專利名稱：超聲波探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過接觸生物體等被檢測物體發(fā)送和接收超聲波以得到 被檢測物體的診斷信息而使用的超聲波探頭。
背景技術(shù)：
超聲波診斷裝置對作為被檢測對象的人或動物等生物體照射超聲 波，檢測被檢測物體內(nèi)反射的回聲信號，將生物體內(nèi)的組織的斷層圖像 等顯示于監(jiān)視器上，提供被檢測物體的診斷所需要的信息。這種超聲波 診斷裝置使用對被檢測物體內(nèi)發(fā)送超聲波和接收被檢測物體內(nèi)來的回 聲信號用的超聲波探頭。
圖9是表示這種已有的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)的例子的剖面圖。在圖9 中，超聲波探頭30具備為了在與未圖示的被檢測物體之間收發(fā)超聲波， 在一定的方向(在圖9中與紙面正交的方向)上排列的多個壓電元件 11、在該壓電元件11的被檢測體一側(cè)(圖9的上方)的表面(以下將 "被檢測體一側(cè)的表面"稱為"前表面，，)上設(shè)置的1層以上(圖中所 示的是2層)的聲(acoustic)匹配層12 ( 12a、 12b)、設(shè)置于該聲 匹配層12的前表面的聲透鏡13、設(shè)置于壓電元件11的被檢測體一側(cè) 的相反側(cè)(圖9的下方)的表面(以下將"被檢測體一側(cè)的相反側(cè)的表 面"稱為"背面")的信號用的電氣端子15、設(shè)置于該信號用的電氣 端子15的背面的背面負(fù)載構(gòu)件14、以及安裝于第1聲匹配層12a與第 2聲匹配層12b之間的接地用的電氣端子16。
壓電元件11利用PZT (鈦酸鋯酸鉛)類等壓電陶瓷、單晶、這些材 料與高分子材料復(fù)合的復(fù)合壓電體、或PVDF (聚偏二氟乙烯)等為代 表的高分子材料的壓電體等形成。這種壓電元件11的前表面以及背面 上分別形成電極，在這些電極與壓電元件11之間進(jìn)行電信號的收發(fā)。 也就是說，壓電元件11將電壓變換為超聲波然后發(fā)送到被檢測體內(nèi)，
6又接收在被檢測體內(nèi)反射的回聲，將其變換為電信號。
聲匹配層12是為了將超聲波高效率地發(fā)送到被檢測體，并且接收來 自被檢測體的信號而設(shè)置的，更具體地說，起著使壓電元件ll的聲阻 抗階段性地靠近被檢測體的聲阻抗的作用。在圖中所示的例子中，作為 聲匹配層12，是第1聲匹配層與第2聲匹配層重疊形成的。 其中，第1聲匹配層12a使用作為導(dǎo)電構(gòu)件的石墨，從其前表面引出在 絕緣膜上被覆金屬膜的電氣端子16。而且在電氣端子16的前表面設(shè)置 第2聲匹配層12b。這種結(jié)構(gòu)即使是在壓電元件11受到來自外部的機(jī) 械沖擊而開裂等情況下，絕緣膜也不容易開裂，因此能夠確保電氣導(dǎo)通， 所以具有高可靠性的特征(參照例如下述專利文獻(xiàn)1)。
另一方面，第1聲匹配層12a采用與石墨相比聲阻抗大的材料，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶化，這樣的結(jié)構(gòu)也是已知的(參照例如下述專利文獻(xiàn) 2)。
又，作為第1聲匹配層12a,在絕緣性構(gòu)件的一部分上設(shè)置貫通孔， 在這種貫通孔中嵌裝導(dǎo)電性構(gòu)件，將在其前表面設(shè)置的電氣端子與其背 面上的壓電元件11的電極相連接的結(jié)構(gòu)也是已知的(參照例如下述專 利文獻(xiàn)3)。
聲透鏡13是為了提高診斷圖像的分辨率對超聲波束進(jìn)行聚焦用的構(gòu) 件。該聲透鏡13是任選要素，根據(jù)需要設(shè)置。背面負(fù)載構(gòu)件14為支持 壓電元件ll而被結(jié)合，而且起著使不需要的超聲波衰減的作用。
專利文獻(xiàn)l:特開平7 - 123497號公報
專利文獻(xiàn)2:特開2003 - 125494號公報
專利文獻(xiàn)3:特開平7 - 37107號公報
電子掃描型超聲波診斷裝置將壓電元件做成多個群，對各壓電元件 群延遲一定的延遲時間驅(qū)動，從各壓電元件群向被檢測體內(nèi)發(fā)送超聲 波，接收從被檢測體來的回聲信號。通過這樣給予延遲時間，超聲波束 收縮或擴(kuò)散，能夠得到大視野或高分辨率的超聲波圖像。
對多個壓電元件群給予一定的延遲時間得到超聲波圖像的系統(tǒng)，作 為一般的系統(tǒng)已為人所知，作為超聲波探頭，為了得到這樣的高分辨率 的超聲波圖像，重要的事情之一是寬帶化。又，在追求高性能的另一方 面，超聲波探頭是由醫(yī)生或檢查技師操作，同時直接或間接接觸被檢測 7體以得到診斷圖像的構(gòu)件，因此，為了有良好的操作性能，也要求有細(xì) 長的形狀。又超聲波探頭在操作中或操作以外的時間，也常常會由于不 可抗力而跌落或受到打擊造成損壞，因此要求有在這樣的情況下可靠性 高的探頭。
作為使超聲波探頭寬帶化的一個對策，有例如專利文獻(xiàn)2所述，將 壓電元件的前表面設(shè)置的聲匹配層做成3層以上的結(jié)構(gòu)的方法。但是， 在這樣的結(jié)構(gòu)中，壓電元件側(cè)的第1聲匹配層使用作為半導(dǎo)體的硅，因 此從該第1聲匹配層側(cè)的壓電元件的電極引出的電氣端子只從壓電元 件上形成的電極的端部的一部分引出，如果采用這一結(jié)構(gòu)，在受到機(jī)械 沖擊，壓電元件和電極開裂的情況下，在開裂的時刻發(fā)生斷線，功能下
另一方面，專利文獻(xiàn)l所示的結(jié)構(gòu)，在第1聲匹配層使用作為導(dǎo)體 的石墨，在其前表面設(shè)置絕緣性薄膜的一主面上被覆金屬膜的電氣端 子，因此可靠性高，但是使用于第l聲匹配層的導(dǎo)體材料聲阻抗小，而 且聲匹配層只疊層到2層，因此寬帶化是困難的。近年來，超聲波探頭 傾向于進(jìn)一步寬帶化，使用相對于基頻為2次或3次的諧波分量，或在 多個頻率使用以得到高分辨率的超聲波圖像以進(jìn)行診斷的情況越來越 多，因此寬帶化越來越重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮上述情況而作出的，其目的在于提供能夠得到高分辨 率的診斷圖像同時可靠性高的超聲波探頭。又，本發(fā)明的另一目的在于， 提供操作性能良好的超聲波探頭。
本發(fā)明是一種超聲波探頭，具備在厚度方向的兩個面上形成電極的 壓電元件、以及在所述壓電元件的一電極形成面上層疊的聲匹配層，其 特征在于，
所述聲匹配層由至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成， 而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元件的一電極形成面的多處分別 在層的厚度方向上貫通的部位。
借助于這種結(jié)構(gòu)，在壓電元件的一電極形成面上層疊的聲匹配層的 聲阻抗能夠做到所希望的值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化，從而能夠得到高分辨率的診斷圖像，而且能夠通過聲匹配層將電氣端子連接于壓電 元件的一電極形成面上的多個地方，因此能夠提供可靠性高的超聲波探 頭。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，所述聲匹配層由包含絕緣 性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料、或包含絕 緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材和包含導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的 復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元件的一電極形成 面上的多處分別在層的厚度方向上貫通的部位。
借助于這種結(jié)構(gòu)，在壓電元件的一個形成電極的面上層疊的聲匹配 層的聲阻抗能夠做到所希望的值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化，從而能 夠得到高分辨率的診斷圖像，而且能夠通過聲匹配層將電氣端子連接于 壓電元件的一電極形成面上的多個地方，因此能夠提供可靠性高的超聲 波探頭。
又本發(fā)明的超聲波探頭具備具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩個 面上形成電極，在相互正交于厚度方向的方向上配置的多個壓電元件； 以及在所述多個壓電元件的一電極形成面上分別層疊的多個聲匹配層， 其特征在于，
所述聲匹配層包含在所述壓電元件上依序?qū)盈B的第1和第2聲匹配
層，
所述笫1聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件、與導(dǎo)電性構(gòu) 件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元 件的一電極形成面的多處分別在層的厚度方向上貫通的部位。
借助于這種結(jié)構(gòu)，利用聲匹配層的多層化，容易將聲阻抗做到所希 望的值，因此能夠得到高分辨率的診斷圖像，而且能夠通過第l聲匹配 層將電氣端子連接于壓電元件的一電極形成面上的多個位置，因此能夠 提供可靠性高的超聲波探頭。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，構(gòu)成與所述壓電元件鄰接 的所述聲匹配層的所述復(fù)合材料，是將絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo) 電性構(gòu)件配置于預(yù)定的區(qū)域的。
借助于這種結(jié)構(gòu)，能夠任意設(shè)定絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電 性構(gòu)件的體積率，容易決定聲阻抗。又，本發(fā)明具備在與所述壓電元件相鄰的所述聲匹配層的外表面部 層疊的電氣端子，
所述電氣端子在絕緣性薄片的一主面上被覆導(dǎo)電性膜，而且層疊成 所述絕緣性薄片的一主面與所述聲匹配層對置，所述導(dǎo)電性膜通過構(gòu)成 所述聲匹配層的所述導(dǎo)電性構(gòu)件與所述壓電元件上形成的一所述電極 電氣連接。
借助于這種結(jié)構(gòu)，即使是由于機(jī)械沖擊等原因，壓電元件以及一方 的電極開裂，絕緣性薄片也不容易開裂，因此能夠提供斷線故障極少發(fā) 生，操作性能良好的超聲波探頭。
又，在本發(fā)明中，本發(fā)明的超聲波探頭具備具有規(guī)定的厚度，在 厚度方向的兩個面上形成電極，相互在正交于厚度方向的方向上配置的 多個壓電元件、以及在所述多個壓電元件的一電極形成電極面上分別層
疊的多個聲匹配層，其特征在于，
n為3以上的整數(shù)，所述聲匹配層包含在所述壓電元件上依序?qū)盈B的 第1~第n聲匹配層，而且在第1聲匹配層與第2聲匹配層之間插入電 氣端子，
至少所述第1聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性 構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電 元件的一電極形成面的多處分別在層的厚度方向上貫通的部位，
所述電氣端子在絕緣性薄片的一主面上被覆導(dǎo)電性膜，而且層疊成 所述絕緣性薄片的一主面與所述聲匹配層對置，所述導(dǎo)電性膜通過構(gòu)成 所述第1聲匹配層的所述導(dǎo)電性構(gòu)件與所述壓電元件上形成的一所述 電極電氣連接。
利用這種結(jié)構(gòu)，聲匹配層形成多層化，同時能夠?qū)⒙暺ヅ鋵拥穆曌?抗做到規(guī)定的值，因此能夠得到高分辨率的診斷圖像，又能夠通過第1 聲匹配層將電氣端子連接于壓電元件的一電極形成面的多個位置，因此 可靠性高，而且由于絕緣性薄片不容易開裂，能夠提供斷線故障極少發(fā) 生而且操作性能也很好的超聲波探頭。
又，本發(fā)明的超聲波探頭具備有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩個 面上形成電極，相互在正交于厚度方向的方向上配置的多個壓電元件； 以及在所述多個壓電元件的一電極形成面上分別層疊的多個聲匹配層，其特征在于，
n為3以上的整數(shù)，所述聲匹配層包含在所述壓電元件上依序?qū)盈B的 第1~第n聲匹配層，而且在第2聲匹配層與第3聲匹配層之間插入電 氣端子，
至少所述第1和笫2聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與 導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所 述壓電元件的一電極形成的面的多處分別在層的厚度方向上貫通的部 位，
所述電氣端子在絕緣性薄片的一主面上被覆導(dǎo)電性膜，而且層疊成 所述絕緣性薄片的一主面與所述聲匹配層對置，所述導(dǎo)電性膜通過構(gòu)成 所述第1聲匹配層的所述導(dǎo)電性構(gòu)件和構(gòu)成所述第2聲匹配層的所述導(dǎo) 電性構(gòu)件，與所述壓電元件上形成的一所述電極電氣連接。
借助于這種結(jié)構(gòu)，使聲匹配層實(shí)現(xiàn)多層化，而且能夠?qū)⒙暺ヅ鋵拥?聲阻抗做成規(guī)定的值，因此能夠得到高分辨率的診斷圖像，而且能夠通 過第1和第2聲匹配層將電氣端子連接于壓電元件的一個形成電極的面 上的多個地方，因此可靠性得到提高，而且由于使用即使是受到機(jī)械沖 擊等也不容易開裂的絕緣性薄片，因此能夠提供操作性能良好的超聲波 探頭。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，構(gòu)成所述第1聲匹配層的 所述復(fù)合材料把絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件配置于預(yù)定 的區(qū)域。
利用這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?gòu)成第1聲匹配層的復(fù)合材料的絕緣性構(gòu)件 或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的體積率設(shè)定為任意值，容易決定聲阻 抗。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，構(gòu)成所述第2聲匹配層的 所述復(fù)合材料把絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件配置于預(yù)定 的區(qū)域。
利用這種結(jié)構(gòu)，能夠任意設(shè)定構(gòu)成第2聲匹配層的復(fù)合材料的絕緣 性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的體積率，容易決定聲阻抗。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，將所述壓電元件的厚度方 向i己為Z方向，將與該Z方向正交的方向i己為X方向，將與Z方向和X方向正交的方向i6為Y方向，
構(gòu)成所述聲匹配層的所述復(fù)合材料，具備
所述導(dǎo)電性構(gòu)件只在Z方向上有連結(jié)，在X、 Y方向上沒有連結(jié)，所 述絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件在X、Y、Z三個方向上有連結(jié)的連結(jié)結(jié)構(gòu)、
或者，所述導(dǎo)電性構(gòu)件在Y和Z兩個方向上有連結(jié)，所述絕緣性構(gòu) 件或半導(dǎo)電性構(gòu)件在Y和Z兩個方向上有連結(jié)的連結(jié)結(jié)構(gòu)、
或者，所述導(dǎo)電性構(gòu)件在X、 Y、 Z三個方向上有連結(jié)，所述絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件僅在Z方向上有連結(jié)，在X、 Y方向上沒有連結(jié)的
連結(jié)結(jié)構(gòu)
中的任一連結(jié)結(jié)構(gòu)。
利用這種結(jié)構(gòu)，容易設(shè)定構(gòu)成聲匹配層的復(fù)合材料的絕緣性構(gòu)件或 半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的體積率，而且容易在一電極形成面上的多 個地方，分別形成導(dǎo)電性構(gòu)件在層厚方向上貫通的部位。
又，本發(fā)明的超聲波探頭具備具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩 個面上形成電極的壓電元件；以及在所述壓電元件的一電極形成電極面 上層疊的聲匹配層，其特征在于，
所述聲匹配層由至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成， 而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元件的一電極形成面的多處分別 在層厚方向上貫通的部位，而且形成在厚度方向上導(dǎo)電性構(gòu)件的體積比 率連續(xù)地斜率變化的，或體積比率階梯性變化的結(jié)構(gòu)。
利用這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)弘娫囊浑姌O形成面上層疊的聲匹配層 的聲阻抗做到所希望的值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化，因此能夠得到 高分辨率的診斷圖像，又，能夠通過聲匹配層，將電氣端子連接于壓電 元件的一電極形成面上的多個地方，因此能夠提供可靠性高的超聲波探 頭。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，所述聲匹配層的所述多種
料構(gòu)成。 ' 一 ""
利用這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)弘娫囊浑姌O形成面上層疊的聲匹配層 的聲阻抗做到所希望的值，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多層化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的 寬帶化，從而能夠得到高分辨率的診斷圖像，又，能夠通過聲匹配層，將電氣端子連接于壓電元件的一電極形成面上的多個地方，因此能夠提 供可靠性高的超聲波探頭。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，所述復(fù)合材料的所述半導(dǎo) 電性構(gòu)件包含金屬、金屬與高分子材料的復(fù)合體、石墨的碳化物中的至 少一種。
借助于這種結(jié)構(gòu)，能夠在選擇材料時也考慮聲阻抗。
