Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7747481B2 - Ultrasound probe - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7747481B2 - Ultrasound probe - Google Patents

Ultrasound probe

Info

Publication number
JP7747481B2
JP7747481B2 JP2021168748A JP2021168748A JP7747481B2 JP 7747481 B2 JP7747481 B2 JP 7747481B2 JP 2021168748 A JP2021168748 A JP 2021168748A JP 2021168748 A JP2021168748 A JP 2021168748A JP 7747481 B2 JP7747481 B2 JP 7747481B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
liquid
ultrasonic
acoustic
ultrasonic probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021168748A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023058937A (en
Inventor
崇 笠島
広大 横山
遼 鈴木
諭 鈴木
彰大 千藤
祐輔 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2021168748A priority Critical patent/JP7747481B2/en
Publication of JP2023058937A publication Critical patent/JP2023058937A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7747481B2 publication Critical patent/JP7747481B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、超音波プローブに関する。 The present invention relates to an ultrasound probe.

特許文献1には、超音波プローブの一例が開示されている。特許文献1に開示される超音波プローブは、超音波探触子と音響放射窓との間に超音波伝達媒体が充満され、超音波伝達媒体としてオイルが用いられる。 Patent Document 1 discloses an example of an ultrasonic probe. The ultrasonic probe disclosed in Patent Document 1 has an ultrasonic transmission medium filled between the ultrasonic probe and the acoustic radiation window, and oil is used as the ultrasonic transmission medium.

特開2002-345819号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-345819

特許文献1の技術を含む従来技術では、超音波を発生する圧電素子に対して、圧電素子で発生した超音波を伝達する音響伝達部材が接着剤や樹脂モールドなどの媒体によって固定される構成が用いられる。しかし、この構成では、媒体の起因する原因(残留応力や特性不良)によって圧電素子に不具合が生じる懸念がある。 Prior art technologies, including that of Patent Document 1, use a configuration in which an acoustic transmission member that transmits ultrasonic waves generated by a piezoelectric element is fixed to the piezoelectric element using a medium such as adhesive or a resin mold. However, with this configuration, there is a concern that problems may occur in the piezoelectric element due to causes of the medium (residual stress or poor characteristics).

本発明は、上述の事情に基づいて完成されたものであって、圧電素子と超音波放出面との間において不具合を抑えることができ、且つ超音波の減衰を抑えることができる超音波プローブを提供することを目的とする。 The present invention was developed based on the above circumstances, and aims to provide an ultrasonic probe that can reduce defects between the piezoelectric element and the ultrasonic wave emitting surface and can reduce ultrasonic wave attenuation.

本発明の一つである超音波プローブは、
超音波を発生する圧電素子と、
前記圧電素子で発生した超音波を伝達する1つ以上の音響伝達部材を有し、自身の一方側の面によって前記圧電素子を支持し、自身の他方側の面が超音波放出面とされる超音波伝達部と、
を有する超音波プローブであって、
前記圧電素子を前記音響伝達部材側に押し付ける力を生じさせる弾性部材と、
液体と、
を有し、
前記圧電素子と前記超音波放出面との間において、複数の前記音響伝達部材の間又は前記圧電素子と前記音響伝達部材との間の隙間が非接合とされ、且つ前記隙間に前記液体が介在する。
The ultrasonic probe according to the present invention is
a piezoelectric element that generates ultrasonic waves;
an ultrasonic transmission unit having one or more acoustic transmission members that transmit ultrasonic waves generated by the piezoelectric element, supporting the piezoelectric element on one side thereof and having the other side thereof serving as an ultrasonic wave emitting surface;
An ultrasound probe having
an elastic member that generates a force that presses the piezoelectric element toward the acoustic transmission member;
Liquid and
and
Between the piezoelectric element and the ultrasonic wave emitting surface, gaps between the plurality of acoustic transmission members or between the piezoelectric element and the acoustic transmission member are not joined, and the liquid is present in the gaps.

上記の超音波プローブは、複数の音響伝達部材の間又は圧電素子と音響伝達部材との間の隙間が非接合とされるため、この隙間が接着剤によって接合されることに起因する不具合(例えば、接着剤の残留応力に起因する素子割れや接着剤厚みによる特性不良等の不具合)を生じさせないようにすることができる。しかも、この隙間には、液体が介在するため、接着剤の代わりに超音波減衰率が大きい気体が介在する構成と比較して、超音波の減衰を抑えることができる。 In the ultrasonic probe described above, the gaps between multiple acoustic transmission members or between the piezoelectric element and the acoustic transmission member are not bonded, which prevents problems that would otherwise occur if these gaps were bonded with adhesive (for example, element cracking due to residual stress in the adhesive or poor performance due to adhesive thickness). Furthermore, because a liquid is present in these gaps, ultrasonic attenuation can be reduced compared to configurations in which a gas with a high ultrasonic attenuation rate is used instead of adhesive.

上記の超音波プローブにおいて、上記液体は、空気よりも超音波減衰率が小さくてもよい。 In the above ultrasonic probe, the liquid may have a lower ultrasonic attenuation rate than air.

この超音波プローブは、液体の位置に空気が存在する場合と比較して、液体の位置を通過する超音波の減衰を抑えることができる。 This ultrasonic probe reduces the attenuation of ultrasound passing through the liquid compared to when air is present at the liquid location.

上記の超音波プローブにおいて、上記液体は、上記隙間の幅よりも小さい固体粒子を含んでいてもよい。 In the above ultrasonic probe, the liquid may contain solid particles smaller than the width of the gap.

この超音波プローブは、液体と固体粒子の両方によって音響インピーダンスを調整することができるため、音響インピーダンスの適切化を図る上で有利である。 This ultrasonic probe is advantageous in optimizing acoustic impedance because it can adjust the acoustic impedance using both liquid and solid particles.

上記の超音波プローブにおいて、上記弾性部材は、導体を有し、上記圧電素子に信号を伝送する経路をなしていてもよい。 In the above-mentioned ultrasonic probe, the elastic member may have a conductor and form a path for transmitting signals to the piezoelectric element.

この超音波プローブは、弾性部材を、圧電素子を音響伝達部材側に押し付ける部材として使用するだけでなく、信号を伝送する経路として兼用することができるため、別途専用の信号伝送経路を用意する構成と比較して、部品点数の削減を図ることができる。 This ultrasonic probe uses the elastic member not only as a member that presses the piezoelectric element against the acoustic transmission member, but also as a path for transmitting signals, thereby reducing the number of parts compared to configurations that require a separate, dedicated signal transmission path.

上記の超音波プローブは、複数の上記音響伝達部材を有していてもよい。上記液体は、複数の上記音響伝達部材の間又は上記圧電素子と上記音響伝達部材との間のいずれか一の隙間に介在する第1液体と、他の隙間に介在する第2液体とを有していてもよい。上記第1液体の音響インピーダンスは、上記第2液体と異なっていてもよい。 The ultrasonic probe may have a plurality of the acoustic transmission members. The liquid may include a first liquid present in one of the gaps between the acoustic transmission members or between the piezoelectric element and the acoustic transmission member, and a second liquid present in the other gap. The acoustic impedance of the first liquid may be different from that of the second liquid.

この超音波プローブは、音響インピーダンスの異なる2種類の液体が用いられるため、液体を複数の位置にそれぞれ配置して超音波の減衰を一層抑える構成としつつ、各位置の音響インピーダンスを異ならせることができる。 This ultrasonic probe uses two types of liquid with different acoustic impedances, so the liquid can be placed at multiple locations to further reduce ultrasonic attenuation while still allowing the acoustic impedance to vary at each location.

上記の超音波プローブは、上記第1液体が収容される第1領域と上記第2液体が収容される第2領域とを仕切る仕切部を有していてもよい。上記仕切部は、上記第1領域と上記第2領域との間で上記液体が移動することを遮断する構成であってもよい。 The ultrasonic probe may have a partition separating a first region containing the first liquid from a second region containing the second liquid. The partition may be configured to block movement of the liquid between the first region and the second region.

この超音波プローブは、第1液体と第2液体とを異なる位置に配置しつつ、第1液体と第2液体とを、より確実に分離することができる。 This ultrasonic probe can more reliably separate the first liquid and the second liquid while placing the first liquid and the second liquid in different positions.

本発明の一つである超音波プローブは、圧電素子と超音波放出面との間において、接合に起因する部材間の不具合を抑えることができ、且つ超音波の減衰を抑えることができる。 The ultrasonic probe, which is one aspect of the present invention, can reduce defects between the piezoelectric element and the ultrasonic wave emitting surface caused by bonding, and can also reduce ultrasonic wave attenuation.

図1は、第1実施形態の超音波プローブを概略的に例示する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view that schematically illustrates an ultrasonic probe according to a first embodiment. 図2は、図1の超音波プローブを製造する方法の一部の工程を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating some steps of a method for manufacturing the ultrasonic probe of FIG. 図3は、図1の超音波プローブを製造する方法について、図2の工程に続く工程を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a process subsequent to the process of FIG. 2 in the method of manufacturing the ultrasonic probe of FIG. 図4は、図1の超音波プローブを製造する方法について、図3の工程に続く工程を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a process subsequent to the process of FIG. 3 in the method of manufacturing the ultrasonic probe of FIG. 図5は、変形例の超音波プローブを製造する方法の一部の工程を説明する説明図であり、図4の工程を変更した工程を例示する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating some steps of a method for manufacturing an ultrasonic probe according to a modified example, which is an explanatory diagram illustrating a modified step from the step shown in FIG. 図6は、図5の工程に続く工程を説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a step subsequent to the step in FIG. 図7は、効果を確認するための実験の装置を簡略的に示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a simplified experimental setup for confirming the effect. 図8は、効果を確認するための実験の結果を説明するグラフである。FIG. 8 is a graph illustrating the results of an experiment to confirm the effect. 図9は、第2実施形態の超音波プローブを概略的に例示する断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating an ultrasonic probe according to the second embodiment.

<第1実施形態>
1.超音波プローブPの構成
以下の説明は、第1実施形態の超音波プローブPに関する。
図1で示される第1実施形態の超音波プローブPは、医療用または産業用の超音波装置に用いられる。超音波プローブPは、超音波を送受信する。
First Embodiment
1. Configuration of Ultrasound Probe P The following description relates to the ultrasound probe P of the first embodiment.
The ultrasonic probe P of the first embodiment shown in Fig. 1 is used in a medical or industrial ultrasonic device. The ultrasonic probe P transmits and receives ultrasonic waves.

図1のように、超音波プローブPは、圧電素子10、音響整合層30、弾性部材40、支持部材50及びケース90を備える。超音波プローブPは、図示が省略された制御装置に電気的に接続され、この制御装置から電気信号を受信し得る。また、超音波プローブPは、上記制御装置に対して電気信号を送信し得る。図1の構成では、音響整合層30及びケース90が音響伝達部材の一例に相当する。 As shown in FIG. 1, the ultrasonic probe P includes a piezoelectric element 10, an acoustic matching layer 30, an elastic member 40, a support member 50, and a case 90. The ultrasonic probe P is electrically connected to a control device (not shown) and can receive electrical signals from the control device. The ultrasonic probe P can also transmit electrical signals to the control device. In the configuration of FIG. 1, the acoustic matching layer 30 and the case 90 correspond to an example of an acoustic transmission member.

