JPH06205779A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マッチング層上面からバッキング層上面までの
深さの精度を確保して溝加工のスループットを改善する
とともに溝加工を行ってもアレイピッチに変化が生じな
いようにし、さらに微小ピッチでアレイを形成可能な超
音波プローブを提供する。 【構成】本発明の超音波プローブは、超音波を送受信可
能な圧電体２の両面に整合層３およびバッキング層１２
をそれぞれ接続して層構造とし、この層構造に所定の溝
５を形成してアレイ構造としてある。バッキング層１２
は、機械応力および熱応力に対する変形量が所定の値以
下の材料で基板層１３を形成し、この基板層１３に所定
の厚さを持つ薄膜層１４を接続してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に用い
る超音波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置に用いる超音波プローブ
にはアレイ型トランスデューサーを備えたものがあり、
超音波を送受信する際、各アレイ間で所定の時間遅れを
設定可能になっている。

【０００３】図４は、超音波プローブに備えた従来のア
レイ型トランスデューサーを斜視図で示したものであ
る。従来のアレイ型トランスデューサー１は、超音波を
送受信可能な圧電体２と、被検者と圧電体２との音響整
合を図るための整合層すなわちマッチング層３と、圧電
体２から後方へ向かう超音波を吸収可能な音響制動層す
なわちバッキング層４とを層状に形成して層構造とし、
これに所定の溝５を設けてある。

【０００４】アレイ型トランスデューサーを製造するに
は、まず、ゴムあるいは樹脂を加熱あるいは加圧するこ
とによってバッキング層４を所定の寸法に仕上げ、次い
で、この上に圧電体２、マッチング層３を加熱あるいは
加圧作用等で順次接続し、次いで、ダイシングマシン等
を用いて層構造に溝５を加工しアレイ構造とする。これ
らの製造工程においては、完成されたアレイのピッチが
所定の精度になるように十分精度管理する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まず、
バッキング層４を形成する際に加熱あるいは加圧するた
め、バッキング層自体の仕上げ精度には限界がある。ま
た、バッキング層４を高精度に仕上げることができたと
しても、圧電体２との接続工程において加熱処理を行う
ため、バッキング層４に熱膨脹あるいは熱収縮が生じ、
その結果、バッキング層の上面がマッチング層の上面と
平行にならない場合がある。また、バッキング層は、ゴ
ムあるいは樹脂等でできているため、本来、高い精度で
機械加工を施しにくい。

【０００６】このように、マッチング層上面からバッキ
ング層上面までの深さの精度を十分確保することが困難
であるため、従来、溝深さを大きめの値に設定して溝加
工を行っていた。

【０００７】しかし、溝深さの増大は、加工時間を長く
し、溝加工工程でのスループットを低下させる原因とな
るのみならず、アレイピッチが小さい場合には、溝蛇
行、アレイ素子破損等にもつながる。

【０００８】また、加熱工程の際にバッキング層内部に
生じた内部応力が溝加工によって解放され、その結果、
アレイピッチが変化するという欠点もあった。

【０００９】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、マッチング層上面からバッキング層上面まで
の深さの精度を確保して溝加工のスループットを改善す
るとともに溝加工を行ってもアレイピッチに変化が生じ
ないようにし、さらに微小ピッチでアレイを形成可能な
超音波プローブを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超音波プローブは請求項１に記載したよう
に、超音波を送受信可能な圧電体の両面に整合層および
バッキング層をそれぞれ接続して層構造とし、この層構
造に所定の溝を形成してアレイ構造としたアレイ型トラ
ンスデューサーを備えた超音波プローブにおいて、前記
バッキング層は、機械応力および熱応力に対する変形量
が所定の値以下の材料で基板層を形成し、この基板層に
所定の厚さを持つ薄膜層を接続したものである。

【００１１】

【作用】本発明の超音波プローブにおいては、機械応力
および熱応力に対する変形量が所定の値以下の材料で基
板層を形成し、この基板層の上面に所定厚さの薄膜層を
接続してバッキング層を形成してある。

