JP3206915B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検体に超音波ビームを照射して深部を超
音波検査する超音波探触子に関する。

〔従来の技術〕

超音波探触子は、圧電素子を励振し被検体に超音波ビ
ームを照射し、反射波を受信し電気信号に変換した後、
信号処理して被検体の深部を超音波検査するのに用い
る。

この超音波探触子は従来から種々提案されているが、
例えば特公昭第60−31429号公報（１）に開示してある
ように、折り返し電極70を有する圧電素子71の音波発生
面に音響整合層72を設け、その裏面にタングステン、鉄
等の電気的良導体粒子を混入したゴム、エポキシ樹脂等
から成るダンピング部材73を設け効果的に減衰を図って
いるものがある（第16図）。

また、特開昭61−146240号公報（２）に開示してある
ものは、音響整合層74、圧電素子75、ダンピング部材76
を有する超音波振動子77にリード線78が接続してあり、
超音波振動子77は素子受け台80を介してハウジング79に
固定してある。そして、音波放射面に音響レンズ81を設
けている（第17図）。

〔発明が解決しようする課題〕

しかしながら、上記従来の超音波探触子には次のよう
な不具合がある。先ず、従来例（１）に開示してあるも
のは、圧電素子71に折り返し電極70を設けているため同
一面に２つの電極が対向し、絶縁をとるためにはダンピ
ング部材を絶縁体としなければならない。したがって、
金属粒子の注入量が制限されることとなるとい不具合の
外、金属粒子の混合によりグランド側とプラス側の電気
的絶縁をとることが困難で、接触不良等を生じやすいと
いう不具合がある。

一方、従来例（２）に開示してあるものは超音波振動
子77にリード線78を接続してハウジング79に配設するた
め、生産工程中に断線等のトラブルが生じやすいという
不具合の外、ハウジング79へ超音波振動子77を組み付け
る作業が困難で生産性が悪いという不具合がある。

本発明は、上記不具合を解決すべく提案されるもの
で、信頼性が高く、生産性の高い超音波探触子を提供す
ることを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕

請求項１に係る発明は、圧電素子の音響放射面側に表
側電極と音響整合層を設け、前記圧電素子の表側電極と
反対側に裏側電極と導電性粒子を混合した樹脂材からな
るとともに絶縁部材を有するダンピング材とを設けた超
音波探触子において、予め圧電素子に接する面が平面と
なり、かつ圧電素子に接する面の一部分に前記絶縁部材
が露出するように、絶縁部材を一体に成形したダンピン
グ材と、圧電素子の厚み方向において表側電極及び裏側
電極が重ならない範囲で表側電極及び裏側電極が形成さ
れた圧電素子とを、前記ダンピング材の絶縁部材露出部
分と、前記圧電素子の音響放射面側の表側電極とを重ね
る位置関係になるように一体に接合するとともに、一体
に接合させ前記ダンピング材及び表側電極及び裏側電極
を有する圧電素子及び音響整合層の、前記表側電極及び
裏側電極に配線部材を電気的に接合したことを特徴とす
るものである。

また、請求項２に係る発明は、超音波探触子におい
て、圧電素子を有する超音波振動子を配設する第１の凹
部と、前記圧電素子を外部装置と電気的に接続する弾性
を有する配線部材の太さと略同一幅であり、かつ、前記
超音波振動子における音響放射面と反対側の面との間で
前記配線部材を収納可能な第２の凹部とを形成し、前記
配線部材を挾持するために配線部材の径よりも細い部分
を設けたハウジングを有することを特徴とするものであ
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１実施例を示したものである。
圧電素子１には、側面電極２、音波放射面電極３を設け
るとともに、これら電極と圧電素子１の厚み方向におい
て対応するように、側面電極４、ダンピング部材側電極
５を設けている。音響放射面側電極４の上面には音響整
合層６を設け、その反対面のダンピング部材側電極５の
表面には樹脂に金属等の導電性微粒子を混合したダンピ
ング部材７を設けている。該ダンピング部材７の圧電素
子１と接合する面側の、前記ダンピング側電極５を設け
てない部分に絶縁部材８を設けて圧電素子１と整合する
ようにしている。

