だらかに減少し、辺縁部においては0になる分布状態を
示す。
【0034】これに対し、一般に用いられている、両面
に全面電極が形成された従来の圧電素子を用いた超音波
トランスデューサが発信する超音波の音圧分布10は、
中央部が高いことは同様であるものの、辺縁部において
も音圧が大きくは減少しない。逆に、圧電素子の外周か
ら発信されるエッジ成分が大きくなる。
に全面電極が形成された従来の圧電素子を用いた超音波
トランスデューサが発信する超音波の音圧分布10は、
中央部が高いことは同様であるものの、辺縁部において
も音圧が大きくは減少しない。逆に、圧電素子の外周か
ら発信されるエッジ成分が大きくなる。
【0035】このため、前記超音波トランスデューサ1
3の辺縁部からも、比較的強い超音波が発信されること
になる。該超音波トランスデューサ13から発信される
超音波の音場12を図4に概念図として示す。
3の辺縁部からも、比較的強い超音波が発信されること
になる。該超音波トランスデューサ13から発信される
超音波の音場12を図4に概念図として示す。
【0036】上述した各電極の特徴により、全面電極の
圧電素子(従来例)を用いた場合では、図4に点線で示
すように音響放射面8の近傍での乱れが大きい音場11
となる。
圧電素子(従来例)を用いた場合では、図4に点線で示
すように音響放射面8の近傍での乱れが大きい音場11
となる。
【0037】一方、本実施の形態1で示した多葉状電極
6の圧電素子4を用いた場合の音場12は、音響放射面
8近傍での乱れは小さくなり、サイドローブが抑制され
る。また、辺縁部での音圧変化が小さく、かつ絶対値が
0に近いことから、辺縁及びその近傍における音場の発
散が抑えられ、全体として細い音場12になる。
6の圧電素子4を用いた場合の音場12は、音響放射面
8近傍での乱れは小さくなり、サイドローブが抑制され
る。また、辺縁部での音圧変化が小さく、かつ絶対値が
0に近いことから、辺縁及びその近傍における音場の発
散が抑えられ、全体として細い音場12になる。
【0038】[効果]本実施の形態1の超音波トランス
デューサ2からの至近距離における音場の乱れが抑えら
れるため、至近距離における分解能及びS/N比が向上
する。また、全体として細い音場12が得られるため、
音響エネルギーの拡散による損失が少なくなり、到達距
離が増大するため、観測範囲が拡大するととともに、全
体の解像度も向上する。
デューサ2からの至近距離における音場の乱れが抑えら
れるため、至近距離における分解能及びS/N比が向上
する。また、全体として細い音場12が得られるため、
音響エネルギーの拡散による損失が少なくなり、到達距
離が増大するため、観測範囲が拡大するととともに、全
体の解像度も向上する。
【0039】本実施の形態1においては、簡略化のため
圧電素子4を平面円板として示したが、図5に示すよう
に、凹面の圧電素子14を用いることも可能である。こ
の場合は、平面の圧電素子4と音響レンズ3や音響整合
層を用いた場合と比較して、焦点位置が明確な超音波ト
ランスデューサを得ることができる。
圧電素子4を平面円板として示したが、図5に示すよう
に、凹面の圧電素子14を用いることも可能である。こ
の場合は、平面の圧電素子4と音響レンズ3や音響整合
層を用いた場合と比較して、焦点位置が明確な超音波ト
ランスデューサを得ることができる。
【0040】また、円以外、特に、正方形に代表される
正多角形についても本実施の形態1を適用することがで
きる。また、電極を構成する部分よりも十分大きい圧電
セラミックスを用い、その一部分にのみ、本実施の形態
1で述べた多葉状電極6を形成することも可能である。
正多角形についても本実施の形態1を適用することがで
きる。また、電極を構成する部分よりも十分大きい圧電
セラミックスを用い、その一部分にのみ、本実施の形態
1で述べた多葉状電極6を形成することも可能である。
【0041】また、同様に、本実施の形態1で電極形状
を5葉として構成したが、特に直径2mm又はそれ以下
等の小型の圧電素子を用いる場合は、前述した各式にお
いてn=4又は3として4葉又は3葉とする(3葉状電
極15は図6に示す)ことが可能である。
を5葉として構成したが、特に直径2mm又はそれ以下
等の小型の圧電素子を用いる場合は、前述した各式にお
いてn=4又は3として4葉又は3葉とする(3葉状電
極15は図6に示す)ことが可能である。
【0042】これにより、電極未形成部7の幅を十分大
きくすることができるため、小さい圧電素子を用いた場
合において、電極材料のにじみ等により、電極未形成部
7が電極材料に覆われてしまうという事態を防止するこ
とができる。
きくすることができるため、小さい圧電素子を用いた場
合において、電極材料のにじみ等により、電極未形成部
7が電極材料に覆われてしまうという事態を防止するこ
とができる。
