專利名稱：壓電體的制造方法、壓電體、超聲波探頭、超聲波診斷裝置和非破壞檢查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在診斷、治療、非破壞檢查等處使用的壓電體的制造方法、壓電體、超聲波探頭、超聲波診斷裝置和非破壞檢查裝置。
背景技術(shù)：
如圖24所示，現(xiàn)有的這種超聲波探頭包括壓電體1，其在短軸方向中央部薄，并隨著向端部靠近厚度順次變厚；音響匹配層2，其為了高效發(fā)送或接收超聲波而與壓電體1的厚度變化相配合地形成中央部薄，端部厚；音響透鏡3，其設(shè)置成用于對(duì)短軸方向以一點(diǎn)固定焦點(diǎn)收斂超聲波；背面負(fù)載材料4，在壓電體1的背面起音響衰減作用，由壓電體1的振動(dòng)激勵(lì)的超聲波頻率的頻譜隨壓電體1厚度的變化而變化，厚度越薄則越向高頻移動(dòng)(特開昭58-29455號(hào)公報(bào))。
在此，如前所述厚度順次變化的壓電體1，其中央部薄的部分是用高頻振動(dòng)，越向端部去則越是用低頻振動(dòng)。而且高頻振動(dòng)的中央部其有效口徑小，隨著端部的頻率降低則有效口徑逐漸變大。因此使用圖24所示超聲波探頭的超聲波診斷裝置等的非破壞檢查裝置，能把高頻成分取出并在近距離形成細(xì)的超聲波束，相反地能把低頻成分取出并在遠(yuǎn)距離形成細(xì)的超聲波束，所以其使取出的頻率成分階段性變化，從近距離到遠(yuǎn)距離地形成細(xì)的超聲波束，使方位分辨能力提高。
如圖25所示，這種壓電體的制造方法是用圓板狀的砂輪5進(jìn)行磨削加工(特開平7-107595號(hào)公報(bào))。在此，砂輪5具有與壓電體1相同的寬度，其形狀是通過磨削加工能把壓電體1加工成具有希望厚度分布的形狀。在實(shí)際加工時(shí)，砂輪5一邊以與平板形狀的壓電體1底面平行的x軸平行的軸作為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，一邊在圖中y軸方向上移動(dòng)來進(jìn)行加工。
還有如圖26所示，這種壓電體的制造方法是把以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的砂輪5的邊緣傾斜接觸在壓電體1的表面上，沿圖中的x軸方向從壓電體1的一端開始加工，在砂輪5移動(dòng)到另一端的這期間，控制在圖中z軸方向上的砂輪5的位置以加工出具有壓電體1所希望厚度分布的形狀(特開平7-107595號(hào)公報(bào))。在此，一邊把所述加工沿圖中的y軸方向反復(fù)移動(dòng)，一邊對(duì)壓電體1的整個(gè)y軸方向長(zhǎng)度實(shí)施加工。
但這種現(xiàn)有的超聲波探頭例如在利用于超聲波診斷裝置時(shí)，其使用頻率是數(shù)MHz左右，當(dāng)產(chǎn)生的該使用頻率是壓電體厚度的共振頻率時(shí)，則例如使用磨削加工PZT等壓電陶瓷的壓電體時(shí)，由于其厚度是數(shù)百μm級(jí)，所以有在壓電體厚度薄的部分破損可能性非常大的問題。
而且現(xiàn)有的超聲波探頭其構(gòu)成壓電振子的壓電體厚度不均勻，所以有存在于壓電體厚度方向上下面上的電極間的距離也不均勻的問題。在該電極間加電壓實(shí)施壓電體極化處理時(shí)，隨著電極間距離的不均勻，其電場(chǎng)強(qiáng)度也不均勻，產(chǎn)生極化狀態(tài)有偏差。而且在極化時(shí)，特別是在中央部薄的部分有比端部大的電場(chǎng)，所以應(yīng)變量大，根據(jù)情況有可能引起壓電體的破裂。在實(shí)際使用之際驅(qū)動(dòng)超聲波探頭時(shí)也由壓電體的厚度分布而產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度分布，所以同樣地有可能由應(yīng)變量的分布而引起壓電體破裂等的破損。
而且現(xiàn)有壓電體的制造方法是進(jìn)行磨削加工，所以有厚度薄的部分加工困難的問題。越是使用頻率是數(shù)十MHz等的高頻，其加工困難程度越增加。不僅是壓電體的厚度變化，而且在寬度不均勻時(shí)，側(cè)面的形狀需要變化，但若對(duì)所述數(shù)百μm厚度的側(cè)面部分實(shí)施加工，則砂輪等加工工具也需要是數(shù)百μm以下的微細(xì)工具，加工困難度也非常高。再加上是微細(xì)加工，所以確保加工精度也困難，把同一形狀高精度且穩(wěn)定地制作多個(gè)也是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決這些問題而開發(fā)的，其目的在于提供一種把具有厚度分布的同一形狀的壓電體高精度制作多個(gè)，使用該壓電體實(shí)現(xiàn)可靠性高的超聲波診斷等用的壓電體的制造方法、壓電體、超聲波探頭和超聲波診斷裝置。
本發(fā)明壓電體的制造方法具有第一工序，把含有壓電材料的一張以上的壓電前體材料形成規(guī)定的壓電前體材料體；第二工序，把所述壓電前體材料體進(jìn)行模具壓制成形。用該方法不用進(jìn)行微細(xì)磨削加工等困難的機(jī)械加工就能容易形成具有厚度分布的壓電體。而且由于是模具壓制成形，所以能把同一形狀穩(wěn)定精度地制作多個(gè)。
本發(fā)明壓電體的制造方法是在所述第一工序中把一張以上的片狀壓電前體材料層合成對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布的厚度。用該方法能靈活應(yīng)對(duì)壓電體希望的厚度。
本發(fā)明壓電體的制造方法是在所述第一工序中把對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布的張數(shù)和形狀的片狀壓電前體材料進(jìn)行層合。用該方法能靈活應(yīng)對(duì)壓電體希望的厚度和形狀。
本發(fā)明壓電體的制造方法是在所述第一工序中把對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布的寬度尺寸的片狀壓電前體材料層合一張以上。用該方法能靈活應(yīng)對(duì)希望壓電體的厚度和形狀。在此理想的是，把具有通孔的片狀壓電前體材料，更理想的是，把具有對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布大小通孔的片狀壓電前體材料層合一張以上。
本發(fā)明壓電體的制造方法具有制造工序，制造表面是非平面狀而背面是平面狀的第一壓電體，和表面、背面都是平面狀而在表面、背面上分別設(shè)置有電極的平板狀第二壓電體；粘合工序，把所述第一壓電體的背面與所述第二壓電體的表面進(jìn)行粘合。用該方法能把電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度固定，能抑制極化時(shí)的偏差而實(shí)現(xiàn)均勻的極化，并且消除極化時(shí)和使用時(shí)壓電體應(yīng)變量的分布而把壓電體破裂等的破損防患于未然。
本發(fā)明的壓電體具有把由含有壓電材料的壓電前體材料構(gòu)成的壓電前體材料體進(jìn)行模具壓制成形的結(jié)構(gòu)。用該結(jié)構(gòu)不用進(jìn)行磨削加工等困難的機(jī)械加工就能形成具有厚度分布的壓電體。而且由于是模具壓制成形，所以能夠同一形狀高精度且穩(wěn)定地制作多個(gè)。
本發(fā)明壓電體的所述壓電前體材料體具有由根據(jù)所述壓電體的厚度分布而層合的多張片狀壓電前體材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。用該結(jié)構(gòu)通過層合成壓電體所希望的厚度，能靈活應(yīng)對(duì)壓電體的厚度分布。
本發(fā)明壓電體的所述壓電前體材料體由根據(jù)所述壓電體的厚度分布層合一張以上的片狀壓電前體材料構(gòu)成，其具有在該多張片狀壓電前體材料中包括有通孔的片狀壓電前體材料的結(jié)構(gòu)。用該結(jié)構(gòu)能靈活應(yīng)對(duì)壓電體希望的厚度和形狀。
本發(fā)明壓電體的所述壓電前體材料體具有由根據(jù)所述壓電體的厚度分布而層合的、包括有通孔的片狀壓電前體材料的、包括一張以上片狀壓電前體材料的結(jié)構(gòu)。用該結(jié)構(gòu)能靈活應(yīng)對(duì)壓電體希望的厚度和形狀。在此，最好設(shè)置具有對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布大小通孔的片狀壓電前體材料。
本發(fā)明的壓電體具有在層合了所述多張片狀壓電前體材料的壓電前體材料體上，形成多個(gè)電極層的結(jié)構(gòu)，以保持電極間一定的距離。用該結(jié)構(gòu)能把電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度固定，在極化時(shí)能均勻極化，并且消除極化時(shí)和使用時(shí)應(yīng)變量的分布，而把壓電體破裂等的破損防患于未然。本發(fā)明的壓電體具有把由根據(jù)壓電體的厚度分布層合的片狀壓電前體材料構(gòu)成的壓電前體材料體進(jìn)行模具壓制成形的結(jié)構(gòu)。用該結(jié)構(gòu)不用進(jìn)行磨削加工等困難的機(jī)械加工就能形成具有厚度分布的壓電體。而且由于是模具壓制成形，所以能把同一形狀高精度且穩(wěn)定地制作多個(gè)。通過層合成壓電體所希望的厚度，能靈活應(yīng)對(duì)壓電體的厚度分布。
本發(fā)明的超聲波探頭具有設(shè)置了用下面制造方法制造的壓電體的結(jié)構(gòu)，該制造方法具有制造工序，制造表面是非平面狀而背面是平面狀的第一壓電體和表面、背面都是平面狀而在表面、背面上分別設(shè)置有電極的平板狀第二壓電體；粘合工序，把所述第一壓電體的背面與所述第二壓電體的表面進(jìn)行粘合。用該結(jié)構(gòu)由于是使用不進(jìn)行困難的機(jī)械加工而是通過壓制模具的形狀復(fù)制制作的壓電體，所以能抑制在壓電體上產(chǎn)生難于確認(rèn)的微細(xì)裂紋等，確保穩(wěn)定的超聲波探頭特性，同時(shí)，復(fù)制壓制模具形狀的壓電體適合于把同一形狀穩(wěn)定地制造多個(gè)，所以通過使用它來抑制超聲波探頭特性的個(gè)體差異。盡管厚度不固定但電極間距離固定的壓電體通過實(shí)現(xiàn)均勻的極化狀態(tài)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超聲波收發(fā)特性。由于也沒有驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)變量的分布，所以防止產(chǎn)生壓電體微細(xì)裂紋等，維持穩(wěn)定的超聲波探頭特性。
