JPH02501431A - 凹状態の配置の圧電素子を備える超音波装置用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 凹状態の配置の圧電素子を備える超音波装置用プローブ本発明は、凹状態の配置 の圧電素子を備える超音波装置用プローブに関するものである。このようなプロ ーブは、特に、医学の分野でエコーグラフのタイプの装置と組み合わせて使用す ることができる。しかし、本発明は、超音波が使用される他の分野や、集束の必 要があるために凹面上に配置された圧電素子を備えるプローブを使用することが 好ましい他の分野に応用することが可能である。

超音波装置用のプローブは原則として複数の圧電変換素子を備えており、これら 圧電変換素子が、印加される電気信号を機械的励起に変換したり逆の変換を行っ たりする。これら圧電変換素子はプローブのヘッドにマトリックス状に配置され る。配置は二次元であることが最も多いが、例えば棒状の一次元のこともある。

各素子に独立に電気を供給する必要があるこのようなプローブを実現することは 簡単な問題ではない。基本的な解決法は、メタライズ層を有する弾性支持体に圧 電結晶板を固定し、支持体に切込みを入れ過ぎないようにしてこの圧電結晶板を 切断することからなる。このようにして、所望の分布の素子を得る。十分に幅広 く切断を行った後に弾性支持体を曲げることにより、この支持体に所望の凹形状 を与えることができる。

このようにすると、圧電素子の２つの面に電気を供給するのが容易でなくなる。

実際には放射された有効な音波が凹面側を伝播するため、この面上に独立な複数 の接続回路を実現することは適当ではない。音波伝播上の理由から各素子上に音 波変換ブレードを設置する必要があり、接続回路の実現はますます厄介である。

なお、この音波変換ブレードの厚さは、プローブの動作周波数の音波が音波伝播 ブレード中を通過する際の波長のほぼ２である。この接続の問題は、プローブ、 特に圧電素子が二次元に配置されたプローブを完成させるに際しての大きな障害 である。

本発明は、本発明の用途においては、素子の配列の重重によって集束状態を決め ると、変換ブレードにより覆われた素子の頂点がプローブの凹面内で互いに接触 しても問題がないことに注目することによって上記の問題を解決することを目的 とする。

従って、本発明では、問題を逆にして、表面全体に連続的にメタライズ層を備え る共通の１つの変換ブレードを使用し、この変換ブレードに全圧電素子を固定す ることが考えられた。その結果、全素子を区別する電気接続は、今やプローブの 裏面で行うことができる。この位置には以前は支持体があった。接続用電気回路 はプローブの裏側の音波を乱すが、これは重要ではない。すなわち、この電気回 路がプローブの有効な機能を妨げることはない。弾性があるブレード、あるいは 場合によっては熱変形可能なブレードを使用して圧電素子を凹状に配置する。

表面と裏面にメタライズ層を設けることにより、音波の伝播方向に平行に電場を 印加することができる。この構成は、電場と音場の間のカップリング係数を向上 させることができるために有利である。

圧電素子は、例えばＰＶＦｔや、ＰＶＴ２Ｆコポリマーなどのプラスチックや、 例えばＰＺＴなどのセラミック、ＰＺＴ複合ポリマー、ＰｂＴｉＯｓ、または水 晶からなる素子を含んでいる。

そこで、本発明は、凹状配列の圧電素子を備え、各素子は凹状になった側の面が 音波変換（遷移）ブレードで覆われている超音波用プローブであって、互いに隣 接したブレードが、複数の素子を覆う同一の連続したモノブロック状のブレード を構成することを特徴とするプローブを対象とする。

本発明は、添付の図面を参照した以下の説明を読むことによりさらによく理解で きよう。しかし、図面は単なる例であって、本発明を限定するものではない。

第１図は、本発明のプローブの図である。

第２図は、第１図のプローブを製造している途中の段階の詳細を示す図である。

第３図は、圧電素子の接続回路の実施例の詳細図である。

第１図は、本発明のプローブを示している。このプローブは、圧電素子２の凹状 の配列体１を備えている。凹状態は、直交した２つの方向での凹状態である。す なわち、表面が歪んでいる。

