JPS61210795A - 超音波探触子とその製造方法 - 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】 「産業上の利用分野］ この発明ほ、超音波探触子及びその製造方法に関し、特
に、圧電素子おいて、その背面のバッキング材にダンピ
ング特性及び吸音効果を持つような超音波探触子及びそ
の製造方法に関する。

［従来技術］ 一般に、超音波探触子ｌＯほ、第３図に見るように、伝
播媒体へ効率よく超音波を放射するために、圧電素子ｌ
の前面に音響整合層２が設けられている。さらにこの音
響整合層２の前面に超音波を集束させるために、音響レ
ンズ部３が設けられていて、圧電素子−１の背面に（オ
、振動抑制のためにダンピング効果を持たせ、かつ放射
されたｌ　ｆｇ波を吸収する吸））−効果を持たせたバ
ンキング材４が接着剤層５を介して設けられている。

［発明が解決りようとする問題点コ ここで、バンキング材４ほ、接着剤層５を介して圧電素
子１に種名されているために、そこに有限の厚さを持つ
接着層が形成されていて、その接７７層の厚さが厚くな
るに従って、バッキング材４のダンピング効果及び吸効
果が低下する。

また、圧電素子１が大きくなって、バンキング材４と接
着する面積が広くなると、前記接着層の厚さを薄く、か
つ一定にすることは困難となり、超１：ｆ波の放射効率
にばらつきが生じて超音波の画像が劣化するとう問題点
がある。これほ、特に高周波に用いるものでほ、その特
性上問題となる。

［発明のＦＩ的］ この発明１オ、このような問題点にかんがみてなきれた
ものであって、このような問題点を解決するとともに、
超音波振動子（例えば圧電素子）の前面でバッキング効
果を一定にでき、超音波の送受波動１・＜のばらつきを
低減することができるような超音波探触子及びその製造
方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するＬ段］ この発明を日、圧電素子とバンキング材との間を接着層
のない状態にすることにより、圧電素子に対するバッキ
ング効果音一定にし、超音波の送受波効率のばらつきを
低減するというものであって、前記の１・目的を達成す
るこの出願の４ν定発明における手段ほ、超音波を送受
波する超音波振動子と、この超音波振動ｒ−の−・方の
面に設げられら整合層及び超音波を集束するだめの音響
レンズと、この超音波振動子の他方の面に設けた／バン
キング材とを旦備していて、バンキング材が低粘度の樹
脂とこれより高い比重の吸音特性を有する粉末材１１を
主成分とし、超音波振動子の境界面からｉ！Ｊ！続して
ド１饗インピーダンスが増加するようにしたものである
。

また、その関係発明でほ、ノしンキング材の／ヘラキン
グ効果を一様とするために、接着性を有する樹脂を注型
して、その次に同様な樹脂に金属粉を混入した吸音剤を
充填するものであって、金属粉の沈降時間を利用して、
音響インピーダンスが圧電素子の境界面から漸次増加し
、実効的な無反射になるようにするものであって、前記
のような特性の超音波探触子を製造する方法として、超
音波振動子を底部に設置した注型に接着性を有する樹脂
を注入し、この注入した樹脂と同一又は同様な樹脂にこ
れより高い比重の吸音特性を有する粉末材料を混入し、
この吸音剤の沈降時間を利用して、これら樹脂を硬化し
て音響インピーダンスが超音波振動子の境界面から漸次
増加するバッキング材を超音波振動子の片面に形成する
というものである。

［作用］ このように構成することにより、超音波振動子に対する
バッキング効果を一定にでき、超音波の送受波効率のば
らつきを低減することができる。

［実施例］ 以下、この発明の−・実施例について図面を用いて詳細
に説明する。

第１図ほ、この発明を適用した超音波探触子の一実施例
の構造を示す概要図、第２図ほ、その製造方法の一実施
例の説明図である。なお、これら各図において、第３図
と同一のものは同一の符号で示す。

超音波探触子１１ほ、超音波振動子として圧電素子１を
有していて、圧電素子１にはその背面に注型されたバッ
キング材６が設けられている。このバッキング材６ほ、
その音響インピーダンスが、２〜４ｘｔ　Ｏｋｇ／ｒｎ
’＠ｓｅｃのエポキシ樹脂に高比重のタングステン粉末
を充填したものであって、圧電素子１の振動方向でタン
グステン粉末の分布状態が徐々に変化している。その変
化状態ほ、圧電素子１との境界面でほ、樹脂のみでタン
グステン粉末は含まず、その境界面から動れるに従って
、タングステン粉末の含有率が次第に増加し、バッキン
グ材６の端面で１寸、その音響インピーダンス乙６ が７Ｘ１０　−８Ｘ１０　　ｋｇ／ｍ’＊ｓｅｃとなる
ように音響的には連続な構造となっている。

ここで、ノ＜ッキング材６として使用される樹脂ほ、エ
ポキシ系のものに限定されるものではなく、また、充填
物もタングステン粉末に限定されない。

例えば酸化チタンやアルミナ等であってもよい。

なお、このバッキング材の減衰定数ほ、９０〜６０ｄＢ
／ｃｍ７３．５ＭＨｚ程度であることが好ましい。

次に、その動作を説明すると、圧電素子１よりパ・ンキ
ング材６側に放射された超音波ほ、樹脂と高比重のタン
グステン粉末層との粘性で次第に吸収されて減衰して行
く。しかも、このような混合層が音響的に連続な層とな
っているため、途中での反射波が生じることはなく、十
分なバッキング効果が得られる。