以下の説明では、図1のように、圧電素子10の厚さ方向が上下方向である。圧電素子10の厚さ方向一方側が下方側であり、圧電素子10の厚さ方向他方側が上方側である。具体的には、圧電素子10に対し、弾性部材40側が上側であり、それとは反対側(図1では、音響整合層30側)が下側である。図1には、超音波プローブPを中心軸線Xに沿って切断した断面が概略的に示される。 In the following description, as shown in Figure 1, the thickness direction of the piezoelectric element 10 is the up-down direction. One side of the thickness direction of the piezoelectric element 10 is the lower side, and the other side of the thickness direction of the piezoelectric element 10 is the upper side. Specifically, with respect to the piezoelectric element 10, the elastic member 40 side is the upper side, and the opposite side (the acoustic matching layer 30 side in Figure 1) is the lower side. Figure 1 shows a schematic cross section of the ultrasonic probe P cut along the central axis X.

圧電素子10は、超音波を発生させる素子である。圧電素子10は、圧電体14と第1導電層11と第2導電層12とを有する。圧電素子10は、所定の厚さの板状をなす。圧電素子10は、中心軸線Xを中心とする円柱状であり、より詳しくは円板状である。圧電素子10は、上面11Aの外縁及び下面12Bの外縁がいずれも円形であり且つ外周面が円筒面である。 The piezoelectric element 10 is an element that generates ultrasonic waves. The piezoelectric element 10 has a piezoelectric body 14, a first conductive layer 11, and a second conductive layer 12. The piezoelectric element 10 is plate-shaped with a predetermined thickness. The piezoelectric element 10 is cylindrical, more specifically, disk-shaped, with the central axis X as its center. The outer edges of the upper surface 11A and the lower surface 12B of the piezoelectric element 10 are both circular, and the outer circumferential surface is cylindrical.

圧電体14は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる。圧電体14は、所定の厚さの円板状をなす。 The piezoelectric element 14 is made of PZT (lead zirconate titanate) or similar material. The piezoelectric element 14 is in the shape of a disk with a predetermined thickness.

第1導電層11は、圧電体14の一方側の板面(上面)に配置される。第2導電層12は、圧電体14の他方側の板面(下面)に配置される。第1導電層11及び第2導電層12は、金又は銀、銅、錫等の蒸着、メッキ、スパッタリング、ペーストの印刷、焼付け等によって形成された導電性を有する電極層である。第1導電層11は、圧電体14の上面の全体を覆う構成で配置される。第2導電層12は、圧電体14の下面の全体を覆う構成で配置される。第1導電層11の上面11Aと第2導電層12の下面12Bは、平行である。これら上面11A及び下面12Bは、いずれも中心軸線Xに対して直交する面である。 The first conductive layer 11 is disposed on one surface (top surface) of the piezoelectric body 14. The second conductive layer 12 is disposed on the other surface (bottom surface) of the piezoelectric body 14. The first conductive layer 11 and the second conductive layer 12 are conductive electrode layers formed by vapor deposition, plating, sputtering, paste printing, baking, or other methods of depositing gold, silver, copper, tin, or the like. The first conductive layer 11 is disposed so as to cover the entire top surface of the piezoelectric body 14. The second conductive layer 12 is disposed so as to cover the entire bottom surface of the piezoelectric body 14. The top surface 11A of the first conductive layer 11 and the bottom surface 12B of the second conductive layer 12 are parallel. Both the top surface 11A and the bottom surface 12B are perpendicular to the central axis X.

第1導電層11は、圧電素子10の上面側の第1電極である。第1導電層11の上面11Aは、圧電素子10の一方の主面(上面)である。第1導電層11は、図示されていない導電性部材によって弾性部材40に電気的に接続される。第1導電層11は、弾性部材40を介して図示されていない基板に電気的に接続され、この基板との間で信号の伝達を行う。例えば、第1導電層11には、弾性部材40に印加される電圧と同一の電圧が印加される。 The first conductive layer 11 is the first electrode on the upper surface side of the piezoelectric element 10. The upper surface 11A of the first conductive layer 11 is one of the main surfaces (upper surface) of the piezoelectric element 10. The first conductive layer 11 is electrically connected to the elastic member 40 by a conductive member (not shown). The first conductive layer 11 is electrically connected to a substrate (not shown) via the elastic member 40, and transmits signals between this substrate. For example, the same voltage as that applied to the elastic member 40 is applied to the first conductive layer 11.

第2導電層12は、圧電素子10の下面側の第2電極である。第2導電層12の下面12Bは、圧電素子10の他方の主面(下面)である。圧電素子10は、音響整合層30の上に載置される。第2導電層12の下面12Bは、後述される液体70を介在させた構成で、音響整合層30の上面によって支持される。第2導電層12は、図示されていない導電性部材を介して上記基板に電気的に接続され、この基板との間で信号の伝達を行う。例えば、第2導電層12には、上記導電性部材に印加される電圧と同一の電圧が印加される。 The second conductive layer 12 is a second electrode on the underside of the piezoelectric element 10. The underside 12B of the second conductive layer 12 is the other main surface (bottom surface) of the piezoelectric element 10. The piezoelectric element 10 is placed on the acoustic matching layer 30. The underside 12B of the second conductive layer 12 is supported by the upper surface of the acoustic matching layer 30, with a liquid 70 (described below) interposed therebetween. The second conductive layer 12 is electrically connected to the substrate via a conductive member (not shown), and transmits signals between the second conductive layer 12 and the substrate. For example, the same voltage as that applied to the conductive member is applied to the second conductive layer 12.

圧電素子10は、第1導電層11及び第2導電層12を介して図示が省略された制御装置に対して電気信号を送信する動作を行い得る。更に、圧電素子10は、上記制御装置からの電気信号を受信する動作を行い得る。圧電素子10は、第1導電層11と第2導電層12との間に交流電圧が印加されることに応じて超音波を発生させる。 The piezoelectric element 10 can transmit an electrical signal to a control device (not shown) via the first conductive layer 11 and the second conductive layer 12. Furthermore, the piezoelectric element 10 can receive an electrical signal from the control device. The piezoelectric element 10 generates ultrasonic waves in response to an AC voltage being applied between the first conductive layer 11 and the second conductive layer 12.

圧電素子10の下方側には、超音波伝達部20が設けられる。超音波伝達部20は、圧電素子10で発生した超音波を伝達する1つ以上の音響伝達部材を有してなるものである。図1の例では、複数の音響伝達部材(音響整合層30及び底壁92A)が超音波伝達部20を構成する。超音波伝達部20は、自身の一方側の面である音響整合層30の上面30Aによって圧電素子10を支持し、自身の他方側の面である底壁92Aの下面(より具体的には、レンズ部96の下面96A)が超音波放出面とされる。 An ultrasonic transmission unit 20 is provided below the piezoelectric element 10. The ultrasonic transmission unit 20 includes one or more acoustic transmission members that transmit the ultrasonic waves generated by the piezoelectric element 10. In the example of FIG. 1, multiple acoustic transmission members (acoustic matching layer 30 and bottom wall 92A) make up the ultrasonic transmission unit 20. The ultrasonic transmission unit 20 supports the piezoelectric element 10 with one of its surfaces, the upper surface 30A of the acoustic matching layer 30, and its other surface, the lower surface of the bottom wall 92A (more specifically, the lower surface 96A of the lens portion 96), serves as the ultrasonic wave emission surface.

音響整合層30は、圧電素子10で発生する超音波を伝達する部材である。音響整合層30は、圧電素子10の下方側に配置され、上下方向において圧電素子10と底壁92Aとの間に挟まれている。音響整合層30は、円板状である。音響整合層30の上面30Aは、圧電素子10の下面12Bを支持する支持面であり、圧電素子10を下方側から支える支持面である。音響整合層30の下面30Bは、底壁92Aによって下方側から支えられる面である。音響整合層30の音響インピーダンスは、圧電素子10の音響インピーダンスの大きさと、音響レンズとして機能する底壁92Aの音響インピーダンスの大きさとの間の中間の大きさである。 The acoustic matching layer 30 is a member that transmits ultrasonic waves generated by the piezoelectric element 10. The acoustic matching layer 30 is disposed below the piezoelectric element 10 and is sandwiched between the piezoelectric element 10 and the bottom wall 92A in the vertical direction. The acoustic matching layer 30 is disk-shaped. The upper surface 30A of the acoustic matching layer 30 is a support surface that supports the lower surface 12B of the piezoelectric element 10 and supports the piezoelectric element 10 from below. The lower surface 30B of the acoustic matching layer 30 is a surface that is supported from below by the bottom wall 92A. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 30 is intermediate between the acoustic impedance of the piezoelectric element 10 and the acoustic impedance of the bottom wall 92A, which functions as an acoustic lens.

音響整合層30は、中心軸線Xを中心とする円柱状である。音響整合層30の上面30A及び下面30Bはいずれも、平坦面である。音響整合層30の上面30A及び下面30Bのいずれの外縁も、中心軸線Xを中心とする円形である。音響整合層30は、ケース90に対する中心軸線Xと直交する平面方向の相対位置が周壁92Bの内周面によって規定されている。音響整合層30は、周壁92Bによって囲まれているため、上記平面方向の相対移動が規制され、上記平面方向に大きく位置ずれしないようになっている。音響整合層30及び圧電素子10は、中心軸線Xを中心とする同軸の位置関係で積層される。超音波プローブPは、底壁92Aと圧電素子10との間に音響整合層30が介在する構成であるため、超音波が底壁92Aへ効率良く伝播される。 The acoustic matching layer 30 is cylindrical and centered on the central axis X. Both the top surface 30A and the bottom surface 30B of the acoustic matching layer 30 are flat. The outer edges of both the top surface 30A and the bottom surface 30B of the acoustic matching layer 30 are circular and centered on the central axis X. The relative position of the acoustic matching layer 30 in a planar direction perpendicular to the central axis X with respect to the case 90 is determined by the inner surface of the peripheral wall 92B. Because the acoustic matching layer 30 is surrounded by the peripheral wall 92B, relative movement in the planar direction is restricted, preventing significant positional deviation in the planar direction. The acoustic matching layer 30 and the piezoelectric element 10 are stacked in a coaxial positional relationship centered on the central axis X. Because the ultrasonic probe P is configured such that the acoustic matching layer 30 is interposed between the bottom wall 92A and the piezoelectric element 10, ultrasonic waves are efficiently propagated to the bottom wall 92A.

ケース90は、下側ケース体92と上側ケース体94とを有する。ケース90は、例えば樹脂材料によって構成される。ケース90の内部には、圧電素子10、音響整合層30、弾性部材40、支持部材50、液体70などが収容されている。 The case 90 has a lower case body 92 and an upper case body 94. The case 90 is made of, for example, a resin material. The inside of the case 90 contains the piezoelectric element 10, the acoustic matching layer 30, the elastic member 40, the support member 50, the liquid 70, etc.

