JPH0347800B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波探傷装置および医用超音波診
断装置などに使用される超音波探触子の製造方法
に関するものである。

従来の技術 従来の背面負荷を用いた医用超音波探触子特に
アレイ型超音波探触子の構成例を第６図に示し、
これに従つて説明する。

第６図は、従来のアレイ型超音波探触子の斜視
図を示したもので、溝等により分離された複数個
の圧電振動子１３が配列され、圧電振動子１３の
超音波送受波面には、超音波を効率よく伝搬させ
るために一層以上の音響整合層１４が設けられて
いる。圧電振動子１３に設けられた電極１６に電
気信号を印加することにより、音響整合層１４よ
り超音波が放射される構成になつている。圧電振
動子１３の超音波送受波面と反対側に設けられて
いる背面負荷材１５は、電気信号によつて励振さ
れた振動子をダンピングし、短いパルス信号を得
る役割をもつものである。

この背面負荷材１５の材料として要求される主
な特性は、均一で硬度が高く、音波減衰係数が大
きいこと、また所定の音響インピーダンス値が得
られることである。配列された圧電振動子１３個
個の位置での均一性、つまり硬度、音響インピー
ダンス値等のバラツキは、圧電振動子配列精度の
低下、音場特性の乱れ、感度バラツキなど超音波
画像特性の劣化を招く原因となる。

従来この背面負荷材１５には、アラルダイト系
熱硬化性樹脂溶液内に金属粉、例えばタングステ
ン粉等を混合させ、さらに適当な音波散乱材等を
入れて硬化させたものや、フエライトゴム、プラ
スチツクあるいはガラス中空体などの音波散乱材
を充填したウレタンゴムなどが用いられている。
前者のアラルダイト系熱硬化性樹脂溶液内に金属
粉を混合硬化させるものは、両材料の混合比ある
いは金属粉粒径の大小により音響インピーダンス
値を変化させることが可能である。そのため所望
の探触子性能に対応した音響インピーダンス値の
実現が容易となり、背面負荷材料として使用され
る場合が多い。

この背面負荷材１２の圧電振動子１３への設置
は、あらかじめ、混合硬化させた背面負荷材料を
成形させ前記圧電振動子１３へ接着する方法と、
いきなり混合した状態（流動状態）のものを、圧
電振動子１３へ流し込み、圧電振動子１３と一体
化した状態で硬化させる方法があり、後者の方法
は、複雑な形状、例えば凸状に圧電振動子が配列
されているような構造を有する超音波探触子の場
合に適する。

発明が解決しようとする問題点 しかし、樹脂溶液中に金属粉および音波散乱材
を混合硬化させた背面負荷材を用いて探触子を構
成する場合、前記背面負荷材が均一なもの、すな
わち樹脂溶液中に金属粉が均一に混合されている
ことが重要となる。これは、前記した様に材料の
混合比により、音響インピーダンス値が変化する
ためであり、一般に、超音波探触子における背面
負荷の音響インピーダンス値と、探触子の送受波
信号の感度との関係については、音響インピーダ
ンス値の大小により変化し、音響インピーダンス
が大きくなればなるほど感度が低下する傾向にあ
る。しかし逆にダンピング特性は向上される傾向
にあり、したがつて所望の探触子性能に対応した
音響インピーダンス値を持つ均一な背面負荷材が
要求されるわけである。

特にアレイ型超音波探触子の場合、前記背面負
荷材の混合が不均一であると、配列された圧電振
動子間での特性バラツキ発生の原因となる。とこ
ろが従来樹脂溶液と金属粉との比重差が著しく大
きいため、その均一な製法は困難であり、特に金
属粉の粒径を大きくしたい場合などはさらに困難
となり、特性品質の安定した探触子を製造するこ
とは困難であつた。

