JPS6054600A - 複合電気トランスジユーサの製造方法 - Google Patents

複合電気トランスジユーサの製造方法

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JPS6054600A
JPS6054600A JP59167943A JP16794384A JPS6054600A JP S6054600 A JPS6054600 A JP S6054600A JP 59167943 A JP59167943 A JP 59167943A JP 16794384 A JP16794384 A JP 16794384A JP S6054600 A JPS6054600 A JP S6054600A
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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、第１の電気的能動材料の複数の板を第２の材
料の板と互に接着し、前記の第１と第２の材料の交互の
領域分有する第１積層ブロックを形成する工程と、前記
の板の境界面と成る角度を形成する平面に沿って前記の
積層ブロックをカットし、複数の積層板を得る工程とを
有する複合トランスジューサの製造方法に関するもので
ある。
このようにしてつくられた複合トランスジューサは特に
医療装置に有用である。
、こ＼に用いられている「複合トランスジューサ」とい
う言葉は；第２の材料のマトリックス内に埋込まれた電
気的能動材料（即ち圧電物質）σ）領域を有するトラン
スジューサを表わ丁。好ましくは、第２の材料は電気的
受動材料（即ち絶縁体）である。この第２の材料は弾性
状または固体状でもよく、能動材料の音響特性と著しく
！Ａなる音響特性を有するものでよい。
複合圧電トランスジューサおよびそのｉｉ、”Ｊ　遣方
法は、例えは「マテリアルズ　イン　エンジニアリング
Ｊ　（「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ　ｊ　ｌ　１９８０年１２月第２巻のＲ，Ｅ、Ｎ
ｅｗｎａｈｍ氏外の「コンポジット　ピエゾエレクトリ
ック　トランスジューサーズＪ　［［Ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅ　Ｐｉｅｚｏｅｌｅ、０ｔｒｉｃ　’１ｒａｎｓａｕ
ｃｅｒｓ」１に記載さねている。
複合トランスジューサをつくる従来の一方法では圧電材
料を押出して連続した条片を形成する。
次いでこの条片をカットして所ｉの長ぎの汗、１Ｍ、材
料の棒を形成する。これ等σ）棒を装置内で間隔をおい
て平行に組立て、棒の間のスペースに樹脂を、充填する
（例えば米国特許第４，１２２．７２５号参照）。装置
内で棒を組立てるこの方法は単調であり、また棒の中心
間のスペースか極めて小さい場合Ｃ例えば５０ミクロン
またはそれ以下の程度）には実際的でない。このような
細かい寸法を有する整列装置は高価であり、操作か面倒
である。更に、圧電材料の条片は不本意に彎曲すること
が屡々あり、このため装置内で正確に組立てることが妨
げられる。
トランスジューサをつくる一方法はドイツ国特許第８１
２４５６１号にも開示されている。圧電材料のブロック
は、能動領域のマトリックスを形成するために、第２組
か第１組Ｇ二対して９０°の角度にある２組のカットで
溝をつけられる。次いで受動材料か能動材料の間の溝内
に入ねられ、各素子に電極か取り付けられる。
ドイツ国特許第３０１９４７８号には、トランスジュー
サの能動素子の高さがその「１コよりも大きい超音波ト
ランスジューサくしの製造方法が示されている。圧電材
料の条帯状の板がスペーサで隔、離されて＠屠体に組立
てられる。積層された板の間に受動材料の充填材か入れ
られる。この積層体はその巾に対して垂直な平面しこ沿
って何回かカットされ、トランスジューサ素子が互に平
行なトランスジューサくしが得られる。この方法は、５
０ミクロンまたはそれ以下の程度の巾と高さを有する能
動材料の領域２つくるのには適せず、すべての側が受動
材料によって互に隔離された能動領域は生じない。
本発明は、隔離された能動領域が従来の方法で実際に得
ることができたよりも遥かに小さな間隔で互に離された
複合トランスジューサ材料をつくる方法を得ることを目
的とする。
本発明の別の目的は、従来の製造方法よりもｒｉｔｉ単
で且つ安価なトランスジューサ相料の製造方法を得るこ
とにある。
