JPH03172096A - 超音波探触子の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音波探触子の製造方法を利用分野とし、特
に圧電振動子の前面に多層構造とした音響整合層を設け
てなる超音波探触子の製造方法に関する。

（従来の技術） 超音波探触子は、医用及び鉱工業用の超音波診断装置及
び深傷装置に超音波の送受波部として有用される。そし
て、通常では、被検出体（例えば生体）へのあるいは被
検出体からの超音波を効率的に送受波するため、超音波
の発生源となる圧電振動子の前面に音響整合層を使用す
る。近年では、情報の高品位化等により、帯域特性に優
れた超音波探触子が要求されている。例えばこのような
ものの一つに特願昭５５−１４８７５６号に開示される
超音波探触子がある。

第２図はこの種の一従来例を説明する超音波探触子の断
面図である。

この超音波探触子においては、超音波発生源としての圧
電振動子１を例えばチタン酸ジルコン酸鉛（通称ＰＺＴ
）とする。但し、図中では両主面の電極を省略して示し
ている。一般には圧電振動子１の後面をパッキング材２
に固着して前面に音響整合層３が形成される。特に、被
検出体を生体と設定した場合には、生体の音響インピー
ダンスが１　．５ｘ　１　０６Ｋｇ／ｍ２ｓで、圧電振
動子１のそれ（３０ｘｌＯ’　Ｋｇ／ｍ２ｓ）に比較し
て極端に異なることから、音響整合層３を多層構造とし
て順次小さくする。例えば二層構造とした場合は、音響
整合層のうち圧電振動子１側となる第１整合層、すなわ
ち一層目３ａの音響インピーダンスを１　５Ｘ　１　０
６Ｋｇ／ｍ２Ｓ、放射面側となる二層目３ｂ、すなわち
最終整合層を３Ｘ１０’Ｋｇ／ｍ２ｓとする。そして、
これらの音響インピーダンスにほぼ合致する材料として
、一層目３ａには通常セラミックを、二層目３ｂにはブ
ラスチック等を選択する。実際には、いずれも板状体の
ものが順次に接着剤４により貼着される。

そして、近年では、第３図（ａ）．（ｂ）に示すように
、圧電振動子１の動作周波数は共振周波数ｆｒと反共振
周波数ｆａとの間の中間周波数ｆｏとした方が、共振周
波数ｆｒあるいは反共振周波数ｆａとすることよりも１
！：域幅を広げるとされている。なお、第３図（ａ）は
圧電振動子のアドミッタンス特性図、第３図（ｂ）は送
信に対する受信強度を示す送受波特性（帯域特性）図で
ある。

このよ−うなことから、音響整合層３の各層３ａ，３ｂ
の厚みは、接着剤の厚みを考慮した上で動作周波数のλ
／４に設定していた。あるいは、一層目３ａを共振周波
数側の、二層目３ｂを反共振周波数側のλ／４に設定し
てあたかもスタガ増幅のよう゛に帯域特性の平坦部を広
げるようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記特願昭５５−１４８７５６号のもの
では、音響整合層３の一層目３ａ，二層目３ｂともにい
ずれも板状体として貼着により形成されていた。したが
って、接着剤４を加えた各厚みを動作周波数のλ／４に
設定することは、技術的な限界があるとともにその作業
に際しては高度のテクニックを必要とする。このため、
しばしば、第３図（ｃ）に示したように帯域特性の平坦
部分が少なくなるとともに動作周波数から外れてしまう
ことがあった。

また、一層目３ａ、二層目３ｂともに貼着後に研磨して
λ／４に調整することも考えられるが、この場合もその
研磨作業が困難で生産性を著しく低下させる。特に、一
層目となるセラミックは非常に硬質であるためにこれを
研磨することは接着剤４による接合強度を考虜するなら
ば実際的な調整方法ではなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
音響整合層を多層構造にして帯域特性を良好とし、かつ
その生産性に優れる超音波探触子の製造方７去を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、超音波の送受波面側となる圧電振動子
の前面に多層の音響整合層を形成する超音波探触子の製
造方法において、前記圧電振動子の共振周波数ｆｒと反
共振周波数ｆａとの間の周波数のλ／４（λは該周波数
に対応する波長）に設定された厚みの板状体を、音響整
合層のうち圧電振動子側となる第１整合層として圧電振
動子に貼着する工程と、前記音響整合層のうち放射面側
となる最終整合層の一つ前の整合層上に液状樹脂を塗布
して固化させた固体樹脂層を形成する工程と、前記固体
樹脂層を研磨して、前記圧電振動子の共振周波数ｆｒと
反共振周波数ｆａとの間の中心周波数ｆＯを帯域特性の
平坦部内に位置せしめ、前記第１整合層による帯域特性
の補正を行なう工程とを具備し、前記圧電振動子の共振
周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間に動作周波数を選
択するようにしたことを特徴とする超音波探触子の製造
方法を提供できる。

（作用） 本発明は、音響整合層の一層目の厚みを圧電振動子の共
振周波数と反共振周波数との間の周波数のλ／４に予め
設定して板状体が貼着され、放射面側となる最終層はそ
の一つ前の整合層上に液状樹脂を塗布して固化させると
ともに一層目による帯域特性を補正するように研磨され
る。これによって、圧電振動子の共振周波数ｆｒと反共
振周波数ｆａとの間の中心周波数ｆｏが帯域特性の平坦
部内に位置するようにできる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実旅例を説明する超音波探触子の製
造工程図である。なお、前述した従来例についての第２
図と対応する部分には同一の番号を付してその詳細な説
明は省略する。

