JPH06284500A - アレイ式超音波探触子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の振動子素材（振動素子）を列設して探
触子を製造する作業を簡易に行う。 【構成】 固定用基台と、この固定用基台の長さ方向に
所定間隔をおいて形成された複数の電極部９、１０と、
これら電極部９、１０のそれぞれに一つ一つがそれぞれ
接するように配置された複数のアレイ状振動子１６とを
有するアレイ式超音波探触子において、固定用基台の数
分の一の長さの基台ユニット２０と、この基台ユニット
２０の長さ方向に所定間隔をおいて形成された複数の前
記電極部９、１０と、これら電極部９、１０のそれぞれ
に一つ一つがそれぞれ接するように配置された振動子１
６とにより形成された複数の探触子ユニット２１の各端
部２１ａ、２１ｂを互いに突き合して超音波探触子を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アレイ状に列設された
複数の振動子により超音波の送受信を行うアレイ式超音
波探触子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアレイ式超音波探触子は、図６に
示すように、バッキング材を兼ねた直方体状の固定用基
台１の上面１ａに、下部電極２、圧電体３および上部電
極４からなる長方形板状の振動素子（振動子素材）５が
載置、固定され、この振動素子５がその長さ方向に切断
されてアレイ状の振動子６を形成し、さらに振動素子５
の上面に１／４波長整合層７および音響レンズ８が配置
された構成を有する。振動子６の下部電極２はリード線
部９を介して信号線（不図示）に接続され、上部電極４
は同様にリード線部１０を介して共通の接地線（不図
示）に接続されている。

【０００３】信号線から各振動子６へ振動子励振用パル
スが入力されると、圧電体３が励振されて超音波が発生
し、この超音波は整合層７および音響レンズ８を通過し
て図中上方にある被検体に向けて照射される。したがっ
て、各振動子６に入力するパルスを探触子の長さ方向に
走査すれば、この探触子から照射される超音波ビームを
走査することができる。なお、図６を含めて以下の図示
例では通常の使用状態に対して上下を逆にして図示して
おり、超音波は常に上方に向かって照射され、被検体も
上方に存在するものとする。

【０００４】超音波ビームの走査範囲は探触子、詳細に
は振動素子５の長さで定まるため、被検体の大きさ、形
状等の関係から超音波ビームを広範囲に走査しようとす
ればその走査範囲に対応した長さの振動素子５を用意す
る必要がある。ところで、振動素子５を構成する圧電体
３には特性の良好なセラミックスが用いられることが多
いが、セラミックスは脆性が高いため長尺材料では途中
で割れ易く、歩留りが上がらないために振動素子５の長
さには一定の限界（通常150〜200mm程度、高周波のもの
では20〜40mm程度）がある。したがって従来は、図８に
示すように複数の振動素子５ａ〜５ｃを固定用基台１の
上面１ａに一列に並べ、これを半田付け等によって基台
１上に固定していた。なお、以下の説明では、図８に示
すように、リード線部９、１０は基台１の側面および上
面の一部に形成されており、かつ、基台１の長さ方向に
所定ピッチ（通常0.2〜0.5mm）をもって複数形成されて
いる。また、振動素子５の上部電極２および下部電極４
の端部２ａ、４ａは、図７に示すようにそれぞれ圧電体
３の下部および上部にまで回り込んでおり、これら電極
２、４とリード線部９、１０との電気的接続は基台１の
上面１ａにおいてとられている。この後、振動素子５は
リード線部９のピッチに合わせてダイヤモンドカッタ等
の不図示のカッタにより切断され、切り込み部（深さは
通常25〜100μm）が形成されて複数の振動子６に分割さ
れる（図１(ｃ)参照）。