本発明の更に別の目的は、積層された板が第２の材料の
複数の板と接着され、この第２の材料の領域ですつかり
取り囲まれた第１の材料の条帯を有する第２積層ブロッ
クを形成することを特徴と、する、複合体の能動領域が
任意または見かけ上任意に配された特別な用途の複合ト
ランスジューサの製造方法を得ることにある。
多くの変った接合構造が本発明の方法によって形成でき
る。例えば、積層板は、−万の板のトランスジューサ素
子が他方の板のトランスジューサ素子に対して成る角度
で位置するように組立てることもできる。次いでトラン
スジューサはこの構造から単純または複雑な角度でカッ
トされ、トランスジューサ素子が任意なまたは特定のパ
ターンで現れる特別な構造を得ることができる。不発１
１Ｊ、１の一実施形態では、能動材料と受動材料の板は
任意の順序で積層される。ある用途においては、このよ
うな任意なパターンは、クロストークが低減されたトラ
ンスジューサアレーをつくるのに用いることかできる〇 第１図は受動材料の板１１．１８．１５，１７゜１９と
圧電材料の板１２．１４．１６．１８とを交互に積層し
て形成された複合材料のブロック即ち第１＠層ブロック
ｌＯを示す。圧電材料と受動、材料の板は、固体状材料
のブロックから力゛ントし、次いで所望のｊ早さを得る
ために研摩することによって得ることができる。代りに
、こｔ″１等の板を、他の手段例えば押出しまたはＩＪ
−延でつくられたこれ等わ料のシートより直接に得るこ
ともできる。
圧電材料と受動材料とは例えばエポキシ接着剤で互に接
着される。受動材料は例えばガラス、紙。
エポキシ４ｔｄｋ、フェノール４ｆｔＪＮ、シリコンゴ
ムまたはセラミック等でよい。圧′屯材料は例えば普通
のＰＺＴ−５（チタン酸ジルコニュームｆｌ’９１セラ
ミックでよい。
積層ブロックは次いで、受動林料と圧電材料の積層板を
得るために、積層されたシートの境界面に対して垂直な
平ｉＩＪ′ＩＣ第１図に破線で示す）に沿ってカットさ
れる。第２図は、受動材料の条帯２１．２８．２５，２
７．２９と圧’ｉｌＬ材料の条帯２２．２４．２６．２
８とを交互に有する代表的な積層板２０を示す。
第３図に示すように、積層板２０ａ、２０ｂ。
２０Ｃｔ、２０ｄは更に固体状受動林料３１　、　；（
２。
、８８　、８４　、８５の板と接着され、夫々が受動材
料ですつかり取り囲まれた圧電材料の平行な条帯のアレ
ーを有する第２積層ブロック８０を形成する。次いでこ
のブロック８０は、受動材料４２のマトリックス内に固
体状圧電材料の隔離された列４０を有する複合圧電材料
の薄い板〔第４図）をつくるために、圧電材料の条帯に
垂直な平面内で再びカットされる。例えばＳ電性接着剤
で金Ｍ！極を当てるかまたは導電塗料を用いる等の公知
の方法で・このトランスジューサ板の対向面に電極４５
．５０が設けられ、完全な圧電トランスジューサがつく
られる。この代りに、電極のパターンを圧電材料の個々
の列または防接する列のグループの両端に設け、個々に
指定できるトランスジューサ素子を有するトランスジュ
ーサアレーをつくってもよい。
代表的な実施形態では、第４図の個々の圧電材料の条帯
４０は高ざ５０ミクｐン、巾５０ミクロンで長さか５０
０ミクロンである。けれども、トランスジューサ素子の
寸法はそのトランスジュー、すの所望動作周波数の関数
なので、前記の寸法は一例にすぎない。
トランスジューサ材料の単一ブロックでつくられた従来
の殆んどのトランスジユーザアレーは、各トランスジュ
ーサ累子出１のクロストークに問題があった。従来技術
がら、接合材料のブロッ表でつくられたトランスジュー
サアレーは固体状圧電材料のブロックよりつくられた同
様のトランスジューサアレーよりも素子間クロストーク
が低いという特徴があるといってよいことがわかった。
本発明の方法によれば、圧電材料の領域が不規則または
任意のパターンで受動材料のマトリックスに分布された
複合圧電材料をつくることが可能である。能動的な圧電
材料の領域がこのように不規則または任意に分布された
複合圧電材料のブロックからつくられたトランスジュー
サは、　’ＲｋｉｌＸｌｒ的な圧電材料が規則的に分布
されたトランスジ１−ザ材料のブロックよりつくられた
素子の同様なアレーよりも更に低い素子間クロストーク
を示すことができる。
第５図から第８ＦｇＪは、能動的な圧電材料が不規則な
または見かけ上任意［ｐｓｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ　ｌの
パターンで分布された複合圧電トランスジューサの製造
