JPS63286100A - 超音波用複合圧電素子 - Google Patents
超音波用複合圧電素子Info
- Publication number
- JPS63286100A JPS63286100A JP62120154A JP12015487A JPS63286100A JP S63286100 A JPS63286100 A JP S63286100A JP 62120154 A JP62120154 A JP 62120154A JP 12015487 A JP12015487 A JP 12015487A JP S63286100 A JPS63286100 A JP S63286100A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramics
- minutely
- divided
- piezoelectric element
- gap
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、例えば医療診断の分野において用いられる超
音波診断装置のプローブ等に利用する超音波用複合圧電
素子、特に細分化された圧電セラミックスの間に間隙充
填材を充填して成る超音波用複合圧電素子の改良に関す
るものである。
音波診断装置のプローブ等に利用する超音波用複合圧電
素子、特に細分化された圧電セラミックスの間に間隙充
填材を充填して成る超音波用複合圧電素子の改良に関す
るものである。
（従来の技術）
媒体中に超音波を送信しその反射エコーを受信すること
によって媒体内部の組織状態や異物を調査・探知する装
置では、電気−音響変換又は音響−°電気変換のために
超音波トランスデユーサが用いられる。この場合、トラ
ンスデユーサとしては一般に圧電セラミックスから成る
圧電素子が使用されるが、通常の圧電セラミックス材料
の固有音響インピーダンスが約３０ｘ ’ｌ ０６ Ｎ
ｙ／ｍ２ ・ｓｅｃと大きいため、媒体が生体や水でお
る場合には、この大きな固有音響インピーダンスと比較
的小さい生体や水の固有音響インピーダンス（１、５Ｘ
１０８ Ｋｙ／ｍ２− ５ｅｃ）との差が原因となって
、望むような良好な変換効率を得ることが出来ない。
によって媒体内部の組織状態や異物を調査・探知する装
置では、電気−音響変換又は音響−°電気変換のために
超音波トランスデユーサが用いられる。この場合、トラ
ンスデユーサとしては一般に圧電セラミックスから成る
圧電素子が使用されるが、通常の圧電セラミックス材料
の固有音響インピーダンスが約３０ｘ ’ｌ ０６ Ｎ
ｙ／ｍ２ ・ｓｅｃと大きいため、媒体が生体や水でお
る場合には、この大きな固有音響インピーダンスと比較
的小さい生体や水の固有音響インピーダンス（１、５Ｘ
１０８ Ｋｙ／ｍ２− ５ｅｃ）との差が原因となって
、望むような良好な変換効率を得ることが出来ない。
この問題を解決するため、一方では、両者のほぼ中間の
固有音響インピーダンスを持つ材料を圧電セラミックス
の表面に所望の厚さに形成して、変換効率を向上せしめ
るという方法が用いられ、他方では、圧電材料そのもの
の固有音響インピーダンスを小ざくすることにより変換
効率を高める手段として、圧電セラミックスを微細に細
分化すると共に、細分化された圧電セラミックス（以下
細分化セラミックスという）群の間隙に高分子材料を充
填して複合圧電素子とする方法も提案されている。
固有音響インピーダンスを持つ材料を圧電セラミックス
の表面に所望の厚さに形成して、変換効率を向上せしめ
るという方法が用いられ、他方では、圧電材料そのもの
の固有音響インピーダンスを小ざくすることにより変換
効率を高める手段として、圧電セラミックスを微細に細
分化すると共に、細分化された圧電セラミックス（以下
細分化セラミックスという）群の間隙に高分子材料を充
填して複合圧電素子とする方法も提案されている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし乍ら、この方法において従来から用いられている
高分子材料は、その固有音響インピーダンスの値が３〜
５Ｘ １０８ Ｎｙ／ｍ２− ｓｅｃの範囲内でおる
ため、複合圧電素子側の固有音響インピーダンス値を出
来るだけ小さくしたいという目的を満足するものとは、
必ずしも云い難い結果となっていた。また、細分化セラ
ミックス群の間に充填される高分子材料もその自身音波
を伝播する媒体であるので、この種複合圧電素子では、
細分化セラミックスの横振動が隣接する他の細分化セラ
ミックス伝播して両者間に音響的な結合現象を発生させ
、これが無用な撮動の原因となるという別の問題も生じ
ている。そのため、これらの改善策の出現が強く望まれ
ていた。
