JPS61293438A - 超音波探触子用ケ−ブルの接続方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、超音波探触子用ケーブルの接続方法に関し、
さらに詳しくは、とくに複数個の振動子と該振動子と同
数のケーブルとをそれぞれ接続する際に発生するクロス
トークなどの特性劣化が防止された超音波探触子用ケー
ブルの接続方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 超音波探触子は圧電振動子により超音波を発生して該超
音波を被検体に照射し、その反射波を検出することによ
り５例えば生体内の診断、あるいは金属溶接部内部の探
傷など種々の目的で使用されている。

かかる圧電振動子の構成材料としては、チタン酸鉛、チ
タン・ジルコン酸鉛等に代表される圧電セラミックスが
汎用されているが、近年、これらに代わるものとして、
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン
と三フフ化エチレンとの共重合体（ＰＶＦ２・ＴｒＦＥ
）　、ポリシアノビニリデンなどの高分子圧電体や、前
記圧電セラミックスと高分子材料との複合型圧電体が注
目を集めている。

これらの圧電振動子を具備する超音波探触子の構造とし
ては様々な・ものが提案されているが。

中でも、短冊状の振動子を多数個並設したリニア・アレ
イ型、或いは、振動子を同心円状に多数個配設したアニ
ユラ・アレイ型などの各種アレイ型のものが有用である
ことが知られてし）る。

かかるアレイ型構造の超音波探触子は、電子走査によっ
て画像を得ることができ・るが、その場合、チャンネル
（１個の振動子が１チヤンネルを形成する）数をできる
だけ多くして画像の分解能を高めることが好ましい、現
在、アレイ型超音波探触子のチャンネル数は主として８
４チヤンネルであるが、将来的には　１２８チヤンネル
、　１９２チヤンネルなど　１００チャンネル以上のも
のが主流になると予想される。

このような多チャンネルの超音波探触子を駆動する場合
は、各チャンネル、すなわち、各振動子に外部の送信回
路からケーブルを介してパルス電圧を印加することが一
般的である。このとき使用されるケーブルは、通常、芯
線にアース線を巻回した同軸ケーブルであり、その特性
インピーダンスは５０Ωまたは７５Ωであることが一般
的である。そのため、送信および受信回路ならびに超音
波探触子自身の電気インピーダンスは上述のケーブルの
特性インピーダンスと同一になるように設計され、電気
的整合がとられている。

一方、振動子とケーブルとを接続する手段としては、は
んだ付けにより直接接続する方法、あるいは、ビンコネ
クタを介して接続する方法等がある。しかしながら、振
動子を構成する圧電体の中には、例えば上述の高分子圧
電体のようにはんだ付けが不可能なものや、はんだ付け
により圧電素子の特性が劣化するものがあり、また、ピ
ンコネクタを使用する場合も、空間的な制約から作業性
の低下を招く場合が多い、したがって、プリント基板な
どにより各振動子からリードを取り出し、該リード部と
ケーブルとを接続することが一般的である。

ところで、上述の如き同軸ケーブルと各振動子のリード
部分とを接続する際、露出せしめられた芯線被覆層の長
さおよび、取り出されれたアース線の長さが問題となる
。すなわち、この領域ではアース線によるシールドがな
いため、芯線被覆層の露出部分およびアース線の取出し
部分でのインダクタンス成分が無視できなくなってくる
。

いま、仮に振動子１チャンネル分を考えた場合、その等
価回路は第５図のようになる０図において、１１はケー
ブルの容量Ｃを、１２はケーブルの芯線被覆層露出部の
インダクタンスＬ１を、１３はアース線取出し部分のイ
ンダクタンスＬ２を、また１４はケーブルから振動子側
をみた場合のインピーダンスＺを示す０例えばケーブル
の全長が２．４層でその容量がｌｌ０ＰＦ／ｍであり、
芯線被覆層露出部分の長さが２０ｃｍテある場合、Ｌ１
＝Ｌ２４　０．３ｇＨとなり無視できない値となる。

さらに、上述したような複数個のチャンネルを有する超
音波探触子の場合、チャンネルと同数のケーブルを接続
する必要があるため、例えばアース線を共通とした場合
の等価回路は第６図に示したようになる。すなわち、第
１図に示した１チヤンネル分に、さらに、各チャンネル
のＺ、ＬｌおよびＣがそれぞれ並列に接続されることと
なる。

以上の如く、ケーブルの芯線被覆層露出部長およびアー
ス線取出し部分長により決定されるインダクタンス成分
のために、各振動子にパルス電圧が有効に印加されない
という問題が生ずる。

