JPH0678398A

JPH0678398A - 超音波トランスデューサ

Info

Publication number: JPH0678398A
Application number: JP25043192A
Authority: JP
Inventors: Yukio Sato; 幸夫佐藤; Yasuhiro Sakamoto; 安弘坂本; Yuzo Kimoto; 雄三木本
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1994-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】長寿命を有し、信頼性の高い超音波トランス
デューサを提供する。【構成】ケースに振動子を配置し、振動子の放射面側
及び背面側にそれぞれマッチング層及びバッキング層を
設ける構成の超音波トランスデューサにおいて、ケース
（１１）の先端付近に所定の肉厚をもつ平板状部分（１
５）を形成し、この平板状部分（１５）が振動子（１
２）の放射面側に位置しマッチング層（１５）として機
能する構成にしたことを特徴とする超音波トランスデュ
ーサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ケースに振動子を配
置し振動子の放射面側及び背面側にそれぞれマッチング
層及びバッキング層を設ける構成の超音波トランスデュ
ーサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波トランスデューサは、医療用診断
装置や非破壊検査用金属探傷装置などの探触子として用
いられる。超音波トランスデューサは超音波プローブ、
超音波プローブヘッド、超音波探触子などと呼ばれるこ
ともある。

【０００３】超音波トランスデューサは、その形態によ
って分類するとシングルプローブ、アレイプローブに分
けることができる。アレイプローブはさらにリニアアレ
イ、アニュテアレイ、２次元アレイに細分することがで
きる。また、主に医療分野に使われる特殊なものとし
て、シングルプローブを機械的に走査させるメカニカル
プローブ（通常メカセクプローブと呼ばれる）や、内視
鏡などに組み込んで体腔内に挿入可能なカテーテル用プ
ローブがあるが、これらは現在製品化される段階にあ
る。

【０００４】超音波トランスデューサは、装置本体から
送られてくる電気パルスを超音波パルスに変換して被検
体に向けて放射し、被検体から反射してくる超音波パル
スを検出して電気信号に変換する構成になっている。

【０００５】超音波トランスデューサの基本構成を簡単
に説明する。超音波トランスデューサはケースを有し、
ケースに振動子、バッキング材、マッチング層などが設
けられる。振動子は電気信号を超音波に又は超音波を電
気信号に変換する素子であり、通常は送受信兼用で用い
られる。振動子の両面には電極が形成されており、電極
はリード線及びケーブルを経由して装置本体に接続され
ている。振動子の背面にはバッキング材（背面制動材）
が接合され、反対側の放射面には音響マッチング層（整
合層）が配置される。音響マッチング層には超音波を集
束させるために音響レンズが取り付けられる場合もあ
る。振動子材料としては、一般にセラミック圧電材料
（圧電体）が用いられるが、ＰＶＤＦのような高分子圧
電材料（圧電体）あるいは両者を複合した複合圧電材料
（圧電体）も用いられる。

【０００６】さて、従来の超音波トランスデューサで
は、マッチング層とケースとは完全に別体であり別々に
構成されている。すなわち、ケースの先端には開口が形
成されていて、開口部に振動子が固定され、さらにその
外側にマッチング層が配置されるのである。マッチング
層は、予め所定の厚さに加工したものを振動子の超音波
放射面側に接着したり、接着後に厚さの調整を行う構成
になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
トランスデューサは前述のような構成になっているの
で、振動子とマッチング層との境界あるいはマッチング
層とケースとの境界がトランスデューサの外側に露出し
ていた。このため、長期に渡って使用すると、その境界
面が剥がれたり、プローブ内部に不要物（例えば水な
ど）が侵入するなどの不都合が発生していた。このよう
に従来の超音波トランスデューサは長期的信頼性に問題
があった。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消し、長寿命を有し、信頼性の高い高性能の超音波ト
ランスデューサを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケースに振動
子を配置し、振動子の放射面側及び背面側にそれぞれマ
ッチング層及びバッキング層を設ける構成の超音波トラ
ンスデューサにおいて、ケース１１の先端部に所定の肉
厚をもつ平板状部分１５を形成し、この平板状部分が振
動子１２の放射面側に位置しマッチング層１５として機
能する構成にしたことを特徴とする超音波トランスデュ
ーサを要旨としている。