このように構成しているので、各電極に電流を供給し
圧電素子１を励振させると、音響整合層６を介して超音
波ビームが放射されてゆく。圧電素子１の反対面からも
超音波ビームが放射されるが、この面側にはダンピング
部材７を設けてあるので制振されることとなる。しかも
このダンピング部材７は、樹脂に音響インピーダンスの
異なる金属粒子を混入しているので、効果的に制振され
減衰効果を向上させることができる。

また、このダンピング部材７はそれ自体が導電体とな
るので、ダンピング部材面の近傍で２つの電極が近い位
置に設けられたり、超音波振動子が高周波化したりした
場合、電極間の距離によっては配線時の絶縁処理が困難
となるが、絶縁部材８を設けていることにより音波放射
面側の電極３とダンピング部材側の電極５との絶縁が保
たれる。さらに側面電極２とダンピング部材７間には、
絶縁部材８の厚みｔの距離が保たれているので、圧電素
子１の配線処理を行う場合にダンピング部材７と側面電
極２との電気的接続を防止できることとなる。

第２図は、本発明の第２実施例を示したもので第１実
施例と対応する個所には同一符号を付した（他の実施例
についても同様）。本実施例では圧電素子１の音波放射
面に設ける音響整合層６の接合面を、圧電素子１の面積
より小さく形成してある。そして圧電素子１の接合面に
設ける音響放射面側電極３の一部は圧電素子１の面で露
出するようにしてあるとともに、圧電素子１と音響整合
層６とが接合している面の一部を非電極部11としてい
る。圧電素子１の反対側面には、エポキシ樹脂に重量比
が80％以上の金属粒子を混合したダンピング部材７と、
金属粒子を含まない樹脂ブロック９を設けている。そし
て、圧電素子１はダンピング部材７と樹脂ブロック９と
にそれぞれ露出面を残して跨がるとともに、ダンピング
部材７との接合面にのみダンピング部材側電極５を設け
ている。したがって、圧電素子１と樹脂ブロック９との
接合面に非電極部10を形成するようにしている。なお、
この非電極部10は前記非電極部11と圧電素子１の巾方向
においてほぼ対応する位置に形成してある。

このように構成しているので、電極３、５に線材を接
続する場合は、第３図に示すように電極３に対しては、
露出している電極部に導電性接着剤、半田等の導電性部
材12を介して線材13を電気的に接続する。また、電極５
に対しては圧電素子１の端面で露出している電極５に導
電性部材14を介して線材15を電気的に接続する。したが
って、配線作業は電極３においては樹脂ブロック９によ
り、導電性部材12がダンピング部材７やダンピング部材
側電極５と接触しないため、絶縁をとりやすく作業性の
向上を図れる。

第４図は、本発明の第３実施例を示したものである。
本実施例では、ダンピング部材７の圧電素子１との接合
面側の一部に段差部16を形成し、ここに絶縁シート17を
貼着している。そして、圧電素子１をその非電極部10が
絶縁シート17に接合するようにして固着している。

この超音波探触子を製造するための工程を示したのが
第５図である。Ａ図はシリコン等の材質で形成したダン
ピング部材型18を示したもので、成型凹部20に突起19を
数本形成している。この突起19に相当する個所は、ダン
ピング部材７の段差部16を形成するためのものである。

成型凹部20にエポキシ樹脂に金属粉を混入した流動体
を流し込む。そして、Ｂ図に示すように敷板21をダンピ
ング部材型18の上に載置し、背板22、23で上下から挟み
込んで力Ｆを加えて、所定時間後に硬化したダンピング
部材を取り出すことにより成形できる。なお、前記流動
体を流し込んだ後、振動あるいは真空手段を用いて脱泡
を行うと、密度の大きい均質なダンピング部材を成形で
きる。また重い金属が沈んで硬化するので、金属密度の
高い傾斜材たるダンピング部材とすることができ、金属
密度の高い面を圧電素子との接合面とすることが可能と
なる。

成形後に段差部16の一端に沿って切断し、Ｃ図のよう
な状態にする。そして、段差部16に絶縁シート17を貼着
等により固定し、段差のない同一面を形成するようにす
る（Ｄ図）。

次に、圧電素子１と音響整合層６とダンピング部材７
とを、相互に位置出ししながら接着剤層の厚さ等を均一
にして接着し固定する。この場合、加圧接着すると接着
剤の厚さを10μｍ以下にすることが可能となる。接着後
にＥ図に示すように所要の大きさに切断していくことに
より超音波探触子を完成させることができる。この場
合、切断に至らない分離溝を形成していくことによりア
レイ型の超音波探触子を形成することもできる。