そこで本発明は、以上のような従来の問題点を
解決するため、均一な混合を有する背面負荷材料
の製造方法、および前記背面負荷を用いて構成し
た特性、品質が安定された超音波探触子の製造方
法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の技術的手段
は、超音波探触子の背面負荷材料が、熱硬化性樹
脂に金属粉、例えばタングステン粉を少なくとも
充填したもので前記材料を攪拌する工程と攪拌後
材料中の空気を脱泡する工程とその後冷却硬化す
る工程と、冷却硬化後、加熱硬化する工程による
混合硬化を行ない、前記背面負荷材を成形と同時
または成形後に、圧電振動子の超音波送受波側と
反対側に設ける超音波探触子の製造方法によるも
のである。

作 用 本発明は、加熱硬化をする前に冷却硬化を行う
ことにより、均一な混合硬化の背面負荷材料を得
ることができ、すなわち所望の探触子性能に合つ
た音響インピーダンス値をもつ背面負荷材料を安
定にかつ均一に作ることが可能で、アレイ型超音
波探触子における圧電振動子間の特性、品質バラ
ツキがなくなるようにしたものである。

実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例における熱硬化性
樹脂と金属粉との混合硬化による背面負荷材の製
造方法を工程別に示したものである。第１図にお
いて、熱硬化性樹脂例えばエポキシ樹脂で2023
（横浜スリーボンド製）を主剤１とし、金属粉２
としてタングステン粉末、さらに数十ミクロン程
度のプラスチツク中空体およびガラス中空体等の
散乱材３が混合攪拌５される。攪拌５の際、適量
の硬化剤４が混入され、同様に攪拌５される。前
記攪拌５によつて材料に混入された空気は、脱泡
６によつて除かれるが、この脱泡６は空気泡が混
入されることにより、背面負荷材としての特性に
バラツキが発生し、さらに、機械的強度も弱くな
り問題となるからである。脱泡６後、材料は冷却
硬化７にて、混合、攪拌された材料すなわち、タ
ングステン粉、および散乱材３が沈殿もしくは分
離しないである程度硬化するように、予備硬化を
させる。冷却硬化７の後、加熱硬化８にて完全に
硬化される。ところで前記冷却硬化７は、混合さ
れた材料が沈殿、分離しないように均一な状態で
予備硬化する重要な工程であるが、そのメカニズ
ムは、第２図に示される、混合された材料内の温
度を時間とともに実測したグラフによつて説明で
きる。第２図は、前記製造方法の脱泡工程後、材
料を常温中で硬化させた場合（常温硬化）と、材
料を約７℃で冷却させた場合（冷却硬化）の材料
内温度の時間変化を示したものである。測定デー
タにおける製作重量は、主剤200ｇ、タングステ
ン粉末（粒径＋数μｍ）550ｇ、散乱材としてプ
ラスチツク中空体を6.6ｇ、硬化剤剤20ｇである。
第２図において常温硬化の場合、混合攪拌後、材
料内温度が急上昇しており、これは硬化時の反応
熱と思われる。ここで反応熱は作成する重量によ
り異なることは、明らかである。しかし冷却硬化
の場合は、その急激な温度上昇はみられず、除々
に下つている。実際に、常温硬化の場合と、冷却
にて予備硬化を行なつた材料を比較すると、冷却
硬化の場合はタングステン粉末、散乱材が均一に
混合されているが、常温硬化の場合、タングステ
ン粉末は沈殿し、散乱材は、上部へ分離しており
均一に混合されていない。これは混合攪拌初期に
おける急激な温度上昇により、主剤の粘度が著し
く低下し、これにより比重の大きいタングステン
粉は沈殿し、比重の小さい散乱材は上部へそれぞ
れ分離することによるものと思われる。そのた
め、本実施例のように材料を冷却し、粘度を高め
ながら徐々に硬化させることが重要である。冷却
温度は前にも述べたように製作の量によつて反応
熱が変化するが、冷却硬化工程時には、混合され
た材料を40℃以下で硬化させるのが良い。一方あ
まり温度が低すぎると硬化しないため10℃以上に
保つ必要がある。第３図は、本実施例において主
剤として用いたエポキシ樹脂2023（横浜スリーボ
ンド製）の温度に対する粘度変化を示したもので
あり、温度が高くなるにつれてかなり粘度が低下
し、沈殿等の弊害が生じる。なお本実施例によれ
ばタングステン粉末の粒径が十数μｍでも均一に
作成可能である。第４図、第５図は本発明に係わ
る背面負荷材と音響整合層を有する圧電振動子と
の構成法を示した超音波探触子の製造方法の一実
施例を示す斜視図である。第４図において、圧電
振動子１０の超音波放射面には、超音波を効率よ
く伝搬させるための音響整合層１１が設けられ、
この超音波放射面と反対側の圧電振動子１０の面
に、前記実施例に示した方法であらかじめ硬化し
圧電振動子１０の形状に成形された背面負荷材９
が、接着にて取り付けられる。第５図は、第４図
の実施例と同様に音響整合層１１が設けられた構
成で、超音波放射面と反対側の圧電振動子１０の
面には、枠１２が設けられ、この枠１２の中へ、
本実施例に係る混合、攪拌および脱泡後の背面負
荷材料（流動状態）を流し込み、その後、第１図
に示す製法にもとづき、冷却による予備硬化を行
ない、さらに加熱硬化して、圧電振動子１０上に
背面負荷材を構成する方法を示したもので、この
場合圧電振動子１０の形状が複雑であつても、容
易に均一な特性を有する背面負荷材を構成するこ
とができる。