また、アース線取出し部分のインダクタンス成分の存在
により、他チャンネルの素子が駆動されてしまう場合（
クロストーク）があり、その場合、画像特性に悪影響を
及ぼすという不都合がある。

［発明の目的］ 本発明は従来のかかる問題を解消し、とくに多チャンネ
ルの超音波探触子とケーブルとを接続する方法において
、ケーブルの芯線被覆層露出部分、およびアース線取出
し部分のインダクタンス成分に起因する探触子の特性劣
化およびチャンネル間のクロストークなどを防止しうる
超音波探触子用ケーブルの接続方法の提供を目的とする
。

［発明の概要］ 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、後述するように、ケーブル先端部の芯線被覆層露
出長ならびに同じくケーブル先端部のアース線取出し部
分の長さを所定範囲とすることにより、その効果を確認
して本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明の超音波探触子用ケーブルの接続方法
は、芯線と；芯線被覆層と；該芯線被覆層に巻回された
アース線と；該アース線を被覆する被覆層とからなる同
軸ケーブルと、超音波探触子の振動子とを接続する方法
において、該ケーブル先端部の芯線被覆層を３ｃｍ以下
の長さにわたって露出せしめ、かつ、アース線を３ｃ＋
ｓ以下の長さで取出すことを特徴とする。

以下、図面を参照しながら、本発明方法について詳述す
る。

本発明方法において、使用するケーブルは、芯線がアー
ス線によりシールドされている同軸ケーブルであればと
くに制限されるものではないが、通常例えば第１図に示
すように、ポリエチレン、テフロン系材料などよりなる
芯線被覆層２２により芯線２１が被覆されており、該被
覆層にアース線２３が、例えばらせん状に巻回され、さ
らに該アース線の上から例えばポリエステルフィルム２
４を巻いてアース線２３のずれを防止した構造の同軸ケ
ーブル２０が使用される。

かかる同軸ケーブル２０において、芯線２１、アース線
２３としては、例えばすずメッキを施した線径０．０５
〜０．１５■腸程度の銅線を使用し、前者については５
〜１０本、後者については２０〜３０本を束ねたものを
それぞれ使用することが好ましい、また、ケーブル容量
は６０ＰＦ／履あるいはｌｌ０ＰＦ／腸のものが一般的
である。

また、さらに、第１図のように、上記の同軸ケーブル２
０を複数本（例えば３２本、あるいは８４本）を束ねて
、例えばネオプレンなどの合成ゴム暦２５で被覆したも
の、または、複数本束ねたものの外側にメツシュ状の金
属を巻回した２重シールド構造のものを使用してもよい
、これらのケーブルの特性インピーダンスは電源系との
整合をとるために５０Ωあるいは７５Ωに設定すること
が一般的である。

かかる同軸ケーブル２０を使用して超音波探触子との接
続を行なう場合、まず、ケーブル先端部の外側のポリエ
ステルフィルム２４を剥離して芯線被覆層２２を露出せ
しめるとともに、アース線２３を取出す、このとき、芯
線被覆層２２の露出部２２ａの長さをＡ、アース線２３
の取出し部分２３ａの長さをＢとすると、ＡおよびＢは
ともに３ｃ＋ｓ以下であることが必要である。Ａおよび
Ｂが３ｃｍを超えると、前述したようにそれぞれのイン
ダクタンス成分が無視できなくなり、超音波探触子の特
性を低下せしめたり、チャンネル間のクロストークに起
因する画像特性の劣化などが生ずる。好ましくは、Ａ、
Ｂをともに１ｃｍ以下に設定る。

しかるのち、上記の如く、先端部を露出せしめたケーブ
ルと超音波探触子の各チャンネルのリード部とを接続す
る。この接続法はどのようなものであってもよいが、例
えば、第２図に示したように、コネクタソケット３０を
使用することが便利である。すなわち、ケーブル２０先
端部の芯線被覆層露出部分２２ａはソケット３０内部に
挿入されており、一方、アース線取出し部分２３ａはソ
ケット３０側壁に貼着された銅板３１とそれぞれはんだ
付けにより接続され接地電位とされている。このような
状態でソケット３０と例えばプリント基板上に形成され
た各チャンネルのリード部とを接続すればよい。

［発明の実施例］ 一例として、高分子圧電体として、電気機械結合係数ｋ
ｔ＝２４％のＰＶＤＦ系共重合体を使用した超音波探触
子とケーブルとを接続した場合について説明する。

超音波探触子の構造は、各振動子が長さ２０■ｌ、幅１
．０２ｓｔ層の短冊状であり、これを０．１層■間隔で
１９２本並置された構造のもの、すなわち　１９２チヤ
ンネルのりニア・アレイ型のものとした。そして、該超
音波探触子の中心周波数は５ＭＨｚとなるように設計し
た。さらに、電源とのインピーダンス整合用にコイル　
（１２４Ｈ）およびトランス　（変換比１：２．５）を
使用し、これらを上記振動子とともに、ガラスエポキシ
基板上に載置した。そして、これらの各振動子とケーブ
ルとの接続には３４ピンコネクタ　（ヒロセ電機製ＨＩ
Ｆ３Ｅ−３４Ｐ−２，５４Ｏ９）を６個用いた。

一方、ケーブルとしては、６４芯の２重シールドケーブ
ル（古河電工部ＢＳＭ３Ｇ−１９１０，ｌｌ０ＰＦ／■
）のものを３本用意し、それぞれ２．４厘の長さとした
。

かかる各ケーブルの先端部において、第１図に示したよ
うに、芯線被覆層露出部２２ａの長さＡ＊５ｍｍ　、お
よび、アース線取出し部２３ａの長さＢ−１（：）■ｌ
にそれぞれ設定した。しかるのち、各ケーブルを第２図
に示したようなコネクタソケット。

例えば、３４ピンコネクタ　（ヒロセ電機製ＨＩＦ３Ｇ
３４０−２．５４Ｇ）３０（８個使用）に接続し、さら
にアース線取出し部分２３ａを側面の銅板３１にはんだ
付けした。しかるのち、該６個の３４ピンコネクタと前
述した駆動子側の６個のビンコネクタとそれぞれ接続し
た。

このようにしてケーブルと接続された超音波探触子のイ
ンピーダンス特性およびパルス特性を測定して結果をそ
れぞれ第３図（ａ）および（ｂ）に示した。

なお、インピーダンス特性は、ネットワークアナライザ
（）ＩＰ製８５０５Ａ）により測定し、また、パルス特
性は標準パルサであるＵＴＡ−３（Ａｅｒａｔｅｃｈ製
）により水中アクリルブロックターゲットのエコーを測
定することにより求めた。

さらに、比較のために、従来の接続法を適用した超音波
探触子、すなわち、第１図においてＡ−８−２０ｃ麿と
したケーブルを使用して接続された超音波探触子のイン
ピーダンス特性およびパルス特性を上記と同様にして測
定し、結果を第４図（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示し
た。

以上の結果、従来の接続法を適用した超音波探触子は、
まず、インピーダンス特性において共振点近傍に不要振
動が観察され（第４図（ａ））、しかも、パルス特性に
おいては本発明のものに比べて感度が落ち、かつ振動が
長時間続くなどの特性の劣化がみられた　（第４図（ｂ
））。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の接続方法を適
用した超音波探触子は、ケーブル接続時に発生する好ま
しくないインダクタンス成分が無視し得る程度に抑えら
れているため、駆動時の感度の低下や、チャンネル間の
クロストークなどが生ずることがなく、極めて良好なイ
ンピーダンス特性およびパルス特性を有することが確認
された。したがって、とくに、多チャンネルの７レイ型
超音波探触子に適用して有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に使用する同軸ケーブルの先端部を
示す図、第２図は第１図の同軸ケーブルをコネクタソケ
ットに接続した状態を示す斜視図、第３図（ａ）および
（ｂ）は本発明方法を適用した超音波探触子のインピー
ダンス特性およびパルス特性を示す図、第４図（ａ）お
よび（ｂ）は従来法を適用した超音波探触子のインピー
ダンス特性およびパルス特性を示す図、第５図および第
６図は、従来のケーブル接続領域の等価回路を示す図で
ある。 ２０・・・・・・・・・同軸ケーブル、２１・・・・・
・・・・芯線、 ２２・・・・・・・・・芯線被覆層、 ２２ａ・・・・・・芯線被覆Ｒ露出部分、２３・・・・
・・・・・アース線、 ２３ａ・・・・・・アース線取出し部分、３０・・・・
・・・・・コネクタソケット。 （ａ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、芯線と；芯線被覆層と；該芯線被覆層に巻回された
   アース線と；該アース線を被覆する被覆層とからなる同
   軸ケーブルと、超音波探触子の振動子とを接続する方法
   において、 該ケーブル先端部の芯線被覆層を３ｃｍ以下の長さにわ
   たって露出せしめ、かつ、アース線を３ｃｍ以下の長さ
   で取出すことを特徴とする超音波探触子用ケーブルの接
   続方法。 ２、該芯線被覆層の露出長および該アース線の取出し部
   分の長さがともに１ｃｍ以下である特許請求の範囲第１
   項記載の方法。