JP2015033409A - 超音波探触子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波探触子は、第1の方向に所定の厚みを有する圧電体と、第1の方向において圧電体を挟むよう互いに対向した第1の電極及び第2の電極と、第2の電極と電気的に接続され、第2の電極に対して圧電体とは反対側に設けられる中間層と、中間層を挟んで第2の電極と対向し、第1の方向と直交する第2の方向に延伸する第3の電極と、を有する積層体を備える。また、第1の電極及び第2の電極は、第2の方向において所定の間隔をあけてそれぞれ複数配列される。積層体は、第1の方向及び第2の方向とそれぞれ直交する第3の方向に複数配列される。また、積層体には、第1の電極、圧電体及び第2の電極を貫通して中間層の一部まで形成され、第2の方向に延伸した第1の溝が形成される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1における超音波探触子を示す斜視図である。図1に示す超音波探触子1は、生体等の被検体に接触して用いられる。超音波探触子1は、超音波探触子1内の圧電体3に電気信号を印加させることで超音波を被検体に照射するとともに、被検体内からの反射超音波を圧電体3において電気信号に変換するトランスデューサーである。図1に示すように、超音波探触子1は、圧電体3と、第2の電極4と、第1の電極5と、グラウンド層6と、中間層7と、両面FPC8と、第3の電極11と、第1の溝14と、第2の溝15と、第3の溝16と、背面材(図示せず)と、複数の整合層(図示せず)と、レンズ(図示せず)とを備える。
・チタン酸ジルコン酸鉛系やチタン酸鉛系の圧電セラミックス
・非常に高い比誘電率を有する、リラクサと呼ばれる緩和型強誘電体
・バリウム系やニオブ系、ビスマス系などの非鉛の圧電セラミックスや圧電単結晶
・亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛、又はインジウムニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛等の固溶体単結晶
・ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの圧電高分子膜
以下、図1に示した超音波探触子1の製造方法の一例を示す。両面FPC8は、図14に示すように、第3の電極11、第4の電極10、絶縁層9及び導電部12を含む。第4の電極10は、第2の方向において、所定の間隔をあけて予め5分割されている。第3の電極11は、図1に示す1つの積層体2に対して3本、第2の方向(短軸方向)に延伸するよう構成されている。中間層7は、図10に示すように、直方体の中間層の一部を第2の方向(短軸方向)に5分割した形状に予め加工されている。圧電体3には第1の方向(厚み方向)に対向する第1の電極5と第2の電極4を予め形成しておく。
(2)次に、背面材の上に、両面FPC8、中間層7、圧電体3をこの順に積層する。両面FPC8の上に中間層7を積層する際、第4の電極10と中間層7が対向するように位置あわせを行う。各材料はエポキシ樹脂などの接着剤を用いて接着硬化させる。
(3)接着硬化させた後、ダイサーを用いて、中間層7の分割された位置に合わせて、第3の方向(アレイ方向)に沿って、第1の電極5、圧電体3、第2の電極4まで貫通する第2の溝15を4本形成する。中間層7は予め5分割されるように加工しているため、第2の溝15は、第1の電極5、圧電体3、第2の電極4、中間層7を貫通する構成になる。
(4)次に、第2の溝15にエポキシ樹脂を充填すると共に、第1の電極5の上に、グラウンド層6及び複数の整合層を順次積層、接着硬化させる。
(5)次に、ダイサーを用いて、第2の方向(短軸方向)に沿って、整合層から背面材の一部までを貫通する第3の溝16を設けて複数の積層体2を形成すると共に、各々の積層体2において、整合層から中間層7の一部まで貫通する第1の溝14を形成する。また、中間層7の一部は、第2の方向につながっている部分を有するが、第3の溝16を形成する際に、隣接する積層体2と電気的に分割される。
(6)次に、背面材を固定台から外した後、背面材上に形成された複数の積層体2からなる構造物をコンベックスやリニア形状に成形した後、第1の溝14及び第3の溝16にシリコン樹脂などを充填する。その後、シリコン系接着剤などを用いて、整合層の上面にレンズを接着する。
(7)第3の電極11−1〜11−3とグラウンド層6を各々、図15に示すような信号線1101〜1103及びグラウンド線1104と電気的に接続して、超音波探触子1が完成する。
図16〜図22を用いて、実施の形態1の超音波探触子1の動作を説明する。
条件1:圧電体3−3のみ駆動
条件2:圧電体3−2〜3−4を駆動
条件3:全ての圧電体(圧電体3−1〜3−5)を駆動
図23は、本発明の実施の形態2における超音波探触子を示す斜視図である。実施の形態2の超音波探触子111は、実施の形態1の超音波探触子1が備える両面FPC8の代わりに、片面FPC13を備える。この点以外は実施の形態1と同様であり、図23において、図1と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。