【００１２】このようにバッキング層を形成すると、バ
ッキング層が高精度で形成され、整合層の上面からバッ
キング層の上面までの深さがほぼ均一になって、加工溝
の設定深さを従来より小さくすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の超音波プローブの実施例につ
いて、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術で
説明した部品と実質的に同一の部品については同一の番
号を付してその説明を省略する。

【００１４】図１は、本実施例の超音波プローブに備え
たアレイ型トランスデューサーを斜視図で示したもので
ある。

【００１５】アレイ型トランスデューサー１１は、超音
波を送受信可能な圧電体２の両面に整合層３およびバッ
キング層１２をそれぞれ接続して層構造とし、この層構
造に所定の溝５を形成してアレイ構造としてある。

【００１６】整合層３は、被検者（図示せず）と圧電体
２との間の音響整合のために設けてある。

【００１７】圧電体２は、例えば圧電セラミックスで構
成するのがよい。また、圧電体２の両面には、超音波発
振用の電力を供給するとともに受信超音波に応答した電
気信号を取り出すための電極（図示せず）を設けてあ
る。

【００１８】バッキング層１２は、例えば、後方に向か
う超音波を吸収するように構成してある。本実施例で
は、バッキング層１２は、機械応力および熱応力に対す
る変形量が所定の値以下の材料、例えばガラス、セラミ
ックス等の非金属無機材料、金属材料等で基板層１３を
形成し、この基板層１３の上に厚さｔが例えば超音波中
心周波数の４分の１波長となるように薄膜層１４を均一
に形成してある。薄膜層１４は、エポキシ樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ポリエチレン樹脂等で構成するのがよい。

【００１９】溝５は、図１でわかるように、整合層３、
圧電体２および薄膜層１４を越えて基板層１３まで形成
してある。

【００２０】薄膜層１４の厚さｔを超音波中心周波数の
４分の１波長にした場合、圧電体２から背面側を見たバ
ッキング層１２全体の音響インピーダンスＺ_B は、

【数１】Ｚ_B ＝Ｚ_L ² ／Ｚ_G となる。ここで、Ｚ_L 、Ｚ_G は、それぞれ薄膜層１４、
基板層１３の音響インピーダンスである。

【００２１】本実施例のアレイ型トランスデューサーを
製造するには、まず、ガラス、セラミックス等で基板層
１３を所定の寸法に形成する。

【００２２】次に、エポキシ樹脂等の薄膜層１４を加
熱、加圧等の処理によって基板層１３の上に接続する。

【００２３】次に、圧電体２、整合層３を加熱、加圧等
の処理によって薄膜層１４に順次接続する。

【００２４】次に、深さＤ、幅Ｗ、ピッチｐの溝５をダ
イシングマシン等で加工する。

【００２５】最後に、溝５にシリコーン接着剤等の充填
材を入れる。

【００２６】このように、本実施例の超音波プローブ
は、機械応力および熱応力に対する変形量が所定の値以
下の材料、例えばガラス、セラミックス等で基板層１３
を形成したので、基板層１３を周知の技術で高精度に仕
上げることができる。

【００２７】また、基板層１３は加熱あるいは加圧作用
によってほとんど変形しないため、薄膜層１４を接続し
た後においても、仕上げ精度を高水準に維持することが
できる。したがって、整合層３の上面から基板層１３の
上面までの深さＤ´は、場所によるばらつきが小さくな
り、溝５の深さＤを従来よりも小さな値に設定して、基
板層１３の加工量を小さくし加工時間を短くすることが
できる。

【００２８】これに加えて、基板層１３をガラス等で構
成してあるため、溝加工のために基板層１３をしっかり
保持する場合でもほとんど変形せず、一方では容易に加
工することができる。このため、溝加工工程のスループ
ットが大幅に改善される。

【００２９】また、加工の際に内部応力が解放されてア
レイピッチｐに影響を与えるおそれも少なくなるため、
微小ピッチのアレイを容易に製造することができる。

【００３０】また、基板層と圧電体との間に薄膜層を介
在させたので、薄膜層の音響インピーダンス、薄膜層の
厚さおよび基板層の音響インピーダンスを適宜組み合わ
せることにより、バッキング層全体の音響インピーダン
スを任意の値に調整することができる。

