專利名稱：復(fù)合壓電體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在超聲波探頭等中使用的復(fù)合壓電體，特別涉及在面內(nèi)具有共振頻率分布的復(fù)合壓電體及其制造方法，以及采用該復(fù)合壓電體的、可以在短軸方向上實(shí)施開口控制的超聲波探頭以及超聲波診斷裝置。


圖16所示的現(xiàn)有技術(shù)的超聲波探頭100，包括沿短軸方向厚度增加的壓電體101。在壓電體101的聲波輻射面?zhèn)仍O(shè)置有匹配層102。這樣由壓電體101和匹配層102構(gòu)成的諧振子，沿圖中的箭頭所示方位的方向上排列配置多個(gè)，由背面負(fù)荷材103所支承。
各壓電體101，在短軸方向的中央部比較薄，越接近兩端越厚。通過采用這種結(jié)構(gòu)的壓電體，諧振子在短軸方向的中央部，可以收發(fā)高頻的超聲波，而在周邊部可以收發(fā)低頻的超聲波。其結(jié)果，超聲波諧振子的共振頻率特性被寬帶化。
另外，在圖16所示的超聲波諧振子中，短軸方向的開口尺寸對(duì)于高頻的超聲波較小，對(duì)于低頻的超聲波較寬。為此，從近距離到遠(yuǎn)距離，都可以形成細(xì)小的超聲波束，從近距離到遠(yuǎn)距離都可以獲得高分辨率。
但是，在圖16所示的現(xiàn)有技術(shù)的超聲波探頭中，需要將壓電體的表面加工成凹面形狀。另外，還需要在壓電體的凹面上形成不同曲率半徑的匹配層。制造這樣的超聲波探頭是非常困難的事情，即使可以制造，在成品率、成本上講也是不現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述課題的發(fā)明，其目的在于提供一種盡管是厚度均勻的壓電體也可以在寬帶范圍內(nèi)進(jìn)行超聲波的收發(fā)的復(fù)合壓電體及其制造方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種包括這樣的復(fù)合壓電體的超聲波探頭。
本發(fā)明的復(fù)合壓電體，是具有排列配置的多個(gè)壓電體要素、位于上述多個(gè)壓電體要素之間的電介質(zhì)部分的復(fù)合壓電體，在上述多個(gè)壓電體要素的至少1個(gè)壓電體要素中和超聲波輻射方向垂直的截面面積，沿上述超聲波輻射方向變化。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述至少1個(gè)壓電體要素，具有和其它壓電體要素的共振頻率不同的共振頻率。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述至多個(gè)壓電體要素的共振頻率，具有其最小值和最大值之間的差在平均值的10％以上的分布。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，在和上述超聲波輻射方向垂直的方向上的尺寸沿上述超聲波輻射方向具有恒定的大小。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，沿上述超聲波輻射方向具有恒定的厚度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素，沿和上述超聲波輻射方向垂直的面排列配置成2維，上述多個(gè)壓電體要素的共振頻率，在上述面內(nèi)根據(jù)位置的不同而變化。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素，具有大致恒定的高度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，與在上述壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的面的中央部中上述壓電體要素的共振頻率相比，在上述面的周邊部中上述壓電體要素的共振頻率要低一些。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素中的至少1個(gè)壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的截面面積，與上述壓電體要素的中央相比，在上述壓電體要素的端面上要大一些。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素中的至少1個(gè)壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的截面面積，與上述壓電體要素的中央相比，在上述壓電體要素的端面上要小一些。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，具有沿上述聲波輻射方向延伸的一對(duì)柱狀部分，在其中央連接上述柱狀部分的架橋部分的厚度在上述壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的面內(nèi)變化。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，在中央具有開口部，上述開口部的大小在上述壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的面內(nèi)變化。
在優(yōu)選實(shí)施例中，按照上述多個(gè)壓電體要素的共振頻率具有給定的面內(nèi)分布那樣地，選擇上述多個(gè)壓電體要素的形狀。
在優(yōu)選實(shí)施例中，相對(duì)于上述多個(gè)壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的截面的最小尺寸S，上述壓電體要素的聲波反射方向的尺寸的比率在5以上。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述電介質(zhì)部分由樹脂構(gòu)成。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述樹脂的彈性系數(shù)在上述壓電體要素的和聲波輻射方向垂直的面內(nèi)具有按照位置的給定分布。
本發(fā)明的單位復(fù)合片，是具有樹脂層、和排列配置在上述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素的單位復(fù)合片，上述多個(gè)壓電體要素，上述樹脂層中具有按照位置的不同形狀。
本發(fā)明的復(fù)合片疊層體，具有將各自具有樹脂層、和排列配置在上述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素的單位復(fù)合片層疊、并通過用上述樹脂層夾持上述壓電體要素而使配置關(guān)系固定的狀態(tài)。包含在各單位復(fù)合片內(nèi)的上述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)在上述樹脂層上的位置具有不同的形狀。
