JPH0638679B2 - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPH0638679B2
JPH0638679B2 JP58102024A JP10202483A JPH0638679B2 JP H0638679 B2 JPH0638679 B2 JP H0638679B2 JP 58102024 A JP58102024 A JP 58102024A JP 10202483 A JP10202483 A JP 10202483A JP H0638679 B2 JPH0638679 B2 JP H0638679B2
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acoustic
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正己 川渕
孝悦 斉藤
恵作 山口
啓司 飯島
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、医用超音波診断装置に用いられ、音波の送受
波を司る超音波探触子に関するものである。
従来例の構成とその問題点 医用超音波診断装置には、その目的により種々の形式の
ものがあり、当然の事ながらそれに用いられる超音波探
触子にも種々の形式がある。
代表的な超音波探触子としては、1枚の円形圧電振動子
を用いる単一型超音波探触子,短冊状の微小圧電振動子
を多数個直数上に配列した、アレイ型超音波探触子など
がある。これらの探触子の構成は基本的には同一である
ため、アレイ型超音波探触子を例に、従来例を説明す
る。
第1図は、アレイ型超音波探触子の構成例を示したもの
で、圧電セラミック等を用いた圧電振動子1の被検体
(図示せず)側に、音波を能率よく被検体に導くための
1層もしくは2層の音響整合層2および方位分解能を向
上させるための音響レンズ3が設けられている。音響整
合層2の材料にガラス,エポキシ樹脂あるいは、エポキ
シ樹脂にシリコンカーバイト等を混合したものが用いら
れ音響レンズ3材料としてはシリコーンゴムなどが用い
られている。
一方、圧電振動子1に対して、被検体側と反対側には背
面負荷4が設けられている。この背面負荷4は圧電振動
子1の機械的Qを下げ、その結果として圧電振動子1の
周波数特性を広帯域化させること、および圧電振動子
1,音響整合層2を裏打ちすることにより、これらの部
品の機械的強度を向上させることが設置の目的である。
この背面負荷4の材料としては、従来タングステン粉末
を充填したプラスチック材やフェライトゴムなどが用い
られている。これらの材料の超音波探触子性能に係る材
料定数は、硬度(JIS−A)が85以上,音響インピ
ーダンスが約6×105g/cm2S以上,音響吸収係数が
3MHzで約1.5dB/mm以上である。
これらの材料を拝見負荷材として用いた超音波探触子
は、機械的強度は強い反面,音響インピーダンスが約6
×105g/cm2S以上と比較的高いため、例えば背面負
荷の無い超音波探触子に比べて約5〜10dBも感度が下
がるという欠点を有している。
これに対し、背面負荷4の材料として、シリコンゴムに
酸化アルミナ等を充填したゲル状の材料を用いる場合が
ある。(特開昭57-97300号公報参照)これは、上記材料
の音響インピーダンスが1〜1.5×105g/cm2Sで
あるため、背面負荷を設置した事による超音波探触子の
感度低下が、背面負荷のない場合に比べて約1dB程度に
収まるという利点を有する。また上記材料の音波吸収係
数は3MHzで約1.5dB/mm以上であるので背面負荷4の
端面7からの反射は無視でき、背面負荷材として具備し
なければならない材料定数のうちのいくつかは満足する
ものの、前述した如く、材料自体がゲル状のため、背面
負荷材が具備しなければならない重要な材料定数のうち
の硬度が低く機械的強度が前述したフェライトゴム等を
用いた超音波探触子よりも低いという欠点があった。
一方、これら背面負荷材を構成する構成方法の一つに、
圧電振動子1のプラス側電極5にリード線6を接着ある
いはワイヤーボンディング法で接続した後、前述した背
面負荷材4を流し込む方法がある。8は共通電極であ
る。この場合、当該背面負荷材に混入した空気あわがリ
ード線6の周辺あるいはリード線6との接合付近に存在
することにより、例えば温度変化に対してリード線6の
断線あるいは、リード線6と電極5とのハガレなどが発
生し、非導通故障が発生する場合がある。
発明の目的 本発明は、以上のような従来の問題点を解決するために
なされたもので、背面負荷材料として機械的強度が大き
く、感度低下も少なく、音波吸収係数も背面負荷の端面
からの反射が無視し得る程度の値を持ち、かつ温度変化
に対して非導通故障の発生しない超音波探触子を提供す
るものである。
発明の構成 この目的を達成するために、本発明に係る超音波探触子
は圧電振動子、背面負荷を少なくとも有し、圧電振動子
と背面負荷の間に熱硬化性樹脂で層を形成し、前記背面
