JPH0221850A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波診断装置において、超音波の送受信を
行なう超音波探触子に関するものである。

最近、超音波技術の進歩はめざましく、医学領域におい
て診断、治療の両面にわたって活発な研究が行なわれて
いる。

超音波診断法は電気音響変換素子である圧電振動子を有
する探触子を直接あるいは氷袋等を介して体表に接触さ
せた状態で探触子を駆動し、超音波を極短時間だけ断続
的に体内に向けて放射させる。このとき、超音波が人体
組繊の中を伝播する途中で組織や臓器は種類によって音
響特性（媒体の密度と音速との積）が異なるため、固有
インピーダンスの異なる組織の境界面で超音波の一部が
反射して返ってくる。この超音波エコーを送信時に使用
した同一の探触子で受信して電気信号に変換され、表示
器に断層像が表示される。

従来、医学用に用いられている超音波探触子を第３図を
用いて説明する。図において１は圧電振動子で、この圧
電振動子１の画板面に銀やニッケル等を蒸着等の手段を
用いて信号側電極２ａとアース側電極２ｂを形成する。

このアース側電極２ｂにλ／４マツチング層３をコーテ
ィングする。

そして、信号側電極２ａに同軸ケーブル４の芯線４ａを
ワイヤ５を介して接続するとともに、この信号側電極２
ａに接着剤６を塗布してタングステンを含む導電性のダ
ンピング層ブロック７を圧着する。このダンピング層ブ
ロック７は合成樹脂に総重量の９０重量％のタングステ
ン粒体を分散させたダンピング材を加熱、加圧の手段を
用いて目的の形状に成形したものである。このようにし
て一体に形成した圧電振動子１、マツチング層３および
ダンピング層ブロック７をステンレス等の金属で有頭筒
状に成形したハウジング８に納める。

このとき、圧電振動子１、マツチング層３およびダンピ
ング層ブロック７がハウジング８に導通しないようにハ
ウジング８の内側に絶縁層９を形成する。このハウジン
グ８にワイヤ１０を介してアース側電極２ｂを接地させ
るとともに同軸ケーブル４のシールド線４ｂを接地させ
る。ここにおいて１１はダンピング層ブロック７の上方
に設けられた外気とのシールド層である。

この探触子において、ダンピング層ブロック７の理想的
な性質は音響インピーダンスを圧電振動子１の音響イン
ピーダンスに等しく、ダンピング層ブロック７と圧電振
動子１との境界面での反射をなくすことと、ダンピング
層ブロック７に入射した超音波をダンピング層ブロック
７内で減衰させ、ハウジング８の底部等で反射した超音
波エコーが再び圧電振動子１に戻ってこないようにする
ことである。しかしながら、以上の２つの条件を満足す
るダンピング材はほとんど存在せず、これに近い材料と
して上述したようにエポキシ樹脂または塩化ビニール樹
脂に比重１９．１のタングステン粒体を分散させたもの
が一般的に使用されている。このように合成樹脂にタン
グステン粒体を分散させることにより、ダンピング層ブ
ロック７の音響インピーダンスを圧電振動子１の音響イ
ンピーダンスに近づけることができるとともに、ダンピ
ング層ブロック７の内部で超音波を減衰させることがで
きる。

しかしながら、ダンピング層ブロック７を圧電振動子１
にエポキシまたは塩化ビニール等の接着剤を用いて接着
することにより、圧電振動子１とダンピング層ブロック
７との間に接着剤が介在するため、音響インピーダンス
の異なる境界面が形成されてしまう。そのため、この境
界面により超音波が反射し、断層像の解像力が著しく劣
化する欠点がある。

また、接着剤に含まれている気泡を残したまま、探触子
に高電圧を印加すると気泡内放電を起し、そのショック
で圧電振動子にクラックが生じる欠点がある。

一方、上記の欠点である気泡を取り除くためにＰＺＴ、
ＰｂＴｉＯ３等の圧電材料からなる圧電振動子１にダン
ピング層ブロック７を圧着すると、圧電振動子１に大き
な圧力が加わるため、圧電振動子に亀裂が入ったり、か
けたりして信頼性に欠けるとともに、圧着による歪が接
着剤の硬化後に圧電振動子１に残るため、不要振動が起
り特性が著しく劣化する欠点がある。

この発明は上記問題点を解消するためになされたもので
、異なる粒度分布を有する粒体を合成樹脂に混合してペ
ースト状のダンピング材を作り、このダンピング材を圧
電振動子の信号側電極に滴下成型してダンピング層を設
けることにより、圧電振動子とダンピング層との境界面
での反射を小さく抑え特性を良好にすることができると
ともに、粒体を均一に分散させることができダンピング
効果を向上させかつ加工性に優れた超音波探触子を提供
しようとするものである。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図において２１はＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ９等の圧電材
料からなる圧電振動子で、この圧電振動子２１の画板面
に銀やニッケル等の導電性金属を真空蒸着、スパッタ等
の手段を用いて信号側電極２２ａとアース側電極２２ｂ
を形成して分極領域を設ける。分極した圧電振動子２１
は厚みに応じた共振周波数を持ち、送信電圧パルスが印
加されると共振周波数に応じた超音波減衰振動を行なう
ものである。そしてアース側電極２２ｂに使用する超音
波の１／４波長になるように厚さを設定したマツチング
層２３を設ける。図示例では超音波ビームを集束させる
目的としてマツチング層２３の板面を中心に向けて窪ま
せて湾曲面に形成した。ここで使用されるマツチング層
２３は被検体の音響インピーダンスと圧電振動子２１の
音響インピーダンスの中間の値を持つような材料、例え
ばエポキシやアクリル等の樹脂が用いられている。

このようにして、一体に形成した圧電振動子２１とマツ
チング層２３をステンレス等の導電材料で筒状に形成し
たハウジング２４の一方の開口部を封止するようにして
固着し、マツチング層２３をハウジング２４の一端から
露出させる。ハウジング２４の壁に同軸ケーブル２５を
貫通させて設け、このケーブル２５の芯線２５ａをワイ
ヤ２６を介して信号側電極２２ａに微少な半田を用いて
接続するとともに、シールド線２５ｂをハウジング２４
に接続する。また圧電振動子２１のアース側電極２２ｂ
をワイヤ２７を介してハウジング２４に接続する。

その後、ハウジング２４の内壁部と振動子２１で形成さ
れた凹部に、ハウジング２４の上方から異なる粒度分布
を有する粒体を合成樹脂に分散させて作ったペースト状
のダンピング材料（以後ダンピングペーストと呼ぶ）を
滴下注型して、圧電振動子２１の信号側電極２２ａ上に
ダンピング層２８を形成する。ここで、２９はダンピン
グ層２８上に設けられたシールド層、３０はハウジング
２４の内壁に設けられた絶縁層、３１はハウジング２４
の開口を閉塞する蓋体である。

このとき、ダンピングペーストの粘性が大きすぎると脱
泡が困難になるとともに、注入時にペーストが拡がり難
（なりダンピング層２８を均一に仕上げることができな
くなる。またペーストの粘性が小さすぎると比重の大き
な金属粒体が沈降して信号側電極２２ａ側に片寄るため
に、超音波減衰の大きなダンピング層２８を形成するこ
とができな（なる。

ここでは、上記２点の問題点を解消するために、４０〜
８０μｍの粒度を有する第１の金属粒体、例えばタング
ステン粒体を総重量の６０〜８０重１％と、１０μｍ以
下の粒度を有する第２の金属粒体、例えばタングステン
粒体を総重量の２０〜３０重量％を分散させてダンピン
グペーストを作る。

第１表に、この実施例に用いられるダンピングペースト
の材料組成比を示す。

第２表 また、ここに使用される樹脂は可撓性エポキシゲル例え
ばエマーソンアンドヵミング社製のＥＣ００ＧＥＬ１２
６５（商品名）と非可撓性工ボ牛ン樹脂例えばエマーソ
ンアンドヵミング社製のＳＴ￥ＣＡＳＴ３０５０　（商
品名）を重量比で１゜１で混合し、硬化後にある程度の
弾力性をもつようにしである。

この発明は可撓性エポキシゲルと非可撓性エホキシ樹脂
を適当な比率で混合したものの中に異する粒度分布をも
ったタングステン粒体を分散させてダンピングペースト
を作ることによって、１０μｍ以下のタングステン粒体
により、４０〜８０μｍのタングステン粒体を均一に分
散させることができ、深さ方向への沈降分離を抑制する
役割を果している。次に、非可撓性エポキシと可撓性エ
ポキシとの相関関係を第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）は可撓性と非可撓性のエポキシを３＝１の
比率で、（ｂ）は１：１の比率で、（Ｃ）は１：３の比
率で混合した場合の出力波計を示している。これは１ｃ
ｍの長さに成型したロッド状のダンピング材の一端に超
音波走波用トランスデユーサ−を取付け、受波用トラン
スデユーサ−で超音波の減衰量を調べたもので、非可撓
性エポキシゲルが少な（なると減衰が小さ（なることが
わかる。