又，本發(fā)明的超聲波探頭，其特征在于，所述復(fù)合材料的絕緣性構(gòu) 件或半導(dǎo)電性構(gòu)件包含玻璃、陶瓷、水晶、有機(jī)高分子材料與金屬的復(fù) 合體、硅單晶體或多晶體中的至少一種。
借助于這種結(jié)構(gòu)，容易決定聲的阻抗。
如果采用本發(fā)明，壓電元件的一電極形成電極面上層疊的聲匹配層
料構(gòu)成，因此能夠?qū)⒙曌杩棺龅剿Ｍ闹?，能夠使頻率寬帶化，因此 能夠得到高分辨率的診斷圖像，而且導(dǎo)電性構(gòu)件具有在壓電元件的一電 極形成面的多處分別在層厚方向上貫通的部位，因此能夠通過聲匹配層 將電氣端子連接于壓電元件的一電極形成電極面上的多個地方，所以能 夠提供可靠性高的超聲波探頭。


圖1A是表示本發(fā)明的超聲波探頭的第1實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖面圖。 圖1B是表示構(gòu)成圖1A所示的超聲波探頭的聲匹配層的結(jié)構(gòu)例的剖 面圖。
圖2A是表示本發(fā)明的超聲波探頭的第2實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖面圖。 圖2B是表示構(gòu)成圖2A所示的超聲波探頭的第l聲匹配層的結(jié)構(gòu)例 的立體圖。
圖2C是表示圖2B所示的第1聲匹配層的絕緣性構(gòu)件或?qū)щ娦詷?gòu)件 的體積比例與聲阻抗的關(guān)系的曲線圖。
圖2D是表示構(gòu)成圖2A所示的超聲波探頭的第l聲匹配層的結(jié)構(gòu)例 的立體圖。
圖2E是表示構(gòu)成圖2A所示的超聲波探頭的第l聲匹配層的結(jié)構(gòu)例 的立體圖。
13圖3A是將本發(fā)明的超聲波探頭的第3實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)部分切開表示 的立體圖。
圖3B是圖3A所示的超聲波探頭的剖面圖。
圖3C是表示構(gòu)成圖3A以及圖3B所示的超聲波探頭的要素的具體結(jié) 構(gòu)例的立體圖。
圖3D是表示構(gòu)成圖3A以及圖3B所示的超聲波探頭的要素的具體結(jié) 構(gòu)例的立體圖。
圖4A是將本發(fā)明的超聲波探頭的第4實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)部分切開表示 的立體圖。
圖4B是圖4A所示的超聲波探頭的剖面圖。
圖5A是將本發(fā)明的超聲波探頭的第5實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)部分切開表示 的立體圖。
圖5B是圖5A所示的超聲波探頭的剖面圖。
圖6A是將本發(fā)明的超聲波探頭的第6實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)部分切開表示 的立體圖。
圖6B是表示構(gòu)成圖6A所示的超聲波探頭的聲匹配層的結(jié)構(gòu)例的剖 面圖。
圖7A是表示構(gòu)成本發(fā)明的超聲波探頭的第7實(shí)施形態(tài)的聲匹配層的 結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖7B是表示構(gòu)成本發(fā)明的超聲波探頭的第7實(shí)施形態(tài)的聲匹配層的 另一結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖8是表示構(gòu)成本發(fā)明的超聲波探頭的第8實(shí)施形態(tài)的聲匹配層的 結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖9是表示已有的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖所示的理想的實(shí)施形態(tài)對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 第1實(shí)施形態(tài)
圖1A是表示本發(fā)明的超聲波探頭的第1實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖面圖， 圖1B是表示構(gòu)成圖1A所示的超聲波探頭的聲匹配層的結(jié)構(gòu)例的剖面 圖。在圖1A中，超聲波探頭IOA具備板狀的壓電元件1、層疊于該壓電 元件1的前表面(圖中的上方)的聲匹配層2、根據(jù)需要裝配于壓電元 件1的背面(圖中的下方)的背面負(fù)栽構(gòu)件3、以及同樣根據(jù)需要裝配 于聲匹配層2的前表面的聲透鏡4。這些構(gòu)成要素各自的功能與構(gòu)成已 有的超聲波探頭的要素具有的功能相同。
超聲波探頭10A的構(gòu)成要素中，壓電元件1利用PZT系那樣的壓電 陶瓷、PZN-PT、 PMN-PT系那樣的壓電單晶、或這些材料與高分子材料 復(fù)合的復(fù)合壓電體、或PVDF等為代表的高分子材料的壓電體等形成。 在壓電元件1的前表面形成接地電極5，壓電元件1的背面上形成信號 用電極6。接地電極5和信號用電極6分別利用金或銀的蒸鍍、濺射、 或銀的燒成等方法形成。
又，壓電元件1上形成的信號用電極6與背面負(fù)栽構(gòu)件3之間插入 聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片7a的一個主面上被覆銅等導(dǎo) 電性膜7b的信號用電氣端子7。在這種情況下，信號用電氣端子7的 導(dǎo)電性膜7b與壓電元件1上形成的信號用電極6接觸，而且絕緣性薄 片7a的一主面向著壓電元件1 一側(cè)，使得信號用電氣端子7的絕緣性 薄片7a與背面負(fù)載構(gòu)件3接觸。另一方面，在形成于壓電元件l的接 地電極5的前表面上，依序?qū)盈B至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成的 聲匹配層2和具有導(dǎo)電性的例如銅等金屬薄膜的接地用電氣端子9。在 這種情況下，接地用電氣端子9與聲匹配層2的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件 接觸，根據(jù)需要在接地用電氣端子9的前表面安裝使用硅橡膠等材料的 聲透鏡4。還有，導(dǎo)電性膜7b、接地用電氣端子9只要是具有導(dǎo)電性的 材料即可，可以是任何材料，不限于于金屬材料。又，接地用電氣端子 9也可以是像信號用電氣端子7的構(gòu)成那樣，在利用高分子材料構(gòu)成的 絕緣性薄片的一個主面上被覆導(dǎo)電性膜，該導(dǎo)電性膜也可以疊層于聲匹 配層2 —側(cè)。
下面對如上所述構(gòu)成的超聲波探頭IOA的動作進(jìn)行說明。 壓電元件1上形成的信號用電極6通過信號用電氣端子7，又壓電元 件1的接地電極5通過聲匹配層2的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件和接地用電 氣端子9，分別電氣連接于未圖示的電纜的一端，這些電纜的各自的另 一端連接于未圖示的超聲波診斷裝置的主體部。借助于此，將超聲波診斷裝置的主體部產(chǎn)生的規(guī)則的脈沖電壓施加于壓電元件1，發(fā)出超聲波，又，將接收的超聲波的回聲變換為電氣信號然后發(fā)送到超聲波_奮斷裝置的主體部。
作為包含導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成的聲匹配層2，選擇其聲阻抗在壓電元件1與位于聲透鏡4一側(cè)的未圖示的被檢測體各自的聲阻抗之間的材料。圖1B表示聲匹配層2的包含導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)例。在圖1B中，向著被檢測體發(fā)射超聲波的方向記為Z方向，與其正交的兩個方向分別i己為X方向和Y方向。
圖1B所示的聲匹配層2是導(dǎo)電性構(gòu)件20與作為其他構(gòu)件的例如絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21在X方向上交替配置的匹配層，形成其中多個導(dǎo)電性構(gòu)件20在Y方向以及Z方向上相互連接，而絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21也同樣在Y和Z兩個方向上相互連接的結(jié)構(gòu)體。在這里，多個導(dǎo)電性構(gòu)件20分別與形成于壓電元件1的前表面的接地電極5和接地用電氣端子9接觸，具有將壓電元件1的接地電極5與接地用電氣端子9電氣連接的功能。還有，將導(dǎo)電性構(gòu)件20以使其端部分別向著Z方向的狀態(tài)在Y方向上配置為列狀，同時在X方向上配置多列，用絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21包圍其周圍，其中導(dǎo)電性構(gòu)件20也可以只在Z方向一個方向上連接，而在X、 Y方向上不連接。又，即使采用絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21在X、 Y、 Z三個方向上有連接的結(jié)構(gòu)體，或?qū)⒍鄠€絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以使其端部分別向著Z方向的狀態(tài)在Y方向上配置為列狀，同時在X方向上配置多列，用導(dǎo)電性構(gòu)件20包圍其周圍，其中導(dǎo)電性構(gòu)件20在X、 Y、 Z三個方向上有連接，且絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21只在Z方向一個方向上有連接的結(jié)構(gòu)體也同樣有效果。又，采用導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合體，但是此外導(dǎo)電構(gòu)件之間材料互不相同的復(fù)合體也具有相同的效果。
如上所述，圖1A所示的聲匹配層2的聲阻抗必須具有壓電元件1的聲阻抗與被檢測體的聲阻抗之間的值。例如壓電元件1采用聲阻抗約30MRayl的PZT-5H的壓電陶覺，以聲阻抗約為1. 6MRayl的生物體這樣的被檢測體為檢測對象的情況下，聲匹配層2采用l層，因此使用約6~8MRayl左右值的材料。因此，用例如圖1A所示的超聲波探頭IOA進(jìn)行說明，也可以考慮這樣的結(jié)構(gòu)，即聲匹配層2采用絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件，將壓電元件1的對應(yīng)于接地電極5的端部的部位切除，形成沒有聲匹配層的部分(未圖示)，從該部分引出電氣端子(未圖示)的結(jié)構(gòu)。而且，采用這樣的結(jié)構(gòu)時，在性能上，頻率的寬帶化成為可能，反之即使在沒有聲匹配層的部分，壓電元件1也振動發(fā)射超聲波，因此發(fā)送到被檢測體的超聲波發(fā)射混亂，超聲波圖像質(zhì)量下降。而且從接地電極5引出電氣端子的地方是1個，因此在診斷操作中超聲波探頭跌落，或超聲波探頭受到打擊等機(jī)械沖擊，壓電元件l斷裂時，有可能接地電極5也同樣斷裂，發(fā)生斷線等情況，因而導(dǎo)致故障。
圖1A所示的第1實(shí)施形態(tài)是解決這些問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化的結(jié)構(gòu)。也就是說，由于形成壓電元件1的接地電極5通過聲匹配層2的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20與接地用電氣端子9電氣連接的結(jié)構(gòu)，在壓電元件1的整個面上能夠均勻地進(jìn)行所希望的超聲波的發(fā)送和接收，同時即使是由于受到機(jī)械沖擊等影響，壓電元件1和接地電極5斷裂，也由于用聲匹配層2的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20連接著，發(fā)生斷線、故障的情況極少。
在這里，聲匹配層2的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21采用環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯、聚酰亞胺等為代表的高分子材料、玻璃、結(jié)晶化玻璃、混合高濃度鎢粉的環(huán)氧樹脂、鈮酸鉛陶瓷、有加工性能的陶瓷(可切削性陶瓷)、單晶硅或多晶硅、水晶、鈦酸鋇等的陶瓷等。又，作為聲匹配層2的導(dǎo)電性構(gòu)件20，采用石墨、充填銅等金屬的石墨、銅、鋁、銀、金、鎳等金屬材料、或金、銀、銅、鋁等金屬或碳的粉末混合于環(huán)氧樹脂等高分子化合物中以具有導(dǎo)電性的高分子材料或碳等。還有，導(dǎo)電性構(gòu)件20或絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21不限于上述材料，只要是與上述材料具有同等程度的聲阻抗的材料，也可以是其他材料。導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料的聲阻抗由各自的體積比率決定。
例如聲匹配層2所需要的聲阻抗想要形成為7MRayl的值的情況下，只要是導(dǎo)電性構(gòu)件20采用具有約為lOMRayl的值的、充填銅的石墨，絕緣性構(gòu)件21采用具有約為3MRayl的值的環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料，而且
17只要選擇各構(gòu)件的體積比率即可。也就是說，聲阻抗在環(huán)氧樹脂的體積
比率高的情況下，聲阻抗接近3MRayl，填充銅的石墨的體積比率高的情況下，聲阻抗接近10MRayl，容易選擇所需要的7MRayl。
還有，在這里對導(dǎo)電性構(gòu)件20、和絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21
的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是除了這種組合的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)外，也可以是例如絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21使用導(dǎo)電性構(gòu)件，形
成導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，也就是說，只要是至少具有導(dǎo)電性構(gòu)件20，具備能夠與壓電元件1的電極面電氣連接的功能和能夠改變聲阻抗的功能的復(fù)合材料，顯然不限于上述結(jié)構(gòu)。
還有，在這里，對聲匹配層2為1層的類型的聲匹配層進(jìn)行了說明，但是此外在采用具備2層以上的聲匹配層的結(jié)構(gòu)的情況、在各聲匹配層上設(shè)置本復(fù)合材料的情況、或在一部分層上設(shè)置本復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)的情況，也都能得到同樣的效果。
如上所述，作為設(shè)置于壓電元件的被檢測體一側(cè)的聲匹配層，設(shè)置至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，這樣能夠使聲匹配層具有所希望的聲阻抗，借助于此，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化，因此能夠得到高分辨率的診斷圖像。又，通過復(fù)合材料的聲匹配層的導(dǎo)電性構(gòu)件，能夠在壓電元件的多個地方連接電氣端子，因此能夠得到可靠性高而且操作性能良好的超聲波探頭。
又，在第l實(shí)施形態(tài)中，對圖1B所示的導(dǎo)電性構(gòu)件20和絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以相對于Z方向以均勻?qū)挾刃纬傻那闆r進(jìn)行了說明，但是絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以相對于Z方向?qū)拵нB續(xù)變化的所謂楔形形狀或階梯形變化，相對于Z方向的厚度聲阻抗連續(xù)變化或階梯性變化的結(jié)構(gòu)的情況下也能夠得到相同的效果。
又，在笫l實(shí)施形態(tài)中，對圖1B所示的導(dǎo)電性構(gòu)件20和絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大致相等的間隔被交替配置的情況進(jìn)行了說明，但是此外在隨機(jī)性的間隔或隨機(jī)排列的情況下也能夠得到同樣的效果。
又，在第l實(shí)施形態(tài)中，對為了與壓電元件1的接地電極5進(jìn)行電信號收發(fā)，隔著聲匹配層2在其前表面設(shè)置接地用電氣端子9的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是也可以取而代之，利用濺射、電鍍或印刷等方法在聲匹配層2的Z方向的兩個面或一個面上形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在該部分連接接地用電氣端子9，形成這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到相同的效果。
又，在第l實(shí)施形態(tài)中，聲匹配層2采用各用一種材料形成的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連接結(jié)構(gòu)，但是顯然導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的至少一種用兩種以上材料形成的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效果，并不限于分別用一種材料的連接結(jié)構(gòu)。
又，在第1實(shí)施形態(tài)中，將壓電元件1的前表面的電極作為接地電極5，在其被檢測體一側(cè)配置接地用電氣端子9，同時將壓電元件l的背面的電極作為信號用電極6，而且使信號用電氣端子7與信號用電極6接觸，但是也可以取而代之，將壓電元件1的前表面的電極作為信號用電極6，在其被檢測體一側(cè)配置信號用電氣端子7，同時將壓電元件1的背面的電極作為接地電極5，而且使接地用電氣端子9與接地電極5接觸，這樣在原理上也能夠進(jìn)行超聲波的接收和發(fā)送。
第2實(shí)施形態(tài)
圖2A是表示本發(fā)明的超聲波探頭的第2實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖2B、圖2D、圖2E分別是表示構(gòu)成圖2A所示的超聲波探頭的第l聲匹配層的結(jié)構(gòu)例的立體圖，圖2C是表示作為圖2B所示的第l聲匹配層的絕緣性構(gòu)件或?qū)щ娦詷?gòu)件使用的硅單晶的體積比例與聲阻抗的關(guān)系的曲線圖。