【0043】また、逆に、特に大型の圧電素子を用いる
場合は、前述した式においてn=8等とおくことによ
り、図7に示すような、8葉状電極16等のようにより
多葉の電極を構成することができる。これにより、電極
未形成部7を波長の数倍程度と小さくすることができる
ため、音場が軸対称に形成され、変形しない超音波画像
を得ることができる。
場合は、前述した式においてn=8等とおくことによ
り、図7に示すような、8葉状電極16等のようにより
多葉の電極を構成することができる。これにより、電極
未形成部7を波長の数倍程度と小さくすることができる
ため、音場が軸対称に形成され、変形しない超音波画像
を得ることができる。
【0044】また、電極の材質は、本実施の形態1で示
した銀焼付けのほかに、銀パラジウムの焼付けとして、
マイグレーションの防止を図り、信頼性を向上させるこ
と、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等に
よる薄膜として、高精度の電極を形成すること、等も可
能であることは言うまでもない。
した銀焼付けのほかに、銀パラジウムの焼付けとして、
マイグレーションの防止を図り、信頼性を向上させるこ
と、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等に
よる薄膜として、高精度の電極を形成すること、等も可
能であることは言うまでもない。
【0045】また、特に図示はしなかったが、多葉状電
極6の対面の全面電極5は、少なくとも該多葉状電極6
と同一の部分にのみ形成されれば良いため、極端には、
電極未形成部7の対面については電極を未形成として、
両面を多葉状電極6として構成することも可能である。
極6の対面の全面電極5は、少なくとも該多葉状電極6
と同一の部分にのみ形成されれば良いため、極端には、
電極未形成部7の対面については電極を未形成として、
両面を多葉状電極6として構成することも可能である。
【0046】このような構成を採用した場合、片面が全
面電極5である場合と比較して、多葉状電極6の辺縁部
近傍における多葉状電極6と全面電極5との間の漏れ電
界を無くすことができるため、発信される超音波の音圧
分布並びに音場をより厳密に制御可能とすることができ
る。
面電極5である場合と比較して、多葉状電極6の辺縁部
近傍における多葉状電極6と全面電極5との間の漏れ電
界を無くすことができるため、発信される超音波の音圧
分布並びに音場をより厳密に制御可能とすることができ
る。
【0047】これとは逆に、本実施の形態1において示
したように圧電素子2の片面を全面電極5にするととも
に、この面を超音波トランスデューサ13の外側に向け
て組み立て、該全面電極5を接地電位とする構成も可能
である。この場合には、全面電極5に電磁ノイズの混入
を防ぐ作用を持たせることができるため、S/N比が改
善される効果を発揮させることができる。
したように圧電素子2の片面を全面電極5にするととも
に、この面を超音波トランスデューサ13の外側に向け
て組み立て、該全面電極5を接地電位とする構成も可能
である。この場合には、全面電極5に電磁ノイズの混入
を防ぐ作用を持たせることができるため、S/N比が改
善される効果を発揮させることができる。
【0048】また、本実施の形態1おいては、圧電素子
2の分極に形成した表面電極を用いたが、特に多葉状電
極6を形成した面については、カーボンや金属粒子を混
入したゴム(導電ゴム)に代表される柔軟な導体を用
い、これを圧電素子2の全面に当てて分極することによ
り、電極が形成されていない部分の圧電素子2も分極す
ることが可能である。
2の分極に形成した表面電極を用いたが、特に多葉状電
極6を形成した面については、カーボンや金属粒子を混
入したゴム(導電ゴム)に代表される柔軟な導体を用
い、これを圧電素子2の全面に当てて分極することによ
り、電極が形成されていない部分の圧電素子2も分極す
ることが可能である。
【0049】このような工程を採用することにより、分
極によって電極がある部分と無い部分との間に生じる歪
みが減少するため、この歪みが原因となって発生する圧
電セラミックス4内部のクラックを防止することでき
る。これにより、特に圧電素子2が100μm乃至それ
以下と薄くなる、高周波帯域用超音波トランスデューサ
において、寿命と信頼性とを高めることができる。
極によって電極がある部分と無い部分との間に生じる歪
みが減少するため、この歪みが原因となって発生する圧
電セラミックス4内部のクラックを防止することでき
る。これにより、特に圧電素子2が100μm乃至それ
以下と薄くなる、高周波帯域用超音波トランスデューサ
において、寿命と信頼性とを高めることができる。
【0050】[実施の形態2]図8、図9を用い、本実
施の形態2を説明する。なお構成並びに図面の説明にお
