JPH05227594A

JPH05227594A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH05227594A
Application number: JP4029439A
Authority: JP
Inventors: Akiko Mizunuma; 明子水沼
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1992-02-17
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】半田付けに伴う圧電素子の劣化を招くことが
なく、配線に伴う集中質量の付加によるばらつきを回避
し、しかも圧電素子の性能を十分に引き出すことのでき
る超音波探触子とする。【構成】圧電素子（４）の音響放射面側に設けた上面
電極（８）を、半田付け手段を用いることなく振動子本
体の外周部と導通するようにし、ダンピング層（１）の
圧電素子（４）側の面に電極層を形成することにより裏
面電極（２）とするとともに、裏面電極（２）の一部を
ダンピング層（１）の少なくとも周側まで延在するよう
にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断に用いる超
音波探触子に関するもので、特に電極構造の改良をした
超音波探触子に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から超音波診断装置は、医療分野で
広く用いられている。この超音波診断装置に用いられる
超音波探触子は、圧電素子の両面に設けた電極に電圧を
印加することにより超音波ビームを発生させる。超音波
ビームは検査媒質中に照射され、検査媒質から反射され
るエコーを圧電素子で受信し、これを電気信号に変換し
て電極から取りだして検査媒質中の構造を探るものであ
る。超音波探触子を体腔内プローブに用いる場合は、体
腔内への挿入部に設けるので小型化が要求される。

【０００３】超音波探触子は、これまでにも種々提案さ
れてきている。例えば、特開平１−２９１８４４号公報
には図１１に示すような超音波探触子が開示されてい
る。ＰＺＴ等の圧電物質からなる圧電素子５０の両面に
は、表面電極５１と裏面電極５２が設けられており、裏
面電極５２側にエポキシ系の合成樹脂に粉末タングステ
ン等を混入して形成したダンピング層５３が接合されて
いる。

【０００４】前記表面電極５１は、導線５４、ハウジン
グ５５、半田部５６を介して同軸ケーブル５７のシール
ド線と導通している。また、裏面電極５２は導線５７ａ
を介して同軸ケーブル５７の芯線と導通している。整合
コイル５８は、電気的な整合をとるためにダンピング層
５３の内部に埋没されており、圧電素子５０に対して並
列に接続されている。なお、絶縁層５９、６０は表面電
極５１と裏面電極５２との短絡を防ぐためのものであ
る。

【０００５】このように構成されているので、同軸ケー
ブル５７に電気信号（特にパルス信号）を印加すると、
圧電素子５０が振動し超音波ビームを発生させる。超音
波ビームは、音響レンズ６１により集束して体腔内に放
射される。体腔内の組織等により反射されたエコーは、
圧電素子５０で受信された後、図示していない観測装置
により画像化して超音波診断に用いられる。圧電素子５
０で発生した振動は、ダンピング層５３により速やかに
減衰されるので短いパルスが得られ、距離分解能の高い
超音波画像を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例は、圧電素子５０の表面電極５１と裏面電極５２に導
線５４及び導線５７ａを直接半田付けしているので、
（１）半田の硬化収縮により負荷が発生して圧電素子５
０の電気特性が劣化する。（２）半田付けの熱歪により
圧電素子５０に微小クラックが発生する。（３）半田付
けの際の加熱により圧電素子５０の一部が脱分極する。
（４）作業性が悪く、製作工数がかかる。（５）圧電素
子５０の一部に半田による集中質量が負荷されるため、
所望の厚み振動以外の振動モードが励起され易く、半田
付け位置により特性にばらつきが生じる等の不具合があ
る。

【０００７】こうした不具合を解決すべく特開平２−１
８５１９９号公報には、電極上にフレキシブル導電接着
剤を用いてリード線を直接接着する内容が開示されてい
る。この方法によれば、前記不具合点の（１）〜（３）
については解決できるが、（４）、（５）については解
決できない。

【０００８】また他の解決手段として、ダンピング層が
合成樹脂中に粉末タングステン等を混入して形成したも
のであり、その混合比によっては導電性樹脂となること
に着目することにより、ダンピング層自体を電極として
用いるという方法も考えられる。この方法によれば、前
記不具合点の全てを解決できるが、導電性樹脂は導線や
金属薄膜に比較して電気抵抗が大きいため、圧電素子に
効率よく電圧を印加することができず、圧電素子の性能
を十分に引き出すことができないという新たな不具合が
ある。

