JPH0884397A

JPH0884397A - 超音波プローブ

Info

Publication number: JPH0884397A
Application number: JP21975494A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kobayashi; 剛史小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ダミーチャンネルを排除してコンパクト化を図
りながら、振動子群全域が一様な所要感度を呈するとと
もに、短冊状振動子の破損発生も解消され、常時、信頼
性の高い機能を果たす超音波プローブの提供。【構成】超音波放射面を一定方向に揃え、かつ互いに離
隔・配置された圧電体製の短冊状振動子3a群と、短冊状
振動子3a群の超音波放射面の反対面側に短冊状振動子3a
群を突設させ接合・一体化されたパッキング材４とを具
備して成る超音波プローブにおいて、パッキング材４の
短冊状振動子3a群突設面および短冊状振動子3a群の接合
面を含むコーナー部に面取り4a(4b)加工を施している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波プローブに係り、
さらに詳しくは、ほぼ一様な感度を呈し、コンパクト化
も容易に図り得る超音波プローブ（超音波探触子）に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超音波の利用形態の一つとして、たとえ
ば生体に対して超音波を送波し、その反射波（エコー）
を受信（受波）して、この反射波の時間的なズレ分布か
ら、生体内部の形状などを映像化する超音波診断装置が
知られている。そして、このような超音波診断装置に利
用される超音波プローブは、図５に斜視的に示すごと
く、短冊状の振動子１を複数個並べ、超音波放射面に対
し反対面に防振性のパッキング材２を接合・一体化し、
アレイ化した構造を採っている。つまり、診断対象領域
に一様な超音波の送波を可能にする一方、反射波を対応
した形態での受信を可能とするため、短冊状の振動子１
を一定間隔で離隔配置し、本体部をアレイ構造としてい
る。ここで、振動子１は、たとえばジルコン酸チタン酸
鉛（ PbZrO₃− PbTiO₃）系，チタン酸鉛（ PbTiO₃）
系，ニオブ酸鉛系などのセラミックス系圧電体を素材と
し、厚さ 0.1〜 2mm程度，幅 2〜30mm程度，長さ 2〜 1
00mm程度の短冊状を成し、かつ両主面にそれぞれ電極層
が形成されている。また、防振性のパッキング材２は、
前記振動子１群を互いに離隔して一体的に支持するとと
もに、各振動子１が送波した超音波の反射波を、的確に
受信（受波）し得るようにダンピングする役割を果たし
ており、一般的に、たとえばフェライトゴムや多孔質セ
ラミックスを素材として構成されている。

【０００３】しかしながら、前記構成の超音波プローブ
の場合、図６に示すごとく、中央部に対し、両端部側に
おける感度の低下が認められている。この理由は、アレ
イ化構造を採った短冊状の振動子１の配列においては、
中央部の振動子1aが対称的であるのに対し、両端部側の
振動子1bが非対称的てあることに起因している。前記両
端部側の感度が低いという事情に基づいて、この種のア
レイ化構造を採る超音波プローブにおいては、実用上、
両端部側の振動子1bをダミーチャンネルとして構成する
ことによって、前記感度低下の問題を回避している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記アレイ化構造を採
る超音波プローブで、両端部側振動子1bをダミーチャン
ネルとして構成することにより、感度問題は一応解決し
得る。しかし、ここで、ダミーチャンネルを構成してお
くことは、実質的には短冊状の振動子１のアレイ化構造
がそれだけ大形化することを意味する。つまり、高性
能，コンパクト化などの要望に反するばかりでなく、各
素材の使用量増加や加工工程の増加などによってコスト
アップを招来するし、特に、加工工程の増加は歩留まり
などにも影響する。

【０００５】さらに、前記構成の超音波プローブには、
次ぎのような問題も認められる。すなわち、製造・組み
立て工程、あるいは実用過程で、アレイ化構造されてい
る短冊状の振動子１の一部が破損を起こし易いという問
題である。図７は前記超音波プローブの作成工程で、短
冊状振動子１化の加工前に、短冊状振動子１構成部１′
の一部が破損した状態例を模式的に示したものである。
そして、この破損現象は、前記アレイ化構造において並
列された短冊状の振動子１とパッキング材２とを、たと
えば熱処理によって接合・一体化したときに、両者の熱
収縮差などに起因し、接合・一体化後に残留応力が発生
し、この残留応力によって、短冊状の振動子１の一部が
破損を起こすといえる。