【０００５】複数の振動素子５を列設して探触子を形成
する際には、図９に示すように各振動素子５ａ、５ｂの
継目部１２がリード線部９ｂ、９ｃの間に位置決めされ
る必要がある。図１０(ａ)に示すように、振動素子５
ａ、５ｂの継目部１２がリード線部９ｂ、９ｃの間に位
置決めされていない場合、切り込み部１１ａ〜１１ｃは
リード線部９のピッチに合わせて形成されるため、同図
(ｂ)に示すように他の振動子６ａ、６ｂ、６ｄに比較し
て幅の狭い振動子６ｃがこの継目部１２で形成されてし
まう。この幅の狭い振動子６ｃは他の振動子６ａ、６
ｂ、６ｄに比較して面積が狭い分だけ感度も低く、探触
子全体でみた場合に振動子６の幅が一定でないため、各
振動子６の感度にばらつきが出て送受信性能に影響を及
ぼすおそれがあった。したがって、振動素子５の位置決
めは精確に行われる必要がある。従来、振動素子５の位
置決めは、作業者が目視により確認しながらピンセット
等を用いて微調整することにより行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、作業者
が目視により振動素子５の位置決めを行った場合、必ず
しも精確な位置決めを行うことができず、また、たとえ
位置決めが精確に行われたとしても各電極２、４とリー
ド線部９、１０との半田付けの際に振動素子５が動いて
継目部１２がリード線部９、１０に対してずれてしまう
おそれもあった。

【０００７】本発明の目的は、複数の振動子素材（振動
素子）を列設して探触子を製造する作業を簡易に行うこ
との可能なアレイ式超音波探触子およびその製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１、図
３および図６に対応付けて説明すると、請求項１の発明
は、固定用基台１と、この固定用基台１の長さ方向に所
定間隔をおいて形成された複数の電極部９、１０と、こ
れら電極部９、１０のそれぞれに一つ一つがそれぞれ接
するように配置された複数のアレイ状振動子１６とを有
するアレイ式超音波探触子に適用される。そして、上述
の課題は、前記固定用基台１の数分の一の長さの基台ユ
ニット２０と、この基台ユニット２０の長さ方向に所定
間隔をおいて形成された複数の前記電極部９、１０と、
これら電極部９、１０のそれぞれに一つ一つがそれぞれ
接するように配置された前記振動子１６とにより形成さ
れた複数の探触子ユニット２１の各端部２１ａ、２１ｂ
を互いに突き合して超音波探触子を構成することにより
達成される。請求項２の発明は、請求項１に記載のアレ
イ式超音波探触子において、前記複数の振動子１６のそ
れぞれを前記電極部９、１０と略同一の間隔をおいて配
置し、複数の前記探触子ユニット２１が互いに突き合さ
れた状態で一方の探触子ユニット２１の振動子１６と他
方の探触子ユニット２１の振動子１６との間の間隔が前
記電極部９、１０と略同一の間隔となるようにその厚さ
が定められたスペーサ２４を介して複数の前記探触子ユ
ニット２１の各端部２１ａ、２１ｂを互いに突き合せた
ものである。一方、請求項３の発明は、固定用基台１
と、この固定用基台１の長さ方向に所定間隔をおいて形
成された複数の電極部９、１０と、これら電極部９、１
０のそれぞれに一つ一つがそれぞれ接するように配置さ
れた複数のアレイ状振動子１６とを有するアレイ式超音
波探触子の製造方法に適用される。そして、上述の課題
は、基台ユニット２０の長さ方向に所定間隔をおいて複
数の前記電極部９、１０を形成した後、前記基台ユニッ
ト２０の長さに略等しい振動子素材１５を前記各電極部
９、１０に接するように配置して探触子ユニット２１を
形成し、前記振動子素材１５の長さ方向に前記所定間隔
をおいて切り込み部１１を形成して前記複数の電極部
９、１０のそれぞれに一つ一つが接するように前記複数
のアレイ状振動子１６を形成し、さらに複数の前記探触
子ユニット２１の各端部２１ａ、２１ｂを互いに突き合
せることにより達成される。請求項４の発明は、請求項
３に記載のアレイ式超音波探触子の製造方法において、
複数の前記探触子ユニット２１の前記各端部２１ａ、２
１ｂが互いに突き合された状態で一方の探触子ユニット
２１の振動子素材１５と他方の探触子ユニット２１の振
動子素材１５との間に前記切り込み部１１と略同一幅の
隙間２２が形成されるように前記基台ユニット２１の各
端部２１ａ、２１ｂに突き合せ部１１ａ′、１１ｅ′を
形成したものである。

