JPS5811851A - 配列形超音波探触子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波探触子に関し、特に高分子圧電材料から
形成された振動子本体を有する超音波探触子に関する。

超音波を清用して診断、探傷、計測等を行なう各種超音
波機器においては、電気音響変換手段として従来から圧
電セラミックス製振動子本体を有する超音波探触子が用
いられている。このセラミック振動子は感１ずが犬であ
る反面その帯域幅が狭く、また形状比（直方体状に形成
した場合に最小断面における幅／厚さ）を波長に比して
充分小さくなしｉ聾ないためほぼ５ＭＨｚ以上の高周波
で使用するフェーズドアレーには適さないという欠点が
あった。すなわち、超音波診断装置等において配列形超
音波探触子による扇形走査を行なうような場合に、第２
′覗極に基づく偽像の発生を防止するためには、（波長
Ｖ（振動子配列ピッチ）がビーム走査の覆域に関連して
定まる所定値を超える必要がある５３シかしながら、従
来のセラミック振動子を用いたフェーズドアレー用探触
子においては、裏打ち材に接着された板状振動子を切断
して複数個に分割するよう（ニしていたので、振動子お
よび接着剤の切削抵抗が弱いため振動子の幅を充分狭く
することが困難であり、かつカッタの刃厚（二は限界が
あるため切削溝幅すなわち振動子相互間隔を充分に狭く
することが困難であって、その結果、振動子の配列ピッ
チを充分小さくすることが実質的に不可能であったから
である。

一方、高分子圧電材料から形成された振動子は広帯域特
性を備えているが感度が小さく、かつ厚さが９〜３０μ
ｍ程度のものしか製造し得ないので、このままではほぼ
ｌＱＭＨｚ以上の高周波領域でしか使用できないという
難点がある。

これを実用的な低喝波領域において使用するために、従
来は第１因に例示するように複数（図は３つの場合）の
素子１・・・を厚さ方向、すなわち分極方向（Ｙ）に重
合するとともに相互に接着して振動子本体２を形成する
ようにしていた。この本体２には厚さ方向に相対向して
一対をなすｉｔ電極・・・が幅方向、すなわち素子１・
・・の延伸軸方向（Ｘ）に所定の配列ピッチおよび間隔
で配設されている。図中４は１１面板であり、５は背板
である。そして、分極方向（１）の振動モードを利用す
るように構成されている。なお、振動子２は延伸軸方向
に分割されていてもよい。

しかしながら、上述のように構成された従来の探触子に
おいては複数の振動１子ノ・・・を積層、接着して振動
子本体２を形成しているので、電気＝音響相互変換効率
が悪いばかりでなく、本体２の圧電ｄ定数が小さいので
？は気→音響変換効率モ悪く、かつ本体２の音響インピ
ーダンスが約４　Ｘ　１０６バノｆ／ｍ”＠であるため
人体や水など（音響インピーダンス約１．５　Ｘ　１０
　’Ｑｆ／ｍ２ｓ　）と、の音響整合性が悪いという難
点がある。

本発明は上記事情のもとじなされたもので、その目的と
するところは、高分子圧電材料から形成された振動子本
体を有しながら電気＝音響相互変換効率が高く、人体や
水などの音″＃整合性が良好で、かつ高周波のフェーズ
ドアレイとして用い得る超音波探触子を提供することに
ある。

以下、本発明を図示の一実施例について説明する。第２
図において振動子１ｏは本体１１と電極１２．１２を備
えている。振動子本体１１は、高分子圧電材料（たとえ
ばＰＶＤＦ’など）から延伸軸方向（３）の長さ！、分
極方向閑の厚さｔの直方体状に形成されている。電極１
２．１２は適宜の導電性材料から薄膜状に形成され、本
体１ノの分極方向閑両面にたとえば蒸着あるいは接着等
の手段によって付着されている。このような振動子１０
は分極方向１：所定の配列ピッチで配設され、延伸方向
両端には前面板１３および背板１４がそれぞれ設けられ
ており、相隣る振動子１０．１０の間には隙間１５が形
成されている。前面板１３は振動子１０・・・（二対す
る保護ｊ−１音響整合層あるいは音響レンズの少なくと
もいずれか１つの機能を果すように構成されている。背
板１４は振動子１０・・・に対する裏打層、音響吸収層
および音響整合層の少なくともいずれか１つの機能を果
すように構成されている。隙間１５には電気絶縁性の材
料（たとえば空気など）が充填されている。そして、各
振動子１０・・・ごとにそれぞれの電極１２．１２間電
位差Ｅｌの位相および振幅を適宜に制御することシーよ
り、延伸軸方向（３）の振動モードを利用したフェーズ
ドアレイとして動作をなし得るように構成されている。

