JPH0568982B2 - - Google Patents

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JPH0568982B2
JPH0568982B2 JP1123422A JP12342289A JPH0568982B2 JP H0568982 B2 JPH0568982 B2 JP H0568982B2 JP 1123422 A JP1123422 A JP 1123422A JP 12342289 A JP12342289 A JP 12342289A JP H0568982 B2 JPH0568982 B2 JP H0568982B2
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JP
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particles
damping
damping layer
piezoelectric vibrator
layer
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JP1123422A
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JPH0221850A (ja
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Hideo Adachi
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は超音波診断装置において、超音波の
送受信を行なう超音波探触子に関するものであ
る。 最近、超音波技術の進歩はめざましく、医学領
域において診断、治療の両面にわたつて活発な研
究が行なわれている。 超音波診断法は電気音響変換素子である圧電振
動子を有する探触子を直接あるいは水袋等を介し
て体表に接触させた状態で探触子を駆動し、超音
波を極短時間だけ断続的に体内に向けて放射させ
る。このとき、超音波が人体組織の中を伝播する
途中で組織や臓器は種類によつて音響特性(媒体
の密度と音速との積)が異なるため、固有インピ
ーダンスの異なる組織の境界面で超音波の一部が
反射して返つてくる。この超音波エコーを送信時
に使用した同一の探触子で受信して電気信号に変
換され、表示器に断層像が表示される。 従来、医学用に用いられている超音波探触子を
第3図を用いて説明する。図において1は圧電振
動子で、この圧電振動子1の両板面に銀やニツケ
ル等を蒸着等の手段を用いて信号側電極2aとア
ース側電極2bを形成する。このアース側電極2
bに〓/4マツチング層3をコーテイングする。
そして、信号側電極2aに同軸ケーブル4の芯線
4aをワイヤ5を介して接続するとともに、この
信号側電極2aに接着剤6を塗布してタングステ
ンを含む導電性のダンピング層ブロツク7を圧着
する。このダンピング層ブロツク7は合成樹脂に
総重量の90重量%のタングステン粒体を分散させ
たダンピング材を加熱、加圧の手段を用いて目的
の形状に成形したものである。このようにして一
体に形成した圧電振動子1、マツチング層3およ
びダンピング層ブロツク7をステンレス等の金属
で有頭筒状に成形したハウジング8に納める。こ
のとき、圧電振動子1、マツチング層3およびダ
ンピング層ブロツク7がハウジング8に導通しい
ようにハウジング8の内側に絶縁層9を形成す
る。このハウジング8にワイヤ10を介してアー
ス側電極2bを接地させるとともに同軸ケーブル
4のシールド線4bを接地させる。ここにおいて
11はダンピング層ブロツク7の上方に設けられ
た外気とのシールド層である。 この探週子において、ダンピング層ブロツク7
の理想的な性質は音響インピーダンスを圧電振動
子1の音響インピーダンスに等しく、ダンピング
層ブロツク7と圧電振動子1との境界面での反射
をなくすことと、ダンピング層ブロツク7に入射
した超音波をダンピング層ブロツク7内で減衰さ
せ、ハウジング8の底部等で反射した超音波エコ
ーが再び圧電振動子1に戻つてこないようにする
ことである。しかしながら、以上の2つの条件を
満足するダンピング材はほとんど存在せず、これ
に近い材料として上述したようにエポキシ樹脂ま
たは塩化ビニール樹脂に比重19.1のタングステン
粒体を分散させたものが一般的に使用されてい
る。このように合成樹脂にタングステン粒体を分
散させることにより、ダンピング層ブロツク7の
音響インピーダンスを圧電振動子1の音響インピ
ーダンスに近づけることができるとともに、ダン
ピング層ブロツク7の内部で超音波を減衰させる
ことができる。 ところで、上記のように合成樹脂中にタングス
テン粒体を分散させると、タングステン粒体が、
その自重により合成樹脂内で沈降し、粒体が合成
樹脂内で均一に混合されなくなつてしまい、この
ような合成樹脂をダンピング層に用いると、反射
した超音波を充分に減衰させることができず、ダ
ンピング効果が低下するという問題がある。 この発明は、上記問題点を解決するためになさ
れたもので、合成樹脂中に異なる粒子径を有する
複数の粒体を混合してダンピング層を形成し、粒