高分子材料は、その固有音響インピーダンスの値が３〜
５Ｘ １０８ Ｎｙ／ｍ２− ｓｅｃの範囲内でおる
ため、複合圧電素子側の固有音響インピーダンス値を出
来るだけ小さくしたいという目的を満足するものとは、
必ずしも云い難い結果となっていた。また、細分化セラ
ミックス群の間に充填される高分子材料もその自身音波
を伝播する媒体であるので、この種複合圧電素子では、
細分化セラミックスの横振動が隣接する他の細分化セラ
ミックス伝播して両者間に音響的な結合現象を発生させ
、これが無用な撮動の原因となるという別の問題も生じ
ている。そのため、これらの改善策の出現が強く望まれ
ていた。
本発明は、この事情に鑑みてなされたもので、細分化セ
ラミックスと間隙充填材との構成比が同一であっても、
実効的音響インピーダンスが小ざく且つ隣接する細分化
セラミックス間の音響的結合の小さな新規な超音波用複
合圧電素子を提供することを目的とする。
ラミックスと間隙充填材との構成比が同一であっても、
実効的音響インピーダンスが小ざく且つ隣接する細分化
セラミックス間の音響的結合の小さな新規な超音波用複
合圧電素子を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
この目的を連成するための本発明の構成は、細分化され
た圧電セラミックスの間に該複合圧電素子の音響インピ
ーダンスを小さくするための間隙充填材を充填した超音
波用複合圧電素子において、多数の中空状の微粒子を包
含する高分子材料をもって前記細分化された圧電セラミ
ックスの問隙内を充填したことにおる。
た圧電セラミックスの間に該複合圧電素子の音響インピ
ーダンスを小さくするための間隙充填材を充填した超音
波用複合圧電素子において、多数の中空状の微粒子を包
含する高分子材料をもって前記細分化された圧電セラミ
ックスの問隙内を充填したことにおる。
（作 用）
この構成に基く本発明の作用は、細分化セラミックス間
に充填する充填材料内に中空状微粒子を混入することに
よって、音波の伝播し難い状態を作り出すようになした
ことにある。
に充填する充填材料内に中空状微粒子を混入することに
よって、音波の伝播し難い状態を作り出すようになした
ことにある。
（実施例）
以下、図示の一実施例に基いて本発明を詳述するが、理
解し易いように製造工程の順に従って説明する。第１図
乃至第４図は本発明に係る超音波用複合圧電素子を製造
する時の各ステップを示す概略構成図で、図中、１１は
例えば約５ＭＩｆｚの反共振周波数を有する圧電セラミ
ックス材料、１２は例えばセラミックス材等で構成され
た仮基台、１３は例えばエレクトロン・ワックス等で代
表される加熱溶解性の接着剤である。
解し易いように製造工程の順に従って説明する。第１図
乃至第４図は本発明に係る超音波用複合圧電素子を製造
する時の各ステップを示す概略構成図で、図中、１１は
例えば約５ＭＩｆｚの反共振周波数を有する圧電セラミ
ックス材料、１２は例えばセラミックス材等で構成され
た仮基台、１３は例えばエレクトロン・ワックス等で代
表される加熱溶解性の接着剤である。
［第１ステツプ］
先ず、適宜の方法により圧電セラミックス材料１１を円
板状に成形し、それを接着剤１３を用いて仮基台１２上
に接着すると共に加熱して第１次素材１０を作る。（第
１図参照） ［第２ステツプ］ 次に、この素材１０をダイシングマシンに設定すると共
に例えば５０μｍの厚さを持つブレードくいずれも図示
せず）を使用して１００μｍのピッチで同一方向へ繰返
し切断を行い、第２図に示すように間隙２１を介した不
連続断面を有する第２次素材２０を作る。
板状に成形し、それを接着剤１３を用いて仮基台１２上
に接着すると共に加熱して第１次素材１０を作る。（第
１図参照） ［第２ステツプ］ 次に、この素材１０をダイシングマシンに設定すると共
に例えば５０μｍの厚さを持つブレードくいずれも図示
せず）を使用して１００μｍのピッチで同一方向へ繰返
し切断を行い、第２図に示すように間隙２１を介した不
連続断面を有する第２次素材２０を作る。
［第３ステツプ］
而して、平均粒径が２０μｍ以下の多数の中空′状ガラ
ス微粒子とエポキシ系接着剤とを約４：１の体積比で混
合した充填材料２２を用意し、これを前記第２ステツプ
の工程で形成された第２次素材２０の間隙２１内に充填
し且つ固化させて、第３次の素材３０を作る。（第３図
参照）この場合、充填材料２２に中空状微粒子を混入す
るのは隣接する細分化セラミックス間に音波の伝播し難
い状態を作り出すためでおるから、中空状微粒子の平均
粒径は媒体中での音波の波長に対して充分に小さいもの
でおることが望まれる。例えば使用する超音波の反共振
周波数を２．５〜１０ＭＨｚとし、生体中（水中）の音