【０００９】本発明は、上記不具合を解決すべく提案さ
れるもので、半田付けに伴う圧電素子の劣化を招くこと
がなく、配線に伴う集中質量の付加によるばらつきを回
避ししかも圧電素子の性能を十分に引き出すことのでき
る超音波探触子を提供することを目的としたものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、ダンピング層を圧電素子の音響放射面の裏面
側に配設した振動子を有する超音波探触子において、圧
電素子の音響放射面側に設けた上面電極を、半田付け手
段を用いることなく振動子本体の外周部と導通するよう
にし、ダンピング層の圧電素子側の面に電極層を形成す
ることにより裏面電極とするとともに、裏面電極の一部
をダンピング層の少なくとも周側まで延在するように構
成した超音波探触子としたものである。

【００１１】

【作用】このように構成しているので、信号ケーブルか
らの導体と振動子本体の表面部や外部と導通をとること
ができ、圧電素子の面に一様に塗布した接着剤により電
極と圧電素子とを接合したり、ハウジング内で両者を接
触させ接合したりすることにより、圧電素子の劣化を招
くことがなく、また超音波探触子毎のばらつきが少な
く、高性能の超音波探触子を提供できることとなる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
詳細に説明していく。図１は、本発明の第１実施例に係
る振動子本体の断面図である。合成樹脂にタングステン
粉末を混合して形成したダンピング層１の表面に真空蒸
着等によって裏面電極２を形成する。この裏面電極２を
有するダンピング層１の上面に、薄く塗布された接着剤
３を介して圧電素子４を接合する。なお、接着剤３に
は、導電性接着剤を用いても非導電性接着剤を用いても
よい。ダンピング層１の外周側の一部および圧電素子４
の外周側に樹脂製の絶縁層５を接合し、この絶縁層５の
外側には金属製の上側ハウジング６と下側ハウジング７
を接合する。なお、上側ハウジング６と下側ハウジング
７との間には絶縁層５の一部が介在している。

【００１３】圧電素子４および絶縁層５の上面（音響放
射面側）には、上側ハウジング６と圧電素子４の音響放
射面側を導通させるように真空蒸着等によって上面電極
８を形成する。なお、裏面電極２、上面電極８といった
電極形成には蒸着の他、スパッタ、導電ペースト塗布、
無電解メッキ、電解メッキあるいはこれらの組合せ等任
意の方法を用いればよい。

【００１４】上面電極８の上面（音響放射面側）には、
超音波ビームを集束するための整合層兼レンズ層９を設
けている。ダンピング層１の下部には凹部が形成されて
おり、この凹部に導電性接着剤１０を充填することによ
りダンピング層１表面の裏面電極２と下側ハウジング７
とを導通させている。

【００１５】図２は、ホルダーの側面図である。ホルダ
ー１１は、例えば形状記憶合金、形状記憶樹脂等の形状
記憶材料によって形成された上側ホルダー１２、下側ホ
ルダー１３を有し、両者の基部の間には絶縁体１４が介
在している。ホルダー１１には同軸ケーブル１５が接続
され、同軸ケーブル１５の芯線およびシールド線は、下
側ホルダー１３に固定された信号側電気接点１６および
上側ホルダー１２に固定されたＧＮＤ側電気接点１７と
それぞれ導通するようになっている。なお、信号側電気
接点１６とＧＮＤ側電気接点は、短絡しないように構成
されていなければならないことはいうまでもない。

【００１６】図３はホルダー１１の動作を示したもので
（平面図）、ホルダー１１は高温では図３Ａに示すよう
に開いた状態であるが、常温では図３Ｂに示すように閉
じた状態になる。図３Ｂに示す振動子本体を保持した状
態となる場合は、上側ホルダー１２、下側ホルダー１３
の信号側電気接点１６とＧＮＤ側電気接点１７が、下側
ハウジング７と上側ハウジング６とをそれぞれ導通状態
となるように押圧する（図２）。