在圖2A中，超聲波探頭IOB具備板狀的壓電元件1、在該壓電元件1的前表面(圖中的上方)層疊的二層的聲匹配層2 (2a、 2b)、根據(jù)需要安裝于壓電元件1的背面(圖中的下方)的背面負(fù)載構(gòu)件3、以及同樣根據(jù)需要安裝于聲匹配層2 (2a、 2b)的前表面的聲透鏡4。這些構(gòu)成要素各自的功能與構(gòu)成已有的超聲波探頭的要素所具有的功能相同。
超聲波探頭10B的構(gòu)成要素中，壓電元件1利用PZT系那樣的壓電陶瓷、PZN-PT、 PMN-PT系那樣的壓電單晶、或這些材料與高分子材料復(fù)合的復(fù)合壓電體、或PVDF等為代表的高分子材料的壓電體等形成。在壓電元件1的前表面形成接地電極5，壓電元件1的背面上形成信號用電極6。接地電極5和信號用電極6分別利用金或銀的蒸鍍、濺射、
19或銀的燒成等方法形成。
又，壓電元件1上形成的信號用電極6與背面負(fù)載構(gòu)件3之間插入聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片7a的一個主面上被覆銅等導(dǎo)電性膜7b的信號用電氣端子7。在這種情況下，信號用電氣端子7的導(dǎo)電性膜7b與壓電元件1上形成的信號用電極6接觸，而且絕緣性薄片7a的一主面向著壓電元件1 一側(cè)，使得信號用電氣端子7的絕緣性薄片7a與背面負(fù)載構(gòu)件3接觸。另一方面，在壓電元件l上形成的接地電極5的前表面上，依序?qū)盈B絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成的第1聲匹配層2a、聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片9a的一主面上被覆銅等的導(dǎo)電性膜(厚度最好是對特性影響小的5微米以下)9b的接地用電氣端子9、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的第2聲匹配層2b。在這種情況下，接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b與第1聲匹配層2a的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件接觸，絕緣性薄片9a的一主面向著第1聲匹配層2a —側(cè)，以使第2聲匹配層2b與接地用電氣端子9的絕緣性薄片9a接觸。第2聲匹配層2b可以是絕緣性構(gòu)件，也可以是導(dǎo)電性構(gòu)件。而且根據(jù)需要在第2聲匹配層2b的前表面安裝使用硅橡膠等材料的聲透鏡4。還有，導(dǎo)電性膜7b、 9b只
要是具有導(dǎo)電性的材料即可，可以是任何材料，不限于于金屬材料。下面對如上所述構(gòu)成的超聲波探頭IOB的動作進(jìn)行說明。壓電元件1上形成的信號用電極6通過信號用電氣端子7，又，壓電元件1的接地電極5通過第1聲匹配層2a的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件和接地用電氣端子9，分別電氣連接于未圖示的電纜的一端，這些電纜的各自的另一端連接于未圖示的超聲波診斷裝置的主體部。借助于此，將超聲波診斷裝置的主體部產(chǎn)生的規(guī)則的脈沖電壓施加于壓電元件1，發(fā)出超聲波，又，將接收的超聲波的回聲變換為電氣信號然后發(fā)送到超聲波診斷裝置的主體部。
作為絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件、與導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料(以下稱為導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料)構(gòu)成的第1聲匹配層2a，選擇其聲阻抗在壓電元件1與第2聲匹配層2b的各自的聲阻抗的中間的材料。圖2B、圖2D和圖2E表示該第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的各自的連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例。在圖2B、圖2D、圖2E中，向著被檢測體發(fā)射超聲波的方向記為Z方向，與其正交的兩個方向分別記為X方向和Y方向。
圖2B所示的第1聲匹配層2a-l是分別形成為薄長方形的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21在X方向上交替配置的層，形成其中導(dǎo)電性構(gòu)件20在Y方向以及Z方向上相互連接，而絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21也同樣在Y和Z兩個方向上相互連接的結(jié)構(gòu)體，在以下的說明中，將這種連結(jié)結(jié)構(gòu)稱為2-2型連結(jié)結(jié)構(gòu)。在這里，多個導(dǎo)電性構(gòu)件20分別與形成于壓電元件1的前表面的接地電極5和接地用電氣端子9的絕緣性薄片9a的一主面上被覆的導(dǎo)電性膜9b接觸，具有將壓電元件1的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b電氣連接的功能。
圖2D所示的第1聲匹配層2a-2是將分別形成為圓柱狀的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20以使其端部分別向著Z方向的狀態(tài)在Y方向上配置為列狀，同時在X方向上配置多列，用絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21包圍其周圍的匹配層，其中導(dǎo)電性構(gòu)件20也可以只在Z方向一個方向上有連接，而在X、 Y方向上不連接。又形成絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21在X、Y、 Z三個方向上有連接的結(jié)構(gòu)體，將該連結(jié)結(jié)構(gòu)稱為1 - 3型連結(jié)結(jié)構(gòu)。在這里，多個導(dǎo)電性構(gòu)件20分別與形成于壓電元件1的前表面的接地電極5和接地用電氣端子9的絕緣性薄片9a的一主面上被覆的導(dǎo)電性膜9b接觸，具有將壓電元件1的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b電氣連接的功能。
圖2E所示的第1聲匹配層2a-3形成如下所述結(jié)構(gòu)，即、將分別形成為四方柱狀的多個絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以使其端部分別向著Z方向的狀態(tài)在Y方向上配置為列狀，同時在X方向上配置多列，用導(dǎo)電性構(gòu)件20包圍其周圍，其中導(dǎo)電性構(gòu)件20在X、 Y、 Z三個方向上有連接，而絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21只在Z方向一個方向上有連接，將這種連結(jié)結(jié)構(gòu)稱為3-1型連結(jié)結(jié)構(gòu)。在這里，導(dǎo)電性構(gòu)件20分別與形成于壓電元件1的前表面的接地電極5和接地用電氣端子9的絕緣性薄片9a的一主面上被覆的導(dǎo)電性膜9b接觸，具有將壓電元件1的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b電氣連接的功能。
如上所述，圖2A所示的第1聲匹配層2a的聲阻抗必須具有壓電元
21件1的聲阻抗與第2聲匹配層2b的聲阻抗之間的值。例如壓電元件1 采用聲阻抗約30MRayl的PZT-5H的壓電陶資，以聲阻抗約為1. 6MRayl 的生物體這樣的被檢測體為檢測對象的情況下，采用第2聲匹配層2b 的聲阻抗為3MRayl左右值的材料。從而，第1聲匹配層2a必須采用聲 阻抗為3 ~ 30MRayl之間的值的材料。
通常，第1聲匹配層2a的聲阻抗最好是在5 ~ 20MRayl之間，而且 該數(shù)值越大則頻率特性的頻帶趨向于越寬。因此作為第1聲匹配層2a 最好是采用10~20MRayl范圍的材料。作為聲阻抗在10~20MRayl之間 的材料，有例如玻璃、結(jié)晶玻璃、以高濃度混合金屬鴒粉的環(huán)氧樹脂、 鈮酸鉛陶瓷、有加工性能的陶瓷(可切削性陶瓷)、單晶硅或多晶硅、 水晶等。但是這些材料都是電絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件。
因此，用例如圖2A所示的超聲波探頭IOB進(jìn)行說明，但是也可以考 慮這樣的結(jié)構(gòu)，即第1聲匹配層2a采用絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件， 將壓電元件1的對應(yīng)于接地電極5的端部的部位切除，形成沒有聲匹配 層的部分(未圖示)，從該部分引出電氣端子(未圖示)的結(jié)構(gòu)。但是， 采用這樣的結(jié)構(gòu)時，在性能上，頻率的寬帶化成為可能，反之在沒有聲 匹配層的部分，壓電元件l也振動，發(fā)射超聲波，因此發(fā)送到被檢測體 的超聲波發(fā)射混亂，超聲波圖像質(zhì)量下降。而且從接地電極5引出電氣 端子的地方是l個，因此在診斷操作中超聲波探頭跌落，或超聲波探頭 受到打擊等機(jī)械沖擊，壓電元件1斷裂時，有可能接地電極5也同樣斷 裂，發(fā)生斷線等情況，因而導(dǎo)致故障。
圖2A所示的第2實(shí)施形態(tài)是解決這些問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)頻率寬帶 化的結(jié)構(gòu)。也就是說，由于形成壓電元件1的接地電極5通過第1聲匹 配層2a的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20與接地用電氣端子9的金屬膜9b電氣連 接的結(jié)構(gòu)，因此在壓電元件1的整個面上能夠均勻地進(jìn)行所希望的超聲 波的發(fā)送和接收，同時即使是由于受到機(jī)械沖擊等影響，壓電元件1 和接地電極5斷裂，也由于用第1聲匹配層2a的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20 連接著，發(fā)生斷線、故障的情況極少。
在這里，第l聲匹配層2a-l、 2a-2、 2a - 3的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo) 電性構(gòu)件21采用上述玻璃、結(jié)晶化玻璃、混合高濃度鵠粉的環(huán)氧樹脂、 鈮酸鉛陶瓷、有加工性能的陶瓷(可切削性陶瓷)、單晶硅或多晶硅、水晶、鈦酸鋇等的陶瓷等。又，作為第1聲匹配層2a-l、 2a-2、 2a -3的導(dǎo)電性構(gòu)件20，采用銅、鋁、銀、金、鎳等金屬材料、或金、銀、 銅、鋁等金屬或碳的粉末混合于環(huán)氧樹脂等高分子化合物中使其具有導(dǎo) 電性的高分子材料、或石墨、碳等。還有，導(dǎo)電性構(gòu)件20或絕緣性構(gòu) 件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21不限于上述材料，只要是與上述材料具有同等程 度的聲阻抗的材料，也可以是其他材料。導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件 或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料的聲阻抗由各自的體積比率決定。
還有，在這里對導(dǎo)電性構(gòu)件20和絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是除了上述組合的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)外， 也可以是例如絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21使用導(dǎo)電性構(gòu)件以形成導(dǎo) 電性構(gòu)件的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，也就是說，只要是至少具有導(dǎo)電性構(gòu)件 20,具備能夠與壓電元件1的電極面電氣連接的功能和能夠改變聲阻抗 的功能的復(fù)合材料，顯然不限于上述結(jié)構(gòu)。
導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料具有的 聲阻抗，在連結(jié)結(jié)構(gòu)為l-3型、2-2型、3-l型的情況下，是兩種材 料各自具有的聲阻抗之間的值，而且通過改變它們的體積比率，可以得 到所希望的聲阻抗。
又，為了使具有l(wèi)-3型、2-2型、3-1型的連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu) 件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料作為第1聲匹配層 2a起作用，決定導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度以及其排列間隔，以使復(fù)合材料 形成一體傳播超聲波。又，在導(dǎo)電性構(gòu)件20的體積比率小的情況下， 不必考慮其寬度和排列間隔，導(dǎo)電性構(gòu)件20以電氣連接功能為主選擇 材其料即可。
以作為聲匹配層的功能為目的，即不需要導(dǎo)電性能，只以將聲阻抗 調(diào)整為所希望的值為目的，采用圖2B、圖2D、圖2E所示的結(jié)構(gòu)的情況 下，沒有必要對導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件這樣的材料進(jìn) 行選擇，也可以是絕緣性構(gòu)件之間的連結(jié)結(jié)構(gòu)、或環(huán)氧樹脂那樣的絕緣 性構(gòu)件與硅那樣的半導(dǎo)電性構(gòu)件之間的連結(jié)結(jié)構(gòu)。
下面對具有圖2B所示的2 - 2型連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a - 1的 制造方法的一個例子進(jìn)行說明。絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21采用硅 單晶。該硅單晶采用圖2B的Z方向平坦的硅單晶。借助于對該平坦面進(jìn)行激光照射、化學(xué)蝕刻、或利用切割機(jī)等機(jī)械進(jìn)行加工的方法，以任
意間隔在圖2B的Y方向上形成裝填導(dǎo)電性構(gòu)件20用的槽。接著在槽中 充填混合有銀粉等粉末的導(dǎo)電性的環(huán)氧樹脂等導(dǎo)電性粘接劑并使其硬 化。該導(dǎo)電性粘接劑是聲阻抗比硅單晶更小的材料。接著，在Z方向上 進(jìn)行對硅單晶進(jìn)行切片加工，形成厚度大約為1/4波長的薄片作為第1 聲匹配層2a。在這種情況下，如果希望有聲阻抗接近硅單晶的第1聲 匹配層2a，則只要將導(dǎo)電性構(gòu)件20的導(dǎo)電性粘接劑的體積比率做得小 即可，如果需要小的聲阻抗值，只要加大其體積比率即可。
例如在形成導(dǎo)電性構(gòu)件20用的導(dǎo)電性粘接劑采用(Emerson and Cummings, Inc.制造的)Echobond 56C，作為絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu) 件21采用硅單晶的情況下，聲阻抗分別為約6. 5MRayl和19. 7MRayl。 因此，利用切割機(jī)以任意間隔和槽寬分割硅單晶，在該槽的部分充填 Echobond 56C形成的材料測定聲阻抗(密度x音速)時，在硅單晶的 體積比率為63. 5%的情況下為15. 3MRayl，而在硅單晶的體積比率為 43%的情況下為12. 7MRayl。
圖2C是根據(jù)對上述兩種材料測定的結(jié)果作成的，硅單晶的體積比率 與聲阻抗之間的關(guān)系的曲線圖。從該曲線圖可知，形成導(dǎo)電性根據(jù)20 用的導(dǎo)電性粘接劑采用Echobond 56C,使硅單晶的體積比率在0 (只有 導(dǎo)電性粘接劑)％ ~100%的范圍內(nèi)變化的情況下，導(dǎo)電性粘接劑與硅 單晶的復(fù)合材料的聲阻抗從約6. 5MRayl到19. 7MRayl幾乎是線性變化。 又，發(fā)明人可以確認(rèn)，在該體積比率與聲阻抗之間有相關(guān)關(guān)系。
下面對圖2B所示的2-2型連結(jié)結(jié)構(gòu)中的第1聲匹配層2a-l的另 一制造方法進(jìn)行說明。將作為絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的板狀的 硅單晶與作為導(dǎo)電性構(gòu)件20的板狀的石墨或金屬在圖2B的X方向上交 替層疊粘接，或在作為絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的板狀硅單晶的 一主面上分別對金屬用濺射、電鍍、或印刷等方法將其形成薄膜，將形 成薄膜的構(gòu)件在圖2B的X方向上依序疊層粘接，然后對其進(jìn)行切片加 工，以得到希望的圖2B的Z方向的厚度。采用這種方法也能夠進(jìn)行大 量生產(chǎn)。
下面對具有圖2D所示的1 - 3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a - 2的 制造方法的一個例子進(jìn)行說明。準(zhǔn)備在圖2D的Z方向具有厚度的硅單晶作為絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21。然后對該硅單晶利用照射激光、 化學(xué)蝕刻、或機(jī)械加工等方法以任意間隔設(shè)置用于設(shè)置多個導(dǎo)電性構(gòu)件 20的孔。接著，在該孔中充填混合有銀粉等粉末的導(dǎo)電性的環(huán)氧樹脂 等導(dǎo)電性粘接劑并使其硬化。其后，進(jìn)行加工以形成厚度大約為I/4 波長，作為第1聲匹配層。如果希望有聲阻抗接近硅單晶的第1聲匹配 層，則只要將導(dǎo)電性構(gòu)件21的導(dǎo)電性粘接劑的體積比率做得小即可， 而如果需要更小的聲阻抗值，只要加大導(dǎo)電性構(gòu)件21的導(dǎo)電性粘接劑 的體積比率即可。
順便說明，單晶硅的聲阻抗為19. 7MRayl，而作為導(dǎo)電性粘接劑的 (Emerson and Cummings, Inc.制造的)Echobond 56C的聲阻抗為約 6.5MRayl，通過對各自的體積比率進(jìn)行調(diào)整，與圖2B的結(jié)構(gòu)一樣，能 夠使聲阻抗為6.5MRayl~19. 7MRayl范圍內(nèi)的值。