凹状態は一方向の凹状態を指すことももちろん可能であり、この場合には表面が 円筒になる。各素子は、凹状になった側の面３が音波変換ブレードによって覆わ れている。例えば素子２に対しては、変換ブレード４は、図面に点線によって規 定されている部分である。本発明のプローブの特徴は、互いに隣接したブレード が、複数の素子、一般には全素子を覆う連続した同一のモノブロック状のブレー ド５を構成している点にある。（メタライズ層を形成することにより得られる） 圧電素子の電極６への電気的接続を確実にするためには、ブレード５の面のうち でこれら素子と対向する面に、これら素子のメタライズ層と接触するメタライズ 層７を設ける。圧電素子の他のメタライズ部８は従来通りの方法で接続すること ができる。接続線は基台９に収容することができる。この基台９はさらに、プロ ーブを保持して操作する機能も有する。メタライズ部８の位置に様々な電気配線 が存在していても、放射または受信される音波信号が乱されることはない。とい うのは、伝播の有効方向Ｐに対して電気配線がプローブの裏側に位置しているか らである。

第２図は、プローブの実施例で第１図に参照番号１０で示した位置を詳細に示し た図である。素子が凹面に配置された本発明のプローブを製造する際には、あら かじめメタライズ層７を設けたブレード５の上に、両面にメタライズ層が形成さ れた圧電結晶板を貼り付ける。ブレードのメタライズ層７は厚いことが好ましい 。−例を挙げると、この厚さは１５〜２０ミクロンである。

結晶板にメタライズ層を形成するのは普通であり、このメタライズ層ははるかに 薄くすることができる。結晶板をブレードに固定するのに使用される接着剤３は 、２つのメタライズ層の間のあらゆる点で電気的連続性が得られるような接着剤 である。

製造のこの段階で、結晶板の裏面に切込み１１を入れ、この結晶板において素子 を互いに分離する。切込み１１は注意して行うべきである。好ましくは、切断の 深さはブレード５のメタライズ層７の厚さの途中まで達する。平坦度の公差が約 １ミクロンだと、ブレードと圧電性結晶の表面を平坦にすることができる。

圧電素子の配列平面に対して正確にガイドされる鋸を用いると、メタライズ層７ により実現されている電気接続が切れないように切断を行うことができる。

第３図には、素子の反対側の面に形成された各メタライズ部８の上にどのように して電気接続を実現するかが簡単に示されている。熱圧着技術を利用することが 好ましい。この技術を利用して接続用ワイヤ１３の端部１２をメタライズ部８に 押し付ける。

圧着の瞬間にこの端部を加熱することにより、十分な電気的接続が実現される。

ブレード５のメタライズ層７０周辺部１５に達するワイヤ１４に対しても同様で ある。

製造のこの段階で、圧電素子の配列を曲げる。この配列は一次元のみを凹状態に することも、第１図に示したように二次元の凹状態にすることも可能である。こ の目的のためには、連続ブレードを構成４−る材料は変形可能な材料である。好 ましい実施態様では、ブレード５の材料は熱変形可能な材料にするこ２二もでき る１３−例を挙げると、このブレードは低温で重合可能なポリウレタンからなる 。３；の場合、このようにして構成し、次いで切断したブｌノードー結晶のユニ ッ１へに対して加熱−玲却のザイクルを経験させる。このザイクルの途中の加熱 状態のときに、配列に応力を加えて所望の変形をさせる。この目的で、土。

記のユニットに押１１．付目るための適当な形状の部材を使用することができろ 。冷ｊＪ時には、ユニットが、与えられた形状を保ったまま硬化すＺ）。この操 作の後、配列に対して素子の裏面に重合可能な合成材料を流すことにより、基台 ９を形成する。ワイヤ１３または１４はこの基台から顔を出す。あとで、使用す る超音波装置の側御回路にこれらワイヤを接続する。

基台を構成する材料は、音響インピーダンスがゼロになる材料の中から選択する ことが好ましい。素子と基台の間の接触はあまり密でないことが好ましい。挿入 された薄い空気層が存在していることは、後方音丁インビーグンスの値を低下さ せるのにも効果がある。このゆるやかな接触は、上で指摘したような熱圧着によ る接続を選択することにより可能になる６ｓ子の裏面に、堅固なプリント回路を もとにした接続装置を貼り付ける必要はない。

