JPH07322393A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH07322393A JPH07322393A JP13655194A JP13655194A JPH07322393A JP H07322393 A JPH07322393 A JP H07322393A JP 13655194 A JP13655194 A JP 13655194A JP 13655194 A JP13655194 A JP 13655194A JP H07322393 A JPH07322393 A JP H07322393A
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- JP
- Japan
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】超音波の送受波特性を良好にし、機械的強度が
大きな、高周波化及び高帯域化に適した超音波探触子を
提供をする。 【構成】圧電素子に音響整合層を設けた超音波探触子に
おいて、前記音響整合層を金属から形成し、該金属表面
を全体的に凹凸を有する粗面とすることを基本構成と
し、前記金属はその溶融点温度が前記圧電素子のキュー
リ点温度以下とする、また、また、前記金属の前面には
樹脂からなる保護膜を形成した構成とする。
大きな、高周波化及び高帯域化に適した超音波探触子を
提供をする。 【構成】圧電素子に音響整合層を設けた超音波探触子に
おいて、前記音響整合層を金属から形成し、該金属表面
を全体的に凹凸を有する粗面とすることを基本構成と
し、前記金属はその溶融点温度が前記圧電素子のキュー
リ点温度以下とする、また、また、前記金属の前面には
樹脂からなる保護膜を形成した構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波探触子を利用分野
とし、特に高周波化に適して広帯域を得られる超音波探
触子に関する。
とし、特に高周波化に適して広帯域を得られる超音波探
触子に関する。
【０００２】
【発明の背景】超音波探触子は、医用等の超音波診断装
置に超音波の送受波部として有用されている。このよう
なものの中には、圧電素子１個のもの（シングル型とす
る）や、例えば圧電素子を矩形状としてその幅方向に並
べ、電子的にセクタあるいはリニア駆動される配列型の
ものがある。そして、いずれのものでも、近年では、超
音波の放射方向に対する距離分解能を高めて、しかも情
報量を増大し、診断精度を向上する超音波の高周波化
（例えば３０ＭＨｚ以上）が望まれている。
置に超音波の送受波部として有用されている。このよう
なものの中には、圧電素子１個のもの（シングル型とす
る）や、例えば圧電素子を矩形状としてその幅方向に並
べ、電子的にセクタあるいはリニア駆動される配列型の
ものがある。そして、いずれのものでも、近年では、超
音波の放射方向に対する距離分解能を高めて、しかも情
報量を増大し、診断精度を向上する超音波の高周波化
（例えば３０ＭＨｚ以上）が望まれている。
【０００３】
【従来技術】第５図は従来例を説明するシングル型の超
音波探触子の断面図である。超音波探触子は、ジルコン
酸チタン酸鉛（通称ＰＺＴ）やチタン酸鉛等の圧電素子
１を超音波Ｕの発生源として構成される。圧電素子１は
両主面に図示しない電極を有し、超音波Ｕの送受波面と
なる前面に音響整合層２を設けてなる。音響整合層２は
例えばエポキシ樹脂からなり、音響整合層中における超
音波の波長のλ／４とする。そして、そのインピーダン
スＺ1は、最も効果的に超音波の送受波ができる規定値
に設定される。例えば圧電素子１の音響インピーダンス
Ｚ0が３４．０×１０6Ｋｇ／ｍ2・ｓで、音響媒質
（水、生体等）３のそれＺMが１．５×１０6Ｋｇ／ｍ2
・ｓのときは、理論上、Ｚ1は４．２５×１０6Ｋｇ／ｍ
2・ｓが最適インピーダンスＺSとなる。なお、第６図の
送受波特性に示したように、音響インピーダンスが規定
値より小さくなると、帯域幅は狭くなり、大きくなると
双峰性となる。
音波探触子の断面図である。超音波探触子は、ジルコン
酸チタン酸鉛（通称ＰＺＴ）やチタン酸鉛等の圧電素子
１を超音波Ｕの発生源として構成される。圧電素子１は
両主面に図示しない電極を有し、超音波Ｕの送受波面と
なる前面に音響整合層２を設けてなる。音響整合層２は
例えばエポキシ樹脂からなり、音響整合層中における超
音波の波長のλ／４とする。そして、そのインピーダン
スＺ1は、最も効果的に超音波の送受波ができる規定値
に設定される。例えば圧電素子１の音響インピーダンス
Ｚ0が３４．０×１０6Ｋｇ／ｍ2・ｓで、音響媒質
