JPS5934246A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電子走査型の超音波探触子に用いられる超音
波探触子に関するものである。

周知のように亀子走査型＠隊波診断装置４は主として腹
部診断に用いられるリニア走査方式のものと、心臓近辺
の診断に用いられるセクタ走査方式のものがあるがこ１
１．らに用いられる超印波探触子はその構造１寸法を異
にしている。このうちセクタ方式用の超音波探触子は構
造寸法に厳しい制約が課せられている。これは電子セク
タ方式では肋骨などに邪魔され易い位置にある内臓や組
織を肋骨のすき間から扇状に超音波ビームを送受して所
望の情報を得るようにしているからである。このためこ
のような方式をご用いられる超音波探触子は性能を損イ
つないかぎり開口の小さなものが望まれている。しかし
て１体外表面から検出するものの仕様の一例として がある。ここで、圧ｔｉ子のＪＶみは周波数で決まりま
た素子間ピッチはグレーティングローブを抑える条件、
ｒなわち下式を満足する値に設定されただし　Ｓは素子
間ピッチ λは波倹媒崎中での超音波の波長 θ０は走葭角 更に、溝が必要なのは素子間のクロストークを抑えるた
めでエアギャップにするのｌバもっとも効率が艮い。こ
の場合溝幅は極力小さくしたいが、切断手段の刃厚の限
界で制限される。

このような仕うＰのものζこ、よればある程度の超音波
画家を得られる。しかし体外表面からの検出ださ肋骨ζ
こ邪魔されて走査角を充分広げるのが難しく、シかも組
織での減衰が大きいため高い周波数の診断装置には用い
られなかった。

そこで従来内１硯の先端にメカニカルセクタスキャナを
吹り付け１食道から心臓などの体内組織を肋骨に邪魔さ
れることなく観測できる所浦超音波内視道が開発されて
いる。

このものによれば傑融ｆは単素子型でよいので周波数を
高くず、ることがＣき、しかも走査角も広くできる。と
ころりＳ、これによっても（１）　　高速スキャンがで
きない。（２）　　［ＪＬ（Ｊ、　　トー７’ラーの同
時検出ができない。（３）　　フォーカス、［背向性を
電気的に変えることができない。（４）機械的耐久性に
問題があり＋＋１ｉｉｆ叢が不安定である。などの欠点
があった。

また、これを補う方法として内視鏡の先端にアレイ型探
触子を取り付は上述した欠点を除去するものも考えられ
ている。このものでは超音波探触子・ノ（食道を通るの
で内視鏡の直径より小さいもので層６．ｉヶら。い。・
ζより、Ａよ７．よ、にヵ１゜−７あるので、ハウジン
グ、リード線束、絶縁被覆部などを除くき有効に１吏え
る開口（アパーチャー）は８〜９　ｍｍと小さくなる。

また、メカニカルセクター超音波ビームは５〜ＩＯＭＩ
（ｚという高い周波数で用いられているのでそれ相当の
分解能を１停ようとすると、メカニカル式の不安定さを
考慮しても４〜５　ＭＨｚは必要である。さらに走査面
も肋骨に邪魔されることが少ないので出来るだけ広角に
することが望ましい。このような考え方を考慮に入れて
超音波探触子の仕様の一例を示すと となる。ここで素子の厚みは周波数で決まり、また素子
間ピッチは周波数と走査面より（１）式より計算して得
られる。さらに音響整合１−は１素子の超音波送受面積
が０．１２５ｍ＋ｎｘ８．５ｍｍと係めて小さいので感
度を上げろ必要があるときは２０１４Ｍ造が用いられる
。さらにまたｒ＋Ｉ　ｉＶ？（はダイヤモンドカッタの
刃厚の限界で制限される。

した゛がって、このような仕様のものは加工時にかなり
の涜密切断が要求される。ところが、上述の仕様の探触
子の１素子は１１ｉＡが０．１２５ｍｍ、奥行き８．５
ｍｍ　、高さが圧礁木、音＃整合層（２ｉ崎）の両者で
１　ｍｍ　８度でありこのような薄い板を４８枚。

