JPH04252950A - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は超音波画像診断装置等に
使用される超音波探触子に係り、特に画像の分解能が高
い高周波数用の超音波探触子として、容易に製造するこ
とが可能であり、また探触子全体の機械的中心軸と超音
波ビームの走査の中心軸とを近接させて使い勝手を向上
させた超音波探触子に関する。

【０００３】

【従来の技術】超音波診断装置は、生体内のある断面内
へ超音波を連続的に発射し、その生体内からの反射信号
を検出することによって生体の断層象を得て医用の診断
に供するものである。このように超音波画像診断におい
ては、生体内組織の形態を観察することによって診断を
行なっているが、この形態をより正確に把握するために
は、一般に同一の点から直交する２断面を同時に観察で
きることが望まれている。特に心臓機能の診断において
は、心臓内の１点を直交する２断面の同時観察は、心容
積の計測、心拍出量の計測精度を向上させるために是非
とも必要とされている。

【０００４】このような同一の点から直交する２断面を
同時に観測できる超音波診断装置に使用される超音波探
触子として、例えば、図１６に示す構造のものがある。

【０００５】すなわち図１６に示す探触子は、使用する
超音波の波長の約１／２の厚さを有する圧電セラミック
ス１の表と裏とに、超音波波長の約１／４の厚さを有す
る導電性接着材層２ａ，２ｂを配置して積層体３を形成
し、この積層体３を音響バッキング材４の表面に固定し
て構成される。上記導電性接着材層２ａ，２ｂは音響整
合層も兼ねる。そして積層体３の表面および裏面からそ
れぞれ配列方向が直交するように複数の切込みが形成さ
れ、多数の短冊状の振動子が形成されている。その各振
動子の両端からそれぞれ引出し線Ｘ１　…Ｘｎ，Ｙ１　
…Ｙｎ　が取り出されている。この引出し線Ｘ１　…Ｘ
ｎ　，Ｙ１　…Ｙｎ　は、予め可撓性を有する樹脂基板
上にエッチング処理等によって銀などの導電線を一体形
成した可撓性配線材（以下ＦＰＣという。）５ａ，５ｂ
を、圧電セラミックス１のそれぞれの上下部と導電性接
着材層２ａ，２ｂとの間に差し込んで形成される。

【０００６】次に、上記のような超音波探触子の製造プ
ロセスについて図９ないし図１６を参照して順次説明す
る。すなわち、まず図９に示すように上下両面にそれぞ
れ銀電極層６ａ，６ｂを一体に形成した圧電セラミック
ス１を用意し、次に図１０に示すように電極から引出し
線を引き出すために、圧電セラミックス１の上面および
下面のそれぞれの端部に、引出し線を形成したＦＰＣ５
ａ，５ｂを直交する方向に半田にて接続し、さらに図１
１に示すように、上記ＦＰＣ５ａ，５ｂをそれぞれ挟み
込むように、圧電セラミックス１の上下面にそれぞれ導
電性接着材層２ａ，２ｂを形成する。この導電性接着材
層２ａ，２ｂは、導電材の液状塗工液を塗布した後に硬
化せしめ、さらに硬化した表面を研磨して所定厚さを有
するように形成される。次に図１２に示すように上側の
導電性接着材層２ａの表面から圧電セラミックス１を貫
通して下側の導電性接着材層２ｂの途中まで達する多数
の切込み７ａを形成した後に、図１３に示すように、上
記各切込み７ａに絶縁性を有する充填材８を注入し、こ
れを硬化せしめる。さらに図１４に示すように、上記切
込み７ａと大略直交する方向に、下側の導電性接着材層
２ｂの表面から圧電セラミックス１を貫通して、上側の
導電性接着材層２ａの途中まで達する多数の切込み７ｂ
を形成した後に、各切込み７ｂに絶縁性充填材８を注入
し、同様に硬化せしめる。そして最後に図１６に示すよ
うに、下側の導電性接着材２ｂの表面に音響バッキング
材４を固着せしめて超音波探触子は製造されている。

