JP3251727B2 - 超音波プローブ - Google Patents
超音波プローブInfo
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置や超音
波探傷装置に使用される超音波プローブに関する。
波探傷装置に使用される超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波プローブは、圧電素子を有する超
音波送受信素子を備えている。前記超音波プローブは、
超音波を対象物に向けて照射し、その対象物における音
響インピーダンスの異なる界面からの反射エコーを受信
することにより前記対象物の内部状態を画像化するため
に用いられる。このような前記超音波プローブを組み込
んだ超音波画像装置は、例えば人体内部を検査するため
の医療用診断装置および金属溶接内部の探傷を目的とす
る検査装置等に応用されている。
音波送受信素子を備えている。前記超音波プローブは、
超音波を対象物に向けて照射し、その対象物における音
響インピーダンスの異なる界面からの反射エコーを受信
することにより前記対象物の内部状態を画像化するため
に用いられる。このような前記超音波プローブを組み込
んだ超音波画像装置は、例えば人体内部を検査するため
の医療用診断装置および金属溶接内部の探傷を目的とす
る検査装置等に応用されている。
【０００３】近年、前記医療用診断装置の一つとして、
人体の断層像（Ｂモード像）に加え、心臓、肝臓、頸動
脈等を対象に超音波の血流によるドプラシフトを利用し
て血流の速度を２次元でカラー表示することが可能な
「カラーフローマッピング（ＣＦＭ）法」を採用したも
のが開発され、前記医療用診断装置によりその診断能力
が飛躍的に向上した。前記ＣＦＭ法を採用した医療用診
断装置は子宮や肝臓、脾蔵などの人体のあらゆる臓器、
器官の診断に用いられ、今後は冠血栓の診断も可能な装
置を目指して研究がなされている。
人体の断層像（Ｂモード像）に加え、心臓、肝臓、頸動
脈等を対象に超音波の血流によるドプラシフトを利用し
て血流の速度を２次元でカラー表示することが可能な
「カラーフローマッピング（ＣＦＭ）法」を採用したも
のが開発され、前記医療用診断装置によりその診断能力
が飛躍的に向上した。前記ＣＦＭ法を採用した医療用診
断装置は子宮や肝臓、脾蔵などの人体のあらゆる臓器、
器官の診断に用いられ、今後は冠血栓の診断も可能な装
置を目指して研究がなされている。
【０００４】Ｂモード像の場合には、身体的変化による
小さな病変や空隙が明瞭に深部まで見えるようにするた
めに、高解像度の画像が高感度で得られることが要求さ
れる。一方、ＣＦＭ像を得ることができるドプラモード
の場合には、直径が数μｍ程度の微小な血球からの反射
エコーを用いるため、前記Ｂモードの場合に比べて得ら
れる信号レベルが小さくなり、より高感度化が要求され
る。
小さな病変や空隙が明瞭に深部まで見えるようにするた
めに、高解像度の画像が高感度で得られることが要求さ
れる。一方、ＣＦＭ像を得ることができるドプラモード
の場合には、直径が数μｍ程度の微小な血球からの反射
エコーを用いるため、前記Ｂモードの場合に比べて得ら
れる信号レベルが小さくなり、より高感度化が要求され
る。
【０００５】ところで、従来、高感度化を達成するため
に超音波プローブ自体または装置側から様々な試みなさ
れている。前記Ｂモード像に注目すると、超音波送受信
素子を構成する圧電体の影響が大きい。圧電体として
は、電気機械結合係数が大きく、かつケーブルや装置浮
遊容量による損失が少ない送受信回路とのマッチングが
取りやすい誘電率の大きい材料から形成することが必要
である。このため、前記圧電体は主としてチタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックから主に形成されてい
る。一方、超音波プローブは短冊状の圧電体を有する超
音波送受信素子を数１０から２００個程度配列したアレ
イ形超音波プローブが主流であり、前記素子数は高分解
能の要求に伴って増加する傾向にある。しかしながら、
生体との接触性から超音波放射面の口径を大きくできな
いために前記素子数の増加に伴って送受信回路とマッチ
ングが取れ難くなっている。
に超音波プローブ自体または装置側から様々な試みなさ
れている。前記Ｂモード像に注目すると、超音波送受信
素子を構成する圧電体の影響が大きい。圧電体として
は、電気機械結合係数が大きく、かつケーブルや装置浮
遊容量による損失が少ない送受信回路とのマッチングが
取りやすい誘電率の大きい材料から形成することが必要
である。このため、前記圧電体は主としてチタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックから主に形成されてい
る。一方、超音波プローブは短冊状の圧電体を有する超
音波送受信素子を数１０から２００個程度配列したアレ
イ形超音波プローブが主流であり、前記素子数は高分解
能の要求に伴って増加する傾向にある。しかしながら、
生体との接触性から超音波放射面の口径を大きくできな
いために前記素子数の増加に伴って送受信回路とマッチ
ングが取れ難くなっている。
