JP2003309898A - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
- Publication number
- JP2003309898A JP2003309898A JP2002111062A JP2002111062A JP2003309898A JP 2003309898 A JP2003309898 A JP 2003309898A JP 2002111062 A JP2002111062 A JP 2002111062A JP 2002111062 A JP2002111062 A JP 2002111062A JP 2003309898 A JP2003309898 A JP 2003309898A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric body
- ultrasonic
- ultrasonic transducer
- composite piezoelectric
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】広汎な範囲を観察可能で高い空間分解能を両立
させる比帯域１００％を越える広帯域特性の超音波振動
子を歩留り良く提供する。 【解決手段】複合圧電体２の厚み寸法をλo／２に加工
する際、一面側２ｃを研削し、その後、他面側２ｄを研
削して厚み寸法をλo／２に仕上げる。超音波振動子１
を構成するため、最後に加工する面である例えば他面側
２ｄを前面に設定し、この他面側２ｄを加工する際、柱
状圧電体２ａと樹脂部材２ｂとの段差（ｈ）が、波長の
４％以下（ｈ ＜０．０４×λｏ ）になるように加工す
る。すると、厚み寸法が所定寸法に仕上げられ、前面の
加工状態を所定状態に規定した複合圧電体２が形成され
る。
させる比帯域１００％を越える広帯域特性の超音波振動
子を歩留り良く提供する。 【解決手段】複合圧電体２の厚み寸法をλo／２に加工
する際、一面側２ｃを研削し、その後、他面側２ｄを研
削して厚み寸法をλo／２に仕上げる。超音波振動子１
を構成するため、最後に加工する面である例えば他面側
２ｄを前面に設定し、この他面側２ｄを加工する際、柱
状圧電体２ａと樹脂部材２ｂとの段差（ｈ）が、波長の
４％以下（ｈ ＜０．０４×λｏ ）になるように加工す
る。すると、厚み寸法が所定寸法に仕上げられ、前面の
加工状態を所定状態に規定した複合圧電体２が形成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
生体内の形態的組織情報を断層像として画像化する超音
波内視鏡に主に用いられる超音波振動子に関するもので
ある。
生体内の形態的組織情報を断層像として画像化する超音
波内視鏡に主に用いられる超音波振動子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波を生体に照射し、生体にお
ける音響インピーダンスの変化部分で反射された超音波
を受信して電気信号に変換し、画像化することにより、
超音波断層像を得る超音波診断装置が広く用いられてい
る。
ける音響インピーダンスの変化部分で反射された超音波
を受信して電気信号に変換し、画像化することにより、
超音波断層像を得る超音波診断装置が広く用いられてい
る。
【０００３】又、例えば消化管等の体腔内に挿入可能な
内視鏡挿入部の先端に超音波振動子を設け、この超音波
振動子によって超音波断層画像を得られるようにした超
音波内視鏡も実用化されている。
内視鏡挿入部の先端に超音波振動子を設け、この超音波
振動子によって超音波断層画像を得られるようにした超
音波内視鏡も実用化されている。
【０００４】前記超音波内視鏡で使用される超音波振動
子の圧電体は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ），チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）等の圧電材料で形成
されている。この圧電体の音響インピーダンスは約２０
〜３０ＭＲａｙｌ程度あり、生体組織の音響インピーダ
ンス約１．５ＭＲａｙｌ程度に比較し大きいため、超音
波の送受信の伝送に際して効率的ではなく、両者間の音
響的インピーダンスの整合を図るべく材料特性を最適化
させた音響整合層なる部材を架装する必要がある。また
生体内の所望の領域での分解能を向上させるべく音響レ
ンズを配置することが望ましい。その具体的な方法とし
ては従来前記音響整合層としての機能を具備した凹面形
の音響レンズを構成していた。こうした構成の場合、前
記音響レンズでのフォーカス点付近に於ける超音波の送
受信信号の比帯域が約４０％であった。
子の圧電体は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ），チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）等の圧電材料で形成
されている。この圧電体の音響インピーダンスは約２０
〜３０ＭＲａｙｌ程度あり、生体組織の音響インピーダ
ンス約１．５ＭＲａｙｌ程度に比較し大きいため、超音
波の送受信の伝送に際して効率的ではなく、両者間の音
響的インピーダンスの整合を図るべく材料特性を最適化
させた音響整合層なる部材を架装する必要がある。また
生体内の所望の領域での分解能を向上させるべく音響レ
ンズを配置することが望ましい。その具体的な方法とし
ては従来前記音響整合層としての機能を具備した凹面形
の音響レンズを構成していた。こうした構成の場合、前
記音響レンズでのフォーカス点付近に於ける超音波の送
受信信号の比帯域が約４０％であった。
【０００５】一般的に比帯域の値が小さいと超音波断層