【０００７】そして、この超音波探触子において、一方
のＦＰＣ５ａに一体に形成された引出し線の組Ｘ１　…
Ｘｎ　を共通にしてアース側とし、他のＦＰＣ５ｂに形
成された引出し線の組Ｙ１　…Ｙｎ　を各々独立のパル
サーと接続し、適宜な位相差を与えて電圧パルスを印加
することによって超音波ビームをＸＺ面内で扇形に走査
することができる。一方、反対にＹ１　…Ｙｎ　の引出
し線の組を共通にしてアース側とし、Ｘ１　…Ｘｎ　の
引出し線を各々独立のパルサーと接続し、適宜な位相差
を与えて電圧パルスを印加することによって超音波ビー
ムをＹＺ面内で扇形に走査することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな超音波探触子において、画像の分解能を高めるため
に高周波用の超音波探触子として使用する場合には、以
下に述べたような種々の問題を生じる。

【０００９】すなわち図１７に示すように使用する周波
数によって一義的に決定される音響整合層としての導電
性接着材層２ａの厚さが、ＦＰＣ５ａの厚さと、このＦ
ＰＣ５ａを接続するために使用する半田の厚さとの合計
厚さよりも薄くなってしまい、導電性接着材層２ａを所
定厚さに研磨加工することが実質的に不可能になってし
まう。

【００１０】一方、図１８に示すようにＦＰＣ５ａ，５
ｂを圧電セラミックス１に接続することによって引出し
線を形成する従来の探触子においては、ＦＰＣ５ａ，５
ｂを接続するための半田代が必須であり、この半田代は
超音波の送受信に関与しない非有効領域Ｄを形成する。 そのため、圧電セラミックス１の全表面積に対する、超
音波の送受信に有効な領域Ｅの割合が減少してしまう。 このことは圧電セラミックス１の全表面の中心を通る軸
の中心、いわゆる機械的中心Ｃ０　と、実際に２断層面
の直交部を通る軸の中心、すなわち領域Ｅの中心Ｃ１　
とが大きく離れてしまうことになり、診断部位と実際に
表示される断層像の位置とがずれるため、完成後の超音
波探触子の使い勝手が非常に悪くなる問題点がある。

【００１１】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、断層像の分解能が高い高周波数用の
超音波探触子として、容易に製造することが可能であり
、また探触子全体の機械的中心軸と、超音波ビームの走
査の中心軸とを近接させて使い勝手を向上させた超音波
探触子を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る超音波探触子は、圧電セラミックスと、圧
電セラミックスの上面および側面に渡って形成された上
部電極層と、圧電セラミックスの下面および他の側面に
渡って形成された下部電極層と、上部電極層の上面に設
けられた第１の導電性接着材層と、下部電極層の下面に
設けられた第２の導電性接着材層と、電極引出し線を側
面に有し、第２の導電性接着材層の下面に設けられた音
響バッキング材とから構成され、上記第１の導電性接着
材層の表面から前記圧電セラミックスを貫通して上記第
２の導電性接着材層に達する多数の切込みにより形成さ
れる短冊状振動子群と、前記第２の導電性接着材層の下
側表面から前記切込みと大略直交する方向に前記圧電セ
ラミックスを貫通して前記第１の導電性接着材層に達す
る他の多数の切込みにより前記短冊状振動子群と大略直
交する方向に形成される微小短冊状振動子群とを有し、
上記各短冊状振動子の側面に露出するように配設された
上部電極層および下部電極層と、上記音響バッキング材
の側面に形成した電極引出し線の端部とをワイヤボンデ
ィングしたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成に係る超音波探触子においては、圧電
セラミックスの側面に露出するように上部電極層および
下部電極層が予め配設される一方、音響バッキング材の
側面に予め電極引出し線が形成されており、上記各電極
層と電極引出し線の端部とをワイヤボンディングにより
接続することにより引出し配線を形成しているため、従
来のようなＦＰＣを使用する必要がなくなる。