【０００６】本発明は上記事情に対処してなされたもの
で、ダミーチャンネルを排除してコンパクト化を図りな
がら、振動子群全域が一様な所要感度を呈するととも
に、短冊状振動子の破損発生も解消され、常時、信頼性
の高い機能を果たす超音波プローブの提供を目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波プロ
ーブは、超音波放射面を一定方向に揃え、かつ互いに離
隔・配置された圧電体製の短冊状振動子群と、前記短冊
状振動子群の超音波放射面の反対面側に短冊状振動子群
を突設させ接合・一体化されたパッキング材とを具備し
て成る超音波プローブにおいて、前記パッキング材の短
冊状振動子群突設面および短冊状振動子群の接合面を含
むコーナー部に面取り加工を施しておくことを特徴とす
る。

【０００８】本発明において、前記パッキング材の少な
くとも短冊状振動子群の突設側に面取り加工が施されて
いるが、さらには、パッキング材の面取り加工面を曲率
半径Ｒとしたときは、前記面取り加工面の短冊状振動子
群に対する接合面長さを曲率半径Ｒの 1／20〜 1／2.5
と設定し、また、パッキング材の面取りを平面加工とし
たときには、前記面取り加工面が短冊状振動子群に対し
て角度10〜60度で斜交していることが望ましい。

【０００９】本発明は、上記構成の超音波プローブにお
いて、パッキング材の面取り加工が、感度向上や耐破損
性の改善などに有効であることに着目してなされたもの
である。すなわち、アレイ化構造を構成するために、並
列的に配置された振動子のうち、両端部側の振動子に接
合・一体化しているパッキング材の短冊状振動子群突設
側コーナー部の一部を面取り加工して、相当する両端部
側振動子の一部を露出させると、両端部側振動子の感度
低下が防止されること、さらには、パッキング材の接合
・一体化に伴う残留応力の発生も低減されて、振動子の
破損なども効果的に回避し得ることを実験的に確認し、
本発明に至ったものである。

【００１０】上記パッキング材の面取り加工において、
面取り加工面の曲率半径Ｒに対して、短冊状振動子群の
接合面長さが曲率半径Ｒの 1／20未満では、並列的に配
置された短冊状振動子群両端部の感度向上が不十分な傾
向が認められ、また振動子破損防止のうえでも十分とい
えない。一方、短冊状振動子群の接合面長さが曲率半径
Ｒの 1／2.5 を超えると、面取り加工の領域が大きくな
るうえ、中央部の振動子の感度上昇が起こって、反って
感度のばらつきを発生し易い傾向があるので、前記範囲
に選択・設定することが好ましい。また、パッキング材
の面取りが平面加工としたときは、前記面取り加工面が
短冊状振動子群に対して角度10〜60度の範囲外で斜交し
ていると、パッキング材の接合面が両端部側振動子の残
留応力によってクラックを発生し易い方向に接近し、振
動子の破損防止を十分に図れないことも起こるからであ
る。

【００１１】

【作用】短冊状の振動子を複数並列させ、アレイ化構成
を採った超音波プローブにおいて、前記振動子群を一体
的に接合・保持するパッキング材の少なくとも振動子群
突設側の一部が面取り加工されている。そして、前記面
取り加工部に対応する振動子群の両端部側では、振動子
とパッキング材との接合面積が中央部に比べて低減化
し、この低減化に伴って感度も維持される。つまり、パ
ッキング材に対する振動子群の接合面積が、中央部と同
じであった場合に比較して、前記面取り加工で接合面積
が低減したことにより、感度の低下が抑制され、結果的
には中央部に対して遜色のない感度を呈する。したがっ
て、ダミーチャンネルも不要となり、超音波プローブの
コンパクト化および低コスト化なども可能となる。