（水、生体等）３のそれＺMが１．５×１０6Ｋｇ／ｍ2
・ｓのときは、理論上、Ｚ1は４．２５×１０6Ｋｇ／ｍ
2・ｓが最適インピーダンスＺSとなる。なお、第６図の
送受波特性に示したように、音響インピーダンスが規定
値より小さくなると、帯域幅は狭くなり、大きくなると
双峰性となる。
【０００４】通常では、円板状に加工された圧電素子１
をバッキング材４上に固着して音響整合層３を形成し、
図示しない円筒状容器内に収納する。あるいは、圧電素
子１に音響整合層２を形成して、円筒状容器の開口面に
仮固定した後、後端面側からバッキング材４としての樹
脂を流入して硬化させる。このようなものでは、例えば
超音波周波数を３０ＭＨｚとすると、圧電素子１の厚み
は約７５μｍ、音響整合層は約２０μｍとなる。
をバッキング材４上に固着して音響整合層３を形成し、
図示しない円筒状容器内に収納する。あるいは、圧電素
子１に音響整合層２を形成して、円筒状容器の開口面に
仮固定した後、後端面側からバッキング材４としての樹
脂を流入して硬化させる。このようなものでは、例えば
超音波周波数を３０ＭＨｚとすると、圧電素子１の厚み
は約７５μｍ、音響整合層は約２０μｍとなる。
【０００５】
【従来技術の問題点】しかしながら、上記構成の超音波
探触子では、音響整合層２のインピーダンスＺ1を正確
に最適インピーダンスＺSに一致させることは、物理上
困難である。このため、現実には、前述したように帯域
幅が狭くなったり、双峰性となってリップルを生ずるこ
とがあった。
探触子では、音響整合層２のインピーダンスＺ1を正確
に最適インピーダンスＺSに一致させることは、物理上
困難である。このため、現実には、前述したように帯域
幅が狭くなったり、双峰性となってリップルを生ずるこ
とがあった。
【０００６】また、仮に最適インピーダンスＺSが得ら
れたとしても、超音波周波数が高くなるほど、圧電素子
１及び音響整合層２の厚みは、前述のようにきわめて小
さくなる。このため、探触子の前面を生体に押し付けて
擦りながら診断する際、音響整合層２の摩耗や圧電素子
１の破損を招く等の問題があった。
れたとしても、超音波周波数が高くなるほど、圧電素子
１及び音響整合層２の厚みは、前述のようにきわめて小
さくなる。このため、探触子の前面を生体に押し付けて
擦りながら診断する際、音響整合層２の摩耗や圧電素子
１の破損を招く等の問題があった。
【０００７】
【発明の目的】本発明は、上記事情に鑑み、超音波の送
受波特性を良好にし、機械的強度が大きな、高周波化及
び高帯域化に適した超音波探触子の提供を目的とする。
受波特性を良好にし、機械的強度が大きな、高周波化及
び高帯域化に適した超音波探触子の提供を目的とする。
【０００８】
【着目点】本発明は、樹脂系の音響整合層に代えて金属
にすれば、これ自身の摩耗及び圧電素子の強度を補強し
得る点、及び音響整合層のインピーダンスＺ1を最適イ
ンピーダンスＺSより大きくすれば、送受波特性が双峰
特性となるものの中心周波数に対する帯域は広がる点
（参照：特公平３−８１３５９号）に着目した。
にすれば、これ自身の摩耗及び圧電素子の強度を補強し
得る点、及び音響整合層のインピーダンスＺ1を最適イ
ンピーダンスＺSより大きくすれば、送受波特性が双峰
特性となるものの中心周波数に対する帯域は広がる点
（参照：特公平３−８１３５９号）に着目した。
【０００９】
【解決手段】本発明は、音響整合層を金属として、しか
も該金属表面を全体的に凹凸を有する粗面としたことを
基本的な解決手段とする。以下、本発明の一実施例を作
用とともに説明する。
も該金属表面を全体的に凹凸を有する粗面としたことを
基本的な解決手段とする。以下、本発明の一実施例を作
用とともに説明する。
【００１０】
【実施例】第１図は本発明の一実施例を説明する超音波
探触子の図である。なお、前従来例図と同一部分には同
番号を付与してその説明は簡略する。超音波探触子は、
前述同様に、圧電素子１の前面に音響整合層５を形成し
てなる。この実施例では、音響整合層５は半田（Ｐ
bＳn）からなる金属とする。具体的には、クリーム半田
を圧電素子１上に塗布し、溶融して固化させる。但し、
その厚みは、概ねλ／４に設定される。そして、半田の
表面を全体的に荒して凹凸を有する粗面に形成する。そ
の後、円筒状とした金属容器６の開口面に、半田側を前
面にして接着剤７により仮固着する。そして、金属容器
６の後端面側からバッキング材４としての樹脂を流入し
て硬化させる。さらに、半田と金属容器６を導電性接着
剤８により接続し、半田及び金属容器６の表面に樹脂か
らなり、生体との絶縁を図る保護膜９を形成する。な
お、図中の符号１０（ａｂ）はリード線で、一方（９
ａ）は圧電素子１の後面側電極（未図示）に、他方（９
ｂ）は金属容器６の内周に接続して、外部に導出する。
また、超音波周波数は３０ＭＨｚとした（半田の厚みは
λ／４として約３８μｍになる）。
探触子の図である。なお、前従来例図と同一部分には同
番号を付与してその説明は簡略する。超音波探触子は、
前述同様に、圧電素子１の前面に音響整合層５を形成し
てなる。この実施例では、音響整合層５は半田（Ｐ
bＳn）からなる金属とする。具体的には、クリーム半田
を圧電素子１上に塗布し、溶融して固化させる。但し、
その厚みは、概ねλ／４に設定される。そして、半田の
表面を全体的に荒して凹凸を有する粗面に形成する。そ
の後、円筒状とした金属容器６の開口面に、半田側を前
面にして接着剤７により仮固着する。そして、金属容器
６の後端面側からバッキング材４としての樹脂を流入し
て硬化させる。さらに、半田と金属容器６を導電性接着
剤８により接続し、半田及び金属容器６の表面に樹脂か
らなり、生体との絶縁を図る保護膜９を形成する。な
お、図中の符号１０（ａｂ）はリード線で、一方（９
ａ）は圧電素子１の後面側電極（未図示）に、他方（９
ｂ）は金属容器６の内周に接続して、外部に導出する。
また、超音波周波数は３０ＭＨｚとした（半田の厚みは
λ／４として約３８μｍになる）。
【００１１】第２図（ａｂ）は、本実施例による超音波
探触子の作用を説明する送受波特性図で、横軸は周波数
ｆ（ＭＨｚ）、縦軸は送信電圧に対する受信電圧の比
（ｄＢ）で、それぞれ最大値を０ｄＢとしている。但
し、第２図（ａ）は半田が平坦面の場合、同図（ｂ）は
半田表面を粗面とした場合の図である。これらの図から
明らかなように、半田が平坦面の場合には「第２図
（ａ）」、前述したように双峰特性となる。すなわち、
半田の音響インピーダンスＺ1が２４×１０6Ｋｇ／ｍ2
・ｓで、前述した最適インピーダンス（４．２５×１０
6Ｋｇ／ｍ2・ｓ）よりも大きいことから、中心周波数ｆ
0から６ｄｂ減衰域での帯域幅ｆw1が広い双峰特性にな
る。
探触子の作用を説明する送受波特性図で、横軸は周波数
ｆ（ＭＨｚ）、縦軸は送信電圧に対する受信電圧の比
（ｄＢ）で、それぞれ最大値を０ｄＢとしている。但
し、第２図（ａ）は半田が平坦面の場合、同図（ｂ）は
半田表面を粗面とした場合の図である。これらの図から
明らかなように、半田が平坦面の場合には「第２図
（ａ）」、前述したように双峰特性となる。すなわち、
半田の音響インピーダンスＺ1が２４×１０6Ｋｇ／ｍ2
・ｓで、前述した最適インピーダンス（４．２５×１０
6Ｋｇ／ｍ2・ｓ）よりも大きいことから、中心周波数ｆ
0から６ｄｂ減衰域での帯域幅ｆw1が広い双峰特性にな
る。
【００１２】これに対し、半田表面を荒して粗面とした
場合には「第２図（ｂ）」、双峰特性の山谷が消失し、
最適インピーダンスＺsのときよりも、広い帯域幅ｆw2
を維持した単峰特性となる。この例では、厚みｔ（λ／
４）に対して面粗さを約±λ／８としたとき、２３ＭＨ
ｚ帯域幅ｆw2が得られた。なお、シミュレーションの結
果では、帯域幅ｆw2は、面粗さに応じて大きくなること
が確認された。
場合には「第２図（ｂ）」、双峰特性の山谷が消失し、
最適インピーダンスＺsのときよりも、広い帯域幅ｆw2
を維持した単峰特性となる。この例では、厚みｔ（λ／
４）に対して面粗さを約±λ／８としたとき、２３ＭＨ
ｚ帯域幅ｆw2が得られた。なお、シミュレーションの結
果では、帯域幅ｆw2は、面粗さに応じて大きくなること
が確認された。
【００１３】 本実施例での結果を概
略的に考察すると、次のようになる。すなわち、半田が
平坦面の場合には、その音響インピーダンスＺ1が最適
インピーダンスＺsよりも大きく、次式（１）の反射係
数が負となる。したがって、λ／４に相当する超音波は
全反射して谷を作り、前述したように双峰特性となる。 γ＝（Ｚ０−Ｚ１）／（Ｚ０＋Ｚ１）・・・・・（１） これに対し、本実施例では、第３図の拡大断面図に示し
たように、音響整合層２（半田）の厚みは、全体的に各
部分で、面粗さΔｔの範囲で変化する。すなわち、これ
らの厚みλ／４±Δｔ／２に相当する超音波周波数も変
化する。したがって、これらの範囲内にある超音波も全
反射する。このようなことから、単峰特性の先端部Ａを
除去した特性となり（第４図）、帯域幅ｆwが広くなる
と推測される。
略的に考察すると、次のようになる。すなわち、半田が
平坦面の場合には、その音響インピーダンスＺ1が最適
インピーダンスＺsよりも大きく、次式（１）の反射係
数が負となる。したがって、λ／４に相当する超音波は
全反射して谷を作り、前述したように双峰特性となる。 γ＝（Ｚ０−Ｚ１）／（Ｚ０＋Ｚ１）・・・・・（１） これに対し、本実施例では、第３図の拡大断面図に示し
たように、音響整合層２（半田）の厚みは、全体的に各
部分で、面粗さΔｔの範囲で変化する。すなわち、これ
らの厚みλ／４±Δｔ／２に相当する超音波周波数も変
化する。したがって、これらの範囲内にある超音波も全
反射する。このようなことから、単峰特性の先端部Ａを
除去した特性となり（第４図）、帯域幅ｆwが広くなる
と推測される。
【００１４】このように本実施例では、音響整合層２の
音響インピーダンスＺ1が、最適インピーダンスＺsより
も大きな半田として、その表面を面荒しすることによ
り、帯域幅を従来よりも広くした単峰特性を得ることを
見いだした。したがって、このようなものでは、帯域の
広い良好な送受波特性を得た上で、音響整合層２を半田
としたことにより、これ自身の摩耗や、圧電素子１の強
度を補って機械的強度を高め、その破損を防止する。
音響インピーダンスＺ1が、最適インピーダンスＺsより
も大きな半田として、その表面を面荒しすることによ
り、帯域幅を従来よりも広くした単峰特性を得ることを
見いだした。したがって、このようなものでは、帯域の
広い良好な送受波特性を得た上で、音響整合層２を半田
としたことにより、これ自身の摩耗や、圧電素子１の強
度を補って機械的強度を高め、その破損を防止する。
【００１５】
【他の事項】上記実施例では、音響整合層２を半田とし
てその溶融による接合としたが、例えばＡｌの熱圧着で
も、これら金属の接着剤による貼着でもよく、基本的に
は最適インピーダンスよりも大きな値の金属であれはよ
く、その形成方法にも制限はない。但し、金属の溶融等
による場合は、圧電素子の圧電作用が損なわれるキュー
リー点温度以下の金属にすることが望ましい。また、音
響整合層５の厚みはλ／４としたが、概ね整数（ｎ）倍
であれはよい。また、面粗さは±λ／８としたとき、２
３ＭＨｚの帯域幅ｆw2を得られるとしたが、逆に言え
ば、面粗さは帯域幅や音響整合層のインピーダンス等に
関係し、必ずしもこの面粗さに限定されるものではな
く、必要に応じて決定される。また、一例としてその電
極導出や保持構造までを示したが、本発明の趣旨から明
かなように、その構造等には限定されることもなく、自
在に構成できる。また、超音波探触子はシングル型とし
たが、リニアあるいはセクタ駆動される配列型やその他
の場合であっても同様に適用できることはいうまでもな
い。要するに、本発明では、音響整合層５を最適インピ
ーダンスより大きな金属として、その表面を粗面にする
ことにより、単峰特性を得ることができる点に眼目があ
り、このようなものは基本的に本発明の技術的範囲に属
する。但し、完全な単峰特性である必要はなく、実用実
用上差し支えない程度の６ｄＢ以内の谷があってもよい
ことは勿論で、これを排除するものではない。
てその溶融による接合としたが、例えばＡｌの熱圧着で
も、これら金属の接着剤による貼着でもよく、基本的に
は最適インピーダンスよりも大きな値の金属であれはよ
く、その形成方法にも制限はない。但し、金属の溶融等
による場合は、圧電素子の圧電作用が損なわれるキュー
リー点温度以下の金属にすることが望ましい。また、音
響整合層５の厚みはλ／４としたが、概ね整数（ｎ）倍
であれはよい。また、面粗さは±λ／８としたとき、２
３ＭＨｚの帯域幅ｆw2を得られるとしたが、逆に言え
ば、面粗さは帯域幅や音響整合層のインピーダンス等に
関係し、必ずしもこの面粗さに限定されるものではな
く、必要に応じて決定される。また、一例としてその電
極導出や保持構造までを示したが、本発明の趣旨から明
かなように、その構造等には限定されることもなく、自
在に構成できる。また、超音波探触子はシングル型とし
たが、リニアあるいはセクタ駆動される配列型やその他
の場合であっても同様に適用できることはいうまでもな
い。要するに、本発明では、音響整合層５を最適インピ
ーダンスより大きな金属として、その表面を粗面にする
ことにより、単峰特性を得ることができる点に眼目があ
り、このようなものは基本的に本発明の技術的範囲に属
する。但し、完全な単峰特性である必要はなく、実用実
用上差し支えない程度の６ｄＢ以内の谷があってもよい
ことは勿論で、これを排除するものではない。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、音響整合層を金属として、し
かも該金属表面を全体的に凹凸を有する粗面としたの
で、超音波の送受波特性を良好にし、機械的強度が大き
な、高周波化及び高帯域化に適した超音波探触子の提供
できる。
かも該金属表面を全体的に凹凸を有する粗面としたの
で、超音波の送受波特性を良好にし、機械的強度が大き
な、高周波化及び高帯域化に適した超音波探触子の提供