速を１５００ｍとした時、媒体中での音波の波長が １５００ｍ／２．５）ＩＨｚ ’＝６００μｍとなるこ
とから、中空状微粒子の平均粒径は、該算出値を固体中
での波長に換算した値約１２００μｍよりも充分に小さ
い値、例えば１００μｍ以下にすることが好ましいと云
える。
ス微粒子とエポキシ系接着剤とを約４：１の体積比で混
合した充填材料２２を用意し、これを前記第２ステツプ
の工程で形成された第２次素材２０の間隙２１内に充填
し且つ固化させて、第３次の素材３０を作る。（第３図
参照）この場合、充填材料２２に中空状微粒子を混入す
るのは隣接する細分化セラミックス間に音波の伝播し難
い状態を作り出すためでおるから、中空状微粒子の平均
粒径は媒体中での音波の波長に対して充分に小さいもの
でおることが望まれる。例えば使用する超音波の反共振
周波数を２．５〜１０ＭＨｚとし、生体中（水中）の音
速を１５００ｍとした時、媒体中での音波の波長が １５００ｍ／２．５）ＩＨｚ ’＝６００μｍとなるこ
とから、中空状微粒子の平均粒径は、該算出値を固体中
での波長に換算した値約１２００μｍよりも充分に小さ
い値、例えば１００μｍ以下にすることが好ましいと云
える。
［第４ステツプ］
この固化された第３次素材３０を完全に固化させた後、
今度は第２ステツプでの切断方向と直交する方向へ前回
同様に繰返し切断を施す。そして、その切断作業により
生じた空所（細分化間隙）に前回同様に充填材料２２を
充填して固化させ、完成直前品４０を作る。＠４図にこ
の状態の一部範囲を上方から見た時の平面図を示す。
今度は第２ステツプでの切断方向と直交する方向へ前回
同様に繰返し切断を施す。そして、その切断作業により
生じた空所（細分化間隙）に前回同様に充填材料２２を
充填して固化させ、完成直前品４０を作る。＠４図にこ
の状態の一部範囲を上方から見た時の平面図を示す。
［第５ステツプ］
そして、これが充分に固化した後、加熱して前記接着剤
１３を溶解し、充填材料２２で結合された細分化圧電セ
ラミックスを仮基台１２から剥離する。しかる後、剥離
後の平板状複合物の上下面を適宜に研摩すると共に洗浄
・屹燥を施し、更に、これに真空蒸着又は導電性塗料の
塗布作業を施して上下面に電極を形成し、目的とする複
合圧電素子を得る。
１３を溶解し、充填材料２２で結合された細分化圧電セ
ラミックスを仮基台１２から剥離する。しかる後、剥離
後の平板状複合物の上下面を適宜に研摩すると共に洗浄
・屹燥を施し、更に、これに真空蒸着又は導電性塗料の
塗布作業を施して上下面に電極を形成し、目的とする複
合圧電素子を得る。
以上説明した通り、本発明では、音波の極めて伝播し難
い中空溝造が支配的である充填材料をもって細分化セラ
ミックス間を充填したので、細分化セラミックスの横振
動が隣接する他の細分化セラミックスに伝播し難くなり
、その結果、細分化セラミックス間での音響的結合の発
生に起因する無用な振動を従来のものに比べて著しく小
さくすることが出来、しかも、充填材料の密度が極めて
小ざくなるため、細分化セラミックスと間隙充填材との
構成比が同一でおっても、より有効に実効的な音響イン
ピーダンスを小さくすることが可能となる。そのため、
音響インピーダンスの小さい生体・水中に対する効率の
良い超音波の送受信を実現することが出来る。
い中空溝造が支配的である充填材料をもって細分化セラ
ミックス間を充填したので、細分化セラミックスの横振
動が隣接する他の細分化セラミックスに伝播し難くなり
、その結果、細分化セラミックス間での音響的結合の発
生に起因する無用な振動を従来のものに比べて著しく小
さくすることが出来、しかも、充填材料の密度が極めて
小ざくなるため、細分化セラミックスと間隙充填材との
構成比が同一でおっても、より有効に実効的な音響イン
ピーダンスを小さくすることが可能となる。そのため、
音響インピーダンスの小さい生体・水中に対する効率の
良い超音波の送受信を実現することが出来る。
以上一実施例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、その要旨を変更せざる範囲内で、
種々に変形実施することが可能である。例えば、圧電セ
ラミックス材料の厚さ・ブレードの厚さく間隙幅）及び
切断の繰返しピッチ等の値は必要に応じて適宜に選定し
得るものであり、また、中空状微粒子は、中空状ガラス
微粒子に限らずプラスチック系材料やカーボン系材料で
成形された中空状微粒子でおっても良い。また、充填材
料もエポキシ系接着剤に限らず適宜の高分子材料を利用
することが出来、更に、微粒子の平均粒径についても、
複合圧電素子としての実効的音響インピーダンスを小さ
くなし得るという目的に合致さえすれば、適宜の粒径を
用い得る。そして、充填材料と中空状微粒子との混合比