像の画像深達度及び分解能と謂った性能が一義的であ
り、画像診断に際しての臨床適応範囲の選択性が狭いも
のであった。このため従来の比帯域４０％程度の振動子
を実装した超音波内視鏡の検査では、適応する臨床目的
に応じた周波数と口径をもった複数個の振動子を実装し
た超音波内視鏡が必要になり、このため前記内視鏡挿入
先端部の形状が大きくなり、患者へ同内視鏡を挿入する
際、その嚥下性を損ない患者に苦痛を与えることが少な
くない。或いは前記比帯域４０％程度の従来振動子で
は、臨床目的に応じて種類の違う複数種類の超音波内視
鏡を用意する必要があり、病院の経営及び管理と謂った
観点では、必ずしも効率的ではなかった。このため広帯
域化を図った超音波振動子が望まれていた。
像の画像深達度及び分解能と謂った性能が一義的であ
り、画像診断に際しての臨床適応範囲の選択性が狭いも
のであった。このため従来の比帯域４０％程度の振動子
を実装した超音波内視鏡の検査では、適応する臨床目的
に応じた周波数と口径をもった複数個の振動子を実装し
た超音波内視鏡が必要になり、このため前記内視鏡挿入
先端部の形状が大きくなり、患者へ同内視鏡を挿入する
際、その嚥下性を損ない患者に苦痛を与えることが少な
くない。或いは前記比帯域４０％程度の従来振動子で
は、臨床目的に応じて種類の違う複数種類の超音波内視
鏡を用意する必要があり、病院の経営及び管理と謂った
観点では、必ずしも効率的ではなかった。このため広帯
域化を図った超音波振動子が望まれていた。
【０００６】前記比帯域を向上させるため、前記ＰＺ
Ｔ，ＰｂＴｉＯ3 等で形成した圧電体に対して所定の音
響インピーダンスに設定した第１整合層及び第２整合層
と、前記音響レンズとを別個に設けた構成の超音波振動
子もある。この構成の超音波振動子では前記音響レンズ
フォーカス点付近に於ける超音波送受信信号の比帯域は
約６０〜７０パーセントに向上する。そして、整合層を
３層構造にすることにより、比帯域が約９０パーセント
になることは知られているが、整合層を形成することが
困難であり、これに起因した製造上の不良が多数発生し
てしまう。
Ｔ，ＰｂＴｉＯ3 等で形成した圧電体に対して所定の音
響インピーダンスに設定した第１整合層及び第２整合層
と、前記音響レンズとを別個に設けた構成の超音波振動
子もある。この構成の超音波振動子では前記音響レンズ
フォーカス点付近に於ける超音波送受信信号の比帯域は
約６０〜７０パーセントに向上する。そして、整合層を
３層構造にすることにより、比帯域が約９０パーセント
になることは知られているが、整合層を形成することが
困難であり、これに起因した製造上の不良が多数発生し
てしまう。
【０００７】前述した広帯域化を図った超音波振動子を
提供するため、例えば特開２００１‐１７８７１９号公
報には、超音波内視鏡の挿入部の細径化を図れ、感度低
下を起こすことなく、広汎な画像深達度を有する比帯域
が１００％を越える広帯域化した超音波振動子が示され
ている。これにより例えば前記超音波内視鏡で上部消化
管を観察した場合、胃や食道等の消化管の上皮組織から
壁外の胆嚢や膵臓及び胆管、膵管の管腔構造が単一の振
動子で観察可能となった。
提供するため、例えば特開２００１‐１７８７１９号公
報には、超音波内視鏡の挿入部の細径化を図れ、感度低
下を起こすことなく、広汎な画像深達度を有する比帯域
が１００％を越える広帯域化した超音波振動子が示され
ている。これにより例えば前記超音波内視鏡で上部消化
管を観察した場合、胃や食道等の消化管の上皮組織から
壁外の胆嚢や膵臓及び胆管、膵管の管腔構造が単一の振
動子で観察可能となった。
【０００８】この超音波振動子では、図６（ａ）、
（ｂ）の複合圧電体の斜視図及び複合圧電体を説明する
断面図に示すように圧電体を、例えばＰＺＴで形成され
た複数の柱状圧電体２１と、これら柱状圧電体２１の隙
間に充填されるエポキシ樹脂等の樹脂部材２２とで構成
し、音響インピーダンスが所定の範囲となるようにこれ
ら柱状圧電体２１の体積充填率を設定した複合圧電体２
０としていた。そして、この複合圧電体２０の超音波放
射面側に図示しない中央部から周辺方向に向かって厚み
寸法が連続的に変化する、音響レンズを兼ねた、音響イ
ンピーダンスを所定範囲に設定した音響整合層を設けて
超音波振動子を構成していた。
（ｂ）の複合圧電体の斜視図及び複合圧電体を説明する
断面図に示すように圧電体を、例えばＰＺＴで形成され
た複数の柱状圧電体２１と、これら柱状圧電体２１の隙
間に充填されるエポキシ樹脂等の樹脂部材２２とで構成
し、音響インピーダンスが所定の範囲となるようにこれ
ら柱状圧電体２１の体積充填率を設定した複合圧電体２
０としていた。そして、この複合圧電体２０の超音波放
射面側に図示しない中央部から周辺方向に向かって厚み
寸法が連続的に変化する、音響レンズを兼ねた、音響イ
ンピーダンスを所定範囲に設定した音響整合層を設けて
超音波振動子を構成していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開２００１‐１７８７１９号公報の超音波振動子では、
超音波振動子の駆動周波数が１５ＭＨｚを超える仕様で
製造する場合、図７の超音波振動子の音響レンズフォー
カス付近での超音波送受信特性の概念図で示すように高
周波帯域での性能確保が困難であり、このため製造歩留
まりが必ずしも高くない。
開２００１‐１７８７１９号公報の超音波振動子では、
超音波振動子の駆動周波数が１５ＭＨｚを超える仕様で
製造する場合、図７の超音波振動子の音響レンズフォー
カス付近での超音波送受信特性の概念図で示すように高
周波帯域での性能確保が困難であり、このため製造歩留
まりが必ずしも高くない。
【００１０】この製造歩留まり不具合を解消するため製
造工程及び各部品の見直しを行ったところ、前記複合圧
電体２０の超音波放射面側２３ａ及びその反対側である