負荷が所定の硬度,音波吸収係数,音響インピーダンス
をもった材料で構成されているものである。
実施例の説明 以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明す
る。第2図は本発明の実施例に基く超音波探触子の概観
図で、圧電振動子1の被検体側にはガラスあるいは樹脂
を用いた単層あるいは多層の音響整合層2が、そして必
要に応じてシリコーンゴムを成形した音響レンズ3を設
けている。圧電振動子1のプラス側電極5と、リード線
6は超音波ボンディングにより接続する。その後、比較
的粘性の低い熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂(NE
106,日本ペルノックス製)を流し込み脱泡を行い所
定の硬度まで硬化させ電極5上にエポキシ層10を形成
する。この場合のエポキシ層10の厚みは超音波探触子
の応答特性(感度,距離分解能および反射)に影響が出
ない様可能な限り薄く、かつ電極とリード線の接合部分
が被覆されることが必要であるが、エポキシ層10を伝
搬する音波のλ/8以下であれば応答特性上の問題は発
生しなかった。ここで、λは波長であり、音速/周波数
として表される。
所定の硬度までエポキシ樹脂10を硬化させた後、背面
負荷材9を流し込み、脱泡し、硬化させる。この背面負
荷材としては、ウレタンゴムあるいは、ウレタンゴム
に、ガラス中空体やプラスチック中空体粉末を充填した
ものを用いる。一例として国際ケミカル製ウレタンゴム
(アダプトE−NO.1)の場合、音響インピーダンスは
2.1×105g/cm2S,硬度(JIS−A)は98,
音波吸収係数は3MHzで2dB/mmである。また当該ウレタ
ンゴムをベースに、100μm前後の粒径のガラス中空
体を重量比で15%充填した場合、音響インピーダンス
1.7×105g/cm2S,硬度(JIS−A)は98〜
99で音波吸収係数は3MHzで2.5dB/mmとなる。
なおウレタンゴムには硬度が約85で、音響インピーダ
ンスが約3×105g/cm2Sで、音波吸収係数が3MHz
で1.5〜2dB/mm程度のものもあり、これはそのまま
本実施例の背面負荷材9として使用できる。もちろん感
度に関しては背面負荷の音響インピーダンスが低い程望
ましいが、前述したウレタンゴムをベースにガラス中空
体の充填量を変えることにより、硬度および音響吸収係
数をほぼ上記程度に維持したまま音響インピーダンスを
1×105g/cm2S程度まで下げることができた。この
場合粘性等を考慮すると工業的には1×105g/cm2
が音響インピーダンスの下限値であり、背面負荷材9の
音響インピーダンスとしては1〜3×105g/cm2Sで
あることが望ましい。これは背面負荷の無い場合に比べ
て、最大約2dBの感度低下となるが、装置設計上あるい
は臨床応用上約2dBの感度低下は許容し得るし、また従
来のフェライトゴム等も用いたものに比べ4〜9dB高
く、シリコン等のゲル状の背面負荷材を用いた場合とほ
ぼ同等な感度を実現できた。なお、熱硬化性樹脂層10
を設けた場合と、設けずに背面負荷材を流し込んだ場合
の感度差は0.4dB以下で、距離分解能の劣化および熱
硬化性樹脂層での反射はいずれも観測されなかった。
また背面負荷材9の硬度は、探触子の機械的強度に直接
関係し、硬い程望ましいが、振動子面の機械的破損が実
用上問題とならない値は85(JIS−A)以上であ
る。ちなみに本実施例の場合、硬度的には機械的破壊に
強いとされるフェライトゴム等とほぼ等しいかそれ以上
であり、またシリコンゴムのようなゲル状の背面負荷材
を用いた場合に比べ機械的強度向上が確認できた。
さらに背面負荷材9の音波吸収係数は大であればあるほ
ど背面負荷材9の厚さを薄くすることができる事は言う
までもないが、前述した音響インピーダンス、硬度等の
他の主要なパラメータを同時に満足させることが難しく
なる。これらの点を考慮して音波吸収係数が1.5dB/m
m以上(3MHz)であることが実用上望ましく、たとえば
前記実施例で述べた音波吸収係数が1.5〜2.5dB/m
m(3MHz)の背面負荷材9を用いた探触子を100dBの
表示ダイナミックレンジをもつ超音波診断装置に接続し
て使用する場合、背面負荷の端面からの反射を無くする
ための厚さは20〜34mmとなり、超音波探触子の外形
寸法を著しく大きくすることなく構成できる。また温度
変化に伴う非導通(断線)故障の発生率は−20℃,4
0℃各1時間保持(1サイクル)、移動時間5秒で10
サイクルの冷熱衝撃試験において、熱硬化性樹脂層10
がない場合は10-5,ある場合は零であり(ボンディン
グワイヤ数で)信頼性の向上が確認できた。
更に、本実施例に係る背面負荷材料は、圧電振動子,音
響整合層,音響レンズ熱硬化性樹脂層等を全て構成した
後当該材料を流し込んで製作することもでき、またあら
かじめ、当該背面負荷材料を所定の形状の型で成形して
おき、その成形された背面負荷材(ブロック)を圧電振
動子に接着して製作することも可能である。
なお上記実施例はウレタンゴムにガラス中空体を充填し
