JPH0537998A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高周波化を実現する超音波探触子を
提供することを目的とする。 【構成】本発明に係る超音波探触子は、支持台５上に配
列された複数のトランスデューサ１と、複数のトランス
デューサ１の内の連続する所定数のトランスデューサ毎
に共通接続するリード線４と、各トランスデューサ群の
間に充填される第１の充填材１１と、各トランスデュー
サ群に含まれる前記所定数のトランスデューサ２１の間
に充填される第１の充填材１１より硬度の高い第２の充
填材１０とを具備繰ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の電気−音響変換
素子（以下「トランスデューサ」と称する）を配列する
超音波探触子に関するものであり、特に微細なトランス
デューサを配列する超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波パルスを生体内に放射し、音響イ
ンピーダンスの異なる組織の境界面からの反射波により
生体情報を得る超音波診断法はＸ線のような照射障害が
なく、しかも造影剤なしで軟部組織の診断ができる利点
を持っている。近年ではこの超音波診断法は特に浅部の
臓器の診断能を向上させる目的、すなわち高画質化と高
分解能化の達成を目指して超音波の高周波化が図られて
いる。

【０００３】従来、電子走査形超音波診断装置に用いら
れる配列形の超音波探触子は図７に示したような構成で
ある。従来の超音波探触子は所望の方向に送受波される
超音波以外の不要な超音波、すなわち生体に対して反対
方向に放射される超音波を吸収し、超音波探触子全体の
支持台の役目も果たしている背面負荷材２５と、背面負
荷材２５上に配列され、超音波を送受信する超音波送受
波面を有する複数のトランスデューサ２１と、各トラン
スデューサ２１が隣接するトランスデューサ２１の振動
に応じて励振し不必要な信号を生じるいわゆる音響的カ
ップリングを生じないように各トランスデューサ２１の
間に充填される比較的軟らかい材質例えば低硬度シリコ
ンゴムの充填材２６と、トランスデューサ２１の超音波
送受波面に装着され、生体の音響インピーダンスと前記
トランスデューサ２１の音響インピーダンスとを整合
し、波数の少ない超音波パルスを効率よく生体内に入射
させるための整合層２２と、整合層２２に装着され、超
音波を収束させるための音響レンズ２３と、トランスデ
ューサ２１と図示しない超音波送受波回路とを電気的に
接続するリード線２４とから構成されている。

【０００４】ただし、複数、ここでは２つのトランスデ
ューサ２１が１本のリード線２４に共通接続され、あた
かも１つのトランスデューサのごとく超音波送受波動作
をおこなわせている。この共通接続方法の採用は次の理
由による。まず前述した高周波化を図るためにはトラン
スデューサ２１の材料の特性上、その厚さｔを小さくす
る必要がある。さらにトランスデューサ２１の幅ｗが厚
さｔと同程度になると、本来必要な厚み振動の他に幅方
向の振動モードが混入し、良好な送受信パルスを得るこ
とができなくなり、そのために幅ｗも厚さｔに応じて微
小にする必要がある。このように超音波探触子が高周波
化を実現し、且つ良好な送受信パルスを得られることが
できるようにするためにはその超音波探触子が備えるト
ランスデューサ２１の形状を微細にすることが要求され
る。このようにトランスデューサ２１を微細にしトラン
スデューサ数を増加させたままで各々のトランスデュー
サ２１に送受波回路を接続させると配線および送受波回
路が必要以上に複雑になるため上記のような共通接続方
法が用いられている。この共通接続方法の詳細について
は「特開昭５２−４９６８９」に示されている。