バッキング材接着面側２３ｂの表面状態、特にその表面
粗さに違いがあることが電子顕微鏡の観察でわかった。
造工程及び各部品の見直しを行ったところ、前記複合圧
電体２０の超音波放射面側２３ａ及びその反対側である
バッキング材接着面側２３ｂの表面状態、特にその表面
粗さに違いがあることが電子顕微鏡の観察でわかった。
【００１１】この表面粗さの違いについては複合圧電体
を製造する工程で発生するものである。
を製造する工程で発生するものである。
【００１２】この点に関して詳細な説明を加えると前記
複合圧電体２０は幾つかの工程を経て製造されるが、振
動子の使用目的に応じた周波数にすべく、圧電体の厚み
寸法を前記図６（ｂ）に示すように所定の値に設定する
ために圧電体の両面２３ａ、２３ｂを研削或いは研磨加
工を実施する必要がある。この所定の厚み寸法ｔである
が、合目的的な振動子の周波数Ｆoと圧電体部材内の超
音波伝播速度Ｖoから計算される圧電体部材内の音波波
長λo（＝Ｖo/Ｆo）の半分 即ちλo/２に等価である。
研削又は研磨はこの所定厚みｔ＝λo/２を狙って慎重に
加工するが、前記複合圧電体を構成する柱状圧電体２１
と樹脂部材２２では材料特性 特に弾性率（＝硬さ）熱
膨張率に大きな隔たりがあるため、前記研削或いは研磨
加工を実施すると、両者間に加工ダレが生じ、図８に示
すように柱状圧電体２１と樹脂部材２２との間に厚み段
差として現れていた。この段差を０に抑制し加工するこ
とは材料の特性上不可能であり、又、複合圧電体の表裏
両面間で前記厚み段差のばらつきに多寡が生じること
も、一般的な研削または研磨加工の特質から勘案して不
可避なところである。そこで複合圧電体の前記厚み段差
と超音波振動子の特性との関係を調査したところ、前記
厚み段差の大きさが、前記超音波の波長λoの４％より
大きな場合には所望する広帯域な特性を有する超音波振
動子を製造することが出来なかった。
複合圧電体２０は幾つかの工程を経て製造されるが、振
動子の使用目的に応じた周波数にすべく、圧電体の厚み
寸法を前記図６（ｂ）に示すように所定の値に設定する
ために圧電体の両面２３ａ、２３ｂを研削或いは研磨加
工を実施する必要がある。この所定の厚み寸法ｔである
が、合目的的な振動子の周波数Ｆoと圧電体部材内の超
音波伝播速度Ｖoから計算される圧電体部材内の音波波
長λo（＝Ｖo/Ｆo）の半分 即ちλo/２に等価である。
研削又は研磨はこの所定厚みｔ＝λo/２を狙って慎重に
加工するが、前記複合圧電体を構成する柱状圧電体２１
と樹脂部材２２では材料特性 特に弾性率（＝硬さ）熱
膨張率に大きな隔たりがあるため、前記研削或いは研磨
加工を実施すると、両者間に加工ダレが生じ、図８に示
すように柱状圧電体２１と樹脂部材２２との間に厚み段
差として現れていた。この段差を０に抑制し加工するこ
とは材料の特性上不可能であり、又、複合圧電体の表裏
両面間で前記厚み段差のばらつきに多寡が生じること
も、一般的な研削または研磨加工の特質から勘案して不
可避なところである。そこで複合圧電体の前記厚み段差
と超音波振動子の特性との関係を調査したところ、前記
厚み段差の大きさが、前記超音波の波長λoの４％より
大きな場合には所望する広帯域な特性を有する超音波振
動子を製造することが出来なかった。
【００１３】つまり、従来の製造工程においては、複合
圧電体を所定厚みに加工する際、厚み寸法の精度だけを
規定して、放射面及びその反対側のバッキング材接着面
の表面処理状態、言いかえれば表面粗さに関して何ら規
定をしていなかった。
圧電体を所定厚みに加工する際、厚み寸法の精度だけを
規定して、放射面及びその反対側のバッキング材接着面
の表面処理状態、言いかえれば表面粗さに関して何ら規
定をしていなかった。
【００１４】また、前記複合圧電体の放射面側及びバッ
キング材接着面側に信号の伝送を司る電極としてスパッ
タ-等の手段により成膜される金等の膜厚に対しても概
略寸法の規定しかなく、膜厚が厚めであった場合には前
記同様高周波数帯域での特性確保が出来なかった。
キング材接着面側に信号の伝送を司る電極としてスパッ
タ-等の手段により成膜される金等の膜厚に対しても概
略寸法の規定しかなく、膜厚が厚めであった場合には前
記同様高周波数帯域での特性確保が出来なかった。
【００１５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、広汎な診断領域と高い空間分解能を両立させるべ
く比帯域が１００％を越える複合圧電型の超音波振動子
を歩留り良く提供することを目的にしている。
あり、広汎な診断領域と高い空間分解能を両立させるべ
く比帯域が１００％を越える複合圧電型の超音波振動子
を歩留り良く提供することを目的にしている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波振動子
は、複数の柱状圧電体及びこれら柱状圧電体の隙間に充
填される有機物で形成され音響インピーダンスを所定の
範囲に設定した複合圧電体と、この複合圧電体の超音波
放射面側に配置された音響インピーダンスを所定範囲に
設定した音響整合層に設けられる音響レンズとを具備す
る超音波振動子であって、前記複合圧電体の超音波が放
射される放射面表面における有機物と柱状圧電体との厚
み段差を、その反対側のバッキング材接着面表面におけ
る有機物と柱状圧電体との厚み段差より小さく設定して
いる。
は、複数の柱状圧電体及びこれら柱状圧電体の隙間に充
填される有機物で形成され音響インピーダンスを所定の
範囲に設定した複合圧電体と、この複合圧電体の超音波
放射面側に配置された音響インピーダンスを所定範囲に
設定した音響整合層に設けられる音響レンズとを具備す
る超音波振動子であって、前記複合圧電体の超音波が放
射される放射面表面における有機物と柱状圧電体との厚
み段差を、その反対側のバッキング材接着面表面におけ