下側ケース体92は、底壁92A及び周壁92Bを有する。底壁92A及び周壁92Bは、例えば同一の材料によって一体に形成されている。底壁92Aは、略円板状であり、上側又は下側から見ると外縁が円形状をなしている。底壁92Aは、ケース90の下面の全体を塞いでいる。底壁92Aの上面は、音響整合層30を下側から支えるように音響整合層30を支持する支持面である。底壁92Aの下面は、超音波プローブPの外側に露出する外面である。周壁92Bは、底壁92Aの外縁部の全周に亘って連結され、底壁92Aから上方に立ち上がる構成をなす。周壁92Bは、円筒状をなす。図1の例では、周壁92Bは、中心軸線Xを中心とする円筒である。周壁92Bの上端部は、開放した構成をなし、円形状の開口部として構成されている。周壁92Bの内周面は、音響整合層30の外周面を囲む面である。図1の構成では、周壁92Bの内側に音響整合層30が嵌り込んだ構成をなす。周壁92Bの内周面及び外周面はいずれも、中心軸線Xを中心とする円筒面である。 The lower case body 92 has a bottom wall 92A and a peripheral wall 92B. The bottom wall 92A and the peripheral wall 92B are integrally formed, for example, from the same material. The bottom wall 92A is generally disk-shaped, and its outer edge is circular when viewed from above or below. The bottom wall 92A covers the entire lower surface of the case 90. The upper surface of the bottom wall 92A is a support surface that supports the acoustic matching layer 30 from below. The lower surface of the bottom wall 92A is the outer surface exposed to the outside of the ultrasonic probe P. The peripheral wall 92B is connected around the entire outer edge of the bottom wall 92A and rises upward from the bottom wall 92A. The peripheral wall 92B is cylindrical. In the example of FIG. 1, the peripheral wall 92B is a cylinder centered on the central axis X. The upper end of the peripheral wall 92B is open, forming a circular opening. The inner surface of the peripheral wall 92B surrounds the outer surface of the acoustic matching layer 30. In the configuration shown in FIG. 1, the acoustic matching layer 30 is fitted inside the peripheral wall 92B. Both the inner and outer surfaces of the peripheral wall 92B are cylindrical surfaces centered on the central axis X.

ケース90の底壁92Aの一部をなすレンズ部96は、超音波を集束する音響レンズである。レンズ部96の下面96Aは、湾曲面であり、底壁92Aの下面の一部をなす。レンズ部96の上面は、平坦面であり、底壁92Aの上面の一部をなす。レンズ部96の外縁(下面96A(湾曲面)の外縁)は、中心軸線Xを中心とする円形である。レンズ部96と音響整合層30は、中心軸線Xを中心とする同軸の位置関係で積層される。 The lens portion 96, which forms part of the bottom wall 92A of the case 90, is an acoustic lens that focuses ultrasonic waves. The lower surface 96A of the lens portion 96 is a curved surface and forms part of the lower surface of the bottom wall 92A. The upper surface of the lens portion 96 is a flat surface and forms part of the upper surface of the bottom wall 92A. The outer edge of the lens portion 96 (the outer edge of the lower surface 96A (curved surface)) is circular, with its center at the central axis X. The lens portion 96 and the acoustic matching layer 30 are stacked in a coaxial positional relationship, with their center at the central axis X.

上側ケース体94は、下側ケース体92の上端部の開口を塞ぐ蓋部として機能する。上側ケース体94は、上壁94Aと周壁94Bとを有する。上壁94A及び周壁94Bは、例えば同一の材料によって一体に形成されている。上壁94Aは、略円板状である。上壁94Aは、ケース90の上面の全体を塞いでいる。上壁94Aの下面は、弾性部材40を上方側から支える支持面である。上壁94Aの下面は、弾性部材40によって上方側に押される。周壁94Bは、上壁94Aの外縁部の全周に亘って連結され、上壁94Aから下方に立ち下がる構成をなす。周壁94Bは、円筒状をなす。周壁94Bの下端部は、開放した構成をなし、円形状の開口部として構成されている。周壁94Bの内周面及び外周面はいずれも、中心軸線Xを中心とする円筒面である。周壁94Bの内周部は、内径が相対的に小さい第1内周部98と、第1内周部98よりも内径が大きい第2内周部99とを有する。第1内周部98は、第2内周部99の上側に配置される。第1内周部98の内周面98Aと第2内周部99の内周面99Aは、段差状をなす。 The upper case body 94 functions as a lid that closes the opening at the upper end of the lower case body 92. The upper case body 94 has an upper wall 94A and a peripheral wall 94B. The upper wall 94A and the peripheral wall 94B are integrally formed, for example, from the same material. The upper wall 94A is generally disk-shaped. The upper wall 94A covers the entire upper surface of the case 90. The lower surface of the upper wall 94A is a support surface that supports the elastic member 40 from above. The lower surface of the upper wall 94A is pressed upward by the elastic member 40. The peripheral wall 94B is connected around the entire outer edge of the upper wall 94A and extends downward from the upper wall 94A. The peripheral wall 94B is cylindrical. The lower end of the peripheral wall 94B is open, forming a circular opening. Both the inner and outer circumferential surfaces of the peripheral wall 94B are cylindrical surfaces centered on the central axis X. The inner circumferential portion of the peripheral wall 94B has a first inner circumferential portion 98 with a relatively small inner diameter and a second inner circumferential portion 99 with a larger inner diameter than the first inner circumferential portion 98. The first inner circumferential portion 98 is positioned above the second inner circumferential portion 99. The inner circumferential surface 98A of the first inner circumferential portion 98 and the inner circumferential surface 99A of the second inner circumferential portion 99 form a step.

第1内周部98の内周面98Aは、中心軸線Xを中心とする円筒面である。図1の構成では、第1内周部98の内側に支持部材50の嵌合部52が嵌り合った構成をなす。第1内周部98は、嵌合部52の移動方向を規制する内壁部である。第1内周部98は、嵌合部52が中心軸線Xと直交する平面方向に移動しないように嵌合部52の周りを囲み、嵌合部52が中心軸線Xの方向に沿って上下動することを許容するように上下の通路を構成する。 The inner circumferential surface 98A of the first inner circumferential portion 98 is a cylindrical surface centered on the central axis X. In the configuration shown in Figure 1, the mating portion 52 of the support member 50 is fitted inside the first inner circumferential portion 98. The first inner circumferential portion 98 is an inner wall portion that restricts the movement direction of the mating portion 52. The first inner circumferential portion 98 surrounds the mating portion 52 to prevent the mating portion 52 from moving in a plane perpendicular to the central axis X, and forms an up and down passage that allows the mating portion 52 to move up and down along the direction of the central axis X.

第2内周部99の内周面99Aは、中心軸線Xを中心とする円筒面である。図1の構成では、第2内周部99の内側に周壁92Bが嵌り合った構成をなす。第2内周部99と周壁92Bとの間は密封される。 The inner surface 99A of the second inner circumferential portion 99 is a cylindrical surface centered on the central axis X. In the configuration shown in Figure 1, the circumferential wall 92B fits inside the second inner circumferential portion 99. The gap between the second inner circumferential portion 99 and the circumferential wall 92B is sealed.

支持部材50は、圧電素子10を上側から押さえる部材である。支持部材50は、例えば樹脂材料によって構成される。支持部材50は、嵌合部52と、嵌合部52の下方側に配置される押圧部54と、を備える。嵌合部52と押圧部54は、一体的に構成される。 The support member 50 is a member that presses the piezoelectric element 10 from above. The support member 50 is made of, for example, a resin material. The support member 50 has a fitting portion 52 and a pressing portion 54 that is positioned below the fitting portion 52. The fitting portion 52 and the pressing portion 54 are integrally formed.

嵌合部52は、円筒状に構成される。図1の例では、嵌合部52は、中心軸線Xを中心とする円筒である。嵌合部52は、第1内周部98と嵌まり合った状態で上下に摺動し得る。嵌合部52の内側の空間には、弾性部材40の一部が配置される。嵌合部52と第1内周部98とが嵌り合っているため、支持部材50は、ケース90に対して中心軸線Xと直交する方向に相対移動することが許容されず、ケース90に対し中心軸線Xに沿った方向の相対移動のみが許容される。 The fitting portion 52 is cylindrical. In the example shown in Figure 1, the fitting portion 52 is a cylinder centered on the central axis X. The fitting portion 52 can slide up and down while fitted with the first inner peripheral portion 98. A portion of the elastic member 40 is disposed in the space inside the fitting portion 52. Because the fitting portion 52 and the first inner peripheral portion 98 are fitted together, the support member 50 is not permitted to move relative to the case 90 in a direction perpendicular to the central axis X, and is only permitted to move relative to the case 90 in a direction along the central axis X.

押圧部54は、嵌合部52の下端部を塞ぐように配置される。即ち、嵌合部52の内側の空間は、押圧部54によって塞がれている。押圧部54において嵌合部52の内側に配置される上面54Aは、弾性部材40を下方側から支える支持面である。押圧部54の上面54Aは、弾性部材40の弾性力に基づく押圧を受け、弾性部材40によって下方側に押される。押圧部54は、例えば、円柱状に構成され、嵌合部52よりも下方側に突出した構成をなす。押圧部54の外周面54Bは、中心軸線Xを中心とする円筒面である。押圧部54の外周面54Bの径(外径)は、第1内周部98及び第2内周部99の内径よりも小さく、周壁92Bの内径よりも小さい。押圧部54の外周面54Bと周壁92Bの内周面との間には、空間が構成されており、この空間には後述の液体70の一部が収容されている。 The pressing portion 54 is positioned to block the lower end of the fitting portion 52. In other words, the space inside the fitting portion 52 is blocked by the pressing portion 54. The upper surface 54A of the pressing portion 54, which is positioned inside the fitting portion 52, is a support surface that supports the elastic member 40 from below. The upper surface 54A of the pressing portion 54 is pressed downward by the elastic member 40 due to the elastic force of the elastic member 40. The pressing portion 54 is, for example, cylindrical and protrudes downward beyond the fitting portion 52. The outer peripheral surface 54B of the pressing portion 54 is a cylindrical surface centered on the central axis X. The diameter (outer diameter) of the outer peripheral surface 54B of the pressing portion 54 is smaller than the inner diameters of the first inner peripheral portion 98 and the second inner peripheral portion 99 and is smaller than the inner diameter of the peripheral wall 92B. A space is formed between the outer peripheral surface 54B of the pressing portion 54 and the inner peripheral surface of the peripheral wall 92B, and this space contains a portion of the liquid 70 described below.

押圧部54の下端部には、圧電素子10の移動を規制しつつ圧電素子10を抑える規制部56が設けられている。規制部56は、環状部56Aと押圧部56Bとを備える。環状部56Aは、圧電素子10の上端部付近の周囲に配置され、圧電素子10の上端部付近の外周面を囲むように配置される。環状部56Aは、圧電素子10の一部(少なくとも上端部を含む一部)と嵌まり合い、圧電素子10が中心軸線Xと直交する平面方向に移動しないように規制する。押圧部56Bは、圧電素子10の上面11Aにおける外縁部付近を下方側に向かって押すように環状に配置される。押圧部54は、弾性部材40によって下方側に付勢され、弾性部材40によって下向きに継続的に押され続ける。従って、押圧部56Bには、上面11Aの外縁部付近を下方側に向かって継続的に押す力が生じ続け、圧電素子10を上側から押さえ続ける。但し、衝撃や応力などによって押圧部54に上向きに力が加わった場合、この力を吸収又は逃がすように支持部材50が弾性部材40の付勢に抗して上側に移動することは許容される。 The lower end of the pressing portion 54 is provided with a restricting portion 56 that holds down the piezoelectric element 10 while restricting its movement. The restricting portion 56 includes an annular portion 56A and a pressing portion 56B. The annular portion 56A is disposed around the vicinity of the upper end of the piezoelectric element 10, surrounding the outer circumferential surface of the piezoelectric element 10 near the upper end. The annular portion 56A engages with a portion of the piezoelectric element 10 (at least a portion including the upper end) and restricts movement of the piezoelectric element 10 in a plane perpendicular to the central axis X. The pressing portion 56B is annularly disposed so as to press downward near the outer edge of the upper surface 11A of the piezoelectric element 10. The pressing portion 54 is biased downward by the elastic member 40 and is continuously pressed downward by the elastic member 40. Therefore, a force that continuously presses downward near the outer edge of the upper surface 11A of the piezoelectric element 10 is continuously generated in the pressing portion 56B, thereby continuously pressing the piezoelectric element 10 from above. However, if an upward force is applied to the pressing portion 54 due to impact or stress, the support member 50 is allowed to move upward against the bias of the elastic member 40 to absorb or release this force.