０．１７５ｍｍのピッチで立てるようなｆ’ｆｌ　造に
なるので。

これらの薄板が強固に支持部材に固定されていないと切
断時に均一に１７５＋ｎｍピッチが保たれなくなリ、切
断後も等ピッチに保たれる保障もなくなる。

第１　ＩＮは従来のとの種超音波探触子の一例を示すも
ので１は多数の圧電素子１ａに分割される圧電。

振動子、２はダンピング層、３は第１音響整合層。

４はｌＪｚ音−＃整合層、５はレンズ、　６ａβｂはフ
レキシブルリード、７は接地端子、８は’ｔｌ極パター
ンである。また第２図は第１図の符号９部分の拡大図−
、Ｃ１０は溝部、　　ｌｌａ、ｌｌｂはｔｔ−極である
。この場合、ＦＥ電水素子１８ダンピング層２の間には
フレキシブルリード５ａ　６ｂが介挿されるが、これら
リード６ａ、６１〕のベースにはポリイミド樹脂が用い
られ、これにより抵抗の小さいダンピング層２と各圧に
１子１ａの間の絶縁を保つようにし−Ｃいる。

ところが、上述したように薄板（素子１ａ）が極めて薄
くなると、かかる薄板を弾力性のあるポリイミド樹脂で
固定するようになるので切断中薄板がぐらつき良好な切
断が妨げられるばかりでなく、切断後も機械的強度が非
常１こ弱くその後の使用も不安定になるおそれがあった
。また、従来のもののように圧電素子１ａとダンピング
層の間にポリアミヒ、：耐脂層が介在Ｃろと、圧１ｄ素
子１ａの裏面に放射された本来ダンピングｉｉ　ｌこ入
射され減衰される筈の超音波が圧電素子１ａとポリアミ
ド樹脂の界面で反射し、これにより超音波エコーパルス
のパルス幅が長くなって深さ方向の分解能に悪影響を及
ぼＣ欠点もあった。

この発明は上記欠点を除去するためなされたもので、圧
電振動子とダンピング層の間の絶縁層上して結晶化ガラ
スを用いることにより加工性にｔぐれ、しかも良好な分
解能をも得られる超音波探触子を提供Ｃることを目的と
する。

以下、この発明の一実施例を図面に従い説明４−らなる
圧電振動子で、この振動子２１は多数のヂ電素子に分割
されＣいる。またこのような嘔拗子２１は一方板面つま
り図示上板面にＡｇやＡｕなどの負覗極２１１を有する
とともに他方板面つまり図示下板面から側面部にかけて
上述同様ＡｇやＡｕなどの正電極２１２を有している。

また、圧成振動子−ン 有ｒる結晶化ガラスからなる第１音響整合層２２？１ｔ
４１！およびエポキシ樹脂よりなる；′ｌ￥２′＃響整
合屑２３　　ルリを積ノイし、同第２音響整合層２３上
ｔとシリコン樹　　　な脂よりなる砕響レンズ２４をｅ
けている。　　　　　　ツタ−族　２５は９０ｗｔ％以
上のタングステン粉末を　　か入エボ牛シや塩ビ樹脂に
分散して得られた複合材料　　　しよりなり汗饗インピ
ーダンスを１４　ｘ　１０Ｂｋｇｍ−”ｓｅｃ司　　子
２設は 良好 らなる絶縁層２８を設け、同絶縁層２８上ｌこ上記　　
子ｃ−ｒ圧電素子２１の正電極２１２を有する版画側を
設け　　１４でいる。　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ずれ上記圧電振動子２１の正電極２１２を
有する側面　　カナ部−こ正極ｆｆ１ｌｌフレキシブル
リード２９１．２９２を半田又　　切断はエポキシ＃脂
などにて固着している。これらり　　いた−ド２９１　
、２９２は上述したようｌこ圧電振動子２１を　　の後
。

切断分割しＣ得られた各圧電素子のｇ極パターン　　配
給１を有するもので、これら素そのピッチの２１キピツ
　　音速を各素子１こ交／Ｚ／こ接続している。また上
記圧勅子２１の負ｐｇ　４＠　２１１　ｔｃ負極側のフ
レキシプート３０を固着している。

