JP2002517310A - 合成導電被覆を具備する多要素音響プローブとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、音響サポートと、基本圧電変換器に接続される導電性軌道を含む電気回路とを具備する多要素音響プローブに関するものである。このプローブはさらに、圧電変換器と前記導電性軌道との間に配置された合成導電材料からなる薄膜を具備している。一般に、圧電変換器は、音響的に切り離されかつ電気的に結合された要素を得るために細分される。合成導電材料からなる薄膜の存在により、副要素に対する軌道の寸法決定が容易であり、音響サポートと圧電変換器との間の熱膨張の差に対して中間的な要素が構成される。この発明は、医療用撮像および水中撮像に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明の技術分野は、特に、医療または水中撮像、または、非破壊検査にお
いて使用することができる音響変換器に関するものである。

【０００２】 一般に、音響プローブは、相互接続ネットワークを介して電極制御装置に接続
された圧電変換器の組立体を具備している。 これらの圧電変換器は、所定の媒体における反射後に、該媒体に関連する情報
を提供する音波を送信する。

【０００３】 通常、医療用撮像の分野では、音響プローブは、それぞれ独立して励起される
多数の圧電素子からなっている。そのようなプローブの製造方法は、多くの文献
、特に、１次元プローブについて、欧州特許第０１９０９４８号明細書、または
、２次元プローブについて、仏国特許第９３／０２５８６号明細書において、出
願人によって開示されている。

【０００４】 この方法は、音響整合プレートと、圧電セラミックプレートと、一般には「裏
当て材」として知られる音響サポートの表面に配置される金属製軌道を含む電気
回路とから構成される組立体を分割することである。このような分割により、別
々に励起され得る基本変換器を画定することができる。これは、各変換器が電気
的な励起を可能にするために、電気回路（金属被覆した軌道または金属箔から切
り出した軌道を有するポリイミド薄膜）の１つの軌道に接続されているからであ
る。

【０００５】 望ましくない振動モード、特に、横モードを避けるために、基本変換器は、複
数の圧電副素子に細分され、したがって、それらは、機械的に分離されるが、同
じ電気的ポイントに接続されている。細分化は、一方向多要素プローブの一例の
断面図を示す図１に示された金属製軌道を超えて切断することにより達成される
。この態様によれば、裏当て材１は、導電性軌道ｐ_ｉ１を有する電気回路２を支
持し、基本変換器ｔ_ｉ１は、それ自体、副要素ｔ_ｉ１ｋを具備している。一般に
、軌道ｐ_ｉ１の幅は、約１００μｍであり、それによって圧電副要素の数が制限
されている。さらに、切断された軌道は、壊れやすく、電気的および機械的応力
にあまり十分に耐えることができない。

【０００６】 圧電素子は、異なるインピーダンスを有する音響整合要素Ｌ_１ｉ１ｋ，Ｌ_{２ｉ ｌｋ} を具備し、要素Ｌ_２ｉ１ｋは、接地することができるように、下側の面に金
属被覆することができる。

【０００７】 接地は、プレートＬ_２ｉ１ｋとセラミックとの間に金属薄膜を挿入することに
より、または、１方向プローブの場合には、セラミックの寸法より小さい寸法の
帯板Ｌ_１ｉ１ｋ，Ｌ_２ｉ１ｋを使用し、それによって、セラミックの端部に接地
電極によるアクセスを可能とすることにより実施されてもよい。後者の場合、ア
ースはハンダ付け、または、セラミックの「自由」端に金属薄膜を接着剤で接着
することにより拾い上げられる。

【０００８】 上述した欠点を緩和するために、この発明は、合成導電性材料からなる薄膜を
具備する音響プローブを提供する。 さらに詳細には、この発明の主題は、基本変換器と、少なくとも１つの金属製
軌道を少なくとも１つの基本変換器に接続するように、金属製軌道を有する電気
回路とを具備し、各基本変換器が、機械的に分離されかつ電気的に同じ軌道に接
続された圧電副要素から構成された音響プローブであって、さらに、前記電気回
路と前記基本変換器との間に配される合成導電材料からなる薄膜を具備し、同じ
基本変換器の前記圧電副要素が、前記薄膜に垂直に延びる間隙によって分離され
ていることを特徴とする音響プローブである。 一般に、この発明に係る音響プローブの電気回路は、音響サポートとして機能
するように、インピーダンス整合された裏当て材に固定されている。

【０００９】 そのようなプローブは、特に、以下のような利点を有している。 − 圧電副要素を定義する間隙が、導電材料からなる薄膜において終端してい
るので、電気回路の軌道は、細分されておらず、したがって強度が低下しない。 − 合成導電材料からなる薄膜は、特に仏国特許第９３／０２５８６号明細書
に開示されているような貫通ビアを用いることなく、圧電要素と電気回路とを電
気的に接続することができる。 − 合成導電材料からなる薄膜は、圧電材料および裏当て材構成材料の中間の
熱膨張率を有しているので、一般に高温で行われる組立の際の熱応力による変形
を吸収することができる。 − 間隙が合成導電材料からなる薄膜において終端しているので、電気回路の
軌道は、圧電副要素の数に従って大きさを設定する必要がない。

