JPH0123446Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、超音波探触子の改良に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 超音波探触子用の振動子材料としては通常チタ
ン酸ジルコン酸鉛（PZT）等の圧電セラミツク
が用いられるが、これら圧電セラミツクはきわめ
て硬くて音響学的インピーダンスが水（人体）や
空気に比べてはるかに高いので鋭い共振が生じ、
また送受波効率を高めるために共振させた状態で
使用するので本質的には狭帯域動作をするもので
ある。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、医用超音波パルスエコー・シス
テムの探触子として用いるためには送波パルスの
幅を狭くすなわち広帯域化しなければならないの
で、そのときは損失を承知の上で振動子の裏面に
振動吸着材（バツキング材）を取付けてＱダンプ
し、また振動子の表面には1/4波長の厚さのマツ
チング板を設けるようにしている。しかし、バツ
キン材によるＱダンプは送受波の効率を大幅に低
下させるし、またマツチング板によるマツチング
は、PZTと被検音場の音響学的インピーダンス
の違いを十分克服するまでには至らない。

水（人体）とマツチングをよくするためには、
振動子材料がもつと柔らかいすなわち音響学的イ
ンピーダンスが小さいものであればよい。そのよ
うな材料としては、ポリ弗化ビニリデンのような
電歪性を有する有機物ポリマーや、PZT粉末を
混入した合成樹脂（エポキシ、シリコンゴム等）
がある。これらの材料は、音響学的インピーダン
スが小さいことにより広帯域動作に適するが、電
歪性がPZTより１桁ほど低いので、少なくとも
送波に関してはPZTに取つて替わることは非常
に困難である。

しかし受波に関しては、材料が柔らかいのと、
誘電率εが小さいことから、見かけ上の圧電定数
ｇがかなり大きく、また実用上バツキング材を要
さないという点を考え合わせると、受波の感度は
PZTを用いた場合と比べてそれほど遜色はない。

したがつて、有機物系の電歪材料は、少なくと
も受波に関してはその柔らかさと広帯域性という
本質的な利点を活かした使い方をすることができ
る。

これに対してPZTは、電歪性が高いのでバツ
キングによる効率低下や水との音響学的インピー
ダンスの違いはあつても、強く駆動して十分高エ
ネルギーの超音波パルスが放射されるようにすれ
ばよいので、送波に関する限り問題の解決は比較
的容易である。

また送波用と受波用振動子を別々にした場合で
は、送波用振動子駆動パルスの伝送用の信号線と
受波用振動子で受信した反射波信号の伝送用の信
号線とを別個に設けており、信号線が多いという
問題があつた。

本考案の目的は、水（人体）と音響学的インピ
ーダンスのマツチングがよい広帯域性の受波素子
と、十分高エネルギーの超音波パルスを放射し得
る送波素子を持ち、１本のケーブルで送受信号が
伝送できるようにした超音波探触子を実現しよう
とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 このような目的と達成するために、本考案は、
受波用振動子材料として電歪性有機物ポリマーま
たはPZT粉末入りの合成樹脂を用い、送波用振
動子材料としてPZTセラミツクを用いると共に、
逆並列接続されたダイオードを、受波用振動子と
送波用振動子とを直列接続とした場合には受波用
振動子に並列に接続し、受波用振動子と送波用振
動子とを並列の関係で接続した場合には送波用振
動子に直列に接続し、受波用振動子と送波用振動
子とを直列または並列の関係で接続した回路の両
端にケーブルを接続することにより送波用駆動パ
ルスと反射波受波信号とを同一ケーブル上に通す
ようにしたことを特徴とするものである。

〈実施例〉 以下図面を参照して本考案の実施例を詳細に説
明する。第１図は本考案に係る超音波探触子の概
念的構成図である。図において、ＤはPZTを用
いて構成した単一またはアレイ状の送波用振動子
で、表裏面に電極が設けられ、この電極間に与え
られる駆動回路PLSの駆動パルスに従つて振動
し、それによる超音波パルスを被検音場に放射す
る。振動子Ｄの裏面にはバツキング材Ｂが設けら
れ、Ｑダンプによる広帯域化が図られている。こ
のバツキングは受波の効率を考えることなく、送
波の広帯域化だけを考えて重く行なうことができ
る。Ｒは、例えばポリ弗化ビニリデンのような電
歪性を持つ有機物ポリマーまたはPZT粉末を適
度な濃さまで混入したエポキシ樹脂やシリコンゴ
ム等を用いて構成された単一またはアレイ状の受
波用振動子であつて、表裏面に電極が設けられ、
被検音場からの帰投信号による電極間誘起電圧が
受信用増幅器AMPに与えられるようになつてい
る。

要するに、第１図に示す超音波探触子は、単一
またはアレイ状の振動子の送波用振動子Ｄの表面
に単一またはアレイ状の受波用振動子Ｒを重ねた
もので、このようにすれば送波と受波の指向性を
簡単に一致させることができる。