できる。
【第１図】本発明の一実施例を説明する超音波探触子の
断面図である。
断面図である。
【第２図】本発明の一実施例の作用を説明する送受波特
性図で、同図（ａ）は従来の場合、同図（ｂ）は本実施
例の場合である。
性図で、同図（ａ）は従来の場合、同図（ｂ）は本実施
例の場合である。
【第３図】本発明の一実施例の作用を説明する図で、音
響整合層の一部拡大断面図である。
響整合層の一部拡大断面図である。
【第４図】本発明の一実施例の作用を説明する送受波特
性図である。
性図である。
【第５図】従来例を説明する超音波探触子の断面図であ
る。
る。
【第６図】従来例を説明する送受波特性図である。
１ 圧電素子、２、５ 音響整合層、３ 音響媒質、４
バッキング材、６金属容器、７ 接着剤、８ 導電性
接着剤、９ 保護膜、１０ リード線．
バッキング材、６金属容器、７ 接着剤、８ 導電性
接着剤、９ 保護膜、１０ リード線．
Claims (3)
- 【請求項１】圧電素子に音響整合層を設けた超音波探触
子において、前記音響整合層を金属から形成し、該金属
表面を全体的に凹凸を有する粗面としたことを特徴とす
る超音波探触子。 - 【請求項２】前記金属はその溶融点温度が前記圧電素子
のキューリ点温度以下である第１項記載の超音波探触
子。 - 【請求項３】前記金属の前面には樹脂からなる保護膜を
形成した第１項記載の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13655194A JP3327497B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13655194A JP3327497B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07322393A true JPH07322393A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3327497B2 JP3327497B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=15177870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13655194A Expired - Fee Related JP3327497B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327497B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000006309A3 (en) * | 1998-07-31 | 2000-05-04 | Boston Scient Ltd | Off-aperture electrical connection for ultrasonic transducer |
| US6406433B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-06-18 | Scimed Life Systems, Inc. | Off-aperture electrical connect transducer and methods of making |
| KR20030080883A (ko) * | 2002-04-11 | 2003-10-17 | 주식회사 이지메딕스 | 음향 정합층 필름을 이용한 초음파 탐촉자 적층 방법 |
| JP2009528784A (ja) * | 2006-03-02 | 2009-08-06 | ビジュアルソニックス インコーポレイテッド | 超音波整合層および振動子 |
| WO2012011243A1 (en) | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Acoustic wave detector and acoustic wave measurement apparatus |
| US9211106B2 (en) | 2010-04-29 | 2015-12-15 | Neorad As | Coupling an ultrasound probe to the skin |
-
1994
- 1994-05-26 JP JP13655194A patent/JP3327497B2/ja not_active Expired - Fee Related
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