また、第３図（ｄ）、（ｅ’）、（ｆ）はタングステン
の総重量が全体の６０％の場合の出力波形を示している
。このときは、可撓性と非可撓性の混合比率に関係な（
超音波の減衰が小さ（なっていることがわかる。ここで
は、代表的な比率についてのみ示したが、より細かい比
率で変動させた時のデータからタングステン（粒度４０
〜８０μｍ）６０〜８０重量％に対してタングステン（
粒度１０μｍ以下）８〜３０重量％混合し、かっ可撓性
エポキシゲルと非可撓性エポキシ樹脂の比率が４二６〜
８：２の混合体を６〜１２重量％分散させた場合に、音
響的インピーダンスが大きく、しかも超音波減衰量が大
きなダンピング層を得ることができる。

以上、実施例で示したように、可撓性エポキシゲルと非
可撓性エポキシ樹脂を適当な比率で混合させたダンピン
グペーストを滴下注型することにより、ダンピングペー
ストが圧電振動子２１に直に接触するため、圧電振動子
２１とダンピングペースト層２８との間から接着層を取
り除くことができ、この間の超音波の反射を著しく減少
させることができる。しかも、ダンピングペーストの拡
がりが良くなるため、均一なダンピング層２８を形成す
ることができるとともに加工性が良好になり、また可撓
性エポキシゲルと非可撓性エポキシ樹脂を混合したもの
の中にタングステン粒体を分散させることにより、ダン
ピング層の音響インピーダンスを圧電振動子の音響イン
ピーダンスに近づけることができるため、境界面での超
音波の反射を著しく減少させることができるとともに超
音波パルス幅が小さく距離分解能を良好にすることがで
きる。

特に、硬化前のダンピングペーストの粘度を８ＱＱｃｐ
ｓ以下にすることにより、脱泡や注型がしやすくなる。

次（己、この発明の他の実施例であるダンピング層の材
料組成比を第３表ないし第５表に示す。

第３表 第４表 以上の実施例はいずれも１０μｍ以下の粒度分布をもつ
粒体としてモリブデン、アルミナまたは酸化タングステ
ンを用いたもので、モリブデン、アルミナ、酸化タング
ステンはタングステンに比べて比重が小さいので添加量
を減じて硬化前の粘度を下げ、脱泡および注型しやすく
している。このように粒度１０μｍ以下のタングステン
粒体に替えてモリブデン、アルミナ、酸化タングステン
粒体を可撓性エポキシゲルと非可撓性エポキシ樹脂の混
合樹脂に分散させることにより、上述と同様の効果を上
げることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、要旨を変更しない範囲において種々変形して実施する
ことができる。

例えば、ダンピング材は４０〜８０μｍの粒度を有する
第１の金属粒体を総重量の６０〜８０重量％と１０μｍ
以下の粒度を有する非金属粒体を総重量の４〜０．５重
１％とを総重量の１６〜７゜５重量％の樹脂に分散させ
ることもできる。

粒体は異なる粒度分布を有する同種類または複数種類の
金属に替えて非金属粒体を合成樹脂に分散させることが
できる。

また上記実施例ではマツチング層の板面を窪ませて湾曲
面に形成したが、この発明はこれに限定されるものでは
なく平面に形成することができる。

以上述べたように、この発明によれば異なる粒度分布を
有する粒体を合成樹脂に混合してペースト状のダンピン
グ材を作り、このダンピング材を圧電振動子の信号側電
極に滴下成型してダンピング層を設けることにより、粒
体を均一に分散させることができ、ダンピング効果を同
上させ、かつ加工性に優れた超音波探触子を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略的な構成を示す断面
図、第２図は同実施例のダンピング層の特性図、第３図
は従来の超音波探触子の概略的な構成を示す断面図であ
る。 １・・・圧電振動子　　　２ａ・・・信号側電極２ｂ・
・・アース側電極　　３・・・マツチング層４・・・同
軸ケーブル　　４ａ・・・芯線４ｂ・・・シールドｌ　
　　　５，１０・・・ワイヤ６・・・接着剤 ８・・・ハウジング １１・・・シールド層 ２１・・・圧電振動子 ２２ｂ・・・アース側電極 ２４・・・ハウジング ２５ａ・・・芯線 ２６．２７・・・ワイヤ ２９・・・シールド層 ３１・・・蓋体 ７・・・ダンピング層ブロック ９・・・絶縁層 ２２ａ・・・信号側電極 ２３・・・マツチング層 ２５・・・同軸ケーブル ２５ｂ・・・シールド線 ２８・・・ダンピング層 ３０・・・絶縁層 竹許出願人 オリンパス光学工業株式会社 Ｃ 第　１　図 第 図 特ｒ−１ 第２図 手続補正書

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、１対の電極に挟持された圧電振動子と、この振
   動子の一方の電極面に設けられたダンピング層と、これ
   らを保持するハウジングとからなる超音波探触子におい
   て、上記ダンピング層が異なる粒度分布を有する複数の
   粒体を分散混合した合成樹脂からなることを特徴とする
   超音波探触子。
2. （２）、上記振動子の他方の電極面にマッチング層を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音
   波探触子。