【０００６】このようなことから、誘電率が大きい材料
からなる圧電体を使用したり、米国特許第４９５８３２
７号明細書には積層構成することが開示され、ＤＥ３７
２９７３１Ａ１にはインピーダンス変換器を使用するこ
とが開示されている。しかしながら、前記ＰＺＴ系セラ
ミックは比誘電率が３０００を越えると電気機械結合係
数が小さくなる性質を有するため、感度が低下するとい
う問題が新たに生じる。また、積層構成では送信感度が
積層数に応じて増大するものの、受信感度は積層数に反
比例する。このため、適用可能な分野は圧電体が通常よ
り小さい場合やケーブルが長い場合などの特殊な用途に
限られる。
からなる圧電体を使用したり、米国特許第４９５８３２
７号明細書には積層構成することが開示され、ＤＥ３７
２９７３１Ａ１にはインピーダンス変換器を使用するこ
とが開示されている。しかしながら、前記ＰＺＴ系セラ
ミックは比誘電率が３０００を越えると電気機械結合係
数が小さくなる性質を有するため、感度が低下するとい
う問題が新たに生じる。また、積層構成では送信感度が
積層数に応じて増大するものの、受信感度は積層数に反
比例する。このため、適用可能な分野は圧電体が通常よ
り小さい場合やケーブルが長い場合などの特殊な用途に
限られる。
【０００７】さらに、エミッタフォロワなどのインピー
ダンス変換器を使用すると、超音波プローブの大型化を
招くと共にインピーダンス変換器固有の周波数特性によ
り狭帯域化を起こす。
ダンス変換器を使用すると、超音波プローブの大型化を
招くと共にインピーダンス変換器固有の周波数特性によ
り狭帯域化を起こす。
【０００８】その他、ニオブ酸リチウムなどの単結晶、
チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などのセラミック、または
ポリフッ化ビニリデンまたはその共重合体のような高分
子材料からなる圧電体が知られている。しかしながら、
これらの圧電体は誘電率と電気機械結合係数が小さく実
用的ではない。また、柱状の圧電セラッミクに樹脂を埋
め込んだ構成の１−３型などの複合圧電体が知られてい
るが、誘電率が小さくなるため、高密度に短冊状に配列
するアレイプローブには不向きである。
チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などのセラミック、または
ポリフッ化ビニリデンまたはその共重合体のような高分
子材料からなる圧電体が知られている。しかしながら、
これらの圧電体は誘電率と電気機械結合係数が小さく実
用的ではない。また、柱状の圧電セラッミクに樹脂を埋
め込んだ構成の１−３型などの複合圧電体が知られてい
るが、誘電率が小さくなるため、高密度に短冊状に配列
するアレイプローブには不向きである。
【０００９】こうした材料の中で、Ｋｕｗａｔａ ｅｔ
ａｌ．：Ｊｐｎ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，２１（１
９８２）１２９８には亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛の固
溶系単結晶からなる棒状圧電体の電気機械結合係数ｋ33
が９２％と極めて大きいことが報告されている。しかし
ながら、この報告には一部の誘電特性が述べられている
のみで、超音波プローブの設計に必要に音響インピーダ
ンスや誘電損失、機械的品質係数等は不明で、特に超音
波プローブに多用されている短冊状の超音波送受信素子
の特性については全く述べられていない。
ａｌ．：Ｊｐｎ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，２１（１
９８２）１２９８には亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛の固
溶系単結晶からなる棒状圧電体の電気機械結合係数ｋ33
が９２％と極めて大きいことが報告されている。しかし
ながら、この報告には一部の誘電特性が述べられている
のみで、超音波プローブの設計に必要に音響インピーダ
ンスや誘電損失、機械的品質係数等は不明で、特に超音
波プローブに多用されている短冊状の超音波送受信素子
の特性については全く述べられていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上のように高感度の
超音波プローブを実現するためにはジルコンチタン酸鉛
などの高誘電率セラミック圧電体を用いたり、インピー
ダンス変換器を超音波送受信素子とケーブルとの間に接
続する方法、また前記素子を積層構成にする方法が知ら
れているが、いずれも前述したような問題がある。ま
た、１−３型などの複合圧電体については誘電率が小さ
くなる、その他の圧電材料についても誘電率と電気機械
結合係数が小さいために超音波プローブの高感度化に問
題がある。さらに、電気機械結合係数の大きい亜鉛ニオ
ブ酸鉛とチタン酸鉛の固溶系単結晶からなる圧電体につ
いては詳細な物性が調べられていない。本発明の目的
は、音響的ミスマッチングによる性能低下を招くことな
く良好なエコー波形を得ることが可能な超音波プローブ
を提供しようとするものである。
