JP2022072524A

JP2022072524A - Ultrasonic transducer

Info

Publication number: JP2022072524A
Application number: JP2020182011A
Authority: JP
Inventors: 崇笠島; Takashi Kasashima; 広大横山; Kodai Yokoyama; 遼鈴木; Ryo Suzuki; 彰大千藤; Akihiro Chito; 祐輔森; Yusuke Mori
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-17

Abstract

To provide an ultrasonic transducer that can more reliably prevent cracking of a piezoelectric element.SOLUTION: An ultrasonic transducer T has a piezoelectric element 10 and an acoustic matching member 20 bonded to the piezoelectric element 10 by an adhesive 30. The acoustic matching member 20 has an acoustic matching layer 21 and an acoustic lens 22. The Young's modulus×thermal expansion coefficient of the adhesive 30 is smaller than the Young's modulus×thermal expansion coefficient of the acoustic matching layer 21. According to this configuration, cracking of the piezoelectric element 10 can be more reliably prevented.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波トランスデューサに関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer.

従来、圧電素子及び音響整合部材を備えた超音波トランスデューサが知られている。超音波トランスデューサは、音響整合部材を用いることによって、音響インピーダンスの整合を行う。音響整合部材は、接着剤によって圧電素子に固定される。この種の超音波トランスデューサは、温度変化による音響整合部材の伸縮によって、圧電素子が割れてしまう虞がある。下記特許文献１には、圧電素子の割れを防ぐべく、接着剤のヤング率を、圧電素子のヤング率及び音響整合部材のヤング率よりも小さくすることが記載されている。 Conventionally, an ultrasonic transducer including a piezoelectric element and an acoustic matching member is known. The ultrasonic transducer matches the acoustic impedance by using an acoustic matching member. The acoustic matching member is fixed to the piezoelectric element by an adhesive. In this type of ultrasonic transducer, the piezoelectric element may be cracked due to expansion and contraction of the acoustic matching member due to a temperature change. The following Patent Document 1 describes that the Young's modulus of the adhesive is made smaller than the Young's modulus of the piezoelectric element and the Young's modulus of the acoustic matching member in order to prevent the piezoelectric element from cracking.

実願平０６－９８３７号公報Japanese Patent Publication No. 06-9937

しかしながら、上記のような構成の超音波トランスデューサにおいて、より確実に圧電素子の割れを防ぎたいという要望があった。 However, in the ultrasonic transducer having the above configuration, there has been a demand for more reliable prevention of cracking of the piezoelectric element.

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、より確実に圧電素子の割れを防ぐことができる超音波トランスデューサを提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of more reliably preventing cracking of a piezoelectric element.

本発明の超音波トランスデューサは、圧電素子と、接着剤によって前記圧電素子に接着された音響整合部材と、を有し、前記接着剤のヤング率×熱膨張率は、前記音響整合部材のヤング率×熱膨張率よりも小さいものである。 The ultrasonic transducer of the present invention has a piezoelectric element and an acoustic matching member bonded to the piezoelectric element with an adhesive, and the Young rate × the coefficient of thermal expansion of the adhesive is the Young rate of the acoustic matching member. × It is smaller than the coefficient of thermal expansion.

本発明によれば、温度変化によって音響整合部材が伸縮しても、接着剤によって圧電素子に作用する応力は低減される。加えて、温度変化時の接着剤の体積変化は小さいから、接着剤の体積変化が大きい場合と比べて圧電素子に作用する応力は低減される。したがって、より確実に圧電素子の割れを防ぐことができる。 According to the present invention, even if the acoustic matching member expands and contracts due to a temperature change, the stress acting on the piezoelectric element by the adhesive is reduced. In addition, since the volume change of the adhesive when the temperature changes is small, the stress acting on the piezoelectric element is reduced as compared with the case where the volume change of the adhesive is large. Therefore, it is possible to more reliably prevent the piezoelectric element from cracking.

本実施例における超音波トランスデューサを示す断面図Sectional drawing which shows the ultrasonic transducer in this Example 超音波トランスデューサの製造方法を説明する概略図Schematic diagram illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer モデルを説明する図Diagram illustrating the model 結果を示す表Table showing the results 超音波強度の測定方法を説明する図The figure explaining the measuring method of the ultrasonic intensity

本発明の好ましい形態を以下に示す。 Preferred embodiments of the present invention are shown below.

本発明の超音波トランスデューサにおいて前記接着剤のヤング率は、前記音響整合部材のヤング率の１％以上であるものとしてもよい。このような構成によれば、圧電素子の振動が音響整合部材に十分に伝達されるため、情報を得るのに必要な音響出力を得ることができる。 In the ultrasonic transducer of the present invention, the Young's modulus of the adhesive may be 1% or more of the Young's modulus of the acoustic matching member. According to such a configuration, the vibration of the piezoelectric element is sufficiently transmitted to the acoustic matching member, so that the acoustic output necessary for obtaining information can be obtained.