弾性部材40は、圧電素子10を音響伝達部材側に押し付ける力を生じさせる部材である。弾性部材40は、中心軸線Xの周りに巻き回された構成をなすコイルばねを有する。弾性部材40は、圧縮ばねとして機能する。弾性部材40は、自身が収縮した状態で上壁94Aの下面と押圧部54の上面54Aとの間に挟まれて配置される。弾性部材40は、自身の下端部が押圧部54の上面54Aに接触し、自身の弾性力に基づいて自身の下端部が押圧部54を下方側に継続的に押し続ける。従って、押圧部54には、圧電素子10の上面を下方側に押す力が継続的に生じる。弾性部材40は、導体を有する。図1の構成では、弾性部材40の全体が導電性弾性材料などの導体によって構成されている。弾性部材40は、第1導電層11に電気的に接続され、圧電素子10に信号を伝送する経路をなしている。 The elastic member 40 generates a force that presses the piezoelectric element 10 toward the acoustic transmission member. The elastic member 40 has a coil spring wound around the central axis X. The elastic member 40 functions as a compression spring. When the elastic member 40 is contracted, it is sandwiched between the lower surface of the upper wall 94A and the upper surface 54A of the pressing portion 54. The lower end of the elastic member 40 contacts the upper surface 54A of the pressing portion 54, and the lower end continuously presses the pressing portion 54 downward based on its own elastic force. Therefore, the pressing portion 54 continuously generates a force that presses the upper surface of the piezoelectric element 10 downward. The elastic member 40 has a conductor. In the configuration shown in Figure 1, the entire elastic member 40 is made of a conductor such as a conductive elastic material. The elastic member 40 is electrically connected to the first conductive layer 11 and forms a path for transmitting signals to the piezoelectric element 10.

液体70は、複数の音響伝達部材の間又は圧電素子10と音響伝達部材との間の隙間に介在する媒体である。本構成では、圧電素子10と超音波放出面(下面96A)との間において、複数の音響伝達部材の間及び圧電素子10と音響伝達部材との間の隙間が非接合とされ、これらの隙間に液体70が介在する。液体70は、広義の液体であればよい。液体70は、ゾル又はゲルであってもよく、ゾルやゲル以外の液体であってもよい。液体70は、超音波プローブPが使用される環境(例えば常温)において凝固せず且つ揮発して喪失しないものである。以下の説明では、液体70としてグリセリンが用いられる構成を代表例として説明する。図1の構成では、圧電素子10の下面12Bと音響整合層30の上面30Aとが非接合とされ、下面12Bと上面30Aとの間の隙間に充填された構成で液体70が介在する。下面12Bと上面30Aとが非接合とされているため、下面12Bが上面30Aに対して若干相対移動することが許容される。従って、圧電素子10及び音響整合層30のいずれか一方に応力、変形、衝撃等が生じても、その影響が他方に及びにくい。更に、音響整合層30の下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間に充填された構成で液体70が介在する。下面30Bと底壁92Aの上面とが非接合とされているため、下面30Bが底壁92Aの上面に対して若干相対移動することが許容される。従って、音響整合層30及び底壁92Aのいずれか一方に応力、変形、衝撃等が生じても、その影響が他方に及びにくい。更に、これらの隙間から漏れ出た液体70が、ケース90内における上記隙間の外側の空間に収容されている。 Liquid 70 is a medium interposed in the gaps between multiple acoustic transmission members or between the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member. In this configuration, the gaps between the multiple acoustic transmission members and between the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member are not bonded between the piezoelectric element 10 and the ultrasound emission surface (lower surface 96A), and liquid 70 is interposed in these gaps. Liquid 70 may be any liquid in the broad sense. Liquid 70 may be a sol or gel, or a liquid other than a sol or gel. Liquid 70 does not solidify or volatilize in the environment in which the ultrasonic probe P is used (e.g., room temperature). The following explanation uses a configuration in which glycerin is used as liquid 70 as a representative example. In the configuration shown in FIG. 1, the lower surface 12B of the piezoelectric element 10 and the upper surface 30A of the acoustic matching layer 30 are not bonded, and liquid 70 is interposed by filling the gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A. Because the lower surface 12B and the upper surface 30A are not bonded to each other, the lower surface 12B is allowed to move slightly relative to the upper surface 30A. Therefore, even if stress, deformation, impact, etc. occurs in either the piezoelectric element 10 or the acoustic matching layer 30, the effects are unlikely to extend to the other. Furthermore, liquid 70 is interposed by filling the gap between the lower surface 30B of the acoustic matching layer 30 and the upper surface of the bottom wall 92A. Because the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A are not bonded to each other, the lower surface 30B is allowed to move slightly relative to the upper surface of the bottom wall 92A. Therefore, even if stress, deformation, impact, etc. occurs in either the acoustic matching layer 30 or the bottom wall 92A, the effects are unlikely to extend to the other. Furthermore, liquid 70 that leaks from these gaps is contained in the space outside the gaps within the case 90.

図1の構成では、圧電素子10の外周面の外側且つ押圧部54の外側に、液体70の一部が収容される収容空間80が構成されている。収容空間80は、圧電素子10の下面12Bと音響整合層30の上面30Aとの間の隙間に連通している。更に、収容空間80は、音響整合層30の下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間に連通している。なお、図1の構成では、収容空間80の一部領域が液体70の領域となっているが、収容空間80の全体に充填された形で液体70が収容されていてもよい。 In the configuration of FIG. 1, a storage space 80 that contains a portion of the liquid 70 is configured outside the outer peripheral surface of the piezoelectric element 10 and outside the pressing portion 54. The storage space 80 is connected to the gap between the lower surface 12B of the piezoelectric element 10 and the upper surface 30A of the acoustic matching layer 30. Furthermore, the storage space 80 is connected to the gap between the lower surface 30B of the acoustic matching layer 30 and the upper surface of the bottom wall 92A. Note that, although in the configuration of FIG. 1, only a portion of the storage space 80 is used as the area for the liquid 70, the liquid 70 may be contained so that it fills the entire storage space 80.

液体70は、空気よりも超音波減衰率が小さい液体である。更に、液体70内には、上記隙間の幅よりも径の小さい固体粒子が含まれている。固体粒子の径は、下面12Bと上面30Aとの間の隙間の間隔よりも小さい。下面12Bと上面30Aとの間の隙間の間隔とは、下面12Bと上面30Aとの間において、上下方向の距離が最も大きくなる位置での上下の間隔である。固体粒子の径は、下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間の間隔よりも小さい。下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間の間隔とは、下面30Bと底壁92Aの上面との間において、上下方向の距離が最も大きくなる位置での上下の間隔である。つまり、液体70内に含まれる固体粒子のサイズは、下面12Bと上面30Aとの間の隙間に入り込むことができるサイズであり、下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間内に入り込むことができるサイズである。 The liquid 70 has a lower ultrasonic attenuation rate than air. Furthermore, the liquid 70 contains solid particles whose diameters are smaller than the width of the gap. The diameter of the solid particles is smaller than the gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A. The gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A is the vertical distance between the lower surface 12B and the upper surface 30A at the position where the vertical distance is greatest. The diameter of the solid particles is smaller than the gap between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A. The gap between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A is the vertical distance between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A at the position where the vertical distance is greatest. In other words, the size of the solid particles contained in the liquid 70 is such that they can enter the gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A, and the gap between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A.

例えば、圧電素子10及び音響整合層30のうちのいずれか一方の音響インピーダンスがZ1であり、他方の音響インピーダンスがZ2であり、Z1>Z2である場合、下面12Bと上面30Aとの間の隙間に介在する媒体の音響インピーダンスZaは、Z1>Za>Z2であることが望ましい。例えば、下面12Bと上面30Aとの間の隙間に液体70のみが介在し、液体70の音響インピーダンスがZaである場合、Z1>Za>Z2であることが望ましい。例えば、下面12Bと上面30Aとの間の隙間に上記固体粒子を含む液体70が介在し、固体粒子を含む液体70の音響インピーダンスがZaである場合、Z1>Za>Z2であることが望ましい。 For example, if the acoustic impedance of one of the piezoelectric element 10 and the acoustic matching layer 30 is Z1 and the acoustic impedance of the other is Z2, where Z1 > Z2, then it is desirable that the acoustic impedance Za of the medium present in the gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A satisfy Z1 > Za > Z2. For example, if only liquid 70 is present in the gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A and the acoustic impedance of the liquid 70 is Za, it is desirable that Z1 > Za > Z2. For example, if the liquid 70 containing solid particles is present in the gap between the lower surface 12B and the upper surface 30A and the acoustic impedance of the liquid 70 containing solid particles is Za, it is desirable that Z1 > Za > Z2.

例えば、音響整合層30及び底壁92Aのうちのいずれか一方の音響インピーダンスがZ3であり、他方の音響インピーダンスがZ4であり、Z3>Z4である場合、下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間に介在する媒体の音響インピーダンスZbは、Z3>Zb>Z4であることが望ましい。例えば、下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間に液体70のみが介在し、液体70の音響インピーダンスがZbである場合、Z3>Zb>Z4であることが望ましい。例えば、下面30Bと底壁92Aの上面との間の隙間に上記固体粒子を含む液体70が介在し、固体粒子を含む液体70の音響インピーダンスがZbである場合、Z3>Zb>Z4であることが望ましい。 For example, if the acoustic impedance of one of the acoustic matching layer 30 and the bottom wall 92A is Z3 and the acoustic impedance of the other is Z4, where Z3 > Z4, then it is desirable that the acoustic impedance Zb of the medium present in the gap between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A satisfy Z3 > Zb > Z4. For example, if only liquid 70 is present in the gap between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A and the acoustic impedance of the liquid 70 is Zb, it is desirable that Z3 > Zb > Z4. For example, if liquid 70 containing solid particles is present in the gap between the lower surface 30B and the upper surface of the bottom wall 92A and the acoustic impedance of the liquid 70 containing solid particles is Zb, it is desirable that Z3 > Zb > Z4.

2.超音波プローブPの製造方法
超音波プローブPは、例えば、以下のような方法で製造することができる。
本実施形態に係る超音波プローブPの製造方法では、まず、図2(A)に示される第1注入工程が行われる。第1注入工程では、上述された所定形状の下側ケース体92が用意される。下側ケース体92の形成方法は特に限定されず、公知の様々な方法が採用される。第1注入工程では、用意された下側ケース体92の内部に所定量の液体70が注入される。第1注入工程で注入される液体70の量は、底壁92Aの上面の大部分又は全部を覆う程度の量であることが望ましい。
2. Method for Manufacturing Ultrasonic Probe P The ultrasonic probe P can be manufactured, for example, by the following method.
In the manufacturing method of the ultrasonic probe P according to this embodiment, first, a first injection step shown in FIG. 2A is performed. In the first injection step, a lower case body 92 having the predetermined shape described above is prepared. The method for forming the lower case body 92 is not particularly limited, and various known methods may be used. In the first injection step, a predetermined amount of liquid 70 is injected into the prepared lower case body 92. The amount of liquid 70 injected in the first injection step is desirably an amount sufficient to cover most or all of the upper surface of the bottom wall 92A.