超音波プローブを実現するためにはジルコンチタン酸鉛
などの高誘電率セラミック圧電体を用いたり、インピー
ダンス変換器を超音波送受信素子とケーブルとの間に接
続する方法、また前記素子を積層構成にする方法が知ら
れているが、いずれも前述したような問題がある。ま
た、１−３型などの複合圧電体については誘電率が小さ
くなる、その他の圧電材料についても誘電率と電気機械
結合係数が小さいために超音波プローブの高感度化に問
題がある。さらに、電気機械結合係数の大きい亜鉛ニオ
ブ酸鉛とチタン酸鉛の固溶系単結晶からなる圧電体につ
いては詳細な物性が調べられていない。本発明の目的
は、音響的ミスマッチングによる性能低下を招くことな
く良好なエコー波形を得ることが可能な超音波プローブ
を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる超音波プ
ローブは、チタン酸鉛を含む固溶系単結晶からなる圧電
体を有する超音波送受信素子を備えた超音波プローブに
おいて、前記圧電体の超音波送受信面および前記面と反
対側の面に動作中心周波数で決まる波長の１％以下の厚
さを有する電極をそれぞれ形成したことを特徴とするも
のである。
ローブは、チタン酸鉛を含む固溶系単結晶からなる圧電
体を有する超音波送受信素子を備えた超音波プローブに
おいて、前記圧電体の超音波送受信面および前記面と反
対側の面に動作中心周波数で決まる波長の１％以下の厚
さを有する電極をそれぞれ形成したことを特徴とするも
のである。
【００１２】以下、本発明に係わる超音波プローブを図
１を参照して詳細に説明する。単結晶からなる複数の圧
電体１は、バッキング材２上に互いに分離して接着され
ている。前記各々の圧電体１は図の矢印Ａ方向に振動す
る。第１電極３は、前記各々の圧電体１の超音波送受信
面からその側面およびおよび前記送受信面と反対側の面
の一部に亘ってそれぞれ形成されている。第２電極４
は、前記各々の圧電体１の前記送受信面と反対側の面に
前記第１電極３と所望の距離隔ててそれぞれ形成されて
いる。このような前記圧電体１、前記第１、第２の電極
３、４により超音波送受信素子が構成される。音響マッ
チング層５は、前記各々の第１電極３を含む前記各圧電
体１の超音波送受信面にそれぞれ形成されている。音響
レンズ６は、前記各音響マッチング層５の全体に亘って
形成されている。アース電極板７は、前記各々の第１電
極３に接続されている。複数の導体（ケーブル）を有す
るフレキシブル印刷配線板８は、前記各々の第２電極４
に例えばはんだ付けにより接続されている。
１を参照して詳細に説明する。単結晶からなる複数の圧
電体１は、バッキング材２上に互いに分離して接着され
ている。前記各々の圧電体１は図の矢印Ａ方向に振動す
る。第１電極３は、前記各々の圧電体１の超音波送受信
面からその側面およびおよび前記送受信面と反対側の面
の一部に亘ってそれぞれ形成されている。第２電極４
は、前記各々の圧電体１の前記送受信面と反対側の面に
前記第１電極３と所望の距離隔ててそれぞれ形成されて
いる。このような前記圧電体１、前記第１、第２の電極
３、４により超音波送受信素子が構成される。音響マッ
チング層５は、前記各々の第１電極３を含む前記各圧電
体１の超音波送受信面にそれぞれ形成されている。音響
レンズ６は、前記各音響マッチング層５の全体に亘って
形成されている。アース電極板７は、前記各々の第１電
極３に接続されている。複数の導体（ケーブル）を有す
るフレキシブル印刷配線板８は、前記各々の第２電極４
に例えばはんだ付けにより接続されている。
【００１３】前記圧電体１は、チタン酸鉛を含む固溶系
単結晶、例えば亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単
結晶、マグネシウム・ニオブ酸鉛とチタン酸鉛からなる
固溶系単結晶、スカンジウム・ニオブ酸鉛とチタン酸鉛
からなる固溶系単結晶またはインジウム・ニオブ酸鉛と
チタン酸鉛からなる固溶系単結晶等から形成される。
単結晶、例えば亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単
結晶、マグネシウム・ニオブ酸鉛とチタン酸鉛からなる
固溶系単結晶、スカンジウム・ニオブ酸鉛とチタン酸鉛
からなる固溶系単結晶またはインジウム・ニオブ酸鉛と
チタン酸鉛からなる固溶系単結晶等から形成される。
【００１４】特に、一般式ＰｂA ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ
2/3 ）1-x Ｔｉx ）］B Ｏ3 （ただし、ｘは０．０５
≦ｘ≦０．２０、化学量論比Ａ／Ｂは０．９８≦Ａ／Ｂ
＜１．００を示す）で表される組成からなる亜鉛ニオブ
酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結晶を用いることが望まし
い。
2/3 ）1-x Ｔｉx ）］B Ｏ3 （ただし、ｘは０．０５
≦ｘ≦０．２０、化学量論比Ａ／Ｂは０．９８≦Ａ／Ｂ
＜１．００を示す）で表される組成からなる亜鉛ニオブ
酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結晶を用いることが望まし