本發(fā)明的超聲波診斷裝置具有具備設(shè)置了用下面制造方法制造的壓電體的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)，該制造方法具有制造工序，制造表面是非平面狀而背面是平面狀的第一壓電體和表面、背面都是平面狀而在表面、背面上分別設(shè)置有電極的平板狀第二壓電體；粘合工序，把所述第一壓電體的背面與所述第二壓電體的表面進(jìn)行粘合。用該結(jié)構(gòu)通過使用特性穩(wěn)定且沒有個(gè)體差異的超聲波探頭，能進(jìn)行可靠性高的超聲波診斷。
本發(fā)明的非破壞檢查裝置具有具備設(shè)置了用下面制造方法制造的壓電體的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)，該制造方法具有制造工序，制造表面是非平面狀而背面是平面狀的第一壓電體和表面、背面都是平面狀而在表面、背面上分別設(shè)置有電極的平板狀第二壓電體；粘合工序，把所述第一壓電體的背面與所述第二壓電體的表面進(jìn)行粘合。用該結(jié)構(gòu)通過使用特性穩(wěn)定且沒有個(gè)體差異的超聲波探頭，能進(jìn)行可靠性高的非破壞檢查。


本發(fā)明壓電體的制造方法、壓電體、超聲波探頭、超聲波診斷裝置和非破壞檢查裝置的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)從與下面附圖一起的敘述中就能明確。
圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例壓電體制造工序的圖；圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施例另外的加壓工序(使用前后左右約束壁的情況)的圖；圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施例壓電體制造工序的圖；圖4是表示本發(fā)明第二實(shí)施例另外的壓電前體材料層合工序(把同一形狀的壓電前體材料層合在厚度部分上時(shí))的圖；圖5是表示本發(fā)明第三實(shí)施例壓電體制造工序的圖；圖6是表示能適用本發(fā)明其他實(shí)施例壓電體制造工序(省略切邊工序時(shí))的壓電體形狀的圖；圖7是表示能適用本發(fā)明其他實(shí)施例壓電體制造工序(省略切邊工序時(shí))的壓電體形狀的圖；圖8是表示本發(fā)明第三實(shí)施例另外的壓電前體材料層合工序(把具有同一形狀通孔的壓電前體材料進(jìn)行層合時(shí))的圖；圖9是表示本發(fā)明第四實(shí)施例壓電體制造工序的圖；圖10是表示本發(fā)明第四實(shí)施例另外的加壓工序(從上下和左右進(jìn)行加壓時(shí))的圖；圖11是表示本發(fā)明第四實(shí)施例另外的壓電前體材料層合工序(預(yù)先設(shè)置寬度方向的厚度分布時(shí))的圖；圖12是表示本發(fā)明第五實(shí)施例壓電體的概略圖；圖13是表示本發(fā)明第五實(shí)施例壓電體制造方法(粘合)的圖；圖14是表示本發(fā)明第六實(shí)施例壓電體制造工序的圖；圖15是表示本發(fā)明第七實(shí)施例壓電體制造工序的圖；
圖16是表示本發(fā)明第七實(shí)施例另外的壓電前體材料層合工序(把同一形狀的壓電前體材料層合在厚度部分上時(shí))的圖；圖17是表示本發(fā)明第八實(shí)施例壓電體制造工序的圖；圖18是表示本發(fā)明第八實(shí)施例另外的壓電前體材料層合工序(把具有同一形狀通孔的壓電前體材料進(jìn)行層合時(shí))的圖；圖19是表示本發(fā)明第八實(shí)施例壓電體(具有兩層內(nèi)部電極時(shí))的概略圖；圖20是表示本發(fā)明第九實(shí)施例超聲波探頭的概略圖；圖21是表示本發(fā)明第十實(shí)施例超聲波探頭的概略圖；圖22是表示本發(fā)明第十一實(shí)施例超聲波診斷裝置的概念圖；圖23是表示本發(fā)明第十二實(shí)施例非破壞檢查裝置的概念圖；圖24是現(xiàn)有超聲波探頭的概略圖；圖25是表示在現(xiàn)有超聲波探頭中使用的壓電體的制造方法的圖；圖26是表示在現(xiàn)有超聲波探頭中使用的壓電體的其他制造方法的圖。
具體實(shí)施例方式
下面用

本發(fā)明的實(shí)施例。
如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例壓電體1的制造方法具有壓電前體材料成形工序和壓電前體材料層合工序(第一工序)，其由含有壓電材料的一張以上的壓電前體材料6形成為規(guī)定的壓電前體材料層合體7(壓電前體材料體)；加壓工序(第二工序)，其把壓電前體材料層合體7進(jìn)行模具壓制成形。
本實(shí)施例的壓電體1一個(gè)面是平面，另一個(gè)面是具有凹面的彎曲形狀，其具有隨著從中央向端部靠近厚度變厚的形狀，這樣來構(gòu)成在超聲波診斷裝置(圖22所示)和非破壞檢查裝置(圖23所示)中使用的超聲波探頭(圖20所示)。
在壓電體1的制造工序中包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；壓電前體材料層合工序(圖1(a)、(b)所示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6進(jìn)行層合；加壓工序(圖1(c)、(d)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖1(e)所示)，其把加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀。
在圖1中，壓電前體材料6在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。在所述加壓工序中使用的壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)由壓電前體材料6層合而成的壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體8成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，而得到壓電前體材料6。
在所述壓電前體材料層合工序中，首先如圖1(a)所示，為了在煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度地在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上層合片狀壓電前體材料6，形成圖1(b)所示的壓電前體材料層合體7。層合時(shí)根據(jù)需要施加壓力和熱。
如圖1(c)所示，在所述加壓工序中通過形狀復(fù)制能對(duì)壓電前體材料層合體7形成希望的厚度分布，通過使用例如由鐵等金屬構(gòu)成的壓制模具8，在壓電前體材料層合體7的厚度方向上施加壓力按壓，制作如圖1(d)所示那種厚度不均勻的壓電前體材料層合體7a。
在所述煅燒工序中通過煅燒該壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工地制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以能多個(gè)制作形狀穩(wěn)定的壓電體1。
如上所述，本發(fā)明第一實(shí)施例壓電體1的制造方法由于具有把含有壓電材料的壓電前體材料6形成規(guī)定的壓電前體材料層合體7的壓電前體材料成形工序與壓電前體材料層合工序，和把壓電前體材料層合體7模具壓制成形的加壓工序，所以能不進(jìn)行磨削加工等困難的機(jī)械加工而形成具有厚度分布的壓電體。即由于是層合厚度薄的片狀壓電前體材料6來制作壓電前體材料層合體7，所以通過改變壓電前體材料6的層合數(shù)就能靈活應(yīng)對(duì)各種壓電體1的厚度。而且由于是模具壓制成形，所以能把同一形狀高精度穩(wěn)定地制作多個(gè)。
本發(fā)明第一實(shí)施例的壓電體1由于具有把由含有壓電材料的壓電前體材料6構(gòu)成的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行模具壓制成形的結(jié)構(gòu)，所以能實(shí)現(xiàn)具有厚度分布且尺寸精度高且容易制作的壓電體。
本實(shí)施例對(duì)層合片狀壓電前體材料6來制作壓電前體材料層合體7的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，用一張壓電前體材料6，即使使用以一層形成希望厚度的壓電前體材料6也能得到同樣的效果。而且沒有層合壓電前體材料6來形成壓電前體材料層合體7的麻煩事。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀并隨著從中央向端部靠近厚度變厚的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，通過把壓制模具8的形狀適當(dāng)變更，即使是凸面或凹凸面等的任意形狀也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)形成四邊形板狀壓電體1的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，通過把壓電前體材料6的形狀和壓制模具2的形狀適當(dāng)變更，即使是圓板形狀等任意形狀也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)如圖1(c)所示在壓電前體材料層合體7的前后左右甚麼都沒有的狀態(tài)下進(jìn)行加壓的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，如圖2所示，通過在前后左右設(shè)置例如與壓制模具8同樣地由鐵等金屬材料構(gòu)成的約束壁9，也能得到同樣的效果。還能防止在加壓時(shí)壓電前體材料層合體7向前后左右的極端擴(kuò)展。