図2(A)に示される第1注入工程の後には、図2(B)に示される第1配置工程が行われる。第1配置工程では、第1注入工程で注入された液体70の上に音響整合層30が配置される。第1配置工程の後には、底壁92Aの上面と音響整合層30の下面との間に液体70が挟まれて介在した構成となる。 After the first injection step shown in FIG. 2(A), the first placement step shown in FIG. 2(B) is performed. In the first placement step, the acoustic matching layer 30 is placed on top of the liquid 70 injected in the first injection step. After the first placement step, the liquid 70 is sandwiched between the upper surface of the bottom wall 92A and the lower surface of the acoustic matching layer 30.

図2(B)に示される第1配置工程の後には、図2(C)に示される第2注入工程が行われる。第2注入工程では、第1配置工程を経て下側ケース体92の内部に配置された音響整合層30の上面上に所定量の液体70が注入される。第2注入工程で注入される液体70の量は、音響整合層30の上面の大部分又は全部を覆う程度の量であることが望ましい。 The first placement step shown in FIG. 2(B) is followed by the second injection step shown in FIG. 2(C). In the second injection step, a predetermined amount of liquid 70 is injected onto the upper surface of the acoustic matching layer 30 that has been placed inside the lower case body 92 after the first placement step. It is desirable that the amount of liquid 70 injected in the second injection step be sufficient to cover most or all of the upper surface of the acoustic matching layer 30.

図2(C)に示される第2注入工程の後には、図3(A)に示される第2配置工程が行われる。第2配置工程では、第2注入工程で注入された液体70の上に圧電素子10が配置される。第2配置工程を行うにあたり、第2配置工程の前には上述された所定構造の圧電素子10が予め形成され、このように形成された圧電素子10が第2配置工程において配置される。第2配置工程の後には、音響整合層30の上面と圧電素子10の下面との間に液体70が挟まれて介在した構成となる。 After the second injection step shown in FIG. 2(C), the second placement step shown in FIG. 3(A) is performed. In the second placement step, the piezoelectric element 10 is placed on the liquid 70 injected in the second injection step. In performing the second placement step, the piezoelectric element 10 with the predetermined structure described above is formed in advance before the second placement step, and the piezoelectric element 10 thus formed is placed in the second placement step. After the second placement step, the liquid 70 is sandwiched between the upper surface of the acoustic matching layer 30 and the lower surface of the piezoelectric element 10.

図3(A)に示される第2配置工程の後には、図3(B)に示される導電路接続工程が行われる。導電路接続工程では、圧電素子10の一方面に配置される第1導電層11に対して第1の導電路をなす配線101が電気的に接続され、圧電素子10の他方面に配置される第2導電層12に対して第2の導電路をなす配線102が電気的に接続される。第1導電層11と配線101とを接続する構造は、互いに導通し得る構造であればよい。第2導電層12と配線102とを接続する構造は、互いに導通し得る構造であればよい。配線101と配線102は、別々の信号伝送経路として構成されていればよい。 The second placement process shown in FIG. 3(A) is followed by the conductive path connection process shown in FIG. 3(B). In the conductive path connection process, wiring 101 forming a first conductive path is electrically connected to the first conductive layer 11 arranged on one side of the piezoelectric element 10, and wiring 102 forming a second conductive path is electrically connected to the second conductive layer 12 arranged on the other side of the piezoelectric element 10. The structure connecting the first conductive layer 11 and wiring 101 may be any structure that allows mutual conduction. The structure connecting the second conductive layer 12 and wiring 102 may be any structure that allows mutual conduction. Wiring 101 and wiring 102 may be configured as separate signal transmission paths.

図3(B)に示される導電路接続工程の後には、図4に示される押圧部配置工程が行われる。本実施形態では、上述された支持部材50及び弾性部材40によって圧電素子10を押圧する押圧部が構成され、押圧部配置工程では、導電路接続工程を経た後の構造体に対し、押圧部が配置される。押圧部配置工程では、まず、支持部材50を圧電素子10の上に配置する。支持部材50の配置においては、環状部56Aが圧電素子10の上端部付近と嵌まり合い、押圧部56Bが圧電素子10の上面部における周縁部付近を押えるように配置される。更に、押圧部配置工程では、圧電素子10上に配置される支持部材50の上に、弾性部材40が配置される。なお、導電路接続工程で接続された配線101,102は、信号経路を確保するように所定位置に配置される。例えば、一方の配線101は、支持部材50に形成された配線配置部(例えば孔部)を経由する構成で、弾性部材40に電気的に接続される。他方の配線102は、支持部材50に形成された配線配置部(例えば孔部)を経由する構成で、圧電素子10側から弾性部材40側に跨るように配置され、更に弾性部材40内を通るように配置される。 3B, the pressing portion placement process shown in FIG. 4 is performed. In this embodiment, the pressing portion that presses the piezoelectric element 10 is formed by the support member 50 and elastic member 40 described above. In the pressing portion placement process, the pressing portion is placed on the structure after the conductive path connection process. In the pressing portion placement process, the support member 50 is first placed on the piezoelectric element 10. The support member 50 is placed so that the annular portion 56A fits into the vicinity of the upper end of the piezoelectric element 10 and the pressing portion 56B presses against the vicinity of the peripheral edge on the upper surface of the piezoelectric element 10. Furthermore, in the pressing portion placement process, the elastic member 40 is placed on the support member 50 placed on the piezoelectric element 10. The wiring 101, 102 connected in the conductive path connection process are placed in predetermined positions to ensure a signal path. For example, one of the wires 101 is electrically connected to the elastic member 40 via a wiring placement portion (e.g., a hole) formed in the support member 50. The other wire 102 is also configured to pass through a wiring placement portion (e.g., a hole) formed in the support member 50, and is arranged so as to straddle from the piezoelectric element 10 side to the elastic member 40 side, and further passes through the elastic member 40.

このように加圧部配置工程が行われた後に、上述された所定形状の上側ケース体94が配置されるように密封工程が行われることで、図1のような超音波プローブPが得られる。なお、図1では、配線101,102の図示は省略されているが、配線102は、図示されていない導出部(孔部等)を介してケース90の内外に跨るように配置されていればよい。また、弾性部材40側の信号経路については、弾性部材40に電気的に接続される導体が、図示されていない導出部(孔部等)を介してケース90の内外に跨るように配置されていればよい。 After the pressure unit placement process is performed in this manner, a sealing process is performed so that the upper case body 94 of the predetermined shape described above is placed, thereby obtaining the ultrasonic probe P shown in Figure 1. Note that while the wiring 101 and 102 are not shown in Figure 1, it is sufficient that the wiring 102 is placed so that it straddles the inside and outside of the case 90 via a lead-out portion (hole, etc.) not shown. Furthermore, with regard to the signal path on the elastic member 40 side, it is sufficient that the conductor electrically connected to the elastic member 40 is placed so that it straddles the inside and outside of the case 90 via a lead-out portion (hole, etc.) not shown.

なお、図1、図4では、配線101が弾性部材40に電気的に接続されるように配策される例が示されたが、図5のように配線101が配線102と同様に配策されるように押圧部配置工程が行われてもよい。そして、図6のように、図示されていない孔部等を介して配線101,102を導出し得るように上側ケース体94が取り付けられる形で、密封工程が行われてもよい。 Note that while Figures 1 and 4 show an example in which wiring 101 is arranged so as to be electrically connected to elastic member 40, the pressing portion arrangement process may also be performed so that wiring 101 is arranged in the same manner as wiring 102, as shown in Figure 5. Furthermore, as shown in Figure 6, the sealing process may also be performed in such a way that the upper case body 94 is attached so that wiring 101, 102 can be led out through holes or the like (not shown).

3.効果の例
次の説明は、超音波プローブPの効果の一例に関する。
超音波プローブPは、複数の音響伝達部材の間及び圧電素子10と音響伝達部材との間の隙間が非接合とされるため、この隙間が接着剤によって接合されることに起因する不具合(例えば、接着剤の残留応力に起因する素子割れや接着剤厚みによる特性不良等の不具合)を生じさせないようにすることができる。しかも、この隙間には、液体70が介在するため、接着剤の代わりに超音波減衰率が大きい気体が介在する構成と比較して、超音波の減衰を抑えることができる。
3. Example of Effects The following explanation relates to an example of the effects of the ultrasonic probe P.
In the ultrasonic probe P, the gaps between the multiple acoustic transmission members and between the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member are not bonded, so it is possible to prevent problems that would otherwise occur if these gaps were bonded with an adhesive (for example, problems such as element cracking due to residual stress in the adhesive or poor characteristics due to the thickness of the adhesive). Moreover, because the liquid 70 is present in these gaps, it is possible to reduce the attenuation of ultrasonic waves compared to a configuration in which a gas with a high ultrasonic attenuation rate is present instead of an adhesive.

従来、超音波センサや超音波プローブに利用される圧電素子は音響伝達部材(音響整合層や音響レンズ等)との間に空隙が生まれないように、接着剤や樹脂モールドにより固定されるのが一般的である。しかし、この方法は、樹脂の硬化に際し、高温に保持して硬化するか、長時間の保持により硬化するなど、処理に手間を要する。また、上記の方法は、樹脂硬化時の残留応力による素子割れや、接着剤厚みによる特性不良等の不具合を招く懸念もある。更に、接着剤を高温に加熱処理するような製造方法を採用する製品では、圧電素子自体も高温に晒されるが、キュリー点を超えるような加熱は、分極状態が消失するため行うことができず、キュリー点に到達しないような加熱でも、キュリー点付近に近づくほど素子特性が悪化する懸念があるため避ける必要がある。特に、キュリー点が低い材料では、上記の問題がより生しやすいため、高温硬化の接着剤を避けることが望まれる。 Conventionally, piezoelectric elements used in ultrasonic sensors and ultrasonic probes are typically fixed to acoustic transmission components (such as acoustic matching layers and acoustic lenses) with adhesives or resin molds to prevent air gaps. However, this method requires time-consuming processing, such as holding the resin at high temperatures or holding it for long periods of time to harden. Furthermore, these methods pose concerns about problems such as element cracking due to residual stress during resin hardening and poor characteristics due to adhesive thickness. Furthermore, in products manufactured using high-temperature heat treatment of adhesives, the piezoelectric element itself is also exposed to high temperatures. However, heating above the Curie point is not possible because it would cause the polarization state to disappear. Even heating below the Curie point must be avoided, as the element's characteristics may deteriorate as it approaches the Curie point. This problem is particularly prevalent with materials with low Curie points, so it is desirable to avoid high-temperature-curing adhesives.

この点に関し、本実施形態の超音波プローブPは、接着剤を用いなくても圧電素子10と超音波伝達部の位置関係を安定的に保つ構造を実現できる。例えば、支持部材50及び弾性部材40の存在により、単純圧着のような拘束力を必要とせずに保持することができるため、圧電素子10の自由振動が妨げられない。従って、この超音波プローブPは、接着剤を用いた従来構造と比べて遜色のない又はこれを上回る音響送受信特性が得られる可能性がある。 In this regard, the ultrasonic probe P of this embodiment can achieve a structure that stably maintains the positional relationship between the piezoelectric element 10 and the ultrasonic transmission unit without the use of adhesive. For example, the presence of the support member 50 and elastic member 40 allows for holding without the need for a restraining force such as with simple crimping, so the free vibration of the piezoelectric element 10 is not impeded. Therefore, this ultrasonic probe P has the potential to achieve acoustic transmission and reception characteristics that are comparable to or even superior to conventional structures that use adhesive.