【００１７】すると同軸ケーブル１５の芯線は、信号側
電気接点１６、下側ハウジング７、導電性接着剤１０を
介して裏面電極２に導通する。また、同軸ケーブル１５
のシールド線は、ＧＮＤ側電気接点１７、上側ハウジン
グ６を介して上側電極８に導通する（図１参照）。この
ような状態において、図示していない観測装置から同軸
ケーブル１５に入力パルスを印加すると、それが圧電素
子４に伝達され超音波ビームが生体組織に放射されるの
である。生体組織で反射したエコーは、観測装置に伝達
され超音波画像が生成されるのである。

【００１８】なお、本実施例においては、圧電素子４の
分極時の電極は音響的に影響しない程度の厚さであれ
ば、そのまま付加しておいてもよいが除去してもよい。
したがって、分極後に研磨して高周波数化した圧電素子
を使用する場合（特開昭５１−１３８１９１号公報）に
は、新たに電極を付加する必要はない。

【００１９】以上のように構成されている本実施例で
は、圧電素子４の両面電極に半田付けによる導線の接続
をする必要がないので、半田の硬化収縮、半田付け時の
熱歪、脱分極に起因する圧電素子の劣化、半田付け位置
のばらつきを避けることができる他、製作時の作業性の
向上を図れる。また、振動子本体と同軸ケーブル１５の
着脱は、ホルダー１１を加熱する等の簡単な作業で行え
るので、同軸ケーブル１５の断線等が生じた場合は、同
軸ケーブル１５とホルダー１１のみを交換使用すればよ
く、高価な振動子本体は継続使用できるという効果があ
る。

【００２０】また、超音波診断においては、診断目的や
診断部位に応じて振動子の周波数や焦点位置を変えるこ
とが望ましいが、本実施例のような構成であれば機能の
異なる振動子を他種類用意しておくことにより、必要に
応じた個々の超音波プローブを容易に供給することがで
きる。

【００２１】図４、図５は、本発明の第２実施例を示し
たものである。第１実施例と対応する箇所には、同一符
号を付した（以下の実施例についても同様）。ダンピン
グ層１の表面に複数の裏面電極２を設け、音響放射面側
には非導電性接着剤３を介して圧電素子４を接合してい
る。裏面電極２の圧電素子４と接する側は、音響上影響
を与えないように必要最小限の厚さにする必要がある
が、裏面電極２の圧電素子４と接しない側は、半田付け
等の配線作業に必要な厚さにまで厚く形成してもよい。
なお、裏面電極２の分割数は任意であってよい。

【００２２】圧電素子４の音響反射面側には、裏面電極
２の形状に対応するように溝１８が形成され、隣合う素
子間の振動の結合を防いでいる。圧電素子４の音響放射
面側には、導電性樹脂で形成され上面電極を兼ねた整合
層兼レンズ層９が設けられている。また、ダンピング層
１および圧電素子４の外周側には樹脂製の絶縁層５が設
けられ、この絶縁層５の上部に形成された凹部には整合
層兼レンズ層９の外周側に接合するように金属製の上側
ハウジング６が設けられている。ＧＮＤ側配線は、上側
ハウジング６を介して上面電極を兼ねる整合層兼レンズ
層９により、全ての素子に共通に接続される。信号側配
線は、各素子の裏面電極２に対して接続され、本実施例
はアレイ型振動子として形成される。図５は、このよう
に構成された振動子本体の斜視図である。

【００２３】本実施例は、以上のように構成されている
ので、圧電素子４自体に半田付けによる直接配線をする
ことをしないので、第１実施例と同様な効果を有する。
さらに、ダンピング層１に形成する電極パターンの工夫
により、配線作業に適したパターンとすることができ、
配線作業の効率化を図ることができる。また、整合層兼
レンズ層９に上面電極を兼ねさせているので、ＧＮＤ側
の配線の簡略化を図ることができる。

【００２４】図６、図７は、本発明の第３実施例を示し
たものである。ダンピング層１の外周側に、下側ハウジ
ング７を一体的に設け、これらの上面に無電解メッキに
より裏面電極２を設けてある。また、ダンピング層１の
上に接着剤３を介して圧電素子４を接合させ、圧電素子
４の音響放射面側には後述する上面電極８を介して整合
層兼レンズ層９を設け、圧電素子４および整合層兼レン
ズ層９の外周側には絶縁層５を設けてある。この絶縁層
５の外周には、電気的な整合をとるための整合コイル１
９を巻回し、両端は裏面電極２、絶縁層５にそれぞれ接
着している。

