JPH0345250A

JPH0345250A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH0345250A
Application number: JP18156589A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Takeuchi; 康人竹内
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1991-02-26

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］この発明は、超音波探触子に関し、特に超音波診断装置
の広帯域プローブとして有用である。

［従来の技術］超音波診断装置に用いられている従来の超音波探触子の
一例を第１２図に示す。

この超音波探触子１０１は、圧電材料片１０８の両面に
電極１０７，１０７を形成した圧電振動子を一列に多数
並べた一列型圧電振動子エレメント１０２を具備してな
るもので、超音波を送受信する側には第１音響マツチン
グ層１０５および第２音響マツチング層１０６が設けら
れ、反対側にはバッキング材１０３が設けられている。

給電または受電は、各圧電振動子の電極の各々について
行なわれる。

［発明が解決しようとする課題］従来の超音波探触子では、帯域幅の制限から超音波パル
スの幅を十分狭くできず、例えば超音波診断装置のプロ
ーブとして用いた場合、分解能をあまり高くできない問
題点があった。

そこで、この発明の目的は、広帯域特性をもち、十分狭
い幅の超音波パルスを送受可能な超音波探触子を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］この発明の超音波探触子は、帯状の巨大磁歪材料層の両
面に音響学的絶縁面を重ね合わせ、さらにその両面に導
体層を重ね合わせ、それら導体層の一端側を相互に接続
し、さらに前記導体層の両面に電気的絶縁層を重ね合わ
せた多層構造の帯状部材を渦巻状に巻き、前記導体層の
他端側から給電または受電するようにした高巻型磁歪振
動子エレメントを具備したことを構成上の特徴とするも
のである。

また、他の観点によれば、この発明の超音波探触子は、
片状の巨大磁歪材料層の両面に音響学的絶縁層を重ね合
わせ、さらにその両面に導体層を重ね合わせ、それら導
体層の一端側を相互に接続し、さらに前記導体層の両面
に電気的絶縁層を重ね合わせた多層構造の片状部材を一
列に多数並べ、前記各導体層の他端側から給電または受
電するようにした一列型磁歪振動子エレメントを具備し
たことを構成上の特徴とするものである。

さらに他の観点によれば、この発明の超音波探触子は、
巨大磁歪材料片の周りにコイルを装着した磁歪振動子を
一次元的または二次元的に多数配列した配列型磁歪振動
子エレメントを具備したことを構成上の特徴とするもの
である。

さらにまた他の観点によれば、この発明の超音波探触子
は、導体層と音響学的絶縁層と巨大磁歪材料層と音響学
的絶縁層とをこの順で繰り返しして多数並べ、最後に導
体層を設け、各導体層の一端側は全て共通接続し、他端
側から給電または受電するようにした積層型磁歪振動子
エレメントを具備したことを構成」二の特徴とするもの
である。

」二足構成において「巨大離型材料」としては、希土類
−鉄合金や、鉄系アモルファス強磁性体を用いることが
出来る。

［作用コ従来の超音波探触子では圧電材料としてＰＺＴセラミク
スが用いられているが、この場合の振動子の電気機械結
合係数にの値は０．　７程度が」１限である。

一般に電気機械結合係数ｋが大きい程、電気機械（音響
）エネルギー変換に際して振動子の中に停留するエネル
ギーを少なくすることができ、その結果として広号域化
できるから、超音波探触子の振動子の電気機械結合係数
ｋを０．７より大きく出来れば特性が改善される。

この発明の超音波探触子では、巨大磁歪材料層を用いて
振動子を構成するが、この巨大磁歪材料により電気機械
結合係数ｋを０．７５〜０．９６まで大きく出来るため
、電気機械（音響）エネルギー変換に際して振動子の中
に停留するエネルギーを少なくすることができ、その結
果として広帯域となる。

従って、幅の狭い超音波パルスを送受可能となり、例え
ば超音波診断装置における分解能を向上できるようにな
る。

また、渦巻型磁歪振動子エレメントを用いるものでは、
帯状部材の幅によって容易に必要な振幅を得られる。ま
た、帯状部材の長さによって容易に必要な振動面積を得
られる。従って、極めて製作しやすいものとなる。

また、−判型磁歪振動子エレメントや積層型磁歪振動子
エレメントを用いるものでは、各層を重ねればよいから
、これも製作が非′、＋：ｔ′に容易となる。

さらに、電子フォーカシングや電子スキャンが可能とな
る。

さらに、配列型磁歪振動子エレメントを用いるものでは
、二次元アレイを構成できるようになる。

［実施例］以下、図に示す実施例によりこの発明を更に詳細に説明
する。なお、これによりこの発明が限定されるものでは
ない。

第１図に示す超音波探触子１は、渦巻型磁歪振動子エレ
メント２と、バッキング材３と、磁気シールド層４と、
第１音響マツチング層５と、第２音響マツチング層６と
を具備してなっている。