また、超音波プローブPでは、弾性部材40が各界面に発生する間隙を継続的に小さく抑えるように作用するため、圧電素子10及び音響伝達部材の厚さが大きく変動することが抑えられる。従って、厚さの変化に起因する特性変化が生じにくい。更に、弾性部材40、支持部材50、ケース90によって圧電素子10や音響整合層30を安定的に保持する構成を採用しているため、圧電素子10や音響伝達部材が中心軸線Xと直交する水平方向にずれることも抑えられる。 In addition, in the ultrasonic probe P, the elastic member 40 acts to continuously reduce the gaps that occur at each interface, thereby preventing large fluctuations in the thickness of the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member. Therefore, changes in characteristics due to changes in thickness are less likely to occur. Furthermore, because the elastic member 40, support member 50, and case 90 are configured to stably hold the piezoelectric element 10 and acoustic matching layer 30, horizontal displacement of the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member in the direction perpendicular to the central axis X is also prevented.

更に、超音波プローブPは、接着剤などに起因する内部残留応力が発生しないため、内部残留応力に起因する素子割れ等を抑制することができ、歩留まりを改善しやすい。また、超音波プローブPは、圧電素子を固定するために熱処理(接着剤を加熱処理して接合する工程)を行わずに済む構成であるため、他の工程で熱処理が採用されなければ、低キュリー点の素子を使用しやすい。しかも、超音波プローブPでは、圧電素子10自体が接着されていないため、圧電素子10がPZTのような鉛含有物質によって構成されている場合には、このような物質を使用後に分別しやすく、環境に対する負荷を低減しやすい。 Furthermore, because ultrasonic probe P does not generate internal residual stress caused by adhesives, etc., it is possible to suppress element cracking caused by internal residual stress, making it easier to improve yield. Furthermore, ultrasonic probe P is configured so that heat treatment (a process in which adhesive is heated to bond) is not required to fix the piezoelectric element, making it easier to use elements with low Curie points if heat treatment is not used in other processes. Furthermore, because the piezoelectric element 10 itself is not glued in ultrasonic probe P, if the piezoelectric element 10 is made of a lead-containing material such as PZT, it is easy to separate such materials after use, making it easier to reduce the burden on the environment.

更に、液体70は、空気よりも超音波減衰率が小さいため、液体70の位置に空気が存在する場合と比較して、この位置を通過する超音波の減衰を抑えることができる。 Furthermore, because the liquid 70 has a lower ultrasonic attenuation rate than air, the attenuation of ultrasonic waves passing through this position can be reduced compared to when air is present at the position of the liquid 70.

更に、液体70は、上記隙間の幅よりも小さい固体粒子を含んでいるため、液体70と固体粒子の両方によって音響インピーダンスを調整することができる。よって、この超音波プローブPは、音響インピーダンスの適切化を図る上で有利である。例えば、上記隙間において液体70内に上記固体粒子が含まれる媒体が介在する場合、固体粒子の含有度合いによって当該媒体の音響インピーダンスを調整することもできるし、密度や音速を調整することもできる。 Furthermore, because the liquid 70 contains solid particles smaller than the width of the gap, the acoustic impedance can be adjusted by both the liquid 70 and the solid particles. Therefore, this ultrasonic probe P is advantageous in optimizing the acoustic impedance. For example, if a medium containing the solid particles is present within the liquid 70 in the gap, the acoustic impedance of the medium can be adjusted by the degree of solid particle content, and the density and sound speed can also be adjusted.

超音波プローブPは、圧電素子10を音響伝達部材側に押し付ける部材として弾性部材40を使用するだけでなく、信号を伝送する経路として兼用することができるため、別途専用の信号伝送経路を用意する構成と比較して、部品点数の削減を図ることができる。 The ultrasonic probe P not only uses the elastic member 40 to press the piezoelectric element 10 against the acoustic transmission member, but also serves as a signal transmission path, thereby reducing the number of parts compared to a configuration that requires a separate, dedicated signal transmission path.

4.実験結果
以下では、本実施形態の効果を確認するための実験の結果が説明される。
この実験では、実施例として、図1の超音波プローブPが用意された。この実施例は、図1の構成において、底壁92Aと音響整合層30との間にグリセリンが介在し、圧電素子10と音響整合層30との間にグリセリンが介在した構成である。一方、比較例として、図1の構成において、液体70に代えて接着剤を用いた構成が用意された。比較例は、図1の構成において、底壁92Aと音響整合層30との間が接着剤によって接着され、圧電素子10と音響整合層30との間が接着剤によって接着されるように変更された構成である。比較例の上記接着剤は、エポキシ系接着剤である。上記の実施例及び比較例のいずれでも、圧電体14として、狙い中心周波数2MHzのPZT-5A系の素子が用いられた。
4. Experimental Results The following describes the results of experiments conducted to confirm the effects of this embodiment.
In this experiment, an ultrasonic probe P shown in FIG. 1 was prepared as an example. This example has the same configuration as that shown in FIG. 1 , except that glycerin is interposed between the bottom wall 92A and the acoustic matching layer 30, and that glycerin is interposed between the piezoelectric element 10 and the acoustic matching layer 30. On the other hand, as a comparative example, a configuration was prepared in which an adhesive was used instead of the liquid 70 in the configuration shown in FIG. 1 . The comparative example has a configuration modified from that shown in FIG. 1 , in which the bottom wall 92A and the acoustic matching layer 30 are bonded together with an adhesive, and the piezoelectric element 10 and the acoustic matching layer 30 are bonded together with an adhesive. The adhesive used in the comparative example is an epoxy adhesive. In both the example and comparative example, a PZT-5A element with a target center frequency of 2 MHz was used as the piezoelectric body 14.

実験では、実施例及び比較例の超音波プローブの性能を比較するため、図7のような実験装置を用い、各例の超音波プローブを図7のプローブSpのように配置して超音波の送受信を行った。いずれの例でも、ファンクションジェネレータにより、圧電素子10に対して振幅が10V程度の正弦バースト波の電圧が印加され、期間は10周期分とされた。いずれの例でも、超音波プローブ(プローブSp)と金属板120との距離は60mmであり、超音波プローブ(プローブSp)から水中に配置した金属板120に向けて超音波を発し、金属板120からの反射を超音波プローブが受信した結果に基づいて送受信損失を測定した。なお、図7のように、ファンクションジェネレータからの送信信号及び圧電素子10からの受信信号はオシロスコープに入力され、送受信損失はオシロスコープに入力される信号に基づいて評価された。実験では、1~3MHzの範囲で0.1MHzごとに送受信損失が確認された。この実験の結果は、図8に示される。実施例の送受信損失は、狙い周波数である2MHz近傍では比較例と遜色ない結果となった。 In the experiment, to compare the performance of the ultrasonic probes of the example and comparative example, an experimental setup like that shown in Figure 7 was used, and ultrasonic waves were transmitted and received with the ultrasonic probes of each example positioned as shown in Probe Sp in Figure 7. In each example, a sinusoidal burst voltage with an amplitude of approximately 10 V was applied to the piezoelectric element 10 by a function generator, with a duration of 10 cycles. In each example, the distance between the ultrasonic probe (Probe Sp) and the metal plate 120 was 60 mm. Ultrasound was emitted from the ultrasonic probe (Probe Sp) toward the metal plate 120 placed in water, and transmission and reception loss was measured based on the reflection from the metal plate 120 received by the ultrasonic probe. As shown in Figure 7, the transmission signal from the function generator and the reception signal from the piezoelectric element 10 were input into an oscilloscope, and transmission and reception loss was evaluated based on the signal input to the oscilloscope. In the experiment, transmission and reception loss was confirmed every 0.1 MHz in the range of 1 to 3 MHz. The results of this experiment are shown in Figure 8. The transmission and reception loss of the example was comparable to that of the comparative example at the target frequency of around 2 MHz.

<第2実施形態>
次の説明は、第2実施形態の超音波プローブPに関する。
図9に示される第2実施形態の超音波プローブPは、音響整合層30に代えて音響整合層230が用いられ、底壁92Aに代えて底壁292Aが用いられ、液体70に代えて第1液体271及び第2液体272が用いられ、更に、液体270の配置が第1実施形態で用いられる液体70と異なっている。第2実施形態の超音波プローブPは、これらの点以外は、第1実施形態の超音波プローブPと同一の構成をなす。例えば、上側ケース体94、周壁92B、支持部材50、弾性部材40、圧電素子10は、第1実施形態と同一の構成をなし、第1実施形態と同様に配置され、第1実施形態と同様に機能する。従って、これらの部品の詳細な説明は省略される。第2実施形態の超音波プローブPにおいて、第1実施形態の超音波プローブPと同様の構成をなす部分については、第1実施形態の超音波プローブPの各部分と同一の符号が付される。
Second Embodiment
The following description relates to the ultrasonic probe P of the second embodiment.
The ultrasonic probe P of the second embodiment shown in FIG. 9 uses an acoustic matching layer 230 instead of the acoustic matching layer 30, a bottom wall 292A instead of the bottom wall 92A, a first liquid 271 and a second liquid 272 instead of the liquid 70, and the arrangement of the liquid 270 differs from that of the liquid 70 used in the first embodiment. Other than these points, the ultrasonic probe P of the second embodiment has the same configuration as the ultrasonic probe P of the first embodiment. For example, the upper case body 94, the peripheral wall 92B, the support member 50, the elastic member 40, and the piezoelectric element 10 have the same configuration as those in the first embodiment, are arranged in the same manner as those in the first embodiment, and function in the same manner as those in the first embodiment. Therefore, detailed descriptions of these components will be omitted. In the ultrasonic probe P of the second embodiment, parts having the same configuration as those in the ultrasonic probe P of the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the ultrasonic probe P of the first embodiment.

以下では、第2実施形態の超音波プローブPにおいて、第1実施形態と異なる点が重点的に説明される。第2実施形態の超音波プローブPは、圧電素子10と、超音波伝達部220と、弾性部材40と、支持部材50と、ケース290と、液体270とを有する。ケース290において、上側ケース体94は、第1実施形態の上側ケース体94と同一である。下側ケース体292は、周壁92Bについては第1実施形態の周壁92Bと同一であり、底壁92Aに代えて底壁292Aが用いられる点が第1実施形態の下側ケース体92と異なっている。超音波伝達部220は、圧電素子10で発生した超音波を伝達する2つの音響伝達部材(音響整合層230及び底壁292A)を有する。超音波伝達部220は、自身の一方側の面である音響整合層230の上面によって圧電素子10を支持し、自身の他方側の面である底壁292Aの下面が超音波放出面とされる。具体的には、底壁292Aには、第1実施形態におけるレンズ部96と同様のレンズ部296が設けられており、このレンズ部296の下面296Aが超音波放出面とされる。 The following will focus on the differences between the ultrasonic probe P of the second embodiment and the first embodiment. The ultrasonic probe P of the second embodiment has a piezoelectric element 10, an ultrasonic transmission unit 220, an elastic member 40, a support member 50, a case 290, and a liquid 270. In the case 290, the upper case body 94 is the same as the upper case body 94 of the first embodiment. The lower case body 292 has a peripheral wall 92B that is the same as the peripheral wall 92B of the first embodiment, but differs from the lower case body 92 of the first embodiment in that a bottom wall 292A is used instead of the bottom wall 92A. The ultrasonic transmission unit 220 has two acoustic transmission members (an acoustic matching layer 230 and a bottom wall 292A) that transmit ultrasonic waves generated by the piezoelectric element 10. The ultrasonic transmission unit 220 supports the piezoelectric element 10 by the upper surface of the acoustic matching layer 230, which is one of its surfaces, and the lower surface of the bottom wall 292A, which is its other surface, serves as the ultrasonic wave emission surface. Specifically, the bottom wall 292A is provided with a lens unit 296 similar to the lens unit 96 in the first embodiment, and the lower surface 296A of this lens unit 296 serves as the ultrasonic wave emission surface.