【００１４】そのため、圧電セラミックスの上下両面に
それぞれ形成する第１および第２の導電性接着材層表面
の研磨加工がＦＰＣによって阻害されるおそれも解消し
、高周波数用の薄い導電性接着材層を容易に形成するこ
とができ、探触子を容易に製造することができる。

【００１５】またＦＰＣを使用しないため、従来のよう
にＦＰＣの接合部（半田代）によって、超音波の受発信
に関与する領域が狭められることがなく、圧電セラミッ
クス表面の機械的中心と、２断層面の直交部を通る軸の
中心とが近接するように探触子を形成することが可能と
なり、超音波探触子の使い勝手を大幅に向上させること
ができる。

【００１６】

【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。図１ないし図８は本発明の一実施例で
ある超音波探触子の各製造工程を示す斜視図である。

【００１７】すなわち本実施例に係る超音波探触子は図
８に最終的な構造を示すように、圧電セラミックス１と
、この圧電セラミックス１の上面および側面に渡って形
成された上部電極層９と、圧電セラミックス１の下面お
よび他の側面に渡って形成された下部電極層１０と、上
部電極層９の上面に設けられた第１の導電性接着材層２
ａと、下部電極層１０の下面に設けられた第２の導電性
接着材層２ｂと、電極引出し線１１ａ，１１ｂを側面に
有し、第２の導電性接着材層２ｂの下面に設けられた音
響バッキング材１２とから構成され、上記第１の導電性
接着材層２ａの表面から前記圧電セラミックス１を貫通
して上記第２の導電性接着材層２ｂに達する多数の切込
み１３ａにより形成される短冊状振動子群１４ａと、前
記第２の導電性接着材層２ｂの下側表面から前記切込み
１３ａと大略直交する方向に前記圧電セラミックス１を
貫通して前記第１の導電性接着材層２ａに達する他の多
数の切込み１３ｂにより前記短冊状振動子群１４ａと大
略直交する方向に形成される微小短冊状振動子群１４ａ
とを有し、上記各短冊状振動子１４ａ，１４ｂの側面に
露出するように配設された上部電極層９および下部電極
層１０と、上記音響バッキング材１２の側面に形成した
電極引出し線１１ａ，１１ｂの端部とをワイヤ１５によ
ってボンディングして構成される。

【００１８】本実施例に係る超音波探触子は、例えば図
１ないし図８に示す工程を経て製造される。

【００１９】すなわち、まず図１に示すように、圧電セ
ラミックス１の上面および側面に渡って上部電極層９を
一体に形成するとともに、下面および他の側面に渡って
下部電極層１０を形成する。

【００２０】次に図２に示すように、上部電極層９の上
面に第１の導電性接着材層２ａを形成する一方、下部電
極層１０の下面に第２の導電性接着材層２ｂを形成する
。

【００２１】ここで各導電性接着材層２ａ，２ｂは、通
常、エポキシ樹脂等に銀粉等の金属粉を多量に混入させ
て調製される導電性接着材を塗布し硬化せしめて形成さ
れる。この導電性接着材層２ａ，２ｂの音響インピーダ
ンスは４〜５×１０６　ｋｇ／ｍ２　・ｓｅｃ　程度と
なるために、電気的な特性のみならず音響的な材料とし
ても同時に利用し得る。通常、生体へ超音波を放射する
超音波振動子は適当な音響インピーダンスを有する音響
バッキング材の上面に設けられ、また生体の音響インピ
ーダンス（約１．５×１０６　ｋｇ／ｍ２　・ｓｅｃ　
）と圧電セラミックスの音響インピーダンス（約３５×
１０６　ｋｇ／ｍ２　・ｓｅｃ）とをマッチングさせる
ために、適当な値（約４〜６×１０６　ｋｇ／ｍ２　・
ｓｅｃ　）の音響インピーダンスを有する音響整合層を
放射する超音波の波長λの約１／４になる厚さで圧電セ
ラミックスの上に形成されている。上記導電性接着材層
はこの音響整合層に適する音響インピーダンスを有して
いる。また、現在市販されている超音波探触子の音響バ
ッキング材として用いられている充填材入りゴム材料の
多くも４〜５×１０６　ｋｇ／ｍ２　・ｓｅｃ　という
値を有しているため、この音響バッキング材と圧電セラ
ミックスとの間に大略超音波の波長λと同等あるいはそ
れ以下の厚さの導電性接着材の層を挿入しても、超音波
の放射・検出に関する性能を劣化させることはない。