【０００９】

【作用】−請求項１− 複数の探触子ユニット２１の各端部２１ａ、２１ｂが突
き合されることによりアレイ式超音波探触子が構成され
ており、各振動子１６の位置決めは、各探触子ユニット
２１の突き合せ作業により達成される。 −請求項２− スペーサ２４を介して各探触子ユニット２１が突き合さ
れると、一方の探触子ユニット２１の振動子１６と他方
の探触子ユニット１６との間の間隔は、各探触子ユニッ
ト２１の振動子１６間の間隔と略等しくなる。 −請求項３− 振動子素材１５には、探触子よりも短い基台ユニット２
０に配置された状態で切り込み部１１が形成されて複数
のアレイ状振動子１６が形成される。 −請求項４− 各探触子ユニット２１の突き合せ部１１ａ′、１１ｅ′
が突き合されると、一方の探触子ユニット２１の振動子
１６と他方の探触子ユニット１６との間の間隔は、各探
触子ユニット２１の振動子１６間の間隔と略等しくな
る。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１１】

【実施例】−第１実施例− 図１および図２を参照して、本発明によるアレイ式超音
波探触子の製造方法の第１実施例を説明する。なお、以
下の説明において、上述した従来例と同様の構成要素に
ついては同一の符号を付し、その説明を簡略化する。

【００１２】(１) 図１(ａ)に示すように、長さ方向に
所定ピッチをもって複数のリード線部９ａ〜９ｆ、１０
ａ〜１０ｆが形成された基台ユニット２０を用意し、こ
の基台ユニット２０上に振動素子１５を配置してリード
線部９ａ〜９ｆ、１０ａ〜１０ｆに半田付けする。基台
ユニット２０は、アレイ式超音波探触子１の固定用基台
１をリード線部９ａ〜９ｆ、１０ａ〜１０ｆの間の領域
で切断したような形状を有し、固定用基台１の数分の一
の長さにされている。また、基台ユニット２０のリード
線部９ａ〜９ｆ、１０ａ〜１０ｆの間の間隔等も固定用
基台１のそれと等しくされている。基台ユニット２０お
よび振動素子１５の長さは、それぞれ後述する探触子ユ
ニット２１の長さより長ければよく、基台ユニット２０
および振動素子１５のうちいずれが長くてもよい。

【００１３】(２) 図１(ｂ)に示すように、不図示のダ
イヤモンドカッタなどによりリード線部９ａ〜９ｆ、１
０ａ〜１０ｆの間の領域に所定ピッチ毎に切り込み部１
１ａ〜１１ｅを形成して振動素子１５を複数の振動子１
６ａ〜１６ｄに分割した後、同様に不図示のダイヤモン
ドカッタなどにより切り込み部１１ａ、１１ｅにおいて
基台ユニット２０を切断し、探触子ユニット２１を形成
する。切り込み部１１ｅに近接する切断部、すなわち探
触子ユニット２１の一端部２１ａ（図１(ｂ)において右
端部）を拡大した図を図２に示す。この図２に示すよう
に、基台ユニット２０は切り込み部１１ｅ（あるいは不
図示の１１ａ）の側壁ＳＷから切り込み部１１ｄの幅Ｗ
の半分（Ｗ／２）だけ外側で切断されており、すなわち
切り込み部１１ｅの半分の幅を有する凸部１１ｅ′が一
端部２１ａに残された状態で基台ユニット２０が切断さ
れている。図示はしないが、探触子ユニット２１の他端
部２１ｂ（図１(ｂ)において左端部）も同様の凸部１１
ａ′が形成されている。探触子ユニット２１内における
各振動子１６ａ〜１６ｄ間の間隔は一定であり、各振動
子１６ａ〜１６ｄの形状も略同一である。