図25〜図30を用いて、実施の形態2の超音波探触子111の動作を説明する。
図31は、本発明の実施の形態3における超音波探触子を示す斜視図である。実施の形態2の超音波探触子111では、絶縁層19を第3の電極11の一部に設けたが、本実施の形態では、図31に示すように、第2の方向(短軸方向)において、中間層7に絶縁層29が設けられる。この点以外は実施の形態2と同様であり、図31において、図23と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。
図33〜図38を用いて、実施の形態3の超音波探触子121の動作を説明する。
2、112、122 積層体
3 圧電体
4 第2の電極(信号電極)
5 第1の電極(グラウンド電極)
6 グラウンド層
7 中間層
8 両面FPC
9 絶縁層
10 第4の電極
11 第3の電極
12 導電部
13 片面FPC
14 第1の溝
15 第2の溝
16 第3の溝
19 絶縁層
29 絶縁層
31 圧電相
32 樹脂相
33 導体層
34 絶縁体層
35 導電層
61 送信回路
62 スイッチング回路
63〜64 スイッチ
1101〜1103 信号線
1104 グラウンド線
Claims (15)
- 第1の方向に所定の厚みを有する圧電体と、
前記第1の方向において前記圧電体を挟むよう互いに対向した第1の電極及び第2の電極と、
前記第2の電極と電気的に接続され、前記第2の電極に対して前記圧電体とは反対側に設けられる中間層と、
前記中間層を挟んで前記第2の電極と対向し、前記第1の方向と直交する第2の方向に延伸する第3の電極と、
を有する積層体を備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、前記第2の方向において所定の間隔をあけてそれぞれ複数配列され、
前記積層体は、前記第1の方向及び前記第2の方向とそれぞれ直交する第3の方向に複数配列され、
前記積層体には、前記第1の電極、前記圧電体及び前記第2の電極を貫通して前記中間層の一部まで形成され、前記第2の方向に延伸した第1の溝が形成された超音波探触子。 - 前記積層体は、
前記中間層と前記第3の電極の間に設けられる第4の電極と、
前記第4の電極と前記第3の電極の間に設けられる絶縁層と、
前記絶縁層を貫通して前記第3の電極と前記第4の電極を電気的に接続する導電部と、
を更に有する請求項1に記載の超音波探触子。 - 前記第2の方向において、前記第3の電極の一部と前記中間層の一部の間に絶縁層が形成された領域を備える請求項1に記載の超音波探触子。
- 前記第3の電極は、前記第3の方向において複数形成された請求項3に記載の超音波探触子。
- 前記積層体には、少なくとも前記第1の電極、前記圧電体、前記第2の電極及び前記中間層を貫通する、前記第3の方向に延伸した第2の溝が形成された請求項1から4のいずれか1項に記載の超音波探触子。
- 前記中間層は、前記第2の方向において所定の間隔を空けて複数配列され、
前記第2の方向において隣り合う前記中間層同士の間隔は、前記第1の方向の位置によって異なる請求項1から5のいずれか1項に記載の超音波探触子。 - 前記圧電体は、前記第2の方向において複数の圧電層と樹脂層とが隣接した複合構造であり、
前記第2の方向における前記圧電層の幅が前記第2の電極の幅よりも狭い請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波探触子。 - 前記中間層の少なくとも表面の一部は導電性を有する請求項1から7のいずれか1項に記載の超音波探触子。
- 前記中間層が導電体である請求項1から8のいずれか1項に記載の超音波探触子。
- 前記中間層は、前記第3の方向において複数の導体層と絶縁体層とが隣接した複合構造であり、
前記中間層の前記第3の方向において前記第1の溝を挟んで隣り合う前記圧電体と対向する領域に、前記導体層が少なくとも1層配置された請求項1から8のいずれか1項に記載の超音波探触子。 - 前記中間層は、前記第2の方向において複数の導体層と絶縁体層とが交互に並んだ積層構造であり、
前記中間層の前記第2の方向において隣り合う前記第2の電極間の領域と対向する領域に、前記絶縁体層の少なくとも一部が配置された請求項1から8のいずれか1項に記載の超音波探触子。 - 前記中間層は、前記複数の第2の電極にわたって形成される部分を有する請求項1から11のいずれか1項に記載の超音波探触子。
- 前記中間層の音響インピーダンスが前記圧電体の音響インピーダンス以上である請求項1から12のいずれか1項に記載の超音波探触子。
- 前記中間層の音響インピーダンスが前記圧電体の音響インピーダンス未満である請求項1から12のいずれか1項に記載の超音波探触子。
- 前記中間層の厚みが0.01mm以上である請求項1から14のいずれか1項に記載の超音波探触子。
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