本發(fā)明的復(fù)合壓電體，是將復(fù)合片疊層體按照橫切上述壓電體要素的聲波輻射方向的方式切斷而制成，所述復(fù)合片疊層體具有在將具有樹脂層、和排列配置在上述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素的單位復(fù)合片層疊、并通過用上述樹脂層夾持上述壓電體要素而使配置關(guān)系固定的狀態(tài)，包含在各單位復(fù)合片內(nèi)的上述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)在上述樹脂層上的位置具有不同的形狀，。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)壓電體要素的周圍由樹脂所包圍。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述樹脂是通過使單位復(fù)合片的樹脂層的一部分流動(dòng)、固化后形成的。
本發(fā)明的超聲波探頭，包括是具有排列配置的多個(gè)壓電體要素、位于上述多個(gè)壓電體要素之間的電介質(zhì)部分的復(fù)合壓電體，在上述多個(gè)壓電體要素的至少1個(gè)壓電體要素中和超聲波輻射方向垂直的截面面積沿上述超聲波輻射方向變化的復(fù)合壓電體、在上述復(fù)合壓電體上形成的一對(duì)電極。
在優(yōu)選實(shí)施例中，在上述復(fù)合壓電體上形成匹配成，上述匹配層的厚度，沿上述復(fù)合壓電體中的壓電體要素的共振頻率變化的方向變化。
本發(fā)明的超聲波檢查裝置，是包括超聲波探頭、向上述超聲波探頭傳送信號(hào)的發(fā)送部、接收從上述超聲波探頭輸出的電信號(hào)的接收部、的超聲波檢查裝置，上述超聲波探頭包括是具有排列配置的多個(gè)壓電體要素、位于上述多個(gè)壓電體要素之間的電介質(zhì)部分的復(fù)合壓電體，在上述多個(gè)壓電體要素的至少1個(gè)壓電體要素中和超聲波輻射方向垂直的截面面積沿上述超聲波輻射方向變化的復(fù)合壓電體、在上述復(fù)合壓電體上形成的一對(duì)電極。
本發(fā)明的單位復(fù)合片的制造方法，包括(a)準(zhǔn)備在板狀壓電體的一表面上形成了樹脂層的復(fù)合板的工藝、(b)對(duì)于上述復(fù)合板的上述壓電體，通過不使上述樹脂層完全切斷而形成多個(gè)槽，從上述板狀壓電體形成多個(gè)壓電體要素的工藝，上述工藝(b)，對(duì)于上述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)上述樹脂層上的位置使其具有不同的形狀。
本發(fā)明的單位復(fù)合片的制造方法，包括(a)通過粘接片將板狀壓電體臨時(shí)固定在基板上的工藝、(b)通過在上述板狀壓電體上形成多個(gè)槽，從上述板狀壓電體中形成多個(gè)細(xì)線狀壓電體的工藝、(c)將固定在上述基板上的多個(gè)上述細(xì)線狀壓電體復(fù)制在樹脂層上的工藝，上述工藝(b)，對(duì)于上述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)上述樹脂層上的位置使其具有不同的形狀。
在優(yōu)選實(shí)施例中，上述多個(gè)槽通過噴沙加工形成。
本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制造方法，包括(a)準(zhǔn)備好多張是具有樹脂層、和配置在上述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素的單位復(fù)合片、上述多個(gè)壓電體要素在上述樹脂層中具有按照位置的不同形狀的單位復(fù)合片、(b)對(duì)多張上述單位復(fù)合片疊層的工藝、(c)將疊層的多張上述單位復(fù)合片一體化的工藝、在優(yōu)選實(shí)施例中，還包括對(duì)于上述一體化后的多張單位復(fù)合片，按照橫切上述細(xì)線狀壓電體那樣地切斷的工藝。
圖2表示在實(shí)施例1中的復(fù)合壓電體的A-A′線剖視圖。
圖3表示在實(shí)施例1中的復(fù)合壓電體的B-B′線剖視圖。
圖4表示本發(fā)明的超聲波探頭以及超聲波診斷裝置的構(gòu)成例的剖視圖。
圖5(a)～(d)表示有關(guān)實(shí)施例2的、依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體的各種構(gòu)成的剖視圖。
圖6表示在本發(fā)明實(shí)施例3中的復(fù)合壓電體的剖視圖。
圖7表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制造工藝圖。
圖8表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制造工藝圖。
圖9(a)以及(b)表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制造工藝圖。
圖10表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制造工藝圖。
圖11表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的制造工藝圖。
圖12(a)～(c)表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的另一制造工藝圖。
圖13表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的另一構(gòu)成例的剖視圖。
圖14表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的又一構(gòu)成例的剖視圖。
圖15(a)以及(b)表示本發(fā)明的復(fù)合壓電體的另一結(jié)構(gòu)圖。
圖16表示現(xiàn)有技術(shù)的超聲波探頭的立體圖。
圖中1-復(fù)合壓電體、2-壓電體要素(柱狀壓電體)、3-樹脂、4-聲音匹配層、5-背面負(fù)荷材、6-超聲波探頭、7-超聲波診斷裝置本體、8-發(fā)送部、9-接收部、10-系統(tǒng)控制部、11-圖像構(gòu)成部、12-圖像顯示部、13-板狀壓電體、14-樹脂層、15-復(fù)合板、16-加工用掩模、17-單位復(fù)合片、18-復(fù)合壓電體塊、19-復(fù)合壓電體、20-粘接片、21-基板、100-超聲波探頭、101-壓電體、102-匹配層、103-背面負(fù)荷材。
(實(shí)施例1)圖1表示依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體的第1實(shí)施例。在本實(shí)施例的復(fù)合壓電體1中，在圖1所示坐標(biāo)XY面內(nèi)，將多個(gè)壓電體要素2排列配置2維形狀。壓電體要素2之間充電樹脂3，將各壓電體要素2的相互位置關(guān)系固定，構(gòu)成一體化的復(fù)合壓電體1。