こうした製造方法は絶縁層を用意かつ確実に形成でき
るため、生産性がよいとともに信頼性をも図れる。ま
た、ダンピング部材を形成する工程が容易であるため、
大量生産を図れる。

第６図は、本発明の第４実施例を示したもので上記の
超音波探触子を組み込むためのハウジングを示したもの
である。本体24に超音波振動子を配設可能にした凹部25
を形成し、この凹部25の側部と底部に側溝26、27と底溝
28を連通するように形成し、さらに配線用孔29へと連通
させている。なお、これらの溝、孔の径は各線材の外径
より大きくして、超音波振動子用の凹部に線材が侵入し
ないようにすることはいうまでもない。

第７図は、上記ハウジングに配線した状態を示したも
のである。このように配線するには、先ず配線用孔29か
ら線材30を通し、さらに側溝26、27に線材30を分岐して
配線するのである。そして、超音波振動子を凹部25に配
設して電気的に接続するのである。このようにすること
により、微小な超音波探触子を構成するにも容易にでき
るので、生産性の向上を図れる。

第８図は、本発明の第５実施例を示したものでＡ図は
平面図、Ｂ図は側面図である。円筒状のハウジング本体
24の上面に切り欠き部31を形成し、さらにハウジング円
筒軸方向に切り欠き部前端部からハウジング基部32にか
けて配線用溝33を形成している。ハウジング本体24の前
後には面取り部34を形成して、被検体との無用な接触を
さけるようにしてある。なお、ハウジング本体24は、絶
縁材の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂で形成することがよ
い。

第９図は、ハウジング本体24とこれに組み込む超音波
振動子、線材との関係を示したものである。切り欠き部
31の内側には深さt2の超音波振動子を配設するための凹
部35を形成している。ここにＢ図あるいはＣ図に示すよ
うな超音波振動子を配設するのであるが、この超音波振
動子はダンピング部材７の高さをt0とし、これに圧電素
子４の高さを加えた高さをt1とする。そしてこれらと凹
部35の深さt2との関係をt0≦t2＜t1となるようにしてあ
る。なお、Ｂ図に示したものは、絶縁部材を設けていな
い超音波振動子であり、Ｃ図に示したものは、超音波探
触子の電極間、電極とダンピング部材との絶縁性を確保
するための絶縁部材８を設けた超音波振動子である。し
たがって、超音波振動子をハウジング24に組み込んだ場
合は、側面電極２、４が凹部35の上端部より突出するよ
うになり、分岐した線材36、37との接続ができるように
なる。

このように構成しているので、超音波探触子を組み立
てるには先ず、配線用溝33に線材30を挿通し、分岐した
線材36、37をそれぞれ凹部35の前後両端近傍から立ち上
がらせる。次に凹部35に超音波振動子を、接着剤塗布用
の隙間を0.5mm程度保持して配設し固定する。そして、
各電極に線材を電気的に接続し、これらの接続個所を含
む電気的露出部を樹脂等で被覆し、外部と絶縁する。こ
の場合の接着剤は半田、導電性ペースト、導電性接着剤
を用いることとなろう。次にハウジング本体24の基部32
に金属性コイルシャフト38を嵌合して接着剤で固定し、
さらに金属性コイルシャフト38と線材30のグランド側を
導電性部材で電気的に接続することが、電磁気的なノイ
ズを低減する上で望ましい。

本実施例では、ハウジング本体24を単純なツープレー
ト型で形成できるので、精度が高く、低コストで大量生
産できる。また超音波振動子を組み付ける作業も容易で
あるので、品質の向上、生産性の向上を図れる。

第10図は、本発明の第６実施例を示したもので本実施
例では配線用溝33の所要個所を狭く形成している。この
ような挟持部は、線材を配線する際に線材が安定的に位
置決めされるような個所とすればよい。Ａ図では、ハウ
ジング24に挿入された線材が立ち上がる個所39、40、挿
入された線材のハウジング基部側の固定位置41、42を選
択して配線用溝33の巾を狭く形成し、線材が弾性変形し
て挿通されるようにしている。そして、Ｂ図に示す線材
30の束部の外径d1よりも挟持部41、42の巾h1、h2を狭く
形成し、さらに分岐した線材の外径d2よりも挟持部39、
40の巾h3、h4を狭く形成している。このように構成して
いるので、Ｃ図（Ａ−Ａ断面図）に示すように配線をす
ると要所で線材30が安定して固定されるので、安定した
配線状態を維持できるとともに、超音波振動子の組み付
け作業も容易にできることとなる。

Ｄ図はＡ図におけるＢ−Ｂ断面図であるが、超音波振
動子の巾ｗと穴35の巾w0との間隙は、接着剤が入る余地
としている。なおこの場合は、w0−ｗ≦0.5mmとするの
がよい。ハウジング本体24の円筒軸の中心Ｘを介して描
く円の外周点と凹部35の底面との距離ｌは、超音波振動
子の角とハウジング外周との距離t3が0.1mm以上となる
ようにする。このように構成しているので、超音波振動
子がハウジング本体24とともに回転動しても、ハウジン
グ24外周が超音波振動子のプロテクタとなる。

第11図は、本発明の第７実施例を示したものでハウジ
ング24を金属製とし、凹部35のハウジング基部側に絶縁
部材用凹部43を形成している。配線用溝33は、ハウジン
グ基部とハウジング本体との接続個所でハウジング厚み
方向に曲げられ、この曲げて形成した孔を配線止め用孔
44としている。Ｂ図は断面図であり、絶縁部材用凹部43
に第12図に示すような絶縁用部材46を配設する。絶縁部
材用凹部43には段差部45が形成されているので、絶縁用
部材46を押し込むと段差部45に係止して固定されること
となる。

絶縁用部材46は、第12図Ａに示す正面図のように、上
部に線材挿入用スリット47と線材把持用の凹部48とを形
成してある。第11図Ｃは、ハウジング本体24に超音波振
動子を組み込んだ状態を示したもので、線材30を配線用
溝33に押し込み、分岐したグランド側の線材を配線止め
用孔44に導き半田、ロー付け、導電性接着剤49等により
配線止め用孔44からはみ出さないように固定する。第11
図Ｄは、ハウジング本体24に超音波探触子の電極間、電
極とダンピング部材との絶縁性を確保するための絶縁用
部材８を設けた超音波振動子を組み込んだ状態を示した
もので、線材30の配線等についてはＣ図の場合と同様で
ある。他方の線材は、絶縁用部材46のスリット47を通し
て線材の外径（d2）より小径（Ｄ）の凹部48に把持固定
させ、導電性接着剤49等により固定する。こうした作業
の場合、線材と絶縁用部材とも弾性変形することはいう
までもない。

圧電素子１と線材30とを接続するには、＋側は電極と
線材とを導電性接着剤により低融点半田等で行い、グラ
ンド側は電極と金属製ハウジングを導電性接着剤により
低融点半田等で電気的に接続する。さらに接続個所等を
樹脂50で被覆するように絶縁保護する。なお、線材30の
束部をハウジング基部32に接着剤等で固定し、ハウジン
グ基部32と金属製コイルシャフト38とを接着剤等で固定
するようにすることが望ましい。

本実施例では、金属製ハウジングを用いているので形
状精度の向上を図れ、圧電素子を囲い込むようにしてい
るので電磁気ノイズに対して強い、またフレキシブルシ
ャフト等とのグランドをとりやすいのでノイズに対して
も強く、またフレキシブルシャフトとの固定をロー付け
等により行えるので強度が向上する、さらに少数生産に
適しているので生産コストの低減化を図れるといった効
果がある。また、絶縁用部材を用いることにより、配線
上の問題を容易に解決できるとともに、配線の際の線材
の固定を容易にでき生産性の向上を図れる。

第13図は本発明の第８実施例を示したもので、本実施
例ではダンピング部材７の圧電素子１との接合面を、圧
電素子１の面積よりも大きくしてありＡ図に示すように
長さ方向にl1だけ張り出させている。この張り出してい
る部分には、Ｂ図に示すように側溝62、63と底溝64とを
連通するように形成している。

このように構成しているので、Ｃ図に示すような超音
波探触子を組み立てるには、先ずダンピング部材７に線
材30の分岐した部分をスリット51、52から側溝62、63に
押し入れこの側溝62、63で線材30が挟持されるようにし
ておき、導電性接着剤49で圧電素子１の各電極と電気的
に接続する。その後ハウジング本体24に組み込み固定
し、導電性接着剤49、露出している電極部分を樹脂50等
で被覆して絶縁する。したがって、ダンピング部材７に
配線が可能となるので、ハウジング本体24の構造の簡素
化を図れ、さらにハウジング本体24に超音波振動子を組
み込む前に配線接続するので、電気的性能測定を実施で
き信頼性の向上を図れる。なお、第13図Ｄは超音波探触
子の電極間、電極とダンピング部材との絶縁性を確保す
るための絶縁部材８を有する超音波振動子を示したもの
で、この超音波振動子をハウジング24に組み込み電気的
に接続した状態を示したのが第13図Ｅである。

以上の超音波探触子を設けたプローブを、保管する場
合は駆動部から分離して行う。第14図Ａは駆動部とのコ
ネクタ54を介して分離したプローブ58を、収納ケース53
に収納した状態を示している。この収納ケース53はＢ図
に示すように消毒液収納部55からの消毒液を受ける消毒
用ローラ56、消毒液拭き取りローラ57を設けてあり、プ
ローブ58を収納し、取り出すことにより消毒が行われる
ようになっている。

第15図は他の実施例を示したもので、収納ケース53の
ミニチュアプローブ59の出し入れ口近傍に消毒用スポン
ジ60を設けてある。消毒液注入口61からの消毒液の供給
により、消毒用スポンジ60はミニチュアプローブ59の出
し入れの際に消毒できるようになる。

〔発明の効果〕

以上のごとく、本発明によれば作業者の熟練に頼るこ
となく特性の揃った微小な超音波振動子を容易に大量生
産することができる。また、絶縁性接着剤内に気泡を残
すことを回避できる。

また、配線部材を仮固定した状態で電気的作業を行う
ことができ作業性の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の断面図、 第２図は、本発明の第２実施例の断面図、 第３図は、同線材を接続した状態の断面図、 第４図は、本発明の第３実施例の断面図、 第５図は、同製造工程の説明図、 第６図は、本発明の第４実施例の斜視図および断面図、 第７図は、同配線状態を示す断面図、 第８図は、本発明の第５実施例の平面図、側面図、 第９図は、同組み立て状態を示す説明図、 第10図は、本発明の第６実施例の説明図、 第11図は、本発明の第７実施例の説明図、 第12図は、同部材の説明図、 第13図は、本発明の第８実施例の説明図、 第14図、第15図は、プローブ収納ケースの実施例図、 第16図、第17図は、従来例を示す図である。 １……圧電素子、３、５……電極 ６……音響整合層、７……ダンピング部材 24……ハウジング、25……凹部 26、27……側溝、28……底溝

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−61399（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−61599（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−93998（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−158987（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子の音響放射面側に表側電極と音響
   整合層を設け、前記圧電素子の表側電極と反対側に裏側
   電極と導電性粒子を混合した樹脂材からなるとともに絶
   縁部材を有するダンピング材とを設けた超音波探触子に
   おいて、 予め圧電素子に接する面が平面となり、かつ圧電素子に
   接する面の一部分に前記絶縁部材が露出するように、絶
   縁部材を一体に成形したダンピング材と、圧電素子の厚
   み方向において表側電極及び裏側電極が重ならない範囲
   で表側電極及び裏側電極が形成された圧電素子とを、前
   記ダンピング材の絶縁部材露出部分と、前記圧電素子の
   音響放射面側の表側電極とを重ねる位置関係になるよう
   に一体に接合するとともに、 一体に接合させた前記ダンピング材及び表側電極及び裏
   側電極を有する圧電素子及び音響整合層の、前記表側電
   極及び裏側電極に配線部材を電気的に接合したことを特
   徴とする超音波探触子。
2. 【請求項２】圧電素子を有する超音波振動子を配設する
   第１の凹部と、前記圧電素子を外部装置と電気的に接続
   する弾性を有する配線部材の太さと略同一幅であり、か
   つ、前記超音波振動子における音響放射面と反対側の面
   との間で前記配線部材を収納可能な第２の凹部とを形成
   し、前記配線部材を挾持するために配線部材の径よりも
   細い部分を設けたハウジングを有することを特徴とする
   超音波探触子。