いては、前述の実施の形態1と同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。
施の形態2を説明する。なお構成並びに図面の説明にお
いては、前述の実施の形態1と同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。
【0051】(構成)本実施の形態2においては、圧電
素子17の形状を、その平面形状が軸対称では無いもの
としたことが特徴である。
素子17の形状を、その平面形状が軸対称では無いもの
としたことが特徴である。
【0052】以下においては、その一例である長方形状
の圧電素子17を使用する例を説明する。圧電素子17
の構造を図8に示す。この圧電素子17は、長方形状の
圧電セラミックス20の片面に全面電極5を、他方の面
に多葉状電極19(本実施の形態2において4葉)を、
銀焼き付けにより形成した。ここで、圧電セラミックス
20は、2mm×5mmの寸法で、12MHz用のもの
とした。
の圧電素子17を使用する例を説明する。圧電素子17
の構造を図8に示す。この圧電素子17は、長方形状の
圧電セラミックス20の片面に全面電極5を、他方の面
に多葉状電極19(本実施の形態2において4葉)を、
銀焼き付けにより形成した。ここで、圧電セラミックス
20は、2mm×5mmの寸法で、12MHz用のもの
とした。
【0053】前記多葉状電極19の外形は、圧電セラミ
ックス20の中心を原点とした曲座標R−θに関して、
R0 を3mm、n=5、m=4とし、f(θ)を下記数
1とするとき、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/
(m+1)]×f(θ)の関係により形成した。尚、下
記数1において、bは圧電素子17に内接する楕円にお
ける短径の長径に対する比率である。
ックス20の中心を原点とした曲座標R−θに関して、
R0 を3mm、n=5、m=4とし、f(θ)を下記数
1とするとき、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/
(m+1)]×f(θ)の関係により形成した。尚、下
記数1において、bは圧電素子17に内接する楕円にお
ける短径の長径に対する比率である。
【0054】
【数1】
【0055】(作用)本実施の形態2によれば、既述し
た実施の形態1とは異なる非軸(点)対称の形状を持つ
圧電セラミックス20に、中心が高く、辺縁に向かうに
つれて減衰し、辺縁部では概ね0になるような音圧分布
を持たせることができる多葉状電極19が形成される。
この多葉状電極19の音圧分布の効果は、前記実施の形
態1と同様である。
た実施の形態1とは異なる非軸(点)対称の形状を持つ
圧電セラミックス20に、中心が高く、辺縁に向かうに
つれて減衰し、辺縁部では概ね0になるような音圧分布
を持たせることができる多葉状電極19が形成される。
この多葉状電極19の音圧分布の効果は、前記実施の形
態1と同様である。
【0056】[効果]本実施の形態2によれば、長方形
や楕円等の軸対称又は点対称以外の形状の圧電素子17
を用いた場合でも、対称形状の円板状の圧電素子2を用
いた場合と全く同様に、超音波トランスデューサからの
至近距離における音場の乱れが抑えられ、至近距離にお
ける分解能及びS/N比が向上するとともに、全体とし
て細い音場が得られるため、観測範囲の拡大と解像度の
向上とを図ることができる。
や楕円等の軸対称又は点対称以外の形状の圧電素子17
を用いた場合でも、対称形状の円板状の圧電素子2を用
いた場合と全く同様に、超音波トランスデューサからの
至近距離における音場の乱れが抑えられ、至近距離にお
ける分解能及びS/N比が向上するとともに、全体とし
て細い音場が得られるため、観測範囲の拡大と解像度の
向上とを図ることができる。
【0057】これにより、直径3mm以下等の細径の超
音波ブロープで良く用いられる方形や長円、楕円等の圧
電素子を用いた超音波トランスデューサにおいても、解
像度の向上を図ることができる。
音波ブロープで良く用いられる方形や長円、楕円等の圧
電素子を用いた超音波トランスデューサにおいても、解
像度の向上を図ることができる。
【0058】本実施の形態2においても、特に図示はし
なかったが、前述した実施の形態1と同様に、図9に示
すような凹面の圧電素子セラミックス21を用い、凹円
筒面圧電素子18を形成することで、多葉状電極19を
4葉以外の形状とすることができること、また、銀焼付
け以外の電極材料を用いること等が適用できることは言
うまでもない。
なかったが、前述した実施の形態1と同様に、図9に示
すような凹面の圧電素子セラミックス21を用い、凹円
筒面圧電素子18を形成することで、多葉状電極19を
4葉以外の形状とすることができること、また、銀焼付
け以外の電極材料を用いること等が適用できることは言
うまでもない。