【０００５】現在の超音波探触子の高周波化には限界が
ある。これはトランスデューサ２１の形状の微細化の限
界に応じている。この微細化に限界を生じさせる理由は
その制作工程における微細なトランスデューサ２１の強
度である。以下に実際の超音波探触子の製作工程につい
て説明する。まず背面負荷材２５と所望の高周波超音波
が得られる厚さｔの１枚のトランスデューサ平板を接着
し、背面負荷材２５とトランスデューサ平板とからなる
２層板を作成する。ここでこの背面負荷材２５には予め
複数、ここでは２つのトランスデューサを共通接続する
リード線２４が所定の間隔で備えられている。そしてこ
の２層板をトランスデューサ平板の厚さｔに応じた幅ｗ
が得られるようにカッティングピッチｄの間隔でトラン
スデューサ平板を切削し、複数の溝を作成する。ここで
図７に示したようにこの切削の深さはトランスデューサ
２１の厚みｔより多少大きく、背面負荷材２５内に多少
進入する程度の深さである。次ぎにこの溝に低硬度の充
填材、例えば低硬度シリコンゴムを充填する。この充填
材は互いに隣り合うトランスデューサ同士に音響的カッ
プリングが生じないように低硬度であることが要求され
る。次にトランスデューサの超音波送受波面側、すなわ
ち紙面の上方面側に整合層２２が装着され、さらにその
整合層２２の上方に音響レンズ２３が装着される。この
ような工程を経て超音波探触子が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように近年で
は高周波超音波による高画質化、高分解能化が要求され
てきており、このため超音波探触子の高周波化が重要な
技術的テーマとなってきている。この超音波探触子の高
周波化の達成のためにはトランスデューサの厚さと幅を
波長に応じて小さくすることが要求される。しかし従来
の超音波探触子ではその制作方法および構造によってト
ランスデューサの厚さと幅には限界があり、すなわち高
周波化にも限界があった。その限界を生じさせる理由は
次の通りである。トランスデューサの幅を小さくすると
そのトランスデューサ自体の強度が低下し、特に切削時
に折れたり、支持台（背面負荷材）から剥がれたりする
不具合の生じる可能性が高い。そのために従来の超音波
探触子の高周波化には限界があった。そこで本発明の目
的は高周波化を実現する超音波探触子を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探触
子は支持台上に配列された複数のトランスデューサと、
前記複数のトランスデューサの内の連続する所定数のト
ランスデューサ毎に共通接続する手段と、各トランスデ
ューサ群の間に充填される第１充填材と、各トランスデ
ューサ群に含まれる前記所定数のトランスデューサの間
に充填される前記第１充填材より硬度の高い第２充填材
とを具備することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、トランスデューサ群に含まれ
るトランスデューサには多少の音響的カップリングは許
されることに着目して、そのトランスデューサの間には
トランスデューサ群の間に充填される第１充填材より硬
度の高い第２充填材を充填することによってトランスデ
ューサを補強することができ、その結果トランスデュー
サの幅を小さくすることが可能となり、高周波化を実現
できる超音波探触子を得ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照しながら第１の実施例を説
明する。ここで本実施例に係る超音波探触子は２つのト
ランスデューサが共通に接続され１つのトランスデュー
サ群とされ、トランスデューサ群毎に電気的に分離され
て、外部の超音波送受波回路と接続している場合につい
て説明する。まず第１の実施例に係る超音波探触子の構
造について図１を参照して説明する。図１は本発明の第
１の実施例に係る超音波探触子の構造を示す斜視図であ
る。

【００１０】支持台５は、超音波探触子全体の基板であ
って、所望の方向（紙面の上方）に送受波される超音波
以外の不要な超音波を吸収するために音響的負荷材から
なっており、２つのトランスデューサを共通接続するた
めのリード線４が所定の間隔で複数備えられている。こ
の支持台５上には複数のトランスデューサ１が配列され
ていて、２つのトランスデューサ１、すなわちトランス
デューサ群毎にリード線４によって共通接続されてい
る。このトランスデューサ１は圧電セラミックから成っ
ていて、その厚さｔは所望の超音波周波数に応じて決定
される。さらにトランスデューサ１の幅ｗは該厚さｔに
応じて決定される。この幅ｗと厚さｔとの比、すなわち
ｗ／ｔは少なくとも１より小さいことが要求され、例え
ばトランスデューサ１がチタン酸ジルコン酸鉛系セラミ
ックから成っている場合にはこのｗ／ｔが０．５５に設
定されることが望ましい。このｗ／ｔはトランスデュー
サ１の材質に応じた最適値があり、その材質に応じて設
定すればよい。１つのトランスデューサ群、すなわち互
いに隣り合う２つのトランスデューサ１は１本のリード
線４を共有することによって電気的に共通に図示しない
超音波送受波回路に接続されている。

【００１１】第１の充填材１１はトランスデューサ群の
間（以下「電極溝」と称する）を充填し、第２の充填材
１０は共通に接続されているトランスデューサ１の間
（以下「サブダイス溝」と称する）を充填する。ここで
第１の充填材１１には互いに隣り合うトランスデューサ
群で音響的カップリングが生じないように振動を吸収す
る硬度の低い材質、通常低硬度シリコンゴムが用いられ
る。この第１の充填材１１は従来用いられている充填材
と同一の材質であってもよい。第２の充填材１０には電
気的に共通に接続されているトランスデューサ１間には
多少の音響的カップリングが生じてもよいことに着目し
て、第１の充填材１１より十分硬度の高い材質、例えば
高硬度シリコンゴムが用いられる。