第2実施形態の超音波プローブPでも、弾性部材40は、圧電素子10を超音波伝達部220側に押し付ける力を生じさせる。なお、弾性部材40は、図1のように、圧電素子10の第1導電層11に信号を伝送する経路をなしていてもよく、図6のように、第1導電層11に信号を伝送する経路とは別で構成されていてもよい。 In the ultrasonic probe P of the second embodiment, the elastic member 40 also generates a force that presses the piezoelectric element 10 toward the ultrasonic transmission unit 220. The elastic member 40 may form a path for transmitting signals to the first conductive layer 11 of the piezoelectric element 10, as shown in FIG. 1, or may be configured separately from the path for transmitting signals to the first conductive layer 11, as shown in FIG. 6.

この構成でも、圧電素子10と超音波放出面(下面296A)との間において、複数の音響伝達部材の間及び圧電素子10と音響伝達部材との間の隙間が非接合とされ、且つそれぞれの隙間に液体270が介在する。具体的には、液体270は、第1液体271と第2液体272とを有する。そして、複数の音響伝達部材の間又は圧電素子10と音響伝達部材との間のいずれか一の隙間(具体的には、圧電素子10と音響整合層230の間の隙間)が非接合とされ、この隙間に第1液体271が充填された構成で介在する。更に、複数の音響伝達部材の間又は圧電素子10と音響伝達部材との間の他の隙間(具体的には、音響整合層230と底壁292Aの間の隙間)が非接合とされ、この隙間に第2液体272が充填された構成で介在する。第1液体271及び第2液体272は、空気よりも超音波減衰率が小さい。第1液体271の音響インピーダンスは、第2液体272と異なっていることが望ましいが、同一であってもよい。 In this configuration, the gaps between the multiple acoustic transmission members and between the piezoelectric element 10 and the ultrasound emission surface (lower surface 296A) are not bonded, and liquid 270 is interposed in each gap. Specifically, the liquid 270 includes a first liquid 271 and a second liquid 272. Furthermore, one of the gaps between the multiple acoustic transmission members or between the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member (specifically, the gap between the piezoelectric element 10 and the acoustic matching layer 230) is not bonded, and this gap is filled with the first liquid 271. Furthermore, another gap between the multiple acoustic transmission members or between the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member (specifically, the gap between the acoustic matching layer 230 and the bottom wall 292A) is not bonded, and this gap is filled with the second liquid 272. The first liquid 271 and the second liquid 272 have lower ultrasound attenuation rates than air. The acoustic impedance of the first liquid 271 is preferably different from that of the second liquid 272, but may be the same.

図9の例では、音響整合層230の上面部において、下側に凹むように凹部232が形成され、この凹部232内の上面236上に圧電素子10が載置されている。圧電素子10の厚さ方向一方側の一部分は、凹部232内に配置されている。更に、底壁292Aの上面部において、下側の凹むように凹部293が形成され、凹部293内の上面295上に音響整合層230が載置されている。音響整合層30の厚さ方向一方側の一部分は、凹部293内に配置されている。 In the example of Figure 9, a recess 232 is formed on the upper surface of the acoustic matching layer 230 so as to be recessed downward, and the piezoelectric element 10 is placed on the upper surface 236 within this recess 232. A portion of one thickness-wise side of the piezoelectric element 10 is located within the recess 232. Furthermore, a recess 293 is formed on the upper surface of the bottom wall 292A so as to be recessed downward, and the acoustic matching layer 230 is placed on the upper surface 295 within the recess 293. A portion of one thickness-wise side of the acoustic matching layer 30 is located within the recess 293.

超音波プローブPは、圧電素子10の下面12Bと音響整合層230の上面236の間に構成される上記一の隙間を含む第1領域281と、下面12Bと上面236との間に構成される上記他の隙間を含む第2領域282とを含む。これら第1領域281と第2領域282とを仕切る構成で仕切部299が設けられる。図9の例では、音響整合層230が仕切部299を構成する。仕切部299は、第1領域281と第2領域282との間において相互の領域間で液体が移動することを遮断する。 The ultrasonic probe P includes a first region 281 including the first gap formed between the lower surface 12B of the piezoelectric element 10 and the upper surface 236 of the acoustic matching layer 230, and a second region 282 including the other gap formed between the lower surface 12B and the upper surface 236. A partition 299 is provided to separate the first region 281 and the second region 282. In the example of Figure 9, the acoustic matching layer 230 forms the partition 299. The partition 299 blocks the movement of liquid between the first region 281 and the second region 282.

第1領域281は、上記一の隙間の領域と、この一の隙間に連通する圧電素子10の周囲の領域とを含む。上記一の隙間内の領域と圧電素子10の周囲の領域とに及ぶ構成で第1液体271が収容される。第1液体271は、上記一の隙間内に充填され、この隙間から溢れた構成で、圧電素子10の周囲の領域にも存在する。 The first region 281 includes the region of the first gap and the region surrounding the piezoelectric element 10 that is connected to this gap. A first liquid 271 is contained in the region within the first gap and the region surrounding the piezoelectric element 10. The first liquid 271 is filled within the first gap and is present in the region surrounding the piezoelectric element 10, overflowing from this gap.

第2領域282は、環状に構成された溝部298内の領域と、上記他の隙間(具体的には、溝部298の内側における音響整合層230の下面と凹部293内の上面295との間の隙間)の領域とを含む。溝部298内の領域と上記他の隙間内の領域とに及ぶ構成で第2液体272が収容される。溝部298は、上面295において、下方に凹んだ溝であり、中心軸線Xを中心とする環状(具体的には円形状)の溝として形成されている。第2液体272は、上記他の隙間内に充填され、この隙間から溢れた構成で溝部298内にも存在する。 The second region 282 includes the region within the groove 298, which is configured in an annular shape, and the region of the other gap (specifically, the gap between the lower surface of the acoustic matching layer 230 inside the groove 298 and the upper surface 295 within the recess 293). The second liquid 272 is contained in a configuration that spans the region within the groove 298 and the region within the other gap. The groove 298 is a groove that is recessed downward on the upper surface 295, and is formed as an annular (specifically, circular) groove centered on the central axis X. The second liquid 272 fills the other gap and is also present in the groove 298 in a configuration that overflows from this gap.

仕切部299では、凹部293内における外縁部付近(具体的には溝部298の外側の内壁部)と、音響整合層230の外周面及び下面の一部(外縁部付近)とが密着し、この密着部分によって第1領域281と第2領域282との間で液体が通過することが遮断される。従って、第1液体271は、第2領域282には入り込まず、第2液体272は、第1領域281には入り込まない。 At the partition 299, the vicinity of the outer edge of the recess 293 (specifically, the inner wall portion outside the groove 298) comes into close contact with a portion of the outer surface and lower surface (near the outer edge) of the acoustic matching layer 230, and this close contact prevents liquid from passing between the first region 281 and the second region 282. Therefore, the first liquid 271 does not enter the second region 282, and the second liquid 272 does not enter the first region 281.

例えば、圧電素子10及び音響整合層230のうちのいずれか一方の音響インピーダンスがZ1であり、他方の音響インピーダンスがZ2であり、Z1>Z2である場合、下面12Bと音響整合層230の上面との間の隙間に介在する媒体の音響インピーダンスZaは、Z1>Za>Z2であることが望ましい。例えば、下面12Bと音響整合層230の上面との間の隙間に第1液体271のみが介在し、第1液体271の音響インピーダンスがZaである場合、Z1>Za>Z2であることが望ましい。また、下面12Bと音響整合層230の上面との間の隙間に第1実施形態と同様の上記固体粒子を含む第1液体271が介在し、固体粒子を含む第1液体271の音響インピーダンスがZaである場合、Z1>Za>Z2であることが望ましい。 For example, if the acoustic impedance of one of the piezoelectric element 10 and the acoustic matching layer 230 is Z1 and the acoustic impedance of the other is Z2, where Z1 > Z2, then it is desirable that the acoustic impedance Za of the medium present in the gap between the lower surface 12B and the upper surface of the acoustic matching layer 230 satisfy Z1 > Za > Z2. For example, if only the first liquid 271 is present in the gap between the lower surface 12B and the upper surface of the acoustic matching layer 230 and the acoustic impedance of the first liquid 271 is Za, it is desirable that Z1 > Za > Z2. Furthermore, if the first liquid 271 containing the solid particles described above, similar to that of the first embodiment, is present in the gap between the lower surface 12B and the upper surface of the acoustic matching layer 230 and the acoustic impedance of the first liquid 271 containing the solid particles is Za, it is desirable that Z1 > Za > Z2.

また、音響整合層230及び底壁292Aのうちのいずれか一方の音響インピーダンスがZ3であり、他方の音響インピーダンスがZ4であり、Z3>Z4である場合、音響整合層230の下面と底壁292Aの上面との間の隙間に介在する媒体の音響インピーダンスZbは、Z3>Zb>Z4であることが望ましい。例えば、音響整合層230の下面と底壁292Aの上面との間の隙間に第2液体272のみが介在し、第2液体272の音響インピーダンスがZbである場合、Z3>Zb>Z4であることが望ましい。また、音響整合層230の下面と底壁292Aの上面との間の隙間に上記固体粒子を含む第2液体272が介在し、固体粒子を含む第2液体272の音響インピーダンスがZbである場合、Z3>Zb>Z4であることが望ましい。 Furthermore, if the acoustic impedance of one of the acoustic matching layer 230 and the bottom wall 292A is Z3 and the acoustic impedance of the other is Z4, where Z3 > Z4, then it is desirable that the acoustic impedance Zb of the medium interposed in the gap between the lower surface of the acoustic matching layer 230 and the upper surface of the bottom wall 292A satisfy Z3 > Zb > Z4. For example, if only the second liquid 272 is interposed in the gap between the lower surface of the acoustic matching layer 230 and the upper surface of the bottom wall 292A and the acoustic impedance of the second liquid 272 is Zb, it is desirable that Z3 > Zb > Z4. Furthermore, if the second liquid 272 containing the solid particles is interposed in the gap between the lower surface of the acoustic matching layer 230 and the upper surface of the bottom wall 292A and the acoustic impedance of the second liquid 272 containing the solid particles is Zb, it is desirable that Z3 > Zb > Z4.

以上のように、第2実施形態の超音波プローブPは、音響インピーダンスの異なる2種類の液体が用いられるため、複数の液体を複数の位置にそれぞれ配置して超音波の減衰を一層抑える構成としつつ、各位置の特性(特に音響インピーダンス)を異ならせることができる。 As described above, the ultrasonic probe P of the second embodiment uses two types of liquid with different acoustic impedances, so that multiple liquids can be placed at multiple positions to further reduce ultrasonic attenuation while also differentiating the characteristics (particularly acoustic impedance) at each position.

更に、第2実施形態の超音波プローブPは、第1液体271と第2液体272とを異なる位置に配置しつつ、第1液体271と第2液体272とを、より確実に分離することができる。 Furthermore, the ultrasonic probe P of the second embodiment can more reliably separate the first liquid 271 and the second liquid 272 while placing the first liquid 271 and the second liquid 272 at different positions.

<他の実施形態>
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
<Other Embodiments>
The present disclosure is not limited to the embodiments described above and in the drawings. For example, any combination of features of the above-described or following embodiments is possible within a range that does not contradict. Furthermore, any feature of the above-described or following embodiments may be omitted unless explicitly stated as essential. Furthermore, the above-described embodiment may be modified as follows.