上記構成によれば、延伸方向両端 ドを利用するようにしたので、振動子本体１１の振動方
向の長さ！は、単に累材を切断するだけで所望の周波数
に適合するものを容易（二形成することができ、これに
より実用上好ましい周波数帯域（１〜２９ＭＨｚ程度）
をカバーすることができる。したがって従来装置Ｃ二お
けるように複数の振動子本体を厚さ方向、すなわち振動
方向ｆ″１１積層着する必要がないから、電気＝音響相
互変換効率が低下するようなことがない。

また、高分子圧電材料においては延伸軸方向（Ｘ）ｉ＝
おける圧電ｄ定数が分極方向（Ｙｌにおける値の約２倍
と良好であり、かつ延伸軸方向における音響インピーダ
ンスは分極方向における値よりも人体や水等の値に近い
のでこれらに対する音響整合性も改善される。

さらに、上述のように延伸軸方向■）の振動モードを利
用するようにしたので振動子本体１１の分極方向厚さｔ
は充分薄くしてもよく、したかって振動子１０・・・の
配列ピッチは、従来の高分子王室材料製振動子（二比較
しても充分小さくなし得るばかりでなく、セラミック振
動子を切断して形成したものに比較すれば１／１０以下
にすることも容易であり、この場合には１０倍以上の高
周波数用フェーズドアレイに利用することができる。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、たとえば第３図に示すように複数（図は３つの場合
）の振動子本体１１・・・を分極方向（ト）に端層して
１単位の振動子２０を構成するようにしてもよい。この
ような振動子を分極方向に複数単位配設した探触子は比
較的狭い角度範囲で用いる場合に利得を増大させること
ができる。また、第４図に示すように複数（図は１８の
場合）の振動子本体１１・・・を分極方向に端層して形
成された１単位の振動子２１のみを設けるようにしても
よい。このように構成された探触子は、非破壊検査や流
量測定などに用いられる従来の探触子におけると同様に
して広帯域探触子として利用することができる。さらに
、上記いずれの場合であっても相互に隣接する振動子本
体１１・・・相互間および撮動子１１と電極１２間にた
とえばシリコン油等の油性薄膜を介設し、この油性薄膜
の表面張力によって相隣る両者を張り合わせるようにし
てもよい。このように構成すれば、接着剤によって接着
する場合に比し組立作業を大幅に簡易化することができ
、かつ振動子本体１１・・・の延伸軸方向■）振動に対
する抑制作用が、接着した場合より遥かに軽度であるか
ら電気→音響変換効率を向上させることができる。

本発明は、上述したように高分子圧電材料から形成され
た振動子本体を有するものにおいて、上記本体の延伸軸
方向の振動モードを利用するべくその分極方向に電極を
配設したことを特徴とするものである。したがって、振
動方向の長さを所望の周波数に適合するよう（二形成し
得るので複数の本体を厚さ方向に接着する必要がなく、
電気ご音響相互変換効率の低下を防止することができる
。また、圧電定数が良好で音響インピーダンスがより人
体や７Ｊ（等に近い延伸軸方向の振動モードを利用する
ようにしたので、人体や水等に対する音響整合性を向上
させることができる。さらに、分極方向における振動子
本体の厚さが薄くてよいので高周波数のフェーズドアレ
イに好適である。

また、振動子本体と電極とをこれら両者間（二介在する
油性薄膜により張り合せるようにすれば、組立作業を簡
易化し而るとともに、振動抑制作用を軽減して電気→音
響変換効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す断面図、第２図は本発明の一実施
例を示す断面図、第３図および第４図は同側（二おける
要部の変形例を示す説明図である。 １０．２０．２１・・・振動子、１１・・・振動子本体
、１２・・・電極、Ｘ・・・延伸軸方向、Ｙ・・・分極
方向。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高分子圧電材料から形成された振動子本体を有す
   るものにおいて、上記本体の延伸軸方向の振動モードを
   利用するべくその分極方向に電極を配設したことを特徴
   とする超音波探触子。
2. （２）　　上記振動子本体および電極をこれら両者間に
   介在する油性薄膜により相互に張り合せてなる特許請求
   の範囲第１項記載の超音波探触子。