在本實(shí)施例中的各壓電體要素2，具有以Z方向?yàn)殚L軸方向(超聲波輻射方向)的大致柱狀的形狀，通過在Z方向上伸縮，可以在Z方向上輻射超聲波。壓電體要素2的兩端面，位于復(fù)合壓電體1的上面以及下面。復(fù)合壓電體1的上面以及下面，與Z方向垂直并且與XY面平行。在本說明書中，將圖1所示復(fù)合壓電體1的上面稱作為「超聲波輻射面」。
此外，在圖1中，雖然按照壓電體要素2的兩面呈露出那樣記敘，但在復(fù)合壓電體1的上面以及下面，分別形成有電極(圖中未畫出)，各壓電體要素2在Z軸方向上被極化。
在本實(shí)施例的復(fù)合壓電體1中采用的壓電體要素的材料，只要具有壓電特性即可，并沒有特別限制，適合采用壓電陶瓷以及壓電單晶體等。作為壓電陶瓷，采用鈦酸鈷酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等。另外，作為壓電單晶體，采用石英、鈮酸鋰、鈦酸鈷酸鉛單晶體等。在本實(shí)施例中，作為壓電體，采用壓電性能高，加工比較容易的鈦酸鈷酸鉛(PZT)陶瓷。
構(gòu)成復(fù)合壓電體1的樹脂，只要是能固定各壓電體要素2的配置關(guān)系、使其一體化的材料即可，可以采用環(huán)氧系樹脂、丙稀酸系樹脂等。在本實(shí)施例中，考慮到與壓電陶瓷的粘接性，采用環(huán)氧樹脂。
在與復(fù)合壓電體1的Z方向垂直的兩端面上設(shè)置的電極，優(yōu)選采用電阻比較低，密接性優(yōu)異的材料形成。作為電極材料，可以采用金、銀、鎳等一般金屬。另外，電極的形成方法，可以采用電鍍、濺射、蒸鍍等方法。在本實(shí)施例中，通過無電解電鍍法形成鎳和金的2層金屬膜?？梢栽O(shè)定鍍鎳層的厚度為2μm，鍍金層的厚度為0.1μm。
以下詳細(xì)更說明復(fù)合壓電體1的結(jié)構(gòu)。
圖2表示圖1的復(fù)合壓電體的A-A′線的剖面圖。如圖2所示，構(gòu)成復(fù)合壓電體1的多個(gè)壓電體要素中，沿Y方向配置的壓電體要素，分別具有相同的形狀。為此，壓電體要素2的共振頻率特性沿Y方向恒定，沿Y方向復(fù)合壓電體中的共振頻率不變化。
圖3表示圖1的復(fù)合壓電體的B-B′線的剖視圖。如圖3所示，構(gòu)成復(fù)合壓電體1的多個(gè)壓電體要素2中，沿X方向配置的壓電體要素2根據(jù)位置(X坐標(biāo))具有不同的形狀，各壓電體要素2的共振頻率特性沿X方向變化(具有分布)。
以下詳細(xì)說明壓電體要素2的結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，在Z方向測量的各壓電體要素2的長度L，即復(fù)合壓電體1的厚度設(shè)定為約0.25mm(250μm)。圖3所示的壓電體要素2中，位于X方向中央部的壓電體要素2，在Z方向呈一樣的形狀(筆直的柱狀形狀)。該壓電體要素2在圖3中的寬度(沿X方向所測量的尺寸S)約為0.05mm(50μm)。因此，相對(duì)于該壓電體要素2的尺寸(最小尺寸)S，長度(高度)L的比率(L/S長寬比)約為5。
這樣的壓電體要素2在Z方向上的共振頻率(厚度方向的共振頻率)約為5.7MHz，反共振頻率為7.7MHz。另外，這種諧振形式的電-機(jī)耦合系數(shù)約為0.7。
另一方面，在圖3所示的壓電體要素2中，位于X方向周邊部的壓電體要素2，具有和字母的「I」字相似的截面形狀。I型結(jié)構(gòu)的壓電體要素2，具有各壓電體要素2所共同具有的一定寬度的中央部分、和連接該中央部分的上端部以及下端部。I型結(jié)構(gòu)的壓電體要素2的中央部在Z方向上的尺寸為0.15mm，上端部在Z方向上的尺寸為0.05mm，下端部在Z方向上的尺寸為0.05mm。I型結(jié)構(gòu)的壓電體要素2的上端部以及下端部在X方向上的尺寸，從圖3表明，沿X方向變化。位于圖3的最端部位置的壓電體要素2中上端部以及下端部在X方向上的尺寸為0.1mm。
依據(jù)具有這種形狀的壓電體要素2，由于上端部以及下端部發(fā)揮重錘的功效，上端部以及下端部在X方向上的尺寸越大，在Z方向的共振頻率越低。X方向尺寸為0.1mmm的上端部以及下端部的上述壓電體要素2，在其Z方向上的共振頻率(厚度方向的共振頻率)約為3.1MHz。另外，反共振頻率為4.1MHz，電-機(jī)耦合系數(shù)約為0.68。
處在復(fù)合壓電體1的在X方向的中央部和端部之間的壓電體要素2的共振頻率，通過使上端部以及下端部在X方向上的尺寸在0.05～0.10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以在3.1～5.7MHz的范圍內(nèi)設(shè)定值。
此外，在沿X方向配置的1列壓電體要素2中，各壓電體要素2的Y方向尺寸相同。另外，在各個(gè)壓電體要素2中，其Y方向尺寸，沿Z方向也不變化。換言之，將各個(gè)壓電體要素2投影在Z-Y平面上的形狀實(shí)際上是矩形，并且與壓電體要素2在X方向上的位置無關(guān)，都相同。并且，該投影面的形狀，在本實(shí)施例中，與壓電體要素2在Y方向上的位置也無關(guān)，都相同(圖2)。
在圖3中，為了簡化，雖然只畫出了8個(gè)壓電體要素2，但實(shí)際上，當(dāng)復(fù)合壓電體1的X方向尺寸為12mm，壓電體要素2的配置間距為0.15mm時(shí)，在X方向上配置80個(gè)壓電體要素2。
在圖3中，表示具有4種形狀的壓電體要素2被分成2組的情況。壓電體要素2，雖然以通過復(fù)合壓電體1的中心部的軸(和Z方向平行的軸)對(duì)稱配置，但本發(fā)明并不限定于這樣的結(jié)構(gòu)。包含在與X方向平行配置的多個(gè)壓電體要素2中的壓電體要素2的形狀種類，也可以是5種以上。另外，具有相同形狀的壓電體要素2，也可以沿X方向連續(xù)配置2個(gè)以上。即，根據(jù)X方向的位置(X坐標(biāo))，使壓電體要素2的形狀逐漸變化，從中央到周邊部可以按每一個(gè)進(jìn)行變化地配置，也可以按數(shù)個(gè)相同形狀進(jìn)行變化地配置壓電體要素。
在本實(shí)施例中，共振頻率雖然設(shè)置成在復(fù)合壓電體的中央最高，而隨著從中央朝周邊部沿X方向移動(dòng)逐漸降低，但本發(fā)明并不限定于此。根據(jù)用途，可以任意設(shè)定共振頻率的分布。
以下參照?qǐng)D4說明采用上述復(fù)合壓電體1的超聲波探頭以及超聲波診斷裝置。
圖4表示超聲波探頭以及超聲波診斷裝置的構(gòu)成圖。在圖4中，該超聲波探頭6，包括復(fù)合壓電體1、在復(fù)合壓電體1的超聲波輻射面上形成的聲音匹配層4、設(shè)置在復(fù)合壓電體1的背面上的背面負(fù)荷材5。復(fù)合壓電體1，具有圖1到圖3的構(gòu)成。
