单层压电片型超声波探头及其制造方法_3

文档序号:8908264阅读:来源:国知局
到最大,即使是比值低于0. 8时或者超过1. 2时,发送声压 低于最大值。
[0064] 然后,将压电体层7的厚度Tl与振动板10的厚度T2的比率保持为1:0. 8~1. 2, 通过FEM(有限要素法)模拟测定了在40~IOOym的范围内对基板1的开口 9的直径D2 进行各种变化时的压电体层7的厚度Tl与发送声压的关系,得到了如图7所示的结果。另 外,图7的纵轴表示被标准化的发送声压的值,例如标准值500~600相当于约IOOkPa的 声压。
[0065] 可知在开口 9的直径D2越大时,示出发送声压的峰值的压电体层7的厚度Tl越 大。例如,开口 9的直径D2 = 50 μπι时的发送声压在压电体层7的厚度Tl = 4 μπι左右时 示出峰值,开口 9的直径D2 = 80 μπι时的发送声压在压电体层7的厚度Tl = 9 μπι左右时 示出峰值。
[0066] 另外,得知各个开口 9的直径D2的发送声压的峰值在开口 9的直径D2 = 50 μ m 时达到最大,在直径D2小于50 μm时大于50 μm时都缓慢下降。例如,开口 9的直径D2 = 50 μ m时的发送声压具有超过标准值500的峰值,在达到开口 9的直径D2 = 100 μ m时,只 能得到标准值200左右的峰值。
[0067] 在此,通过在实验中确认图7的纵轴所示的发送声压的标准值与探头的性能等级 的关系,可知能够按照以下的表1所示,按照发送声压的标准值将探头划分为评价AA~评 价D这五档。
[0068] [表 1]
[0069] 表 1
[0070]
[0071] ~即,在发送声压的标准值为400以上的情况下,作为超声波诊断装置的探头具有 高性能等级,设为评价AA,在发送声压的标准值为300以上且小于400的情况下,作为超声 波诊断装置的探头具有实用等级,将其设为评价A。在发送声压的标准值为200以上且小于 300的情况下,对于简易的超声波图像用途具有可用等级,将其设为评价B。
[0072] 与此相对,在发送声压的标准值小于200时,将难以得到能够实用的超声波图像, 在发送声压的标准值为100以上且小于200的情况下,对于感测用途具有可用等级,将其设 为评价C,在发送声压的标准值小于100时,对于感测用途也是在可用等级以下,将其设为 评价D。
[0073] 根据图7的曲线图,在读取针对开口 9的直径D2与压电体层7的厚度Tl的各种 组合的发送声压的标准值时,能够得到如下面的表2及表3所示的评价结果。
[0074] [表 2]
[0075]
[0076] [表 3]
[0077]
[0078] 根据该评价结果可知,作为开口 9的直径D2与压电体层7的厚度Tl的组合,设定 成在 D2 = 40 μ m 时 Tl = 1 ~5 μ m,在 D2 = 50 μ m 时 Tl = 1 ~7 μ m,在 D2 = 60 μ m 时 Tl = 2~9ym,;iihD2 = 7Oym0\|'Tl=4~lOym,;iihD2 = 8Oym0\|'Tl = 6~lOym, 于AA、A及B中的任意一项,能够取得可用等级以上的超声波图像。
[0079] 另外,在图7中示出针对压电体层7的厚度Tl = 1~9μπι的发送声压,绘制了针 对压电体层7的厚度Tl = 10 ym的测定点,但是根据针对各个开口 9的直径D2的特性曲线 可以预计到,D2 = 70 μ m时及Tl = 10 μ m时的发送声压、和D2 = 80 μ m时及Tl = 10 μ m 时的发送声压都超过标准值200。因此,D2 = 70 μ m、Tl = 10 μ m以及D2 = 80 μ m、Tl = 10 μ m的组合都被纳入到上述的能够取得可用等级以上的超声波图像的组合中。