【００１０】

【作用】ケース１１の一部をマッチング層１５として用
いるため、ケース１１とマッチング層１５とが一体化し
て見かけ上境界面がなくなり、特にシール性の面で長期
信頼性が向上する。また、マッチング層の材料費、加工
費がなくなり組立工程も簡略化できるため、製造コスト
の低減が可能となる。さらに、ケース１１と同じ材質を
用いてケース１１と振動子１２を接着固定した場合に
は、接着剤層の音響的なインピーダンス変化による特性
低下を防止できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。図１は、本発明による超音波トランスデュ
ーサ１０を概念的に示す断面図である。この実施例では
マッチング層は１層構造になっている。

【００１２】超音波トランスデューサ１０はケース１
１、振動子１２、ケースと一体に形成されたマッチング
層１５、バッキング層１６、ケーブル１７で構成されて
いる。

【００１３】ケース１１内には振動子１２が固定されて
いる。振動子１２は圧電材料、例えば比誘電率ε／ε₀
＝２０００、結合係数Ｋ_t＝５０％のＰＺＴ系圧電材料
で形成する。また、この振動子１２は５ＭＨｚ用であ
り、寸法形状は外径８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍである。振
動子１２の音波放射面側及び背面側にはそれぞれ電極１
３，１４が形成され、さらに放射面側から背面側にかけ
ては回し込み電極１３ａが形成されている。電極１３，
１４，１３ａは振動子２に銀ペーストを塗布して焼き付
けたもので、厚さは例えば１０μｍに設定してある。ま
た放射面側電極の外径は８ｍｍ、背面側電極の外径は７
ｍｍに設定してあるが、背面側電極の一部は切り欠かれ
そこに回し込み電極１３ａが形成されている。また、振
動子１２は、超音波放射面側がグランド側になるように
分極処理してある。

【００１４】ケース１１は、例えばフィラー材入りエポ
キシ樹脂で構成できる。ケース１１は射出成形などによ
って製造することができる。ケース１１の音響インピー
ダンスは、振動子１２と被検体の音響インピーダンスの
幾何平均値になるように選定してある。ケース１１の先
端付近には振動子１２に接する平板状部分１５が形成さ
れ、その肉厚は、接着剤層の厚みと合わせてλ／４とな
るよう０．１８ｍｍに設定してある。振動子１２は、ケ
ース１１と同材質のエポキシ樹脂系接着剤を用いてケー
ス１１の頂面内側に固定されている。このように、ケー
ス１１と振動子１２は、ケース１１と同じ材料を用い
て、接着固定することが望ましい。ケースの外径は１０
ｍｍ、内径は８ｍｍに設定してある。

【００１５】ケース１１の内部には、振動子１２の背面
側にフィラー材入り軟質エポキシ樹脂で構成されたバッ
キング層１６が形成されている。また、電極１４及び回
し込み電極１３ａにはケーブル１７からのリード線１
８，１９が接続されている。

【００１６】次に、図２を参照して本発明の他の実施例
を説明する。この実施例ではマッチング層が２層構造
（ｎ＝２）になっている。超音波トランスデューサ２０
の振動子、電極、バッキング層及びケースの内外径など
は図１の実施例と同様な構成にすることができる。

【００１７】ケース１の内周部には、突起部２２が９０
°間隔で４ケ所に設けられている。突起部２２は半径方
向に０．３ｍｍ、円周方向に０．３ｍｍそして高さ方向
に０．２５ｍｍの大きさを有している。この高さは、接
着剤層２３がλ／４の厚さになって１層目のマッチング
層２３として機能するように設定されている。また、ケ
ース１１の先端部には振動子１２に接する平板状部分１
５が形成され、その厚さはλ／４すなわち０．１１ｍｍ
に設定してあり、２層目のマッチング層１５として機能
する構成になっている。