方法を示す。このようなトランスジューサの製造工程は
、第１積層ブロック内の受動材料の板（第５図）が夫々
任意数の受動相料の板を有するという以外は、全体とし
て第１図から第４図で示した方法に対応する。この場合
、圧電材料の板５１と５２は２つの受動材料の板５３と
５４で隔離され、一方圧′亀材料の板５１と５５は３つ
の受動材料の板５６．５’７および５８で隔離されてい
る。この第１積層ブロックは次い層板の面に対して垂直
にカットされ、積層シー）６０ＦＭ６図）がつくられる
。第６図に示した積層シートは次いで受動材料の板６５
と積み重ねられ、第２積層ブロック７０（第７図）が形
成される。個々の積層板の配置は、圧電材料の領域を積
層ブロック７０全般に亘って不規則に分布するために、
任意に変えてよい。所望ならは、受動材料の板６５は第
５図に関して前に述べたと同じように１．て任意【こ分
、布された受動材料の板を有してもよい。
第８甲は１つの複合トランスジューサアレーを示す。第
７図のブロックは圧電材料の条帯の方向に対して垂直な
面に沿ってカットさね、任意に分布された能動領域８０
を有するし合板かつくられる。この接合板の背面には１
つの共通電極８２か設けられる。複合板の正面には会つ
の別々の電極８４が設けられ、トランスジューサアレー
の４つの素子を形成する役をする。各電極８４に板の複
数の能動領域８０を憶う（簡単のために第８図は各板に
４つの能動領域しか示してないが、実際には各電極は１
００または１０００もの別々の能ＨｕＪ領域と接触して
いる）。
本発明の方法は、能動圧電領域かシートの血に対して垂
直なトランスジューサ材料の費曲シートを形成するのに
用いることもできるｎ第９図は、医療影像用の集束トラ
ンスジューサまたはトランスジューサアレーを形成する
のに直接に用いることかできるトランスジューサを示す
。この彎曲アレーは、圧電材料１０８および／または受
動材料、１０１　、１０２のテーパーをつけたシートよ
りブロック１００をフ１ソ放することによって容易に形
成される。複合材料中の能動圧電＠域は、云う迄もなく
・製造中材料の種々のブロックがカットされる角度な変
えることによって変えることもできる。
本発明の方法の主な用途は圧電超音波トランスジューサ
の製造にあるものではあるが、本、発明はこれに限定さ
れるものではない。この方法は、例えば複合パイロ電気
材料や変化する電気および／または機械特性を有する細
密に構成された複合相料を必要とするその他の工程にも
有利に用いることができる。
例 厚型の圧電接合材料は、第１ブロツクを形成するため１
５０ミクロンの厚さのＰＺＴ−５圧電セラミツクの平ら
なシートと１５０ミクロンの厚さのガラス被覆板とを積
層し、エポキシ接着剤を用いてつくられた。このブロッ
クは板の境界面に対して垂直にダイヤモンド鋸でスライ
スされて積層板に形成され、この積層板は次いで略々１
５０ミ、クロンの厚さに研摩された。次にこのｍ層板は
エポキシ接着剤を用いて葉積されて第２相層ブロックに
形成され、このブロックはダイヤモンド鋸を用いて再び
スライスされ、銘々２ミリメートルの厚さを有する殻合
トランスジューサ板がつくられた。
出来上ったトランスジューサは厚みモードＩ　ｔｈｉｃ
ｋｎｅｓｓ　ｍｏｃｌｅ　ｌで略ｋ　８．５　メガヘル
ツで試験さね、圧電特性を示した。この複合材料は秒当
り略々４．．７Ｘ１０　メートルの音速と略々０．４の
結合係ｖｉを有した。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１積層ブロックの斜視図、 第２図は第１図のブロックから切り出した積層板の余Ｉ
視図、 第３図は第２肉の積層板と受動材料の板とを交互に積層
した第２積層ブロックの斜視図、第４図は第３図のブロ
ックよりつくられた１４合トランスジューサの斜視図、 第５図は任意の順序で恵ねられたＨ−屯材料と受、動材
料の板で形成された第１積層ブロックの斜視図、 第６図は第５図のブロックから切り出した積層板の斜視
図、 第７図は第６図の積層板な任意に受動材料と重ねた第２
積層ブロックの斜視図、 第８図は第７図のブロックよりつくられた知合トランス
ジューサアレーの一部断面斜視図、第９図は圧電材料の
能動領域か受動相料の楔形領域で分離された緋曲複合ト
ランスジューサの斜視図である。 １０・・・第１積層ブロック １１．１８．１５，１７，１９．８１．８２．３３．３
４．３５・・・受動材料の板１２．１４．１６．１８，
１０８・・・圧電材料の板２０．２０ａ、２０ｂ、２０
Ｃｉ、２０（１−・・ｆｉ％板２１、ｊ１１８．２５，