【0059】また実施の形態2においては、関数f
(θ)を、線対称の関数である楕円としたが、例えば長
円のような前記請求項1に記載した最大値が1である条
件を満足する関数であれば、線対称の関数に限定される
ものではない。また、各象現毎に別種の関数を適用する
ことも可能である。
(θ)を、線対称の関数である楕円としたが、例えば長
円のような前記請求項1に記載した最大値が1である条
件を満足する関数であれば、線対称の関数に限定される
ものではない。また、各象現毎に別種の関数を適用する
ことも可能である。
【0060】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、各種形状
の圧電素子を用いた超音波トランスデューサにおいて
も、広い範囲に渡って高解像度の鮮明な超音波画像を得
ることができる超音波トランスデューサを提供すること
ができる。
の圧電素子を用いた超音波トランスデューサにおいて
も、広い範囲に渡って高解像度の鮮明な超音波画像を得
ることができる超音波トランスデューサを提供すること
ができる。
【0061】請求項2記載の発明によれば、耐電磁ノイ
ズ性に優れた広い範囲に旦って高解像度で鮮明な超音波
画像を得ることができる超音波トランスデューサを提供
することができる。
ズ性に優れた広い範囲に旦って高解像度で鮮明な超音波
画像を得ることができる超音波トランスデューサを提供
することができる。
【0062】請求項3記載の発明によれば、特に最外形
が軸対称形状の電極を採用した構成で、広い範囲に渡っ
て高解像度の鮮明な超音波画像を得ることができる超音
波トランスデューサを提供することができる。ことがで
きる。
が軸対称形状の電極を採用した構成で、広い範囲に渡っ
て高解像度の鮮明な超音波画像を得ることができる超音
波トランスデューサを提供することができる。ことがで
きる。
【0063】請求項4記載の発明によれば、特に最外形
が非軸対称形の電極を採用した構成で、広い範囲に渡っ
て高解像度の鮮明な超音波画像を得ることができる超音
波トランスデューサを提供することができる。
が非軸対称形の電極を採用した構成で、広い範囲に渡っ
て高解像度の鮮明な超音波画像を得ることができる超音
波トランスデューサを提供することができる。
【0064】請求項5記載の発明によれば、電極形成部
と未成形部との間の分極に起因する歪みを低減して、特
に寿命と信頼性を向上でき、広い範囲に亘って高解像度
の鮮明な超音波画像を得ることが可能な超音波トランス
デューサを製造することができる。
と未成形部との間の分極に起因する歪みを低減して、特
に寿命と信頼性を向上でき、広い範囲に亘って高解像度
の鮮明な超音波画像を得ることが可能な超音波トランス
デューサを製造することができる。
【図1】本発明の実施の形態1の圧電素子を示す斜視図
である。
である。
【図2】本発明の実施の形態1の超音波トランスデュー
サを示す斜視図である。
サを示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態1の超音波トランスデュー
サの超音波の強度分布を示す説明図である。
サの超音波の強度分布を示す説明図である。
【図4】本発明の実施の形態1の超音波トランスデュー
サの音場を示す説明図である。
サの音場を示す説明図である。
【図5】本発明の実施の形態1の圧電素子の変形例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図6】本発明の実施の形態1の圧電素子の他例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態1の圧電素子のさらに他例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図8】本発明の実施の形態2の圧電素子を示す斜視図
である。
である。
【図9】本発明の実施の形態2の圧電素子の変形例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
1 背面制動材 2 圧電素子 3 音響レンズ 4 圧電セラミックス 5 全面電橋 6 多葉状電極 7 電極未形成部 8 音響放射面 13 超音波トランスデューサ 14 圧電素子 15 3葉状電極 16 8葉状電極 17 圧電素子 19 多葉状電極
Claims (5)
- 【請求項1】 圧電素子を用いて駆動される超音波トラ
ンスデューサにおいて、 前記圧電素子が、その両面に電極を形成するとともに、
該電極のうち少なくともその一方の外形Rを、該電極上
の1点を原点とした曲座標R−θに関して、R0を電極
半径の最大値、nを2以上の自然数、f(θ)を最大値
1の関数とするとき、R=R0 ×[{cos(nθ)+
m}/(m+1)]×f(θ)で規定されたn枚の多葉
状電極として構成したことを特徴とする超音波トランス