＜実施例＞
以下、本発明を具体化した一実施例について、図１～図５を参照しつつ詳細に説明する。
（超音波トランスデューサＴの構成）
本実施例における超音波トランスデューサＴは、医療用または産業用の超音波装置に用いられる。超音波トランスデューサＴは、使い捨て品（ディスポーザブル品）とすることもできる。超音波トランスデューサＴは、超音波を送受信する。超音波トランスデューサＴは、図１に示すように、圧電素子１０及び音響整合部材２０を備えている。 <Example>
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.
(Structure of ultrasonic transducer T)
The ultrasonic transducer T in this embodiment is used for a medical or industrial ultrasonic device. The ultrasonic transducer T can also be a disposable product (disposable product). The ultrasonic transducer T transmits and receives ultrasonic waves. As shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer T includes a piezoelectric element 10 and an acoustic matching member 20.

超音波トランスデューサＴは、図示しない制御ユニットと電気的に接続される。制御ユニットは、制御回路及び／またはコネクタを有している。コネクタは、外部機器と接続可能である。コネクタの端子は、制御回路に電気的に接続する。コネクタの端子を介して、制御回路から図示しない外部機器へ電気信号が出力され、外部機器から制御回路へ電気信号が入力される。 The ultrasonic transducer T is electrically connected to a control unit (not shown). The control unit has a control circuit and / or a connector. The connector can be connected to an external device. The terminals of the connector are electrically connected to the control circuit. An electric signal is output from the control circuit to an external device (not shown) via the terminal of the connector, and an electric signal is input from the external device to the control circuit.

圧電素子１０は、平面視、略円形の板状をなしている。圧電素子１０の上下両面は平行である。圧電素子１０は、圧電体１１及び電極１２を有している。圧電体１１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる。電極１２は、圧電体１１の厚さ方向（上下方向）の両面（上面及び下面）に配置されている。電極１２は、金又は銀、銅、錫等の蒸着、メッキ、スパッタリング、焼付け等によって形成されている。電極１２は、平面視円形状であり、圧電素子１０の上面及び下面の全体に形成されている。上下の電極１２のうち一方の電極１２は、アース電極であり、他方の電極１２は、出力電極である。電極１２は、それぞれ図示しない電気接続部材によって制御回路と電気的に接続される。圧電素子１０は、電気信号を制御回路に送信し、制御回路からの電気信号を受信する。 The piezoelectric element 10 has a substantially circular plate shape in a plan view. The upper and lower sides of the piezoelectric element 10 are parallel. The piezoelectric element 10 has a piezoelectric body 11 and an electrode 12. The piezoelectric body 11 is made of PZT (lead zirconate titanate) or the like. The electrodes 12 are arranged on both sides (upper surface and lower surface) of the piezoelectric body 11 in the thickness direction (vertical direction). The electrode 12 is formed by vapor deposition, plating, sputtering, baking or the like of gold or silver, copper, tin or the like. The electrode 12 has a circular shape in a plan view, and is formed on the entire upper surface and lower surface of the piezoelectric element 10. One of the upper and lower electrodes 12 is a ground electrode, and the other electrode 12 is an output electrode. The electrodes 12 are electrically connected to the control circuit by electrical connection members (not shown). The piezoelectric element 10 transmits an electric signal to the control circuit and receives the electric signal from the control circuit.

音響整合部材２０は、図１に示すように、圧電素子１０の下面側に配置される。音響整合部材２０は、音響整合層２１及び音響レンズ２２を有している。音響整合層２１及び音響レンズ２２は、平面視、円形状である。音響整合層２１及び音響レンズ２２は、同軸の位置関係で積層される。 As shown in FIG. 1, the acoustic matching member 20 is arranged on the lower surface side of the piezoelectric element 10. The acoustic matching member 20 has an acoustic matching layer 21 and an acoustic lens 22. The acoustic matching layer 21 and the acoustic lens 22 are planar and circular. The acoustic matching layer 21 and the acoustic lens 22 are laminated in a coaxial positional relationship.

音響整合層２１は、圧電素子１０の音響インピーダンスと、音響レンズ２２の音響インピーダンスとの中間の大きさの音響インピーダンスを有する。圧電素子１０と音響レンズ２２との間に音響整合層２１が介在することによって、超音波が音響レンズ２２へ効率良く伝播される。 The acoustic matching layer 21 has an acoustic impedance having a magnitude intermediate between the acoustic impedance of the piezoelectric element 10 and the acoustic impedance of the acoustic lens 22. By interposing the acoustic matching layer 21 between the piezoelectric element 10 and the acoustic lens 22, ultrasonic waves are efficiently propagated to the acoustic lens 22.

