JPS5943356A - 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】 本発明は高分子圧電膜を多重措成した超音波」）ｒ’Ｅ
触子の改良に関する。

高分子圧電体は、高分子の特性として任意の形状および
大きさのものが容易にイ（Ｉら：ｔｔ、ｉた１）−響イ
ンピーダンスがセラミックス圧電体１こ比して低いなど
の特色を有するこ吉から、ニス；（用、医療用の超音波
探触子として有用である。しかし一方、好ましい圧電体
となるフッ化ビニル、フッ化ビニリデン、６７ツ化エチ
レンなどの！１（合１本、若しくは共重合体などの高分
子類は、ＰＺＴその他の（ζラミックス用電体に比して
、極めて高い′７４気固翁抵抗を有しているので、高分
子圧電体のＪ’Ｊ！膜を１す２用する探触子では、その
発振回路の電圧が極めて高くなシ、コストおよび安全面
でトド々の不同がある０ 超音波撮像や超音波探査などに使用する超音波の波長は
、似１．波焚である土星１′１子１４ＩＪツが１東くな
るが、一方では短波長である捏水−や人体等の媒体の１
及収による音波の減衰も大きくなシ、このためｒ：ｔｉ
層の探査が困難となる。従って、その撮像や探査の目的
に応じた＠適の波長（周波数）を選ぶ必要がある。一方
、超音波撮像装（べの発倶周（度数は、探触子として用
いられる圧電体素子の共振周波数を用いるパルス発振に
よることか多い。また圧電体素子の共振周波数は、パル
ス発振される圧■、体素子の材質が一定ならば、その＋
ｖ−；ｚｐに反比（＋１１する。従って、旧質および最
適波長が定まれば、圧電体素子の厚みも必然的に定めら
れる。

」−二連した通り、膜厚の大きい探触子を１枚の高分子
圧電体膜で構成しようとすると、膜の電気インピーダン
スが極めＣ人きくなり、このため元Ｊ辰回路の電圧を尚
くしなりればならない。

この不利を避けるため、便米よシ、１り６えＶ」、第１
図に示すように、薄膜の高分二ｆ　ｌ玉に体膜（１）の
複数枚を、矢印で示ず成極時の（匈性の同一な面どうし
を、電（遺（２）及び（３）を介しでりｊ　％す、５よ
うに泡ノＡ合わぜるようにしたものが知られている。捷
だ柁２図に示すように、表畿団に’ＨＥ　４１返（２）
　（，３）を・１ゴづる１枚の高分子圧′覗体Ｊ！％（
１）を折り畳んで−〔ｆ（ね付わせるようにしたものが
知られている。第１図及び第２図の例では、各層の圧電
体膜の駆動に要する電圧は低いが、積層されることによ
って厚くなった膜に相当する固有振動を有する探触子と
することができる。このような従来例は、例えば、１９
７８Ｕｌｔｒａｓｏｎｆｅ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　Ｉ　ＥＴＥｃａｔ、　　＃
７８ＣＨ１３４４−ＩＳＵその他により知られている。

しかし第１図の場合は、積層された探触子が小型のもの
である場合、積層された圧電膜（１）の各層の間の電極
（２）　（３）からリード線を導出しなければならない
ので、その作業が極めて困難となる。特に１つの探触子
上に、細長い圧電体よｐなる小単位の音波出入射面を多
数配列させた、アレイ状の探触子の場合は、各単位圧電
素子は極めて小型であるため、この各単位素子を夫々槓
層構造とし、その各層の間の電極より別々にリード線を
取り出し、これらを配線するとすれば、配線作業が厄介
となるばかυか、狭い所で交錯ｒる各配線の接触事故を
生じ易い。第２図の折り畳み式の場合は、各層は本来１
枚の膜より成るので、そのＭＬ上部及び／又は１待下部
に重ねられる膜の表裏の電極のみよりｆ’ｆｆ、横配線
を取れば１夷いので、その労力は第１図の場合に比べて
大いに軽減されるうえ、配線の錯綜もあ１＃）ない。し
かし両面に・薄膜電極の付された膜を多層に折り畳む場
合、各折れ目の電極がはがれて断線を生じ易い。尚、第
６図に示すように電極がはがれにくくするために折れ目
に多少まるく余積を持たせることも考えられるが、折れ
目をまるめる古、その部分Ｃは１図示のように圧電膜が
１層のみとなυ、このＩ　Ｗｉ部部分に生ずるＬＥ電県
動（厚み振ルｈの典伸縮４１１％　ｄｉｌＪもある）が
ノイズとなるばかりか、発振器のパワーロスも大きくな
る。