聲音匹配層4，是為了有效傳輸在復(fù)合壓電體1中產(chǎn)生的超聲波而設(shè)置的，圖4的聲音匹配層4，具有與其正下方的復(fù)合壓電體1的共振頻率對(duì)應(yīng)的厚度。聲音匹配層4，應(yīng)滿足以下說明的有關(guān)聲阻抗以及厚度的2個(gè)條件。
聲阻抗由音速和密度之積確定。聲音匹配層4的聲阻抗Zm，在假定復(fù)合壓電體1的聲阻抗為Zp，聲波的傳播介質(zhì)的人體等的聲阻抗為Zs時(shí)，優(yōu)選滿足以下(式1)。
Zm＝(Zp×Zs)(1/2)……(1)聲音匹配層4的厚度，優(yōu)選設(shè)定成收發(fā)的超聲波的1/4波長。
通過將聲音匹配層4的聲阻抗Zm以及聲音匹配層4的厚度設(shè)定成最佳值，可以減小在超聲波探頭6和傳輸介質(zhì)的人體等之間的界面上的聲波反射，可以高靈敏度進(jìn)行超聲波探測。
在本實(shí)施例中，聲音匹配層4由環(huán)氧樹脂形成。環(huán)氧樹脂的音速由于約為2500m/s，其厚度根據(jù)復(fù)合壓電體1收發(fā)的超聲波的共振頻率進(jìn)行調(diào)整，在中央部約為0.4mm，在周邊部約為0.8mm。
設(shè)置在復(fù)合壓電體1的背面?zhèn)壬系谋趁尕?fù)荷材5，具有對(duì)在復(fù)合壓電體1產(chǎn)生的、在和聲波輻射方向相反的方向上傳播的超聲波衰減的作用。背面負(fù)荷材5，防止超聲波從背面?zhèn)确瓷?，有助于加寬超聲波探頭6的共振頻率特性的頻帶。即，通過設(shè)置背面負(fù)荷材5，可以收發(fā)脈沖寬度短的超聲波脈沖，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的超聲波探測。在本實(shí)施例中，采用將鐵粉分散后的橡膠構(gòu)成的背面負(fù)荷材5。
依據(jù)本實(shí)施例的超聲波探頭6，復(fù)合壓電體1的厚度均勻的情況下，在中央部可以收發(fā)高頻的超聲波，而在周邊部可以收發(fā)低頻的超聲波，可以在寬共振頻率帶域內(nèi)動(dòng)作。如圖1到圖3所示，這是因?yàn)閺?fù)合壓電體1是由共振頻率不同的壓電體要素2配置成2維結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。
對(duì)于在通常的平板狀壓電陶瓷構(gòu)成的壓電體上設(shè)置均勻厚度的聲音匹配層的超聲波探頭，當(dāng)共振頻率設(shè)置成4MHz時(shí)，相對(duì)于4MHz的共振頻率，其值達(dá)到-6dB的值時(shí)的共振頻率被規(guī)定為帶域，大約為2.8～5.2MHz，帶寬率為60％的左右。而在本實(shí)施例的超聲波探頭中，在3.1～5.7MHz中，具有60％左右的帶寬率。為此，作為超聲波探頭整體，就具有1.9～6.9MHz的寬頻帶。將中心共振頻率設(shè)定成1.9～6.9MHz的中央值的3.4MHz，計(jì)算帶寬率，則具有150％左右的極寬的頻率帶寬率。
超聲波探頭6，與圖4所示超聲波診斷裝置本體7連接使用。超聲波診斷裝置本體7，包括將超聲波信號(hào)傳送給超聲波探頭6的發(fā)送部8，接收由超聲波探頭輸出的電壓信號(hào)的接收部9、進(jìn)行有關(guān)超聲波信號(hào)的收發(fā)的各種控制的系統(tǒng)控制部10、根據(jù)所獲得的超聲波信號(hào)形成圖像的圖像形成部11、以及根據(jù)圖像形成部11所輸出的圖像信號(hào)顯示圖像的圖像顯示部12。
本實(shí)施例的超聲波診斷裝置1如下動(dòng)作。
通過由發(fā)送部將所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖施加在設(shè)置在復(fù)合壓電體1的兩面上的電極上，使復(fù)合壓電體1在厚度方向上變形產(chǎn)生超聲波。所產(chǎn)生的超聲波，通過聲音匹配層4，向被測體的人體等(圖中未畫出)傳輸。在人體中散射、反射后的超聲波最終返回到復(fù)合壓電體1。由復(fù)合壓電體1接收到的反射超聲波，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過接收電路9后被圖像化，在圖像顯示部12中顯示。
由于剛施加驅(qū)動(dòng)脈沖后所接收的信號(hào)，是近距離反射的信號(hào)，所以利用濾波器只選擇高頻信號(hào)進(jìn)行圖像化。這樣，可以構(gòu)成近距離超聲波波束聚焦后的高分辨率的圖像。
在經(jīng)過給定時(shí)間后接收到的信號(hào)，是遠(yuǎn)距離信號(hào)，利用濾波器接收低頻信號(hào)后進(jìn)行圖像化，可以構(gòu)成遠(yuǎn)距離超聲波波束聚焦后的高分辨率的圖像。這樣，可以形成使超聲波波束在從近距離到遠(yuǎn)距離的各點(diǎn)聚焦的圖像。
本實(shí)施例的復(fù)合壓電體1，由于具有均勻厚度，所以容易在其上面形成聲音匹配層。另外，由于可以進(jìn)行從低頻到高頻的超聲波的收發(fā)，具有寬頻帶，所以可以進(jìn)行短脈沖的超聲波的收發(fā)，并且可以提高深度方向的分辨率。
依據(jù)本實(shí)施例的復(fù)合壓電體1，由于在其中央部的狹小開口區(qū)域內(nèi)進(jìn)行高頻的收發(fā)，而在周邊部的寬大開口區(qū)域內(nèi)進(jìn)行低頻超聲波的收發(fā)，開口的大小可以根據(jù)超聲波的共振頻率進(jìn)行控制。這樣，可以在從近距離到遠(yuǎn)距離的寬范圍內(nèi)，形成細(xì)超聲波波束，還可以提高方位方向的分辨率。
(實(shí)施例2)參照?qǐng)D5(a)到(d)說明本發(fā)明的第2實(shí)施例。本實(shí)施例和第1實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，壓電體要素2的每一個(gè)的形狀有差異。除了這一點(diǎn)以外，其余和實(shí)施例1的構(gòu)成相同。
圖5(a)到(d)，相當(dāng)于圖2的剖視圖。圖中示出了5種復(fù)合壓電體的截面。各復(fù)合壓電體2，由于在Y方向具有均勻的結(jié)構(gòu)，沿Y方向在任意位置截?cái)嗟慕孛妫己蛨D5(a)到(d)所示的截面相同。
在圖5(a)的復(fù)合壓電體1中，壓電體要素2的與長軸方向(Z方向)垂直的截面面積，具有壓電體要素2的中央部要比壓電體要素的兩端部較小的形狀。另外，在壓電體要素2的中央和長軸方向垂直的截面面積，沿X方向變化。沿X方向配置的多個(gè)壓電體要素2中，位于復(fù)合壓電體1的中央部的壓電體要素2的共振頻率，與位于復(fù)合壓電體1的周邊部的壓電體要素2的共振頻率相比較，設(shè)計(jì)成要高一些。