なお本実施例に係わる背面負荷材において、主
剤となる樹脂がエポキシ樹脂を適用した場合につ
いて述べたが、本発明は主剤となる樹脂がポリス
チレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチ
レン等の場合も適用できる。

また本発明に係わる背面負荷材としては、主剤
である熱硬化性樹脂に少なくとも金属粉が充填さ
れていれば良く、散乱材は必要に応じて添加すれ
ば良い。

更に、本発明に係わる背面負荷材の主剤である
熱硬化性樹脂に充填する金属粉は、タングステン
の他に鉛、モリブデン、タンタル、フエライト、
タングステンカーバイト等も適用可能である。

また、実施例においてアレイ型超音波探触子に
適用した場合を中心に述べたが、本発明は圧電振
動子が１枚の単一型超音波探触子など種々の超音
波探触子に適用できることは明らかである。

発明の効果 以上要するに本発明は、超音波を送受波する圧
電振動子の超音波送受波側と反対側に電極を介し
て背面負荷材を設けるに際し、前記背面負荷材が
熱硬化性樹脂に金属粉を少なくとも充填したもの
であり、前記熱硬化性樹脂、金属粉を攪拌する工
程と、攪拌後脱泡する工程と、冷却硬化する工程
と、加熱硬化する工程とを具備することを特徴と
する超音波探触子の製造方法を提供するもので、
均一に混合硬化された背面負荷材を得ることがで
き、所望の探触子性能に適した音響インピーダン
ス値を安定に作成し、超音波探触子の特性、品質
を改善することが可能である。さらに、本発明に
よる背面負荷材を用いることにより、複雑な圧電
振動子形状をもつ超音波探触子においても、容易
に均一で安定した背面負荷材を構成することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波探触子の製造方法の一
部である背面負荷材の製法の一実施例を示す工程
図、第２図は本発明に係わる背面負荷材の硬化温
度とその時間的変化を示すグラフ、第３図は本発
明に係わる背面負荷材に使われる主剤の、粘度と
温度の関係を示すグラフ、第４図及び第５図は、
本発明の一実施例における背面負荷材により構成
する超音波探触子の製造方法を示す斜視図、第６
図は、従来のアレイ型超音波探触子の斜視図であ
る。 １……主剤、２……金属粉、３……散乱材、４
……硬化剤、５……攪拌、６……脱泡、７……冷
却硬化、８……加熱硬化、９，１５……背面負荷
材、１０……圧電振動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波を送受波する圧電振動子の超音波送受
   波側と反対側に電極を介して背面負荷材を設ける
   に際し、前記背面負荷材が熱硬化性樹脂に金属粉
   を少なくとも充填したものであり、前記熱硬化性
   樹脂、金属粉を攪拌する工程と、攪拌後脱泡する
   工程と、冷却硬化する工程と、加熱硬化する工程
   とを具備することを特徴とする超音波探触子の製
   造方法。