下面對具有圖2E所示的3-1型連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a - 3的 制造方法的一個例子進(jìn)行說明。準(zhǔn)備硅單晶作為絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性 構(gòu)件21。然后對該硅單晶利用照射激光、化學(xué)蝕刻、或用的切片機(jī)進(jìn) 行機(jī)械加工等方法以任意間隔在X、 Y兩個方向上設(shè)置多個槽，形成方 形柱，其后在多個槽中充填導(dǎo)電性粘接劑等導(dǎo)電性構(gòu)件20并使其硬化。 其后進(jìn)行加工以形成大約1/4波長的厚度，作為第1聲匹配層。
如上所述，設(shè)置于壓電元件的被檢測體一側(cè)的聲匹配層可以通過設(shè) 置導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，將聲匹配層形 成為具有所希望的聲阻抗的匹配層，借助于此，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化， 因此能夠得到高分辨率的診斷圖像。而且能夠通過復(fù)合材料的聲匹配層 的導(dǎo)電性構(gòu)件，使電氣端子與壓電元件的多個地方接觸，因此能夠得到 可靠性高而且操作性能良好的超聲波探頭。
還有，在第2實(shí)施形態(tài)中，圖2D所示的1 - 3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性 構(gòu)件20釆用具有圓柱形狀的構(gòu)件，但是除此以外，采用多邊形柱形或 球形等形狀的構(gòu)件也能夠得到同樣的效果。又，形成相對于Z方向的錐 體那樣的圓錐形狀，相對Z方向的厚度聲阻抗連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)的情況下
也能夠得到的同樣的效果。
又，在第2實(shí)施形態(tài)中，對圖2B所示的2-2型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性 構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以相對于Z方向均勻的寬度形成的情況進(jìn)行了說明，但是在絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21形成為相 對于Z方向?qū)挾冗B續(xù)變化的所謂楔形，相對于Z方向的厚度，聲阻抗連 續(xù)變化的結(jié)構(gòu)的情況下也能夠得到相同的效果。
又，在第2實(shí)施形態(tài)中，對圖2B所示的2-2型、圖2D所示的1-3 型以及圖2E所示的3-l型各連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件 或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大致相等的間隔交替排列的情況進(jìn)行了說明，但 是除此以外，隨機(jī)的間隔或隨機(jī)排列的情況下也能夠得到相同的效果。
又，在第2實(shí)施形態(tài)中，對為了實(shí)現(xiàn)與壓電元件1的接地電極5的 信號收發(fā)，隔著第1聲匹配層2a，在其前表面設(shè)置接地用的電氣端子9 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是取而代之，形成如下所述的結(jié)構(gòu)，即在第1 聲匹配層2a的Z方向的兩個面上或一個面上利用濺射、電鍍、或印刷 等方法形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在該部分連結(jié)接地用電氣端子9的結(jié)構(gòu)也能夠 得到相同的效果。
又，在第2實(shí)施形態(tài)中，第1聲匹配層2a采用分別以一種材料形成 的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連結(jié)結(jié)構(gòu)，但是導(dǎo) 電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21中的至少一種，用兩種以 上的材料構(gòu)成顯然也能夠得到同樣的效果，不限于分別用一種材料的連 結(jié)結(jié)構(gòu)。
又，在第2實(shí)施形態(tài)中，將壓電元件1的前表面的電極作為接地電 極5，在其被檢測體一側(cè)配置接地用電氣端子9，同時將壓電元件l的 背面的電極作為信號用電極6,而且使信號用電氣端子7與信號用電極 6接觸著，但是也可以代之以下述手段，即將壓電元件1的前表面的電 極作為信號用電極6，在其被檢測體一側(cè)配置信號用電氣端子7,同時 以壓電元件1的背面的電極為接地電極5，再使得接地用電氣端子9接 觸接地電極5，這樣在原理上能夠進(jìn)行超聲波的接收和發(fā)送。
第3實(shí)施形態(tài)
下面對本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖3A是將本發(fā)明的超聲波探 頭的第3實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)部分切開表示的立體圖，圖3B是對圖3A所示 的超聲波探頭，從該圖中所示的3個方向X、 Y、 Z中的X方向觀察在 Y-Z平面切斷的剖面的剖面圖，圖3C、圖3D是分別表示構(gòu)成圖3A以及 圖3B所示的超聲波探頭的要素的具體結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖3A和圖3B所示的超聲波探頭IOC，具備在圖3A中所示的X、 Y、 Z中配置于X方向上的多個壓電元件1、對應(yīng)于各壓電元件l作為被檢 測體側(cè)的Z方向前表面設(shè)置的2層聲匹配層(2a、 2b)、根據(jù)需要設(shè)置 于壓電元件1的背面上的背面負(fù)載構(gòu)件3、同樣根據(jù)需要在多個聲匹配 層2(2a、 2b)上公共設(shè)置的聲透鏡4、插入壓電元件1與背面負(fù)栽構(gòu) 件3之間的多個信號用電氣端子7、以及插入第1聲匹配層2a與第2 聲匹配層2b之間的接地用電氣端子9。這些結(jié)構(gòu)要素各自的功能與構(gòu) 成已有的超聲波探頭的要素具有的功能相同。
為了說明的方便，下面對圖3A和圖3B所示的超聲波探頭10C的制 造方法進(jìn)行，說明
為了形成多個壓電元件l，用PZT系那樣的壓電陶瓷、PZN-PT、PMN-PT 系那樣的壓電單晶、或這些材料與高分子材料復(fù)合的復(fù)合壓電體、或 PVDF等為代表的高分子材料的壓電體等構(gòu)成，準(zhǔn)備具有規(guī)定的厚度的 板材、即壓電板材。分別利用金、銀的蒸鍍、濺射、或銀的燒成等方法 在該壓電板材的一個主面、即Z方向的前表面形成接地電極5,在其背 面形成信號用電極6。
又準(zhǔn)備具有規(guī)定的厚度的板狀的背面負(fù)載構(gòu)件(不具備背面負(fù)載構(gòu) 件的超聲波探頭的情況下用替代構(gòu)件)3、導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或 半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成，形成多個第l聲匹配層2a用的板材、 環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的多個第2聲匹配層^形成用 的板材、聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片7a的一主面上被覆 銅等導(dǎo)電性膜7b，總體上形成帶狀的多個信號用電氣端子7、聚酰亞胺 等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片9a的一主面上被覆銅等導(dǎo)電性膜(厚 度最好是對聲特性的影響少的5微米以下)9b的接地用電氣端子9。還 有，為形成第2聲匹配層2b使用的環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等高分子材料 是絕緣性材料，但是也可以代之以使用導(dǎo)電性構(gòu)件。還有，導(dǎo)電性膜 7b、 9b只要是具有導(dǎo)電性的材料，不管搜索什么材料都可以，不限于 金屬。
因此如圖3A所示，在背面負(fù)載構(gòu)件3的前表面，在X方向上以規(guī)定 的間隔載置多個信號用電氣端子7，在其上重疊形成壓電元件1用的壓 電板材，而且在壓電板材的前表面依序重疊形成第1聲匹配層2a用的
27板材、接地用電氣端子9、第2聲匹配層2b的形成用的板材，將這些 材料固定為一整體。在這種情況下，背面負(fù)栽構(gòu)件3與壓電板材之間安 裝的多個信號用電氣端子7，其絕緣性薄片7a的一主面分別向著壓電 板材一側(cè)(圖中的上方)，使得在絕緣性薄片7a的一主面上被覆的導(dǎo) 電性膜7b與形成于壓電板材上的信號用電極6接觸，絕緣性薄片7a 與背面負(fù)栽構(gòu)件3接觸。又，在形成第1聲匹配層2a用的板材與形成 第2聲匹配層2b用的板材之間插入的接地用電氣端子9，其絕緣性薄 片9a的一主面向著第1聲匹配層2a —側(cè)，使得絕緣性薄片9a的一主 面上形成的導(dǎo)電性膜9b與第1聲匹配層2a接觸。
如上所述實(shí)施，將背面負(fù)載構(gòu)件3、多個信號用電氣端子7、形成壓 電元件1用的板材、形成第1聲匹配層2a用的板材、接地用電氣端子 9和第2聲匹配層2b的形成用的板材固定為一體后，利用切割機(jī)等形 成從第2聲匹配層2b前表面向下挖掘到背面負(fù)載構(gòu)件3的前表面部為 止的多個槽、即將第2聲匹配層2b、接地用電氣端子9、第1聲匹配層 2a、壓電板材、信號用電氣端子7以及背面負(fù)載構(gòu)件3的一部分作為1 個單元，形成分隔為多個壓電元件單元的分隔槽。在這種情況下，在X 方向上以規(guī)定的間隔配置的信號用電氣端子7的中間部形成分隔槽。借 助于此，形成壓電元件單元并列配置的壓電元件列。接著將聲耦合小的 硅橡膠或氨基曱酸乙酯橡膠等那樣的材料(未圖示)充填于各分隔槽中， 在根據(jù)需要在第2聲匹配層的上表面安裝使用硅橡膠等材料的聲透鏡 4。在不具備背面負(fù)載構(gòu)件的超聲波探頭中，在這一階段去除取代背面 負(fù)載構(gòu)件3的構(gòu)件。
還有，在這里，已經(jīng)對在第1聲匹配層2a和第2聲匹配層2b之間， 插入在絕緣性薄片9a上被覆導(dǎo)電性膜9b的接地用電氣端子9，使接地 用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b與第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件接觸，以 此將接地用電氣端子9與壓電元件1上形成的接地電極5電氣連接的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行了說明，但是除此以外，也可以使用導(dǎo)電性構(gòu)件作為第2聲匹配 層2b，在該第2聲匹配層2b的前表面安裝被覆導(dǎo)電性膜9b的接地用 電氣端子9，通過第1聲匹配層2a和第2聲匹配層2b，使接地用電氣 端子9和壓電元件1上形成的接地電極5電氣連接，這樣也可以使其進(jìn) 行相同的動作。下面對如上所述構(gòu)成的超聲波探頭10C的動作進(jìn)行說明。
壓電元件1的背面上形成的信號用電極6，通過信號用電氣端子7， 電氣連接于未圖示的電纜的一端，而壓電元件1的前表面形成的接地電 極5，通過第1聲匹配層2a的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件與接地用電氣端 子9,電氣連接于未圖示的電纜的一端，這些電纜的各自的另一端連接 于未圖示的超聲波診斷裝置主體部。借助于此，將超聲波診斷裝置主體 部產(chǎn)生的規(guī)則的脈沖電壓施加于壓電元件1以發(fā)送超聲波，又將接收的 超聲波回聲變換為電信號發(fā)送到超聲波診斷裝置主體部。
在這種情況下，后面將要詳細(xì)敘述的第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件 只要是能夠?qū)弘娫?上形成的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo) 電性膜9b電氣連接的形狀即可，沒有特定的形狀限制。又，第l聲匹 配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件最好是形成對于一個壓電元件1在兩個地方以上 將壓電元件1的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b電氣連 接的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性構(gòu)件20的數(shù)目越多則即使是接地電極5與壓電元件 1 一起開裂，信號輸送路徑斷路發(fā)生故障的頻度越少，可靠性越高。又， 第1聲匹配層2a的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件以選擇聲阻抗為主要目 的。因此在像第3實(shí)施形態(tài)那樣具備兩層聲匹配層的情況下，第1聲匹 配層2a的聲阻抗必須具備壓電元件1的聲阻抗與第2聲匹配層2b的聲 阻抗之間的值，例如選擇5MRayl ~ 15MRayl范圍內(nèi)的值。能夠得到這樣 的范圍內(nèi)的聲阻抗的材料只要采用導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電 性構(gòu)件的復(fù)合材料即可。
導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成的第1聲 匹配層2a中的導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的各自的連結(jié) 結(jié)構(gòu)的一個例子示于圖3C、圖3D。在圖3C、圖3D中，作為厚度方向 的Z方向表示被檢測體的方向，X方向表示壓電元件1的排列方向，Y 方向表示與X方向和Z方向正交的方向。
在圖3C中，構(gòu)成第1聲匹配層2a-4的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20形成圓 柱狀，其軸心在Z方向上一致，該導(dǎo)電性構(gòu)件20只在Z方向一個方向 有連接，絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21是在X、 Y、 Z三個方向上有連 接的結(jié)構(gòu)體。該導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合 材料的連結(jié)結(jié)構(gòu)被稱為1-3型連結(jié)結(jié)構(gòu)。又，對應(yīng)于壓電元件單元、
29即一個壓電元件1的一個第1聲匹配層2a-4的導(dǎo)電性構(gòu)件20分別配 設(shè)3行x22列合計66個。該導(dǎo)電性構(gòu)件20的數(shù)目，如上所述，與壓 電元件1的接地電極5的連結(jié)處越多則可靠性越高，但是導(dǎo)電性構(gòu)件 20的數(shù)目只要兩個以上即可，不限定于66個。但是，像導(dǎo)電性構(gòu)件20 作為第1聲匹配層2a起作用那樣，也就是說，形成導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕 緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料在聲上作為一個聲匹配層起作 用的形態(tài)是必要的。還有，圖3C所示的第1聲匹配層2a-4顯示出已 經(jīng)對應(yīng)于壓電元件1分割的結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，但是被分割前的狀態(tài)如上所述 總體上形成一片板狀構(gòu)件，另一方面，不必使導(dǎo)電性構(gòu)件20具有聲匹 配功能時，也就是導(dǎo)電性構(gòu)件20相對于絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21 其體積比例顯著小的情況下，只使其具有與壓電元件1的接地電極5 連接的功能就能夠得到相同的效果。
這樣，多個導(dǎo)電性構(gòu)件20具有分別與壓電元件1的接地電極5和接 地用電氣端子9接觸，在其厚度方向、即Z方向上使它們電氣連接的功 能。在這里，Z方向一個方向上有連接的構(gòu)件采用導(dǎo)電性構(gòu)件20，在X、 Y、 Z三個方向上有連接的構(gòu)件采用絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21,但 是將這些材料相互替換，形成絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件側(cè)在Z方向上 有連接，導(dǎo)電性構(gòu)件側(cè)在X、 Y、 Z三個方向上有連接的連接結(jié)構(gòu)體、即 3-1型連結(jié)結(jié)構(gòu)體(圖示省略)也能夠得到同樣的效果。
又，圖3D所示的聲匹配層2a-5是導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或 半導(dǎo)電性構(gòu)件21交替配置的匹配層，形成導(dǎo)電性構(gòu)件20在壓電元件1 的排列方向X方向和作為厚度方向的Z方向兩個方向上有連接，而且絕 緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21也同樣在壓電元件1的排列方向X方向和 Z方向兩個方向上有連接的結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合材料的連結(jié)結(jié)構(gòu)被稱為2 - 2 型連結(jié)結(jié)構(gòu)。因此多個導(dǎo)電性構(gòu)件20能夠與壓電元件1的接地電極5 以及接地用電氣端子9的導(dǎo)電性構(gòu)件在作為厚度方向的Z方向電氣連 接。
在圖3D中，11個對應(yīng)于一個壓電元件1的1個第1聲匹配層2a - 5 的導(dǎo)電性構(gòu)件20，與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21交替配置于Y方向 上。如上所述，該導(dǎo)電性構(gòu)件20與壓電元件1的接地電極5連接的地 方越多則可靠性越高，但是導(dǎo)電性構(gòu)件20有兩個以上即可。但是有必要形成導(dǎo)電性構(gòu)件20作為第1聲匹配層2a起作用，也就是導(dǎo)電性構(gòu)件 20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料作為一個聲匹配層起作 用的形態(tài)。還有，圖3D所示的第1聲匹配層2a-5，顯示出對應(yīng)于壓 電元件1已經(jīng)分割的結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，而分割前的狀態(tài)如上所述是整體上為 一板狀構(gòu)件，形成導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21在壓 電元件1的排列方向即X方向上連接的結(jié)構(gòu)。另一方面，在不必使導(dǎo)電 性構(gòu)件20具有聲匹配功能時，也就是導(dǎo)電性構(gòu)件20相對于絕緣性構(gòu)件 或半導(dǎo)電性構(gòu)件21其體積比例顯著小的情況下，只使其具有與壓電元 件1的接地電極5連接的功能能夠得到相同的效果。