も目的を達成し得る範囲内で適宜に選定し得る。
されるものではなく、その要旨を変更せざる範囲内で、
種々に変形実施することが可能である。例えば、圧電セ
ラミックス材料の厚さ・ブレードの厚さく間隙幅）及び
切断の繰返しピッチ等の値は必要に応じて適宜に選定し
得るものであり、また、中空状微粒子は、中空状ガラス
微粒子に限らずプラスチック系材料やカーボン系材料で
成形された中空状微粒子でおっても良い。また、充填材
料もエポキシ系接着剤に限らず適宜の高分子材料を利用
することが出来、更に、微粒子の平均粒径についても、
複合圧電素子としての実効的音響インピーダンスを小さ
くなし得るという目的に合致さえすれば、適宜の粒径を
用い得る。そして、充填材料と中空状微粒子との混合比
も目的を達成し得る範囲内で適宜に選定し得る。
［発明の効果］
以上述べた通り本発明を用いる時は、細分化セラミック
スと間隙充填材との構成比が同一であっても、実効的音
響インピーダンスが小さく且つ隣接する細分セラミック
ス間の音響的結合の小ざな新規な超音波用複合圧電素子
を実現することが可能となる。
スと間隙充填材との構成比が同一であっても、実効的音
響インピーダンスが小さく且つ隣接する細分セラミック
ス間の音響的結合の小ざな新規な超音波用複合圧電素子
を実現することが可能となる。
図は本発明に係る超音波用複合圧電素子を製造する時の
各ステップを示す概略構成図で、第１図は第１次素材の
状態を示す概略構成図、第２図は第２次素材の状態を示
す概略構成図、第３図は第３次素材の状態を示す概略構
成図、第４図は完成直前品の状態を示す概略構成図で必
る。 １０・・・第１次素材、 １１・・・圧電セラミックス材料、 １２・・・基台、
１３・・・接着剤、 ２０・・・第２次素材、２
１・・・間隙、 ２２・・・充填材料、３０・
・・第３次素材、 ４０・・・完成直前品。
各ステップを示す概略構成図で、第１図は第１次素材の
状態を示す概略構成図、第２図は第２次素材の状態を示
す概略構成図、第３図は第３次素材の状態を示す概略構
成図、第４図は完成直前品の状態を示す概略構成図で必
る。 １０・・・第１次素材、 １１・・・圧電セラミックス材料、 １２・・・基台、
１３・・・接着剤、 ２０・・・第２次素材、２
１・・・間隙、 ２２・・・充填材料、３０・
・・第３次素材、 ４０・・・完成直前品。
Claims (3)
- （１）細分化された圧電セラミックスの間に該複合圧電
素子の音響インピーダンスを小さくするための間隙充填
材を充填した超音波用複合圧電素子において、多数の中
空状の微粒子を包含する高分子材料をもって前記細分化
された圧電セラミックスの間隙内を充填して成ることを
特徴とする超音波用複合圧電素子。 - （２）前記中空状の微粒子は、その平均粒径が１００μ
ｍ以下のものである特許請求の範囲第１項に記載の超音
波用複合圧電素子。 - （３）前記中空状の微粒子が中空状のガラス微粒子であ
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の超音波用複合
圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62120154A JPS63286100A (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 超音波用複合圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62120154A JPS63286100A (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 超音波用複合圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63286100A true JPS63286100A (ja) | 1988-11-22 |
Family
ID=14779293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62120154A Pending JPS63286100A (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 超音波用複合圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63286100A (ja) |
-
1987
- 1987-05-19 JP JP62120154A patent/JPS63286100A/ja active Pending
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