い。
【００１５】前記一般式のｘを規定したのは次のような
理由によるものである。前記ｘを０．０５未満にする
と、前記固溶系単結晶のキュリー温度が低く、前記フレ
キシブル印刷配線板７および前記アース電極板８の半田
付け時や前記固溶系単結晶の切断時に脱分極する恐れが
ある。一方、前記ｘが０．２０を越えると大きな電気機
械結合係数が得られないばかりか、誘電率が低下して送
受信回路との音響インピーダンスのマッチングが取り難
くくなる恐れがある。より好ましいｘは０．０６〜１．
２である。
理由によるものである。前記ｘを０．０５未満にする
と、前記固溶系単結晶のキュリー温度が低く、前記フレ
キシブル印刷配線板７および前記アース電極板８の半田
付け時や前記固溶系単結晶の切断時に脱分極する恐れが
ある。一方、前記ｘが０．２０を越えると大きな電気機
械結合係数が得られないばかりか、誘電率が低下して送
受信回路との音響インピーダンスのマッチングが取り難
くくなる恐れがある。より好ましいｘは０．０６〜１．
２である。
【００１６】前記一般式の前記Ａ／Ｂが前記範囲を逸脱
すると得られた超音波プローブの実作動時における信頼
性が低下する恐れがある。前記第１、第２の電極３、４
としては、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｎｉ／ＡｕもしくはＣｒ
／Ａｕの二層導電膜が用いられ、これらはスパッタ法、
ＣＶＤ法などの蒸着技術により形成される。
すると得られた超音波プローブの実作動時における信頼
性が低下する恐れがある。前記第１、第２の電極３、４
としては、例えばＴｉ／Ａｕ、Ｎｉ／ＡｕもしくはＣｒ
／Ａｕの二層導電膜が用いられ、これらはスパッタ法、
ＣＶＤ法などの蒸着技術により形成される。
【００１７】前記第１、第２の電極３、４は、超音波プ
ローブの動作中心周波数で決まる波長の１％以下の厚さ
を有する。前記各電極３、４の厚さが前記波長の１％を
越えると、ダンピング特性が良好なエコー波形を得るこ
とができなくなる。より好ましい前記電極３、４の厚さ
は、前記動作中心周波数で決まる波長の０．５％以下で
ある。
ローブの動作中心周波数で決まる波長の１％以下の厚さ
を有する。前記各電極３、４の厚さが前記波長の１％を
越えると、ダンピング特性が良好なエコー波形を得るこ
とができなくなる。より好ましい前記電極３、４の厚さ
は、前記動作中心周波数で決まる波長の０．５％以下で
ある。
【００１８】なお、前記電極３、４の配置の形態および
前記アース電極板７、前記フレキシブル印刷配線板８の
前記電極３、４への取付け形態は前述した図１に限定さ
れない。例えば、前記アース電極板７および前記フレキ
シブル印刷配線板８と前記電極３、４との接合ははんだ
付け以外に、導電ペーストの使用、抵抗溶接による方法
で行ってもよい。前述した図１ではアレイ形の超音波プ
ローブを示したが、本発明は単一の超音波送受信素子を
備えた超音波プローブも包含する。
前記アース電極板７、前記フレキシブル印刷配線板８の
前記電極３、４への取付け形態は前述した図１に限定さ
れない。例えば、前記アース電極板７および前記フレキ
シブル印刷配線板８と前記電極３、４との接合ははんだ
付け以外に、導電ペーストの使用、抵抗溶接による方法
で行ってもよい。前述した図１ではアレイ形の超音波プ
ローブを示したが、本発明は単一の超音波送受信素子を
備えた超音波プローブも包含する。
【００１９】
【作用】本発明に係わる超音波プローブは、電気機械結
合係数が従来最も大きいＰＺＴ系セラミックからなる圧
電体よりさらに大きいチタン酸鉛を含む固溶系単結晶か
らなる圧電体が用いられる。例えば、亜鉛ニオブ酸鉛と
チタン酸鉛とを９１：９の比率で固溶させた単結晶から
なる圧電体を矩形状にし、これに電極を形成して矩形状
超音波送受信素子とし、さらに複数配列された前記素子
の超音波放射面側に音響マッチング層を配置したアレイ
型超音波プローブでは、前記素子の電気機械結合係数ｋ
33´が８０〜８５％になる。一方、前記圧電体は密度と
音速の積で決まる音響インピーダンスがＰＺＴ系セラミ
ックからなる圧電体に比べて約２５％小さくなくことが
確認された。したがって、前記圧電体の音響インピーダ
ンスはその両面に形成される電極よりも４０％以上小さ
くなるため、前記超音波プローブは生体との音響マッチ
ングを考慮すると前記圧電体と前記音響マッチング層と
の間に音響インピーダンスの大きな層が介在されること
になる。
合係数が従来最も大きいＰＺＴ系セラミックからなる圧
電体よりさらに大きいチタン酸鉛を含む固溶系単結晶か
らなる圧電体が用いられる。例えば、亜鉛ニオブ酸鉛と
チタン酸鉛とを９１：９の比率で固溶させた単結晶から
なる圧電体を矩形状にし、これに電極を形成して矩形状
超音波送受信素子とし、さらに複数配列された前記素子
の超音波放射面側に音響マッチング層を配置したアレイ
型超音波プローブでは、前記素子の電気機械結合係数ｋ
33´が８０〜８５％になる。一方、前記圧電体は密度と
音速の積で決まる音響インピーダンスがＰＺＴ系セラミ
ックからなる圧電体に比べて約２５％小さくなくことが
確認された。したがって、前記圧電体の音響インピーダ
ンスはその両面に形成される電極よりも４０％以上小さ
くなるため、前記超音波プローブは生体との音響マッチ
ングを考慮すると前記圧電体と前記音響マッチング層と
の間に音響インピーダンスの大きな層が介在されること
になる。
【００２０】このようなことから、本発明者らは前記圧
電体の超音波送受信面およびこれと反対側の面に形成さ
れる電極の厚さを前記プローブの動作中心周波数で決ま
る波長の１％以下にすることによって、ダンピング特性
が良好なエコー波形を得ることができることを見出だし
た。したがって、本発明によれば音響的ミスマッチング
による性能低下を招くことなく良好な波形を得ることが
可能な超音波プローブを提供できる。
電体の超音波送受信面およびこれと反対側の面に形成さ
れる電極の厚さを前記プローブの動作中心周波数で決ま
る波長の１％以下にすることによって、ダンピング特性
が良好なエコー波形を得ることができることを見出だし
た。したがって、本発明によれば音響的ミスマッチング
による性能低下を招くことなく良好な波形を得ることが
可能な超音波プローブを提供できる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。 実施例 まず、出発原料としてＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔ
ｉＯ2 を用い、これらを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸
（ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比
になるように秤量し、さらにフラックスとして同量のＰ
ｂＯを添加した。この粉末に純水を添加し、ＺｒＯ2 ボ
ールが収納されたボールミルで１時間混合した。得られ
た混合物の水分を除去した後、ライカイ機で十分に粉砕
し、さらにゴム型容器に入れ、２トン／ｃｍ2 の圧力で
ラバープレスを行った。ゴム型から取り出した固形物６
００ｇを直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃの白金製容器に
入れ、１２５０℃の温度まで５時間で昇温して溶解し、
０．８℃／ｈｒの速度で８００℃まで徐冷した後、室温
まで冷却した。その後、前記白金製容器に２０％濃度の
硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶系単結晶を取り出し
た。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なったと
ころ、良好な結晶構造を有することが確認された。ま
た、前記単結晶をラウエカメラを用いて＜００１＞軸の
方位を出し、この軸に垂直にカッタで切断した。切断後
の結晶を白金棒に種結晶として取り付けた。
する。 実施例 まず、出発原料としてＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔ
ｉＯ2 を用い、これらを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸
（ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比
になるように秤量し、さらにフラックスとして同量のＰ
ｂＯを添加した。この粉末に純水を添加し、ＺｒＯ2 ボ
ールが収納されたボールミルで１時間混合した。得られ
た混合物の水分を除去した後、ライカイ機で十分に粉砕
し、さらにゴム型容器に入れ、２トン／ｃｍ2 の圧力で
ラバープレスを行った。ゴム型から取り出した固形物６
００ｇを直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃの白金製容器に
入れ、１２５０℃の温度まで５時間で昇温して溶解し、
０．８℃／ｈｒの速度で８００℃まで徐冷した後、室温
まで冷却した。その後、前記白金製容器に２０％濃度の
硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶系単結晶を取り出し
た。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なったと
ころ、良好な結晶構造を有することが確認された。ま
た、前記単結晶をラウエカメラを用いて＜００１＞軸の
方位を出し、この軸に垂直にカッタで切断した。切断後
の結晶を白金棒に種結晶として取り付けた。
【００２２】次いで、ＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔ
ｉＯ2 を純度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチ
タン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比になるように秤
量し、さらにフラックスをＰＺＮ−ＰＴ：ＰｂＯ＝２５
モル％：７５モル％となるように添加してボールミルで
混合した。得られた混合物の水分を除去した後、ライカ