又，在圖3D中，第1聲匹配層2a-5的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu) 件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21形成與壓電元件1的排列方向大致并行構(gòu)成的2 -2型的連結(jié)結(jié)構(gòu)，但是除此以外，采用在壓電元件1的排列方向的正 交方向或此外的方向上排列的2-2型連結(jié)結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效 果。
具有圖3C或圖3D所示的連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a-4、 2a-5， 如上所述，其聲阻抗必須具有壓電元件1的聲阻抗與第2聲匹配層2b 的聲阻抗之間的值，但是像本實(shí)施形態(tài)這樣將聲匹配層形成為2層型 時，例如作為壓電元件l,使用聲阻抗約30MRayl的PZT-5H的壓電陶 瓷，在以聲阻抗約為1.6MRayl的生物體那樣的被檢測體作為對象的情 況下，采用第2聲匹配層2b的聲阻抗約為3MRayl的材料。
因此，必須是第1聲匹配層2a的聲阻抗在3 ~ 30MRayl之間的材料。 通常最好是第l聲匹配層2a的聲阻抗選擇為5-20MRayl之間的值，又， 該值越大，頻率特性的頻帶有變寬的趨向，為了得到寬頻帶的頻率特性， 第1聲匹配層2a的聲阻抗值有必要加大，可以采用10~20MRayl范圍 的材料。
但是，具有該范圍的阻抗值的材料是例如玻璃、結(jié)晶化玻璃、以高
濃度加入金屬鎢粉的環(huán)氧樹脂、鈮酸鉛陶瓷、有加工性能的陶瓷(可切
削性陶瓷)、單晶硅或多晶硅、水晶。但是這些材料都是電絕緣材料或 半導(dǎo)體材料。
因此，在對例如圖3B所示的超聲波探頭IOC進(jìn)行說明時，也考慮了 形成與壓電元件l的接地電極5的端部對應(yīng)的部位被切除的沒有聲匹配
31層的部分(未圖示)，從該部分引出電氣端子(未圖示)的結(jié)構(gòu)。但是， 形成這樣的結(jié)構(gòu)時，性能上能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化，但是反而在沒有聲
匹配層的部分，壓電元件1也發(fā)生振動產(chǎn)生超聲波，因此4皮發(fā)送到;故檢 測體的超聲波發(fā)生混亂，超聲波圖像劣化。又，從接地電極5引出電氣 端子是一個地方，在診斷操作時超聲波探頭掉在地上或超聲波探頭受到 打擊等機(jī)械沖擊，造成壓電元件1開裂時，接地電極5也同樣開裂，發(fā) 生電線斷線等情況，有可能造成故障。
第3實(shí)施形態(tài)是解決這些問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)可使頻率寬帶化的結(jié) 構(gòu)的實(shí)施形態(tài)。也就是說，形成壓電元件1的接地電極5通過第1聲匹 配層2a的多個導(dǎo)電性構(gòu)件20與接地用電氣端子9的金屬膜9b電氣連 接的結(jié)構(gòu)，因此形成在壓電元件1的整個面上設(shè)置聲匹配層的結(jié)構(gòu)，所 以能夠在壓電元件1的整個面上均勻地進(jìn)行所希望的超聲波的發(fā)送和 接收，同時即使是受到機(jī)械沖擊等的作用，壓電元件1和接地電極5 發(fā)生斷裂，也由于用第1聲匹配層2a的多個導(dǎo)電性構(gòu)件連接著，所以 斷線故障極少。
另一方面，第1聲匹配層2a-3、 2a-4的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu) 件21采用第2實(shí)施形態(tài)使用的材料即玻璃、結(jié)晶化玻璃、以高濃度加 入鎢粉的環(huán)氧樹脂、鈮酸鉛陶瓷、有加工性能的陶瓷(可切削性陶瓷)、 單晶硅或多晶硅、水晶、鈦酸鋇等的陶瓷等。又，作為第1聲匹配層 2a-3、 2a-4的導(dǎo)電性構(gòu)件20，采用銅、鋁、銀、金、鎳等金屬材料、 或金、銀、銅、鋁等金屬或碳的粉末混合于環(huán)氧樹脂等高分子化合物中 具有導(dǎo)電性的高分子材料、或石墨、碳等材料。使用這樣的導(dǎo)電性構(gòu)件 20、絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的1 - 3型、2-2型、3-l型連結(jié) 結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料的聲阻抗由導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu) 件21各自的體積比例決定。例如導(dǎo)電性構(gòu)件20采用銀，絕緣性構(gòu)件采 用X切割水晶的情況下，各材料單體的聲阻抗分別為38、 15.3MRayl。 通過改變這兩種材料的體積比例，與第2實(shí)施形態(tài)所說明的圖2C的曲 線圖一樣，能夠?qū)崿F(xiàn)X切割水晶的聲阻抗38MRayl與銀的聲阻抗 15. 3MRayl之間的所希望的阻抗值。
還有，即使導(dǎo)電性構(gòu)件20、絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21是上述材 料以外的材料，只要是能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的材料即可，不限于上述材料。又，在第3實(shí)施形態(tài)中，對具有一種導(dǎo)體20、 一種絕緣性構(gòu)件或 半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a進(jìn)行了說明，但是除此 以外，顯然如用兩種導(dǎo)電性構(gòu)件、1種到3種絕緣性構(gòu)件那樣用兩種以 上的材料也能夠得到同樣的效果，不限定于分別使用一種材料的連結(jié)結(jié) 構(gòu)。
又，為了使具有l(wèi)-3型、2-2型、3-1型的連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu) 件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料作為第1聲匹配層 2a起作用，選擇導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度和排列間隔，使復(fù)合材料能夠作 為一整體傳播超聲波。又，在導(dǎo)電性構(gòu)件20的體積比例小的情況下， 不必考慮導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度和排列間隔，只要以電氣連結(jié)功能為主 選擇該材料即可。
作為具有圖3C所示的l-3型的連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a-4的 制造方法，只要用與作為第2實(shí)施形態(tài)示于圖2D的第l聲匹配層2a-2相同的方法制造即可，作為具有圖3D所示的2-2型連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1 聲匹配層2a-4的制造方法，只要用與作為第2實(shí)施形態(tài)示于圖2B的 第1聲匹配層2a-l相同的方法制造即可。
如上所述，作為設(shè)置于壓電元件的被檢測體側(cè)的聲匹配層采用將導(dǎo) 電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件加以復(fù)合的復(fù)合材料，這樣能夠 使該聲阻抗為所希望的值，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化，因此能夠得到高分 辨率的診斷圖像，又，由于從構(gòu)成復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件引出電氣端子， 因此能夠得到可靠性高而且操作性能良好的超聲波探頭。
還有，在第3實(shí)施形態(tài)中，1-3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20采用具 有圓柱形狀的構(gòu)件，但是除此以外采用具有多邊形柱或球形等其他形狀 的構(gòu)件也能夠得到同樣效果。又，作為l-3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件 20,相對于Z方向形成圓錐形狀，相對于Z方向的厚度形成聲阻抗連續(xù) 變化的結(jié)構(gòu)的情況下也能夠得到同樣的效果。
又，在第3實(shí)施形態(tài)中，對2 - 2型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕 緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21相對于Z方向以均勻的寬帶排列的情況進(jìn) 行了說明，但是這些構(gòu)件相對于Z方向形成寬帶連續(xù)變化的所謂楔形形 狀，相對于Z方向厚度形成聲阻抗連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)的情況下也能夠得到 同樣的效果。又，在笫3實(shí)施形態(tài)中，對1-3型、2-2型、以及3-l型的各種 連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大致相等 的間隔相互交替配置的情況進(jìn)行了說明，但是除此以外，在隨機(jī)間隔或 隨機(jī)排列的情況下也能夠得到同樣的效果。
又，在第3實(shí)施形態(tài)中，對為了實(shí)現(xiàn)與壓電元件1的接地電極5進(jìn) 行電信號的收發(fā)，隔著第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件，在其前表面設(shè) 置接地用電氣端子9的情況進(jìn)行了說明，但是也可以取而代之，在第1 聲匹配層2a的Z方向的兩個面或一個面上賊射、電鍍、或印刷形成導(dǎo) 電性構(gòu)件，在其一部分上連結(jié)電氣端子，形成這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到同 樣的效果。
又，在第3實(shí)施形態(tài)中，對一維地排列多個壓電元件1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 了說明，但是除此以外，形成多個壓電元件1二維排列的所謂二維排列 結(jié)構(gòu)也能夠得到相同的效果。
又，在第3實(shí)施形態(tài)中，將壓電元件1的前表面的電極作為接地電 極5，在其被檢測體側(cè)配置接地用電氣端子9，同時以壓電元件l的背 面的電極作為信號用電極6，再使信號用電氣端子7接觸信號用電極6， 但是也可以取而代之，以壓電元件1的前表面的電極作為信號用電極6， 在其被檢測體側(cè)配置信號用電氣端子7，同時以壓電元件1的背面的電 極作為接地電極5，再使接地用電氣端子9接觸接地電極5，從原理上
也能夠收發(fā)超聲波。 第4實(shí)施形態(tài)
下面對本發(fā)明的超聲波探頭的第4實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖4A是第4 實(shí)施形態(tài)的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)的部分切開表示的立體圖，圖4B是對圖 4A所示的超聲波探頭，從X、 Y、 Z三個方向中的X方向，觀察其Y-Z 平面切斷的斷面的剖面圖。
圖4A和圖4B所示的超聲波探頭IOD具備圖4A中所示的3個方向X、 Y、 Z的三個方向中在X方向上排列的多個壓電元件1、包含對應(yīng)于各壓 電元件1在作為被檢測體側(cè)的Z方向前表面層疊的多個第1聲匹配層 2a、多個笫2聲匹配層2b、以及在第2聲匹配層2b上以共用方式層疊 的第3聲匹配層2c的聲匹配層2、根據(jù)需要設(shè)置于壓電元件1的背面 上的背面負(fù)載構(gòu)件3、同樣根據(jù)需要設(shè)置于聲匹配層2的前表面的聲透鏡4、插入壓電元件1與背面負(fù)栽構(gòu)件3之間的多個信號用電氣端子7、 以及插入第1聲匹配層2a與第2聲匹配層^之間的接地用電氣端子9。 這些構(gòu)成要素的各自的功能與已有的超聲波探頭的構(gòu)成要素具有的功 能相同。
下面為了說明方面對圖4A和圖4B所示的超聲波探頭10D的制造方 法進(jìn)行i兌明。
為了形成多個壓電元件l，準(zhǔn)備用PZT系那樣的壓電陶瓷、PZN-PT、 PMN-PT系那樣的壓電單晶、或這些材料與高分子材料復(fù)合的復(fù)合壓電 體、或PVDF等為代表的高分子材料的壓電體等構(gòu)成的具有規(guī)定厚度的 板材即壓電板材。利用金或銀蒸鍍、濺射或、銀的燒成等方法在該壓電 板材的一主面、即Z方向的前表面形成接地電極5，在其背面形成信號 用電極6。
又，準(zhǔn)備具有規(guī)定厚度的板狀的背面負(fù)載構(gòu)件(在不具備背面負(fù)載 構(gòu)件的超聲波探頭的情況下是其代用構(gòu)件)3、由導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成，形成多個第l聲匹配層h用的 板材、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的多個第2聲匹配層2b 形成用的板材、在聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片7a的一主 面上被覆銅等導(dǎo)電性膜7b，總體形成帶狀的多個信號用電氣端子7、以 及在聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄膜9a的一主面上被覆銅等 導(dǎo)電性膜(厚度最好是5微米以下以使其對聲特性沒有影響)9b的接 地用電氣端子9。還有，用于形成第2聲匹配層2b的環(huán)氧樹脂、聚酰
亞胺等 高分子材料是絕緣性構(gòu)件，但是也可以使用導(dǎo)電性構(gòu)件。還有， 導(dǎo)電性膜7b、 9b只要是具有電氣導(dǎo)電性的材料，任何材料都可以，不 限于金屬材料。
因此，如圖4A所示，在背面負(fù)載構(gòu)件3前表面在X方向上以規(guī)定的 間隔配置多個信號用電氣端子7，在其上重疊用于形成壓電元件1的壓 電板材，在壓電板材的前表面依序重疊形成第1聲匹配層h用的板材、 接地用電氣端子9、形成第2聲匹配層2b用的板材，將它們成一整體 加以固定。在這種情況下，安裝于背面負(fù)載構(gòu)件3與壓電板材之間的多 個信號用電氣端子7，其絕緣性薄片7a的一主面向著壓電板材側(cè)(圖 中的上方)，使得絕緣性薄片7a的一個主面上被覆著的導(dǎo)電性膜7b與壓電板材上形成的信號用電極6接觸，使得絕緣性薄片7a與背面負(fù) 載構(gòu)件3接觸。又，形成第l聲匹配層2a用的板材與形成第2聲匹配 層2b用的板材之間插入的接地用電氣端子9，其一主面向著第1聲匹 配層2a側(cè)，使得絕緣性薄片9a的一主面上形成的導(dǎo)電性膜9b與第1 聲匹配層2a接觸。
如上所述進(jìn)行，將背面負(fù)載構(gòu)件3、多個信號用電氣端子7、形成壓 電元件l用的壓電板材、形成第1聲匹配層2a用的板材、以及接地用 電氣端子9以及第2聲匹配層2b形成用的板材成一整體固定后，利用 切片機(jī)等形成從第2聲匹配層2b的前表面向下挖到背面負(fù)載構(gòu)件3的 前表面部為止的多個槽，即以第2聲匹配層2b、接地用電氣端子9、第 1聲匹配層2a、壓電板材、信號用電氣端子7以及背面負(fù)載構(gòu)件3的一 部分為一個單元，形成分割為多個壓電元件單元的分割槽。在這種情況 下，在X方向上以規(guī)定間隔配置的信號用電氣端子7的中間部形成分割 槽。借助于此，形成壓電元件單元并列配置的壓電元件列。接著，將聲 耦合小的硅橡膠和氨基曱酸乙酯橡膠等那樣的材料(未圖示)充填于各 分隔槽中，再在第2聲匹配層2b以及分割槽中充填的部分的上表面上 安裝第3聲匹配層2c。
第3聲匹配層2c以圖中所示那樣的未分割的連結(jié)狀態(tài)安裝。該第3 聲匹配層2c的材料采用硅橡膠、氯丁二烯橡膠、乙烯丙烯共聚橡膠 (ethylene propylene copolymer rubber)、 丙烯腈丁二歸共聚像膠 (acrylonitrile butadiene copolymer rubber) 以及聚氨酉旨樣股 (urethane rubber)等橡膠彈性體為主體的材料。而且，根據(jù)需要在 第3聲匹配層2c的上表面安裝采用硅橡膠等材料的聲透鏡4。在不具 備背面負(fù)載構(gòu)件的超聲波探頭中，在這個階段去除代替背面負(fù)載構(gòu)件3 的構(gòu)件。
還有，第3聲匹配層2c也可以與第1聲匹配層2a、第2聲匹配層 2b—樣，與壓電元件1 一起進(jìn)行分割。又，第2聲匹配層2b、第3聲 匹配層2c也可以是絕緣性構(gòu)件、導(dǎo)電性構(gòu)件中的任何一個。
還有，在這里對在第1聲匹配層2a與第2聲匹配層2b之間插入絕 緣性薄片9a上被覆導(dǎo)電性膜9b的接地用電氣端子9，使接地用電氣端 子9的導(dǎo)電性膜9b與第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件接觸，從而將接地用電氣端子9與壓電元件1上形成的接地電極5電氣連結(jié)的情況進(jìn)行了 說明，但是除此以外，第2聲匹配層2b采用導(dǎo)電性構(gòu)件，在該第2聲 匹配層2b的前表面安裝被覆導(dǎo)電性膜9b的接地用電氣端子9，通過第 1聲匹配層2a以及第2聲匹配層2b,使接地用電氣端子9與壓電元件 1上形成的接地電極5電氣連結(jié)也能夠使其進(jìn)行同樣的動作。
下面對如上所述構(gòu)成的超聲波探頭IOC的動作進(jìn)行說明。
壓電元件1的背面上形成的信號用電極6通過信號用電氣端子7，而 壓電元件1的前表面形成的接地電極5通過第1聲匹配層2a的復(fù)合材 料的導(dǎo)電性構(gòu)件與接地用電氣端子9，分別與未圖示的電纜的一端電氣 連結(jié)，這些電纜各自的另一端連接于未圖示的超聲波診斷裝置的主體 部。借助于此，將在超聲波診斷裝置主體部形成的有規(guī)則的脈沖電壓施 加于壓電元件l發(fā)送超聲波，又，將接收的超聲波回聲變換為電氣信號 發(fā)送到超聲波診斷裝置主體部。