【００２５】また、圧電素子４の音響放射面側と絶縁層
５の表面に無電解メッキにより導体膜を形成し、これを
上面電極８とする。この場合、適当なマスキングを施し
て導体膜を形成することにより、前記整合コイル１９の
両端と上面電極８、裏面電極２をそれぞれ導通させ、整
合コイル１９と圧電素子４を並列接続する。なお、上面
電極８と裏面電極２とは短絡しないように構成されなけ
ればならないことはいうまでもない。図７は、このよう
に構成された振動子本体の正面図でる。

【００２６】図８は、振動子本体と同軸ケーブル１５と
の接続状態を示す平面図である。同軸ケーブル１５の芯
線、シールド線はそれぞれ同軸ケーブル１５の先端に延
在させている信号側ワイヤー２０、ＧＮＤ側ワイヤー２
１に接続されている（図８Ａ）。これらワイヤーは銅等
の導電性の高い材質で形成されており、振動子本体のホ
ルダー１１としても機能する。振動子本体を保持するに
は、信号側ワイヤー２０、ＧＮＤ側ワイヤー２１をそれ
ぞれ巻き付け調整ネジ２２により締めつける。すると、
図８Ｂに示すように振動子本体が保持されるとともに、
同軸ケーブル１５の芯線は信号側ワイヤー２０を介して
裏面電極２に導通し、シールド線はＧＮＤ側ワイヤー２
１を介して上面電極８に導通するようになる。なお、信
号側ワイヤー２０、ＧＮＤ側ワイヤー２１の根本にバネ
式の接点端子を設けることにより、振動子本体を保持し
た場合の導通をより確実にさせることができる。

【００２７】本実施例は以上のように構成しているの
で、圧電素子４自体に半田付けによる直接配線をするこ
とをしないので、第１実施例と同様な効果を有する。ま
た、ダンピング層１と下側ハウジング７を一体として電
極を形成するので、製造工程において下側ハウジング７
をケースとして未硬化のダンピング材を流し込んでダン
ピング層１を形成できる。したがって、ダンピング層１
の成形およびダンピング層１と下側ハウジング７を接着
する工程を省き、生産効率の向上を図れる。

【００２８】また、整合コイル１９を振動子本体の外周
に設けているので、従来のようにダンピング層中に整合
コイルを埋没させるような構成をとる必要がない。それ
にもかかわらず超音波探触子全体の寸法が大きくなるよ
うなことはない。したがってダンピング層中に整合コイ
ルに付着した気泡が残存することによる不都合を回避で
き、良好な特性のダンピング層を形成できる他、ダンピ
ング層の形成工程の簡略化を図れる。また、本実施例も
振動子本体の交換を容易に行えるとともに、振動子の外
周全体と同軸ケーブル１５の芯線、シールド線と接続し
ているので、確実な導通をとることができる。

【００２９】図９は、本発明の第４実施例を示したもの
である。本実施例では、整合層兼レンズ層９の圧電素子
４に接合する側の面に、無電解メッキにより上面電極８
が形成されている。また、整合層兼レンズ層９は上面電
極８を介在させるとともに、導電性または非導電性の接
着剤３を介して圧電素子４と接合されている。圧電素子
４の下面側に、エポキシ中にタングステン粉末を高濃度
に配合した導電性樹脂で形成したダンピング層１が設け
られている。このダンピング層１の全表面には電解メッ
キにより表面電極２が形成されている。

【００３０】圧電素子４とダンピング層１の外周側に絶
縁層５が設けられ、整合層兼レンズ層９の外周側には上
側ハウジング６が導電性接着剤（図示していない）によ
り接合されている。絶縁層５の下側には下側ハウジング
７が設けられるとともに、前記ダンピング層１と下側ハ
ウジング７との間には空間が形成されている。この空間
に導電性板バネ２４が無接着状態で配設されている。な
お、絶縁層５と下側ハウジング７とは、ネジ部２５を介
して接合されるようになっている。