超音波探触子は前述のものと同様に超音波発生源として
の圧電振動子１を図示しない電極の形成されたＰＺＴと
し、後面にパッキング材２を、前面に音響整合層３を形
成する。そして、圧電振動子１の動作周波数は共振周波
数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の中間周波数ｆＯとす
る。

音響整合層３は例えば二層構造とし、圧電板側となる一
層目３ａをセラミックの貼着により形成する。但し、一
層目３ａの厚みは予め接着剤４の厚みを加えた上で、動
作周波数（中心周波数ｆｒ）のλ／４とするように設定
する（第ｌ図（ａ））。

次に、放射面側（生体側）となる二層目３ｂとして例え
ばエボキシ系とした液状樹脂５を一層目３ａ上に塗布す
る。液状樹脂５は一層目３ａ及び圧電振動子１の側面を
覆うようにする。そして、液状樹脂５を硬化させて固体
樹脂６とする。このとき、固体樹脂の厚みは共振周波数
ｆｏのλ／４より大きくなるように設定される（第１図
（ｂ））。

次に第１図（Ｃ）に示すように、固体樹脂６を研磨して
一層目による帯域特性を補正する。すなわち、スベクト
ラムアナライザ等により帯域特性を監視しながら、その
平坦部分が最も広くなるように研磨する。具体的には、
動作周波数が帯域特性の平坦部内の略中心に位置するこ
とを目安とし、平坦部分が狭くなる寸前で作業を終了さ
せる（第３図（ｂ）の送受波特性参照）。

このような製造方法によれば、二層目３ｂを研磨して一
層目による帯域特性を補正するので、例えば中心周波数
ｆＯが平坦部分からずれていたとしても（第３図（Ｃ）
の送受波特性参照）、この補正により平坦部分を確実に
広げることができる。したがって、一層目３ａの厚みを
動作周波数のλ／４に厳密に合せ込む必要がなく、概ね
共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間であればよい
ことになる。

また、この実施例では、二層目３ｂとなる液状樹脂５を
一層目３ａ及び圧電振動子１の側面にまて塗布して硬化
させているので、研磨時における一層目３ａと圧電振動
子１との接着材４による接合強度が確実に維持されて、
その剥離、破損等の虞がない。このようなことから、帯
域特性を十分にして生産性を向上する。

なお、上記実施例では、二層目３ｂの研磨は動作周波数
が帯域特性の平坦部内の略中心に位置することを目安と
して行なわれたが、基本的には動作周波数が平坦部分内
にあって帯域幅が広い状態であればよい。また、圧電振
動子１はパッキング材２上に設けたが、このパッキング
材２はなくしていわゆるエアギャップ方式としてもよい
。また、音響整合層３は説明の便宜上二層構造としたが
、三層以上の多層構造としてもよく、この場合には送受
波面側の少なくとも最終層を研磨調整すればよいもので
ある。また、帯域特性の平坦部分とは、同特性の先端部
分との差ΔｄＢ（第３図（ｂ））が１ｄＢ以内であれば
ここでいう平坦部に相当する。

（発明の効果） 本発明によれば、音響整合層の一層目の厚みを圧電振動
子の共振周波数と反共振周波数との間の周波数のλ／４
に予め設定して板状体を貼着し、放射面側となる最終層
を一つ前の整合層上に液状樹脂を塗布して固化させると
ともに一層目による帯域特性を補正するように研磨する
ことで、圧電振動子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆ
ａとの間の中心周波数ｆｏが帯域特性の平坦部内に位置
するようにできるから、帯域特性は良好として生産性に
優れる音響整合層を多層構造とした超音波探触子の製造
方法を提供でき、その実際上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は木発明の一実施例を説明する超音波探触子の断
面工程図である。 第２図は従来例の説明する超音波探触子の断面図、第３
図（ａ）は圧電振動子のアドミッタンス特性図、同図（
ｂ）（ｃ）は超音波探触子の帯域特性図である。 １・・・圧電振動子、２・・・パッキング材、３・・・
音響整合層、５・・・波状樹脂、６・・・固体樹脂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 超音波の送受波面側となる圧電振動子の前面に多層の音
   響整合層を形成する超音波探触子の製造方法において、 前記圧電振動子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａと
   の間の周波数のλ／４（λは該周波数に対応する波長）
   に設定された厚みの板状体を、音響整合層のうち圧電振
   動子側となる第１整合層として圧電振動子に貼着する工
   程と、 前記音響整合層のうち放射面側となる最終整合層の一つ
   前の整合層上に液状樹脂を塗布して固化させた固体樹脂
   層を形成する工程と、 前記固体樹脂層を研磨して、前記圧電振動子の共振周波
   数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の中心周波数ｆｏを帯
   域特性の平坦部内に位置せしめ、前記第１整合層による
   帯域特性の補正を行なう工程とを具備し、 前記圧電振動子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａと
   の間に動作周波数を選択するようにしたことを特徴とす
   る超音波探触子の製造方法。