【００２２】図２に示すように形成された導電性接着材
層２ａ，２ｂは、音響整合層の役割も兼ねるので、その
厚さが励振する超音波の波長λの大略１／４になるまで
研磨される。

【００２３】次に圧電セラミックス１は、カッティング
マシン等を使用して図３に示すように多数の切込み１３
ａを形成するようにカッティングされる。そして多数の
微小短冊状の振動子１４ａが形成される。上記切込み１
３ａの深さは、第１の導電性接着材層２ａの表面から圧
電セラミックス１を貫通し、第２の導電性接着材層２ｂ
まで達している。このように、第２の導電性接着材層２
ｂに達するまで切込み１３ａを形成することにより、各
々の短冊状振動子の電極が分離される。しかる後に、図
４に示すように上記各切込み１３ａ内に絶縁性充填材１
６ａが注入され、硬化される。

【００２４】次に図５に示すように、第２の導電性接着
材層２ｂの下側表面から圧電セラミックス１を貫通して
第１の導電性接着材層２ａに達する深さを有する多数の
切込み１３ｂを図３に示す場合と同様にして形成する。 これらの切込み１３ｂは、図３に示す切込み１３ａの方
向に対して大略直交する方向に形成される。この切込み
１３ｂを形成することにより、第２の導電性接着材層２
ｂは、図３に示す振動子１４ａと直交する方向に微小の
短冊状の振動子１４ｂに切断され、各々の振動子１４ｂ
の電極が分離される。しかる後に、図６に示すように、
上記切込み１３ｂに絶縁性充填材１６ｂを注入し硬化せ
しめる。

【００２５】次に図７に示すように、予め電極引出し線
１１ａ，１１ｂを一体に形成したＰＣ板１８，１８を側
面に接合した音響バッキング材１２の上面に、図６にお
いて形成した圧電セラミックス部を接着する。

【００２６】そして最後に、図８に示すように、各短冊
状振動子１４ａ，１４ｂの側面に露出するように配設さ
れた上部電極層９および下部電極層１０と、上記音響バ
ッキング材１２の側面に接合したＰＣ板１８の電極引出
し線１１ａ（Ｘ１　…Ｘｎ　），１１ｂ（Ｙ１　…Ｙｎ
　）の端部とをワイヤ１５によってそれぞれボンディン
グして本実施例の超音波探触子が完成する。

【００２７】上記実施例に係る超音波探触子の一方の電
極引出し線１１ａの組Ｘ１　…Ｘｎ　を共通にしてアー
ス側とし、他の電極引出し線１１ｂの組Ｙ１　…Ｙｎ　
を各々独立のパルサーと接続し、適宜な位相差を与えて
電圧パルスを印加することによって超音波ビームをＸＺ
面内で扇形に走査することができる。一方、反対にＹ１
　…Ｙｎ　の引出し線の組を共通にしてアース側とし、
Ｘ１　…Ｘｎ　の引出し線を各々独立のパルサーと接続
し、適宜な位相差を与えて電圧パルスを印加することに
よって超音波ビームをＹＺ面内で扇形に走査することが
できる。このようにして、同一の点から直交する２断面
を同時に観測できる。

【００２８】これらの作用効果は、図１６に示す従来の
超音波探触子と同様であるが、本実施例に係る超音波探
触子においては、さらに下記に示す格別な効果を奏する
。

【００２９】すなわち本実施例に係る超音波探触子にお
いては、圧電セラミックス１の側面に露出するように上
部電極層９および下部電極層１０が予め配設される一方
、音響バッキング材１２の側面に予め電極引出し線１１
ａ，１１ｂが形成されており、上記各電極層９，１０と
電極引出し線１１ａ，１１ｂの端部とをワイヤボンディ
ングにより接続することにより引出し配線を形成してい
るため、従来のようなＦＰＣを使用する必要がなくなる
。