子径の小さな粒体により粒子径の大きな粒体が沈
降分離することを抑え、粒体が樹脂中で均一に混
合されることにより、ダンピング効果の向上した
超音波探触子を提供することを目的とするもので
ある。第1図において21はPZT、PbTiO3等の
圧電材料から圧電振動子で、この圧電振動子21
両板面に銀やニツケル等の導電性金属を真空蒸
着、スパツタ等の手段を用いて信号側電極22a
とアース側電極22bを形成して分極領域を設け
る。分極した圧電振動子21は厚みに応じた共振
周波数を持ち、送信電圧パルスが印加されると共
振周波数に応じた超音波減衰振動を行なうもので
ある。そしてアース側電極22bに使用する超音
波の1/4波長になるように厚さを設定したマツチ
ング層23を設ける。図示例では超音波ビームを
集束させる目的としてマツチング層23の板面を
中心に向けて窪ませて湾曲面に形成した。ここで
使用されるマツチング層23は被検体の音響イン
ピーダンスと圧電振動子21の音響インピーダン
スの中間の値を持つような材料、例えばエポキシ
やアクリル等の樹脂が用いられている。 このようにして、一体に形成した圧電振動子2
1とマツチング層23をステンレス等の導電材料
で筒状に形成したハウジング24の一方の開口部
を封止するようにして固着し、マツチング層23
をハウジング24の一端から露出させる。ハウジ
ング24の壁に同軸ケーブル25を貫通させて設
け、このケーブル25の芯線25aをワイヤ26
を介して信号側電極22aに微少な半田を用いて
接続するとともに、シールド線25bをハウジン
グ24に接続する。また圧電振動子21のアース
側電極22bをワイヤ27を介してハウジング2
4に接続する。 その後、ハウジング24の内壁部と振動子21
で形成された凹部に、ハウジング24の上方から
異なる粒子径を有する粒体(粒子群)を合成樹脂
に分散させて作つたペースト状のダンピング材料
(以後ダンピングペーストと呼ぶ)を滴下注型し
て、圧電振動子21の信号側電極22a上にダン
ピング層28を形成する。ここで、29はダンピ
ング層28上に設けられたシールド層、30はハ
ウジング24の内壁に設けられた絶縁層、31は
ハウジング24の開口を閉塞する蓋体である。 このとき、ダンピングペーストの粘性が大きす
ぎると脱泡が困難になるとともに、注入時にペー
ストが拡がり難くなりダンピング層28を均一に
仕上げることができなくなる。またペーストの粘
性が小さすぎると比重の大きな金属粒体が沈降し
て信号側電極22a側に片寄るために、超音波減
衰の大きなダンピング層28を形成することがで
きなくなる。 ここでは、上記2点の問題点を解消するため
に、40〜80〓mの粒子径を有する第1の金属粒
体、例えばタングステン粒体を総重量の60〜80重
量%と、10〓m以下の粒子径を有する第2の金属
粒体、例えばタングステン粒体を総重量の20〜30
重量%を分散させてダンピングペーストを作る。 第1表に、この実施例に用いられるダンピング
ペーストの材料組成比を示す。
【表】 そして、第2表にこのペーストの性能を示す。
【表】 また、ここに使用される樹脂は可撓性エポキシ
ゲル例えばエマーソンアンドカミング社製の
ECOOGEL1265(商品名)と非可撓性エポキシ樹
脂例えばエマーソンアンドカミング社製の
STYCAST3050(商品名)を重量比で1:1で混
合し、硬化後にある程度の弾力性をもつようにし
てある。 この実施例では可撓性エポキシゲルと非可撓性
エポキシ樹脂を適当な比率で混合したものの中に
異なる粒子径をもつたタングステン粒体を分散さ
せてダンピングペーストを作ることによつて、10
〓m以下のタングステン粒体により、40〜80〓m
のタングステン粒体を均一に分散させることがで
き、深さ方向への沈降分離を抑制する役割を果し
ている。次に、非可撓性エポキシと可撓性エポキ
シとの相関関係を第2図を用いて説明する。第2
図aは可撓性と非可撓性のエポキシを3:1の比
率で、(b)は1:1の比率で、(c)は1:3の比率で
混合した場合の出力波計を示している。これは1
cmの長さに成型したロツド状のダンピング材の一
端に超音波走波用トランスデユーサーを取付け、
受波用トランスデユーサーで超音波の減衰量を調
べたもので、非可撓性エポキシゲルが少なくなる
と減衰が小さくなることがわかる。 また、第2図d,e,fはタングステンの総重
量が全体の60%の場合の出力波形を示している。
このときは、可撓性と非可撓性の混合比率に関係
なく超音波の減衰が小さくなつていることがわか
る。ここでは、代表的な比率についてのみ示した
が、より細かい比率で変動させた時のデータから
タングステン(粒子40〜80〓m)60〜80重量%に
対してタングステン(粒子10〓m以下)8〜30重
量%混合し、かつ可撓性エポキシゲルと非可撓性
エポキシ樹脂の比率が4:6〜8:2の混合体を
6〜12重量%分散させた場合に、音響的インピー
ダンスが大きく、しかも超音波減衰量が大きなダ
ンピング層を得ることができる。 以上、実施例で示したように、可撓性エポキシ
ゲルと非可撓性エポキシ樹脂を適当な比率で混合
させたダンピングペーストを滴下注型することに
より、ダンピングペーストが圧電振動子21に直
に接触するため、圧電振動子21とダンピングペ
ースト層28との間から接着層を取り除くことが
でき、この間の超音波の反射を著しく減少させる
ことができる。しかも、ダンピングペーストの拡
がりが良くなるため、均一なダンピング層28を
形成することができるとともに加工性が良好にな
り、また可撓性エポキシゲルと非可撓性エポキシ
樹脂を混合したものの中にタングステン粒体を分
散させることにより、ダンピング層の音響インピ
ーダンスを圧電振動子の音響インピーダンスに近
づけることができるため、境界面での超音波の反
射を著しく減少させることができるとともに超音
波パルス幅が小さく距離分解能を良好にすること
ができる。 特に、硬化前のダンピングペーストの粘度を
800cps以下にすることにより、脱泡や注型がしや
すくなる。 次に、この発明の他の実施例であるダンピング
層の材料組成比を第3表ないし第5表に示す。
【表】
【表】
【表】 以上の実施例はいずれも10〓m以下の粒度分布
をもつ粒体としてモリブデン、アルミナまたは酸
化タングステンを用いたもので、モリブデン、ア
ルナミン、酸化タングステンはタングステンに比
べて比重が小さいので添加量を減じて硬化前の粘
度を下げ、脱泡および注型しやすくしている。こ
のように粒子径10〓m以下のタングステン粒体に
替えてモリブデン、アルミナ、酸化タングステン
の粒体を可撓性エポキシゲルと非可撓性エポキシ
樹脂の混合樹脂に分散させることにより、上述と
同様の効果を上げることができる。 なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、要旨を変更しない範囲において種々変
形して実施することができる。 例えば、ダンピング材は40〜80〓mの粒子径を
有する第1の金属粒体を総重量の60〜80重量%と
10〓m以下の粒子径を有する非金属粒体を総重量
の4〜0.5重量%とを総重量の16〜7.5重量%の樹
脂に分散させることもできる。 粒体は異なる粒子径を有する同種類または複数
種類の金属に替えて非金属粒体を合成樹脂に分散
させることができる。 また上記実施例ではマツチング層の板面を窪ま
せて湾曲面に形成したが、この発明はこれに限定
されるものではなく平面に形成することができ
る。 以上説明したように、この発明によれば、合成
樹脂中に異なる粒子径を有する複数の粒体を混合
してダンピング層を形成し、粒子径の小さな粒体
により粒子径の大きな粒体が沈降分離することを
抑え、粒体が樹脂中で均一に混合されることによ
り、ダンピング効果の向上した超音波探触子を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の概略的な構成を
示す断面図、第2図は同実施例のダンピング層の
特性図、第3図は従来の超音波探触子の概略的な
構成を示す断面図である。 1……圧電振動子、2a……信号側電極、2b
……アース側電極、3……マツチング層、4……
同軸ケーブル、4a……芯線、4b……シールド
線、5,10……ワイヤ、6……接着剤、7……
ダンピング層ブロツク、8……ハウジング、9…
…絶縁層、11……シールド層、21……圧電振
動子、22a……信号側電極、22b……アース
側電極、23……マツチング層、24……ハウジ
ング、25……同軸ケーブル、25a……芯線、
25b……シールド線、26,27……ワイヤ、
28……ダンピング層、29……シールド層、3
0……絶縁層、31……蓋体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 1対の電極に挟持された圧電振動子と、この
    振動子の一方の電極面に設けられたダンピング層
    と、これらを保持するハウジングとからなる超音
    波探触子において、上記ダンピング層が異なる粒
    子径を有する複数の粉体を分散混合した合成樹脂
    からなることを特徴とする超音波探触子。 2 上記振動子の他方の電極面にマツチング層を
    設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の超音波探触子。 3 上記ダンピング層に分散混合される複数の粒
    体が、粒子径が大きな第1の粒体と、粒子径の小
    さな第2の粒体とからなり、上記第1の粒体を上
    記第2の粒体よりも多く混合したことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の超音波探触子。
JP12342289A 1989-05-17 1989-05-17 超音波探触子 Granted JPH0221850A (ja)

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JP12342289A JPH0221850A (ja) 1989-05-17 1989-05-17 超音波探触子

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JPH0221850A JPH0221850A (ja) 1990-01-24
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