このような構造によれば、受波用振動子Ｒの層
は、1/4波長のいわゆる片持ばりのモードで稼動
させることができ、有機物ポリマー製の振動子Ｒ
は非常に広帯域の共振特性をもつて動作させるこ
とができる。さらにまた受波用振動子Ｒの層は送
波用振動子Ｄの表面に設けられたマツチング層と
しても機能させることができる。

ところで、共通のPZT振動子が送波と受波に
共用される通常の超音波探触子においては、送波
用の駆動パルスと反射波信号とが同一のケーブル
を通じて探触子と送受信回路の間で授受される
が、本考案の探触子においてもそれを可能にする
ためには、送波用振動子Ｄと受波用振動子Ｒとの
接続を第２図または第３図のようにすればよい。

第２図は送波用振動子Ｄと受波用振動子Ｒを直
列に接続し、かつ受波用振動子Ｒにはダイオード
ｄ，d′による双方向性クランプ回路を並列接続
し、前記直列回路の両端をケーブルCBLによつ
て送受信回路（図示省略）に接続するようにした
ものである。送波用振動子Ｄと受波用振動子Ｒの
電気的インピーダンスを比較すると、PZTを用
いた送波用振動子Ｄの方がポリマーまたは樹脂を
用いた受波用振動子Ｒよりもはるかに小さい。し
たがつて、このような直列回路に駆動信号が印加
されると、ダイオードｄまたはd′が導通して受波
用振動子Ｒの印加電圧が小さな値にクランプさ
れ、駆動エネルギーの大部分が送波用振動子Ｄに
与えられる。一方受波用振動子Ｒに反射波信号が
入感したときは、その信号は電気的なインピーダ
ンスの小さい送波用振動子Ｄを通じてケーブル
CBLに伝えられる。なお、入感信号は微弱なた
め、ダイオードｄ，d′によつてバイパスされるこ
とはない。このとき送波用振動子Ｄに入感する信
号もわずかながらあり得るので、両振動子は極性
を相加的に揃えて接続することが好ましい。

第３図は、送波用振動子Ｄとダイオード・アイ
ソレータの直列回路に受波用振動子Ｒを並列に接
続し、この並列接続回路の両端をケーブルCBL
に接続するようにしたものである。このような回
路において、ケーブルCBLから駆動信号が与え
られると、受波用振動子Ｒと送波用振動子Ｄの電
気的インピーダンスの差により、ダイオードｄま
たはd′が導通して駆動エネルギーの大部分は送波
用振動子Ｄに与えられる。このとき受波用振動子
Ｒにも駆動エネルギーの一部が与えられ、受波用
振動子Ｒもわずかながら超音波を発し得るので、
両振動子は極性を揃えて接続するのが好ましい。
一方受波用振動子Ｒに入感した反射波信号はケー
ブルCBLを通じて受信回路（図示省略）に伝え
られる。なお、この入感信号は微弱なため、ダイ
オードｄ，d′を通つて送波用振動子Ｄにバイパス
することはない。

〈考案の効果〉 以上詳細に説明したように、本考案によれば、
受波用振動子材料として電歪性有機物ポリマーま
たはPZT粉末入りの合成樹脂を用い、送波用振
動子材料としてPZTセラミツクを用いるように
したので、水（人体）とマツチングのよい広帯域
性の受波素子と、十分広帯域かつ高エネルギーの
超音波パルスを放射し得る送波素子とを持つた複
合超音波探触子が得られる。同時に、逆並列接続
のダイオードを、振動子ＤおよびＲの接続状態に
応じて振動子Ｒに並列あるいは振動子Ｄに直列に
接続することにより、１本のケーブルにより送受
信号を伝送することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る複合超音波探触子の概念
的構成図、第２図および第３図は振動子の電気的
接続例である。 Ｄ……送波用振動子、Ｒ……受波用振動子、Ｂ
……バツキング材、PLS……駆動回路、AMP…
…受信用増幅器、CBL……ケーブル、ｄおよび
d′……ダイオード。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電歪性有機ポリマーまたは圧電セラミツク微粉
   末入り合成樹脂を使用した受波用振動子と、 この受波用信号子の裏面に接合される圧電セラ
   ミツク板を使用した送波用振動子と、 この送波用振動子の裏面に接合されるバツキン
   グ材と、 前記受波用振動子と送波用振動子とを直列また
   は並列の関係で接続してなる回路の両端に接続さ
   れ、送波用駆動パルスと反射波受波信号とを同一
   信号線を通じて授受するケーブルと、 前記受波用振動子と送波用振動子とを直列接続
   とした場合には受波用振動子に並列に接続され、
   前記受波用振動子と送波用振動子とを並列の関係
   で接続した場合には送波用振動子に直列に接続さ
   れた逆並列接続のダイオード を具備したことを特徴とする複合超音波振動子。