渦巻型磁歪振動子エレメント２は、第２図に示すように
、Ｆ　ｅｓ＋Ｂ＋ｇ、ｓｓ　ｉ　８．５Ｃ２や、Ｆｅｖ
ａＳｉ、、Ｂ、２の如き鉄系アモルファス強磁性体の薄
膜の帯状体を複数重ねた巨大磁歪材料層１１と、シリコ
ンゴム製の音響学的絶縁層１２と、銅箔による導体層１
３．１３と、シリコンゴム製の電気的絶縁層１４とを重
ね合わせ、導体層１３．１３を一端側で相互に接続した
多層構造の帯状部材１０を、第３図に示すように、渦巻
状に巻き重ねたものである。

バッキング材３は、フェライトゴム磁石であり、音響学
的絶縁の機能と共に、」二足渦巻型磁歪振動子エレメン
ト２にバイアス磁界をうえる機能をもっている。このバ
イアス磁界により給電電流に応じて正負の変位を生じさ
せうるようになる。

磁気シールド層４は、パーマロイ、アモルファス磁性体
、電磁軟鉄等の薄膜であり、アース板の機能と、音響マ
ツチング層の機能をも有している。

音響マツチング層５．６は、それぞれガラスとプラスチ
ックからなっている。

この超音波探触手工において、導体層１３．１３の他端
側から、第４図（ａ）の実線の如き波形の電流パルスを
給電すると、巨大磁歪材料層１１が、第４図（ｂ）に実
線で示す如き音圧波形の超音波パルスを送出する。なお
、第４図（ａ）に破線で示すような波形の電流パルスを
与えると、第４図（ｂ）に破線で示すような音圧波形の
超音波パルスとなり、負の音圧方向の変形で巨大磁歪材
料層１１が　７− 脆性破壊を起こすおそれがあり好ましくない。

受信時には、上記と逆に導体層１３．１３の他端側から
受信信号を受電しうる。

上記超音波探触子１では、巨大磁歪材料層１１における
電気機械結合係数ｋが０．７５〜０．９８となり、従来
よりエネルギー変換効率が向上し、広（１：・域特住と
なる。

次に第５図はこの発明の他の実施例の超音波探触子２１
を示すものである。

この超音波探触子２１では、上記実施例の渦巻型磁歪振
動子エレメント２に代えて、−判型磁歪振動子エレメン
ト２２が用いられている。

この−判型磁歪振動子エレメント２２は、第２図に示し
た帯状部材１０を角型の渦巻状に巻き重ね、辺が平行に
なっている部分を切り出し、各巨大磁歪材料層１１の両
面の導体層１３．１３を一端側でそれぞれ相互に接続し
たものである。一端側を接続した一対の導体層１３．１
３の他端側はそれぞれ広帯域の昇圧マツチングトランス
２７に接続され、外部機器からの同軸ケーブルと接続可
　８− 能とされている。

第６図に等価回路を示すように、各巨大磁歪材料層１１
は独立に作動可能であるから、電子フォーカシングや電
子スキャンを行なうことが可能となる。

次に第７図はこの発明のさらに他の実施例の超音波探触
子３１を示すものである。

この超音波探触子３１では、磁気シールド層が省略され
ている。また、−判型磁歪振動子エレメント３２では、
巨大磁歪材料層１１の両側に細い電線を並べて導体層３
３，３３．・・・を形成し、シリコンゴムを充填して絶
縁層１２としている。

次に第８図はこの発明のさらにまた他の実施例の超音波
探触子４１を示すものである。

この超音波探触子４１では、第１音響マツチング層４４
の低融点ガラス板に、巨大磁歪材料の細線を束ねた巨大
磁歪材料片４５を熱工程で圧太し、それにコイル４６を
嵌装し、シリコンゴム４７を充填して一体化し、配列型
磁歪振動子エレメント４２とする。次いでフェライトゴ
ムまたはタングステンエポキシを未硬化または半硬化の
状態で注入また圧入してバッキングｔＩ３を形威し、最
後に第２音響マツチング層６を貼着したものである。

この超音波探触子４１は、上記実施例の超音波探触子２
１．３１と同様に一次元の配列ともなるが二次元的な配
列も可能となる。

次に第９図はこの発明のさらに他の実施例の超音波探触
子５１を示すものである。

この超音波探触子５１では、導体層５３と音響学的絶縁
層５４と巨大磁歪材料層５５と音響学的絶縁層５６とを
この順で繰り返し多数並べ、最後に導体層５３を設け、
さらに円外側を電気的絶縁層５７で覆った積層構造の積
層型磁歪振動子エレメントを用いている。