在圖5(b)的復(fù)合壓電體1中，各壓電體要素2具有一對(duì)柱狀部分，在一對(duì)柱狀部分之間設(shè)置將其連接的渡橋部。壓電體要素2的渡橋部的厚度，沿X方向變化。具體講，壓電體要素2的渡橋部，在X方向的中央部上相對(duì)厚一些，而越接近X方向的周邊部越薄。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，可以使復(fù)合壓電體的面內(nèi)中央部上的共振頻率相對(duì)高一些。
在圖5(c)的復(fù)合壓電體1中，各壓電體要素2在中央具有開口部，該開口部的大小在x方向上變化。該結(jié)構(gòu)，和圖5(b)的結(jié)構(gòu)相反，開口部越小的兩端部的壓電體要素越重，其共振頻率降低。
在圖5(d)的復(fù)合壓電體1中，壓電體要素2的和長軸方向垂直的截面面積，沿X方向保持一樣，但在面內(nèi)處在不同的位置具有不同的值。具體講，越接近復(fù)合壓電體的周邊部，壓電體要素2越細(xì)。采用這樣的結(jié)構(gòu)，也可以在復(fù)合壓電體的中央部上進(jìn)行高頻超聲波的收發(fā)，而在端部上進(jìn)行低頻超聲波的收發(fā)。
(實(shí)施例3)在本實(shí)施例中，其特征在于在X方向采用不同的材料形成電介質(zhì)部分的材料。圖6是與圖3對(duì)應(yīng)的剖視圖。
如圖6所示，在X方向的中央部，采用彈性系數(shù)高的硬材料形成電介質(zhì)部分，而在周邊部采用彈性系數(shù)低的軟材料形成電介質(zhì)部分。
在本實(shí)施例中，由于中央部的壓電體要素的周圍比較硬，實(shí)際上加快了壓電體要素的音速，提高了共振頻率。另一方面，由于周邊部的壓電體要素的周圍比較軟，該壓電體要素的共振頻率，當(dāng)壓電體要素接近于自由狀態(tài)的情況下，與位于中央的壓電體要素的共振頻率相比變低。
作為彈性系數(shù)相對(duì)高的電介質(zhì)，可以使用在環(huán)氧樹脂中混入了陶瓷填料的材料等。作為在周邊部采用的電介質(zhì)材料，可以適當(dāng)選擇環(huán)氧樹脂單體，硅系樹脂、橡膠等使用。
依據(jù)本實(shí)施例的復(fù)合壓電體，和上述實(shí)施例同樣，可以實(shí)現(xiàn)寬帶化和高分辨率化。
(實(shí)施例4)在本實(shí)施例中，說明制造實(shí)施例1～3的復(fù)合壓電體的方法。
首先，參照?qǐng)D7。圖7表示在板狀壓電體13的一表面上粘貼了樹脂層14后的復(fù)合板15。板狀壓電體13，例如由鈦酸鈷酸鉛(PZT)形成。在本實(shí)施例中所采用的板狀壓電體13的厚度在0.05mm左右。具有這樣厚度的壓電陶瓷，通過對(duì)價(jià)格低的陶瓷生片(厚度在0.07mm左右)燒結(jié)，容易并且價(jià)廉制作板狀PZT陶瓷。陶瓷生片，是由陶瓷粉和樹脂構(gòu)成的燒結(jié)前的薄片，采用刮漿法等方法制作，形成薄層或者層狀結(jié)構(gòu)的壓電體(疊層基板等)比較好。板狀壓電體13，雖然也可以通過切割塊狀的陶瓷制作，但該方法需要切斷、研磨等成本高的工藝。對(duì)此，利用陶瓷生片制作板狀壓電體的方法，由于不需要切斷、研磨等工藝，從降低成本上看是有利的。
通過對(duì)陶瓷生片燒結(jié)制作板狀壓電體13時(shí)，按照降低設(shè)備成本的觀點(diǎn)，一般采用將多個(gè)陶瓷生片重疊后同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)的方法。這時(shí)，為了不使上下陶瓷生片在燒結(jié)時(shí)粘接，在各陶瓷生片之間撒上稱為剝離粉的MgO等粉后進(jìn)行重疊。燒結(jié)后的板狀壓電體13，為了去除剝離粉，將每張洗凈。板狀壓電體13的尺寸在15mm見方左右。為了容易進(jìn)行把持等處理，其厚度設(shè)定在30μm的程度以上，需要確保有足夠的強(qiáng)度。對(duì)于厚度達(dá)不到30μm程度的板狀壓電體13，由于其處理困難，在把持中容易出現(xiàn)斷裂或者破損，降低了制造成品率，有可能增加成本。
作為樹脂層14，環(huán)氧系樹脂為半固化狀態(tài)的被形成片狀的材料在市場上有銷售，采用這樣的材料即可。將這樣的樹脂片構(gòu)成的樹脂層14配置在板狀壓電體13上，在加壓狀態(tài)下提高溫度使其固化，可以制作成復(fù)合板14。具體講，使在單面上粘貼了剝離薄片(film)的環(huán)氧系半固化樹脂(樹脂層14)與板狀壓電體13重疊，利用活塞狀的模具，使其疊層120張，然后，在將板狀壓電體13和樹脂層14的疊層物放入到模具中的狀態(tài)下加壓。例如，在120℃、0.1Torr以下的大氣環(huán)境中，施加約1MPa的壓力，進(jìn)行5分鐘加壓即可。然后，返回到大氣環(huán)境，解除壓力后，在150℃下保持1小時(shí)。這樣，使樹脂層14固化后，將疊層物從模具中取出，通過剝開剝離薄片，可以獲得120張復(fù)合板14。
作為樹脂層14，也可以采用旋轉(zhuǎn)噴涂法等將液狀樹脂涂敷在板狀壓電體13上，使其固化后形成樹脂層14，來替代采用樹脂片。
此外，在壓電體13的單面上粘貼樹脂層14后，由于樹脂層14對(duì)比較容易破損的薄板狀壓電體13可以起到保護(hù)作用，壓電體13變得容易處理。
在本實(shí)施例中采用的壓電體13以及樹脂層14，均是在X方向的尺寸為15mm，在Y方向的尺寸為15mm。另外，壓電體13以及樹脂層14的Z方向，分別為0.05mm以及0.025mm。因此，粘貼后所獲得的復(fù)合板的厚度為0.075mm。
在圖7的復(fù)合板15的板狀壓電體13的露出表面上，如圖8所示，形成加工用的掩模16。在本實(shí)施例中所采用的掩模16，具有制作實(shí)施例1的復(fù)合壓電體的圖案。即，掩模16，具有圖3所示壓電體要素2的截面沿Z方向重復(fù)連續(xù)配置的圖案。在制作具有圖5(a)到(d)的構(gòu)成的復(fù)合壓電體時(shí)，也可以采用分別具有圖5(a)到(d)的截面重復(fù)連續(xù)配置的圖案的掩模。此外，圖8的掩模所形成的板狀壓電體13的露出面，和與Y方向垂直的XZ平面平行，最終制作的復(fù)合壓電體的振動(dòng)方向?yàn)閆方向。
掩模16，在X方向的中央部，包含X方向尺寸(寬度)為0.05mm的線狀圖案要素。在X方向的兩端部上，在與中央部相同寬度的線要素的基礎(chǔ)上，沿Z方向以相距0.15mm的間隔附加0.10mm×0.2mm的矩形凸部。
在X方向的中央部與X方向的兩端部之間的區(qū)域，配置具有與X方向的位置對(duì)應(yīng)的尺寸的0.05～0.10mm的矩形凸部。
掩模16，通過將感光性樹脂片粘貼在板狀壓電體13上后，采用光掩模對(duì)樹脂片進(jìn)行曝光，顯影后形成。在光掩模上，形成規(guī)定圖8所示圖案的遮光圖案。感光性樹脂片的曝光、顯影，可以采用周知的光刻技術(shù)進(jìn)行。通過改變光掩模圖案，可以任意設(shè)定掩模16的圖案以及形狀。
然后，對(duì)形成了復(fù)合板15的加工用掩模16的面，進(jìn)行噴沙加工。噴沙加工是指將細(xì)微粒子(鋁或者鉆石等研磨粒子)與壓縮空氣一起噴出，通過對(duì)被加工體沖擊破壞進(jìn)行加工的一種處理方法。