第３図ほ、超音波探触子の製造方法を説明する工程説明
図である。

図中、２２ほ、注型枠であって、まず、（ａ）の工程で
ほ、この注型枠２２の底部に圧電素子２１をセラ［・シ
て、その上にエポキシ樹脂２３を充填した状態を示して
いる。ここで、エポキシ樹脂２Ｉの厚さほ、約５ｍｍ程
度であって、その−１−面ほ、注型枠２２のほぼ１／２
程度に位置する。そして注型時のエポキシ樹脂２３の粘
度は約１００．０ＯＯＣ：ＰＳ。

そのボットライフは常温で約１時間程度である。

次の（ｂ）の工程にあってほ、エポキシ樹脂２３を注型
して約１時間の後に、エポキシ樹脂２３と回−成分のエ
ポキシ樹脂にタングステン粉末２４を混入し、約３０分
程度の間装置した混合物２５を先のエポキシ樹脂２３の
上から注ぎ、約５０°Ｃの雰囲気中で加熱硬化させるも
のである。

次の（Ｃ）ほ、この硬化後の状態を示しており、前記の
ような硬化過程において、ダンゲステン粉末ほ、硬化過
程にあるエポキシ樹脂２３の中を徐々に沈降し、かつ分
散して行く。

このことにより、音響インピーダンスが２〜８ＸＩＯｋ
ｇ／ｒｎ’・ｓｅｃの範囲で変化するような音響的に連
続なバッキング材６が形成される。

このようにして形成された圧電素子２１バツキング材２
３のブロックを一体として、バッキング材６を有する圧
電素子１が形成される。そして従来と同様な工程を経て
この圧電素子１の前面に音響整合層２が形成され、Ｓら
にこの音響整合層２の前面に超音波を集束させるために
の音響レンズ部分３が形成されることになる。

以」−の説明してきたが、実施例でほ、圧電素子の背面
に音響的に一様な負荷となるようにエポキシ樹脂を注型
し、さらに吸効果のあるエポキシ樹脂とタングステン粉
末の混合物を注型して一様なバッキング効果を得るもの
であって、圧電素子の送受信効率、パルス特性１周波数
等のばらつきを所定の仕様の範囲に制御して、特性の揃
った超音。

液深触子を実現できることになる。

なお、実施例でほ、超音波振動子として圧電素子の例を
中心として説明してきたが、他の超音波振動子であって
もよいことはもちろんである。

［発明の効果］ 以−４二の説明から理解できるように、この出願の特定
発明にあってほ、超音波を送受波する超音波振動子と、
この超音波振動子の一方のｍｌに設けられら整合層及び
超音波を集束するための音響レンズと、この超音波振動
子の他方の面に設けたバンキング材とを其備していて、
バッキング材が低粘度の樹脂とこれより高い比重の吸音
特性を有する粉末材料を主成分とし、超音波振動子の境
界面から連続して音響インピーダンスが増加するように
しているので、超音波振動子に対するバッキング効果を
一定にでき、超音波の送受波効率のばらつきを低減する
ことができる。

また、関係発明でほ、前記のような特性の超音波探触子
を製造する方法として、超音波振動子を底部に設置した
注型に接着性を有する樹脂を注入し、この注入した樹脂
と同一又は同様な樹脂にこれより高い比重の吸音特性を
有する粉末材料を混入し、この吸音剤の沈降時間を利用
して、これら樹脂を硬化して音響インピーダンスが前記
超音波振動子の境界面から漸次増加するようバッキング
材を前記超音波振動子の片面に形成するというものであ
って、前記の構造の超音波探触子を簡単に製造すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ほ、この発明を適用した超音波探触子の一実施例
の構造を示す概要図、第２図ほ、その製造方法の一実施
例の説明図、第３図ほ、従来の超音波探触子の構造を示
す概要図である。 ■は圧電素子、２は音響整合層、３は音響レンズ部、４
，６はバラキンク材、５は接着剤層、１０は超音波探触
子、２２は注型枠、 ２３はエポキシ樹脂、２２はタングステン粉末、２３は
混合物。 特許出願人　株式会社　日立メディコ 第　　１　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波を送受波する超音波振動子と、この超音波
   振動子の一方の面に設けられら整合層及び超音波を集束
   するための音響レンズと、この超音波振動子の他方の面
   に設けたバッキング材とを具備し、前記バッキング材が
   低粘度の樹脂とこれより高い比重の吸音特性を有する粉
   末材料を主成分とし、前記超音波振動子の境界面から連
   続して音響インピーダンスが増加してなることを特徴と
   する超音波探触子。
2. （２）超音波振動子として圧電素子が使用され、粉末材
   料は金属であって、バッキング材の音響インピーダンス
   ほ、２〜８×１０＾６ｋｇ／ｍ＾２・ｓｅｃの範囲で変
   化し、その減衰定数が９０〜１２０ｄＢ／ｃｍ／３．５
   ＭＨｚ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. （３）超音波振動子を底部に設置した注型に接着性を有
   する樹脂を注入し、この注入した樹脂と同一又は同様な
   樹脂にこれより高い比重の吸音特性を有する粉末材料を
   混入し、この吸音剤の沈降時間を利用して、これら樹脂
   を硬化して音響インピーダンスが前記超音波振動子の境
   界面から漸次増加するバッキング材を前記超音波振動子
   の片面に形成することを特徴とする超音波探触子の製造
   方法。
4. （４）超音波振動子は、圧電素子であり、粉末材料は、
   金属であって、樹脂は、エポキシ樹脂が用いられること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の超音波探触子
   の製造方法。