【００１２】また、前記パッキング材が面取りされ、振
動子群の両端部側では接合面が緩やかな角度を採ってい
るため、振動子とパッキング材との熱収縮差に起因して
発生する残留応力が、振動子の破損し易い方向に働かな
くなる。結果的に、特にセラミック圧電体を用いた高硬
度を有する振動子で生じ易い振動子の破損現象が解消さ
れる。

【００１３】

【実施例】以下図１〜図４を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１４】実施例１長さ64mm，幅20mm，厚さ 0.4mmのチタン酸鉛（ PbTi
O₃）系の圧電体の両主面に、それぞれ銀電極層を焼き
付け形成して成る素振動子３と、長さ64mm，幅18mm，厚
さ10mmのチタン酸鉛アルミから成り、かつ四隅のうち二
隅をほぼ45度の平面面取り4a加工したパッキング材４と
を用意した。

【００１５】次いで、前記パッキング材４面に、Ag−Cu
系ロウ材層を介して素振動子３の厚さ面を対接させ、 8
00℃，15分間熱処理を施して、素振動子３とパッキング
材４とが接合・一体化して成る超音波プローブ素体を作
成した。なお、この超音波プローブ作成においては、パ
ッキング材４の面取り加工してない辺を、素振動子３の
長さ方向の端面と一致させた。つまり、パッキング材４
の面取り加工平面4aが、素振動子３に対して45度の角度
で斜交する形態を採った。

【００１６】次に、前記超音波プローブ素体の素振動子
３について、電界冷却により分極処理を行った。すなわ
ち、超音波プローブ素体の素振動子３をシリコーンオイ
ル中に浸し、 170℃に昇温した後、5 kV／mmの電界を15
分間印加し、電界印加のまま40℃まで冷却した。その
後、前記分極処理した素振動子３を、ダイサにより厚さ
50μm のブレードで、長さ方向に 1mmのピッチで短冊状
振動子3aに切の離し、アレイ化してから、各短冊状の振
動子3aにリード線（図示省略）を接続して、図１に斜視
的に示すような構成を採った超音波プローブを得た。

【００１７】前記超音波プローブについて、パルスエコ
ー法によって反射エコーを測定したところ、全ての短冊
状振動子3aから約 5 MHzの中心周波数で、図２に示すご
とく、反射エコーレベルは、相対感度14.5〜16dBであ
り、そのばらつき程度も10％以下であった。また、前記
短冊状振動子3aは、パッキング材４とのろう付けから、
アレイ加工、分極処理およびパルスエコー測定の過程
で、何等の破損・損傷も認められなかった。

【００１８】実施例２長さ32mm，幅10mm，厚さ 0.4mmのチタン酸鉛（ PbTi
O₃）系の圧電体の両主面に、それぞれ銀電極層を焼き
付け形成して成る素振動子３と、長さ32mm，幅 8mm，厚
さ10mmのチタン酸鉛アルミから成り、かつ四隅のうち二
隅を曲率半径 3mmの曲面4bを成すように面取り加工した
パッキング材とを用意した。

【００１９】次いで、前記実施例１の場合と同様の条件
で、素振動子３とパッキング材４とが接合・一体化し
て、分極処理、 0.5mmのピッチでアレイ化してから、各
短冊状の振動子3aにリード線（図示省略）を接続して、
図３に斜視的に示すような構成を採った超音波プローブ
を得た。

【００２０】前記超音波プローブについて、パルスエコ
ー法によって反射エコーを測定したところ、全ての短冊
状振動子3aから約 5 MHzの中心周波数で、図４に示すご
とく、反射エコーレベルは相対感度11.8〜13dBであり、
そのばらつき程度も10％以下であった。また、前記短冊
状振動子3aは、防振性パッキング材４とのろう付けか
ら、アレイ加工、分極処理およびパルスエコー測定の過
程で、何等の破損・損傷も認められなかった。

【００２１】比較例長さ64mm，幅20mm，厚さ 0.4mmのチタン酸鉛（ PbTi
O₃）系の圧電体の両主面に、それぞれ銀電極層を焼き
付け形成して成る素振動子と、長さ64mm，幅18mm，厚さ
10mmのチタン酸鉛アルミから成るパッキング材とを用意
した。