【００１４】(３) 図１(ｃ)に示すように、各端部２１
ａ、２１ｂの凸部１１ａ′、１１ｅ′を当接させて複数
の探触子ユニット２１を列設し、たとえばリード線部
９、１０の周囲を樹脂でモールド等することにより各探
触子ユニット２１を一体化する。この際、探触子ユニッ
ト２１の各端部２１ａ、２１ｂにおいて切り込み部１１
ａ、１１ｅの半分の幅を有する凸部１１ａ′、１１ｅ′
が残されているので、隣接する凸部１１ａ′、１１ｅ′
により切り込み部１１ｂ〜１１ｄと略同一幅の溝部２２
が形成される。したがって、この溝部２２の上方、すな
わち振動素子１５の継目部２３における振動子１６ａ、
１６ｄ間の間隔は、探触子ユニット２１内における各振
動子１６ａ〜１６ｄの間隔と等しくなり、探触子全体と
しての振動子１６ａ〜１６ｄのピッチが均一になる。以
降は、整合層７、音響レンズ８等を振動素子１５の上面
に配置すれば、図６と同様のアレイ式超音波探触子を製
造することができる。

【００１５】ここで、本実施例では、切り込み部１１
ａ、１１ｅの半分の幅を有する凸部１１ａ′、１１ｅ′
を各端部２１ａ、２１ｂにそれぞれ残した状態で振動素
子１５および基台ユニット２０を切断して探触子ユニッ
ト２１を形成し、この探触子ユニット２１を列設するこ
とにより探触子を製造しているので、探触子ユニット２
１を列設するだけで振動素子１５（振動子１６ａ〜１６
ｄ）とリード線部９、１０との位置決めが精密になされ
たアレイ式超音波探触子を製造することができ、複数の
振動素子１５をリード線部９、１０に対して位置決めす
る作業を簡略化できて探触子を簡易に製造することがで
きる。しかも、各振動子１６ａ〜１６ｄの幅が均一であ
るので送受信性能のばらつきを抑えることができる。

【００１６】加えて、複数の振動素子を固定用基台に位
置決めする必要がなくなるため、振動素子の半田付けの
際にその継目部から半田が浮き出て振動素子の平坦性が
悪化するようなおそれがなくなる。また、探触子をユニ
ット２１単位で製作しているので、長さ（チャネル数）
の異なる複数種類の探触子に対して共通のユニット２１
を製作することでコスト低減、製造工程の短縮等を図る
ことができる。しかも、もしどこかのチャンネルに不具
合が生じた場合は、そのチャンネルのユニット２１を交
換すればよく、修理の手間、コスト等を低減できる。さ
らに、探触子ユニット２１ごとに振動素子１５を切断し
ているので、ダイヤモンドカッタ等の切断手段側に切断
素材の長手方向側の限界がある場合であってもこの限界
長さを超える長尺の探触子を製造することができる。

【００１７】−第２実施例− 図３および図４を参照して、本発明によるアレイ式超音
波探触子の製造方法の第２実施例を説明する。 (１) 図３(ａ)に示すように、第１実施例と同様に長さ
方向に所定ピッチをもって複数のリード線部９ａ〜９
ｆ、１０ａ〜１０ｆが形成された基台ユニット２０を用
意し、この基台ユニット２０上に振動素子１５を配置し
てリード線部９ａ〜９ｆ、１０ａ〜１０ｆに半田付けす
る。

【００１８】(２) 図３(ｂ)に示すように、不図示のダ
イヤモンドカッタなどによりリード線部９ａ〜９ｆ、１
０ａ〜１０ｆの間の領域に所定ピッチ毎に切り込み部１
１ａ〜１１ｃを形成して振動素子１５を複数の振動子１
６ａ〜１６ｄに分割する。また、切り込み部となるべき
振動子１６ａ、１６ｄの外側の領域については基台ユニ
ット２０も全部切断し、これにより探触子ユニット２１
を形成する。探触子ユニット２１内における各振動子１
６ａ〜１６ｄ間の間隔は一定であり、各振動子１６ａ〜
１６ｄの形状も略同一である。

【００１９】(３) 図３(ｃ)および図４に示すように、
厚さ方向に伸縮しない物質からなるスペーサ２４を探触
子ユニット２１の各端部２１ａ、２１ｂ間に介在させた
状態で複数の探触子ユニット２１を列設し、たとえばリ
ード線部９、１０の周囲を樹脂でモールド等することに
より各探触子ユニット２１を一体化する。図２に示すよ
うに、スペーサ２４の厚さＴは切り込み部１１ｃの幅と
略等しくされており、これにより、隣接する各端部２１
ａ、２１ｂおよびスペーサ２４により切り込み部１１ｂ
〜１１ｄと略同一幅の溝部２５が形成される。したがっ
て、この溝部２５の上方、すなわち振動素子１５の継目
部２３における振動子１６ａ、１６ｄ間の間隔は、探触
子ユニット２１内における各振動子１６ａ〜１６ｄの間
隔と等しくなり、探触子全体としての振動子１６ａ〜１
６ｄのピッチが均一になる。但し、探触子ユニット２１
の各端部２１ａ、２１ｂとスペーサ２４とを接着する場
合は、この接着層の分だけスペーサ２４の厚さＴを薄く
する必要がある。以降は、整合層７、音響レンズ８等を
振動素子１５の上面に配置すれば、図６と同様のアレイ
式超音波探触子を製造することができる。

【００２０】ここで、本実施例では、切り込み部となる
べき領域で基台ユニット２０を切断して探触子ユニット
２１を形成し、切り込み部１１ａ〜１１ｃの幅と略同一
厚さのスペーサ２４を端部２１ａ、２１ｂ間に介装して
この探触子ユニット２１を列設することにより探触子を
製造しているので、スペーサ２４を介装して探触子ユニ
ット２１を列設するだけで振動素子１５（振動子１６ａ
〜１６ｄ）とリード線部９、１０との位置決めが精密に
なされたアレイ式超音波探触子を製造することができ、
上述の第１実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２１】−変形例− 本発明のアレイ式探触子およびその製造方法は、その細
部が上述の各実施例に限定されず、種々の変形が可能で
ある。一例として、第２実施例におけるスペーサの形状
は図３および図４に図示のものに限定されず、たとえば
図５に示すようにリード線部９、１０の周囲を囲繞する
ケース３０から探触子ユニット２１の端部２１ａ、２１
ｂの間に向かってスペーサ２４を一体に突設してもよ
い。スペーサ２４とケース３０とを一体化すると、探触
子ユニット２１の一体化および位置決めを一度に行うこ
とができ、効率がよい。なお、上述の実施例と請求の範
囲との対応において、振動素子１５は振動子素材を、リ
ード線部９、１０は電極部を、凸部１１ａ′、１１ｅ′
はそれぞれ突き合せ部をそれぞれ構成している。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、アレイ式超音波探触子を複数の探触子ユニットを
突き合せて構成しており、各探触子ユニットの端部を突
き合せるだけで超音波探触子を構成することができるの
で、従来のように１つの固定用基台上に複数の振動子素
材を位置決めする必要がなく、簡便に探触子を製造する
ことができる。しかも、探触子をユニット単位で製作し
ているので、長さ（チャネル数）の異なる複数種類の探
触子に対して共通のユニットを製作することでコスト低
減、製造工程の短縮等を図ることができる。しかも、も
しどこかのチャンネルに不具合が生じた場合は、そのチ
ャンネルのユニットを交換すればよく、修理の手間、コ
スト等を低減できる。また、請求項３の発明によれば、
探触子ユニットごとに振動子素材に切り込み部を形成し
ているので、ダイヤモンドカッタ等の切り込み形成手段
側に切断素材の長手方向側の限界がある場合であっても
この限界長さを超える長尺の探触子を製造することがで
きる。さらに、請求項２および４の発明によれば、探触
子全体における各振動子間の間隔を均一に保持すること
が容易に行え、送受信性能のばらつきの少ない探触子を
簡易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であるアレイ式超音波探触
子の製造方法を説明するための工程図である。