在這種情況下，下面將要詳細(xì)敘述的第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件 只要是將形成于壓電元件1上的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo)電 性膜9b電氣連接的形狀即可，不限于特別的形狀。又，第l聲匹配層 2a的導(dǎo)電性構(gòu)件最好是形成對于一個壓電元件1在兩個地方以上能夠 將壓電元件1的接地電極5與接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b電氣連 接的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性構(gòu)件20的數(shù)目越多，可靠性越高，即使是接地電極 5與壓電元件1 一起斷裂，信號傳送電路中斷發(fā)生故障的頻度也非常小。
又，第1聲匹配層2a的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21，以使聲阻抗 接近匹配狀態(tài)為主要目的。因此，在像本實(shí)施形態(tài)這樣具備三層聲匹配 層的情況下，第1、第2、第3聲匹配層2a、 2b、 2c各自的聲阻抗才艮據(jù) 作為各自的目的的頻率特性選擇使用的值的范圍。例如在特開昭60-53399號公報中，第1、第2、第3聲匹配層的聲阻抗分別為12.6~18.1、 3. 8 ~ 6.0、以及1.7 2.4MRayl范圍內(nèi)的數(shù)值，又在特開昭60-185499 號公報中，分別為5~15、 1.9~4. 4、以及1.6 2MRayl范圍內(nèi)的值， 而且在日本特開2003 - 125494號/>才艮中顯示出19. 7、 7.4、 2. 44MRayl 的值。因此三層型的聲匹配層中的第1聲匹配層2a采用聲阻抗大約為 5~20MRayl范圍內(nèi)的值的材料。聲匹配層的層數(shù)越多，頻率特性越是 能夠?qū)拵Щ?、高靈敏度化，至少與兩層聲匹配層的類型相比，三層聲匹配層類型更加能夠?qū)崿F(xiàn)頻率寬帶化。
導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成的第1聲
匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21各自的連 結(jié)結(jié)構(gòu)的一個例子，只要采用第3實(shí)施形態(tài)說明的圖3C、圖3D所示的 l-3型、2-2型、或上述3-1型的結(jié)構(gòu)即可。
第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件20,采用銅、鋁、銀、金、鎳等金屬 或金、銀、銅、鋁等金屬或碳粉混入環(huán)氧樹脂等高分子化合物中使其具 有導(dǎo)電性的高分子材料、或石墨、碳等材料。又，第l聲匹配層2a的 絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21采用玻璃、結(jié)晶化玻璃、混合高濃度鎢 粉的環(huán)氧樹脂、鈮酸鉛陶資、有加工性能的陶瓷(可切削性陶瓷)、單 晶硅或多晶硅、水晶、鈦酸鋇等的陶瓷等。
還有，導(dǎo)電性構(gòu)件20、絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21即使是采用上 面所述以外的材料，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)本申請的發(fā)明的目的的材料即可。 又，導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料的聲阻 抗，具有l(wèi)-3型、2-2型、3-l型連結(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料由導(dǎo)電性構(gòu)件 20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21各自的體積比例決定，這一點(diǎn)已經(jīng) 在第2實(shí)施形態(tài)中作出了說明。例如導(dǎo)電性構(gòu)件20采用聲阻抗為 38MRayl的銀，絕緣性構(gòu)件21采用聲阻抗為15. 3MRayl的水晶X切割 板，通過任意選擇體積比例，可以與表示第2實(shí)施形態(tài)的圖2C—樣， 在15. 3~38MRayl范圍內(nèi)任意選擇復(fù)合材料的聲阻抗值為所希望的值。 該范圍的聲阻抗存在具有三層聲匹配層的第1聲匹配層2 a所希望的值 的范圍即與5~20MRayl相當(dāng)?shù)姆秶捏w積比例，在該范圍制作的材料 具有作為第1聲匹配層2a的功能。又，第4實(shí)施形態(tài)的第1聲匹配層 2a的其他功能，是第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件20能夠電氣連接壓 電元件1的接地電極5和接地用電氣端子9的導(dǎo)電性構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，因此 形成為能夠引出電氣端子的結(jié)構(gòu)。
連接結(jié)構(gòu)為1-3型、2-2型、3-1型的結(jié)構(gòu)中，阻抗值為兩種材 料各自具有的聲阻抗范圍內(nèi)的值，通過改變各材料的體積比例，能夠得 到所希望的聲阻抗的材料。又，第4實(shí)施形態(tài)對具有導(dǎo)電性構(gòu)件20與 絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連接結(jié)構(gòu)的第1聲匹配層2a進(jìn)行了說 明，但是除此以外，采用兩種以上的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的材料也能夠得到同樣的效果是顯然的，不限于各一種、 合計兩種的材料的連接結(jié)構(gòu)。
又，為了使具有l(wèi)-3型、2-2型、3-1型連接結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件 20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料作為第1聲匹配層2a 起作用，設(shè)定導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度和排列間隔，使復(fù)合材料能夠作為 一整體傳播超聲波。又，在導(dǎo)電性構(gòu)件20的體積比例小的情況下，不 必考慮導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度和排列間隔，只要以電氣連接功能為主選 擇該材料即可。
又如圖4A所示，使第3聲匹配層2c形成對壓電元件1不分割的結(jié) 構(gòu)，但是當(dāng)然即使是形成分割的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的結(jié)果，因此不限 于圖4A所示的結(jié)構(gòu)。
如上所述，設(shè)置于壓電元件的被檢測體一側(cè)的聲匹配層，采用導(dǎo)電 性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件復(fù)合的復(fù)合材料。借助于此，能夠 使其聲阻抗為規(guī)定的值，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率寬帶化，因此能夠得到高分辨率 圖像，又能夠從構(gòu)成復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件引出電氣端子，因此能夠得 到可靠性高而且操作性能良好的超聲波探頭。
還有，在第4實(shí)施形態(tài)中，作為1-3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20 采用具有圓柱形狀的構(gòu)件，但是采用其他多邊形柱或球形等其他形狀也 能夠得到同樣的效果。又，1 - 3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20，相對于 Z方向形成錐體那樣的圓錐形狀，相對于Z方向的厚度，聲阻抗連續(xù)變 化，在這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，也能夠得到相同的效果。
又，在第4實(shí)施形態(tài)中，對2-2型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕 緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21相對于Z方向以均勻的寬度排列的情況進(jìn) 行了說明，但是這些構(gòu)件形成為相對于Z方向?qū)挾冗B續(xù)變化的所謂楔形 形狀，相對于Z方向的厚度，聲阻抗連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)的情況下，也能夠 得到相同的效果。
又，在第4實(shí)施形態(tài)中，對1-3型、2-2型、3-l型的各連結(jié)結(jié) 構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大致相同的間隔 將它們相互交替排列的情況進(jìn)行了說明，但是除此以外在隨機(jī)間隔或隨 機(jī)排列的情況下也能夠得到相同的結(jié)果。又，在第4實(shí)施形態(tài)中，說明 了為對壓電元件1的接地電極5進(jìn)行電信號的收發(fā)，隔著第1聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件，在其前表面設(shè)置接地用電氣端子9的結(jié)構(gòu)的情況， 但是代之以，在第1聲匹配層2a的Z方向的兩個面上或一個面上利用 濺射、電鍍、或印刷等方法形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在該部分連接電氣端子的 結(jié)構(gòu)也能夠得到相同的效果。
又，在第4實(shí)施形態(tài)中，對將多個壓電元件一維排列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 說明，但是除此以外，將多個壓電元件作二維排列，形成所謂二維排列 結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣效果。又，在第4實(shí)施形態(tài)中，對導(dǎo)電性構(gòu)件與絕 緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件采用兩種的情況進(jìn)行了說明，但是除此以外， 用兩種導(dǎo)電性構(gòu)件、l種到3種絕緣性構(gòu)件那樣用兩種以上的材料也能 夠得到同樣的效果。
又，在第4實(shí)施形態(tài)中，將壓電元件1的前表面的電極作為接地電 極5，在其被檢測體一側(cè)配置接地用電氣端子9，同時以壓電元件l的 背面的電極作為信號用電極6，而且使信號用電氣端子7接觸信號用電 極6，但是也可以代之以，以壓電元件1的前表面的電極作為信號用電 極6，在其被檢測體一側(cè)配置信號用電氣端子7,同時將壓電元件l的 背面的電極作為接地電極5，再使接地用電氣端子9接觸接地電極5， 這樣在原理上也能夠收發(fā)超聲波。
第5實(shí)施形態(tài)
下面對本發(fā)明第5實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖5A是將本發(fā)明的超聲波探 頭的第5實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)部分切開表示的立體圖，圖5B是圖5A所示的 超聲波探頭，在圖中所示的X、 Y、 Z三個方向中，從X方向觀察其在Y -Z平面切斷的斷面的剖面圖。
圖5A和圖5B所示的超聲波探頭IOE具備圖5A中所示的3個方向X、 Y、 Z中在X方向上排列的多個壓電元件1、包含對應(yīng)于各壓電元件1 在作為被檢測體側(cè)的Z方向前表面疊層的多個第l聲匹配層2a、多個 第2聲匹配層2b、以及在第2聲匹配層2b上以共用方式層疊的第3聲 匹配層3c的聲匹配層2、根據(jù)需要設(shè)置于壓電元件1的背面上的背面 負(fù)栽構(gòu)件3、同樣根據(jù)需要設(shè)置于聲匹配層2 (2a、 2b、 2c)上的聲透 鏡4、插入壓電元件1與背面負(fù)載構(gòu)件3之間的多個信號用電氣端子7、 以及插入第2聲匹配層2b與第3聲匹配層2c之間的接地用電氣端子9。 這些構(gòu)成要素的各自的功能與已有的超聲波探頭的構(gòu)成要素具有的功能相同。
第5實(shí)施形態(tài)與第4實(shí)施形態(tài)相比，壓電元件1、第1聲匹配層2a、 第3聲匹配層2c的疊層結(jié)構(gòu)相同，基本不同點(diǎn)在于，第2聲匹配層^ 使用導(dǎo)電性構(gòu)件，或與第1聲匹配層2a—樣使用導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，還有，在第2聲匹配層2b上面，設(shè) 置在聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片9a的一個主面上被覆銅 等金屬膜9b的接地用電氣端子9。通過這樣構(gòu)成，借助于第1聲匹配 層2a以及第2聲匹配層2b,能夠?qū)⒔拥赜秒姎舛俗?與壓電元件1上 形成的接地電極5電氣連接。
在第1聲匹配層2a和第2聲匹配層2b兩者都使用復(fù)合材料的情況 下，必須形成這些聲匹配層2a、 2b的各導(dǎo)電性構(gòu)件至少電氣連接的結(jié) 構(gòu)。又，第1聲匹配層2a與第2聲匹配層2b的復(fù)合材料的連接結(jié)構(gòu)不 必一定是相同的結(jié)構(gòu)，例如也可以采用如下所述的結(jié)構(gòu)，即第1聲匹配 層2a連結(jié)結(jié)構(gòu)采用l-3型，第2聲匹配層2b連結(jié)結(jié)構(gòu)采用2-2型， 形成兩聲匹配層的導(dǎo)電性構(gòu)件部電氣連接的結(jié)構(gòu)，接地用電氣端子9 與壓電元件1上形成的接地電極5電氣連接，同時分別具有作為聲匹配 層的聲阻抗值即可。
又，作為第2聲匹配層2b，可采用石墨那樣的導(dǎo)電性構(gòu)件，也可以 采用導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料。在采用導(dǎo)電 性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料的情況下，例如可以導(dǎo) 電性構(gòu)件20采用聲阻抗為38MRayl的銀，絕緣性構(gòu)件21采用聲阻抗為 3NRayl的環(huán)氧樹脂，通過改變體積比例能夠任意設(shè)定聲阻抗，例如能 夠?qū)崿F(xiàn)6MRayl左右的值。不管是l-3型、2-2型、3-l型的哪一種 各連結(jié)結(jié)構(gòu)的材料都能夠這樣。
另一方面，在第5實(shí)施形態(tài)中，在第2聲匹配層2b的前表面安裝的 接地用電氣端子9的基體、即絕緣性薄片采用聚酰亞胺那樣的聲阻抗約 為3MRayl的材料的情況下，該材料的聲阻抗為第2聲匹配層2b與第3 聲匹配層2c之間的值或與其接近的值，因此不會發(fā)生音響上不匹配的 情況，能夠得到良好的頻率特性。
如上所述，設(shè)置于壓電元件的被檢測體側(cè)面上的3層的聲匹配層的 結(jié)構(gòu)中，第l和第2聲匹配層分別采用導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，這樣能夠使第l和第2聲匹配層都能夠?qū)崿F(xiàn)所希 望的聲阻抗值，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率寬帶化，借助于此，能夠得到高分辨率的 診斷圖像，而且通過第l和第2聲匹配層各自的導(dǎo)電性構(gòu)件，能夠?qū)⒔?地用的電氣端子9連接于接地電極5，因此能夠得到可靠性高而且操作 性能良好的超聲波探頭。
還有，在第5實(shí)施形態(tài)中，對分別具有一種導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21等的材料的連結(jié)結(jié)構(gòu)的第1、第2聲匹配層2a、 2b進(jìn)行了說明，但是除此以外，用兩種以上的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21顯然也能夠得到同樣的效果，不限于各一種材 料的連結(jié)結(jié)構(gòu)。
又，在第5實(shí)施形態(tài)中，對1-3型連結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件采用圓柱 形狀的情況進(jìn)行了說明，但是除此以外采用多邊形柱或球形等其他形狀 的情況下也能夠得到相同的效果。又，在第5實(shí)施形態(tài)中，1-3型連 結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件具有圓柱形狀，但是除此以外，相對于Z方向形成 錐體那樣的圓錐型形狀，形成聲阻抗相對于Z方向的厚度連續(xù)變化的結(jié) 構(gòu)的情況下也能夠得到相同的效果。
又，在第5實(shí)施形態(tài)中，對l-3型、2-2型、3-l型的各種連結(jié) 結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大約相等的間
隔相互交替排列的情況進(jìn)行了說明，但是除此以外，采取隨機(jī)性間隔或 隨機(jī)性排列的情況下也能夠得到同樣的效果。
又，在第5實(shí)施形態(tài)中，對為了與壓電元件1的接地電極5進(jìn)行電 氣信號的收發(fā)，隔著第1聲匹配層2a和第2聲匹配層2b的各導(dǎo)電性構(gòu) 件20，在它們的前表面設(shè)置電氣端子的結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行了說明，但是 也可以代之以利用濺射、電鍍、印刷等方法在第2聲匹配層2b的Z方 向的兩個面或一個面上形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在該部分連結(jié)電氣端子，形成 這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效果。
又，在第5實(shí)施形態(tài)中，對將多個壓電元件一維排列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 說明，但是除此以外，將多個壓電元件作二維排列，形成所謂二維排列 結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣效果。
又，在第5實(shí)施形態(tài)中，對在第1聲匹配層2a的前表面層疊第2聲 匹配層2b和第3聲匹配層2c，具備總共三層的聲匹配層2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是聲匹配層2包含第1-n聲匹配層，其中n為3以上的整 數(shù)，而且在笫2聲匹配層與第3聲匹配層之間安裝電氣端子的結(jié)構(gòu)也能 夠得到與上述相同的結(jié)果。
又，在第5實(shí)施形態(tài)中，以壓電元件1的前表面的電極作為接地電 極5,在其被檢測體側(cè)配置接地用電氣端子9，同時以壓電元件l的背 面電極為信號用電極6，再使信號用電氣端子7與信號用電極6接觸， 但是也可以代之以將壓電元件1的前表面的電極作為信號用電極6,在 其凈皮檢測體側(cè)配置信號用電氣端子7，同時將壓電元件1的背面的電極 作為接地電極5，再使接地用電氣端子9與接地電極5接觸，形成這樣 的結(jié)構(gòu)在原理上也能夠收發(fā)超聲波。
第6實(shí)施形態(tài)
圖6A是本發(fā)明的超聲波探頭的第6實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖6B 是表示構(gòu)成圖6A所示的超聲波探頭的聲匹配層的結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
在圖6A中，超聲波探頭IOF具備板狀的壓電元件1、在該壓電元件 1的前表面(圖中的上方)層疊的聲匹配層2、根據(jù)需要安裝于壓電元 件1的背面(圖中的下方)的背面負(fù)載構(gòu)件3、以及同樣根據(jù)需要安裝 于聲匹配層2的前表面的聲透鏡4。這些構(gòu)成要素各自的功能與構(gòu)成已 有的超聲波探頭的要素所具有個功能相同。
超聲波探頭10F的構(gòu)成要素中，壓電元件1利用PZT系那樣的壓電 陶資、PZN-PT、 PMN-PT系那樣的壓電單晶、或這些材料與高分子材料 復(fù)合的復(fù)合壓電體、或PVDF等為代表的高分子材料的壓電體等形成。 在壓電元件1的前表面形成接地電極5,壓電元件1的背面上形成信號 用電極6。接地電極5和信號用電極6分別利用金或銀的蒸鍍、濺射、
或銀的燒成等方法形成。
又，壓電元件1上形成的信號用電極6與背面負(fù)載構(gòu)件3之間插入 聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的絕緣性薄片7a的一個主面上被覆銅等金 屬膜7b的信號用電氣端子7。在這種情況下，絕緣性薄片7a的一主面 向著壓電元件1 一側(cè)，使得信號用電氣端子7的金屬膜7b與壓電元件 1上形成的信號用電極6接觸，而且使得信號用電氣端子7的絕緣性薄 片7a與背面負(fù)載構(gòu)件3接觸。另一方面，在壓電元件l上形成的接地 電極5的前表面，依序?qū)盈B導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù)合材料構(gòu)成的聲匹配層2和在聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的 絕緣性薄片9a的一主面上被覆銅等導(dǎo)電性膜(最好是厚度為對特性影 響較小的5微米以下)9b的接地用電氣端子9。在這種情況下，絕緣性 薄片9a的一主面向著聲匹配層2 —側(cè)，使得接地用電氣端子9的導(dǎo)電 性膜9b與聲匹配層2的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件20接觸。而且根據(jù)需要 在聲匹配層2的前表面安裝采用硅橡膠等材料的聲透鏡。 下面對如上所述構(gòu)成的超聲波探頭IOF的動作進(jìn)行說明。 壓電元件1上形成的信號用電極6通過信號用電氣端子7,又壓電元 件1的接地電極5通過聲匹配層2的復(fù)合材料的導(dǎo)電性構(gòu)件20和接地 用電氣端子9，分別電氣連接于未圖示的電纜的一端，這些電纜的各自 的另一端連接于未圖示的超聲波診斷裝置的主體部。借助于此，將超聲 波診斷裝置的主體部產(chǎn)生的規(guī)則的脈沖電壓施加于壓電元件1，發(fā)出超 聲波，又，將接收的超聲波的回聲變換為電氣信號然后發(fā)送到超聲波診 斷裝置的主體部。
在圖6B中，作為導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的 復(fù)合材料構(gòu)成的聲匹配層2，選擇其聲阻抗在壓電元件1與被檢測體(例 如生物體)之間的材料。絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21形成對厚度方 向(圖中的上下方向)連續(xù)改變形狀(體積)，在圖中下方體積較大， 越往上方體積越小的形狀(例如圓錐、三角錐、四角錐等形狀)，在其 間隙充滿導(dǎo)電性構(gòu)件20的結(jié)構(gòu)。例如絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21 采用具有比導(dǎo)電性構(gòu)件20聲阻抗大的阻抗值的材料的情況下，在圖中， 下方體積大，因此聲阻抗值最大，越往上方體積慢慢減小，導(dǎo)電性構(gòu)件 20的體積變大，因此聲阻抗慢慢變小。也就是說，聲匹配層2形成在 上下方向上聲阻抗連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)。形成圖6A那樣的結(jié)構(gòu)，在圖的下 方聲阻抗大，越往上方越小的結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)然形成壓電元件l一側(cè) 處于下方，被檢測體一側(cè)處于上方的結(jié)構(gòu)。
通過這樣形成聲匹配層2的形狀在厚度方向連續(xù)改變的結(jié)構(gòu)，聲匹 配層2形成其聲阻抗在厚度方向(從壓電元件1到被檢測體的方向)連 續(xù)變化的特性，壓電元件1的接地電極2 —側(cè)的位置上的聲匹配層2 的部分，聲阻抗較大，接近于壓電元件1的阻抗值，而且位于被檢測體 一側(cè)(圖中上方)的部分的聲匹配層2的聲阻抗接近于被檢測體的聲阻抗值。通過采用使聲阻抗這樣連續(xù)斜率變化的聲匹配層2,能夠?qū)崿F(xiàn)頻
率的寬帶化。又由于本聲匹配層2的厚度與頻率無關(guān)，因此只要是中心 頻率的大約二分之一波長以上的厚度，就能夠發(fā)揮作為聲匹配層的作 用，頻率特性與厚度關(guān)系不大。
聲匹配層2的導(dǎo)電性構(gòu)件20與壓電元件1的一個電極電氣連接，在 導(dǎo)電性構(gòu)件20的另一面上，接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b與其接觸 并形成電氣連接的結(jié)構(gòu)，從接地用電氣端子9接收或、獲取信號。本聲 匹配層2的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21與導(dǎo)電性構(gòu)件20的連結(jié)結(jié) 構(gòu)，最好是第2實(shí)施形態(tài)說明的2-2型、l-3型、3-l型的連結(jié)結(jié)構(gòu)。 例如絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21采用半導(dǎo)體等使用的聲阻抗約為 19.7MRayl的珪單晶，而導(dǎo)電性構(gòu)件20采用聲阻抗約6. 5MRayl的導(dǎo)電 性粘接劑(Emerson and C畫ings， Inc.制造的)Echobond56C時，聲 阻抗在硅單晶的體積比例大約為100%的部分是19. 7MRayl，然后慢慢 減少下去，由于導(dǎo)電性粘接劑的體積比例逐漸增加，能夠得到聲阻抗逐 步接近6. 5MRayl的特性。
在這里，聲匹配層2的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21使用玻璃、結(jié) 晶化玻璃、加入高濃度的鎢粉的環(huán)氧樹脂、鈮酸鉛陶瓷、有加工性能的 陶瓷(可切削性陶瓷)、單晶硅或多晶硅、水晶、碳酸鋇等陶瓷等。又， 作為聲匹配層2的導(dǎo)電性構(gòu)件20，采用銅、鋁、銀、金、鎳等金屬材 料、或金、銀、銅、鋁等金屬或碳的粉末混合于環(huán)氧樹脂等高分子化合 物中具有導(dǎo)電性的高分子材料或石墨、碳等。還有，導(dǎo)電性構(gòu)件20或 絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21不限于上述材料，只要是與上述材料具 有同等程度的聲阻抗的材料，也可以是其他材料。
如上所述，作為設(shè)置于壓電元件的被檢測體一側(cè)的聲匹配層，設(shè)置 導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，這樣可以使聲匹 配層的所希望的聲阻抗連續(xù)斜率地改變，以此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬度化， 因此能夠得到高分辨率的診斷圖像。又，通過復(fù)合材料的聲匹配層的導(dǎo) 電性構(gòu)件，能夠?qū)㈦姎舛俗舆B接于壓電元件的多個地方，因此能夠得到 高可靠性而且操作性能良好的超聲波探頭。
又，在第6實(shí)施形態(tài)中，對如圖6B所示，將導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣 性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大約相同的間隔交替排列的情況進(jìn)行了說明，但是除此以外，在以隨機(jī)性的間隔配置或隨機(jī)排列的情況下也能夠 得到同樣的結(jié)構(gòu)。
又，在第6實(shí)施形態(tài)中，對為了進(jìn)行與壓電元件1的接地電極5的 電信號收發(fā)，隔著聲匹配層2，在其前表面設(shè)置接地用電氣端子9的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行了說明，但是也可以代之以利用濺射、電鍍或印刷等方法在聲匹 配層2的Z方向的兩個面或一個面上形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在該部分連結(jié)接 地用電氣端子9，形成這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效果。
又，在第6實(shí)施形態(tài)中，聲匹配層2采用各一種材料形成的導(dǎo)電性 構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連結(jié)結(jié)構(gòu)的匹配層，但是導(dǎo) 電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21至少其一用兩種以上的材 料形成顯然也能夠得到同樣的效果，不限于各一種材料的連結(jié)結(jié)構(gòu)。
又，在第6實(shí)施形態(tài)中，以壓電元件1的前表面的電極作為接地電 極5，在其被檢測體一側(cè)配置接地用電氣端子9，同時與壓電元件l的 背面的電極作為信號用電極6，再在信號用電極6上連結(jié)信號用電氣端 子7，但是也可以代之以將壓電元件1的前表面的電極作為信號用電極 6，在其被檢測體一側(cè)配置信號用電氣端子7，同時將壓電元件l的背 面的電極作為接地電極5，再使接地用端子9與接地電極5接觸，這樣 的結(jié)構(gòu)在原理上也能夠收發(fā)超聲波。
第7實(shí)施形態(tài)
圖7A是表示構(gòu)成本發(fā)明的超聲波探頭的聲匹配層的第7實(shí)施形態(tài)的 結(jié)構(gòu)例的剖面圖。還有，超聲波探頭的概略剖面圖與第6實(shí)施形態(tài)說明 的圖6A相同，只有聲匹配層2的結(jié)構(gòu)不同，因此超聲波探頭用圖6A 進(jìn)行-說明，聲匹配層的部分用圖7AiJt明。
在圖6A中，超聲波探頭IOF具備板狀的壓電元件1、疊層于該壓電 元件1的前表面(圖中的上方)的聲匹配層2、根據(jù)需要裝配于壓電元 件1的背面(圖中的下方)的背面負(fù)載構(gòu)件3、以及同樣根據(jù)需要裝配 于聲匹配層2的前表面的聲透鏡4。這些構(gòu)成要素各自的功能與構(gòu)成已 有的超聲波探頭的要素具有的功能相同。超聲波探頭10F的構(gòu)成要素以 及動作在笫6實(shí)施形態(tài)中有^L明，因此在這里省略。
在圖7A中，用導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的復(fù) 合材料構(gòu)成的聲匹配層2選擇聲阻抗在壓電元件1與被檢測體(例如生物體)之間的材料。形成如下所述的結(jié)構(gòu)，即絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)
件21相對于厚度方向(圖中上下方向)，例如在圖中使寬度形成兩個 梯級地階梯性可變地改變其形狀(體積)，做成下一梯級(Tl的區(qū)域) 寬度較大，上一梯級(T2的區(qū)域)寬度較小的形狀，在其間隙中充填 導(dǎo)電性構(gòu)件20。例如絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21為比導(dǎo)電性構(gòu)件20 聲阻抗大的材料的情況下，由于T1區(qū)域的寬度大，聲阻抗值大，T2區(qū) 域?qū)挾泉M窄。而導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度相反，接近各自的寬度(體積) 大的一方的構(gòu)件的聲阻抗。利用Tl、 T2區(qū)域的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的體積比例能夠階梯型改變聲阻抗。因此，在 圖7A所示的形成2梯級的結(jié)構(gòu)的情況下，構(gòu)成2層的聲匹配層。當(dāng)然， Tl、 T2各自的厚度以四分之一波長的厚度為基礎(chǔ)設(shè)定。
如圖6所示，聲匹配層2的導(dǎo)電性構(gòu)件20與壓電元件1的一電極電 氣連接，導(dǎo)電性構(gòu)件20的另一面上，接地用電氣端子9的導(dǎo)電性膜9b 與其接觸而且形成電氣連接的結(jié)構(gòu)，從接地用電氣端子9接收、獲取信 號。圖7A所示的聲匹配層2的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性 構(gòu)件21的連結(jié)結(jié)構(gòu)最好是采用第2實(shí)施形態(tài)說明的2 - 2型、1 - 3型、 3-1型的連結(jié)結(jié)構(gòu)。
如上所述，作為設(shè)置于壓電元件的被檢測體一側(cè)的聲匹配層，通過 設(shè)置導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，能夠使聲匹 配層的所希望的聲阻抗階梯性改變，借助于此，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶化， 能夠得到高分辨率的診斷圖像。而且通過復(fù)合材料的聲匹配層的導(dǎo)電性 構(gòu)件能夠?qū)㈦姎舛俗舆B接于壓電元件的多個地方，因此能夠得到可靠性 高而且操作性能良好的超聲波探頭。
又，在第7實(shí)施形態(tài)中，對如圖7A所示，導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大致相等的間隔交替排列的情況進(jìn)行了說 明，但是除此以外，以隨機(jī)性間隔或隨機(jī)性排列的情況下也能夠得到同 樣的效果。
又，在第7實(shí)施形態(tài)中，對為了與壓電元件1的接地電極5進(jìn)行電 氣信號的收發(fā)，隔著聲匹配層2在其前表面設(shè)置接地用電氣端子9的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行了說明，但是也可以代之以利用濺射、電鍍、或印刷等方法在聲 匹配層2的Z方向的兩面或一個面上形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在其一部分上連接接地用電氣端子9，形成這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效果。
又，在第7實(shí)施形態(tài)中，聲匹配層2采用各用一種材料形成的導(dǎo)電 性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連接結(jié)構(gòu)，但是顯然導(dǎo)電 性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的至少一種構(gòu)件用兩種以上
材料形成的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效果，并不限于分別用一種材料的連 結(jié)結(jié)構(gòu)。
又，在第7實(shí)施形態(tài)中，將壓電元件1的前表面的電極作為接地電 極5，在其被檢測體一側(cè)配置接地用電氣端子9，同時將壓電元件l的 背面的電極作為信號用電極6，而且使信號用電氣端子7與信號用電極 6接觸，但是也可以代之以，將壓電元件1的前表面的電極作為信號用 電極6，在其被檢測體一側(cè)配置信號用電氣端子7，同時將壓電元件1 的背面的電極作為接地電極5，而且使接地用電氣端子9與接地電極5 接觸，這樣在原理上也能夠進(jìn)行超聲波的接收和發(fā)送。
又，構(gòu)成第7實(shí)施形態(tài)的聲匹配層2的另一結(jié)構(gòu)例如圖7B所示。圖 7B的聲匹配層2如圖7A所示構(gòu)成2層的聲匹配層Tl、 T2，但是圖7B 使導(dǎo)電性構(gòu)件20在厚度為Tl的區(qū)域占100%，在厚度T2的區(qū)域以任 意體積比例設(shè)置與導(dǎo)電性構(gòu)件20聲阻抗值不同的構(gòu)件、例如絕緣性構(gòu) 件或半導(dǎo)體構(gòu)件。例如作為導(dǎo)電性構(gòu)件20采用在石墨中充填銅、銀等 金屬粉末的材料，聲阻抗用6 16MRayl的值，厚度Tl占100%,以其 作為第1聲匹配層，又，厚度T2的區(qū)域?yàn)榱四軌驅(qū)崿F(xiàn)所希望的聲阻抗， 在導(dǎo)電性構(gòu)件20形成槽，在該槽中充填作為絕緣性構(gòu)件的環(huán)氧樹脂、 氨基甲酸乙酯、硅橡膠等聲阻抗低的(l~3MRayl)材料形成，用導(dǎo)電 性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的體積比例形成厚度T2的 聲阻抗，以此能夠構(gòu)成第2聲匹配層。通過這樣構(gòu)成，導(dǎo)電性構(gòu)件20 在Tl、 T2的厚度方向上連結(jié)，因此能夠得到與圖7A的實(shí)施形態(tài)相同的 效果。還有，在圖7B中，對2層的聲匹配層構(gòu)成的情況進(jìn)行了說明， 但是此外，也可以用2層以上、也就是3層或3層以上的聲匹配層構(gòu)成， 不限于2層的聲匹配層。
第8實(shí)施形態(tài)
圖8是表示構(gòu)成本發(fā)明的超聲波探頭的第8實(shí)施形態(tài)的聲匹配層的 結(jié)構(gòu)例的剖面圖。還有，超聲波探頭的大概剖面圖與第2實(shí)施形態(tài)說明的圖2A相同，只有第1聲匹配層2a的結(jié)構(gòu)不同，因此超聲波探頭用圖 2A進(jìn)行說明，第1聲匹配層的部分用的圖8進(jìn)行說明。
在圖2A中，超聲波探頭IOB具備板狀的壓電元件1、在該壓電元件 1的前表面(圖中的上方)層疊的聲匹配層2 (2a、 2b)、根據(jù)需要安 裝于壓電元件1的背面(圖中的下方)的背面負(fù)載構(gòu)件3、以及同樣根 據(jù)需要安裝于聲匹配層2 (2a、 2b)的前表面的聲透鏡4。這些構(gòu)成要 素各自的功能與構(gòu)成已有的超聲波探頭的要素所具有個功能相同。超聲 波探頭的構(gòu)成要素以及動作在第2實(shí)施形態(tài)中有說明，因此在這里省 略。
用導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料構(gòu)成的第1 聲匹配層2a選擇其聲阻抗在壓電元件1與第2聲匹配層2b各自的聲阻 抗的中間的材料。作為這種第1聲匹配層2a，其由導(dǎo)電性構(gòu)件與多個 絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件形成的結(jié)構(gòu)的例子示于圖8。在圖8中，向 被檢測體發(fā)射超聲波的方向記為Z方向，與其正交的2個方向分別記為 X方向和Y方向。
圖8所示的第1聲匹配層2a形成導(dǎo)電性構(gòu)件20與多種、在這里是2 種絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21在X方向上依序配置的連結(jié)結(jié)構(gòu)，該 導(dǎo)電性構(gòu)件20形成至少在Z方向上有連接的結(jié)構(gòu)體。圖8的結(jié)構(gòu)是相 對于兩種絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的寬度(體積)，導(dǎo)電性構(gòu)件 20的寬度(體積)極其狹窄的結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)通過改變兩種絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的體積比例 (圖中X方向的寬度)，能夠任意設(shè)定第l聲匹配層2a的聲阻抗，導(dǎo) 電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的體積比例相比極小，也 就是形成圖8的X方向的寬度做得極小，對聲阻抗的改變幾乎沒有貢獻(xiàn) 的結(jié)構(gòu)。例如兩種絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21采用硅單晶與環(huán)氧樹 脂，X方向上的寬度分別形成為0. lmm，而導(dǎo)電性構(gòu)件20是利用電鍍或 濺射等方法將銅、銀、金等形成于硅單晶或環(huán)氧樹脂的側(cè)面上的，寬度 形成為0. 002mm，這時相對于它們的寬度的合計值，導(dǎo)電性構(gòu)件20的 寬度的比例約為1%，對聲阻抗的改變的貢獻(xiàn)極小。從而，上述導(dǎo)電性 構(gòu)件20的功能，主要是從壓電元件1的電極面電氣連接。形成這樣的 結(jié)構(gòu)時，不但制作容易，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度，而且在導(dǎo)電性構(gòu)件使用金屬的情況下，制作超聲波探頭時加工困難的缺點(diǎn)也能夠得到克服。
當(dāng)然，即使是導(dǎo)電性構(gòu)件20的寬度加大，通過改變包括兩種絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的三種構(gòu)件的寬度的比例，選擇體積比例，能 夠任意選擇聲阻抗，因此不限定導(dǎo)電構(gòu)件的寬度。
如圖2A所示，聲匹配層2a的導(dǎo)電性構(gòu)件20與壓電元件1的一個電 極電氣連接，接地用電氣端子9的金屬膜9b與導(dǎo)電性構(gòu)件20的另一個 面接觸并形成電氣連接的結(jié)構(gòu)，從接地用電氣端子9接收、取出信號。
如上所述，作為設(shè)置于壓電元件的被檢測體一側(cè)的聲匹配層，設(shè)置 導(dǎo)電性構(gòu)件與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的復(fù)合材料，從而能夠使聲匹 配層能夠任意改變，得到所希望的聲阻抗，借助于此，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的 寬帶化，因此能夠得到高分辨率的診斷圖像。又，由于能夠通過復(fù)合材 料的聲匹配層的導(dǎo)電構(gòu)件將電氣端子連接于壓電元件的多個地方，因此 能夠得到可靠性高而且操作性能良好的超聲波探頭。
又，在第8實(shí)施形態(tài)中，對如圖8所示導(dǎo)電性構(gòu)件20與多個絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21以大致相等的間隔將其交替排列的情況進(jìn)行了 說明，但是除此以外在以隨機(jī)性的間隔或隨機(jī)性排列的情況下也能夠得 到同樣的效果。
又，在第8實(shí)施形態(tài)中，對為了進(jìn)行對壓電元件1的接地端子5的 電氣信號的收發(fā)，隔著聲匹配層2a在其前表面設(shè)置接地用電氣端子9 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是也可以代之以利用濺射、電鍍、或印刷等方法 在聲匹配層2a的Z方向的兩個面或一個面上形成導(dǎo)電性構(gòu)件，在該部 分連接接地用電氣端子9,采取這樣的結(jié)構(gòu)也能夠得到同樣的效果。
又，在第8實(shí)施形態(tài)中，聲匹配層2a采用分別用一種材料形成的導(dǎo) 電性構(gòu)件20與兩種絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連結(jié)結(jié)構(gòu)，但是也 可以采用多個導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的連結(jié)結(jié) 構(gòu)，或除此以外，也可以用多種連結(jié)結(jié)構(gòu)形成，這樣顯然也能夠得到同 樣的效果。
又，在第8實(shí)施形態(tài)中，對圖8所示的導(dǎo)電性構(gòu)件20與絕緣性構(gòu)件 或半導(dǎo)電性構(gòu)件21相對于Z方向以均一的寬度形成的情況進(jìn)行了說明， 但是如第6實(shí)施形態(tài)所示，絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21形成相對于 Z方向?qū)挾冗B續(xù)變化的所謂楔形形狀，相對于Z方向的厚度，聲阻抗連續(xù)變化的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性構(gòu)件形成于其傾斜的側(cè)面，或是如第7實(shí)施形態(tài) 所示，形成絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件21的寬度階梯性改變，聲阻抗 發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)，設(shè)置在其側(cè)面設(shè)置導(dǎo)電性構(gòu)件20的結(jié)構(gòu)，也能夠得 到相同的結(jié)果。
又，在第8實(shí)施形態(tài)中，2層的聲匹配層的第1層聲匹配層2a，采 用各一種材料形成的導(dǎo)電性構(gòu)件20與兩種絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件 21的連結(jié)結(jié)構(gòu)，但是除此以外，在作為3層以上的聲匹配層設(shè)置的情 況下，即使是在各層上設(shè)置也能夠得到同樣效果。
工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明的超聲波探頭能夠?qū)弘娫囊粋€形成電極的面上層疊的 聲匹配層的聲阻抗形成為所希望的阻抗值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的寬帶 化，從而能夠得到高分辨率的診斷圖像，又能夠通過聲匹配層，在壓電 元件的一個形成電極的面上的多個地方連接電氣端子，因此可靠性高， 適于使用在人體等被檢測體的超聲波診斷的各種醫(yī)療領(lǐng)域，而且也能夠 使用于以材料或構(gòu)件的內(nèi)部探傷為目的的工業(yè)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1. 一種超聲波探頭，具備在厚度方向的兩個面上形成電極的壓電元件、以及層疊在所述壓電元件的一個電極形成面上的聲匹配層，其特征在于，所述聲匹配層由至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元件的一個電極形成面的多處分別在層的厚度方向上貫通的部位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探頭，其特征在于，所述聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的多 種素材的復(fù)合材料、或包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材、和 包含導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成。
3. —種超聲波探頭，具備具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩個面 上形成電極，相互在正交于厚度方向的方向上配置的多個壓電元件；以 及在所述多個壓電元件的一個電極形成面上分別層疊的多個聲匹配層， 其特征在于，所述聲匹配層包含在所述壓電元件上依序?qū)盈B的第1和第2聲匹配層，所述第1聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件 的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元件 的一個電極形成面的多處分別在層的厚度方向上貫通的部位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任一項(xiàng)所述的超聲波探頭，其特征在于， 構(gòu)成與所述壓電元件鄰接的所述聲匹配層的所述復(fù)合材料，是將絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件配置于預(yù)定的區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中的任一項(xiàng)所述的超聲波探頭，其特征在于， 具備在與所述壓電元件相鄰的所述聲匹配層的外表面部層疊的電氣端子，所述電氣端子在絕緣性薄片的一主面上被覆導(dǎo)電性膜，而且層疊成 所述絕緣性薄片的一主面與所述聲匹配層對置，所述導(dǎo)電性膜通過構(gòu)成 所述聲匹配層的所述導(dǎo)電性構(gòu)件與所述壓電元件上形成的一所述電極電氣連接。
6. —種超聲波探頭，具備具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩個 面上形成電極，相互在正交于厚度方向的方向上配置的多個壓電元件； 以及在所述多個壓電元件的一個電極形成面上分別層疊的多個聲匹配 層，其特征在于，設(shè)n為3以上的整數(shù)，所述聲匹配層包含在所述壓電元件上依序?qū)?疊的第1 ~第n聲匹配層，而且在笫1聲匹配層與第2聲匹配層之間插 入電氣端子，至少所述第1聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性 構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電 元件的一個電極形成面的多處分別在層的厚度方向上貫通的部位，所述電氣端子在絕緣性薄片的一主面上被覆導(dǎo)電性膜，而且層疊成 所述絕緣性薄片的一主面與所述聲匹配層對置，所述導(dǎo)電性膜通過構(gòu)成 所述第1聲匹配層的所述導(dǎo)電性構(gòu)件與所述壓電元件上形成的一所述 電極電氣連接。
7. —種超聲波探頭，具備具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩個 面上形成電極，相互在正交于厚度方向的方向上配置的多個壓電元件； 以及在所述多個壓電元件的一個電極形成面上分別層疊的多個聲匹配 層，其特征在于，設(shè)n為3以上的整數(shù)，所述聲匹配層包含在所述壓電元件上依序疊 層的第1~第n聲匹配層，而且在第2聲匹配層與第3聲匹配層之間插 入電氣端子，至少所述第1和第2聲匹配層由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與 導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所 述壓電元件的一個形成電極的面的多處分別在層的厚度方向上貫通的 部位，所述電氣端子在絕緣性薄片的一主面上被覆導(dǎo)電性膜，而且層疊成 所述絕緣性薄片的一主面與所述聲匹配層對置，所述導(dǎo)電性膜通過構(gòu)成 所述第1聲匹配層的所述導(dǎo)電性構(gòu)件和構(gòu)成所述第2聲匹配層的所述導(dǎo) 電性構(gòu)件，與所述壓電元件上形成的一所述電極電氣連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超聲波探頭，其特征在于，構(gòu)成所述第1聲匹配層的所述復(fù)合材料其絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu) 件與導(dǎo)電性構(gòu)件配置于預(yù)定的區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波探頭，其特征在于， 構(gòu)成所述第2聲匹配層的所述復(fù)合材料其絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件配置于預(yù)定的區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2~9中的任一項(xiàng)所述的超聲波探頭，其特征在于， 將所述壓電元件的厚度方向記為Z方向，將與該Z方向正交的方向記為X方向，將與Z方向和X方向正交的方向記為Y方向， 構(gòu)成所述聲匹配層的所述復(fù)合材料具備所述導(dǎo)電性構(gòu)件只在Z方向上有連結(jié)，在X、 Y方向上沒有連結(jié)，所 述絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件在X、Y、Z三個方向上有連結(jié)的連結(jié)結(jié)構(gòu)、或者，所述導(dǎo)電性構(gòu)件在Y和Z兩個方向上有連結(jié)，所述絕緣性構(gòu) 件或半導(dǎo)電性構(gòu)件在Y和Z兩個方向上有連結(jié)的連結(jié)結(jié)構(gòu)、或者，所述導(dǎo)電性構(gòu)件在X、 Y、 Z三個方向上有連結(jié)，所述絕緣性 構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件僅在Z方向上有連結(jié)，在X、 Y方向上沒有連結(jié)的連結(jié)結(jié)構(gòu)中的任一連結(jié)結(jié)構(gòu)。
11. 一種超聲波探頭，具備具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的兩個 面上形成電極的壓電元件；以及在所述壓電元件的一個電極形成面上層 疊的聲匹配層，其特征在于，所述聲匹配層由至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成， 而且所述導(dǎo)電性構(gòu)件具有在所述壓電元件的一個電極形成面的多處分 別向?qū)拥暮穸确较蜇炌ǖ牟课唬倚纬稍诤穸确较蛏蠈?dǎo)電性構(gòu)件體積 比率連續(xù)地傾斜的、或體積比率階梯性變化的結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波探頭，其特征在于， 所述聲匹配層的所述多種素材的復(fù)合材料由包含絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性構(gòu)件的材料構(gòu)成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1~12中的任一項(xiàng)所述的超聲波探頭，其特征在于，所述復(fù)合材料的所述半導(dǎo)電性構(gòu)件包含金屬、金屬與高分子材料的 復(fù)合體、石墨的碳化物中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求2~12中的任一項(xiàng)所述的超聲波探頭，其特征在于，所述復(fù)合材料的絕緣性構(gòu)件或半導(dǎo)電性構(gòu)件包含玻璃、陶瓷、水晶、 有機(jī)高分子材料與金屬的復(fù)合體、硅單晶體或多晶體中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于實(shí)現(xiàn)能夠得到高分辨率的診斷圖像，同時具有高可靠性的超聲波探頭的技術(shù)，如果采用這種技術(shù)，壓電元件(1)具有規(guī)定的厚度，在厚度方向的一個面上形成接地電極(5)，在另一個面上形成信號用電極(6)，在該壓電元件的接地電極的形成面上層疊聲匹配層(2)時，該聲匹配層由至少包含導(dǎo)電性構(gòu)件(20)的多種素材的復(fù)合材料構(gòu)成，而且導(dǎo)電性構(gòu)件具有在壓電元件的一個電極形成面的多處分別在厚度方向上貫通的部位。
文檔編號H04R17/00GK101536545SQ20078004123
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者齊藤孝悅 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社