【００３１】図１０は、ホルダー１１の側面図および平
面図である。図１０Ａに示すようにホルダー１１の振動
子本体を把持する面には、１個もしくは複数個の磁石２
６が埋設されている。また、同軸ケーブル１５の芯線お
よびシールド線が、ホルダー１１に固定された信号側電
気接点１６およびＧＮＤ側電気接点１７とそれぞれ導通
するように接続されている。なお、この場合に芯線とシ
ールド線とが短絡しないように構成する必要があること
はいうまでもない。

【００３２】図１０Ｂに示すように、振動子本体をホル
ダー１１で保持するには、上側ハウジング６および下側
ハウジング７がマグネット２６に吸着されることにより
結合される。この場合、信号側電気接点１６、ＧＮＤ側
電気接点１７はそれぞれ下側ハウジング７、上側ハウジ
ング６に押圧され導通状態で保持される。これにより、
同軸ケーブル１５の芯線は信号側電気接点１６、下側ハ
ウジング７、導電性板バネ２４を介して裏面電極２に導
通し、シールド線はＧＮＤ側電気接点１７、上側ハウジ
ング６、導電性接着剤（図示していない）を介して上側
電極８に導通する。

【００３３】本実施例は以上のごとく構成されているの
で、圧電素子４自体に半田付けによる直接配線をするこ
とをしないので、第１実施例と同様な効果を有する。ま
た、ダンピング層１は樹脂中に多量のタングステン粉末
を混合した導電性樹脂として、電解メッキによる電極形
成を行っているので、無電解メッキを行う場合よりもメ
ッキの前処理工程が簡略化される。また、圧電素子４の
下面と裏面電極２との間に接着剤が介在しないので、接
着剤の電気容量による電圧低下が避けられ、圧電素子４
を効率よく駆動できる。

【００３４】また、信号側配線は導電性板バネ２４を配
設し、絶縁層５と下側ハウジング７のネジ部を結合する
だけなので、組立工程に特殊な処理を要せず簡素化でき
る。また、ＧＮＤ側配線も整合層兼レンズ層９、絶縁層
５、上側ハウジング６を接着するだけなので、組立工程
を簡素化できる。また、ホルダー１１と上側ハウジング
６、下側ハウジングとの接合は、磁力によって行うの
で、手などによって容易に取り付け、取り外しが可能で
あり、第１実施例、第３実施例と同様に容易に振動子本
体の交換ができるようになる。なおホルダー１１と振動
子本体との接合部分には通常使用時に殆ど外力が加わら
ないので、使用中に外れるおそれはない。

【００３５】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、圧電素子
に直接半田付けを行うことがないので圧電素子の劣化を
招くことがない。また、圧電素子への配線を行うことが
ないので、配線に伴う集中質量の付加によるばらつきを
回避するとともに、圧電素子の性能を十分に引き出すこ
とができる超音波探触子とすることができる。したがっ
て、超音波診断画像の品質の向上、高解像度の超音波診
断を実施できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る振動子本体の断面図
である。

【図２】ホルダーの側面図である。

【図３】ホルダーの動作を示す説明図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る振動子本体の断面図
である。

【図５】振動子本体の斜視図である。

【図６】本発明の第３実施例に係る振動子本体の断面図
である。

【図７】振動子本体の正面図である。

【図８】振動子本体と同軸ケーブルの接続状態を示す平
面図である。

【図９】本発明の第４実施例に係る振動子本体の断面図
である。

【図１０】ホルダーの側面図および平面図である。

【図１１】従来例に係る振動子本体の断面図である。

【符号の説明】

１ダンピング層２裏面電極３接着剤４圧電振動子５絶縁層６上側ハウジング７下側ハウジング８上面電極９整合層兼レンズ層１０導電性接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダンピング層を圧電素子の音響放射面の
裏面側に配設した振動子本体を有する超音波探触子にお
いて、ダンピング層の圧電素子側の面に電極層を形成すること
により裏面電極とするとともに、裏面電極の一部をダン
ピング層の少なくとも周側まで延在するように構成した
ことを特徴とする超音波探触子。