本発明は上記の間）真を）管決するためのもので、フィ
ルムのような圧１＆ｖ１性フィルム（１）の両面に夫々
ＴＩ、極（２＋および（３）が長手方向に連続して形成
されている。これらの電（Ｍ　（２）（３）は、それぞ
れ長さ１１でｒｌＪｗｌのｆＥ’を飯（２ａ）　（５ａ
）と、長さ１１でｌ１ｊＷ７　（但しｗ、（Ｗｌ）の′
成極（２ｂ）　（３ｂ）とから成っている。この実施例
のフィルム（１）は図のように１１３方向に形成される
折シ目から折シ畳んで使用されるが、この折シ曲げの際
、上記電極（２ａ）　　Ｌ　（５ａ）　　とが爪ねられ
、上記電極（２ｂ）と（３ｂ）古が重ねられるように成
される。即ち、巾ｗ１の部分が、ｑいに重ねられる占共
に、巾ｗ２の部分が互いに屯ねられる。

第５図に圧電フィルムの第２の実７７１１ｉ例を示す○
この実施例では、フィルム（１）は図のように長手方向
に形成される折り目から折り畳んで１ｊｉｊ用される。

フィルム（１）が折り曲げられたときに形成される四つ
のｉ？６をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ，Ｉ）とすると、Ａ面と
１ゴ面とに電極（２）が形成されＣ向に電極（３）が形
成される。この場合、電極（２ａ）と（５ａ）とが重ね
られ、電極（２ｂ）と（６ｂ）とが重ねられるようにし
°Ｃ１各電極（２）（３）が形成される。尚、′トに極
（３）はＣ而でなく、３面に形成してもよい。

第６図及び第７図は上述した第１及び第２の実施例によ
るフィルム（１）を折シ畳んだ状態を示す３、尚、第７
図Ａにおいて、電極（２ａ）と（５ａ）古は完全に一致
して対向しなくてもよく、それらの大部分が対向し２て
いてもよい。甘だ第７図Ｂにおいて、屯（′＠（力〕）
と（ろｂ）吉は完全にＩｔ（すれ”０いなくてもよく、
一部でｊｌｆなり合っていてもよい。

）二記構成によれば、第７１ｃ’２１　Ａの対向電）承
部（１Ａ）では、電１ぺ（２ａ）　（！：　（３ａ）と
の大半かしにが対向しているので、両軍ｂｆｆ　（２）
　に旧こ電圧が印加されれば、その部分のフィルム（１
）が厚み振Ｉｌｌする。゛また逆にフィルム（１）が踏
動すれば、両面の電５１へ（２）（３）より電位差が検
出される［［電作動部となる。この部分はまた大きなキ
ャパシタンスを有している。一方、第７図Ｂの非対向電
極部；部（１Ｂ）では、電極（２ｂ）と（５ｂ）の大部
分（全部でもよい）がフィルム（１）の両ｎ！１１に１
ζ１１れて形成されているので、殆んどキャパシタンス
を持たない。第６図のフィルム（１）にはこのような（
１人）と（１Ｂ）の１５１Ｘ分が変力、に）Ｉ（腎・“
１．的に設′けられている。

このフィルｌ、（＋）は第８．９図のよう屹、２層若し
くはそれ以上の偶数層をｐｊねて基体（４）の周囲ｌこ
右同される。このｊ、（８合、（ＩＡ）の部分どうしが
重ねられると共に、（ＩＢ）の部分どうしが重ねられる
ようにして巻回される。そし−Ｃ（ＩＡ）の部分の爪ね
られた面が圧電作山力部となる。（５）、（６）は電極
（２１ｆ３）に接続されたリード線であシ、発４最器回
路（力および信号処理回路（８）にスイッチ（１つを弁
して選択的に接続されるように成されている。ｊ〆、ｊ
、　フィルム（１１を基体（４）に２層またはそれ以−
」二の偶数ｊｉにを回４−るが、この場合の１層とはフ
ィルノ・（１）の一枚を云う。