イ機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、２トン
／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型から取
り出した固形物を直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃの白金
製容器に入れ、９７０℃の温度まで昇温して前記固形物
を完全に溶解させた。この溶融物に前述した方法で作製
した種結晶を浸漬し、前記種結晶を取り付けた白金棒を
６０ｒｐｍの速度、０．１ｍｍ／ｈｒの引上げ速度で引
上げを行うことにより単結晶の育成を行った。
ｉＯ2 を純度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチ
タン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比になるように秤
量し、さらにフラックスをＰＺＮ−ＰＴ：ＰｂＯ＝２５
モル％：７５モル％となるように添加してボールミルで
混合した。得られた混合物の水分を除去した後、ライカ
イ機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、２トン
／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型から取
り出した固形物を直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃの白金
製容器に入れ、９７０℃の温度まで昇温して前記固形物
を完全に溶解させた。この溶融物に前述した方法で作製
した種結晶を浸漬し、前記種結晶を取り付けた白金棒を
６０ｒｐｍの速度、０．１ｍｍ／ｈｒの引上げ速度で引
上げを行うことにより単結晶の育成を行った。
【００２３】次いで、育成された結晶を用いて前述した
図１に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわ
ち、育成された結晶をラウエカメラで＜１００＞軸の方
位を出し、この軸に垂直に厚さが約５００μｍになるよ
うにカッタで切り出した。つづいて、前記結晶片を＃２
０００の研磨材でその厚さが１８０μｍになるまで研磨
した。研磨した結晶片をアルコールとアセトンで充分に
洗浄した後、結晶片の両面にスパッタ法によりＴｉ／Ａ
ｕ導体膜（厚さ０．２μｍ／０．５μｍ）をそれぞれ形
成した。前記導体膜の厚さは、Ｔｉ膜が動作中心周波数
である５ＭＨｚの時の波長の０．０１６％、Ａｕ膜が同
波長の０．０７７％に相当するため、両者を合わせて波
長の約０．０９％になる。前記結晶片をシリコーンオイ
ル中に浸漬して２００℃まで温度を上げた後、１ｋＶ／
ｍｍの電界を印加しながら４０℃まで冷却した。ひきつ
づき、選択エッチング技術により前記結晶片の一方の側
面に位置する前記導電膜部分および超音波送受信面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。前記
結晶片の超音波送受信面側の前記導電膜端部上にアース
電極７を例えばはんだ付けにより接続した後、前記結晶
片の超音波送受信面となる面に音響マッチング層を形成
した。さらに、前記結晶片の前記超音波送受信面と反対
側の面に位置する前記導電膜端部上にフレキシブル印刷
配線板８を例えばはんだ付けにより接続した後、これら
をバッキング材２上に接着した。その後、ダイサにより
厚さ５０μｍのブレードで前記音響マッチング層から前
記結晶片の前記超音波送受信面と反対側の面に位置する
前記導電膜に亘って２００μｍのピッチで短冊状にスラ
イスした。この切断により、前記バッキング材２上に前
記Ｔｉ／Ａｕ導体膜からなる第１、第２電極３、４を有
する互いに分離された複数の圧電体１と前記各圧電体１
上にそれぞれ配置された複数の音響マッチング層５が形
成された。次いで、前記音響マッチング層４に音響レン
ズ６を形成し、ケーブルを前記フレキシブル印刷配線板
７に接続してアレイ形超音波プローブを製造した。
図１に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわ
ち、育成された結晶をラウエカメラで＜１００＞軸の方
位を出し、この軸に垂直に厚さが約５００μｍになるよ
うにカッタで切り出した。つづいて、前記結晶片を＃２
０００の研磨材でその厚さが１８０μｍになるまで研磨
した。研磨した結晶片をアルコールとアセトンで充分に
洗浄した後、結晶片の両面にスパッタ法によりＴｉ／Ａ
ｕ導体膜（厚さ０．２μｍ／０．５μｍ）をそれぞれ形
成した。前記導体膜の厚さは、Ｔｉ膜が動作中心周波数
である５ＭＨｚの時の波長の０．０１６％、Ａｕ膜が同
波長の０．０７７％に相当するため、両者を合わせて波
長の約０．０９％になる。前記結晶片をシリコーンオイ
ル中に浸漬して２００℃まで温度を上げた後、１ｋＶ／
ｍｍの電界を印加しながら４０℃まで冷却した。ひきつ
づき、選択エッチング技術により前記結晶片の一方の側
面に位置する前記導電膜部分および超音波送受信面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。前記