る有機物と柱状圧電体との厚み段差より小さく設定して
いる。
【００１７】そして、前記複合圧電体の放射面表面の有
機物と柱状圧電体との厚み段差を、圧電体中の超音波の
波長λoの４％以下に設定している。
機物と柱状圧電体との厚み段差を、圧電体中の超音波の
波長λoの４％以下に設定している。
【００１８】これら表面粗さを規定することにより、超
音波振動子として必要な性能を満足する複合圧電体が提
供される。
音波振動子として必要な性能を満足する複合圧電体が提
供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００２０】図１ないし図５は本発明の一実施形態に係
り、図１は超音波振動子の概略構成を示す斜視図、図２
は図１のＡ‐Ａ線断面図、図３は複合圧電体の構成を説
明する断面図、図４は厚み段差及び電極を説明する図、
図５は超音波振動子の音響レンズフォーカス付近での超
音波送受信特性の概念図である。なお、図４（ａ）は複
合圧電体の柱状圧電体と樹脂部材との厚み段差を説明す
る図、図４（ｂ）は複合圧電体の前面及び後面に成膜す
る前面電極及び後面電極を説明する図である。
り、図１は超音波振動子の概略構成を示す斜視図、図２
は図１のＡ‐Ａ線断面図、図３は複合圧電体の構成を説
明する断面図、図４は厚み段差及び電極を説明する図、
図５は超音波振動子の音響レンズフォーカス付近での超
音波送受信特性の概念図である。なお、図４（ａ）は複
合圧電体の柱状圧電体と樹脂部材との厚み段差を説明す
る図、図４（ｂ）は複合圧電体の前面及び後面に成膜す
る前面電極及び後面電極を説明する図である。
【００２１】図１、図２及び図３に示すように本実施形
態の超音波振動子１は、例えばＰＺＴで形成された複数
の柱状圧電体と、これら柱状圧電体の隙間に充填される
エポキシ樹脂等の樹脂部材とで形成された音響インピー
ダンスが所定の範囲となるように前記柱状圧電体の体積
充填率を設定して平板で略円形状の複合圧電体２と、超
音波を放射する或いは超音波を送受する超音波放射面或
いは超音波送受面（単に前面とも記す）に金等をスパッ
タ等の蒸着手段によって設けた金電極である前面電極３
ａ及び前記複合圧電体２の超音波放射面とは反対側の面
（前面に対して後面と記す）に金等をスパッタ等の蒸着
手段によって設けた金電極である後面電極３ｂと、前記
複合圧電体２の前面電極３ａに接着によって積層された
複合圧電体２の音響インピーダンスと生体の音響インピ
ーダンスとの整合性を向上させるエポキシ樹脂、より具
体的にはポリイミド樹脂或いはウルテム樹脂等で構成さ
れた樹脂層及びアルミナ粉末入り樹脂層で厚み寸法を、
波長（λとも記載する）に対して所定の割合の寸法に形
成した音響整合層４及び前記複合圧電体２から放射され
た超音波を所望の位置に集束させて超音波ビームを出射
させる集束手段となる樹脂製の音響レンズ４ａと、前記
複合圧電体２の後面電極３ｂに接着剤によって積層さ
れ、後方側への超音波を減衰させる例えばフェライト粉
末或いはその他添加剤を配合したゴムで形成したバッキ
ング材５と、前記複合圧電体２，前面電極３ａ，後面電
極３ｂ，音響整合層４，音響レンズ４ａ及びバッキング
材５の一部をそれぞれの表面を覆う耐水性、耐薬品性に
優れたポリパラキシリレン樹脂をコーティングして形成
した保護膜６とで主に構成している。
態の超音波振動子１は、例えばＰＺＴで形成された複数
の柱状圧電体と、これら柱状圧電体の隙間に充填される
エポキシ樹脂等の樹脂部材とで形成された音響インピー
ダンスが所定の範囲となるように前記柱状圧電体の体積
充填率を設定して平板で略円形状の複合圧電体２と、超
音波を放射する或いは超音波を送受する超音波放射面或
いは超音波送受面（単に前面とも記す）に金等をスパッ
タ等の蒸着手段によって設けた金電極である前面電極３
ａ及び前記複合圧電体２の超音波放射面とは反対側の面
（前面に対して後面と記す）に金等をスパッタ等の蒸着
手段によって設けた金電極である後面電極３ｂと、前記
複合圧電体２の前面電極３ａに接着によって積層された
複合圧電体２の音響インピーダンスと生体の音響インピ
ーダンスとの整合性を向上させるエポキシ樹脂、より具
体的にはポリイミド樹脂或いはウルテム樹脂等で構成さ
れた樹脂層及びアルミナ粉末入り樹脂層で厚み寸法を、
波長（λとも記載する）に対して所定の割合の寸法に形
成した音響整合層４及び前記複合圧電体２から放射され
た超音波を所望の位置に集束させて超音波ビームを出射
させる集束手段となる樹脂製の音響レンズ４ａと、前記
複合圧電体２の後面電極３ｂに接着剤によって積層さ
れ、後方側への超音波を減衰させる例えばフェライト粉
末或いはその他添加剤を配合したゴムで形成したバッキ
ング材５と、前記複合圧電体２，前面電極３ａ，後面電
極３ｂ，音響整合層４，音響レンズ４ａ及びバッキング
材５の一部をそれぞれの表面を覆う耐水性、耐薬品性に
優れたポリパラキシリレン樹脂をコーティングして形成
した保護膜６とで主に構成している。
【００２２】なお、前記前面電極３ａにはアース線７が
電気的に接続され、前記後面電極３ｂには信号線８が電
気的に接続されている。そして、これら電線７，８はリ
ード線９としてひとまとめにされて延出し、図示しない
超音波観測装置の信号端子及びアース端子にそれぞれ接
続されている。
電気的に接続され、前記後面電極３ｂには信号線８が電
気的に接続されている。そして、これら電線７，８はリ
ード線９としてひとまとめにされて延出し、図示しない
超音波観測装置の信号端子及びアース端子にそれぞれ接
続されている。
【００２３】また、前記音響整合層４に設けられる音響
レンズ４ａは、所定の厚み寸法に形成した音響整合層４
に対して形成配置されるものであり、この音響整合層４
と音響的に観てほぼ等価なエポキシ樹脂を音響整合層４
の超音波放射面に積層して例えば中央部から周方向にい
くにしたがって連続的に厚み寸法が大きくなるように変
化する凹んだ曲面形状に形成してある。
レンズ４ａは、所定の厚み寸法に形成した音響整合層４
に対して形成配置されるものであり、この音響整合層４
と音響的に観てほぼ等価なエポキシ樹脂を音響整合層４
の超音波放射面に積層して例えば中央部から周方向にい
くにしたがって連続的に厚み寸法が大きくなるように変
化する凹んだ曲面形状に形成してある。
【００２４】図３に示すように前記複合圧電体２を構成
する複数の柱状圧電体２ａは、例えば波長より小さな所
定ピッチ（図中ｐで示す）で配列されており、それら柱
状圧電体２ａの間に樹脂部材２ｂが充填されている。ま
た、前記複合圧電体２の厚み寸法ｔoは、研削或いは研
磨加工によって前述の如く所定寸法であるλo／２に加
工されるようになっている。
する複数の柱状圧電体２ａは、例えば波長より小さな所
定ピッチ（図中ｐで示す）で配列されており、それら柱
状圧電体２ａの間に樹脂部材２ｂが充填されている。ま
た、前記複合圧電体２の厚み寸法ｔoは、研削或いは研
磨加工によって前述の如く所定寸法であるλo／２に加
工されるようになっている。
【００２５】前記複合圧電体２の厚み寸法をλo／２に
加工する際、まず、前記複合圧電体２の一面側２ｃを研
削又は研磨加工し、その後、他面側２ｄを研削又は研磨
加工して厚み寸法をλｏ／２に仕上げる。この場合、前
記他面側２ｄを研削又は研磨加工する際、既に加工済み
である一面側２ｃを加工機の取付け台に配置させゲル状
の仮止め材を用いてクランプして研削又は研磨加工に入
る。本加工に於いて取り付け台にてクランプされている
前記一面側２ｃでは前記柱状圧電体部２１と樹脂部２２
に研削又は研磨の際に生じる力学的/熱的加工負荷が生
じる。前記柱状圧電体部２１は所謂セラミックで構成さ
れているため、材料力学的に観て非常に硬く熱的にも膨
張の少ない材料である。一方前記樹脂部２２はエポキシ
系樹脂で構成されているため弾性に富みこれら負荷に対
して伸びる方向に作用する。従って当該研削又は研磨加
工により前記他面側２ｃの稜線にダレが発生し、前述の
如き厚み段差が生じたりする。
加工する際、まず、前記複合圧電体２の一面側２ｃを研
削又は研磨加工し、その後、他面側２ｄを研削又は研磨
加工して厚み寸法をλｏ／２に仕上げる。この場合、前
記他面側２ｄを研削又は研磨加工する際、既に加工済み
である一面側２ｃを加工機の取付け台に配置させゲル状
の仮止め材を用いてクランプして研削又は研磨加工に入
る。本加工に於いて取り付け台にてクランプされている
前記一面側２ｃでは前記柱状圧電体部２１と樹脂部２２
に研削又は研磨の際に生じる力学的/熱的加工負荷が生
じる。前記柱状圧電体部２１は所謂セラミックで構成さ
れているため、材料力学的に観て非常に硬く熱的にも膨
張の少ない材料である。一方前記樹脂部２２はエポキシ
系樹脂で構成されているため弾性に富みこれら負荷に対
して伸びる方向に作用する。従って当該研削又は研磨加
工により前記他面側２ｃの稜線にダレが発生し、前述の
如き厚み段差が生じたりする。
【００２６】したがって、本実施形態においては、超音
波振動子１を構成する際、最後に加工される面である例
えば他面側２ｄを前面側に設定する。そして、この前面
になる他面側２ｄ即ち最終研削又は研磨加工面を加工す
る際、図４（ａ）に示すように前記柱状圧電体２ａと樹
脂部材２ｂとの段差（ｈ）が、波長の４％以下（ｈ＜
０．０４×λo ）になるように計測しながら行う。この
ことにより、厚み寸法が所定寸法に仕上げられ、前面の
加工状態を所定状態に規定した複合圧電体２が形成され
る。
波振動子１を構成する際、最後に加工される面である例
えば他面側２ｄを前面側に設定する。そして、この前面
になる他面側２ｄ即ち最終研削又は研磨加工面を加工す
る際、図４（ａ）に示すように前記柱状圧電体２ａと樹
脂部材２ｂとの段差（ｈ）が、波長の４％以下（ｈ＜
０．０４×λo ）になるように計測しながら行う。この
ことにより、厚み寸法が所定寸法に仕上げられ、前面の
加工状態を所定状態に規定した複合圧電体２が形成され
る。
【００２７】次に、上記のように加工された複合圧電体
２に外部からの電気信号の入出力を行うべく電極を形成
する製造工程が必要であるが、一般的に柱状圧電体２１
とエポキシ樹脂２２で構成された複合圧電体に対する電
極形成の場合、スパッタ-等の蒸着手段により金やクロ
ムの薄膜で形成することが多い。この金等の電極薄膜の
厚みであるが、電極の強度や音響特性等を考慮し、電極
となる材料の超音波伝播速度Ｖeと振動子周波数Ｆoから
計算される電極材料中の波長λe（＝Ｖe/Ｆo：前述のλ
oとは異なる値）の数十分の一以下に設定することが一
般的である。然し乍ら金電極薄膜の厚みが前記のとおり
数十分の一程度の場合、上記図８に示したような高周波
帯域での特性が維持出来ない振動子が多く出現した。こ
の技術的機序は不明な点もあるが、電極厚みの増加に伴
い振動子の電気機械結合係数が悪化する傾向が認められ
ため、様々な検討の結果、電極厚み寸法ｔeが電極材料
の超音波伝播速度から計算される波長λeの４００分の
１から２００分の１程度とした場合所望の高周波特性を
満足する振動子を達成することが出来た。
２に外部からの電気信号の入出力を行うべく電極を形成
する製造工程が必要であるが、一般的に柱状圧電体２１
とエポキシ樹脂２２で構成された複合圧電体に対する電
極形成の場合、スパッタ-等の蒸着手段により金やクロ
ムの薄膜で形成することが多い。この金等の電極薄膜の
厚みであるが、電極の強度や音響特性等を考慮し、電極
となる材料の超音波伝播速度Ｖeと振動子周波数Ｆoから
計算される電極材料中の波長λe（＝Ｖe/Ｆo：前述のλ
oとは異なる値）の数十分の一以下に設定することが一
般的である。然し乍ら金電極薄膜の厚みが前記のとおり