従って第４図又は第５図のように折り畳んで使用ｒるフ
ィルム（１）の、場合は２ｊ−とフよる。通常のように
一枚のフィルムの表裏面に電極を形成して巻回ずれば、
表裏面がショートしてしまうが、第４図又は第５図のフ
ィルム（１）を用いれば、同一極性の面（例えば電極（
２）の面）のみが互いに接ＪＩＪくし°Ｃ爪ね合せられ
ながら巻回されるので、電極（２）と（３）とがショー
トすることはない。これら２層のフィルム（１）は強く
巻き締められるならば必ずしも中間に接着剤を必要とし
ないが、場合によっては２層問および省１巻向層の１ｆ
ＪＪに接着剤を適用してもよい。

また巻回される基体（４）の衣ｍ】にｔ・ＩＪえは金属
などの音波反射板を設け、その」二にフィルム（１）の
電極対向部（１人）が−重ねられるようにする場合もあ
る。

この場合音波反射４ｐのｊす２みは、ｔΦ用する超音波
波長の１／４　Ｑ）厚みとするのが好ましい。このよう
なｐｉｊ、みにずれば、反対板よりル、射される音波が
圧電体より放射される￥全波と山なシ強め合うようにす
ることができる。。

第１０〜１２１シ１は本発明にＪ（・づくアレイタイプ
の超音波探触子ｔｌ（ｉ）の実施ド・１１を示す。

図において、フェノール七４脂鯛の基体（４）は、例え
ば長さ１５０　ｒｎ、ｒｐ、　１１ｊ１１　ｒｎｒｎ、
厚さ５　Ｍｍの寸法をイＴし７、その表面は中方向に曲
率半径７　Ｕ　ａｓの曲率をもって一次曲面の凹面（４
ａ）が形成されている。

この基体（４）の表裏画面では、長さ方向に１．１１の
間隔を以って０．１　ｍｍ巾の芙％Ｍ、（９）′が１ｏ
ｉ、−Ｂづつが設けられている。

そして隣接する２本の突、起１９）、（Ｘ））および（
９ｙ′、（９Ｙの間Ｉこは上Ｆ対向する溝１１０）、（
１０Ｙが夫々１（（０本形成されている。この表面１１
！ＩＩのｌｔ”、：　Ｌｌｌ！ｌの中には厚さ１８０　
ｔｒ、中１朋、長さ１０．　り　７１１Ｎ　１７）　４
１製の反射板旧）が夫々４甲め込凍れでいる。また具１
ｌＩ１１の（みｔｌ（１７’には巻回する圧電フィルム
の一端を固定するための四部（１つが設けられている。

一方、厚さ９μ、ｒｌｊ　１．０闘の圧’ｌＩｒ、性ポ
リフッ化ビニリデンフィルムを第５図のように構成した
フィルム（１）が６溝（１０１（１０）’に巻回される
。この場合前記対向電極部（１Ａ）が溝（１０）に巻回
され、前記非対向電極部（１Ｂ）が溝００Ｙに巻回され
る。この巻回はフィルム（１）の一端を凹部（１力に接
着して例えば５回（１０層）行われる。また、このフィ
ルム（１）（７）場合、電極Ｌ２）　（３）は、厚さ８
００Ａのニッケルとｊすさ１６ＯＤＡの金とを二重蒸着
したものから成シ、その寸法は１１キ１０ｍｍ、ｗ１中
０．５間、Ｗ２　＝　０．２５　ｍｍ　程度である０ 次に上面の溝００）に低粘度エポキシ樹脂を塗布し、そ
の上からシリコンシバ−を押し当てＡ突上でプレスする
ことによりｘ極対内部（１Ａ）のフィルム（１）が接合
される。次に裏面合溝（ｌＯ）’に巻回されたフィルム
（１）の端末部における対向しない電極（２ｂＸろｂ）
に夫々５０μの＋Ｕ　Ｈから成るリード線が半りｌ伺け
される。