【００３０】そのため、圧電セラミックス１の上下両面
にそれぞれ形成する第１および第２の導電性接着材層２
ａ，２ｂの表面の研磨加工がＦＰＣによって阻害される
おそれも解消し、高周波数用の薄い導電性接着材層２ａ
，２ｂを容易に形成することができ、高周波数用の超音
波探触子を容易に製造することができる。また従来例で
頻発していたＦＰＣの接続部における接触不良がなくな
り、探触子の製造歩留りを大幅に向上させることができ
る。

【００３１】またＦＰＣを使用しないため、従来のよう
にＦＰＣの接合部によって、超音波の受発信に関与する
領域が狭められることがなく、圧電セラミックス１の表
面の機械的中心と、２断層面の直交部を通る軸の中心と
が近接するように探触子を形成することが可能となり、
超音波探触子の使い勝手を大幅に向上させることができ
る。

【００３２】本発明は以上に述べた本実施例に限定され
ず、発明の要旨を変更しない範囲において種々の構成を
採用することができる。例えば、前記導電性接着材層２
ａ，２ｂのみでは、音響整合層としてのマッチング効果
が不充分となる場合には、図２に示す工程において、第
１の導電性接着材層２ａの上面に、さらに別途の音響整
合層を形成してもよい。

【００３３】また図４および図６に示すように隣接する
振動子間の絶縁性を高めるために各切込み１３ａ，１３
ｂに絶縁性充填材１６ａ，１６ｂを注入しているが、探
触子のケーシングのみで充分に気密性を保持できる場合
には、充填材の注入は必ずしも必要ではない。

【００３４】さらに、図７に示すように上記実施例では
、音響バッキング材１２の２側面のみに、電極引出し線
１１ａ，１１ｂを予め形成したＰＣ板１８を接合した例
を示しているが、音響バッキング材の周囲の４側面に、
同様のＰＣ板１８を接合し、４側面においてワイヤボン
ディングを実施して製造することもできる。

【００３５】この場合、図１に示す工程において上部電
極層９および下部電極層１０は、圧電セラミックス１の
他の側端面にも渡るように形成する必要がある。この構
造によれば隣接する振動子の各電極の１つ置きにワイヤ
ボンディングを行なうことができ、または音響バッキン
グ材１２の各辺の前半と後半とにおいて、それぞれワイ
ヤボンディングを２方向に分離して実施することが可能
であり、電極引出し線の配設密度を低減したり、電極引
出し線の配設方向の自由度を高めることも可能となる。

【００３６】また、上記実施例においては、図７に示す
ように電極引出し線１１ａ，１１ｂを予め一体に形成し
たＰＣ板１８を音響バッキング材１２の側面に接合した
例を示しているが、予め電極引出し線１１ａ，１１ｂの
配線パターンを音響バッキング材１２の側面に直接、プ
リントして形成することにより、超音波探触子の製造工
程をより簡素化することもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る超音波探触
子においては、圧電セラミックスの側面に露出するよう
に上部電極層および下部電極層が予め配設される一方、
音響バッキング材の側面に予め電極引出し線が形成され
ており、上記各電極層と電極引出し線の端部とをワイヤ
ボンディングにより接続することにより引出し配線を形
成しているため、従来のようなＦＰＣを使用する必要が
なくなる。

【００３８】そのため、圧電セラミックスの上下両面に
それぞれ形成する第１および第２の導電性接着材層表面
の研磨加工がＦＰＣによって阻害されるおそれも解消し
、高周波数用の薄い導電性接着材層を容易に形成するこ
とができ、探触子を容易に製造することができる。

【００３９】またＦＰＣを使用しないため、従来のよう
にＦＰＣの接合部によって、超音波の受発信に関与する
領域が狭められることがなく、圧電セラミックス表面の
機械的中心と、２断層面の直交部を通る軸の中心とが近
接するように探触子を形成することが可能となり、超音
波探触子の使い勝手を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探触子に使用する圧電セラ
ミックスの両面にそれぞれ電極層を形成した状態を示す
斜視図。