[0080] 另外,如果设定成在D2 = 40μπι时Tl = 2~3μπι,在D2 = 50μπι时Tl = 1~ 6ym, (602 = ΘΟμπιΒ^ΤΙ = 4~8μηι, (602 = ?ΟμπιΒ^ΤΙ = 5~9μηι, (6 02 = 80 μηι 时Tl = 9 μ m,则都能够得到评价AA或者评价Α,作为超声波诊断装置的探头属于高性能等 级或者可用等级。
[0081] 另外,在喷墨打印机等使用的压电元件中,虽然已经公知在振动板上形成压电体 的构造体,但是通常振动板的直径大大超过100 μ m,图7所示的使用直径100 μ m以下的振 动板的超声波发送用的元件构造与声压的关系只有根据本申请发明的研宄才得以判明。在 振动板的直径IOOym以下时,能够得到超声波诊断装置可以应用的较大的声压的构造已 经明确。
[0082] 另外,为了研宄被覆层4使用的有机树脂材料,图8示出了肖氏A硬度的两种不同 的有机树脂的残留振动波形。图8(A)是针对肖氏A硬度100以上的有机树脂Rl (EP0TEK公 司制造的环氧树脂302-2FL)的波形图,图8 (B)是针对肖氏A硬度62的有机树脂R2 (EP0TEK 公司制造的环氧树脂301M)的波形图。将这些有机树脂Rl和R2进行比较,在具有较大的 肖氏A硬度的有机树脂Rl中残留振动长时间地残存,在具有较小的肖氏A硬度的有机树脂 R2中残留振动在短时间内衰减。
[0083] 当在较大的残留振动残存的定时进行下一个超声波的发送时,将导致发送光束的 波面紊乱,难以实现高精度的超声波诊断。假设将超声波的发送频率设为IOMHz时,周期为 0. 1 μ s。期望在该周期程度的时间内使残留振动衰减某种程度。
[0084] 通过求出相对于残留振动的最大峰值电压值为10%以上的电压强度的波数Ν,在 图8 (A)所示的有机树脂Rl中,N = 16波,在图8 (B)所示的有机树脂R2中,N = 8波。同 样,在对肖氏A硬度57的硅树脂求出波数N时,N = 7波。表示包括该硅树脂在内的有机 树脂的肖氏A硬度的值与波数N的关系如图9的曲线图所示。另外,没有被覆层4的单层 压电片型探头从其构造讲理想状态是具有3波的残留振动,因而在图9中绘制出相对于肖 氏A硬度0的波数N = 3。存在这种倾向:肖氏A硬度越大的树脂材料,相对于残留振动的 最大峰值电压值为10%以上的电压强度的波数N越大。
[0085] 在此,如图8(A)所示的有机树脂Rl所示,相对于残留振动的最大峰值电压值为 10%以上的电压强度的波数N超过10波的有机树脂材料,有可能无法设定适合于超声波诊 断的频率频带,不适合作为被覆层4的材料。
[0086] 另一方面,如图8 (B)所不的有机树脂R2所不,如果使用相对于残留振动的最大峰 值电压值为10%以上的电压强度的波数N为10波以下的有机树脂材料作为被覆层4,则能 够设定足以得到超声波诊断的频率频带。从图9读取这种树脂材料,肖氏A硬度达到75以 下。
[0087] 因此,在本发明中,被覆层4的材料使用肖氏A硬度75以下的有机树脂。
[0088] 通过用这样的被覆层4覆盖所有的压电元件部5,能够机械地保护压电元件部5, 而且以适合于超声波诊断的MHz频带驱动单层压电片型超声波探头,并执行高精度的超声 波诊断。
[0089] 另外,作为被覆层4而使用的有机树脂材料的肖氏A硬度的下限值没有特殊限定, 例如只要在肖氏A硬度20左右以上,就能够充分保护压电元件部5,防止在压电元件部5的 层之间产生剥离。
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