２７．２９・・・受動林料の条帯２２．２４，２６．２
８・・・圧電材料の条帯８０．７０・・・第２積層ブロ
ック ８１．８２．８Ｂ、８４．８５・・・固体状受動相料の
板４５．８４・・・電極　５０　、８２・・・共通電極
、１０２・・・楔状受動材料の板。 特許出願人　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイラン
ペンファプリケン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　第１の電気的能動材料の複数の板（１２゜１４．１
    ６，１８１を第２の材料の板Ｃ１１゜１８．１５．１７
    ．１９３と互に接着し、前記の第１と第２の材料の交互
    の領域を有する第１＃！層ブロック（１０）を形成する
    工程と、前記の板の境界面と成る角度を形成する平面に
    沿って前記の積層ブロックをカットし、複数の積層板（
    ２０）を得る工程とを有する複合トランスジューサの製
    造方法において、積層板１２０ａ、２０ｂ、２００．２
    ０ｄｌｋ第２の材料の複数の板（８１、８２、３８。 ８４．３５１と接着し、第２の材料の領域で丁つかり取
    り囲まれた第１の材料の条帯を有する第２積層ブロック
    （３０）を形成することを特徴とする複合トランスジュ
    ーサの製造方法。 λ　第１の材料は圧電セラミックである特許請求の範囲
    第１項記載の複合トランスジューサの製造方法。 ＆　第２の材料は圧電特性をもたない絶縁体である特許
    請求の範囲第１項記載の複合トランスジューサの製造方
    法。 弧　第２の材料はガラスである特許請求の範囲第３項記
    載の複合トランスジューサの製造方法。 ５　第１の材料はチタン酸ジルコニューム鉛である特許
    請求の範囲第２項記載の複合トランスジューサの製造方
    法Ｏ ａ　第１および第２の材料の板ｆ１．１−−−１９１は
    平らな板である特許請求の範囲第１項記載の複合トラン
    スジューサの製造方法０ ７、　第２槓層ブロック（３０）を第１の材料の条帯に
    垂直にスライスして薄い複合圧電板を形成し、この板の
    両表面に２つまたはそれ以上の電極（４５，５０＋を設
    ける工程を更に含む特許請求の範囲第１項記載の複合ト
    ランスジユーザの製造方法、 ａ　板の表面に少なくとも３つの電極を加えて複合トラ
    ンスジューサ糞子のアレーを形成１する工程を含む特許
    請求の範囲第７項記載の複合トランスジューサの製造方
    法。 ９　第１および第２の材料またはその何れか一方の少な
    くとも幾つかの板はテーパーをつけた板である特許請求
    の範囲第１項から第８項の何れか１項記載の複合トラン
    スジューサの製造方法。
JP59167943A 1983-08-15 1984-08-13 複合電気トランスジユーサの製造方法 Granted JPS6054600A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US523309 1983-08-15
US06/523,309 US4514247A (en) 1983-08-15 1983-08-15 Method for fabricating composite transducers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6054600A true JPS6054600A (ja) 1985-03-29
JPH0448040B2 JPH0448040B2 (ja) 1992-08-05

Family

ID=24084482

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59167943A Granted JPS6054600A (ja) 1983-08-15 1984-08-13 複合電気トランスジユーサの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US4514247A (ja)
EP (1) EP0137529B1 (ja)
JP (1) JPS6054600A (ja)
CA (1) CA1225468A (ja)
DE (1) DE3483507D1 (ja)

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