【００１２】整合層２は複数のトランスデューサ１が配
列された超音波送受波面（紙面の上方面）上に装着され
る。この整合層２は従来の整合層と同様生体の音響イン
ピーダンスとトランスデューサ１の音響インピーダンス
とを整合し、波数の少ない超音波パルスを効率よく生体
内に入射させる。音響レンズ３は整合層２上に装着さ
れ、従来の音響レンズと同様トランスデューサ１から送
受波される超音波を収束させる。次に以上のように構成
された超音波探触子の製作方法について説明する。図２
から図５は超音波探触子の製作方法を順に説明する図で
ある。

【００１３】まず支持台５上に接着された１枚のトラン
スデューサ板をカッティングピッチ２ｄの間隔で順次切
削し複数のサブダイス溝１５が備えられた図２に示した
状態を得る。通常このサブダイス溝１５の深度は図２に
示したように多少支持台５に到達する程度である。また
カッティングピッチ２ｄはトランスデューサ１の所望の
幅ｗの２倍と、このサブダイス溝１５の幅と、後述する
電極溝１６の幅との合計の値に設定されている。

【００１４】そして複数のサブダイス溝１５それぞれに
第２の充填材１０、すなわち高硬度シリコンゴムを充填
し、硬化させた後、最初のカッティングによって出来た
トランスデューサの各々の中心を切削するようにさらに
カッティングピッチ２ｄの間隔で順次切削し複数の電極
溝１６を得る（図３）。このようにサブダイス溝１５を
切削した後であって電極溝１６を切削する前にサブダイ
ス溝１５に高硬度の第２の充填材１０を充填させること
により、サブダイス溝１５を切削する前のトランスデュ
ーサ板が有する強度をほぼ保つことができる。

【００１５】さらに複数の電極溝１６それぞれに第１の
充填材１１、すなわち低硬度シリコンゴムを充填する
（図４）。最後に図５に示したように整合層２と音響レ
ンズ３を装着し、本実施例に係る超音波探触子を得るこ
とができる。ここで整合層２は整合材をコーティングし
て得てもよいし、整合材から成るフィルムを装着して得
てもよい。またこの整合層２は１層でも多層でもよい。

【００１６】以上にような構造および製作方法の採用に
より、従来の超音波探触子よりさらに高周波化を実現し
得る超音波探触子を得ることができる。すなわち、超音
波探触子を製作する際のトランスデューサ板の切削工程
を２工程に分割することによって、１切削工程における
カッティングピッチを従来のカッティングピッチの約２
倍とし、さらにその切削２工程において先の切削工程後
であり後の切削工程前に先の切削工程によって得られた
サブダイス溝に比較的硬度の高い充填材を充填すること
によって、製作時におけるトランスデューサの強度を向
上させることができる。その結果従来の超音波探触子の
トランスデューサより微細なトランスデューサを得るこ
とができるとともに、高性能の高周波超音波探触子を歩
留りよく作ることが可能となる。

【００１７】ここでサブダイス溝に充填される第２の充
填材と電極溝に充填される第１の充填材は次の場合に限
り同じ硬度の充填材、すなわち従来用いられている第１
の充填材であってもよい。すなわち切削２工程の先の切
削工程で得られるサブダイス溝に第２の充填材、すなわ
ち低硬度のシリコンゴムを充填したとしても、各トラン
スデューサの十分な強度を保つことができる場合、すな
わち剥がれや折れが生じない場合にサブダイス溝に第１
の充填材を用いてもよい。次に第２の実施例について説
明する。

【００１８】図６は本実施例に係る超音波探触子の構造
を示す断面図である。本実施例に係る超音波探触子も第
１の実施例に係る超音波探触子と同様、２つのトランス
デューサが１つのトランスデューサ群として、トランス
デューサ群毎に電気的に分離されて、外部の超音波送受
波回路と接続しているものとする。

【００１９】図６において図１と対応する部分には図１
と同一符号を付して詳細な説明は省略するが、図１およ
び図６上に付された符号を見て判る通り図６には図１に
付された符号以外の符号は存しない。すなわち本実施例
に係る超音波探触子の構成要素は第１の実施例に係る超
音波探触子と同じであり、本実施例に係る超音波探触子
は第１の実施例に係る超音波探触子と比し構造的にのみ
相違している。

【００２０】本実施例に係る超音波探触子と第１の実施
例に係る超音波探触子との構造上の相違点は電極溝に充
填される第１の充填材１１の上端が整合層２を貫通して
いることである。この構造上の相違点はその製作工程の
相違により発生する。以下に本実施例に係る超音波探触
子の製作工程について工程順に説明する。

【００２１】まず支持台５上に接着された１枚のトラン
スデューサ板を先の実施例同様カッティングピッチ２ｄ
の間隔で順次切削し、複数のサブダイス溝を得る。そし
てそのサブダイス溝それぞれに第２の充填材１０を充填
する。第２の充填材１０を充填させ硬化させた後に、電
極溝を得るために切削する前に整合層２をこのトランス
デューサの超音波送受波面側に装着する。この整合層２
は第１の実施例の場合と同様にコーティングにより得て
もよいし、フィルムを装着して得てもよし、多層の整合
層２であってもよい。次にこの整合層２を備えた層板に
電極溝を作成すべくカッティングピッチ２ｄの間隔で順
次切削する。この切削は整合層２からトランスデューサ
層を経て支持台層に達する深さで切削する。この電極溝
それぞれに第１の充填材１１、すなわち低硬度のシリコ
ンゴムを充填する。この後必要に応じて切削された前記
整合層２の上にさらに整合層を装着してもよい。最後に
音響レンズ３を整合層２の上に装着して超音波探触子が
得られる。

【００２２】このように整合層２をサブダイス溝に第２
の充填材１０を充填した後であって電極溝を得るために
切削する前に装着することによって、第１の実施例にお
けるトランスデューサの強度をさらに向上させることが
でき、その結果第１の実施例に係る超音波探触子のトラ
ンスデューサより微細なトランスデューサを得ることが
できるとともに、高性能の高周波超音波探触子を歩留り
よく作ることが可能となる。さらに振動の吸収率の高い
第１の充填材１１が共通接続されたトランスデューサ１
より生体側に突出していることにより、生体内で乱反射
して発生する不必要な超音波のトランスデューサ１への
入射を抑制することができる。

【００２３】本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えば上述したように整合層は整合材をコーティ
ングして得てもよいし、整合材から成るフィルムを装着
して得てもよいし、またこの整合層は１層でも多層であ
ってもよい。さらに共通接続するトランスデューサの数
は上記実施例では２つであったが、３つ以上であっても
よい。また複数のトランスデューサを共通接続し外部の
超音波送受波回路と電気的に接続するリード線は、電気
的に接続する手段であればよく例えば支持台内に設けら
れた電極層であってもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ランスデューサ群に含まれるトランスデューサ同士には
多少の音響的カップリングは許されることに着目して、
そのトランスデューサの間にはトランスデューサ群の間
に充填される第１充填材より硬度の高い第２充填材を充
填することによってトランスデューサを補強することが
でき、その結果トランスデューサの幅を小さくすること
が可能となり、高周波化を実現できる超音波探触子を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る超音波探触子の構造を示す
斜視図。

【図２】図１に示した超音波探触子の製作工程における
第１の工程時の超音波探触子の構造を示す断面図。

【図３】図１に示した超音波探触子の製作工程における
第２の工程時の超音波探触子の構造を示す断面図。

【図４】図１に示した超音波探触子の製作工程における
第３の工程時の超音波探触子の構造を示す断面図。

【図５】図１に示した超音波探触子の製作工程における
第４の工程が終了し、完成した超音波探触子の構造を示
す断面図。

【図６】第２の実施例に係る超音波探触子の構造を示す
斜視図。

【図７】従来の超音波探触子の構造を示す斜視図。

【符号の説明】

１…トランスデューサ、２…整合層、３…音響レンズ、
４…リード線、５…支持台、１０…第１の充填材、１１
…第２の充填材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 支持台上に配列された複数のトランスデ
   ューサと、 前記複数のトランスデューサの内の連続する所定数のト
   ランスデューサ毎に共通接続する手段と、 各トランスデューサ群の間に充填される第１充填材と、 各トランスデューサ群に含まれる前記所定数のトランス
   デューサの間に充填される前記第１充填材より硬度の高
   い第２充填材とを具備することを特徴とする超音波探触
   子。