デューサ。 - 【請求項2】 圧電素子を用いて駆動される超音波トラ
ンスデューサにおいて、 圧電素子が、その両面に電極を形成すると共に、該電極
の一方を全面電極にするととも音響放射面側に向け、同
時に他方の電極の外形を、該電極上の1点を原点とした
曲座標R−θに関して、R0 を電極半径の最大値、nを
2以上の自然数、f(θ)を最大値1の関数とすると
き、R=R0 ×[{cos(nθ)+m}/(m+
1)]×f(θ)で規定されたn枚の多葉状電極として
構成したことを特徴とする超音波トランスデューサ。 - 【請求項3】 前記電極外形を規定する関数f(θ)が
定数1であることを特徴とする請求項1又は2記載の超
音波トランスデューサ。 - 【請求項4】 前記電極外形を規定する関数f(θ)が
長径2の楕円であることを特徴とする請求項1又は2記
載の超音波トランスデューサ。 - 【請求項5】 圧電素子を用いて駆動される超音波トラ
ンスデューサを製造する製造方法において、 前記圧電素子を、その両面に電極を形成するとともに、
該電極のうち少なくともその一方を圧電素子の全面を覆
わない部分的な多葉状電極として構成した後、少なくと
も該多葉状電極を構成した側を導電性弾性体にて電極未
形成部を覆うように保持した状態で、前記圧電素子を分
極することを特徴とする、超音波トランスデューサの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4981896A JPH09247796A (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 超音波トランスデューサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4981896A JPH09247796A (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 超音波トランスデューサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09247796A true JPH09247796A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12841704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4981896A Pending JPH09247796A (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 超音波トランスデューサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09247796A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004356900A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Olympus Corp | 超音波振動子 |
| CN112213397A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-12 | 成都英萨传感技术研究有限公司 | 一种增强超声波探测距离的聚声器 |
| JP2022087692A (ja) * | 2020-12-01 | 2022-06-13 | Tdk株式会社 | 圧電振動体および超音波トランスデューサ |
-
1996
- 1996-03-07 JP JP4981896A patent/JPH09247796A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004356900A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Olympus Corp | 超音波振動子 |
| CN112213397A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-12 | 成都英萨传感技术研究有限公司 | 一种增强超声波探测距离的聚声器 |
| CN112213397B (zh) * | 2020-09-29 | 2024-01-30 | 成都英萨传感技术研究有限公司 | 一种增强超声波探测距离的聚声器 |
| JP2022087692A (ja) * | 2020-12-01 | 2022-06-13 | Tdk株式会社 | 圧電振動体および超音波トランスデューサ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040203 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |