(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子から被探触物へ超音波を送信し、被探触物からのエコーを振動子で受信することによって被探触物を探触する探触子において、
いずれも複数の振動層及び電極層を交互に積層してなり、各振動層は電気的に並列接続してあり、且つ、電極層を介して相隣る振動層はその厚さ方向へ互いに逆向きに分極させてある第１振動子と、
振動層を電極層で挟持してなる第２振動子と
を備え、
前記第１振動子から被探触物へ超音波を送信し、被探触物からのエコーを前記第２振動子で受信するようになしてあることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記第１振動子及び第２振動子は、超音波の送信方向と交わる方向へ位置を異ならせて配置してある請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第１振動子及び第２振動子を複数設けてある請求項１又は２記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷装置及び超音波診察装置等に設けられ、超音波を送受信する超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探傷装置によって管材又は板材等の被探傷材を探傷するには、例えば複数の振動子がアレイ状に配置してある、所謂アレイ型探触子を被探傷材に対向配置し、探触子と被探傷材との間に、水といった接触媒質を介在させつつ探触子から被探傷材へ超音波を送信し、被探傷材によるエコーを探触子で受信し、受信したエコー中に欠陥に係るエコーが存在するか否かを判定している。また、超音波診察装置によって生体内を診察するには、前述した探触子と生体との間にゼリー状の接触媒質を介在させ、探触子を移動させつつ探触子から生体内へ所定の周期で超音波を送信し、生体内からのエコーを探触子でそれぞれ受信し、それらを探触子の移動方向へ配列することによって診察用の画像を形成している。
【０００３】
このようなアレイ型の探触子を用いる場合、探触子に設けてある各振動子とそれらにパルスを印加するパルス回路との間に、半導体スイッチ群であるアナログマルチプレクサを介装しておき、該アナログマルチプレクサにて、各振動子とパルス回路との接続を切り換えることによって、探触子から送信された超音波が拡がる大きさである開口値を調節することができる。
【０００４】
ところで、超音波探傷装置及び超音波診察装置等の超音波検査装置にあっては検査感度を向上させることが要求されている。検査感度を高くするには、各振動子に高電圧のパルスを印加することが考えられる。しかし、前述したアナログマルチプレクサの耐電圧が低いので、振動子に高電圧のパルスを印加するには、アナログマルチプレクサと各振動子との間に増幅回路を介装しなければならないため、回路構成が複雑になり、製造コストが高騰する。そのため、特開昭64−77298 号公報には次のような積層型の振動子を備える超音波探触子が開示されている。
【０００５】
図７は、特開昭64−77298 号公報に開示された超音波探触子の要部構成を示す正断面図であり、図中、40は振動子である。振動子40は板状の第１電極41を備えており、第１電極41上に、セラミクスを１９０μｍの厚さの板状に成形してなる第１圧電体51が積層してある。第１圧電体51上にはコ字状の第２電極42が設けてある。第２電極42内には、第１圧電体51と同じ寸法の第２圧電体52及び第３圧電体53がこの順に、それぞれ第１圧電体51と平行をなして設けてあり、第２圧電体52と第３圧電体53との間には板状の第３電極43が第２電極42から離隔させて介装してある。また、第２電極42及び第３圧電体53上に、それらを覆うように音響整合層62が積層してある。そして、振動子40は、第１電極41を矩形のパッキング部材61に固着させて該パッキング部材61に固定してある。
【０００６】
この探触子によって超音波を送受信するに当たって、第２電極42及び第３電極43に直流電圧を印加して、図中、矢符で示した如く、第２圧電体52及び第３圧電体53を互いに逆方向へ分極させる処理を施しておき、また、第１電極41及び第２電極42に所定の直流電圧を印加して、図中、矢符で示した如く、第１圧電体51を第２圧電体52の分極方向と同じ方向へ分極させる処理を施しておく。
【０００７】
そして、第２電極42及び第３電極43にパルスを印加することによって、互いに逆方向へ分極され、電気的に並列接続された第２圧電体52及び第３圧電体53を発振させて超音波を送信する。これによって、第２圧電体52又は第３圧電体53の何れか一方のみを発振させた場合に比べ、超音波の電界強度を略２倍することができる。
【０００８】
また、第１電極41及び第３電極43間の電圧を検出することによって、互いに同じ方向へ分極され、電気的に直列接続された第１圧電体51及び第２圧電体52の振動を電気信号に変換して前記超音波によるエコーを受信する。これによって、受信電圧の低下が抑制される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭64−77298 号公報に開示された超音波探触子にあっては、圧電体を３層以上にすることが困難であるため、検出感度の向上には限度があった。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところはいずれも複数の振動層及び電極層を交互に積層してなり、各振動層は電気的に並列接続してあり、且つ、電極層を介して相隣る振動層はその厚さ方向へ互いに逆向きに分極させてある第１振動子と、
振動層を電極層で挟持してなる第２振動子とを備え、
前記第１振動子から被探触物へ超音波を送信し、被探触物からのエコーを前記第２振動子で受信する構成にすることによって、更に検出感度を向上させることができる超音波探触子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る超音波探触子は、振動子から被探触物へ超音波を送信し、被探触物からのエコーを振動子で受信することによって被探触物を探触する探触子において、いずれも複数の振動層及び電極層を交互に積層してなり、各振動層は電気的に並列接続してあり、且つ、電極層を介して相隣る振動層はその厚さ方向へ互いに逆向きに分極させてある第１振動子と、振動層を電極層で挟持してなる第２振動子とを備え、前記第１振動子から被探触物へ超音波を送信し、被探触物からのエコーを前記第２振動子で受信するようになしてあることを特徴とする。
【００１２】
第１振動子は、厚さ方向へ互いに逆向きに分極させてある複数の振動層が電気的に並列接続してあるため、これにパルス電圧を印加して超音波を発生させた場合、１層の振動層に同じパルス電圧を印加して発生する超音波の電界強度に比べて、振動層数の倍率だけ強い電界の超音波を発生させることができる。また、第２振動子は振動層を電極層で挟持してあるため、エコーの受信電圧の低下が抑制される。前述した第１振動子の振動層は所要数に設定することができ、特開昭64−77298 号公報に開示された超音波探触子の検出感度より更に検出感度を向上させることができる。
【００１３】
第２発明に係る超音波探触子は、第１発明において、前記第１振動子及び第２振動子は、超音波の送信方向と交わる方向へ位置を異ならせて配置してあることを特徴とする。
【００１４】
第１振動子及び第２振動子は、超音波の送信方向と交わる方向へ位置を異ならせて配置してあるため、相互に干渉することなく超音波の送受信を行うことができ、検出感度が更に向上する。
【００１５】
第３発明に係る超音波探触子は、第１又は第２発明において、前記第１振動子及び第２振動子を複数設けてあることを特徴とする。
【００１６】
超音波を送信する第１振動子が複数設けてあるため、第１振動子に電気振動を与えるタイミングを調整することによって、超音波が拡がる大きさである開口値を調節することができる。また、各第１振動子の配列に応じて複数の第２振動子を配置することによって、高い検出感度で高精度に被探触物を探触することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す模式的斜視図であり、図中、３は超音波を送信する送信用振動子、２，２，…はエコーを受信する受信用振動子である。受信用振動子２，２，…は、例えば略５×５のマトリクス状に互いに絶縁させて配置してあり、マトリクスの中央に、受信用振動子に代えて送信用振動子３が受信用振動子２，２，…とは絶縁させて設けてある。
【００１８】
図２は図１に示した受信用振動子２を示す模式的斜視図である。図２に示した如く、受信用振動子２は、例えば、ＳＰＥＭ−５Ｃのセラミクス（住友金属工業（株）製）を矩形状に成形してなる圧電体22の表裏面に、例えばＡｇ７０／Ｐｄ３０の合金を長方形板状に成形してなる電極21，21をそれぞれ設け、それらを一体焼成して形成されている。
【００１９】
また、図３は図１に示した送信用振動子３を示す模式的斜視図である。図３に示した如く、送信用振動子３は、セラミクスを略２０μｍの厚さの長方形板状に成形してなる複数の圧電体層31，31，…、及び２〜３μｍの厚さであり、前記圧電体層31の短辺寸法より少し短い短辺寸法の長方形板状に成形してなる複数の電極層32，32，…を備えている。
【００２０】
圧電体層31，31，…及び電極層32，32，…は、圧電体層31，31，…の一長辺の位置と奇数番目（又は偶数番目）の電極層32，32，…の一長辺の位置とをそれぞれ揃え、また圧電体層31，31，…の他長辺の位置と偶数番目（又は奇数番目）の電極層32，32，…の他長辺の位置とをそれぞれ揃えて交互に積層することによって略直方体状の層状体になしてあり、相隣る圧電体層31，31，…は、それぞれ厚さ方向へ互いに逆向きに分極させてある。この層状体の先頭及び末尾は電極層32，32であり、両電極層32，32上には音響整合層34，34が形成してある。
【００２１】
層状体の前記圧電体層31，31，…の一長辺側の側部及び他側部には、それぞれ長方形板状の外部電極33，33が設けてあり、一方の外部電極33によって奇数番目の電極層32，32，…をそれぞれ接続し、他方の外部電極33によって偶数番目の電極層32，32，…をそれぞれ接続してある。これによって、圧電体層31，31，…は電気的に並列接続される。このような送信用振動子３の高さ方向の寸法と前述した受信用振動子２の高さ方向の寸法とは略等しくしてある。
【００２２】
図４は、図１に示した探触子を用いた超音波診察装置の要部を示すブロック図である。なお、図中、図１に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。探触子１に設けてある送信用振動子３には、パルス発生回路５から所定周期でパルス電圧が印加されるようになっており、送信用振動子３はパルス電圧が印加される都度、それを機械振動に変換して超音波を送信する。
【００２３】
探触子１に設けてある複数の受信用振動子２，２，…に、エコーが伝播すると、受信用振動子２，２，…はそれを電気信号に変換し、エコー信号として後述する遅延回路６にそれぞれ与える。遅延回路６には、各受信用振動子２，２，…の配置位置に応じてエコー信号を遅延させる遅延時間が予め設定してある。また、遅延回路６には、前述したパルス発生回路５から、該パルス発生回路５が送信用振動子３にパルス電圧を印加する都度、トリガが与えられるようになっている。
【００２４】
遅延回路６は、各受信用振動子２，２，…から与えられたエコー信号を、それらに対応する遅延時間だけ遅延させ、得られた各エコー信号を増幅器７に与える。増幅器７は、遅延回路６から与えられた各エコー信号を増幅し、それをＣＲＴを備える表示装置８に与えてそこにエコー信号に係る画像を表示させる。
【００２５】
このような探触子１を用いた場合、前述した如く、厚さ方向へ互いに逆向きに分極させてある複数の圧電体層が電気的に並列接続してある送信用振動子３にパルス電圧を印加して超音波を送信するため、１層の圧電体層に同じパルス電圧を印加して発生する超音波の電界強度に比べて、圧電体層数の倍率だけ強い電界の超音波を発生させることができる。換言すると、同じ強度の超音波を発生するに要する電界強度を、圧電体層の層数分の一にまで低減することができる。従って、パルス発生回路５と送信用振動子３との間に高増幅率の増幅回路を介装させることなく、所要の電界強度の超音波を送信することができ、回路構成が複雑にならず、装置コストの増大が抑制される。また、受信用振動子２，２，…は、単層の圧電体で構成してあるため、エコー信号の電圧が低下することが抑制される。
【００２６】
なお、本実施の形態では、受信用振動子２を単層の圧電体22で形成してあるが、本発明はこれに限らず、複数の圧電体層を電気的に直列接続になるように積層してもよいことはいうまでもない。
【００２７】
（実施の形態２）
図５及び図６は他の実施の形態を示す模式的平面図であり、探触子に複数の送信用振動子及び複数の受信用振動子が設けてある場合を示している。図５に示した如く、１つの送信用振動子３の周囲に複数の受信用振動子２，２，…が、前記送信用振動子３を中心とする同心円状に配置してあり、その周囲に複数の送信用振動子３，３，…が前同様、同心円状に配置してあり、更に、その周囲に複数の受信用振動子２，２，…が前同様、同心円状に配置してある。
【００２８】
また、図６に示した如く、１つの送信用振動子３の周囲に複数の送信用振動子３，３，…が、前記送信用振動子３を中心とする同心円状に配置してあり、その周囲に複数の受信用振動子２，２，…が前同様、同心円状に配置してある。
【００２９】
このような探触子では、送信用振動子３，３，…にパルス電圧を印加するタイミングを調整することによって、超音波で探触する開口値を調節することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、第１発明に係る超音波探触子にあっては、第１振動子の振動層が所要数に設定することができ、従来の超音波探触子の検出感度より更に検出感度を向上させることができる。
【００３１】
第２発明に係る超音波探触子にあっては、第１振動子及び第２振動子は、相互に干渉することなく超音波の送受信を行うことができ、検出感度が更に向上する。
【００３２】
第３発明に係る超音波探触子にあっては、複数の第１振動子に電気振動を与えるタイミングを調整することによって、超音波が拡がる大きさである開口値を調節することができる。また、各第１振動子の配列に応じて複数の第２振動子を配置することによって、高い検出感度で高精度に被探触物を探触することができる。更に、送受信回路の配線は振動子の数に応じた本数だけ行えばよいため、送受信回路の構成が単純化されると共に配線数を可及的に少なくすることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す模式的斜視図である。
【図２】図１に示した受信用振動子を示す模式的斜視図である。
【図３】図１に示した送信用振動子を示す模式的斜視図である。
【図４】図１に示した探触子を用いた超音波診察装置の要部を示すブロック図である。
【図５】他の実施の形態を示す模式的平面図である。
【図６】他の実施の形態を示す模式的平面図である。
【図７】従来の超音波探触子の要部構成を示す正断面図である。
【符号の説明】
１    探触子
２    受信用振動子
３    送信用振動子
２１  電極
２２  圧電体
３１  圧電体層
３２  電極層
３３  外部電極
【図１】
0004052711.tif 000002
【図２】
0004052711.tif 000003
【図３】
0004052711.tif 000004
【図４】
0004052711.tif 000005
【図５】
0004052711.tif 000006
【図６】
0004052711.tif 000007
【図７】
0004052711.tif 000008