JPS6031397A - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPS6031397A
JPS6031397A JP13870083A JP13870083A JPS6031397A JP S6031397 A JPS6031397 A JP S6031397A JP 13870083 A JP13870083 A JP 13870083A JP 13870083 A JP13870083 A JP 13870083A JP S6031397 A JPS6031397 A JP S6031397A
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ultrasonic probe
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ultrasonic
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JP13870083A
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JPH0532960B2 (ja
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Tadashi Fujii
正 藤井
Hiroyuki Yagami
弘之 矢上
Iwao Seo
瀬尾 巌
Tomonobu Tomita
冨田 知伸
Masahiro Sasaki
佐々木 政弘
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Terumo Corp
Mitsubishi Chemical Corp
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Terumo Corp
Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

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】 10発明の背景 A、技術分野 本発明は、超音波探触子に関する。
B、先行技術とその問題点 生体の断層像を実時間で観察することのできる超音波診
断装置のプローブに使用される超音波振動子としては現
在チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr、Ti)05)、
チタン酸鉛等のセラミックス振動子が主流となっている
これらの振動子の音響インピーダンスは通常30 X 
105&/cm2・s位であり、負荷である生体、水の
音響インピーダンスが1.5 X 10” 17cm2
・8位であるのに比較するとはるかに大きい値である。
超音波は音響インピーダンスの値の異なる物質に進入す
る場合には、その境界で反射する性質をもっている。し
たがって超音波振動子と生体との音響インピーダンスの
マツチング層トるために、一般に超音波振動子と生体と
の間に音響整合のだめのマツチング部材(以下マツチン
グ層という)を設けている。
マツチング層は厚さをλ/4とするのが好ましい。ここ
でλはマツチング層内を通過する超音波の波長である。
マツチング層は1層又は2層設けるのが有利である。マ
ツチング層の音響インピーダンスについては、効率、応
答性を良くするため、1層の場合には、応答性の最適な
3×105g/Cm2・S程度、又は効率の最大となる
7×105g/cm2・S程度とし、2層の場合には第
1層を5〜9×1051/cm2・S、第2層を2〜3
 x LOJ/鑞2・Sとすることが知られている。
これらの音響インピーダンスをもつ材料のうち2〜3 
x 10 j;17cm2・S付近については、ポリカ
ーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、アクリル樹
脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂等の
樹脂からなる高分子化合物が知られている。
しかし、5〜9×1053/cm2・S付近の材料は、
単独では存在せずGeSe +’ As2S3等からな
るカルコゲナイド系特殊ガラスを使用するか又はエポキ
シ樹脂にW粉末等を混合して作らなければならず、成型
、加工等の製造上の難点の他、でき上がった材質の均一
性、耐衝撃性にも欠点があった。
また、使用する振動子の音響インピーダンスの値によっ
て最適なインピーダンス値のマツチング部材からなる層
としなければならないにもかかわらず、特殊ガラスの場
合、音響インピーダンスの可変範囲が狭く、最適のイン
ピーダンス値がとれなかった。
また、特殊ガラス、エポキシ、W粉等の混合物のいずれ
の場合でも材料の研磨が必要であシ、生産性が悪く、λ
/4のような薄い厚さのマツチング部材(マツチング層
)を作成することは大変困難であった。
而して特殊ガラスの場合には凹面振動子のような曲面振
動子には適用できなかった。
丑だ、エポキシ、W粉等の混合物では樹脂の同化に長時
間を要し、W粉の混合が一様にならず、材質として不均
一性を生じる欠点があった。
さらにアレイ壓プローブとする場合、特殊ガラスのマツ
チング層とセラミック振動子を共に切断することは難し
く、刃の摩滅も大きかった。
丑だ、特殊ガラスの場合には衝撃に対して弱く破壊され
易い欠点があった。
■6発明の目的 したがって本発明は、マツチング部材に最適供すること
を目的とする。
本発明によれば次のような超音波探触子が提化、すれA
8寸方わもこの超音波探触子け、超音波振動子の一方の
主面にマツチング部材を接着してなる超音波探触子であ
って、マツチング部材の少なくとも一部を樹脂物質と無
機物質粉末からなる混合物としたものである。
本発明の1つの態様によれば、樹脂物質は熱可塑性高分
子である。
本発明の他の態様によれば、樹脂物質は熱可塑性高分子
とゴム状弾性高分子との混合体である。
本発明の他の態様によれば、無機物質粉末は比重7以上
で平均粒径5μm以下である。
本発明の他の態様によれば、混合物は、樹脂物質と無機
物質粉末との容積混合比が1=9ないし9:1である。
本発明の他の態様によれは、マツチング部材は少なくと
も2層以上の多層体であって、マ。
チング部材の超音波振動子に対向する層が前記混合物か
らなる。
■1発明の詳細な説明及び作用 次に添付図面を参照して本発明の超音波探触子を詳細に
説明する。
第1図(A) (B) (C)に単一プローブの場合の
実施例を示す。セラq、7り系の圧電材料からなる全体
として矩形の振動子lOの一方の主面に全体として矩形
のマツチング部材12の一方の主面を振動子10の他方
の主面にバッキング層14の一方の主面をそれぞれ接着
したものである。第1図(A) (B)においてはマツ
チング部材12の他方の主面にそれぞれ凸型および凹型
の音響レンズ16の一方の主面を接着したものを示す。
マツチング部材12は第1図に示す如き1層のものの他
、第2図に示す如く2層のものとしてもよい。第2図に
おいて18は第1マツチング層、20は第2マツチング
層で6る。
マツチング部材は前述のように超音波振動子と生体との
音響インピーダンスの差による境界での超音波の反射を
防止するため、超音波振動子と生体との音響インピーダ
ンスのマツチングをとる目的で、設けられておシ、マツ
チング部材内の超音波の波長をλとした場合、λ/4の
厚マツチング部材12の音響インピーダンスは効率、応
答性を良くするため、第1図(A) CB) (C)に
示す如く1層の場合には効率の最大となる7X105g
/cm2・S程度となる本発明のマツチング材料が用い
られ、第2図に示す如く2層の場合には第1層を効率の
犬となる本発明のマツチング材料を用い、第2層を応答
性の良い2〜3 X 10”g/crn2・Sとなるよ
うにするのが有利である。
音響レンズ16は第1図体)が凸型、(B)が凹型であ
る。音響レンズ16中を通過する音速が生体中の音速よ
シ小のときは凸型、犬のときは凹型をそれぞれ使用する
。音響レンズの曲率半径をr11層中の音速をV。、音
響レンズ中の音速をVLとすれ本発明はこのような超音
波探触子のマツチング部材の少なくとも一部を樹脂物質
と無機物質粉末からなる混合物としたものである。
本発明における熱可塑性高分子とは、熱を加えると溶融
流動して熱可塑をもつようになシ、冷却すると固化して
成形されるもので、このような加熱溶融、冷却固化の工
程が、くシ返し可能に々るような樹脂のことである。例
えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネー
ト、ポリアセタール、ナイロン、ポリ弗化ビニリデン、
ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポ
リスチレン、 ABSが例示され、好ましくは、無機物
粉末と混線性。
分散性の良い結晶性熱可塑性高分子、ポリアセタール、
ナイロン、ホリフェニレンサルファイド、ポリ弗化ビニ
リデン、ポリエチレンカ選ばれるがこれらに限定される
ものではない。
ゴム状弾性高分子としては、20℃において110 H
zで測定しだ引張弾性率が106〜10’グイ7/cI
n2を示すものをいい、イソプレン、インブチレン、ブ
チルゴム、ニトリルゴム、ブタノエンゴム、ふっ素ゴム
、多硫化ゴム、ポリウレタンコゞム、シリコンゴム、塩
化ゴム、ポリエステ・エーテルエラストマ、エビクロゴ
ムが例示すれる。好ましくは、熱可塑性高分子、無機粉
末との分散性の良いゴム状弾性高分子としてニトリルゴ
ム、クロロプレンゴム、エビクロゴム。
ポリエーテルエステルエラストマが選ばれるが、これら
に限定されるものではない。
ゴム状弾性高分子の配合割合は、熱可塑性高分子とゴム
状弾性高分子の混合樹脂の合計量に対して60重量係以
下、好ましくは5〜50重量係重量−られる。
無機物質粉末としては比重7以上の金属、金属酸化物、
セラミックスで粒径5μm以下、好ましくは2μm以下
の微粒状の粉末が用いられる。
例、t バタンゲステン、ビスマス、ニッケル、鉄。
鉛、クロム、銅、及びその酸化物、セラミックスとして
はPbTiO3,PbZr0. 、 PbNb2O6゜
PbZrO3−PbTiO3,Pb(Mg、/3Nb2
/3)03−PbTiO3゜Pb (Z n +15−
2/3 )Os −P b T I Q 3.B a 
(Z n 1/3 Nb 2/3)Os −PbTiO
3,Pb (Sc 1/2Nb 、/2) 03−Pb
TiO3,Pb (In +/2 Nb 、/2)03
−PbT103 + Pb(Mg1/3Nb2/3)O
g−PbZr03−PbTIOs 。
Pb (CO1/3 Nb 215)03−P b Z
 r O3−P b T 103などで例示される鉛を
主成分として含有した固溶体であり、これに限定される
ものではない。
この材料は熱可塑性高分子、または熱可塑性高分子とゴ
ム状弾性高分子をブレンドした樹脂゛物質に、全体で占
める割合が10ないし90容量係、好ましくは10ない
し70容量係になるように無機粉末が均一に混合され成
形されてなる混合物であり、樹脂を無機物質粉末の混合
割合を変えることにより4〜]、 5 X 10 g/
an2・Sの広い範囲の音響インピーダンス値が得られ
る。
しかもこの材料は従来のマツチング材料に比較して音響
インピーダンスの可変範囲が広く、所定の形状及び厚さ
に容易に成形加工することが可能であり、また機械的強
度特に耐衝撃性において優れている。
このような材料により成形されるマツチング部材の厚さ
はマツチング層内を通過する超音波の波長をλとすれば
λ/4とするのが好ましい。
マツチング層内の超音波の速度をC1周波数をfとすれ
ばλ/4 = c/4fとなり、c = 2100 m
/sの場合、マツチング層の厚さは f = 3.51vIHzのとき λ/4 = 1’5
 o μmf = 5 MHzのとき λ/4 = 1
05μmf = 7 MHzのとき λ/4. = 7
5μmf = 10 MHzのとき λ/4 = 53
μmとすればよく、高周波になるほどマツチング層の厚
さλ/4は小さくなる。本材料は一般に用いられる成形
方法によシ厚さ20μmないし1000μmのものが容
易に製造可能であり高周波領域で用いられる超音波プロ
ーブにも充分適応できる。
第27.チング層には、ポリカーボーネート、ポリエス
テル、ポリスチレン、アクリル樹脂。
ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂等の熱可
塑性又は熱硬化性樹脂を用いることができる。
また、音響レンズの材料と同様の熱可塑性又は熱硬化性
樹脂を用いることができる。
本発明の他の実施例として第3図(A) (B) 、第
4図(A) 、 (B)に示す如きアレイ型プローブと
してもよい。第3図は振動子lOおよびバッキング層1
4の一部を切断して溝22を所定の数形成し切断された
多数の振動子lOにそれぞれ電極(図示せず)を接続し
たものである、第3図へ)は矩形の長辺方向からの断面
図、第3図(13)は矩形の短辺方向からの断面図であ
る。
第4図は振動子lO、バッキング層14の一部およびマ
ツチング層12を一緒に切断して溝22を所定の数形成
し切断された多数の振動子10にそれぞれ電極(図示せ
ず)を接続したものであわ、第4図(A)は矩形の長辺
方向からの断面図、第4図(B)は矩形の短辺方向から
の断面図である。この実施例の場合には、切断された多
数の振動子間のクロストークの減少をはかることができ
る。
■1発明の具体的効果 本発明の超音波探触子によれば、マツチング部材として
音響インピーダンスが5〜9X105g/cm2・Sの
値を有する熱可塑性高分子又は熱可塑性高分子とゴム状
弾性高分子とからなる高分子物質に無機物粉体を添加し
た混合物を用いるから、マツチング部材は圧縮、押出し
等の成形が容易であり、λ/4の薄い厚さのマツチング
層が容易に製作でき、凹面振動子のような曲面振動子に
も適用でき、加工性も良い。またマツチング層は均一性
、耐衝撃性にも優れ、音響インピーダンスの可変範囲が
広いので使用する振動子の音響インピーダンスの値にょ
シ最適インピーダンス値のマツチング層とすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜C)及び第2図は本発明の実施例として
の単一超音波探触子を示す断面図、第3図(A) (B
)、第4図(A) (B)は本発明の他の実施例として
のアレイ型超音波探触子を示す断面図である。 主要部分の符号の説明 lO・・・振動子 12・・・マツチング部材14・・
・バッキング層 16・・・音響レンズ18・・・第1
マツチング層 20・・・第2マツチング層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 超音波振動子の一方の主面にマツチング部材を接
    着してなる超音波探触子において、該マツチング部材の
    少なくとも一部を樹脂物質と無機物質粉末からなる混合
    物としたことを特徴とする超音波探触子。 2、樹脂物質は熱可塑性高分子であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の超音波探触子。 3、樹脂物質は熱可塑性高分子とコ8ム状弾性高分子と
    の混合体であることを特徴とする特許請求e範囲第1項
    記載の超音波探触子。 4 無機物質粉末は比重7以上で平均粒径5μm以下で
    ある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。 5゜混合物は、樹脂物質と無機物質粉末との容積混合比
    が1=9ないし9:1であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の超音波探
    触子。 6、 マツチング部材は少なくとも2層以上の多層体で
    あって、該マツチング部材の前記超音波振動子に対向す
    る層が前記混合物からなることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の超音波探触
    子。
JP13870083A 1983-07-30 1983-07-30 超音波探触子 Granted JPS6031397A (ja)

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JPS6031397A true JPS6031397A (ja) 1985-02-18
JPH0532960B2 JPH0532960B2 (ja) 1993-05-18

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01109256A (ja) * 1987-10-21 1989-04-26 Hitachi Constr Mach Co Ltd 探触子用遅延材
WO2012144226A1 (ja) * 2011-04-21 2012-10-26 パナソニック株式会社 超音波プローブおよびその製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54155028A (en) * 1978-05-29 1979-12-06 Toshiba Corp Ultrasonic probe

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