このように構成されたアレイ型ｉＥ＜（音波１１′、触
子（１１３，）はほぼ５　ＭＨｌの共振周波外（を有し
極めて能率良く作−１１＋１さぜることかできる。

以上述べたように本発明による超音′波伜）°訣子は、
両面に電（・（の付された高分子上’ｔｈ；性フィルム
を砧仮に巻き伺りる／どけでよく、その巻き数を変える
だけで、任７への共」６逼周波数を有する探触子を得る
と吉ができる。このためｌ庁に、アレイ型のような小型
の単位圧電素子の集合体などを容易に得ることができる
。その上各ＩＦ位未子の配線は、基体の裏１１ｔｌに巻
かれた各高分子圧電フィルム（１）の端部にある′ｒに
極非対向部（１Ｂ）から、夫々表裏の１ｈ：極配３’！
？を取れば良いので、配所ｉ増刊＆ｊも容易で、−目つ
配線のテｌル綜も生じることがない。また市、極非対向
部（１Ｂ）は殆んどギャバシタンスを持たず、ｉｉＥつ
て発」ｌｌθ器より伝達される電気パルスのエネルギー
が電極の対向するＨＥ　’に作動ｆＸＩＫ　（Ｉ　Ａ）
のと、１＜分）で殆んど消費されるので、高い出力の音
波をｆ樟ることができる０

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来例を示す側面図、第６図は他の
従来例を示す・決部の側面図、第４図及び第５図は本発
明による圧電フィルムの第１及び第２の実施例を示す斜
視図、第６図は上記圧電フィルムの平面図、第７図は第
６図のＶｌｌ　Ａ　−Ｖｌｌ　’Ａ腺及びＶｌｌ　Ｂ−
■Ｂ線断面図、第８図は本発明による探触子の実施例を
示す平面図、第９図は第８図の側面図、第１０図は本発
明によるアレイタイプ超音波探触子の実施例を示す平面
図、第１１１．Ｑｌは第１０図の側面図、第１２図は第
１０図の一部断面正面図である。 なお図面に用いた符号において、 （１）　　　・　　・・圧電フィルム （１人）・・　　電極対向部 （１Ｂ）・・・・　電極非対向部 （２Ｘ３）　　・　　　　　　電イ肩ト（（４）・　　
　基体 である。 代理人　上屋　勝 當包芳男 第１図 第１０図 １６ 第１２図 ３４１− （自発）手続補正書 １．　′Ｊ＋　ｆｌの表＝」＜ 昭和５７年持重、′１願第１５４７８１　　日車（′１
との関係　　′持Ｊ′１出願人東京都中火凶日本橋堀留
町も−Ｊ目九番拾壱号（１１０）呉羽化学工業株式会社 ６、捕り丁により増加−１−・電、明の数７、補ＩＹ、
の対象 明細省の図面の簡単な説明の欄及び図面（１）、昭和５
８年１月１０日枠出の手続補止■における補正の内容の
（ｌｆｉ１項そその補、１前の四絆１書に補正する。 （２）、同第１２貞２〜１１行目「第４図で・・・・・
・・・・・・・である。」を［第４図は本発明（こよる
圧電ノイルノ・の実施例を示す斜視図、第５図は」−記
圧電フイルムの平面図、第６Ａ図及び第６１Ｓ図は第５
図のＶＩＡ−ＶＩＡ線及びＶＩＢ　−ＶＩＬＩ紳断面同
断面図図は本発明による探触子の実施例４−示１一平面
ν１、第８図は第７図の爾−■ｌｌｌｌ面断面図９図は
本発明によるアレイタイプ超音波探触子の実施例を示″
１丁向図、第１０図は第９図のπｉ１１面図、第１１図
は第９図の一部断面正面図である。」吉泪止する。 （３）、第５図及び第７図を別紙の：Ｉ［１に］正する
。 −以十一 第５図 ■１ （自発）手続補市書 昭和５８（Ｉ・１月１０「１ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５７年持重、′Ｉ願第１５４７８１　日車１−１と
の関１系　　特１：′１出Ｅ１１１人東京都中央区日本
橋堀留町壱丁目九γ１拾壱号（１１０）呉羽化学工朶株
式会社 ６、補正により増加す′る発明の数 ８、補正の内容 （１）、特許請求の範囲全別紙の通り＝１正する。 （２）、明細書第６頁１７行目「及びＪ　’ｋ　ｒ又は
」に訂正する。 （３）、同第５頁１６行目［−第４図に・・・・・・・
・・・・・・・・示す。］奮削除する。 （４）、同第６頁８〜１７行目［−第５図・・・・・・
・・・・・・・・・してもよい。」全削除する。 （５）、同頁１８行目［第６図・・・・・・・・・・・
・・・第２の］を［−第５図、第６Ａ図及び第６Ｂ図は
上述の」と訂正する。 （０）、同第７自２行目１第７図ｆ３　Ｊ會Ｖ第６１３
図４に訂正する。 （７）、同頁５行月［第７図ＡＪを１第６Ａ図］に訂正
する。 （８）、同頁１１〜１２行目１−第７図ＢＪ奮「第６Ｂ
図」に４止する。 （９）、同貞１５行目１第６図」奮［第５図」ににＪ止
する。 （１０）、同頁１８行目「第８，９図」會「第７．８図
」に訂正する。 （Ｌ臥第８頁９．１６行目「又は第５図４１削除する。 α２）、　第９頁８行目ｒ　第１０〜１２図Ｊ　ｋ　［
第９〜１１図ｊと訂正する。 〇３）、第１０員４行目Ｆ第５図」を１第４図」に訂正
する。 側、同頁６〜７行目［溝００）・・・・・・・・・・・
・・・・巻回される。」を［溝００）上で重ねられ、前
記非対向電極部（１Ｂ）が溝ａＯＹ上で重ねられる。」
とｆｌ正する。 （１５）、同頁２０行目「される。」ヲ［される。尚、
基体（４）の突起（９）　（９）’は省略してもよい。 その場合は巻回される圧電フィルム（１）は、基体の１
〕と同様の広巾とすることができる。またその場合は圧
電、フィルム（１）の表面の電極は、巻回される方向に
平行な多数の帯状とし２、相互の帯状電極は一定間隔を
以て隔っているように形成される。」と訂正する。 ０６）、同第１２頁２〜１１行目［第４図・・・・・・
・・・・・である。」ｔ［第４図は本発明による圧電フ
ィルムの実施例を示す斜視図、第５図は上記圧電フィル
ムの平面図、第６Ａ図及び第６Ｂ図は第５図のＷＩＡ−
■ＩＡ線及びＷＢ・−Ｖｌｌｆ３糾断面図、第７図は本
発明による探触子の実施例を示す平面図、第８図は第７
図のｊｉｔ１面図、第９図Ｖ」２本発明ＶＣよるアレイ
タイプ超音波探触子の実施例ケ示１平面図、第１０図り
、第９図の側面図、第１１図は第９図の一部断面正面図
である。ｌと８１正する。 （１７）、別紙の；ＩＩｌす、第５図を削除すると共に
、第７〜１２同音大々第６Ａ図、第６Ｂ図、第７図、第
１３図、第９図、第１Ｕ図及び第１１図に訂正する。 −以上− ２、特許請求の範囲 １、高分子圧電膜の表裏両面に電極金形成し、この際、
表裏の電極の一部の大部分が上記圧電膜を介して互いに
対向する対向電極部と、表裏の電極の上記一部と異なる
一部の大部分が上記圧電膜交互に連続的に形成されるよ
うに成し、上記対向電極部どうＩ７が重ね合せられると
共に上記非対向電極部どうしが重ね合せられるように上
記圧電膜全基体の周囲に偶数層に巻回して成る超音波探
触子。 ２、上記基体に反射板金設け、この茂躬板の上に上記対
向電極部を設けて成るｌ特許請求の範囲第１項記載の超
音波探触子。 ６、上記巻回によυ重ね合わされた」二記対向電極部全
上記基体の表面に複数個配列して成る特許請求の範囲第
１項または第２項記載の超音波探触子０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高分子圧電膜の表裏両面に電極を形成し、この際、
   表裏の１１℃極の一部の大部分が」二記圧電膜を介して
   互いに対向する対向電極部と、表裏の電極の一ヒ記一部
   と異る一部の大部分が上ｉ１〕圧電膜を介して互いに離
   れている非対向電極部とが交互に連続的に形成されるよ
   うに成し、上記対向電極部どうしが取ね合せられると共
   に上記非対向Ｘ　４ｉ部ちも どうしか重ね合せられるように上槍圧電膜を基体の周囲
   に偶数層に巻回して成る超り一波砕触子。 ２、上記基体に反射板を設り、この反射板の上に上記対
   向電極部を設けて成る・Ｉ’ｌ’πＦ請求の範囲第１項
   記載の超音波探触子。 ６、上記巻回？こよ、！７招ね合わされた上記対向電極
   部を」二記基体の表面に複数個配列して成る特許請求の
   範囲ｒ［１，ｉ貝または第２項記載の超音波探触子。