音響レンズ２２は、超音波を集束する。音響レンズ２２は、シリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの樹脂材料で形成されている。音響レンズ２２は、有底のケース２３の底壁２４を構成する。 The acoustic lens 22 focuses ultrasonic waves. The acoustic lens 22 is made of a resin material such as silicone rubber, urethane rubber, or plastic. The acoustic lens 22 constitutes the bottom wall 24 of the bottomed case 23.

ケース２３は、底壁２４と周壁２５とを有している。ケース２３の内部には、圧電素子１０及び音響整合層２１が収容される。ケース２３の周壁２５は、底壁２４の外縁から上方に垂直に立っている。周壁２５は、底壁２４の全周に連続している。周壁２５は、円筒形状をなしている。 The case 23 has a bottom wall 24 and a peripheral wall 25. The piezoelectric element 10 and the acoustic matching layer 21 are housed inside the case 23. The peripheral wall 25 of the case 23 stands vertically upward from the outer edge of the bottom wall 24. The peripheral wall 25 is continuous with the entire circumference of the bottom wall 24. The peripheral wall 25 has a cylindrical shape.

超音波トランスデューサＴは、図２に示すように、圧電素子１０と音響整合部材２０との間に接着剤３０を塗布し、圧電素子１０を下側に押圧することによって製造される。図２（Ａ）には、積層した圧電素子１０、音響整合部材２０及び接着剤３０を押圧する様子を示した。図２（Ｂ）には、圧電素子１０、音響整合部材２０及び接着剤３０を押圧した後の状態を示した。 As shown in FIG. 2, the ultrasonic transducer T is manufactured by applying an adhesive 30 between the piezoelectric element 10 and the acoustic matching member 20 and pressing the piezoelectric element 10 downward. FIG. 2A shows how the laminated piezoelectric element 10, the acoustic matching member 20, and the adhesive 30 are pressed. FIG. 2B shows the state after pressing the piezoelectric element 10, the acoustic matching member 20, and the adhesive 30.

超音波トランスデューサＴの製造は、具体的には、まず、図２（Ａ）に示すように、設置したケース２３の底壁２４の上面に、液状の接着剤３０を塗布し、接着剤３０の上に音響整合層２１を配置する。次いで、音響整合層２１の上面に、液状の接着剤３０を塗布し、接着剤３０の上に圧電素子１０を配置し、その後、圧電素子１０を下側に押圧する。接着剤３０は、圧電素子１０、音響整合層２１、及びケース２３の底壁２４の各接合面において厚さ寸法が均一になるように薄く均される。 Specifically, in the manufacture of the ultrasonic transducer T, specifically, first, as shown in FIG. 2A, a liquid adhesive 30 is applied to the upper surface of the bottom wall 24 of the installed case 23, and the adhesive 30 is manufactured. The acoustic matching layer 21 is arranged on the top. Next, the liquid adhesive 30 is applied to the upper surface of the acoustic matching layer 21, the piezoelectric element 10 is placed on the adhesive 30, and then the piezoelectric element 10 is pressed downward. The adhesive 30 is thinly leveled so that the thickness dimension becomes uniform on each joint surface of the piezoelectric element 10, the acoustic matching layer 21, and the bottom wall 24 of the case 23.

これによって、図２（Ｂ）に示すように、音響整合層２１の上面と圧電素子１０の下面との間には、第１接着部３１が形成され、圧電素子１０の外周側には、第２接着部３２が形成される。音響整合層２１と音響レンズ２２との間には、第３接着部３３が形成される。その後、接着剤３０を硬化させることによって、圧電素子１０、音響整合層２１及びケース２３の底壁２４は一体化する。 As a result, as shown in FIG. 2 (B), the first adhesive portion 31 is formed between the upper surface of the acoustic matching layer 21 and the lower surface of the piezoelectric element 10, and the outer peripheral side of the piezoelectric element 10 is the first. 2 Adhesive portion 32 is formed. A third adhesive portion 33 is formed between the acoustic matching layer 21 and the acoustic lens 22. After that, by curing the adhesive 30, the piezoelectric element 10, the acoustic matching layer 21, and the bottom wall 24 of the case 23 are integrated.

接着剤３０は、例えば常温硬化性又は熱硬化性のエポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系粘着剤を使用できる。接着剤３０のヤング率は、圧電素子１０のヤング率（本実施例では３６０ＧＰａ）及び音響整合層２１のヤング率（本実施例では７．１００ＧＰａ）よりも小さい。 As the adhesive 30, for example, a room temperature curable or thermosetting epoxy resin, polyester resin, or acrylic adhesive can be used. The Young's modulus of the adhesive 30 is smaller than the Young's modulus of the piezoelectric element 10 (360 GPa in this example) and the Young's modulus of the acoustic matching layer 21 (7.100 GPa in this example).