お１図面中３１は圧′Ｒ，振動子２１の切断時力のＨ先
が入りこむ最深部で、この線上まで溝っていることを示
している。

７５）シで、このような構成によると、圧鷹環動１は絶
縁＋１２’８を介してダンピング層２５Ｊこられるので
各圧電素子の正極間の絶縁状態を１こ保つことがＣきる
。また薄板状の各圧電考弾力性の小さい結晶化ガラス上
−こエポキシ接で固く醗４されるのＣ切！析中薄板のピ
ッチがたり、切断のイ辰勅で薄板が倒れたりするこ吉く
それだけすぐれた加工性が得られ、しかも後は従来のポ
リアミドフレキシブル基板を用場合より機械的強度を強
めることができ、その使用を安定したものにできる。さ
らｌこ、上縁層２８をなｒ結晶化ガラスは密度２．５６
　ｇｒ／＊５６１５ｒＱ／ｓ、音響インピーダンスＩ　
４．４　ｘ　ｌ　Ｏｅｋｇ＋ｎ’　”ｋｇｍ　　ｓｅｃ
　　程度のダンピング層２５とよく整合する。このこと
は圧電素子の直下にダンピング層２５があるのと同じ効
果が得られるので、ダンピング幼果も充分に得られ超音
波エコーのパルス幅を小さくでき、それだけ深さ方向の
分解能の向上を図ることもできる。この鳴合、結晶化ガ
ラスお待できる。なお、このようなダンピング１慢は通
常・のエポキシとゲル状エポキシのゴム状混合体の中に
２００４７：〜３２５＃の粒径を有するタングステン粉
末を５９．２ｗｔ％、８３μ！η以下の粒径を有するタ
ングステン粉末を２３．１ｗｔ％分散し、ＩＣ空脱泡し
ながら加熱硬化させることにより得られる。

次に、この発明の他の実施例を！４４図１こより説明す
る。この場合第４図では絶縁ノー２８表面に電極３２が
設けられている。また、圧ｔ’ｌ１ｍ動子２１の各素子
に設けられる正電極２１２は振動子２１一方向だけで側
面へのまわり込みがない。さらに。

フレキシブルリード２９１．２９２は上記絶縁層２８表
面の電極３２に取付けられている。その池は第３図と同
様であり、同一部分には同符号を付して説明を省略する
。

このような構成によイｔば上述の第３図のものと四嘩の
効果を期待Ｃることができ、これに加えて圧ｌｔ催吻子
２１の切断前にフレキシブルリード２９１２９２をｒｆ
Ｅ極３２に半田やエポキシ樹脂に°Ｃ接続するようにな
るのでフレキシブルリード２９１．２９２を各圧電素子
間、ピッチ分だけｒらすような部列な作業をも正確に行
なうことができ、それだけ加工性および組立３′８度の
向上を図ることができる。

ここで、絶縁層２８の結晶化ガラスは Ｓ　ｔ　０２　４６　ｗ　ｔ　％ Ａｌ２Ｏ，１６Ｗｔチ Ｍｇ０　　１７ｗｔチ に、０　　１０ｗｔ％ Ｆ　　　　　４ｗｔチ Ｂｔｕｓ　　　　７　ｗ　ｔチ を主成分とし、これらの混合物を溶融し、これを冷却し
ガラス状態きし１次いで再加熱させて結晶化させること
によって得られる。母材のホウケイ酸ガラスの中に均一
に合成雲母の微結晶がランダムに成長した構造を持って
いる。その為、工具の刃先が本結晶ガラス中を割り進む
時、雲母微結晶は割れが内部にまで進むのを防ぎ１割れ
が切削部分にのみ集中し、粉末状の切粉を生じながら切
断してゆくきいう切断機構を持つ切削加工性の良い材料
なので絶縁層の途中迄切溝３１を入れることが同程度の
音響インピンダースを持つ０石英ガラス、フリントガラ
スに比べ比較にならない程容易である。またこの絶縁層
２８の表面に賦与する１に極３２はＡｇ、Ａｇ−Ｐｘ、
　Ａｕなどの貴金属導体ペーストの加熱焼付、金−１蒸
着法、無覗解メッキなどで賦与することが出来る。この
電極面と圧成体付着電極とはＡｇペーストやエポキシで
加圧接着される。

次にこの発明の異なる他実施例を端５図に従い説明する
。この場合ＩＸＳ図ではダンピング層２５を結晶化ガラ
スからなる絶縁層３３で囲繞し、この絶縁７１３３にリ
ード３４を一体形成した構造をなしている。

このような構成によれば上述の実施例と同様の効果を期
待できる七ともにフレキシブルリードが不要となったこ
と、ｆダンピング層と絶縁層の層間接着が不要になり、
しかもダンピング層の形成り簡嘔にできるようになって
いる。ここで、絶縁層□は先に記し゛た成分の混合粉末
を溶融して、所定の型に流し込み、Ｍ型した后加熱１晴
晶化を行い、その后表面を研磨して平ｒ＃面にする。そ
して圧１孔振動子の接触面をＯ６ｌ　５ｍｍ〜０．３０
ｍｍ程度、タンピング層の側面絶縁部を０．５〜ｌ、Ｑ
ｍｍになる様研磨する。

その后局面に電極パターンつまりリードを印刷焼付又は
全面蒸着した后、エツチングなどの手段で形成する。ま
た絶縁層で囲繞されるタンピング層はエポキシ樹脂にタ
ングステンを分散したスラリーを絶縁層に流し込み、ｙ
ｃ空脱泡しながら加熱硬化して得られたものである。こ
こでスラリーはエポキシ樹脂とエポキシゲルの混合樹脂
に２００−３２５１のタングステンを７Ｑｗｔ％前后、
８．３μｍ以下のタングステンを２３％前后分散した組
成になっている。

以上述べたようにこの発明によれば圧電振動子とダンピ
ング層の間の絶縁層表して結晶化カラスを用いることに
より加工性に４−ぐれ、しかも良好な分解能をも得られ
る超音波探触子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

＠１図は従来の超音波探触子の一例を示す斜視図、＠２
図は同探触子の要部を示す拡大図、第３図はこの発明の
一実施例を示す断面図、第４図はこの発明の他実施例を
示す断面図、第５図はこの３・・・第１陛響整合層　　
４・・・・官２音響整合層５・・・レンズ　　　　　６
ａ　、　６ｂ・・・フレキシブルリード　　　　　　　
　７・・・接地端子８・・・ＩｌＥ極パターン　　１０
・・・溝部１１．１．ｌｌｂ・・・電極　　　　２１・
・・圧電振動子２１１・・・負電極　　　　　２１２・
・・正電極２２・・・第１音響整合層 ２３・・・第２陛響整合層　　２４・・・レンズ２５・
・・ダンピング層　　２８・・・絶縁層２９１、２９２
．３０　　・・・フレキシブルリード３２・・・（極　
　　　　　３３・・・絶縁層３　４　・・・　リ　　−
　ド 第１　図 埴２図 第３　図 ＠４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ダンピング層ｌこ圧電振動子、音響整合層を
   積層するようにした超音波探触子１こゑいて上記圧を撮
   動子とダンピング層の間に結晶化ガラスの絶縁層を介在
   させたことを特徴とする超音波探触子。
2. （２）上記ダンピング層と絶！を層はその音響インピー
   ダンスが略等しい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. （３）　　上記絶縁層の結晶化ガラスおよびダンピング
   層は音グーインピーダンスが１０〜１５Ｘ１０１！ｋｇ
   ｍ−”ｓｅｃ″程５度であることを特徴とする特許１情
   求の範１７ｆｌ第１　；ｑ記載の超音波探触子。
4. （４）上記絶縁層は上記圧′ｌに振動子と接１−る側面
   に１隠を形成し、この電極にリードを接続するようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３頃の
   いｔ”？ｚかに記載の超音波探触子。
5. （５）　　上記絶縁層は上記ダンピング層を囲繞し、こ
   の絶縁層にリードを一体形成したことを特徴とする特許
   請求の範ｖＪＪ＜Ｆ１項乃至第３項のいずれかに記載の
   超音波探触子。
6. （６）　　上記ダンピング層はエポキシ樹脂ｌこタング
   ステンを分散したスリラーを絶縁層中に流し込み真空脱
   泡しながら加熱硬ｒヒして得られたものであること番特
   徴とする特許請求の範囲第５１頁Ｈｅ載の超音波探触子
   。
7. （７）　　上記スリラーはエポキシ６１脂とエポキシゲ
   ルの混合樹脂に２００〜３２５＃のタングステンを７０
   ｗｔ％前後、８．３μｍ０以下のタングステンヲ２３チ
   前後分散した組成よりなっていることを特徴とする特許
   ｄ′ｎ求の範囲第６項記載の超音波探触子。