【図２】第１実施例のアレイ式超音波探触子の製造方法
の途中工程を示す正面図である。

【図３】本発明の第２実施例であるアレイ式超音波探触
子の製造方法を説明するための工程図である。

【図４】第２実施例のアレイ式超音波探触子の製造方法
の途中工程を示す正面図である。

【図５】本発明の変形例であるアレイ式超音波探触子の
製造方法の途中工程を示す斜視図である。

【図６】アレイ式超音波探触子の一例の全体構成を示す
一部破断斜視図である。

【図７】振動素子の一例を示す斜視図である。

【図８】従来のアレイ式超音波探触子の製造方法の一工
程を示す斜視図である。

【図９】図５の継目部を拡大して示した正面図である。

【図１０】(ａ)は図９と同様の図、(ｂ)は(ａ)に示す振
動素子に切り込み部を形成した状態を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 固定用基台 ２ 下部電極 ３ 圧電体 ４ 上部電極 ６、１６ 振動子 ９、１０ リード線部 １１ 切り込み部 １１ａ′、１１ｅ′ 凸部 １５ 振動素子 ２０ 基台ユニット ２１ 探触子ユニット ２１ａ、２１ｂ 端部 ２３ 継目部 ２４ スペーサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定用基台と、この固定用基台の長さ方
   向に所定間隔をおいて形成された複数の電極部と、これ
   ら電極部のそれぞれに一つ一つがそれぞれ接するように
   配置された複数のアレイ状振動子とを有するアレイ式超
   音波探触子において、 前記固定用基台の数分の一の長さの基台ユニットと、こ
   の基台ユニットの長さ方向に所定間隔をおいて形成され
   た複数の前記電極部と、これら電極部のそれぞれに一つ
   一つがそれぞれ接するように配置された前記振動子とに
   より形成された複数の探触子ユニットの各端部を互いに
   突き合して構成されていることを特徴とするアレイ式超
   音波探触子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアレイ式超音波探触子
   において、 前記複数の振動子のそれぞれは前記電極部と略同一の間
   隔をおいて配置され、 複数の前記探触子ユニットが互いに突き合された状態で
   一方の探触子ユニットの振動子と他方の探触子ユニット
   の振動子との間の間隔が前記電極部と略同一の間隔とな
   るようにその厚さが定められたスペーサを介して複数の
   前記探触子ユニットの各端部が互いに突き合されている
   ことを特徴とするアレイ式超音波探触子。
3. 【請求項３】 固定用基台と、この固定用基台の長さ方
   向に所定間隔をおいて形成された複数の電極部と、これ
   ら電極部のそれぞれに一つ一つがそれぞれ接するように
   配置された複数のアレイ状振動子とを有するアレイ式超
   音波探触子の製造方法において、 基台ユニットの長さ方向に所定間隔をおいて複数の前記
   電極部を形成した後、前記基台ユニットの長さに略等し
   い振動子素材を前記各電極部に接するように配置して探
   触子ユニットを形成する工程と、 前記振動子素材の長さ方向に前記所定間隔をおいて切り
   込み部を形成して前記複数の電極部のそれぞれに一つ一
   つが接するように前記複数のアレイ状振動子を形成する
   工程と、 複数の前記探触子ユニットの各端部を互いに突き合せる
   工程とを備えたことを特徴とするアレイ式超音波探触子
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のアレイ式超音波探触子
   の製造方法において、 複数の前記探触子ユニットの前記各端部が互いに突き合
   された状態で一方の探触子ユニットの振動子素材と他方
   の探触子ユニットの振動子素材との間に前記切り込み部
   と略同一幅の隙間が形成されるように前記基台ユニット
   の各端部に突き合せ部を形成する工程を含むことを特徴
   とするアレイ式超音波探触子の製造方法。