接着剤３０のヤング率×熱膨張率は、音響整合層２１のヤング率×熱膨張率（本実施例では４１２）よりも小さい。この構成によれば、より確実に圧電素子１０の割れを防ぐことができる。 The Young's modulus × the coefficient of thermal expansion of the adhesive 30 is smaller than the Young's modulus × the coefficient of thermal expansion of the acoustic matching layer 21 (412 in this embodiment). According to this configuration, it is possible to more reliably prevent the piezoelectric element 10 from cracking.

接着剤３０のヤング率は、音響整合層２１のヤング率の１％（０．０７１ＧＰａ）以上であることが好ましい。この構成によれば、圧電素子１０の割れを防ぎ、かつ情報を表示するために必要な音響出力を得ることができる。 The Young's modulus of the adhesive 30 is preferably 1% (0.071 GPa) or more of the Young's modulus of the acoustic matching layer 21. According to this configuration, it is possible to prevent the piezoelectric element 10 from cracking and to obtain the acoustic output necessary for displaying information.

次に、本実施例の効果を実証するために作成したモデル１～１２について説明する。モデル１～１２は、接着剤３０のみが異なりその他の構成は共通するものである。モデル１～１２は、図３に示すように、圧電素子１０、音響整合部材２０及び接着剤３０を有する。音響整合部材２０は、音響整合層２１と音響レンズ２２とを有する。接着剤３０は、第１接着部３１、第２接着部３２及び第３接着部３３を有する。 Next, models 1 to 12 created to demonstrate the effect of this embodiment will be described. Models 1 to 12 differ only in the adhesive 30 and have the same other configurations. Models 1-12 have a piezoelectric element 10, an acoustic matching member 20, and an adhesive 30, as shown in FIG. The acoustic matching member 20 has an acoustic matching layer 21 and an acoustic lens 22. The adhesive 30 has a first adhesive portion 31, a second adhesive portion 32, and a third adhesive portion 33.

圧電素子１０の主成分は、チタン酸ジルコン酸鉛である。圧電素子１０の直径Ｄ１は、１８．５ｍｍ、圧電素子１０の厚さ寸法Ｔ１は１．０６ｍｍである。圧電素子１０のヤング率は３６０ＧＰａである。 The main component of the piezoelectric element 10 is lead zirconate titanate. The diameter D1 of the piezoelectric element 10 is 18.5 mm, and the thickness dimension T1 of the piezoelectric element 10 is 1.06 mm. The Young's modulus of the piezoelectric element 10 is 360 GPa.

音響整合層２１は、二酸化珪素粉末とエポキシ樹脂からなる。音響整合層２１の直径Ｄ２は、２０．５ｍｍ、音響整合層２１の厚さ寸法Ｔ２は０．３８ｍｍである。音響整合層２１のヤング率は、７．１００Ｇｐａ、音響整合層２１の熱膨張率は、５８ｐｐｍ／Ｋである。 The acoustic matching layer 21 is made of silicon dioxide powder and an epoxy resin. The diameter D2 of the acoustic matching layer 21 is 20.5 mm, and the thickness dimension T2 of the acoustic matching layer 21 is 0.38 mm. The Young's modulus of the acoustic matching layer 21 is 7.100 Gpa, and the thermal expansion coefficient of the acoustic matching layer 21 is 58 ppm / K.

音響レンズ２２の主成分は、ポリフェニルスルホン樹脂（ＰＰＳＵ）である。音響レンズ２２の内径Ｄ３は、２０．５ｍｍ、音響レンズ２２の外径Ｄ４は、２２．５ｍｍ、音響レンズ２２の最小の厚さ寸法Ｔ３は、０．８５ｍｍ、音響レンズ２２の下面２２Ｃの曲率は、２７．５である。音響レンズ２２のヤング率は、２．３４０ＧＰａ、音響レンズ２２の熱膨張率は、５．６ｐｐｍ／Ｋである。 The main component of the acoustic lens 22 is polyphenylsulfone resin (PPSU). The inner diameter D3 of the acoustic lens 22 is 20.5 mm, the outer diameter D4 of the acoustic lens 22 is 22.5 mm, the minimum thickness dimension T3 of the acoustic lens 22 is 0.85 mm, and the curvature of the lower surface 22C of the acoustic lens 22 is. , 27.5. The Young's modulus of the acoustic lens 22 is 2.340 GPa, and the coefficient of thermal expansion of the acoustic lens 22 is 5.6 ppm / K.