【００３１】上述の実施例では、薄膜層１４の厚さｔを
超音波中心周波数の４分の１としたが、かかる厚さに限
定されるものではなく、任意に設定することができる。
例えば超音波中心周波数の２分の１としてもよい。この
場合には、圧電体２から背面側を見たバッキング層１２
全体の音響インピーダンスＺ_B は、

【数２】Ｚ_B ＝Ｚ_G となる。

【００３２】また、上述の実施例では、溝５を、整合層
３、圧電体２および薄膜層１４を越えて基板層１３まで
形成したが、これに限定されるものではなく、図２に示
すように、溝５を整合層３および圧電体２を越えて薄膜
層１４の途中まで形成してもよいし、図３に示すよう
に、溝５を整合層３を越えて圧電体２の途中まで形成し
てもよい。なお、図３の例では、溝５を形成した後に残
った部分の圧電体２の厚さＴ´を通常部分の厚さＴの５
分の１以下にするのがよい。

【００３３】また、上述の実施例では、医療用の超音波
診断装置に適用した例を示したものであるが、本発明の
超音波プローブはこれに限定されるものではなく、例え
ば非破壊検査で用いる超音波プローブにも適用すること
ができる。

【００３４】また、上述の実施例では、薄膜層を基板層
に形成した後、圧電体および整合層を薄膜層の上に形成
したが、代わりに、薄膜層を圧電体の背面にあらかじめ
形成しておき、これを基板層に接続するようにしてもよ
い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の超音波プロ
ーブは、超音波を送受信可能な圧電体の両面に整合層お
よびバッキング層をそれぞれ接続して層構造とし、この
層構造に所定の溝を形成してアレイ構造としたアレイ型
トランスデューサーを備えた超音波プローブにおいて、
前記バッキング層は、機械応力および熱応力に対する変
形量が所定の値以下の材料で基板層を形成し、この基板
層に所定の厚さを持つ薄膜層を接続したので、マッチン
グ層上面からバッキング層上面までの深さの精度を確保
して溝加工のスループットを改善するとともに溝加工を
行ってもアレイピッチに変化が生じないようにし、微小
ピッチでアレイを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の超音波プローブに備えたアレイ型ト
ランスデューサーの斜視図。

【図２】本実施例のアレイ型トランスデューサーの変形
例を示す斜視図。

【図３】本実施例のアレイ型トランスデューサーの別の
変形例を示す斜視図。

【図４】従来の超音波プローブに備えたアレイ型トラン
スデューサーの斜視図。

【符号の説明】

２ 圧電体 ３ 整合層（マッチング層） ５ 溝 １１ アレイ型トランスデューサー １２ バッキング層 １３ 基板層 １４ 薄膜層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受信可能な圧電体の両面に整
   合層およびバッキング層をそれぞれ接続して層構造と
   し、この層構造に所定の溝を形成してアレイ構造とした
   アレイ型トランスデューサーを備えた超音波プローブに
   おいて、前記バッキング層は、機械応力および熱応力に
   対する変形量が所定の値以下の材料で基板層を形成し、
   この基板層に所定の厚さを持つ薄膜層を接続したことを
   特徴とする超音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記基板層の材料を非金属無機材料ある
   いは金属材料で構成した請求項１記載の超音波プロー
   ブ。
3. 【請求項３】 前記薄膜層の厚さを超音波中心周波数の
   ２分の１波長あるいは４分の１波長とした請求項１記載
   の超音波プローブ。
4. 【請求項４】 前記溝を整合層、圧電体および薄膜層を
   越えて基板層まで形成した請求項１記載の超音波プロー
   ブ。
5. 【請求項５】 前記溝を整合層および圧電体を越えて薄
   膜層まで形成した請求項１記載の超音波プローブ。
6. 【請求項６】 前記溝を整合層を越えて圧電体まで形成
   した請求項１記載の超音波プローブ。