結晶片の超音波送受信面側の前記導電膜端部上にアース
電極７を例えばはんだ付けにより接続した後、前記結晶
片の超音波送受信面となる面に音響マッチング層を形成
した。さらに、前記結晶片の前記超音波送受信面と反対
側の面に位置する前記導電膜端部上にフレキシブル印刷
配線板８を例えばはんだ付けにより接続した後、これら
をバッキング材２上に接着した。その後、ダイサにより
厚さ５０μｍのブレードで前記音響マッチング層から前
記結晶片の前記超音波送受信面と反対側の面に位置する
前記導電膜に亘って２００μｍのピッチで短冊状にスラ
イスした。この切断により、前記バッキング材２上に前
記Ｔｉ／Ａｕ導体膜からなる第１、第２電極３、４を有
する互いに分離された複数の圧電体１と前記各圧電体１
上にそれぞれ配置された複数の音響マッチング層５が形
成された。次いで、前記音響マッチング層４に音響レン
ズ６を形成し、ケーブルを前記フレキシブル印刷配線板
７に接続してアレイ形超音波プローブを製造した。
【００２４】比較例 電極をガラスフリットを含む銀焼き付けにより形成した
以外、実施例と同様なアレイ形超音波プローブを製造し
た。なお、前記電極の厚さは約７μｍで動作中心周波数
である５ＭＨｚの時の波長の約１．１％に相当する。
以外、実施例と同様なアレイ形超音波プローブを製造し
た。なお、前記電極の厚さは約７μｍで動作中心周波数
である５ＭＨｚの時の波長の約１．１％に相当する。
【００２５】得られた実施例および比較例の超音波プロ
ーブについて、パルスエコー法によりエコー波形とその
周波数スペクトラムを測定した。図２の（ａ）は、実施
例の超音波プローブのエコー波形、（ｂ）は同プローブ
の周波数スペクトラムを示す。図３の（ａ）は、比較例
の超音波プローブのエコー波形、（ｂ）は同プローブの
周波数スペクトラムを示す。
ーブについて、パルスエコー法によりエコー波形とその
周波数スペクトラムを測定した。図２の（ａ）は、実施
例の超音波プローブのエコー波形、（ｂ）は同プローブ
の周波数スペクトラムを示す。図３の（ａ）は、比較例
の超音波プローブのエコー波形、（ｂ）は同プローブの
周波数スペクトラムを示す。
【００２６】図２の（ａ）および図３の（ａ）から明ら
かなように本発明の超音波プローブは比較例の同プロー
ブに比べてエコー波形の振幅で約３．３ｄＢ高感度にな
ることがわかる。また、図２の（ｂ）および図３の
（ｂ）から明らかなように周波数スペクトラムにおいて
５ＭＨｚで設計してものが、本実施例のプローブでは
５．２０ＭＨｚであり、ほぼ対象な良好な形であるのに
対し、比較例のプローブでは１ＭＨｚ以上低い３．９４
ＭＨｚになり、特に高周波成分の落ち込みが激しいこと
がわかる。したがって、本実施例の超音波プローブは感
度・帯域がともに良好な特性を有することがわかる。
かなように本発明の超音波プローブは比較例の同プロー
ブに比べてエコー波形の振幅で約３．３ｄＢ高感度にな
ることがわかる。また、図２の（ｂ）および図３の
（ｂ）から明らかなように周波数スペクトラムにおいて
５ＭＨｚで設計してものが、本実施例のプローブでは
５．２０ＭＨｚであり、ほぼ対象な良好な形であるのに
対し、比較例のプローブでは１ＭＨｚ以上低い３．９４
ＭＨｚになり、特に高周波成分の落ち込みが激しいこと
がわかる。したがって、本実施例の超音波プローブは感
度・帯域がともに良好な特性を有することがわかる。
【００２７】なお、前記実施例では単結晶を引上げ法よ
り作製したが、フラックス法やブリッジマン法等で作製
してもよい。前記実施例では、電子走査型の超音波プロ
ーブについて説明したが、シングプローブ等で構成され
たメカニカル走査型超音波プローブにも同様に適用でき
る。
り作製したが、フラックス法やブリッジマン法等で作製
してもよい。前記実施例では、電子走査型の超音波プロ
ーブについて説明したが、シングプローブ等で構成され
たメカニカル走査型超音波プローブにも同様に適用でき
る。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればチ
タン酸鉛を含む固溶系単結晶からなる圧電体を有する超
音波送受信素子を備え、前記圧電体の超音波送受信面お
よびこれと反対側の面にそれぞれ形成した電極の厚さを
動作中心周波数で決まる波長の１％以下にすることによ
って音響的ミスマッチングによる性能低下を招くことな
く良好なエコー波形を得ることが可能な超音波診断装置
や超音波探傷装置に有用な超音波プローブを提供でき
る。
タン酸鉛を含む固溶系単結晶からなる圧電体を有する超
音波送受信素子を備え、前記圧電体の超音波送受信面お
よびこれと反対側の面にそれぞれ形成した電極の厚さを
動作中心周波数で決まる波長の１％以下にすることによ
って音響的ミスマッチングによる性能低下を招くことな
く良好なエコー波形を得ることが可能な超音波診断装置
や超音波探傷装置に有用な超音波プローブを提供でき
る。
【図１】本発明に係わる超音波プローブを示す斜視図。
【図２】本発明の実施例における超音波プローブのパル
スエコー特性図。
スエコー特性図。
【図３】比較例の超音波プローブのパルスエコー特性
図。
図。
１…圧電体、３…電極、５…音響マッチング層、６…音