て音響インピーダンスを制御する場合について述べた
が、プラスチック中空体を充填した場合においても同様
の効果が得られた。
また、実施例においては、圧電振動子を直線状に配列し
たいわゆるアレイ型超音波探触子に適用した場合につい
て述べたが、本発明は圧電振動子が1枚の単一型超音波
探触子や弧状配列型超音波探触子などの種々の超音波探
触子に適用できることは明らかである。
発明の効果 以上のように本発明は音波を送受波する圧電振動子の音
波送受波側と反対側に熱硬化性樹脂層を介して背面負荷
を設け、前記背面負荷の音響インピーダンスを1〜3×
105g/cm2S,硬度(JIS−A)を85以上,音波
吸収係数を3MHzで1.5dB/mm以上としたことを特徴と
する超音波探触子を提供するもので、従来導入されてい
たフェライトゴムあるいはゲル状の背面負荷材料にかわ
る新しい背面負荷材の導入および電極と背面負荷の間に
薄い熱硬化性樹脂層を設けた事により、高い感度を維持
したまま、機械的強度を向上させ、かつ本発明に係る背
面負荷材を導入して超音波探触子の外形寸法を著しく大
きくすることがなく、また環境試験に対しても高い信頼
性を有した超音波探触子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアレイ型超音波探触子の斜視図第2図は
本発明の一実施例に係るアレイ型超音波探触子の斜視図
である。 1……圧電振動子、2……音響整合層、3……音響レン
ズ、4……背面負荷、5……プラス側電極、6……リー
ド線、7……背面負荷端面、8……共通電極、9……背
面負荷、10……熱硬化性樹脂層(エポキシ層)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04R 1/22 (72)発明者 山口 恵作 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 飯島 啓司 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−201399(JP,A) 特開 昭57−97300(JP,A) 実開 昭57−60487(JP,U)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】音波を送受波する圧電セラミック振動子
    と、前記圧電セラミック振動子を挟んで両側に設けられ
    た電極と、前記圧電セラミック振動子の音波送受波側と
    反対側に位置する電極に接続されたリード線と、前記リ
    ード線と電極をλ/8以下の厚みに覆って設けられた熱
    硬化性樹脂層と、前記熱硬化性樹脂層上に設けられた、
    音響インピーダンスが1×105〜3×105g/cm
    2S、硬度(JIS−A)が85以上、音波吸収係数が
    3MHzで1.5db/mm以上の材料定数を有するウレタン
    ゴムをベースとした背面負荷とを具備することを特徴と
    する超音波探触子。
  2. 【請求項2】熱硬化性樹脂層がエポキシ樹脂であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波探触
    子。
  3. 【請求項3】ウレタンゴムにガラス中空体またはプラス
    チック中空体を充填した物質を背面負荷として用いたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波探触
    子。
JP58102024A 1983-06-07 1983-06-07 超音波探触子 Expired - Lifetime JPH0638679B2 (ja)

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JP58102024A JPH0638679B2 (ja) 1983-06-07 1983-06-07 超音波探触子
DE8484303872T DE3483174D1 (de) 1983-06-07 1984-06-07 Ultraschallsende mit einem absorbierenden traeger.
EP84303872A EP0128049B1 (en) 1983-06-07 1984-06-07 Ultrasonic probe having a backing member
US06/618,369 US4571520A (en) 1983-06-07 1984-06-07 Ultrasonic probe having a backing member of microballoons in urethane rubber or thermosetting resin

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JPS59226600A JPS59226600A (ja) 1984-12-19
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