第１接着部３１、第２接着部３２及び第３接着部３３は、同一材料の接着剤３０により形成される。 The first adhesive portion 31, the second adhesive portion 32, and the third adhesive portion 33 are formed of an adhesive 30 made of the same material.

モデル１～１２は、接着剤３０のヤング率及び／又は熱膨張率が異なる。各モデル１～１２の接着剤３０のヤング率及び熱膨張率は、図４に示す通りである。図４には、モデル１～１２それぞれについて、接着剤３０のヤング率、接着剤３０の熱膨張率、接着剤３０のヤング率×熱膨張率、圧電素子の割れの判定結果、超音波強度の評価結果を示した。 Models 1 to 12 have different Young's modulus and / or coefficient of thermal expansion of the adhesive 30. The Young's modulus and the coefficient of thermal expansion of the adhesives 30 of each of the models 1 to 12 are as shown in FIG. In FIG. 4, for each of the models 1 to 12, the Young's modulus of the adhesive 30, the coefficient of thermal expansion of the adhesive 30, the Young's modulus of the adhesive 30 × the coefficient of thermal expansion, the determination result of cracking of the piezoelectric element, and the ultrasonic strength. The evaluation result is shown.

モデル１～１２の接着剤３０のヤング率は順に大きくなっている。つまりモデル１の接着剤３０のヤング率は、モデル１～１２の中で最も小さく、モデル１２の接着剤３０のヤング率は、モデル１～１２の中で最も大きい。モデル１～１２のヤング率×熱膨張率は、順に大きくなっている。つまりモデル１のヤング率×熱膨張率は、モデル１～１２の中で最も小さく、モデル１２のヤング率×熱膨張率は、モデル１～１２の中で最も大きい。 The Young's modulus of the adhesives 30 of the models 1 to 12 is increasing in order. That is, the Young's modulus of the adhesive 30 of the model 1 is the smallest among the models 1 to 12, and the Young's modulus of the adhesive 30 of the model 12 is the largest among the models 1 to 12. Young's modulus × coefficient of thermal expansion of models 1 to 12 increases in order. That is, the Young's modulus × the coefficient of thermal expansion of the model 1 is the smallest among the models 1 to 12, and the Young's modulus × the coefficient of thermal expansion of the model 12 is the largest among the models 1 to 12.

（１）圧電素子の割れの判定
圧電素子１０の割れの判定は、モデル１～１２を作成して行った。具体的には、モデル１～１２の作成は、音響レンズ２２の上面に接着剤３０を塗布した後、その上に音響整合層２１を配置し、音響整合層２１上に接着剤３０を塗布し、その上に圧電素子１０を配置した後、接着剤３０の種類に応じて、それぞれ６０～１５０°Ｃの範囲で１時間加熱を行った。圧電素子１０の割れの判定は、モデル１～１２を作成した際に、作成したモデル１～１２の圧電素子１０に割れを生じたか否かにより判定した。 (1) Judgment of cracking of the piezoelectric element The cracking of the piezoelectric element 10 was determined by creating models 1 to 12. Specifically, in the creation of the models 1 to 12, the adhesive 30 is applied to the upper surface of the acoustic lens 22, the acoustic matching layer 21 is arranged on the adhesive, and the adhesive 30 is applied on the acoustic matching layer 21. After arranging the piezoelectric element 10 on the piezoelectric element 10, heating was performed in the range of 60 to 150 ° C. for 1 hour, depending on the type of the adhesive 30. The determination of the crack of the piezoelectric element 10 was made based on whether or not the piezoelectric element 10 of the created models 1 to 12 was cracked when the models 1 to 12 were created.

割れの判定には、超音波映像装置（株式会社日立パワーソリューションズ製ＦｉｎｅＳＡＴ２００）を用いた。この装置によって、モデル１～１２の圧電素子１０の内部の空隙を測定した。また、モデル１～１２の圧電素子１０の表面を拡大鏡によって目視で観察し、クラックの有無を確認した。圧電素子１０の空隙の測定及び圧電素子１０の表面の観察は、モデル１～１２を３つずつ製造して行った。圧電素子１０の割れの判定は、３つ全ての圧電素子１０に割れが発生しない場合に「ＯＫ」、３つのうち少なくとも１つの圧電素子１０に割れが発生した場合に「ＮＧ」とした。 An ultrasonic imaging device (FineSAT200 manufactured by Hitachi Power Solutions, Ltd.) was used for determining cracks. With this device, the voids inside the piezoelectric elements 10 of models 1 to 12 were measured. Further, the surface of the piezoelectric element 10 of the models 1 to 12 was visually observed with a magnifying glass to confirm the presence or absence of cracks. The measurement of the voids of the piezoelectric element 10 and the observation of the surface of the piezoelectric element 10 were carried out by manufacturing three models 1 to 12 each. The determination of cracking of the piezoelectric element 10 was "OK" when all three piezoelectric elements 10 did not crack, and "NG" when at least one of the three piezoelectric elements 10 cracked.

（２）圧電素子の割れの判定結果
図４に示すように、モデル１～９の圧電素子１０の割れの判定は、「ＯＫ」である。モデル１～９の接着剤３０のヤング率（０．０１０～７．０００ＧＰａ）は、音響整合層２１のヤング率（７．１００ＧＰａ）よりも小さい。かつ、モデル１～９の接着剤３０のヤング率×熱膨張（１～４０６）は、音響整合層２１のヤング率×熱膨張（４１２）よりも小さい。 (2) Result of determination of cracking of the piezoelectric element As shown in FIG. 4, the determination of cracking of the piezoelectric element 10 of the models 1 to 9 is "OK". The Young's modulus (0.010 to 7.000 GPa) of the adhesives 30 of the models 1 to 9 is smaller than the Young's modulus (7.10 GPa) of the acoustic matching layer 21. Moreover, the Young's modulus x thermal expansion (1 to 406) of the adhesives 30 of the models 1 to 9 is smaller than the Young's modulus x thermal expansion (412) of the acoustic matching layer 21.

モデル１０～１２の圧電素子１０の割れの判定は、「ＮＧ」である。モデル１０の接着剤３０のヤング率（７．０００ＧＰａ）は、音響整合層２１のヤング率（７．１００ＧＰａ）よりも小さい。この結果は、接着剤３０のヤング率が音響整合層２１のヤング率よりも小さいという条件だけでは、圧電素子１０の割れを防止できない場合があることを示す。そして、接着剤３０の熱膨張率が、温度変化による圧電素子１０の割れの発生に影響力を有することを示す。 The determination of cracking of the piezoelectric element 10 of the models 10 to 12 is "NG". The Young's modulus (7,000 GPa) of the adhesive 30 of the model 10 is smaller than the Young's modulus (7.10 GPa) of the acoustic matching layer 21. This result shows that the cracking of the piezoelectric element 10 may not be prevented only by the condition that the Young's modulus of the adhesive 30 is smaller than the Young's modulus of the acoustic matching layer 21. Then, it is shown that the coefficient of thermal expansion of the adhesive 30 has an influence on the occurrence of cracking of the piezoelectric element 10 due to the temperature change.

モデル１１の接着剤３０の熱膨張率（５８ｐｐｍ／Ｋ）は、音響整合層２１の熱膨張率（５８ｐｐｍ／Ｋ）と等しい。この結果は、接着剤３０の熱膨張率が音響整合層２１の熱膨張率と等しくても、接着剤３０のヤング率が音響整合層２１のヤング率よりも大きい場合には、圧電素子１０に割れが発生することを示す。 The coefficient of thermal expansion (58 ppm / K) of the adhesive 30 of the model 11 is equal to the coefficient of thermal expansion (58 ppm / K) of the acoustic matching layer 21. The result is that even if the coefficient of thermal expansion of the adhesive 30 is equal to the coefficient of thermal expansion of the acoustic matching layer 21, if the Young's modulus of the adhesive 30 is larger than the Young's modulus of the acoustic matching layer 21, the piezoelectric element 10 is found. Indicates that cracking will occur.

モデル１０～１２の接着剤３０のヤング率×熱膨張（４２０～５４５）は、音響整合層２１のヤング率×熱膨張率（４１２）よりも大きい。モデル１～９の接着剤３０のヤング率×熱膨張（１～４０６）は、音響整合層２１のヤング率×熱膨張率（４１２）よりも小さい。この結果は、接着剤３０のヤング率×熱膨張率が、音響整合層２１のヤング率×熱膨張よりも大きい場合に、圧電素子１０に割れが発生し、接着剤３０のヤング率×熱膨張率が、音響整合層２１のヤング率×熱膨張よりも小さい場合に、圧電素子１０に割れが発生しないことを示す。 The Young's modulus × thermal expansion (420 to 545) of the adhesive 30 of the models 10 to 12 is larger than the Young's modulus × thermal expansion (412) of the acoustic matching layer 21. The Young's modulus x thermal expansion (1 to 406) of the adhesives 30 of the models 1 to 9 is smaller than the Young's modulus x thermal expansion (412) of the acoustic matching layer 21. The result is that when the Young's modulus of the adhesive 30 × the coefficient of thermal expansion is larger than the Young's modulus of the acoustic matching layer 21 × the coefficient of thermal expansion, cracks occur in the piezoelectric element 10 and the Young's modulus of the adhesive 30 × the coefficient of thermal expansion It is shown that crack does not occur in the piezoelectric element 10 when the coefficient is smaller than Young's modulus × thermal expansion of the acoustic matching layer 21.