【００１０】 合成導電材料からなる薄膜は、エポキシ樹脂形式の有機材料からなっていても
よく、特に、銀、銅またはニッケルのような金属からなる導電性粒子を充填され
ていてもよい。

【００１１】 この発明の主題は、この発明に係る音響プローブの製造プロセスであって、 − 圧電材料からなる少なくとも１つの層と、合成導電材料からなる１つの薄
膜と、金属製軌道を有する１つの電気回路とを組み立てるステップと、 − 圧電材料層および合成導電材料薄膜を、電気的に分離された基本圧電変換
器を画定するように切断するステップと、 − 前記基本変換器および合成材料からなる薄膜の一部を、機械的に分離しか
つ電気的に接続された圧電副要素を画定するように細分するステップと を具備する製造プロセスである。 この発明の一実施形態に係るプロセスによれば、前記切断および細分ステップ
は、ダイヤモンドソーを用いて、１つのステップで行われてもよい。

【００１２】 この発明は、添付図面を参照して、限定しない例により与えられる以下の説明
から、より明確に理解できるとともに、他の効果も明らかになる。 図１は、公知技術に係る１次元音響プローブの一例を示す縦断面図である。 図２は、１次元プローブに関するこの発明の第１の実施形態を示す縦断面図で
ある。 図３は、２次元プローブに関するこの発明の第２の実施形態を示す縦断面図で
ある。

【００１３】 一般に、この発明に係る音響プローブは、合成導電材料からなる薄膜を介して
、裏当て材上に配置された電気回路の表面に配置された金属製軌道に接続された
基本圧電変換器Ｔ_ｉｊを具備している。 一般に、この種のプローブを製造するために、例えば、四分の一波長板からな
る１つまたは２つの音響整合プレートが、電力伝送を改良するために圧電変換器
の表面に固定されている。

【００１４】 これらの整合プレートの材料は、鉱物粒子を充填したポリマーからなっていて
もよく、その比率は、所望の音響特性を得るために調節されている。一般に、こ
れらの帯板は、鋳造または機械加工によって構成され、その後、圧電変換器の表
面の内の一方に接着剤により接着することによって組み立てられる。

【００１５】 さらに詳細には、一群の基本変換器を有するプローブの場合には、圧電変換器
を機械的に分離するための試みがなされている。基本変換器間の全ての音響結合
を回避するように、音響整合プレートの切断を実施することが重要である。

【００１６】 さらに、この種の多要素プローブでは、各基本圧電変換器は、一側でアースに
、他側で正のコンタクト（通電ポイントとも言う。）に接続されなければならな
い。一般に、アースは、伝播媒体に向かって配置され、すなわち、音響整合要素
の側に配置されなければならない。一般に、アース電極は、金属層であり、その
一は、プローブの性質、すなわち、一方向プローブであるか二方向プローブであ
るかに依存している。

【００１７】 （一方向プローブの実施形態） この種のプローブを製造するために、以下のように進行することができる。 例えば、裏当て材にエポキシ系接着剤を使用して接着されたような、露出軌道
を具備する電気回路の表面において、圧電材料からなる層が、導電薄膜３を介し
て前記裏当て材上に結合される。導電薄膜３は、その特性から、全ての組立てを
接着剤による接着によって行うことができる。合成導電材料からなる薄膜は、エ
ポキシ樹脂と金属粒子（銀、銅、ニッケル等）との混合物と、所望の音響特性に
依存して５０体積％〜８０体積％の含有量の充填材とからなっている。薄膜は、
そのインピーダンスが裏当て材のインピーダンスに近く、その厚さ（約２０〜１
００μｍ）が圧電材料により発生される超音波の波長に比較して小さく維持され
るので、プローブの音響特性には全く影響を与えない。

【００１８】 その後、音響整合プレートが、例えば、エポキシ系の接着剤を使用して圧電材
料層の表面上に接着される。 次いで、約１００〜１５０μｍの幅を有する基本変換器Ｔ_ｉ１を得るために、
上記において製造された組立体が、ダイヤモンドソーによって切断される。同じ
操作において、約４０〜７０μｍの幅を有する圧電副要素Ｔ_ｉ１ｋを画定するこ
とを可能にする細分化を行うことができる。図２に示されているように、切断の
切り込みは裏当て材において終端しているのに対し、細分化の切り込みは合成材
料の薄膜の厚みの中において終端しており、それによって、これらの音響整合要
素Ｌ_１ｉ１ｋ，Ｌ_２ｉ１ｋが乗る同じ要素Ｔ_ｉ１の種々の圧電副要素Ｔ_ｉ１ｋ間
の電気的な接続を保護することができる。 下側の音響整合プレートは、プローブの周囲における接地を確保するように、
その下面に金属被覆されていてもよい。

【００１９】 （二方向プローブの実施形態） 電気回路を具備する裏当て材と、合成導電薄膜と、圧電材料からなる層とから
構成される組立体は、一般に、一方向プローブの場合において上述したものと同
一でよい。この種のプローブにおけるアース面の製造は、仏国特許出願公開第２
７５６４４７号公報おいて出願人により開示されたプロセスにおけると同様に、
または、変換器要素と音響整合プレートとの間にアース平面を組み込むことによ
り、進行することができる。

【００２０】 さらに詳細には、この発明の範囲内において、裏当て材／合成導電薄膜／圧電
層の組立体を構成した後に、２つの直交軸に沿って、ダイヤモンドソーを使用し
て、要素Ｔ_ｉｊ，Ｔ_ｉｊｋを画定するように切断および細分化が実施される。こ
のように構成された組立体は、接着剤によって固定される導電性のアース電極Ｍ
によって覆われる。アース電極は、金属または金属被覆されたポリマー薄膜でよ
い。

【００２１】 その後、音響整合材料Ｌ１，Ｌ２からなる２つのプレートの接着が、実施され
、第１のプレートは約５〜１２メガレイリーの高いインピーダンスを有し、第２
のプレートは約２〜４メガレイリーのより低いインピーダンスを有する。次いで
、音響整合プレートの切断が、アース電極Ｍを切断することなく実施される。

【００２２】 これを行うために、切断作業はレーザを用いて行われてもよい。使用されるレ
ーザは、例えば、赤外線ＣＯ_２レーザまたは紫外線エキシマレーザまたは３倍波
若しくは４倍波のＹＡＧレーザでよい。これにより、図３に示されるような二方
向プローブが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 公知の１次元音響プローブの一例を示す縦断面図である。

【図２】 １次元プローブに関する、この発明の第１の実施形態を示す縦断
面図である。

【図３】 ２次元プローブに関する、この発明の第２の実施形態を示す縦断
面図である。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本圧電変換器（Ｔ_ｉｊ）と、少なくとも１つの金属製軌道
   が少なくとも１つの前記基本変換器に接続されるように金属製軌道（Ｐ_ｉｊ）を
   有する電気回路とを具備し、 前記各基本変換器が、機械的に分離され、かつ、同一の軌道に接続された圧電
   副要素（Ｔ_ｉｊｋ）から構成された音響プローブであって、 前記電気回路と前記基本変換器との間に配される合成導電材料からなる薄膜を
   さらに具備し、 同じ基本変換器（Ｔ_ｉｊ）の圧電副要素（Ｔ_ｉｊｋ）が、前記薄膜内に垂直に
   延びる間隙によって、機械的に分離されていることを特徴とする音響プローブ。
2. 【請求項２】 裏当て材と呼ばれる音響サポートを具備し、前記合成材料か
   らなる薄膜が前記裏当て材と同様の音響特性を有することを特徴とする請求項１
   記載の音響プローブ。
3. 【請求項３】 前記合成材料からなる薄膜が、プローブにより発生される超
   音波の波長よりずっと小さい大きさの導電性の粒子を含んでいることを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の音響プローブ。
4. 【請求項４】 合成導電薄膜は、エポキシ樹脂またはポリイミド系の有機材
   料からなる薄膜であり、導電性の粒子を含んでいることを特徴とする請求項１か
   ら請求項３のいずれかに記載の音響プローブ。
5. 【請求項５】 前記導電性の粒子が、銀、銅またはニッケルのような金属製
   の粒子であることを特徴とする請求項４記載の音響プローブ。
6. 【請求項６】 前記合成材料からなる薄膜が、５０〜８０体積％の含有量で
   、導電性充填材を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載
   の音響プローブ。
7. 【請求項７】 合成材料からなる薄膜の厚さが、数十ミクロンの範囲である
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の音響プローブ。
8. 【請求項８】 前記基本変換器（Ｔ_ｉｊ）が、前記電気回路に垂直に延びる
   間隙によって電気的に分離されていることを特徴とする請求項１から請求項７の
   いずれかに記載の音響プローブ。
9. 【請求項９】 請求項１から請求項７のいずれかに記載の音響プローブの製
   造プロセスであって、 − 圧電材料からなる少なくとも１つのプレートと、合成導電材料からなる１
   つの薄膜と、金属製軌道を具備する１つの電気回路とを組み立てるステップと、 − 前記圧電材料からなるプレートおよび前記合成導電材料からなる薄膜を、
   電気的に分離された基本圧電変換器（Ｔ_ｉｊ）を画定するように切断するステッ
   プと、 − 前記基本変換器（Ｔ_ｉｊ）および前記合成材料からなる薄膜の一部を、機
   械的に分離されかつ電気的に接続された圧電副要素（Ｔ_ｉｊｋ）を画定するよう
   に細分するステップと を具備することを特徴とする製造プロセス。
10. 【請求項１０】 前記切断および細分ステップが、ダイヤモンドソーを用い
    て実施されることを特徴とする請求項９記載の音響プローブの製造プロセス。
11. 【請求項１１】 前記切断および細分ステップが、同時に実施されることを
    特徴とする請求項９または請求項１０記載の音響プローブの製造プロセス。
12. 【請求項１２】 前記電気回路が、音響サポートの表面に配置され、前記基
    本圧電変換器を画定するための切断が、前記音響サポートに垂直に実施されるこ
    とを特徴とする請求項９または請求項１０記載の音響プローブの製造プロセス。