上述の実施形態では、複数の音響伝達部材の間及び圧電素子10と音響伝達部材との間の各隙間が非接合とされ、各隙間に液体70が充填されていたが、いずれか一方の隙間に液体70が充填され、他方の隙間に接着剤が介在して部材間が接着されていてもよい。この構成でも、液体70が充填された隙間において効果を生じさせることができる。 In the above-described embodiment, the gaps between the multiple acoustic transmission members and between the piezoelectric element 10 and the acoustic transmission member were not bonded, and the gaps were filled with liquid 70. However, it is also possible to fill one of the gaps with liquid 70 and bond the other gap with adhesive. Even with this configuration, the effect can be achieved in the gap filled with liquid 70.

上述の実施形態では、固体粒子を含む液体70が隙間内に介在した構成が例示されたが、この例に限定されない。複数の音響伝達部材の間又は圧電素子と音響伝達部材との間の隙間に、固体粒子を含まない液体70が介在していてもよい。 In the above-described embodiment, a configuration in which a liquid 70 containing solid particles is interposed within the gap is illustrated, but this example is not limiting. A liquid 70 that does not contain solid particles may be interposed in the gap between multiple acoustic transmission members or between the piezoelectric element and the acoustic transmission member.

上述の実施形態では、ケース90の底壁92Aは音響レンズであるが、この例に限定されず、ケースの底壁は、音響レンズでなくてもよい。 In the above-described embodiment, the bottom wall 92A of the case 90 is an acoustic lens, but this is not limited to this example, and the bottom wall of the case does not have to be an acoustic lens.

上述の実施形態では、複数の音響伝達部材が存在していたが、単一の音響伝達部材であってもよい。例えば、図1の構成から音響整合層30が省略された構成であってもよい。この場合、圧電素子10が底壁92A上に支持され、圧電素子10と底壁92Aとの間の隙間に液体70が介在していればよい。また、上述の実施形態では、支持部材50を介して、圧電素子10を音響伝達部材側へ押さえていたが、支持部材50が省略された構成であってもよい。この場合、弾性部材40が圧電素子10に直接接触することで圧電素子10が音響整合層30側へ押さえられ、音響整合層30やケース90などにより上下方向軸に垂直な方向への移動が制限されていればよい。 In the above-described embodiment, multiple acoustic transmission members were present, but a single acoustic transmission member may be used. For example, the acoustic matching layer 30 may be omitted from the configuration shown in FIG. 1. In this case, the piezoelectric element 10 is supported on the bottom wall 92A, and liquid 70 is present in the gap between the piezoelectric element 10 and the bottom wall 92A. In addition, in the above-described embodiment, the piezoelectric element 10 is pressed toward the acoustic transmission member via the support member 50, but the support member 50 may be omitted. In this case, the elastic member 40 directly contacts the piezoelectric element 10, pressing the piezoelectric element 10 toward the acoustic matching layer 30, and movement in a direction perpendicular to the up-down axis is limited by the acoustic matching layer 30, the case 90, etc.

第2実施形態では、複数の液体を有する構成が例示されたが、この例に限定されない。複数の液体を有する構成では、少なくとも第1液体及び第2液体を有していればよく、その他の第3液体、第4液体などを更に備えていてもよい。 In the second embodiment, a configuration having multiple liquids is exemplified, but this example is not limiting. In a configuration having multiple liquids, it is sufficient to have at least a first liquid and a second liquid, and other liquids such as a third liquid and a fourth liquid may also be included.

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, but is intended to include all modifications within the scope of the claims or within the scope equivalent to the claims.

P…超音波プローブ
10…圧電素子
20,220…超音波伝達部
30,230…音響整合層(音響伝達部材)
40…弾性部材
70,270…液体
90、290…ケース(音響伝達部材)
271…第1液体
272…第2液体
281…第1領域
282…第2領域
299…仕切部
P... ultrasonic probe 10... piezoelectric element 20, 220... ultrasonic transmission section 30, 230... acoustic matching layer (acoustic transmission member)
40: Elastic member; 70, 270: Liquid; 90, 290: Case (sound transmission member)
271...First liquid 272...Second liquid 281...First region 282...Second region 299...Partition portion

Claims (7)

超音波を発生する圧電素子と、
前記圧電素子で発生した超音波を伝達する1つ以上の音響伝達部材を有し、自身の一方側の面によって前記圧電素子を支持し、自身の他方側の面が超音波放出面とされる超音波伝達部と、
を有する超音波プローブであって、
前記圧電素子を前記音響伝達部材側に押し付ける力を生じさせる弾性部材と、
液体と、
を有し、
前記圧電素子と前記超音波放出面との間において、複数の前記音響伝達部材の間又は前記圧電素子と前記音響伝達部材との間の隙間が非接合とされ、且つ前記隙間に前記液体が介在し
更に、前記圧電素子と前記弾性部材との間に配置される支持部材を有し、
前記1つ以上の音響伝達部材は、前記圧電素子、前記弾性部材、及び前記支持部材を収容するケースを有し、
前記弾性部材は、中心軸線の周りに巻き回された構成をなすコイルばねを有し、
前記支持部材は、前記ケースに対して前記中心軸線と直交する方向に相対移動することが許容されず、前記ケースに対し前記中心軸線に沿った方向の相対移動のみが許容され、
前記支持部材は、環状部と、押圧部と、を備え、
前記環状部は、前記圧電素子の一部と嵌まり合い、前記圧電素子が前記中心軸線と直交する平面方向に移動しないように規制し、
前記押圧部は、前記弾性部材によって付勢され、前記圧電素子を押さえる
超音波プローブ。
a piezoelectric element that generates ultrasonic waves;
an ultrasonic transmission unit having one or more acoustic transmission members that transmit ultrasonic waves generated by the piezoelectric element, supporting the piezoelectric element on one side thereof and having the other side thereof serving as an ultrasonic wave emitting surface;
An ultrasound probe having
an elastic member that generates a force that presses the piezoelectric element toward the acoustic transmission member;
Liquid and
and
Between the piezoelectric element and the ultrasonic wave emitting surface, a gap between the plurality of acoustic transmission members or between the piezoelectric element and the acoustic transmission member is not joined, and the liquid is present in the gap ,
The piezoelectric element further includes a support member disposed between the piezoelectric element and the elastic member,
the one or more acoustic transmission members have a case that houses the piezoelectric element, the elastic member, and the support member;
The elastic member has a coil spring wound around a central axis,
the support member is not allowed to move relative to the case in a direction perpendicular to the central axis, and is only allowed to move relative to the case in a direction along the central axis,
The support member includes an annular portion and a pressing portion,
the annular portion is fitted with a part of the piezoelectric element to restrict the piezoelectric element from moving in a plane perpendicular to the central axis;
The pressing portion is biased by the elastic member and presses the piezoelectric element.
Ultrasound probe.
前記押圧部は、前記弾性部材によって付勢され、前記圧電素子の外縁部を押さえるThe pressing portion is biased by the elastic member and presses the outer edge of the piezoelectric element.
請求項1に記載の超音波プローブ。The ultrasonic probe according to claim 1 .
前記液体は、空気よりも超音波減衰率が小さい
請求項1又は請求項2に記載の超音波プローブ。
The ultrasonic probe according to claim 1 or 2 , wherein the liquid has a lower ultrasonic attenuation rate than air.
前記液体は、前記隙間の幅よりも小さい固体粒子を含む
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
The ultrasonic probe according to claim 1 , wherein the liquid contains solid particles smaller than a width of the gap.
前記弾性部材は、導体を有し、前記圧電素子に信号を伝送する経路をなす
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
The ultrasonic probe according to claim 1 , wherein the elastic member has a conductor and forms a path for transmitting a signal to the piezoelectric element.
複数の前記音響伝達部材を有し、
前記液体は、複数の前記音響伝達部材の間又は前記圧電素子と前記音響伝達部材との間のいずれか一の隙間に介在する第1液体と、他の隙間に介在する第2液体とを有し、
前記第1液体の音響インピーダンスは、前記第2液体と異なる
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
a plurality of the acoustic transmission members;
the liquid includes a first liquid present in any one of gaps between the plurality of acoustic transmission members or gaps between the piezoelectric element and the acoustic transmission member, and a second liquid present in another gap;
The ultrasonic probe according to claim 1 , wherein the first liquid has a different acoustic impedance from the second liquid.
前記第1液体が収容される第1領域と前記第2液体が収容される第2領域とを仕切る仕切部を有し、
前記仕切部は、前記第1領域と前記第2領域との間で前記液体が移動することを遮断する
請求項に記載の超音波プローブ。
a partition portion that separates a first region in which the first liquid is contained from a second region in which the second liquid is contained;
The ultrasonic probe according to claim 6 , wherein the partition section blocks movement of the liquid between the first region and the second region.
JP2021168748A 2021-10-14 2021-10-14 Ultrasound probe Active JP7747481B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021168748A JP7747481B2 (en) 2021-10-14 2021-10-14 Ultrasound probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021168748A JP7747481B2 (en) 2021-10-14 2021-10-14 Ultrasound probe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023058937A JP2023058937A (en) 2023-04-26
JP7747481B2 true JP7747481B2 (en) 2025-10-01

Family

ID=86095619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021168748A Active JP7747481B2 (en) 2021-10-14 2021-10-14 Ultrasound probe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7747481B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094459A (en) 2004-08-25 2006-04-06 Denso Corp Ultrasonic sensor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4162111A (en) * 1977-08-25 1979-07-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company Piezoelectric ultrasonic transducer with damped housing
US4461177A (en) * 1982-07-28 1984-07-24 Dunegan Corporation Acoustic emission transducer package

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006094459A (en) 2004-08-25 2006-04-06 Denso Corp Ultrasonic sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023058937A (en) 2023-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9087504B2 (en) Ultrasonic transducer for use in a fluid medium
JP5611228B2 (en) Ultrasonic transducers used in fluid media
EP3774083B1 (en) Fluid impermeable ultrasonic transducer
JP4773366B2 (en) Ultrasonic transducer and method for performing flip-chip two-dimensional array technology on curved array
JP5426371B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus
CN101103929B (en) Ultrasonic probe
CN110475621B (en) Acoustic transducer with piezoelectric ceramic transducer element integrated in a vibrating diaphragm
CN107249763B (en) Acoustic transducer comprising a plurality of single transducers and method for the manufacture thereof
JP4183019B2 (en) Surface wave sensor device
US20230034997A1 (en) Ultrasonic transducer and method for manufacturing the same
US11179748B2 (en) Mounting structure, ultrasonic device, ultrasonic probe, ultrasonic apparatus, and electronic apparatus
JP2018029147A (en) Mounting structure, ultrasonic device, ultrasonic probe, ultrasonic apparatus, electronic device, and manufacturing method of mounting structure
JP7747481B2 (en) Ultrasound probe
JP2019216397A (en) Ultrasonic inspection apparatus, method of manufacturing the same, and ultrasonic probe
JPH07136164A (en) Ultrasonic probe
JPH05244692A (en) Ultrasonic microphone
JP2001258097A (en) Ultrasonic transducer and manufacturing method thereof
JP2009244235A (en) Ultrasonic array sensor for underwater use
KR100721738B1 (en) Unidirectional acoustic probe and method of manufacturing the same
JP2014171694A (en) Capacitive transducer, and manufacturing method of capacitive transducer
JPH07154185A (en) Surface acoustic wave device and manufacturing method thereof
JP5417633B2 (en) Ultrasonic sensor
JP2022088854A (en) Ultrasonic transducer
US10206280B2 (en) Mounting structure, ultrasonic device, ultrasonic probe, ultrasonic apparatus and electronic apparatus
JP5107432B2 (en) Ultrasonic bonding apparatus and method, and sealing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240902

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250513

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250902

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250918

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7747481

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150