【００１８】ケース１１と１層目のマッチング層２３と
して用いる接着剤の材質は、振動子、被検体の音響イン
ピーダンス及びマッチング層を２層構造（１５，２３）
としたときの音響インピーダンスのバランスを考慮し、
最適なもの例えばエポキシ樹脂を選定している。

【００１９】このように本発明では、マッチング層をｎ
層（ｎ：正数）構造にすることができるが、その場合に
は、ケース１１の材質は、最外ｎ層目のマッチング層と
同じ材質にすることが望ましい。さらに、振動子１２と
ケース１１との間の接着剤層を最内１層目のマッチング
層２３として機能させることが望ましい。

【００２０】図１に示した超音波トランスデューサと従
来の超音波トランスデューサを用いて環境性能試験を行
った。すなわち、超音波トランスデューサを温水中に長
時間放置して、感度の劣化並びに故障の発生状況を調べ
た。感度劣化の様子を図３に示した。図３から明らかな
ように、従来例では１００時間をすぎると感度が大幅に
低下したのに対し、実施例では１０，０００時間経過後
でも感度の劣化は小さかった。また、故障に関しては、
１０，０００時間経過後の電極リード又はマッチング層
の剥がれによる故障発生件数によって評価した。その結
果、従来品では１０個のサンプルのうち４個に故障が発
生していたが、本発明の実施例では１０個のサンプルの
うち故障は見られなかった。

【００２１】このように本発明の超音波トランスデュー
サはシール性に優れ、温水中でも長寿命を有することが
判明した。

【００２２】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば図２の実施例の突起部はリング状のスペーサ
として構成してもよい。また、ケース、接着剤として用
いたエポキシ樹脂の代わりに他の材料を用いることもで
きるが、この場合には同様の効果を得るために音響イン
ピーダンス及び音速を適当に選定してやることが必要で
ある。

【００２３】

【発明の効果】本発明の超音波トランスデューサは、ケ
ース１１の放射面側に所定の肉厚をもつ平板状部分１５
を形成し、この平板状部分１５がマッチング層１５とし
て機能する構成になっているので、ケース１１とマッチ
ング１５層とが一体化し、見かけ上その境界面がなくな
り、長期信頼性が向上する。また、マッチング層１５の
材料費、加工費がなくなり組立工程も簡略化できるた
め、製造コストの低減が可能となる。さらに、ケース１
１と同じ材質を用いてケース１１と振動子１２を接着固
定した場合には、接着剤層の音響的なインピーダンス変
化による特性低下を防止できる。また、接着剤層の厚み
を例えば実施例のような方法で管理してすることによ
り、その接着剤層自体が１層目のマッチング層として機
能するようになり、多層化が容易となって、広帯域化な
どの高性能化が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波トランスデューサの実施例
を概念的に示す断面図。

【図２】本発明の他の実施例を概念的に示す断面図。

【図３】本発明の実施例と従来例に関する環境性能試験
の結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１１ケース１２振動子１３放射側電極１３ａ回し込み電極１４背面側電極１５マッチング層（平板状部分）１６バッキング層１７ケーブル１８信号側リード線１９グランド側リード線２２突起部２３１層目のマッチング層として機能する接着剤層 ◆

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケースに振動子を配置し、振動子の放射
面側及び背面側にそれぞれマッチング層及びバッキング
層を設ける構成の超音波トランスデューサにおいて、ケ
ース（１１）の先端付近に所定の肉厚をもつ平板状部分
（１５）を形成し、この平板状部分（１５）が振動子
（１２）の放射面側に位置しマッチング層（１５）とし
て機能する構成にしたことを特徴とする超音波トランス
デューサ。