JP2532332Y2

JP2532332Y2 - 超音波プローブ

Info

Publication number: JP2532332Y2
Application number: JP1991002973U
Authority: JP
Inventors: 佳信尾原
Original assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2006-01-31
Also published as: JPH04102398U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、例えば医用画像検査装
置である超音波画像検査装置に使用される、高周波数の
音波を発生する超音波プローブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、リニア電子走査型の超音波画
像検査装置に使用されている超音波プローブとしては、
例えば図６に示すように、ジルコン酸チタン酸鉛（以
下、ＰＺＴという）等の材料から成る矩形板状の振動子
２１を用いた超音波プローブが知られている。このよう
な超音波プローブでは、複数個の上記振動子２１…を音
響吸収材２２上にアレイ状に配列し、各振動子２１…の
音響放射面には音響マッチング材２３、その上に音響レ
ンズ２４などが配置されており、その超音波プローブの
使用周波数が、例えば３ＭHzの場合、厚み 0.5mmの振動
子２１がそれぞれ配列されている。このような超音波プ
ローブにおける各振動子２１…の成型工程は、まず、音
響吸収材２２上に分極処理済のＰＺＴ薄板（厚み 0.5m
m）を接着し、次に、このＰＺＴ薄板をダイヤモンドカ
ッターで溝２５を順次入れていって分断し、このような
操作を順次平行に所定の間隔で行うことにより、 200本
程の前記のような矩形板状の振動子２１をそれぞれ形成
するようになっている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】近年、超音波画像検査
装置の分解能力を向上させるために使用周波数をさらに
高周波数化、例えば30ＭHzとし、そのためには、ＰＺＴ
等のセラミックス材料から成る上記振動子２１の厚みを
さらに薄く、例えば30ＭHzならば0.05mmとする必要があ
る。ところが、そのような厚さのＰＺＴ薄板を前記のよ
うに加工することは困難である。つまり、上記ＰＺＴ薄
板が現在使用されている 0.5mmよりも薄くなると、溝２
５の形成工程においてセラミックスであるＰＺＴ薄板が
破損し易くなっており、よって、分解能の高い超音波プ
ローブを得ることが困難であるという問題を生じてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本考案の超音波プローブ
は、圧電素子から成る振動子基板上に溝が独立して、複
数個並んで設けられ、これらの溝を覆う音響吸収材が上
記振動子基板上に設けられ、上記各溝の底部と対向する
上記振動子基板面が研磨されて上記各溝の底部とこれに
対向する上記振動子基板面との間が振動子として設けら
れていることを特徴としている。

【０００５】

【作用】上記の構成によれば、各溝の底部とこれに対向
する振動子基板面との間に電気を印加すれば、それらの
間を振動子として振動させることができ、上記底部に対
向する音響吸収材が設けられていることにより、上記振
動子基板面から超音波が放射できる。また、上記振動子
基板上に溝を独立して、複数個並べて形成し、その後、
振動子基板における溝底部対向面全体を研磨して上記振
動子基板の厚みを薄くすれば、従来のように振動子基板
を分断する際に加わる大きな力が生じないので、振動子
基板の破損が生じ難く、さらに、形成された厚みの薄い
振動子は、厚みの厚い振動子基板部分によって支持され
た構造となり、振動子が薄くともその機械的強度を保持
できるので、従来より厚みの薄い振動子が安定に得られ
る形状となっている。したがって、このような形状を備
える超音波プローブは、従来より高周波数の超音波を発
生し得る分解能に優れたものとなっている。

【０００６】

【実施例】本考案の一実施例について図１ないし図５に
基づいて説明すれば、以下の通りである。図２に示すよ
うに、略直方体形状の基板１の面上に、音響吸収材２、
圧電素子３、音響マッチング材４、音響レンズ５が順次
積層されて設けられている。基板１には、所定の強度を
備え、音響吸収材２との接合の容易な素材が選ばれて用
いられ、音響吸収材２には、圧電素子３の一面から放射
される超音波を妨害しないようにその他面から放射され
る超音波振動を吸収できる弾性体であればどのようなも
のでもよく、例えばゴムなどが使用される。音響マッチ
ング材４は、生体に面接して効率良く超音波を伝えるた
め剛性の低い音響レンズ５と、超音波を効率良く発生さ
せるため剛性の高いＰＺＴ素子３との音響インピーダン
スが大きく異なるため、それら両者の中間程度の音響イ
ンピーダンスや音速を備える素材が選択され、それら両
者を損失を少なく結合している。さらに、音響マッチン
グ材４は、伝達損失を少なくするため、順次音響インピ
ーダンスを変化させた多層構造としてもよい。音響レン
ズ５には、生じた振動による超音波を所定の方向に指向
性よく放射するために、通常その形状は前面が湾曲した
かまぼこ形に成型されると共に、生体に接触して使用さ
れることから、生体に似た音響インピーダンスや音速を
備える材料が選択される。

【０００７】そして、圧電素子３には、圧電感度等を考
慮してジルコン酸チタン酸鉛系セラミックスが使用され
ている（以下、圧電素子３をＰＺＴ素子３という）。こ
のＰＺＴ素子３は次に説明する製造工程を経て成型され
る。まず、図３に示すように、ジルコン酸チタン酸鉛系
セラミックス粉末が加圧成型後、焼成されて例えば長さ
100mm、幅10mm、厚み１mmの緻密な圧電セラミックス板
１１に成型され、両面に無電解ニッケルメッキ（厚み約
１ミクロン）を施す。次に、高電圧（20KV/cm)を上記両
面に印加して分極する。続いて、分極された上記圧電セ
ラミックス板１１の一面に、図４に示すように、長さ８
mm、幅 0.3mm、深さ 0.9mmの断面略長方形状の溝７を、
その底面がこの底面に対向する圧電セラミックス板１１
面と平行に形成する。このような溝７は 256本というよ
うに２の倍数個形成され、相互に平行に所定の間隔で超
音波加工により研削して形成される。この後、上記圧電
セラミックス板１１における上記各溝７…の形成されて
いない平面全体を研磨して、上記圧電セラミックス板１
１の厚みを0.95mmにする。この研磨面は、後述するよう
に超音波放射面９となっている。次に、厚みが薄くなっ
た上記圧電セラミックス板１１の両面に、再度無電解ニ
ッケルメッキ（厚み約１ミクロン）を施し、さらに銅メ
ッキ（厚み約１ミクロン）を施してメッキ層をそれぞれ
形成する。その後、図５に示すように、上記圧電セラミ
ックス板１１における各溝７…間に形成される各ランド
部１３…面上のメッキ層と、超音波放射面９上のメッキ
層の一部を研磨により除去して、各溝７…の壁面上の第
１メッキ層１４と、各溝７…底面に対向する超音波放射
面９上の第２メッキ層１５…と、これら第２メッキ層１
５…を超音波放射面９の幅方向一端部において連結する
第３メッキ層１７と形成する。続いて、メッキされた各
溝７…の底面を挟んだ両側にある各壁面のどちらか一方
の各第１メッキ層１４…面にハンダによりリード線１６
をそれぞれ接続し、一方、第３メッキ層１７の長さ方向
一端部面に上記と同様にハンダによりリード線１６を接
続する。このようにして、長さ８mm、幅 0.3mm、厚さ0.
05mmの振動子８を多数有し、それぞれを個別に制御でき
るＰＺＴ素子３が得られる。このようなＰＺＴ素子３
は、図１に示すように、音響吸収材２上に各溝７…の開
口部を音響吸収材２に向けて配置されて超音波プローブ
として使用される。なお、上記における振動子８の厚み
は、使用する超音波の周波数に応じて振動子８の厚みと
密度とにより決まる共振周波数となるように変えること
ができる。

【０００８】このような超音波プローブでは、個々の振
動子８…において第１メッキ層１４と第２メッキ層１５
とに、各リード線１６・１６と第３メッキ層１７とを通
して使用する周波数に応じた交流を印加して使用する。
このとき、上記振動子８が振動し、第２メッキ層１５側
にある超音波放射面９から放射される超音波は、音響マ
ッチング材４を通して音響レンズ５に伝達され、この音
響レンズ５の表面は生体に面接して所定のビーム形状で
生体内に放射される。なお、第１メッキ層１４側から放
射される超音波は音響吸収材２で吸収されて外部には漏
れない。

【０００９】ところで、従来では、上記のような厚みの
振動子を得る場合、厚さ0.05mmの振動子基板をダイヤモ
ンドカッター等で分断しており、その分断過程で振動子
基板が薄いため、破損し易く、上記のように薄い振動子
が安定に得られなかった。しかしながら、上記のような
ＰＺＴ素子３の形状では、最終的な振動子８の厚みがＰ
ＺＴ素子３における上記各溝７…の形成されていない超
音波放射面９全体を研磨して得られることから、従来の
ように成型時の大きな力がＰＺＴ素子３に加わることが
なく、薄い厚みの各振動子８…が安定に得られる。

【００１０】このようなＰＺＴ素子３を前述した超音波
プローブに用いると、振動子の厚みが従来より安定確実
に薄くできることから、より高周波数が発生できる分解
能に優れた超音波プローブを精度よく作製できる。ま
た、上記の方法では、超音波加工を用いているので、よ
り厚みが薄い振動子が容易に得られ、さらに、薄い振動
子８が、その両側から支持している厚みの厚いＰＺＴ素
子３部分によって支持されているため、振動子８が薄く
ともその機械的強度は保持されている。なお、このこと
より、取付作業中にＰＺＴ素子３を破損することも低減
されている。また、ＰＺＴ素子３へのハンダ付けは、Ｐ
ＺＴ素子３の厚い部分、つまり振動子８部分以外の部位
にハンダ付けを行うため、熱衝撃で各振動子８…が破壊
されたり、熱のために圧電性能（ 200℃以上になると、
分極により配向された結晶状態がもとのランダムな状態
になる）が消失したりすることはない。また、このよう
に高周波数の超音波を発生できる超音波プローブは、例
えば産婦人科では胎内の様子や、眼科における眼内病変
などを診断するとき使用されるリニア電子走査型の医用
超音波画像検査装置、一方、機械などの構成部位中の傷
などを非破壊的に検査する超音波探傷装置などに利用さ
れる。

【００１１】

【考案の効果】本考案の超音波プローブは、圧電素子か
ら成る振動子基板上に溝が独立して、複数個並んで設け
られ、これらの溝を覆う音響吸収材が上記振動子基板上
に設けられ、上記各溝の底部と対向する上記振動子基板
面が研磨されて上記各溝の底部とこれに対向する上記振
動子基板面との間が振動子として設けられている構成で
ある。それゆえ、上記振動子基板上に各溝を独立して、
複数個並べて形成し、その後、振動子基板における溝底
部対向面全体を研磨して上記振動子基板の厚みを薄くす
れば、従来のように振動子基板を分断する際に加わる大
きな力が生じないので、振動子基板の破損が生じ難く、
さらに、形成された厚みの薄い振動子は、厚みの厚い振
動子基板部分によって支持された構造となり、振動子が
薄くともその機械的強度を保持できるので、従来より厚
みの薄い振動子が安定に得られる形状となっている。し
たがって、このような形状を備える超音波プローブは、
従来より高周波数の超音波を発生し得るものとなってい
る。この結果、分解能の高いという優れた特性を備える
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の超音波プローブの要部断面図である。

【図２】上記超音波プローブの要部斜視図である。

【図３】上記超音波プローブにおける原材料である圧電
セラミックス板の一部斜視図である。

【図４】溝の形成された上記圧電セラミックス板の一部
斜視図である。

【図５】各メッキ層にリード線がそれぞれハンダ付けさ
れた上記圧電セラミックス板の要部断面図である。

【図６】従来の超音波プローブを上部から階段状に除去
して、超音波プローブの構造を示す要部斜視図である。

【符号の説明】

２音響吸収材３ＰＺＴ素子（振動子基板）７溝８振動子

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】圧電素子から成る振動子基板上に溝が独立
して、複数個並んで設けられ、これらの溝を覆う音響吸
収材が上記振動子基板上に設けられ、上記各溝の底部と
対向する上記振動子基板面が研磨されて上記各溝の底部
とこれに対向する上記振動子基板面との間が振動子とし
て設けられていることを特徴とする超音波プローブ。