第１０図に示すように、導体層５３，５３．・・・は一
端側で全て共通接続され、他端側は各導体層５３．５３
．・・・の間に昇圧マツチングトランス５８がそれぞれ
接続されている。

昇圧マツチングトランス５８の１つだけに給電すると、
その昇圧マツチングトランス５８を挟んで両側の各導体
層５３，５３．・・・にはそれぞれ反対向きの電流が流
れる。このとき他の昇圧マツチングトランス５８の一次
側を短絡し、各昇圧マツチングトランス５８の二次側の
インピーダンスを０にすると、給電している昇圧マツチ
ングトランス５８に対応する巨大磁歪材料層５５ではそ
の両側の導体層５３．５３に流れる電流による磁界が加
算されるが、他では打ち消されるため、ただ１つの巨大
磁歪材料層５５だけを選択的に作動させることが出来る
。

しかし、昇圧マツチングトランス５８の一次側を短絡し
ても二次側のインピーダンスがＯでない場合や一次側を
開放した場合は、給電した昇圧マツチングトランス５８
に近いものほど電流が大きくなるため、第１１図に破線
で示すような磁界が形成され、給電している昇圧マツチ
ングトランス５８に対応する巨大磁歪材料層５５のみを
作動し且つその幅を小さくしたのと等価な効果を得られ
る。

［発明の効果］＝１１この発明の超音波探触子によれば、振動子を巨大磁歪材
料層を用いて構成するから電気機械結合係数ｋを０．７
５〜０．９６まで大きく出来る。

このため、電気機械（音響）エネルギー変換に際して振
動子の中に停留するエネルギーを少なくすることができ
、広帯域となる。従って、超音波パルスの幅を小さくす
ることが出来て分解能を向上できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の超音波探触子の断面図、
第２図は帯状部材の部分拡大図を含む外観図、第３図は
渦巻型磁歪振動子エレメントの一部切欠斜視図、第４図
（ａ）は給電電流の波形図、第４図（ｂ）は超音波パル
スの音圧波形図、第５図はこの発明の他の実施例の超音
波探触子の断面図、第６図は第５図に示す超音波探触子
の等価回路図、第７図はこの発明のさらに他の実施例の
超音波探触子の断面図、第８図はこの発明のさらにまた
他の実施例の超音波探触子の断面図、第９図はこの発明
のさらに他の実施例の超音波探触子の断面図、１２第１０図は第９図に示す超音波探触子の等価回路図、第
１１図は第９図に示す超音波探触子での給電電流による
磁界の説明図、第１２図は従来の超音波探触子の一例の
断面図である。（符号の説明）１．２１，３１，４１．５１・・・超音波探触子２・・
・渦巻型磁歪振動子エレメント１０・・・帯状部材１１・・・巨大磁歪材料層１２・・・音響学的絶縁層１３・・・導体層１４・・・電気的絶縁層２２．３２・・・−判型磁歪振動子エレメント４２・・
・配列型磁歪振動子エレメント５２・・・積層型磁歪振
動子エレメント。

Claims

【特許請求の範囲】１、帯状の巨大磁歪材料層の両面に音響学的絶縁層を重
ね合わせ、さらにその両面に導体層を重ね合わせ、それ
ら導体層の一端側を相互に接続し、さらに前記導体層の
両面に電気的絶縁層を重ね合わせた多層構造の帯状部材
を渦巻状に巻き、前記導体層の他端側から給電または受
電するようにした渦巻型磁歪振動子エレメントを具備し
たことを特徴とする超音波探触子。２、片状の巨大磁歪材料層の両面に音響学的絶縁層を重
ね合わせ、さらにその両面に導体層を重ね合わせ、それ
ら導体層の一端側を相互に接続し、さらに前記導体層の
両面に電気的絶縁層を重ね合わせた多層構造の片状部材
を多数一列に並べ、前記各導体層の他端側から給電また
は受電するようにした一列型磁歪振動子エレメントを具
備したことを特徴とする超音波探触子。。３、巨大磁歪材料片の周りにコイルを装着した磁歪振動
子を一次元的または二次元的に多数配列した配列型磁歪
振動子エレメントを具備したことを特徴とする超音波探
触子。４、導体層と音響学的絶縁層と巨大磁歪材料層と音響学
的絶縁層とをこの順で繰り返して多数並べ、最後に導体
層を設け、各導体層の一端側は全て共通接続し、他端側
から給電または受電するようにした積層型磁歪振動子エ
レメントを具備したことを特徴とする超音波探触子。