【００２２】次いで、前記パッキング材面に、Ag−Cu系
ロウ材層を介して素振動子の厚さ面を対接させ、 800
℃，15分間熱処理を施して、素振動子とパッキング材と
が接合・一体化して成る超音波プローブ素体を作成し
た。なお、この超音波プローブ作成においては、パッキ
ング材の長辺を、素振動子の長辺と一致させたので、パ
ッキング材の端面が、素振動子に対して90度の角度で直
交する形態を採った。

【００２３】次いで、前記実施例１の場合と同様の条件
で、分極処理、 1mmのピッチでアレイ化してから、各短
冊状の振動子にリード線（図示省略）を接続して、前記
図５に斜視的に示すような構成を採った超音波プローブ
を得た。

【００２４】前記超音波プローブについて、パルスエコ
ー法によって反射エコーを測定したところ、全ての短冊
状振動子から約 5 MHzの中心周波数で、前記図６に示す
ごとく、反射エコーレベルが相対感度 9〜16dBであり、
そのばらつき程度は40％にも及んだ。また、前記短冊状
振動子は、パッキング材とのろう付けから、アレイ加
工、分極処理およびパルスエコー測定の過程で、破損・
損傷も認められ、パルスエコーを測定し得ないものもあ
った。

【００２５】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの
変形を採り得る。たとえば、圧電体はチタン酸鉛（ PbT
iO₃）系以外の他のセラミック系圧電体、たとえばジル
コン酸チタン酸鉛（ ZrTiO₃− PbTiO₃），ニオブ酸鉛
などでもよい。なお、チタン酸鉛系やニオブ酸鉛系の場
合は、たとえば 250℃程度の高温でも超音波プローブと
して機能し、また、ジルコン酸チタン酸鉛系の場合は、
たとえば 190℃程度以下の温度で超音波プローブとし良
好な性能を呈する。さらに、パッキング材もチタン酸ア
ルミ系以外の他のセラミック系を用いた構成を採ること
もできるし、フェライトゴムを用いることも可能であ
る。また、その面取り加工も二隅に限定されず、一隅，
三隅もしくは四隅部であってもよい。

【００２６】

【発明の効果】上記説明から分かるように、本発明によ
れば、アレイ化構造を採る短冊状振動子の一部を、パッ
キング材から一部突設させた構成の超音波プローブにお
いて、パッキング材の一部を面取り加工しておくことを
骨子としている。そして、前記アレイ化された両端部側
の短冊状振動子の感度低下が防止され、短冊状振動子群
全域に亘ってほぼ一様な（ばらつきの少ない）感度を保
持・発揮する。つまり、全チャンネルで均一な感度を有
するため、ダミーチャンネルの設置など不要となり、少
なくともその分のコンパクト化やコストダウンなど図る
ことが可能となる。また、前記パッキング材の一部面取
りは、両者の熱収縮率の相違に伴う残留応力を緩和し、
アレイ化前の素振動子やアレイ化後の短冊状振動子の破
損などの防止も図られ、歩留まりや信頼性の向上にも寄
与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波プローブの構成例の要部を
示す斜視図。

【図２】図１に図示した超音波プローブの相対感度図。

【図３】本発明に係る超音波プローブの他の構成例の要
部を示す斜視図。

【図４】図３に図示した超音波プローブの相対感度図。

【図５】従来の超音波プローブの構成の要部を示す斜視
図。

【図６】図５に図示した超音波プローブの相対感度図。

【図７】従来の超音波プローブにおける振動子群の破損
例を模式的に示す斜視図。

【符号の説明】

１，3a……短冊状振動子 1a……中央部振動子
1b……両端部側振動子２，４……防振性パッキ
ング材３……素振動子 4a……平面面取り
4b……曲面面取り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波放射面を一定方向に揃え、かつ互
いに離隔・配置された圧電体製の短冊状振動子群と、前記短冊状振動子群の一端側を突設させ、超音波放射面
の反対面側に接合・一体化されたパッキング材とを具備
して成る超音波プローブにおいて、前記パッキング材の短冊状振動子群突設面および短冊状
振動子群の接合面を含むコーナー部が面取り加工されて
いることを特徴とする超音波プローブ。