采用噴沙加工，可以對(duì)樹脂等軟物質(zhì)不破壞，而對(duì)陶瓷等硬材料選擇性脆性破壞。因此，通過采用樹脂制作的加工用掩模16進(jìn)行噴沙加工，在板狀壓電體13的表面中，可以只對(duì)沒有被加工用掩模所覆蓋的區(qū)域進(jìn)行選擇性削除。
隨著噴沙加工的進(jìn)行，設(shè)置在板狀壓電體13的背面測上的樹脂層14雖然露出，但和加工用掩模16同樣，樹脂層14基本上不被破壞。這樣，在本實(shí)施例中，如圖9(a)所示，可以利用1張板狀壓電體13形成多個(gè)壓電體要素。圖9雖然畫出了8個(gè)壓電體要素2，實(shí)際上，利用1張板狀壓電體13可以形成數(shù)百個(gè)壓電體要素2。
采用上述噴沙加工，雖然可以對(duì)板狀壓電體13的廣闊面一次性地進(jìn)行高速并且精密加工，但噴沙加工，在相對(duì)于加工用掩模16的開口部寬度的深度之間的比率(縱橫比)比較大時(shí)成為不合適的加工方法。但是，在本實(shí)施例中，采用噴沙加工形成的切斷槽的深度方向，與要形成的壓電體要素的長軸方向不是平行，而是垂直。因此，假定通過加工形成切斷槽的深度為D，切斷槽的寬度為W時(shí)，在本實(shí)施例中比率D/W在1左右。該比率D/W規(guī)定了切斷槽的縱橫比，雖然它與壓電體的材質(zhì)有關(guān)，但優(yōu)選設(shè)定在1～2左右的范圍內(nèi)。特別是在需要微細(xì)加工時(shí)，優(yōu)選將比率D/W設(shè)定在1以下。
在本實(shí)施例中，如上所述，由于從與柱狀的壓電體要素2的長軸方向(Z方向)垂直的方向進(jìn)行壓電體的加工，「壓電體要素2的縱橫比」即使具有超過5的大小，也可以使切斷槽的縱橫比減小。為此，可以容易形成具有在現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)為不可能的縱橫比的柱狀壓電體。另外，在Z方向上使中央部加粗，或者變細(xì)等，可以形成在現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)為不可能的任意結(jié)構(gòu)。
加工后，通過剝離掩模16，如圖9(b)所示，可以獲得具有由樹脂層14支承的多個(gè)壓電體要素2的構(gòu)成的單位復(fù)合片17。此外，只要是可以將板狀壓電體13加工成給定的形狀，并不限定于噴沙加工，也可以采用超聲波加工、激光加工。
然后，準(zhǔn)備300張利用上述方法形成的單位復(fù)合片，進(jìn)行疊層一體化工藝。此外，采用噴沙加工法，可以一次進(jìn)行大量的加工，加工上述尺寸的復(fù)合板所需要的時(shí)間在2小時(shí)以下，非常短。為此可以縮短單位復(fù)合片的制造時(shí)間，降低成本。
然后，如圖10所示在其間介入與構(gòu)成單位復(fù)合片的樹脂層14不同的樹脂層14′，疊層單位復(fù)合片。在圖10中，為了簡化，雖然只畫出了5張單位復(fù)合片17疊層時(shí)的情況，實(shí)際上是將300張單位復(fù)合片17疊層。在疊層時(shí)，使各層壓電體實(shí)際上相互平行進(jìn)行配置，在最上部配置具有和復(fù)合板相同地X、Y方向的尺寸的、厚度為0.025mm的環(huán)氧系固化樹脂片。
對(duì)這樣形成的疊層體一邊施加壓力，一邊加熱使樹脂固化，進(jìn)行一體化后，可以獲得單位復(fù)合片的疊層體的復(fù)合壓電體塊18。具體講，疊層體，在120℃、0.1Torr以下的環(huán)境中，在施加0.1MPa左右的壓力下放置10分鐘后，返回到大氣壓，在不施加壓力的情況下，以180℃加熱1小時(shí)。這樣，使樹脂層14、14′固化，使疊層體一體化，可以獲得復(fù)合片疊層體的復(fù)合壓電體塊18。所獲得的復(fù)合壓電體塊18，具有X方向尺寸為15mm、Y方向尺寸為30mm、Z方向尺寸為15mm的立方體形狀，在1個(gè)復(fù)合壓電體塊18中，有30,000個(gè)壓電體要素2在樹脂的支承下平行保持。
然后，如圖11所示，將復(fù)合壓電體塊18，沿和Z方向垂直的面切斷分離成多個(gè)復(fù)合壓電體19。這時(shí)，將切斷間距設(shè)定成0.35mm，切斷余量設(shè)定成0.1mm，將切斷的開始位置設(shè)定在成為壓電體的粗徑化的中央部分。
在這樣的切斷條件下，從X方向尺寸為15mm、Y方向尺寸為30mm、Z方向尺寸為15mm的復(fù)合壓電體塊，可以獲得42張X方向尺寸為15mm、Y方向尺寸為30mm、Z方向尺寸為0.25mm的復(fù)合壓電體19。此外，在圖11中，為了簡化，只畫出了4張復(fù)合壓電體19。
然后，在所獲得的復(fù)合壓電體19的上下面(和Z方向垂直的兩端面)上形成電極，通過進(jìn)行極化處理，可以獲得壓電特性所示的復(fù)合壓電體。
依據(jù)本發(fā)明的制造方法，可以形成具有復(fù)雜形狀的壓電體的柱的復(fù)合壓電體，可以容易形成具有共振頻率分別的復(fù)合壓電體。另外，由于將薄板狀的壓電體粘貼在樹脂層上后進(jìn)行加工，不需要進(jìn)行壓電體的配置或者單獨(dú)處理，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行成品率高的制造。
(實(shí)施例5)在圖11所示復(fù)合壓電體中，配置在各單位復(fù)合片上的壓電體要素2之間存在空隙部分，在該空隙部分有時(shí)會(huì)充滿空氣。由于空氣也是電介質(zhì)，作為復(fù)合壓電體作用，該空隙部分沒有必要采用其它電介質(zhì)材料填充。但是，如果在空隙部分中埋入可固化的電介質(zhì)材料，使其固化，可以提高復(fù)合壓電體的機(jī)械強(qiáng)度，另外，因可以適當(dāng)調(diào)整復(fù)合壓電體的振動(dòng)模式所以是希望的。
在本實(shí)施例中，首先，準(zhǔn)備和實(shí)施例4相同的制造方法所制造的壓電體塊。然后，在壓電體塊中的壓電體要素2之間所形成的空隙部分，通過填充作為電介質(zhì)材料的樹脂，提高復(fù)合壓電體的機(jī)械強(qiáng)度。然后，和上述各實(shí)施例同樣，進(jìn)行復(fù)合壓電體10的切斷工藝、電極形成工藝、極化處理。
依據(jù)本實(shí)施例，不容易出現(xiàn)切斷等工藝中的破損，提高成品率，進(jìn)一步降低制造成本。另外，如果在空隙部分埋入樹脂，形成了電極的2個(gè)面不會(huì)通過空隙部分連通，即使采用無電解電鍍形成電極，也可以容易防止2個(gè)電極的短路。為此，可以對(duì)大量復(fù)合壓電體一次形成電極，更進(jìn)一步降低成本。
(實(shí)施例6)在本實(shí)施例中，如圖12(a)所示，通過實(shí)施采用粘接片20將板狀壓電體13臨時(shí)固定在玻璃制成的基板21上，形成單位復(fù)合片。作為粘接片20可以采用熱剝離片。但是，該粘接片20，并不限定于熱剝離片，只要可以保持板狀壓電體13、在壓電體加工時(shí)不會(huì)從粘接片上使板狀壓電體剝離、并且在加工后在不破壞壓電體的情況下采用某種方式能將其剝離即可。
然后，如圖12(b)所示，通過噴沙對(duì)板狀壓電體13進(jìn)行加工，形成所希望的形狀的壓電體要素2。在噴沙加工之前，在壓電體13上形成在實(shí)施例4中采用的掩模(圖中未畫出)。這樣，如圖12(b)所示，可以獲得利用粘接片20將壓電體要素2的列臨時(shí)固定在基板21上的結(jié)構(gòu)。
然后，如圖12(c)所示，使臨時(shí)固定在基板21上的壓電體要素2與片狀的樹脂層14對(duì)向，對(duì)該樹脂層14同時(shí)施加熱和壓力。這樣，將壓電體要素2從粘接片20上剝離下來同時(shí)向樹脂層14粘接。通過以上的工藝，可以獲得單位復(fù)合片。
這以后的工藝，采用和上述方法相同的方法進(jìn)行，最后，制作成圖1所示的復(fù)合壓電體。
本實(shí)施例的單位復(fù)合片，由于沒有經(jīng)過樹脂層完全固化的熱過程，仍然保持粘接力，在構(gòu)成疊層體時(shí)，不需要介入新的粘接片。另外，通過施加比較高的壓力，在疊層工藝中，使單位復(fù)合片的一部分流動(dòng)、固化，可以向壓電體的空間(空隙部)填充樹脂。
(實(shí)施例7)
有關(guān)以上實(shí)施例的復(fù)合壓電體1，均具有均勻的厚度，只是在X方向上具有使共振頻率階梯狀變化的結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明的復(fù)合壓電體，并不限定于上述的構(gòu)成。例如，也可以使與X方向垂直的截面和與Y方向垂直的截面同樣，如圖3所示具有按照與位置對(duì)應(yīng)使壓電體要素的共振頻率變化的結(jié)構(gòu)。
在圖3和圖5所示的構(gòu)成中，雖然具有在中央部共振頻率最高，而周邊部比較低的共振頻率分布，但共振頻率分別并不限定于此。圖13表示沿X方向(或者Y方向)，共振頻率周期性變化的構(gòu)成。共振頻率的分布圖案，根據(jù)復(fù)合壓電體的用途可以任意設(shè)定。
圖14表示復(fù)合壓電體不具有與Z方向垂直的對(duì)稱面的構(gòu)成。依據(jù)參照?qǐng)D9說明的制造方法，由于可以自由設(shè)計(jì)掩模16的形狀，可以容易形成圖14所示的結(jié)構(gòu)的壓電體要素。
即使配置圖14所示那樣結(jié)構(gòu)的壓電體要素，也可以獲得所希望的共振頻率分布。
此外，復(fù)合壓電體1，也沒有不要一定具有均勻的厚度。通過改變壓電體要素的形狀，復(fù)合壓電體的厚度在面內(nèi)保持恒定的情況下，可以使所發(fā)射的聲波的共振頻率具有任意的分布，按照其目的，也可以使復(fù)合壓電體的厚度根據(jù)不同位置變化。例如，對(duì)于使超聲波聚焦或者發(fā)散的目的，也可以制作成具有圖15(a)或者圖15(b)所示那樣的結(jié)構(gòu)的復(fù)合壓電體1。這時(shí)，通過使圖中未畫出的壓電體要素的形狀和電介質(zhì)部分的彈性系數(shù)等根據(jù)不同位置適當(dāng)變化，而使共振頻率變化。
依據(jù)本發(fā)明，在具有將多個(gè)壓電體要素配置在電介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)的復(fù)合壓電體中，壓電體要素由于根據(jù)位置的不同具有不同的形狀，在復(fù)合壓電體的聲波輻射面內(nèi)，可以使共振頻率不同。依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電體，盡管是平板狀的復(fù)合壓電體，也可以在寬頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行超聲波的收發(fā)。另外，通過使所收發(fā)的超聲波的共振頻率在復(fù)合壓電體的面內(nèi)具有給定的分布，可以提高超聲波探頭的分辨率。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合壓電體，具有排列配置的多個(gè)壓電體要素、和位于所述多個(gè)壓電體要素之間的電介質(zhì)部分，其特征在于在所述多個(gè)壓電體要素的至少1個(gè)壓電體要素中，與超聲波輻射方向垂直的截面面積，沿所述超聲波輻射方向變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述至少1個(gè)壓電體要素，具有和其它壓電體要素的共振頻率不同的共振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素的共振頻率，具有其最小值和最大值之間的差在平均值的10％以上的分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，在與所述超聲波輻射方向垂直的方向上的尺寸沿所述超聲波輻射方向具有恒定的大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，沿所述超聲波輻射方向具有恒定的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素，沿與所述超聲波輻射方向垂直的面排列配置成2維，所述多個(gè)壓電體要素的共振頻率，相應(yīng)在所述面內(nèi)的位置的不同而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素，具有大致恒定的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于與在所述壓電體要素的垂直于聲波輻射方向的面的中央部的所述壓電體要素的共振頻率相比，在所述面的周邊部的所述壓電體要素的共振頻率要低。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素中的至少1個(gè)壓電體要素的與聲波輻射方向垂直的截面面積，與所述壓電體要素的中央相比，在所述壓電體要素的端面上要大。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素中的至少1個(gè)壓電體要素的與聲波輻射方向垂直的截面面積，與所述壓電體要素的中央相比，在所述壓電體要素的端面上要小。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，具有沿所述聲波輻射方向延伸的一對(duì)柱狀部分，在其中央連接所述柱狀部分的架橋部分的厚度在所述壓電體要素的與聲波輻射方向垂直的面內(nèi)變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素的每一個(gè)，在中央具有開口部，所述開口部的大小在所述壓電體要素的與聲波輻射方向垂直的面內(nèi)變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于按照所述多個(gè)壓電體要素的共振頻率具有給定的面內(nèi)分布那樣地，選擇所述多個(gè)壓電體要素的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述壓電體要素的聲波輻射方向的尺寸，相對(duì)于所述多個(gè)壓電體要素的與聲波輻射方向垂直的截面的最小尺寸S之比的比率在5以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述電介質(zhì)部分由樹脂構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述樹脂的彈性系數(shù)在所述壓電體要素的與聲波輻射方向垂直的面內(nèi)具有按照位置的給定分布。