【図２】図１の状態から、さらに第１および第２の導電
性接着材層を形成した状態を示す斜視図。

【図３】図２の状態から、さらに第１の導電性接着材層
側から多数の切込みを形成した状態を示す斜視図。

【図４】図３の状態から、さらに切込みに絶縁性充填材
を注入し硬化せしめた状態を示す斜視図。

【図５】図４の状態から、さらに図３において形成した
切込みと直交する方向に多数の切込みを形成した状態を
示す斜視図。

【図６】図５の状態から、さらに切込みに絶縁性充填材
を注入し硬化せしめた状態を示す斜視図。

【図７】図６の状態から、さらに電極引出し線を形成し
た音響バッキング材を取り付ける状態を示す斜視図。

【図８】本発明に係る超音波探触子の一実施例を示す斜
視図。

【図９】従来の超音波探触子に使用される圧電セラミッ
クスの形状を示す斜視図。

【図１０】図９の状態から圧電セラミックスの上下面の
端部にＦＰＣを接続した状態を示す斜視図。

【図１１】図１０の状態から、さらに第１および第２の
導電性接着材層を形成した状態を示す斜視図。

【図１２】図１１の状態から、さらに第１の導電性接着
材層側から多数の切込みを形成した状態を示す斜視図。

【図１３】図１２において形成した切込みに絶縁性充填
材を注入し硬化せしめた状態を示す斜視図。

【図１４】図１３の状態から、さらに図１２において形
成した切込みと直交する方向に第２の導電性接着材層側
から多数の切込みを形成した状態を示す斜視図。

【図１５】図１４において形成した切込みに絶縁性充填
材を注入し硬化せしめた状態を示す斜視図。

【図１６】図１５の状態から、さらに音響バッキング材
を一体に接合して形成した従来の超音波探触子の構成を
示す斜視図。

【図１７】従来の圧電セラミックス部の構成を示す断面
図。

【図１８】従来の圧電セラミックス部の構成を示す平面
図。

【符号の説明】

１　　圧電セラミックス ２ａ，２ｂ　　導電性接着材層 ３　　積層体 ４　　音響バッキング材 ５ａ，５ｂ　　可撓性配線材（ＦＰＣ）６ａ，６ｂ　　
銀電極層 ７ａ，７ｂ　　切込み ８　　充填材 ９　　上部電極層 １０　　下部電極層 １１ａ，１１ｂ　　電極引出し線 １２　　音響バッキング材 １３ａ，１３ｂ　　切込み １４ａ，１４ｂ　　振動子 １５　　ワイヤ １６ａ，１６ｂ　　絶縁性充填材 １８　　ＰＣ板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電セラミックスと、圧電セラミック
   スの上面および側面に渡って形成された上部電極層と、
   圧電セラミックスの下面および他の側面に渡って形成さ
   れた下部電極層と、上部電極層の上面に設けられた第１
   の導電性接着材層と、下部電極層の下面に設けられた第
   ２の導電性接着材層と、電極引出し線を側面に有し、第
   ２の導電性接着材層の下面に設けられた音響バッキング
   材とから構成され、上記第１の導電性接着材層の表面か
   ら前記圧電セラミックスを貫通して上記第２の導電性接
   着材層に達する多数の切込みにより形成される短冊状振
   動子群と、前記第２の導電性接着材層の下側表面から前
   記切込みと大略直交する方向に前記圧電セラミックスを
   貫通して前記第１の導電性接着材層に達する他の多数の
   切込みにより前記短冊状振動子群と大略直交する方向に
   形成される微小短冊状振動子群とを有し、上記各短冊状
   振動子の側面に露出するように配設された上部電極層お
   よび下部電極層と、上記音響バッキング材の側面に形成
   した電極引出し線の端部とをワイヤボンディングしたこ
   とを特徴とする超音波探触子。