上記のような結果がでる理由は、以下のように推測される。接着剤のヤング率×熱膨張率が音響整合層のヤング率×熱膨張率より大きい場合、温度変化時の音響整合層の伸縮に起因して圧電素子に作用する応力は、接着剤によって十分に低減されない。加えて接着剤の温度変化時の体積変化が大きいから、圧電素子に割れが発生する。 The reason for the above results is presumed as follows. When the Young's modulus of the adhesive x the coefficient of thermal expansion is larger than the Young's modulus of the acoustic matching layer x the coefficient of thermal expansion, the stress acting on the piezoelectric element due to the expansion and contraction of the acoustic matching layer at the time of temperature change is sufficient by the adhesive. Not reduced. In addition, since the volume change of the adhesive when the temperature changes is large, the piezoelectric element cracks.

一方、接着剤３０のヤング率×熱膨張が、音響整合層２１のヤング率×熱膨張よりも小さい場合、温度変化によって音響整合層２１が伸縮しても、接着剤３０によって圧電素子１０に作用する応力は低減される。加えて、接着剤３０の温度変化時の体積変化が小さいから、圧電素子１０に割れが生じることを防ぐことができる。 On the other hand, when the Young's modulus × thermal expansion of the adhesive 30 is smaller than the Young's modulus × thermal expansion of the acoustic matching layer 21, even if the acoustic matching layer 21 expands and contracts due to a temperature change, the adhesive 30 acts on the piezoelectric element 10. The stress to be applied is reduced. In addition, since the volume change of the adhesive 30 when the temperature changes is small, it is possible to prevent the piezoelectric element 10 from cracking.

（３）超音波強度の評価
超音波強度の評価は、規定した条件の電気信号をモデル１～１２に送って超音波強度を測定し、測定値が基準値よりも大きいか小さいかによって評価した。電気信号の電圧は１００Ｖｐｐ、周波数は２ＭＨｚ、波数は６、波形はｓｉｎ波である。超音波強度は、空間ピーク時間平均強度（Iｓｐｔａ）を測定する。 (3) Evaluation of ultrasonic intensity In the evaluation of ultrasonic intensity, electric signals under specified conditions were sent to models 1 to 12 to measure ultrasonic intensity, and the measured value was evaluated based on whether it was larger or smaller than the reference value. .. The voltage of the electric signal is 100 Vpp, the frequency is 2 MHz, the wave number is 6, and the waveform is a sine wave. The ultrasonic intensity measures the spatial peak time average intensity (Ispta).

超音波強度の測定は、図５に示すように、測定用水槽４０内に、モデル１～１２と受信部（ハイドロフォン）４２とを対向して配置した。モデル１～１２に電気信号を送り、モデル１～１２から発生した音波を受信部４２で受信し、超音波強度を測定した。測定用水槽４０内には、超音波吸収部材４３を配置した。 As shown in FIG. 5, the ultrasonic intensity was measured by arranging the models 1 to 12 and the receiving unit (hydrophone) 42 facing each other in the measuring water tank 40. An electric signal was sent to the models 1 to 12, the sound wave generated from the models 1 to 12 was received by the receiving unit 42, and the ultrasonic intensity was measured. An ultrasonic absorbing member 43 was arranged in the water tank 40 for measurement.

基準値は、血流情報を表示するのに最低限必要な超音波強度の値とし、減衰係数を考慮して４３８ｍＷ／ｃｍ²とした。減衰係数は、０．３ｄＢ／（ｃｍ・ＭＨｚ）を用いた。超音波強度の測定値が基準値以上の場合に「ＯＫ」、基準値よりも小さい場合に「ＮＧ」とした。 The reference value was the minimum ultrasonic intensity value required to display blood flow information, and was set to 438 mW / cm ² in consideration of the attenuation coefficient. As the attenuation coefficient, 0.3 dB / (cm · MHz) was used. When the measured value of the ultrasonic intensity was equal to or more than the reference value, it was evaluated as "OK", and when it was smaller than the reference value, it was evaluated as "NG".

（４）超音波強度の評価結果
図４に示すように、モデル１及びモデル２の超音波強度の評価は、「ＮＧ」である。この結果は、接着剤３０のヤング率が小さすぎると、十分な大きさの超音波強度を確保できない場合があることを示す。 (4) Evaluation result of ultrasonic intensity As shown in FIG. 4, the evaluation of the ultrasonic intensity of the model 1 and the model 2 is “NG”. This result shows that if the Young's modulus of the adhesive 30 is too small, it may not be possible to secure a sufficiently large ultrasonic intensity.

超音波強度の評価が「ＮＧ」であるモデル１，２の接着剤３０のヤング率（０．０１０～０．０７０ＧＰａ）は、音響整合層２１のヤング率の１％（０．０７１ＧＰａ）よりも小さい。超音波強度の評価が「ＯＫ」であるモデル３～１２の接着剤３０のヤング率（０．０７５～７．９００ＧＰａ）は、音響整合層２１のヤング率の１％（０．０７１ＧＰａ）よりも大きい。この結果は、接着剤３０のヤング率が、音響整合層２１のヤング率の１％以上である場合、必要な超音波強度を確保できることを示す。 The Young's modulus (0.010 to 0.070 GPa) of the adhesives 30 of the models 1 and 2 in which the evaluation of the ultrasonic intensity is “NG” is higher than 1% (0.071 GPa) of the Young's modulus of the acoustic matching layer 21. small. The Young's modulus (0.075 to 7.900 GPa) of the adhesive 30 of the models 3 to 12 for which the evaluation of the ultrasonic intensity is “OK” is higher than 1% (0.071 GPa) of the Young's modulus of the acoustic matching layer 21. big. This result shows that the required ultrasonic intensity can be secured when the Young's modulus of the adhesive 30 is 1% or more of the Young's modulus of the acoustic matching layer 21.

この結果がでる理由は、以下の様に推測される。接着剤３０のヤング率が音響整合部材２０のヤング率の１％より小さい場合、圧電素子１０の振動が妨げられ、超音波強度は低くなる。接着剤３０のヤング率が音響整合部材２０のヤング率の１％より大きい場合、圧電素子１０の振動が妨げられないため、超音波強度は高くなり、情報を得るのに必要な超音波強度を得ることができる。 The reason for this result is presumed as follows. When the Young's modulus of the adhesive 30 is smaller than 1% of the Young's modulus of the acoustic matching member 20, the vibration of the piezoelectric element 10 is hindered and the ultrasonic intensity becomes low. When the Young's modulus of the adhesive 30 is larger than 1% of the Young's modulus of the acoustic matching member 20, the vibration of the piezoelectric element 10 is not hindered, so that the ultrasonic intensity becomes high and the ultrasonic intensity required for obtaining information is increased. Obtainable.

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、音響整合部材２０として、音響整合層２１及び音響レンズ２２を用いた。これに限らず、音響整合部材は、音響レンズのみであってもよいし、音響整合層のみであってもよい。また、音響整合層及び音響レンズ以外の部材を用いてもよい。この場合、接着剤のヤング率及び熱膨張率は、音響整合部材として用いた部材のヤング率及び熱膨張率を比較対象にすればよい。
（２）上記実施例では、圧電素子１０及び音響整合部材２０の材料を例示した。これに限らず、圧電素子及び音響整合部材の材料は変更できる。言い換えると、圧電素子及び音響整合部材のヤング率、熱膨張率は、上記実施例に記載したものに限定されない。 <Other Examples>
The present invention is not limited to the examples described in the above description and drawings, and for example, the following examples are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In the above embodiment, the acoustic matching layer 21 and the acoustic lens 22 are used as the acoustic matching member 20. Not limited to this, the acoustic matching member may be only an acoustic lens or only an acoustic matching layer. Further, a member other than the acoustic matching layer and the acoustic lens may be used. In this case, the Young's modulus and the coefficient of thermal expansion of the adhesive may be compared with the Young's modulus and the coefficient of thermal expansion of the member used as the acoustic matching member.
(2) In the above embodiment, the materials of the piezoelectric element 10 and the acoustic matching member 20 are exemplified. Not limited to this, the materials of the piezoelectric element and the acoustic matching member can be changed. In other words, the Young's modulus and the coefficient of thermal expansion of the piezoelectric element and the acoustic matching member are not limited to those described in the above examples.

Ｔ…超音波トランスデューサ、１０…圧電素子、２０…音響整合部材、３０…接着剤 T ... ultrasonic transducer, 10 ... piezoelectric element, 20 ... acoustic matching member, 30 ... adhesive

Claims

圧電素子と、
接着剤によって前記圧電素子に接着された音響整合部材と、を有し、
前記接着剤のヤング率×熱膨張率は、前記音響整合部材のヤング率×熱膨張率よりも小さい超音波トランスデューサ。 Piezoelectric element and
It has an acoustic matching member bonded to the piezoelectric element with an adhesive, and has.
An ultrasonic transducer in which the Young's modulus × the coefficient of thermal expansion of the adhesive is smaller than the Young's modulus × the coefficient of thermal expansion of the acoustic matching member.

前記接着剤のヤング率は、前記音響整合部材のヤング率の１％以上である請求項１に記載の超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the Young's modulus of the adhesive is 1% or more of the Young's modulus of the acoustic matching member.