17.一種單位復(fù)合片，具有樹脂層、和排列配置在所述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素，相應(yīng)所述樹脂層中的位置而具有不同形狀。
18.一種復(fù)合片疊層體，其特征在于具有將每一個(gè)具有樹脂層、和排列配置在所述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素的單位復(fù)合片層疊、并通過用所述樹脂層夾持所述壓電體要素而使配置關(guān)系固定的狀態(tài)，包含在各單位復(fù)合片內(nèi)的所述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)在所述樹脂層上的位置具有不同的形狀。
19.一種復(fù)合壓電體，其特征在于以橫切所述壓電體要素的聲波輻射方向的方式將復(fù)合片疊層體切斷而制作成，所述復(fù)合片疊層體具有將每一個(gè)具有樹脂層、和排列配置在所述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素的單位復(fù)合片層疊、并通過用所述樹脂層夾持所述壓電體要素而使配置關(guān)系固定的狀態(tài)，包含在各單位復(fù)合片內(nèi)的所述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)在所述樹脂層上的位置具有不同的形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述多個(gè)壓電體要素的周圍由樹脂所包圍。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的復(fù)合壓電體，其特征在于所述樹脂是通過使單位復(fù)合片的樹脂層的一部分流動(dòng)、固化后形成的。
22.一種超聲波探頭，其特征在于包括具有排列配置的多個(gè)壓電體要素、和位于所述多個(gè)壓電體要素之間的電介質(zhì)部分，并且在所述多個(gè)壓電體要素的至少1個(gè)壓電體要素中與超聲波輻射方向垂直的截面面積沿所述超聲波輻射方向變化的復(fù)合壓電體；和在所述復(fù)合壓電體上形成的一對(duì)電極。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的超聲波探頭，其特征在于在所述復(fù)合壓電體上形成有匹配層，所述匹配層的厚度，沿所述復(fù)合壓電體中的壓電體要素的共振頻率變化的方向而變化。
24一種超聲波檢查裝置，包括超聲波探頭、向所述超聲波探頭傳送信號(hào)的發(fā)送部、以及接收從所述超聲波探頭輸出的電信號(hào)的接收部，其特征在于所述超聲波探頭包括具有排列配置的多個(gè)壓電體要素、和位于所述多個(gè)壓電體要素之間的電介質(zhì)部分，在所述多個(gè)壓電體要素的至少1個(gè)壓電體要素中與超聲波輻射方向垂直的截面面積沿所述超聲波輻射方向變化的復(fù)合壓電體；和在所述復(fù)合壓電體上形成的一對(duì)電極。
25.一種單位復(fù)合片的制造方法，其特征在于包括(a)準(zhǔn)備在板狀壓電體的一表面上形成了樹脂層的復(fù)合板的工藝；(b)對(duì)于所述復(fù)合板的所述壓電體，通過不使所述樹脂層完全切斷而形成多個(gè)槽，從而由所述板狀壓電體形成多個(gè)壓電體要素的工藝，所述工藝(b)，對(duì)于所述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)所述樹脂層上的位置使其具有不同的形狀。
26.一種單位復(fù)合片的制造方法，其特征在于包括(a)通過粘接片將板狀壓電體臨時(shí)固定在基板上的工藝；(b)通過在所述板狀壓電體上形成多個(gè)槽，由所述板狀壓電體形成多個(gè)細(xì)線狀壓電體的工藝；(c)將固定在所述基板上的多個(gè)所述細(xì)線狀壓電體復(fù)制在樹脂層上的工藝，所述工藝(b)，對(duì)于所述多個(gè)壓電體要素，根據(jù)所述樹脂層上的位置使其具有不同的形狀。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的單位復(fù)合片的制造方法，其特征在于所述多個(gè)槽通過噴沙加工而形成。
28一種復(fù)合壓電體的制造方法，其特征在于包括(a)準(zhǔn)備好多張具有樹脂層、和排列配置在所述樹脂層上的多個(gè)壓電體要素，并且所述多個(gè)壓電體要素相應(yīng)所述樹脂層中的位置具有不同形狀的單位復(fù)合片的工藝；(b)對(duì)多張所述單位復(fù)合片進(jìn)行層疊的工藝；(c)將疊層的多張所述單位復(fù)合片一體化的工藝。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的復(fù)合壓電體的制造方法，其特征在于還包括對(duì)于所述一體化后的多張單位復(fù)合片，按照橫切所述細(xì)線狀壓電體的方式切斷的工藝。
全文摘要
一種復(fù)合壓電體(1)，具有排列配置的多個(gè)壓電體要素(2)、位于多個(gè)壓電體要素(2)之間的電介質(zhì)部分(樹脂)(3)，多個(gè)壓電體要素(2)中的至少1個(gè)壓電體要素(2)，具有與其它壓電體要素(2)的共振頻率不同的共振頻率地，相應(yīng)其在面內(nèi)的不同位置來確定各壓電體要素(2)的形狀。從而在具有將多個(gè)壓電體要素排列配置在電介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)的復(fù)合壓電體中，盡管厚度均勻，但也可以在寬頻帶內(nèi)進(jìn)行超聲波的收發(fā)。
文檔編號(hào)B06B1/06GK1478439SQ0314754
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者永原英知, 彥, 杉內(nèi)剛彥, 橋本雅彥, 淺井勝彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社