圖3表示本發(fā)明第二實(shí)施例壓電體的制造方法。其與第一實(shí)施例的不同點(diǎn)在于在壓電前體材料成形工序和壓電前體材料層合工序(第一工序)中是把一張以上的壓電前體材料6(片狀壓電前體材料)層合成對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布的厚度。最好是層合的壓電前體材料6的形狀和張數(shù)是對(duì)應(yīng)于壓電體1的厚度分布。根據(jù)該方法，通過把壓電前體材料6適當(dāng)層合成希望的厚度，也能得到靈活應(yīng)對(duì)壓電體1希望厚度分布的效果。
本實(shí)施例的壓電體1一個(gè)面是平面，另一個(gè)面是具有彎曲形狀的凹面，其具有隨著從中央向端部靠近厚度變厚的形狀，這樣來構(gòu)成在超聲波診斷裝置(圖22所示)和非破壞檢查裝置(圖23所示)中使用的超聲波探頭(圖20所示)。
在壓電體1的制造工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)其包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；壓電前體材料層合工序(圖3(a)、(b)所示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6進(jìn)行層合；加壓工序(圖3(c)、(d)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖3(e)所示)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀，等等工序。
在圖3中，壓電前體材料6如前所述由壓電材料和粘合劑等構(gòu)成，在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體7a成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，而且根據(jù)需要為了寬度尺寸的不同而進(jìn)行加工調(diào)整，而得到壓電前體材料6。
在所述壓電前體材料層合工序中，首先如圖3(a)所示，為了在煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度而在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度變化和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上層合片狀壓電前體材料6。把對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布形狀的壓電前體材料6層合一張以上。例如也可以把對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布的寬的片狀壓電前體材料層合一張以上?；蛞部梢园褜?duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布張數(shù)的壓電前體材料6進(jìn)行層合。在此為了制造出壓電體1的兩端部比中央部厚的形狀，越靠近上層越把寬度加工調(diào)整為窄的壓電前體材料6分別層合在兩端部，形成如圖3(b)所示的壓電前體材料層合體7。以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，層合時(shí)根據(jù)需要施加壓力和熱。
在所述加壓工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，使用例如由鐵等金屬構(gòu)成的壓制模具8如圖3(c)所示，在壓電前體材料層合體7的厚度方向上施加壓力，制作如圖3(d)所示那種厚度不均勻的壓電前體材料層合體7a。在此，由于在所述壓電前體材料層合工序中使圖3(b)所示的壓電前體材料層合體7的形狀接近具有最終厚度分布的壓電體1的形狀，所以能抑制壓制模具8加壓時(shí)的加壓力，能降低由加壓引起的不必要且不良的變形和壓電前體材料層合體7a內(nèi)部的殘留應(yīng)力，同時(shí)對(duì)僅由壓電前體材料6變形就不能維持的厚度分布大的情況(厚度薄的部分與厚的部分的差大的情況)有利。
在所述煅燒工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，通過煅燒壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工地制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以能制作多個(gè)形狀穩(wěn)定的壓電體1。即使使用以一層成為希望厚度的壓電前體材料6也能得到同樣的效果。而且沒有層合壓電前體材料6來形成壓電前體材料層合體7的麻煩事。
如上所述，本發(fā)明第二實(shí)施例的壓電體1由于設(shè)置了由對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布形狀的一張以上的壓電前體材料6(片狀壓電前體材料)，在此是在對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布的寬度上由對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布張數(shù)的壓電前體材料6(片狀壓電前體材料)構(gòu)成的壓電前體材料層合體7a(前本體材料)，所以能高精度地實(shí)現(xiàn)希望的厚度分布。即根據(jù)壓電體1的厚度分布來層合薄的片狀壓電前體材料6而制作壓電前體材料層合體7，所以通過改變壓電前體材料6的層合數(shù)就能靈活應(yīng)對(duì)各種壓電體1的厚度。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀并隨著從中央向端部靠近厚度變厚的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，一個(gè)面即使是凸的形狀和具有凹凸形狀的面也能通過有選擇地在厚度厚的部分增加壓電前體材料6的層合數(shù)來變更厚度分布，不限制壓電體1形狀地能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)形成四邊形板狀壓電體1的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，對(duì)通過把壓電前體材料6的形狀和壓制模具2的形狀適當(dāng)變更成希望形狀的圓板形狀等任意形狀也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)把加工調(diào)整成越向上層去寬度越窄的壓電前體材料6進(jìn)行層合，以更接近最終形狀來形成壓電前體材料層合體7的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，通過如圖4所示在所述最終形狀兩端厚度厚的部分處層合同一寬度或同一形狀的壓電前體材料6來形成壓電前體材料層合體7能得到同樣的效果。而且其能省略把壓電前體材料6加工調(diào)整成不同寬度的麻煩事，只要在厚度厚的部分有選擇地增加層合數(shù)，則各壓電前體材料6的形狀和形狀變化就沒有限制。
圖5表示本發(fā)明第三實(shí)施例壓電體的制造方法。其與第一實(shí)施例地不同點(diǎn)在于在根據(jù)壓電體1的厚度分布而把一張以上具有通孔的壓電前體材料6進(jìn)行層合。根據(jù)該方法也能得到靈活應(yīng)對(duì)希望的壓電體1厚度和形狀的效果。
本實(shí)施例的壓電體1一個(gè)面是平面，另一個(gè)面是具有彎曲形狀的凹面，其具有隨著從中央向端部靠近厚度變厚的形狀，這樣來構(gòu)成在超聲波診斷裝置(圖22所示)和非破壞檢查裝置(圖23所示)中使用的超聲波探頭(圖20所示)。
在壓電體1的制造工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)其包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；沖壓工序(未圖示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6根據(jù)需要進(jìn)行沖壓來設(shè)置矩形窗狀的通孔；壓電前體材料層合工序(圖5(a)、(b)所示)，其把這樣得到的窗框狀壓電前體材料6和片狀壓電前體材料6進(jìn)行層合；切邊工序(圖5(c)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7A的前后邊部切去；加壓工序(圖5(d)、(e)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖5(f)所示)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀，等等工序。
圖5中壓電前體材料6如前所述由壓電材料和粘合劑等構(gòu)成，在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體7a成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中，把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，這樣來得到壓電前體材料6。
所述沖壓工序根據(jù)需要對(duì)片狀壓電前體材料6實(shí)施沖壓等的加工，設(shè)置調(diào)整成不同尺寸的通孔(矩形)。
在所述壓電前體材料層合工序中，首先如圖5(a)所示，為了在煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度地在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度變化和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上層合片狀和窗框狀的壓電前體材料6。在此為了制造出壓電體1的兩端部比中央部厚的形狀，對(duì)應(yīng)于壓電體1的厚度分布把具有通孔的片狀壓電前體材料層合一張以上。最好是通孔具有與壓電體1的厚度分布相對(duì)應(yīng)的大小。在此是把越向上層去窗框的寬度越窄，即把通孔調(diào)整加工成大了的壓電前體材料6同時(shí)層合在同一厚度位置的兩端，形成如圖5(b)所示的壓電前體材料層合體7A。以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，層合時(shí)根據(jù)需要施加壓力和熱。