響レンズ、７…アース電極、８…フレキシブル印刷配線
板。
響レンズ、７…アース電極、８…フレキシブル印刷配線
板。
フロントページの続き (72)発明者 河内 勝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 小林 剛史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山下 洋八 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝柳町工場内 (56)参考文献 特開 平５−176396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−72962（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−83387（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 332 H04R 17/00 330 A61B 8/00 G01N 29/24 502
Claims (1)
- 【請求項１】 チタン酸鉛を含む固溶系単結晶からなる
圧電体を有する超音波送受信素子を備えた超音波プロー
ブにおいて、前記圧電体の超音波送受信面および前記面
と反対側の面に動作中心周波数で決まる波長の１％以下
の厚さを有する電極をそれぞれ形成したことを特徴とす
る超音波プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19622693A JP3251727B2 (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19622693A JP3251727B2 (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波プローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0750898A JPH0750898A (ja) | 1995-02-21 |
| JP3251727B2 true JP3251727B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=16354302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19622693A Expired - Lifetime JP3251727B2 (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3251727B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9972766B2 (en) | 2013-03-25 | 2018-05-15 | Toshiba Medical Systems Corporation | Piezoelectric transducer, ultrasonic probe, and piezoelectric transducer manufacturing method |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2802449B1 (fr) * | 1999-12-17 | 2002-03-01 | Thomson Csf | Sonde acoustique lineaire multi-elements et procede de fabrication collective de sondes acoustiques |
| JP2005340903A (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Olympus Corp | 超音波トランスデューサとその製造方法 |
| JP5905192B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2016-04-20 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波探触子の製造方法 |
-
1993
- 1993-08-06 JP JP19622693A patent/JP3251727B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9972766B2 (en) | 2013-03-25 | 2018-05-15 | Toshiba Medical Systems Corporation | Piezoelectric transducer, ultrasonic probe, and piezoelectric transducer manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0750898A (ja) | 1995-02-21 |
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