数十分の一程度の場合、上記図８に示したような高周波
帯域での特性が維持出来ない振動子が多く出現した。こ
の技術的機序は不明な点もあるが、電極厚みの増加に伴
い振動子の電気機械結合係数が悪化する傾向が認められ
ため、様々な検討の結果、電極厚み寸法ｔeが電極材料
の超音波伝播速度から計算される波長λeの４００分の
１から２００分の１程度とした場合所望の高周波特性を
満足する振動子を達成することが出来た。
【００２８】以上纏めると、振動子の厚み寸法ｔoがλo
／２で規定され、且つ柱状圧電体２ａと樹脂部材２ｂと
の厚み段差が、圧電体の超音波波長の４％以下になるよ
うに加工された前面を有する複合圧電体２の前面及び、
この前面より多少面状態が粗れた後面とに、図４（ｂ）
に示すように例えば金等を厚み寸法（ｔe）が電極材料
の超音波波長λeとしてｔe＝λe／400 〜 λe／200の範
囲に収まる前面電極３ａと後面電極３ｂとを成膜する。
このように形成した複合圧電体を有する超音波振動子で
は、図５に示すように音響レンズフォーカス付近での超
音波送受信特性が高帯域周波数特性を有する。なお、前
面電極３ａ及び後面電極３ｂの成膜は、例えばスパッタ
成膜装置の条件を規定して行う。
／２で規定され、且つ柱状圧電体２ａと樹脂部材２ｂと
の厚み段差が、圧電体の超音波波長の４％以下になるよ
うに加工された前面を有する複合圧電体２の前面及び、
この前面より多少面状態が粗れた後面とに、図４（ｂ）
に示すように例えば金等を厚み寸法（ｔe）が電極材料
の超音波波長λeとしてｔe＝λe／400 〜 λe／200の範
囲に収まる前面電極３ａと後面電極３ｂとを成膜する。
このように形成した複合圧電体を有する超音波振動子で
は、図５に示すように音響レンズフォーカス付近での超
音波送受信特性が高帯域周波数特性を有する。なお、前
面電極３ａ及び後面電極３ｂの成膜は、例えばスパッタ
成膜装置の条件を規定して行う。
【００２９】このように、複合圧電体の厚み寸法を所定
寸法に加工する際、最終加工面側を超音波放射面である
前面側に設定し、この前面表面の柱状圧電体と樹脂部材
との厚み段差を波長の４％以下になるように加工すると
ともに、この複合圧電体の前面及び後面に所定厚み寸法
の金電極を成膜することにより、高帯域周波数特性を有
する超音波振動子を形成するために必要な複合圧電体を
安定的に供給することができる。
寸法に加工する際、最終加工面側を超音波放射面である
前面側に設定し、この前面表面の柱状圧電体と樹脂部材
との厚み段差を波長の４％以下になるように加工すると
ともに、この複合圧電体の前面及び後面に所定厚み寸法
の金電極を成膜することにより、高帯域周波数特性を有
する超音波振動子を形成するために必要な複合圧電体を
安定的に供給することができる。
【００３０】このことによって、高帯域周波数特性を有
する超音波振動子を製造する際、複合圧電体の不具合を
原因にした歩留りを向上させることが出来た。
する超音波振動子を製造する際、複合圧電体の不具合を
原因にした歩留りを向上させることが出来た。
【００３１】尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに
限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々変形実施可能である。
限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々変形実施可能である。
【００３２】［付記］以上詳述したような本発明の上記
実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができ
る。
実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができ
る。
【００３３】（１）複数の柱状圧電体及びこれら柱状圧
電体の隙間に充填される有機物で形成された音響インピ
ーダンスを所定の範囲に設定した複合圧電体と、この複
合圧電体の放射面側に配置された音響インピーダンスを
所定範囲に設定した音響整合層に設けられる音響レンズ
とを具備する超音波振動子において、前記複合圧電体の
超音波が放射される放射面表面における有機物と柱状圧
電体との厚み段差を、反対側の表面における有機物と柱
状圧電体との厚み段差より小さく設定した超音波振動
子。
電体の隙間に充填される有機物で形成された音響インピ
ーダンスを所定の範囲に設定した複合圧電体と、この複
合圧電体の放射面側に配置された音響インピーダンスを
所定範囲に設定した音響整合層に設けられる音響レンズ
とを具備する超音波振動子において、前記複合圧電体の
超音波が放射される放射面表面における有機物と柱状圧
電体との厚み段差を、反対側の表面における有機物と柱
状圧電体との厚み段差より小さく設定した超音波振動
子。
【００３４】（２）前記複合圧電体の放射面表面の有機
物と柱状圧電体との厚み段差を、圧電体を伝播する超音
波の波長の４％以下に設定した付記１に記載の超音波振
動子。
物と柱状圧電体との厚み段差を、圧電体を伝播する超音
波の波長の４％以下に設定した付記１に記載の超音波振
動子。
【００３５】（３）前記複合圧電体の厚み寸法を所定寸
法に加工する際、最後に加工される加工面が放射面であ
る付記２に記載の超音波振動子。
法に加工する際、最後に加工される加工面が放射面であ
る付記２に記載の超音波振動子。
【００３６】（４）前記複合圧電体の柱状圧電体と樹脂
部材との段差を波長の４％以下になるように加工した放
射面表面及びその反対面表面に設ける金等の電極の厚み
寸法を電極材料を伝播する超音波波長の1／400 ないし
1／200の範囲に規定した付記１に記載の超音波振動子。
部材との段差を波長の４％以下になるように加工した放
射面表面及びその反対面表面に設ける金等の電極の厚み
寸法を電極材料を伝播する超音波波長の1／400 ないし
1／200の範囲に規定した付記１に記載の超音波振動子。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、広
汎な範囲を観察可能で高い空間分解能を両立させる比帯
域１００％を越える広帯域特性の超音波振動子を歩留り
良く提供することができる。
汎な範囲を観察可能で高い空間分解能を両立させる比帯
域１００％を越える広帯域特性の超音波振動子を歩留り
良く提供することができる。
【図１】図１は超音波振動子の概略構成を示す斜視図
【図２】図１のＡ‐Ａ線断面図
【図３】複合圧電体の構成を説明する断面図
【図４】段差及び電極を説明する図
【図５】超音波振動子の音響レンズフォーカス付近での
超音波送受信特性の概念図
超音波送受信特性の概念図
【図６】図６ないし図８は従来例にかかり、図６は従来
の複合圧電体を説明する図
の複合圧電体を説明する図
【図７】超音波振動子の音響レンズフォーカス付近での
超音波送受信特性の概念図
超音波送受信特性の概念図
【図８】複合圧電体の柱状圧電体と樹脂部材との段差を
説明する図
説明する図
１…超音波振動子
２…複合圧電体
２ａ…柱状圧電体
２ｂ…樹脂部材
ｈ…段差
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大村 正由
東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ
ンパス光学工業株式会社内
(72)発明者 福田 宏
東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ
ンパス光学工業株式会社内
(72)発明者 仲前 一男
兵庫県赤穂郡上郡町光都３丁目12番１号
住友電気工業株式会社播磨研究所内
(72)発明者 平田 嘉裕
兵庫県赤穂郡上郡町光都３丁目12番１号
住友電気工業株式会社播磨研究所内
Ｆターム(参考） 5D019 AA00 AA09 BB14 GG01
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の柱状圧電体及びこれら柱状圧電体
の隙間に充填される有機物で形成され音響インピーダン
スを所定の範囲に設定した複合圧電体と、この複合圧電
体の放射面側に配置され音響インピーダンスを所定範囲
に設定した音響整合層に設けられる音響レンズとを具備
する超音波振動子において、 前記複合圧電体の超音波が放射される放射面表面におけ
る有機物と柱状圧電体との厚み段差を、当該放射面と反
対側の表面における有機物と柱状圧電体との厚み段差よ
り小さく設定したことを特徴とする超音波振動子。 - 【請求項２】 前記複合圧電体の放射面表面の有機物と
柱状圧電体との厚み段差を、圧電体を伝播する超音波の
波長の４％以下に設定したことを特徴とする請求項１に
記載の超音波振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002111062A JP3819315B2 (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 超音波振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002111062A JP3819315B2 (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 超音波振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003309898A true JP2003309898A (ja) | 2003-10-31 |
| JP3819315B2 JP3819315B2 (ja) | 2006-09-06 |
Family
ID=29394013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002111062A Expired - Fee Related JP3819315B2 (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3819315B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008124957A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Aloka Co Ltd | 超音波探触子 |
| JP2015115684A (ja) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | コニカミノルタ株式会社 | 複合圧電体、超音波探触子及び超音波画像診断装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018146789A1 (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | オリンパス株式会社 | 超音波内視鏡装置、超音波素子および超音波素子の製造方法 |
-
2002
- 2002-04-12 JP JP2002111062A patent/JP3819315B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008124957A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Aloka Co Ltd | 超音波探触子 |
| JP2015115684A (ja) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | コニカミノルタ株式会社 | 複合圧電体、超音波探触子及び超音波画像診断装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3819315B2 (ja) | 2006-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU688334B2 (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| US5582177A (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| US5438998A (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| EP2292146B1 (en) | Piezocomposite transducers | |
| US5434827A (en) | Matching layer for front acoustic impedance matching of clinical ultrasonic tranducers | |
| US5743855A (en) | Broadband phased array transducer design with frequency controlled two dimension capability and methods for manufacture thereof | |
| EP0602949A2 (en) | Curvilinear interleaved longitudinal-mode ultrasound transducers | |
| JP7376008B2 (ja) | 高周波超音波トランスデューサ | |
| JP5949599B2 (ja) | 複合圧電体の製造方法、超音波探触子の製造方法、複合圧電体、超音波探触子及び超音波画像診断装置 | |
| CN107534815B (zh) | 包括具有复合结构的匹配层的超声换能器及其制造方法 | |
| US6396198B1 (en) | Wave transmission-reception element for use in ultrasound probe, method for manufacturing the wave transmission-reception element and ultrasound probe incorporating the transmission-reception element | |
| JP4528606B2 (ja) | 超音波プローブ及び超音波診断装置 | |
| JP5179836B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP2008048276A (ja) | 超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサアレイ | |
| JP3819315B2 (ja) | 超音波振動子 | |
| JP4413568B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP3327497B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH03274899A (ja) | 超音波変換器 | |
| JP2011077572A (ja) | 超音波トランスデューサ及びその製造方法、並びに超音波プローブ | |
| JPH07312799A (ja) | 超音波探触子とその製造方法 | |
| JPH0759765A (ja) | 超音波トランスデューサ | |
| US11998389B2 (en) | Focused rotational IVUS transducer using single crystal composite material | |
| US20240139774A1 (en) | Ultrasound transducer and method for producing an ultrasound transducer | |
| JP3749192B2 (ja) | 超音波振動子 | |
| JP2007288397A (ja) | 超音波用探触子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040913 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060525 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060606 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060614 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3819315 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090623 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110623 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120623 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120623 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130623 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |