JP2951356B2 - 超音波探触子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 圧電素子を用いたコンベックス型の超音波探触子のア
ース電極引き出し構造およびその製造方法に関し、 アース線が固定された引き出し構造として、カッター
による圧電素子のアレイ分割時や、FPCの折り曲げ時に
整合層が剥離することがないようにすることを目的と
し、 圧電素子の超音波の放射面側およびバッキング側の面
からの引出し線がバッキングにより支持され、該放射面
を整合材によりコーティングした超音波探触子におい
て、放射面側からの引出し線は、圧電素子の端部近傍に
おいて、バッキングの方向に折り曲げられるとともに圧
電素子を載置するバッキングの面でさらに引出し方向に
折り曲げられてバッキングの該面に支持される構造であ
り、上記放射層側からの引出し線の折り曲げ部と圧電素
子の端部の構成する空間部およびバッキング材の面との
間に、該引出し線と接着性が良い充填材が放射面側から
の引出し線の折り曲げ部が密着するように充填され、圧
電素子のバッキング材の面からの引出し線および放射面
側からの引出し線はバッキングと整合部材とにより固定
された構成をもつ。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、圧電素子を用いたコンベックス型の超音波
探触子のアース電極引き出し構造およびその製造方法に
関する。

超音波診断装置等の超音波測定に用いるコンベックス
型探触子を製造するためには、平板の圧電素子に信号
線、アース線をつけた圧電素子のバッキングを薄く削
り、さらに圧電素子をカッターによりアレイ状に分割す
る等の機械的な処理を必要とする。

そのため、アース線の引き出し方は、機械処理のじゃ
まにならないような構造にする必要があり、機械的な強
度を確保しにくい構造をとらざるを得なかった。

本発明は、機械処理を妨げず、しかも機械的強度の大
きいアース線の引き出し構造を持つ超音波探触子とその
製造方法に関する。

〔従来技術〕

従来のコンベックス型超音波探触子およびその製造方
法を第７図〜第９図による説明する。

第７図は従来の超音波探触子の例１を示す図である。

図（ａ）は平板状圧電素子を示す。

図（ｂ）は、図（ａ）の圧電素子を用いた超音波探触
子の断面図を示す。

図（ａ）、（ｂ）において、長音波探触子に用いる平
板状の圧電素子を示し、71はセラミックの圧電素子、72
は信号電極、73はアース電極、78、79はフレキシブルプ
リント基板（以後FPCと称する）に作られた信号線、8
0、81は金属箔より成るアース線、82はエポキシ樹脂に
金属粉末等を充填した材料よりなり圧電素子を支持する
バッキング、83はエポキシ樹脂等に金属粉末等を加え音
響インピーダンスを制御した整合層で中心周波数のほぼ
1/4波長の厚さで構成されるもの、84、85はアース線と
信号線の短絡を防止するために充填したエポキシ樹脂等
の短絡防止材である。

コンベックス型超音波探触子を得るためには第７図
（ｂ）の構成において、バッキングを裏から削り、カッ
ター等により，整合層側からバッキングの一部を切り残
して整合層，圧電素子，バッキングをアレイ状に分割す
る。

第８図に、従来のコンベックス型超音波探触子の製造
方法を示す。

図（ａ）は前述した電圧素子の分割方法を示す。

図（ａ）において、87はバッキング、88はバッキング
を形成した後の削られた部分、92はダイヤモンドカッタ
ー等の圧電素子を分割するカッターである。

図示されるように、圧電素子86に信号線90、アース線
91を引き出し、バッキング87、88、整合層89を設けたの
ち、バッキング88の部分を削りとり、カッター92を信号
線、アース線の引き出し方向に平行に移動して圧電素子
を分割する。その際、バッキングの切断は上部のみと
し、分割された圧電素子がバラバラにならないようにす
る。

図（ｂ）は図（ａ）の分割された圧電素子の側面図を
示す。

分割溝93により分割された各圧電素子がバッキング87
で結合されている。

第８図（ｃ）は、フレキシブルになった圧電素子アレ
イを示す。

各分割圧電素子94がバッキングでつながっている（図
（ｂ）の状態のもの）ものを湾曲させた状態を示す。

図のフレキシブルになった圧電素子アレイを所望のコ
ンベックスの曲率に固定しバッキング材を流し込んで再
び超音波を十分に減衰させることのできる厚さにする。
その後，音響レンズ，ケーブル等をつけて，ケースに収
納する。

第９図は、第７図の圧電素子とは異なる電極層の構造
を持つ従来の超音波探触子の例２を示す。

図（ａ）は、平板状圧電素子を示し、95はセラミック
の圧電素子、96は信号電極、97はアース電極で図示のよ
うに信号電極側に折り曲げ部を持つものである。

図（ｂ）は図（ａ）の圧電素子にバッキング98および
整合層99を設けた超音波探触子の断面図である。

図（ｃ）は、図（ｂ）の超音波探触子の圧電素子の中
心から距離と音圧の関係における超音波探触子の音圧特
性図である。

図（ｂ）に示されるような電極の構成では、アース電
極側で圧電素子が短絡された構成となっているため、図
（ｃ）に示されるように、アース電極側において音圧が
低下する特性となり、音圧特性が左右で対称とならな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

第７図で示される従来のアース線引き出し構造では、
金属箔は整合層で覆われてはいるものの、バッキングも
しくはFPCに固定されてはいないため圧電素子をカッタ
ーにより切断するとき整合層部分が金属箔とともに剥離
することがあった。

また、圧電素子を容器に封入するためFPCや金属箔を
折り曲げる場合にも整合層が剥離することがあった。

次に、第９図に示されるアース電極の構造では、製造
過程において、アース線や整合層が剥離するようなこと
はないが、音圧特性が左右非対象となり、超音波探触子
としてする場合に有効に使用できる領域が狭くなる欠点
があった。

本発明は、アース線を取り出す構造を、カッターによ
る切断処理等の機械処理のじゃまにならず、しかも、し
っかりと固定されたものとし、カッターによる圧電素子
の分割時や、FPCの折り曲げ時に整合層が剥離すること
がなく、しかも音圧特性における対称性もよい超音波探
触子を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、圧電素子のアース線電極に接続されてア
ース線として引き出される金属箔を接続端部近傍におい
て、信号電極面の方向に折り曲げられさらにバッキング
上で引き出す方向に折り曲げる構造とした。

さらに、金属箔の折り曲げ部と圧電素子の端部の構成
する空間部にはバッキング材を充填し、バッキング材と
整合層により金属箔をしっかりと固定する構造とした。

第１図により、本発明の基本構成を説明する。

図（ａ）は、圧電素子よりなる超音波探触子、図
（ｂ）は長音波探触子の断面図、（ｃ）はバッキングと
整合層でアース線を固定した超音波探触子を示す。

各図において、１は圧電素子、２は信号電極、３はア
ース電極、４は信号線、５は金属等のアース線、６はバ
ッキング、７はアース線を支持するバッキングの部分で
ある。

〔作用〕

本発明の作用を次に説明する。

本発明においては、平板状の圧電素子の１の信号電極
２よりFPCを用いて信号線を引き出す。また、アース線
となる金属箔をアース電極３に半田付けし、図示のよう
に、圧電素子の端部近傍において、一度信号電極面の方
向に折り曲げ、さらにバッキングの面において、信号線
と反対の方向に引き出すように折り曲げる。

そして、次に信号電極の面にバッキングを施こす際、
図（ｂ）に於けるアース線支持バッキング７をアース線
を支持するように設けるようにする。

あるいは、金属箔を折り曲げる前にバッキング６が形
成されている場合には、バッキング材を金属箔とバッキ
ングの間に充填してアース線支持バッキングを罫線す
る。

そして、図（ｃ）に示すように、整合層８を設けるこ
とにより、バッキング６、７と整合層８により、アース
線がしっかりと固定された構造となる。

また、信号線とアース線は、カッターにより圧電素子
が切断されてゆく方向と平行であるから、カッター処
理、バッキングの切削処理等の機械処理の工程をじゃま
することもない。

〔実施例〕

第２図により本発明のアース線の引き出し構造の実施
例を説明する。

図（ａ）、図（ｂ）、図（ｃ）はそれぞれ、異なるア
ース線の引き出し構造の実施例を示す。

図において、21は圧電素子、24は信号線、25はアース
線となる金属箔、26はバッキング、28は整合層、29はバ
ッキング26、アース線支持バッキング27、整合層28と接
着性のよい材料よりなるアース線25の被覆層である。

図（ａ）の実施例は、アース線となる金属箔25の一方
の面もしくは両面にバッキングと整合層に密着性の良い
材料を被覆して、剥離を防止するとともに、金属箔がバ
ッキングおよび整合層から出る部分での折れ曲がりを防
止するようにしたものである。

次に、図（ｂ）の実施例の説明をする。

図において、24はFPCにより信号線、26はバッキン
グ、27はアース線を支持するバッキング、30は圧電素子
のアース電極に半田付けされた金属箔、32はアース線を
引き出すFPC、33はアース線の切断部である。

図のアース引き出し部を構成するために、まず、信号
線24および切断部33のあるアース線のパターンを持つFP
Cを作成する。

次に、圧電素子を信号線および切断されたアース線部
分に固定し、バッキング26を施す。さらに、アース線支
持バッキング27を設け、その上に、図示のように金属箔
30を圧電素子のアース電極とFPC32に半田付けして、金
属箔を固定した構造とする。

図（ｂ）の実施例は、金属箔がアース線支持バッキン
グにより、しっかりと支持されている上に、金属箔の両
端が圧電素子の電極とFPCに固定されているので、機械
的に強固な構造である。

図（ｃ）の実施例は、図（ｂ）におけるFPCのアース
線切断部33を設けていない通常信号線とアース線のパタ
ーンを持つFPCに圧電素子を固定した後、アース線側のF
PCを図示のように切断し、アース線の信号電極との短絡
を絶ったものである。

以後、アース線支持バッキング27を設け、金属箔30を
アース線支持バッキング27に沿わせ、圧電素子の電極と
FPCに接続して固定する点は図（ｂ）の実施例と同じで
ある。

第３図（ａ）は、第２図（ｂ）のアース線引き出し構
造の実施例に用いるFPCの実施例を示す図である。

第３図（ｂ）は圧電素子をFPCに固定し、バッキング
を施した状態を示す。

図（ａ）（ｂ）において、35は信号線FPC、36はアー
ス線FPC、37は信号線被覆、38は信号線、39はFPC基板、
40はアース線被覆、41は分割溝、41′は切断されたアー
ス線、45は圧電素子、46はバッキングである。

信号線38の端部と切断アース線41′上に図（ｂ）に示
すように圧電素子45が固定される。

分割溝41はFPCの配線パターンを作成するときに設け
ておく。

第４図、第５図に本発明の超音波探触子の製造方法の
第１実施例を説明する。

図の工程の順に説明する。

（ａ） 信号線側FPC52、アース線側FPC53上に圧電素子
50を固定したバッキング54を施す。

（ｂ） カッター55によりアース線側FPC53を切断して
除去する。

（ｃ） アース線側のFPCを除去した部分に、バッキン
グ材を充填することによりアース線支持バッキング57を
設ける。

（ｄ） 金属箔58を圧電素子のアース電極に半田等によ
り接続する。

（ｅ） 金属箔58をアース線支持バッキング57に沿わし
て図示のように引き出す。

（ｆ） 金属箔58上にバッキング材もしくは整合部材と
密着性のよい材料のテープ等により被覆する。

（ｇ） 図示のように、バッキング54および整合層61
を、金属箔58、被覆層60を覆うように設ける。

第６図により、本発明の超音波探触子の製造方法の第
２実施例を説明する。

第６図は第３図の（ａ）のFPCを用いて、超音波探触
子を製造する場合を示す。

図の工程の順に説明する。

（ａ） 信号線側FPC63、アース線側FPC64上に圧電素子
62を固定したバッキング66を施す。

（ｂ） 分割溝65の部分に図示のようにバッキング材を
充填することによりアース線支持バッキング67を設け
る。

（ｃ） 金属箔68を圧電素子のアース電極に半田等によ
り接続する。

（ｄ） 金属箔68を図示のように、アース線支持バッキ
ング67に沿わして折り曲げ、アース線側FPCのアース線7
0に金属箔を半田付け等により固定する。

（ｅ） 図示のように、バッキング66および整合層66′
を、金属箔68、アース側側FPCを覆うように設ける。

上記の圧電素子を分割し、湾曲させて樹脂等で固定し
た後、容器に収納する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アース線の引き出し線がバッキング
と整合層によりしっかりと固定された構造になっている
ため、整合層の剥離等を生じることがなく、信頼性の高
い超音波素子を得ることができる。

また、圧電素子に設けるアース電極は左右対称な構造
であるため左右対称な音圧特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成図， 第２図は本発明のアース線引き出し構造の実施例， 第３図（ａ）はFPCの実施例， 第３図（ｂ）はFPCに圧電素子を固定した状態 第４図は超音波探触子の製造方法の第１実施例（１） 第５図は超音波探触子の製造方法の第１実施例（２） 第６図は超音波探触子の製造方法の第２実施例 第７図は従来の超音波探触子の例１ 第８図は従来のコンベックス型超音波探触子の製造方法 第９図は従来の超音波探触子の例２ 図において， 1:圧電素子、 2:信号電極、 3:アース電極、 4:信号線、 5:アース線、 6:バッキング、 7:アース線支持バッキング、 8:整合層。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子の超音波の放射面側およびバッキ
   ング側の面からの引出し線がバッキングにより支持さ
   れ、該放射面を整合材によりコーティングした超音波探
   触子において、 放射面側からの引出し線は、圧電素子の端部近傍におい
   て、バッキングの方向に折り曲げられるとともに圧電素
   子を載置するバッキングの面でさらに引出し方向に折り
   曲げられてバッキングの該面に支持される構造であり、 上記放射面側からの引出し線の折り曲げ部と圧電素子の
   端部の構成する空間部およびバッキング材の面との間
   に、該引出し線と接着性が良い充填材が放射面側からの
   引出し線の折り曲げ部が密着するように充填され、圧電
   素子のバッキング材の面からの引出し線および放射面側
   からの引出し線はバッキングと整合部材とにより固定さ
   れたものであることを特徴とする超音波探触子。
2. 【請求項２】圧電素子および圧電素子の同じ面で対称的
   に接続される信号線をバッキングの面上に配置し、 該信号線の一方をバッキング上で切断し、切断された信
   号線を除去し、 該信号線を切断したバッキングの部分にアース線と密着
   性の良い充填材によりアース線支持バッキングを設け、 該圧電素子のバッキングと反対側の超音波放射面に接続
   されるアース線を該アース線支持バッキング上に沿わせ
   て配線して、バッキング面上でバッキング面に沿う方向
   に引出し、 圧電素子の超音波放射面に整合層を形成する材料により
   該信号線および該アース線および該圧電素子を被覆して
   該信号線および該配線および該アース線を固定すること
   を特徴とする超音波探触子の製造方法。
3. 【請求項３】圧電素子および圧電素子の同じ面で対称的
   に接続される信号線およびアース線をバッキングの面上
   に配置し、 該アース線をバッキングの面上で、該アース線がバッキ
   ングの面に残るように切断し、 残された該アース線と圧電素子を接続する配線と密着性
   の良い充填材により該アース線を切断したバッキングの
   部分にアース線支持バッキングを設け、 該圧電素子のバッキングと反対側の超音波放射面と該ア
   ース線に接続される配線をアース線支持バッキング上に
   沿わせて配線し、圧電素子の放射面に整合層を形成する
   材料により該信号線と該配線と該アース線および該圧電
   素子を被覆することにより、該信号と該配線と該アース
   線を固定することを特徴とする超音波探触子の製造方
   法。