在此，通過把壓電前體材料6的外邊制成同一形狀(同一尺寸)，在沖通孔時(shí)把位置精度定正確，把壓電前體材料6對(duì)齊重疊，就能抑制兩端厚度厚的壓電前體材料6部分的位置錯(cuò)移地進(jìn)行層合?；蚣词箟弘娗绑w材料6的形狀不是同一形狀，也可以通過在各壓電前體材料6相鄰的兩個(gè)邊中至少形成一處直角，把通孔對(duì)該直角進(jìn)行定位，把所有層合的壓電前體材料6的直角部分對(duì)齊重疊，就能抑制位置錯(cuò)移地進(jìn)行層合。通過使壓電前體材料6的通孔在寬度方向上變化大小并根據(jù)厚度變化而順次變化壓電前體材料6的寬度地進(jìn)行層合(在此是通過從通孔寬度方向大小的從小的向大的變化地進(jìn)行層合)，就能形成隨著從中央部向端部靠近順次變厚形狀的壓電前體材料層合體7A。
所述切邊工序是在進(jìn)入到所述加壓工序前，把由層合設(shè)置了通孔的壓電前體材料6而產(chǎn)生的不需要部分切去。在由于壓電前體材料層合體7A的厚度薄的部分極端的薄，若把所述不需要部分切去的話則不能維持需要的形狀而整個(gè)壓電前體材料層合體7A彎曲時(shí)，也可以不切去所述不需要部分而把它作為增強(qiáng)部分進(jìn)行利用。這時(shí)只要在所述加壓工序完成后或所述煅燒構(gòu)成完成后把所述不需要部分切去便可。
在所述加壓工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，使用例如由鐵等金屬構(gòu)成的壓制模具8如圖5(d)所示，在壓電前體材料層合體7的厚度方向上施加壓力，制作如圖5(e)所示那種厚度不均勻的壓電前體材料層合體7a。在此，由于在所述切邊工序中使圖5(c)所示的壓電前體材料層合體7的形狀接近了具有最終厚度分布的壓電體1的形狀，所以能抑制壓制模具8加壓時(shí)的加壓力，能降低由加壓引起的不必要且不良的變形和壓電前體材料層合體7a內(nèi)部的殘留應(yīng)力，同時(shí)對(duì)僅由壓電前體材料6變形就不能維持的厚度分布大的情況(厚度薄的部分與厚的部分的差大的情況)有利。
在所述煅燒工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，通過煅燒壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工地制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以能制作多個(gè)形狀穩(wěn)定的壓電體1。
如上所述，本發(fā)明第三實(shí)施例的壓電體1由于是由根據(jù)壓電體1的厚度分布而層合的一張以上的壓電前體材料6(壓電前體材料層合體7a片狀壓電前體材料)所構(gòu)成，且包括在該壓電前體材料6上有通孔的，所以能高精度地實(shí)現(xiàn)壓電體希望的厚度和形狀。
本發(fā)明第三實(shí)施例壓電體1的制造方法由于是把具有對(duì)應(yīng)于壓電體1厚度分布大小通孔的壓電前體材料6層合一張以上而成，所以能靈活應(yīng)對(duì)壓電體希望的厚度和形狀。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀并隨著從中央向端部靠近厚度變厚的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，對(duì)一個(gè)面是凸的形狀和具有凹凸形狀的面也能通過有選擇地在厚度厚的部分增加壓電前體材料6的層合數(shù)，控制設(shè)置在壓電前體材料6上的通孔的位置和大小以及數(shù)量來變更厚度分布，不限制壓電體1形狀地能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀并為了隨著從中央向兩端(兩個(gè)方向)去厚度變厚而把不需要的邊緣部分除去的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，作為壓電體1的最終形狀如圖6(a)、(b)或圖7(a)、(b)所示，當(dāng)適用隨著從中央向端部靠近厚度變厚的形狀時(shí)，不產(chǎn)生不需要的邊緣部分，也不需要除去邊緣部分的切邊工序。
本實(shí)施例對(duì)越向上層靠近層合通孔寬度方向越大的壓電前體材料6而形成與最終形狀更接近形狀的壓電前體材料層合體7A的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，只要是能實(shí)現(xiàn)壓電體1最終形狀的，也可以是如圖8所示省略把通孔加壓調(diào)整成不同寬度的麻煩而把形成有同一形狀通孔的壓電前體材料6(圖8(a)所示)進(jìn)行層合，而形成壓電前體材料層合體7A(圖8(b)所示)，通過在厚度厚的部分有選擇地增加層合數(shù)，控制設(shè)置在壓電前體材料6上的通孔的位置和大小、數(shù)量來變更厚度分布，不限制壓電體1形狀地能得到同樣的效果。
圖9表示本發(fā)明第四實(shí)施例壓電體的制造方法。其與第一實(shí)施例的不同點(diǎn)在于在對(duì)壓電前體材料層合體7進(jìn)行模具壓制的方向不僅是壓電前體材料6的層合方向，而且包括對(duì)壓電前體材料6層合方向的垂直方向。根據(jù)該方法，也能得到不用對(duì)不均勻?qū)挾鹊膲弘婓w進(jìn)行微細(xì)機(jī)械加工等的困難機(jī)械加工就能形成的效果。
本實(shí)施例的壓電體1具有在厚度方向上中央部的寬度窄而隨著向上下去寬度變寬的形狀，這樣來構(gòu)成在超聲波診斷裝置(圖22所示)和非破壞檢查裝置(圖23所示)中使用的超聲波探頭(圖20所示)。
在壓電體1的制造工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)其包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；壓電前體材料層合工序(圖9(a)、(b)所示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6進(jìn)行層合；加壓工序(圖9(c)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7從上下左右方向進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖9(d)、(e)所示)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀，等等工序。
圖9中壓電前體材料6如前所述由壓電材料和粘合劑等構(gòu)成，在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體7a成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，這樣來得到壓電前體材料6。
在所述壓電前體材料層合工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，為了在煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度而在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上層合如圖9(a)所示的片狀壓電前體材料6，形成如圖9(b)所示的壓電前體材料層合體7。層合時(shí)根據(jù)需要施加壓力和熱。
如圖9(c)所示，在所述加壓工序中使用具有加壓所需要的強(qiáng)度且容易加工的例如由鋁和黃銅等金屬材料構(gòu)成的壓制模具8對(duì)壓電前體材料層合體7進(jìn)行壓制。在此除了與壓電前體材料層合體7接觸的面是平面的上下壓制模具8之外，還有從左右也加壓的與壓電前體材料層合體7接觸的面是中央部具有凸形狀的壓制模具8，這樣就形成如圖9(d)所示的在側(cè)面的中央部寬度窄而隨著向上下去寬度變寬的具有不均勻?qū)挾鹊膲弘娗绑w材料層合體7a。這樣代替對(duì)薄的壓電體1的側(cè)面部分用加工刀具直接接觸加工，而是把容易加工的金屬材料作為壓制模具8加工成希望的形狀，再?gòu)?fù)制該形狀，能防止壓電體1的破損，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)適合把形狀精度穩(wěn)定的壓電體1制作多個(gè)的制造方法。
在所述煅燒工序中通過煅燒該壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工而制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以如前所述，能制作多個(gè)形狀穩(wěn)定的壓電體1。
本實(shí)施例對(duì)制作作為壓電體1的形狀是在厚度方向上中央部寬度窄而隨著向上下去寬度變寬的形狀的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，從左右使用按壓接觸的壓制模具8而加工成具有希望不均勻?qū)挾鹊男螤钜材艿玫酵瑯拥男Ч６壹词故菍挾确较虿痪鶆虻鹊男螤钜材苤谱鳌?br> 本實(shí)施例對(duì)壓電體1左右寬度不均勻情況的制造工序進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，在前后寬度不均勻或前后左右兩者的寬度不均勻時(shí)，通過適當(dāng)選擇壓制模具8的壓制位置，從前后或從前后左右兩個(gè)方向用壓制模具8加壓也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)上下壓制模具8僅用平面按壓平而在厚度方向上沒有厚度分布的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，通過適當(dāng)變更上下壓制模具8的形狀，即使對(duì)制造在厚度方向上具有厚度分布的壓電體1的情況也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例是對(duì)使壓制模具8接觸上下左右，而前后什么均沒有接觸情況進(jìn)行了說明，但如圖10所示，把例如與壓制模具3同樣由例如鋁和黃銅等金屬材料構(gòu)成的約束壁9設(shè)置在前后，也能得到同樣的效果。而且通過從前后方向加壓能防止在加壓時(shí)壓電前體材料層合體7向前后極端的擴(kuò)展。
本實(shí)施例對(duì)向?qū)雍贤恍螤畹膲弘娗绑w材料6制作的壓電前體材料層合體7從左右按壓壓制模具8而成形的情況進(jìn)行了說明，但如圖11(a)所示，預(yù)先層合橫向?qū)挾?左右方向的長(zhǎng)度)不同的壓電前體材料6，制作如圖11(b)所示接近最終壓電體1形狀的壓電前體材料層合體7之后再加壓成形也能得到同樣的效果。這樣在成形沒有一定寬度的壓電體1時(shí)，通過把相當(dāng)于寬度窄的部分的壓電前體材料6的寬度變窄而進(jìn)行層合，能對(duì)不均勻?qū)挾鹊膲弘婓w的制作提高其寬度方向的尺寸精度，而且能靈活應(yīng)對(duì)寬度方向的尺寸變化。抑制壓制模具8的加壓力，能夠降低加壓時(shí)不必要且不良的變形和壓電前體材料層合體7a內(nèi)部的殘留應(yīng)力。
如圖12所示，本發(fā)明第五實(shí)施例的壓電體1在是層合了多張壓電前體材料6(片狀壓電前體材料)的壓電前體材料層合體7(壓電前體材料體)上保持一定電極間距離地形成了外部電極10和內(nèi)部電極11(多個(gè)電極層)。
圖12中，壓電體1例如由壓電陶瓷形成，其具有對(duì)圖12的左右方向而中央部的厚度薄并隨著從中央部向端部去而厚度變厚的形狀。外部電極10由例如燒焊銀和噴鍍金膜構(gòu)成，施加在平板狀的底面上。內(nèi)部電極11與底面的外部電極10大致平行地施加在壓電體1內(nèi)部，為了在其側(cè)面容易進(jìn)行電連接而設(shè)置了繞入側(cè)面和底面的繞入電極12。在此是隔開希望間隔地設(shè)置，以使繞入電極12與外部電極10不導(dǎo)通。
現(xiàn)有的壓電體一般是在該壓電體上下露出的面上施加電極，是圖12所示形狀的壓電體時(shí)，上面恰好是沿凹面形狀施加電極，底面是形成平板狀電極。即兩個(gè)電極間的距離不固定，在壓電體1中央部電極間距離窄，隨著從中央部向端部去而兩個(gè)電極間的距離變寬，因此在極化處理時(shí)或?qū)嶋H使用時(shí)施加在壓電體上的電場(chǎng)強(qiáng)度不固定，在圖12左右方向的極化狀態(tài)上產(chǎn)生偏差。與兩端厚的部分比，在中央部薄的部分上有強(qiáng)的電場(chǎng)，所以應(yīng)變大，也有可能抵抗不了該應(yīng)變而根據(jù)情況在壓電體薄的部分產(chǎn)生微細(xì)的裂紋(顯微裂紋)。
與此相反，圖12所示的壓電體1其外部電極10與內(nèi)部電極11間的距離是固定的，所以即使在極化處理時(shí)或?qū)嶋H使用時(shí)也不產(chǎn)生各部位的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，所以能實(shí)現(xiàn)均勻的極化狀態(tài)，且能抑制成為壓電體1微細(xì)裂紋(顯微裂紋)產(chǎn)生原因的應(yīng)變分布。
在此，圖13表示本實(shí)施例壓電體的制造方法。本實(shí)施例的壓電體1由壓電體1a、1b這兩個(gè)構(gòu)成，上側(cè)的壓電體1a其上面具有凹面形狀，下面具有平板形狀。下側(cè)的壓電體1b其上下面都是平板形狀，厚度固定，在其下面施加外部電極10，在其上面施加內(nèi)部電極11。為了電連接容易，繞入右側(cè)面和下面地設(shè)置了繞入電極12，其與內(nèi)部電極11連接。在此是隔開希望間隔地設(shè)置，以使繞入電極12與外部電極10不導(dǎo)通。通過把上側(cè)的壓電體1a與下側(cè)的壓電體1b用例如環(huán)氧樹脂系粘接劑和銀膏膠等接合能制造本實(shí)施例的壓電體1。
如上所述，本發(fā)明第五實(shí)施例的壓電體1在是層合了多張壓電前體材料6的壓電前體材料層合體7上保持一定電極間距離地形成了外部電極10和內(nèi)部電極11，所以在電極間施加的電場(chǎng)強(qiáng)度保持固定，能實(shí)現(xiàn)均勻的極化。
本發(fā)明第五實(shí)施例壓電體1的制造方法由于具有制造工序，其制造表面是非平面狀而背面是平面狀的第一壓電體1a和表面、背面都是平面狀并在表面、背面上分別設(shè)置了外部電極10、內(nèi)部電極11以及繞入電極12(電極)的平板狀第二壓電體1b；接合工序，其把第一壓電體1a的背面與第二壓電體1b的表面接合，所以在電極間施加的電場(chǎng)強(qiáng)度保持固定，能實(shí)現(xiàn)均勻的極化。而且消除了極化時(shí)和使用時(shí)壓電體1的應(yīng)變量分布，能把壓電體1微細(xì)裂紋等的破損防患于未然。
圖14表示本發(fā)明第六實(shí)施例壓電體的制造方法。其與第五實(shí)施例的不同點(diǎn)在于在混合了壓電材料與粘合材料的至少兩層以上的壓電前體材料6間至少形成一層以上的內(nèi)部電極11。根據(jù)該方法，也能得到能容易且高精度形成具有厚度分布的同一形狀壓電體的效果。而且能得到在實(shí)現(xiàn)均勻極化的同時(shí)把壓電體破損防患于未然的效果。
本實(shí)施例的壓電體1以第五實(shí)施例為準(zhǔn)，其具有在厚度方向上中央部寬度窄，隨著向上下去而寬度變寬的形狀，其在平板狀的底面上設(shè)置外部電極10，在壓電體1內(nèi)部設(shè)置與外部電極10大致平行的內(nèi)部電極11，設(shè)置從該內(nèi)部電極11繞入壓電體1單側(cè)側(cè)面和底面的繞入電極12。
在壓電體1的制造工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)其包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；壓電前體材料層合工序(圖14(a)、(b)所示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6(在多張壓電前體材料6的一張上形成有內(nèi)部電極11)進(jìn)行層合；加壓工序(圖14(c)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7從上下方向進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖14(d)、(e)所示)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀；形成電極工序(圖14(f)所示)，其在這樣得到的壓電體1上設(shè)置外部電極10和繞入電極12。
圖14中壓電前體材料6如前所述由壓電材料和粘合劑等構(gòu)成，在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體7a成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，這樣來得到壓電前體材料6。
在所述壓電前體材料層合工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，為了在所述煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度而在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上層合片狀壓電前體材料6，這時(shí)把由例如白金膏膠等在煅燒壓電前體材料6時(shí)能耐高溫的電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電極11設(shè)置在壓電前體材料6的表面上(圖14(a)所示)。設(shè)置有內(nèi)部電極11的壓電前體材料6的位置必須考慮使內(nèi)部電極11在煅燒后的最終形狀中位于在厚度方向上希望的位置處。而且位于壓電前體材料6表面上的內(nèi)部電極11的位置和大小必須在考慮最終內(nèi)部電極11與未圖示的信號(hào)線電連接并取出電信號(hào)之后來決定。圖14的圖中考慮到從右側(cè)面取出信號(hào)線而預(yù)先把內(nèi)部電極11靠右設(shè)置在壓電前體材料6上，而且為了預(yù)防使內(nèi)部電極11不必要從左側(cè)露出而發(fā)生電短路等難于預(yù)期的問題，而在左側(cè)的邊緣不配置內(nèi)部電極11。
如圖14(c)所示，在所述加壓工序中使用具有加壓所需要的強(qiáng)度且容易加工的例如由鋁和黃銅等金屬材料構(gòu)成的壓制模具8對(duì)壓電前體材料層合體7進(jìn)行壓制。在此通過與壓電前體材料層合體7接觸的面是平面的上下壓制模具8進(jìn)行加壓，這樣就形成如圖14(d)所示的在側(cè)面的中央部寬度窄而隨著向上下去寬度變寬且在底面上設(shè)置有大致平行的內(nèi)部電極11的壓電前體材料層合體7a。這樣在薄的壓電體1的側(cè)面部分把容易加工的金屬材料作為壓制模具8加工成希望的形狀，而復(fù)制該形狀，能防止壓電體1的破損，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)適合把形狀精度穩(wěn)定的壓電體1制作多個(gè)的制造方法。
在所述煅燒工序中通過煅燒所述壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工而制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以如前所述，能制作多個(gè)形狀穩(wěn)定的壓電體1。
如圖14(f)所示，所述形成電極工序在煅燒后的壓電體1的平板狀底面上設(shè)置由例如燒焊銀和噴鍍金膜構(gòu)成的外部電極10。為了與內(nèi)部電極11容易進(jìn)行電連接，而在壓電體1A的右側(cè)面設(shè)置與內(nèi)部電極11連接且從該連接位置通過所述右側(cè)面直繞入到底面的繞入電極12。該繞入電極12用例如燒焊銀和噴鍍金膜等電極材料形成在壓電體1上。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1A的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀并隨著從中央向端部靠近厚度變厚的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，對(duì)一個(gè)面是凸的形狀和具有凹凸形狀的面也能通過把壓制模具8的形狀適當(dāng)變更成希望的形狀，而不限制壓電體1A形狀地能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)形成四邊形板狀壓電體1的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，即使是園板形狀等任意形狀，通過把壓電前體材料6的形狀和壓制模具8的形狀適當(dāng)變更成希望的形狀也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例在所述加壓工序中是從壓電前體材料層合體7的上下方向進(jìn)行加壓的，但本發(fā)明除此之外，通過設(shè)置例如由鐵等金屬材料構(gòu)成的約束壁9(如圖2所示)，還能防止在加壓時(shí)壓電前體材料層合體7向前后左右的極端擴(kuò)展。
圖15表示本發(fā)明第七實(shí)施例壓電體的制造方法。其與第六實(shí)施例的不同點(diǎn)在于在混合了壓電材料與粘合材料并對(duì)壓電體1A厚度厚的部分有選擇地層合多層的至少兩層以上的壓電前體材料6之間至少形成一層以上的內(nèi)部電極11。根據(jù)該方法，也能得到通過變更壓電前體材料6的層合數(shù)來靈活應(yīng)對(duì)具有厚度分布的壓電體厚度的效果。而且能得到在實(shí)現(xiàn)均勻極化的同時(shí)把壓電體破損防患于未然的效果。
本實(shí)施例的壓電體1以第五實(shí)施例為準(zhǔn)，其具有在厚度方向上中央部寬度窄，隨著向上下去而寬度變寬的形狀，其在平板狀的底面上設(shè)置外部電極10，在壓電體1內(nèi)部設(shè)置與外部電極10大致平行的內(nèi)部電極11，設(shè)置從該內(nèi)部電極11繞入壓電體1單側(cè)側(cè)面和底面的繞入電極12。
在壓電體1的制造工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)其包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；壓電前體材料層合工序(圖15(a)、(b)所示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6(在多張壓電前體材料6的一張上形成有內(nèi)部電極11)進(jìn)行層合；加壓工序(圖15(c)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7從上下方向進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖15(d)、(e)所示)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀；形成電極工序(圖15(f)所示)，其在這樣得到的壓電體1上設(shè)置外部電極10和繞入電極12。
圖15中壓電前體材料6如前所述由壓電材料和粘合劑等構(gòu)成，在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體7a成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1、1A具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中，把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，并根據(jù)需要把寬度尺寸加工調(diào)整成不同，這樣來得到壓電前體材料6。
在所述壓電前體材料層合工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，為了在所述煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度地在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上，層合加工調(diào)整成了越向上層去寬度越窄了的片狀壓電前體材料6，這時(shí)把由例如白金膏膠等在煅燒壓電前體材料6時(shí)能耐高溫的電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電極11設(shè)置在壓電前體材料6的表面上(圖15(a)所示)。設(shè)置有內(nèi)部電極11的壓電前體材料6的位置必須考慮使內(nèi)部電極11在煅燒后的最終形狀中位于在厚度方向上希望的位置處。而且位于壓電前體材料6表面上的內(nèi)部電極11的位置和大小必須要考慮最終內(nèi)部電極11與未圖示的信號(hào)線電連接并取出電信號(hào)來決定。圖15的圖中考慮到從右側(cè)面取出信號(hào)線而預(yù)先把內(nèi)部電極11靠右設(shè)置在壓電前體材料6上，而且為了預(yù)防發(fā)生電短路等難于預(yù)期的問題，使內(nèi)部電極11不必要從左側(cè)露出而在左側(cè)的邊緣不配置內(nèi)部電極11。
如圖15(c)所示，在所述加壓工序中使用具有加壓所需要的強(qiáng)度且容易加工的例如由鋁和黃銅等金屬材料構(gòu)成的壓制模具8對(duì)壓電前體材料層合體7進(jìn)行壓制。在此通過與壓電前體材料層合體7接觸的面是平面的上下壓制模具8進(jìn)行加壓，這樣就形成如圖15(d)所示的在側(cè)面的中央部寬度窄而隨著向上下去寬度變寬且在底面上設(shè)置有大致平行的內(nèi)部電極11的壓電前體材料層合體7a。這樣在薄的壓電前體材料層合體7a的側(cè)面部分把容易加工的金屬材料作為壓制模具8加工成希望的形狀，再?gòu)?fù)制該形狀，能防止壓電體1的破損，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)適合把形狀精度穩(wěn)定的壓電體1制作多個(gè)的制造方法。
在所述煅燒工序中通過煅燒所述壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工而制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以如前所述，能制作多個(gè)形狀穩(wěn)定的壓電體1。
如圖15(f)所示，所述形成電極工序在煅燒后的壓電體1的平板狀底面上設(shè)置由例如燒焊銀和噴鍍金膜構(gòu)成的外部電極10。為了與內(nèi)部電極11容易進(jìn)行電連接，而在壓電體1的右側(cè)面設(shè)置與內(nèi)部電極11連接且從該連接位置通過所述右側(cè)面直繞入到底面的繞入電極12。該繞入電極12用例如燒焊銀和噴鍍金膜等電極材料形成在壓電體1上。
如上所述，本實(shí)施例是層合厚度薄的片狀壓電前體材料6來制作壓電前體材料層合體7的，所以通過改變壓電前體材料6的層合數(shù)就能靈活應(yīng)對(duì)各種壓電體1A的厚度。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1A的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀并隨著從中央向端部靠近厚度變厚的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，對(duì)一個(gè)面是凸的形狀和具有凹凸形狀的面也能通過在厚度厚的部分有選擇地增加壓電前體材料6的層合數(shù)而變更厚度分布來不限制壓電體1A形狀地能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)形成四邊形板狀壓電體1的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，對(duì)通過把壓電前體材料6的形狀和壓制模具8的形狀適當(dāng)變更成希望形狀的圓板形狀等任意形狀也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)把加工調(diào)整成越向上層去寬度越窄的壓電前體材料6進(jìn)行層合，以更接近最終形狀來形成壓電前體材料層合體7的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，通過如圖16(a)、(b)所示，在所述最終形狀兩端厚度厚的部分處層合同一寬度或同一形狀的壓電前體材料6來形成壓電前體材料層合體7能得到同樣的效果。而且其能省略把壓電前體材料6加工調(diào)整成不同寬度的麻煩事，只要在厚度厚的部分有選擇地增加層合數(shù)的話則各壓電前體材料6的形狀和形狀變化就沒有限制。
圖17表示本發(fā)明第八實(shí)施例壓電體的制造方法。其與第七實(shí)施例的不同點(diǎn)在于在形成至少一層以上的平板狀壓電前體材料6和兩層以上的通孔大小不同的壓電前體材料6，且在由這些壓電前體材料6構(gòu)成的壓電前體材料層合間至少形成一層以上的內(nèi)部電極11。根據(jù)該方法，也能得到能靈活應(yīng)對(duì)希望的壓電體1、1A厚度和形狀的效果。而且能得到在實(shí)現(xiàn)均勻極化的同時(shí)把壓電體破損防患于未然的效果。
本實(shí)施例的壓電體1以第五實(shí)施例為準(zhǔn)，其具有在厚度方向上中央部寬度窄，隨著向上下去而寬度變寬的形狀，其在平板狀的底面上設(shè)置外部電極10，在壓電體1內(nèi)部設(shè)置與外部電極10大致平行的內(nèi)部電極11，設(shè)置從該內(nèi)部電極11繞入壓電體1單側(cè)側(cè)面和底面的繞入電極12。
在壓電體1的制造工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)其包括壓電前體材料成形工序(未圖示)，其由壓電陶瓷粉末等壓電材料成形為片狀壓電前體材料6；沖壓工序(未圖示)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料6根據(jù)需要進(jìn)行沖壓來設(shè)置矩形窗狀的通孔；壓電前體材料層合工序(圖17(a)、(b)所示)，其把這樣得到的窗框狀壓電前體材料6和片狀壓電前體材料6(在多層壓電前體材料6的一部分上形成有內(nèi)部電極11)進(jìn)行層合；切邊工序(圖17(c)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7A的前后邊部(不要的部分)切去；加壓工序(圖17(d)所示)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體7從上下方向進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(圖17(e)、(f)所示)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體7a進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀；形成電極工序(圖17(g)所示)，其在這樣得到的壓電體1上設(shè)置外部電極10和繞入電極12。
圖17中壓電前體材料6如前所述由壓電材料和粘合劑等構(gòu)成，在具有柔軟性的同時(shí)在施加加壓力等的力時(shí)能吸收其力而變形。壓制模具8由例如鐵等金屬材料構(gòu)成，其具有考慮了煅燒時(shí)收縮等的形狀，其對(duì)壓電前體材料層合體7施加壓力進(jìn)行壓制，其用于在為了使制作的壓電前體材料層合體7a成為希望的不均勻厚度而復(fù)制其形狀，以最終煅燒得到的壓電體1A具有希望的不均勻厚度。
在所述壓電前體材料成形工序中把例如由PZT等壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑(必要的話包括可塑劑等)混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀，這樣來得到壓電前體材料6。
所述沖壓工序根據(jù)需要對(duì)片狀壓電前體材料6實(shí)施沖壓等的加工，設(shè)置調(diào)整成不同尺寸的通孔(矩形)。
在所述壓電前體材料層合工序中，首先如圖17(a)所示，為了在煅燒前完成的最終階段達(dá)到希望厚度而在預(yù)先考慮壓電前體材料6的片狀厚度變化和層合張數(shù)的基礎(chǔ)上層合片狀和窗框狀的壓電前體材料6。而且如前所述，在多張壓電前體材料6的一部分上形成有內(nèi)部電極11。在此為了制造出壓電體1的兩端部比中央部厚的形狀，越向上層靠近窗框狀的通孔的寬度越被調(diào)整加工成窄的壓電前體材料6，把該壓電前體材料6同時(shí)層合在同一厚度位置的兩端，形成如圖17(b)所示的壓電前體材料層合體7A。以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，層合時(shí)根據(jù)需要施加壓力和熱。
在此，通過把壓電前體材料6的外邊制成同一形狀(同一尺寸)，在沖通孔時(shí)把位置精度定正確，把壓電前體材料6對(duì)齊重疊，就能抑制兩端厚度厚的壓電前體材料6部分的位置錯(cuò)移地進(jìn)行層合?；蚣词箟弘娗绑w材料6的形狀不是同一形狀，也可以通過在各壓電前體材料6相鄰的兩個(gè)邊中至少形成一處直角，把通孔對(duì)該直角進(jìn)行定位，把所有層合的壓電前體材料6的直角部分對(duì)齊重疊，就能抑制位置錯(cuò)移地進(jìn)行層合。通過使壓電前體材料6的通孔在寬度方向上變化大小，并根據(jù)厚度變化而順次變化壓電前體材料6的寬度地進(jìn)行層合(在此是通過從通孔寬度方向大小的從小的向大的變化地進(jìn)行層合)，就能形成隨著從中央部向端部去而順次變厚形狀的壓電前體材料層合體7A。
所述切邊工序是在進(jìn)入到所述加壓工序前把由層合設(shè)置了通孔的壓電前體材料6而產(chǎn)生的不需要部分切去。由于壓電前體材料層合體7A的厚度薄的部分極端的薄，若把所述不需要部分切去的話則不能維持需要的形狀，而整個(gè)壓電前體材料層合體7A彎曲時(shí)，也可以不切去所述不需要部分而把它作為增強(qiáng)部分進(jìn)行利用。這時(shí)只要在所述加壓工序完成后或所述煅燒構(gòu)成完成后把所述不需要部分切去便可。
在所述加壓工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，使用例如由鐵等金屬構(gòu)成的壓制模具8如圖17(d)所示，在壓電前體材料層合體7的厚度方向上施加壓力，制作如圖17(e)所示那種厚度不均勻的壓電前體材料層合體7a。在此，由于在所述切邊工序中使圖17(c)所示的壓電前體材料層合體7的形狀接近了具有最終厚度分布的壓電體1的形狀，所以能抑制壓制模具8加壓時(shí)的加壓力，能降低由加壓引起的不必要且不良的變形和壓電前體材料層合體7a內(nèi)部的殘留應(yīng)力，同時(shí)對(duì)僅由壓電前體材料6變形就不能維持的厚度分布大的情況(厚度薄的部分與厚的部分的差大的情況)有利。
在所述煅燒工序中以第一實(shí)施例為準(zhǔn)，通過煅燒壓電前體材料層合體7a，能不進(jìn)行磨削加工等機(jī)械加工地制造具有希望不均勻厚度的壓電體1。而且由于是復(fù)制壓制模具8的形狀，所以能制作多個(gè)形狀穩(wěn)定的壓電體1。
所述形成電極工序在煅燒工序完成后的壓電體1的平板狀底面上設(shè)置由例如燒焊銀和噴鍍金膜構(gòu)成的外部電極10。為了與內(nèi)部電極11容易進(jìn)行電連接，而在壓電體1的右側(cè)面設(shè)置與內(nèi)部電極11連接且從該連接位置通過側(cè)面繞入到底面的繞入電極12。通過用例如燒焊銀和噴鍍金膜等電極材料形成繞入電極12來制作希望形狀的壓電體1A。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1A的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀，并隨著從中央向端部靠近厚度變厚的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，對(duì)一個(gè)面是凸的形狀和具有凹凸形狀的面，也能通過有選擇地在厚度厚的部分增加壓電前體材料6的層合數(shù)，并對(duì)應(yīng)于壓電體1A的厚度分布來控制設(shè)置在壓電前體材料6上的通孔的位置和大小以及數(shù)量來變更厚度分布，不限制壓電體1A形狀地能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)作為壓電體1、1A的最終形狀是一個(gè)面具有凹面的彎曲形狀，并為了隨著從中央向兩端(兩個(gè)方向)去厚度變厚而把不需要的邊緣部分除去的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，作為壓電體1、1A的最終形狀適用隨著從中央部向端部去而厚度變厚的形狀(圖6、圖7所示)時(shí)，不產(chǎn)生不需要的邊緣部分，也不需要除去邊緣部分的工序。
本實(shí)施例對(duì)越向上層靠近層合通孔寬度方向越大的壓電前體材料6而形成與最終形狀更接近形狀的壓電前體材料層合體7A的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，只要是能實(shí)現(xiàn)壓電體1、1A最終形狀的，也可以是如圖18所示省略把通孔加壓調(diào)整成不同寬度的麻煩而把形成有同一形狀通孔的壓電前體材料6(圖18(a)所示)進(jìn)行層合，形成壓電前體材料層合體7A(圖18(b)所示)，通過在厚度厚的部分有選擇地增加層合數(shù)，控制設(shè)置在壓電前體材料6上的通孔的位置和大小、數(shù)量來變更厚度分布，不限制壓電體1A形狀地能得到同樣的效果。
所述各實(shí)施例(從圖12到圖18所示)對(duì)把內(nèi)部電極11的一端繞入到側(cè)面和底面連接在繞入電極12上的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外，僅在側(cè)面設(shè)置繞入電極12或不設(shè)置繞入電極12，而暴露在側(cè)面表面的內(nèi)部電極11直接進(jìn)行電連接的結(jié)構(gòu)等，只要能與內(nèi)部的電極電連接便可，能不限制壓電體1、1A結(jié)構(gòu)地得到同樣的效果。
所述各實(shí)施例(從圖12到圖18所示)對(duì)內(nèi)部電極11是一層的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外如圖19所示，對(duì)把內(nèi)部電極11在希望厚度位置設(shè)置多層的情況也適用，能得到同樣的效果。
如圖20所示，本發(fā)明第九實(shí)施例的超聲波探頭設(shè)置了所述第一實(shí)施例到第四實(shí)施例任一項(xiàng)中所示的壓電體1C。
圖20中音響調(diào)整層2是為了高效發(fā)送或接收超聲波而設(shè)置。背面負(fù)載材料4在壓電體1C背面起音響上的衰減作用。與壓電體1C下面的外部電極10電連接的例如由FPC等構(gòu)成的信號(hào)線13通過未圖示的電纜與未圖示的超聲波診斷裝置和非破壞檢查裝置等的裝置本體連接。與壓電體1C上面的外部電極10電連接的例如由銅箔等構(gòu)成的地線14也通過未圖示的電纜與未圖示的超聲波診斷裝置和非破壞檢查裝置等的裝置本體連接。
如上所述，本發(fā)明第九實(shí)施例的超聲波探頭設(shè)置了第一實(shí)施例到第四實(shí)施例任一項(xiàng)中所示的壓電體1，所以能抑制超聲波探頭特性的個(gè)體差異。即本實(shí)施例的超聲波探頭由于使用了未進(jìn)行困難的機(jī)械加工而通過復(fù)制壓制模具形狀制作的壓電體1C，所以能抑制了壓電體發(fā)生難于確認(rèn)的微細(xì)裂紋等的可能性，確保穩(wěn)定的超聲波探頭特性，同時(shí)，復(fù)制壓制模具形狀的壓電體適合于把同一形狀穩(wěn)定地制造多個(gè)，通過使用它能抑制超聲波探頭特性的個(gè)體差異。
本實(shí)施例對(duì)音響調(diào)整層2是一層的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外對(duì)音響調(diào)整層2是多層的情況也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)連接壓電體1下面的外部電極10b與信號(hào)線13，連接上面的外部電極10a與地線14的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外對(duì)連接順序相反的情況也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)沒有現(xiàn)有技術(shù)中所示的音響透鏡3(圖24所示)的超聲波探頭進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外對(duì)有音響透鏡的超聲波探頭也能得到同樣的效果。
圖21表示本發(fā)明第十實(shí)施例超聲波探頭的概略圖。其與第九實(shí)施例的不同點(diǎn)在于在設(shè)置第五到第八實(shí)施例任一項(xiàng)所示的壓電體1A。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的超聲波收發(fā)特性，而且還沒有驅(qū)動(dòng)時(shí)的應(yīng)變量分布，所以防止了壓電體1A微細(xì)裂紋等的發(fā)生，也能得到能維持穩(wěn)定特性的效果。下面在與第九實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)要素上付與相同的符號(hào)而省略其說明。
圖21中地線14在壓電體1A的下面與連接在壓電體1A內(nèi)部電極11上的繞入電極12電連接。在此，外部電極10和內(nèi)部電極11大致平行配置，使用極化中沒有偏差的壓電體1A。
本實(shí)施例對(duì)音響調(diào)整層2是一層的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外對(duì)音響調(diào)整層2是多層的情況也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)連接壓電體1A下面的外部電極10與信號(hào)線13，在壓電體1A內(nèi)連接外部電極10上方的內(nèi)部電極11與地線14的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明與此相反，即使連接外部電極10與地線14，連接內(nèi)部電極11與信號(hào)線13也能得到同樣的效果。
本實(shí)施例對(duì)超聲波探頭中沒有現(xiàn)有技術(shù)中所示的音響透鏡3(圖24所示)的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明除此之外對(duì)超聲波探頭中設(shè)有音響透鏡的也能得到同樣的效果。
如圖22所示，本發(fā)明第十一實(shí)施例的超聲波診斷裝置16設(shè)置了第九實(shí)施例(圖20所示)和第十實(shí)施例(圖21所示)中任一項(xiàng)的超聲波探頭15。在此，超聲波探頭15與超聲波診斷裝置16的本體是有線連接。
如上所述，由于本發(fā)明第十一實(shí)施例的超聲波診斷裝置16設(shè)置了第九實(shí)施例和第十實(shí)施例中任一項(xiàng)的超聲波探頭15，所以能靈活運(yùn)用特性穩(wěn)定且沒有個(gè)體差異的超聲波探頭15的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行穩(wěn)定的可靠性高的超聲波診斷。
本實(shí)施例對(duì)超聲波探頭15與超聲波診斷裝置16的本體是有線連接的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明在有線連接之外，即使采用無線的遠(yuǎn)距離操作也能得到同樣的效果。
如圖23所示，本發(fā)明第十二實(shí)施例的非破壞檢查裝置17設(shè)置了第九實(shí)施例(圖20所示)和第十實(shí)施例(圖21所示)中任一項(xiàng)所示的超聲波探頭15。在此，超聲波探頭15與非破壞檢查裝置17的本體是有線連接。
如上所述，由于本發(fā)明第十二實(shí)施例的非破壞檢查裝置17設(shè)置了第九實(shí)施例和第十實(shí)施例中任一項(xiàng)所示的超聲波探頭15，所以能靈活運(yùn)用特性穩(wěn)定且沒有個(gè)體差異的超聲波探頭15的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行穩(wěn)定的可靠性高的非破壞檢查。
本實(shí)施例對(duì)超聲波探頭15與非破壞檢查裝置17的本體是有線連接的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明在有線連接之外，即使采用無線的遠(yuǎn)距離操作也能得到同樣的效果。
如以上所說明的，本發(fā)明通過把混合了壓電材料與粘合材料的壓電前體材料進(jìn)行希望形狀的模具壓制，能提供具有厚度分布且尺寸精度好的具有優(yōu)良效果的壓電體。而且本發(fā)明通過把混合了壓電材料與粘合材料的壓電前體材料進(jìn)行希望形狀的模具壓制，能提供不要磨削加工等復(fù)雜的機(jī)械加工就能把具有厚度分布的壓電體高精度制作多個(gè)的具有優(yōu)良效果的壓電體制造方法。
權(quán)利要求
1.一種壓電體的制造方法，其特征在于，具有第一工序，其由含有壓電材料的一張以上的壓電前體材料形成為規(guī)定的壓電前體材料體；第二工序，其把所述壓電前體材料體進(jìn)行模具壓制成形。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中把一張以上的片狀壓電前體材料層合成對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布的厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中把對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布的張數(shù)的片狀壓電前體材料進(jìn)行層合。
4.如權(quán)利要求2所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中把對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布形狀的片狀壓電前體材料層合一張以上。
5.如權(quán)利要求4所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中把對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布寬度的片狀壓電前體材料層合一張以上。
6.如權(quán)利要求2所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中把具有通孔的片狀壓電前體材料層合一張以上。
7.如權(quán)利要求6所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中把具有對(duì)應(yīng)于所述壓電體厚度分布大小通孔的片狀壓電前體材料層合一張以上。
8.如權(quán)利要求1所述的壓電體的制造方法，其特征在于，在所述第二工序中對(duì)應(yīng)于壓電體(1)的形狀，在所述壓電前體材料體的層合方向，和在對(duì)所述壓電前體材料體層合方向的垂直方向模具壓制所述壓電前體材料體。
9.一種壓電體的制造方法，其特征在于，具有制造工序，其制造表面是非平面狀而背面是平面狀的第一壓電體，和表面、背面都是平面狀，而在表面、背面上分別設(shè)有電極的平板狀第二壓電體；粘合工序，把所述第一壓電體的背面與所述第二壓電體的表面進(jìn)行粘合。
10.一種壓電體，其特征在于，把由含有壓電材料的壓電前體材料構(gòu)成的壓電前體材料體進(jìn)行模具壓制成形。
11.如權(quán)利要求10所述的壓電體，其特征在于，所述壓電前體材料體由根據(jù)所述壓電體的厚度分布而層合的片狀壓電前體材料所構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求10所述的壓電體，其特征在于，所述壓電前體材料體由根據(jù)所述壓電體的厚度分布層合的、具有通孔的片狀壓電前體材料的片狀壓電前體材料構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求10所述的壓電體，其特征在于，所述壓電前體材料體由包括根據(jù)所述壓電體厚度分布的、具有大小通孔的片狀壓電前體材料的片狀壓電前體材料所構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求10所述的壓電體，其特征在于，在層合了所述多張片狀壓電前體材料的壓電前體材料體上形成多個(gè)電極層，以保持電極間一定的距離。
15.一種超聲波探頭，其特征在于，設(shè)置了權(quán)利要求10所述的壓電體。
16.一種超聲波診斷裝置，其特征在于，設(shè)置了權(quán)利要求15所述的超聲波探頭。
17.一種非破壞檢查裝置，其特征在于，設(shè)置了權(quán)利要求15所述的超聲波探頭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電體的制造方法和壓電體、超聲波探頭、超聲波診斷裝置以及非破壞檢查裝置，壓電體的制造方法是把具有厚度分布的同一形狀的壓電體高精度制作一個(gè)以上，使用該壓電體實(shí)現(xiàn)可靠性高的超聲波診斷等。其包括壓電前體材料成形工序，其把由壓電陶瓷粉末構(gòu)成的壓電材料與粘合劑混合并溶在溶劑中，再把它用刮刀法等成形為從數(shù)十微米到數(shù)百微米級(jí)厚度的片狀；壓電前體材料層合工序(a)、(b)，其把這樣得到的片狀壓電前體材料(6)進(jìn)行層合；加壓工序(c)、(d)，其把這樣得到的壓電前體材料層合體(7)進(jìn)行模具壓制；煅燒工序(e)，其把這樣加壓了的壓電前體材料層合體(7a)進(jìn)行煅燒來得到希望的形狀。
文檔編號(hào)G01N29/24GK1615670SQ0282745
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者佐藤利春, 雨官清英, 杉山吉幸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社