補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の８）１、国際出願番号　ＰＣＴ／Ｆ Ｒ８７１０Ｏ４６６３、特許出願人 代表者　シュミット、クリスチャン ４、代理人 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　〔１通〕 請求の範囲 １．　凹状配列（第１図）の圧電素子（２）を備え、各素子は凹状になった側の 放射面が音波変換ブレード（４）で覆われている（３）超音波用プローブであっ て、互いに隣接したブレードが、複数の素子を覆う同一の連続したモノブロック 状のブレード（５）を構成することを特徴とするプローブ。

２、　上記ブレードは、表面に連続的なメタライズ層（７）が形成されており、 上記素子においてこのブレードと向かい合った面に設けられたメタライズ層（６ ）に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。

３、　上記ブレードが変形可能な材料からなることを特徴とする請求項１または ２に記載のプローブ。

４、　上記ブレードが熱変形可能な材料からなることを特徴とする請求項３に記 載のプローブ。

５、　上記配列が二次元であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に 記載のプローブ。

６、　上記配列が棒状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記 載のプローブ。

７、　上記凹状態が二次元の凹状態（第１図）であることを特徴とする請求項１ 〜６のいずれか１項に記載のプローブ。

８、　上記凹状態が一次元の凹状態であることを特徴とする請求項１〜６のいず れか１項に記載のプローブ。

９、　上記ブレードの表面に実現されている上記メタライズ層が十分に厚く　（ 第２図）、上記素子の配列が、上記ブレードのメタライズ層の中にほぼ半分ぐら いの高さまで延びる分離部（１１）の形態をとることを特徴とする請求項２に記 載のプローブ。

１０、上記素子が、ブレード（５）と向かい合った面（６）とは反対側の面（８ ）に熱圧着されたワイヤ（１３）によって電気的に接続されていることを特徴と する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプローブ。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）１、国際出願番号　ＰＣＴ／Ｆ Ｒ８７１０Ｏ４６６３、特許出願人 代表者　シュミット、クリスチャン ４、代理人 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　〔１通〕 （１）明細書の翻訳文第２頁第５行目と第６行目の間に以下の文章を特徴する 請求項１のプレアンブルの特徴は、日本国特許出願公開第５７−１８１２９９号 の要約により公知である。この文献から知られる支持体１は熱変形可能であり、 音波変換ブレードは切込み部で切断される。素子３をプレート４に接続すること は、日本国特許出願公開！６０−２４９５００号の要約により公知である。この プレートが音波変換ブレードであるとは記載されていない。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．凹状配列（第１図）の圧電棄子（２）を備え、各棄子は凹状になつた側の面 が音波変換ブレード（４）で覆われている（３）超音波用プローブであって、互 いに隣接したブレードが、複数の素子を覆う同一の連続したそノブロック状のブ レード（５）を構成することを特徴とするプローブ。
2. ２．上記ブレードは、表面に連続的なメタライズ層（７）が形成されており、上 記素子においてこのブレードと向かい合った面に設けられたメタライズ層（６） に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. ３．上記ブレードが変形可能な材料からなることを特徴とする請求項１または２ に記載のプローブ。
4. ４．上記ブレードが熱変形可能な材料からなることを特徴とする請求項３に記載 のプローブ。
5. ５．上記配列が二次元であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記 載のプローブ。
6. ６．上記配列が棒状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載 のプローブ。
7. ７．上記凹状態が二次元の凹状態（第１図）であることを特徴とする請求項１〜 ６のいずれか１項に記載のプローブ。
8. ８．上記凹状態が一次元の凹状態であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ か１項に記載のプローブ。
9. ９．上記ブレードの表面に実現されている上記メタライズ層が厚い（第２図）こ とを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
10. １０．素子の上記配列体が、ブレードのメタライズ層の中にはぼ半分ぐらいの高 さまで延びる分離部（１１）によって実現されていることを特徴とする請求項９ に記載のプローブ。
11. １１．上記素子が、ブレード（５）と向かい合った面（６）とは反対側の面（８ ）に熱圧着されたワイヤ（１３）によって電気的に接続されていることを特徴と する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプローブ。