JPH07303299A

JPH07303299A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH07303299A
Application number: JP11426094A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林; Yukihiko Sawada; 之彦沢田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子の小型化による絶対的な感度低下を
トランスデューサの構造変更で改善し、小径探触子でも
近距離場の観測が可能で、感度が高く、画像精度の良い
超音波探触子を提供する。【構成】４は圧電セラミックスで板状をなし、その表
裏の主平面に共通ＧＮＤ電極１および送信用プラス電極
３が形成されている。また、この圧電セラミックス４の
長手方向の一端に受信用プラス電極２が付設され、共通
ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極２との間は共通ＧＮＤ
電極１と送信用プラス電極３との厚さｔ₁より薄い厚さ
ｔ₂に形成されている。【効果】厚さｔ₂が薄いため、屈曲の共振により高電
圧となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用超音波内視鏡な
どに用いられる超音波探触子に係わり、より詳しくは超
音波探触子の圧電素子の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波探触子は非破壊検査装置や
医療用の超音波診断装置として急速な需要の伸びをみせ
ている。超音波内視鏡の探触子は、超音波トランスデュ
ーサから高周波の音響振動（超音波）を生体中に放射
し、反射して戻ってきた超音波を超音波トランスデュー
サで受信し、僅かな界面特性の違いによって異なる情報
を処理することで、生体内部の断面像を得ている。

【０００３】超音波トランスデューサの振動子は、大別
すると圧電素子、音響整合層、および背面負荷材から構
成されている。前記超音波トランスデューサは、上記圧
電素子表面に形成された電極に高周波の電圧パルスを印
加し、圧電素子を共振させて急速に変形を起こし、超音
波パルスを発生させるものである。

【０００４】従来、超音波探触子には、送受一体型のト
ランスデューサ用いた超音波探触子として、特開昭５８
−６２５５４公報所載の技術が開示されている。

【０００５】この技術を図３０によって説明する。１０
１および１０２は共振周波数の異なる独立した圧電セラ
ミック振動子で、その共振周波数は、それぞれの材質お
よび形状（長さＬ₁Ｌ₂，巾Ｗ₁Ｗ₂，厚さＴ₁Ｔ₂）
によって定まる。１０３、１０４および１０５、１０６
は振動子１０１および１０２の表面に蒸着、メッキなど
の手段によって形成した表面電極である。１０７は振動
子１０１および１０２の後方に発射される超音波を吸収
するためのバッキングである。１０８および１０９は振
動子１０１および１０２の前方に配置されたマッチング
層で、それぞれ振動子１０１、１０２の共振周波数にお
ける振動の波長の１／４の厚さを有し、振動子１０１、
１０２から発射された超音波が効率よく生体に入射する
ようこれを整合する。１１０はマッチング層１０８、１
０９を通過した超音波を収束する音響レンズである。

【０００６】振動子１０１および１０２の表面電極１０
３、１０４および１０５、１０６には図示していないリ
ード線によって振動子１０１および１０２の共振周波数
成分をもつ高周波パルスがそれぞれ印加される。この高
周波パルスによって振動子１０１および１０２に発生し
た超音波はマッチングン層１０８および１０９を通過し
て音響レンズ１１０によって収束され、生体に入射す
る。生体で反射した超音波は逆のコースをとって振動子
１０１および１０２に入り電気信号に変換される。

【０００７】したがって複数個の振動子から発射される
超音波のうち、共振周波数の高い超音波は生体の浅い部
分につき距離分解の良好な探査を行い、共振周波数の低
い超音波は生体の深部を探査することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、特開昭
５８−６２５５４公報に示されたトランスデューサを用
いた超音波探触子では、大きさに制限がない場合には、
近距離場から遠距離場まで、ある程度良好な感度が得ら
れる。

【０００９】しかるに、例えば血管用超音波探触子のよ
うに、高周波化、小型化が必要なものでは、圧電素子も
小さくなり、必要とする感度を得ることが困難になって
きた。一般的に、感度は圧電素子の面積の二乗に比例し
て低下すると言われている。このような探触子において
は、圧電素子の面積を超音波探触子の径に合わせて小さ
くしていくと、Ｓ／Ｎ比が小さくなり、鮮明な画像が得
られなくなる。そのため、超音波探触子の小径化には感
度による制約を受けるという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項１、２または３に係る発明の目的
は、圧電素子の小型化による絶対的な感度低下をトラン
スデューサの構造変更で改善し、小径探触子でも近距離
場の観測が可能で、感度が高く、画像精度の良い超音波
探触子を提供することである。

【００１１】請求項４、５または６に係る発明の目的
は、請求項１、２または３に係る発明の目的に加え、圧
電素子の幅と厚さの比に制約のある場合においても、
圧電素子の小型化によるＳ／Ｎ比の低下を抑えた超音波
探触子を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１、２または３に係る発明は、板状圧電セラ
ミックスからなる圧電素子と、少なくとも１つの音響整
合層もしくは音響レンズと、背面負荷材とを有する超音
波探触子において、前記圧電素子は厚み方向に分極した
部分と長さ方向に分極した部分とからなり、長さ方向に
分極した部分の厚さの少なくとも一部を厚み方向に分極
した部分の厚さよりも薄く構成したことを特徴とする。

【００１３】請求項４、５または６に係る発明は、板状
圧電セラミックスからなる圧電素子と、音響整合層もし
くは音響レンズと、背面負荷材とを有する超音波探触子
において、前記圧電素子は厚み方向に分極した部分と長
さ方向に分極された部分とからなり、長さ方向に分極し
た部分に切込みを設け、柔軟性を有する高分子物質を充
填して構成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１、２または３に係る発明の作用は、受
信時に、圧電素子の長さ方向に分極した部分を使用し、
その部分の少なくとも一部の厚さを、厚み方向に分極し
た部分の厚さよりも薄く構成しているため、屈曲振動が
限定された高い周波数で起こりやすくなるとともに、振
動の減衰時間も短くなる。また、受信面積を同一とした
とき、受信部の圧電素子が薄いために変形が大きくな
り、大きな信号電圧を得ることができる。

【００１５】請求項４、５または６に係る発明の作用
は、受信時に、圧電素子の長さ方向に分極した部分を使
用し、その部分に切込みを設け、柔軟性を有する高分子
物質を充填して構成することで、振動部分の剛性が減
り、屈曲振動を増幅させるとともに、減衰時間が短くな
る。それ故、この構成による超音波探触子のＳ／Ｎ比が
向上する。

【００１６】

【実施例１】図１〜図５は第１実施例を示し、図１は圧
電素子の正面図、図２は圧電素子の平面図、図３および
図４はトランスデューサ部の正面図、図５は超音波探触
子の正面図である。

【００１７】まず、本実施例の要部たる圧電素子６につ
いて説明する。図１および図２において、４は圧電セラ
ミックスで板状をなし、その表裏の主平面に共通ＧＮＤ
電極１および送信用プラス電極３が形成されている。ま
た、この圧電セラミックス４の長手方向の一端に受信用
プラス電極２が付設され、共通ＧＮＤ電極１と受信用プ
ラス電極２との距離ａの間は共通ＧＮＤ電極１と送信用
プラス電極３との厚さｔ₁より薄い厚さｔ₂に形成され
ている。圧電セラミックス４は電気機械品質係数Ｑ_mが
１５００と高く、厚み方向および長さ方向の電気機械結
合係数（Ｋ_t，Ｋ₃₁）が大きいハード系ＰＺＴ（チタン
酸ジルコン酸鉛）を用いた。

【００１８】次に、圧電素子６の製造方法について説明
する。まず、圧電セラミックスの素材をブロック状に仕
上げ、長手方向の両側面に銀を焼付け、電極を形成す
る。そして、一方がプラス、他方がマイナスとなるよう
に長さ方向（図１矢印Ｂ）の分極をする。このプラス側
電極を受信用プラス電極２として残し、マイナス側電極
は除去する。

【００１９】さらに主平面をラップ研磨し、所定の周波
数の厚さｔ₁に仕上げる。共通ＧＮＤ電極１と受信用プ
ラス電極３との距離ａの領域を避けて、長さ方向の分極
が消去されないように、キュリー点Ｔ_Cより低い温度域
での蒸着法により、両主平面に銀電極を形成する。その
後、両電極間にて厚み方向（図１矢印Ａ）の分極を行
い、マイナス側を共通ＧＮＤ電極１とし、プラス側を送
信用プラス電極３として使用する。また先に主平面の銀
蒸着を避けた領域、すなわち共通ＧＮＤ電極１と受信用
プラス電極２との距離ａの部分の厚さをｔ₁より薄いｔ
₂となるように、両主平面を研削して受信面５を設け
た。以上により、圧電素子６が完成する。

【００２０】本実施例の圧電素子６のサイズは、幅Ｗ＝
０．６mm、長さＬ＝１．５mm、厚さｔ₁＝０．１mm（共
振周波数２０ＭHz）である。なお、長さ方向に分極され
た部分で薄肉化したところは、厚さｔ₂＝０．０６mm、
距離ａ＝０．３mmである。

【００２１】この圧電素子６を用いたトランスデューサ
部２１を、図３および図４により説明する。まず、圧電
素子６の共通ＧＮＤ電極１側の受信面５の上に音響整合
層１０を設ける。この音響整合層１０は厚さが１／４λ
（約３０μmm、λは超音波の波長）となるように、エポ
キシ樹脂で形成する。つぎに共通ＧＮＤ電極１の上に、
後にリード線１２が結線可能なようにその一部を避け
て、音響レンズ１５を形成する。音響レンズ１５は、音
響整合層１０と同様に、面頂部の厚さを１／４λとし、
エポキシ樹脂にて形成する。

【００２２】一方、圧電素子６の送信用プラス電極３側
には背面負荷材８が連接する。背面負荷材８は、エポキ
シ樹脂に、相異なる２種の粒径のタングステンをフィラ
ーとして混入した材料にて、凸型の部材に予め成形され
る。さらに前記凸型の部材の底面には、絶縁層９として
エポキシ樹脂層が付設されている。音響整合層１０と音
響レンズ１５とが圧電素子６と先に一体化され、つぎ
に、圧電素子６と背面負荷材８とが、図示せぬ嫌気性接
着剤にて加圧接着される。続いて、受信用プラス電極２
と背面負荷材８との間隙に、たとえばシリコン樹脂のよ
うな軟質の封止樹脂７を充填し、図３に示すトランスデ
ューサ部２１を形成する。なお、このトランスデューサ
部２１にて、超音波が放射される方向は、図３の中の矢
印３１で示し、この方向は音響放射軸に対応する。

【００２３】つぎに、このトランスデューサ部２１の三
つの電極、すなわち共通ＧＮＤ電極１、受信用プラス電
極２および送信用プラス電極３に、それぞれリード線１
２ａ，１２ｂ，１２ｃを半田１１ａ，１１ｂ，１１ｃに
て結線する。ついで、補強と絶縁を兼ねたエポキシ系の
封止樹脂１３にて、主平面側に露出する電極部を被覆す
る。また受信用プラス電極２の露出する部分は、たとえ
ばシリコン樹脂などの軟質系の封止樹脂２９にて被覆す
る（図４）。

【００２４】最後に、上記トランスデューサ部２１を内
視鏡用の超音波探触子２０として実装した場合を、図５
を用いて説明する。

【００２５】１８は金属パイプで、フレキシブルシャフ
ト１９がその一端にロウ付けされている。また金属パイ
プ１８はトランスデューサ部２１を収容し、固着するべ
く、所要の部分が切欠かれている。トランスデューサ部
２１は金属パイプ１８内に接着剤で固定され、さらに補
強のため、エポキシ系の封止樹脂１３で固められてい
る。

【００２６】ここで、上述した超音波探触子２０の作用
について説明する。超音波探触子２０は、送信時は共通
ＧＮＤ電極１と送信用プラス電極３との間に高周波の電
圧パルスを印加し、圧電素子６を厚み方向に共振させ
て、超音波パルスを発生させ、音響レンズ１５を兼ねた
整合層を経て、超音波を放射する。

【００２７】一方、被検体に当たり、反射したエコー波
は、圧電素子６に圧力を加えて変形させ、屈曲振動を発
生させる。この際、圧電素子６は、長さ方向に分極され
た部分の厚さｔ₂を厚み方向に分極された部分の厚さｔ
₁より薄くしてあるので、図３のＰ点を支点として屈曲
の共振も同時に起こし、受信用プラス電極２と共通ＧＮ
Ｄ電極１との間に大きな電圧が発生する。この発生した
電圧を受信用の信号として、図示しない画像処理装置に
取り込んで、画像化する。

【００２８】なお、受信用プラス電極２近傍の補強およ
び絶縁用の封止樹脂７、２９には、たとえばシリコン樹
脂などの柔軟性のあるものを使用したので、受信用プラ
ス電極２と共通ＧＮＤ電極１との屈曲振動が大きくな
り、より高い電圧が発生する。

【００２９】本実施例の効果について記述する。超音波
探触子２０では、受信時に共通ＧＮＤ電極１と受信用プ
ラス電極２との間に発生する電圧は、厚み方向の共通Ｇ
ＮＤ電極１と送信用プラス電極３との間よりも、電極間
距離がはるかに大きく、厚さｔ₂も薄いため、屈曲の共
振により高電圧となる。また、送信時には、音響レンズ
１５により放射する超音波ビームを収束させ、受信時に
は、１／４λの音響整合層１０によりエコー波の振動を
効率よく圧電素子６に伝えるため、伝達のロスが少なく
なる。また、送信時には音響レンズ１５を通して、超音
波を発信するために、方位分解能が向上する。

【００３０】以上により、小型のトランスデューサであ
っても、Ｓ／Ｎ比が向上し、図示しない画像処理装置に
より画像化して、解像度の高い画像を得ることができ
る。

【００３１】本実施例の変形例について記述する。本実
施例では、圧電素子６は共通ＧＮＤ電極１と受信用プラ
ス電極２との間をａ＝０．３mmとしたが、送信時に使用
する部分の厚さｔ₁の２倍以上のａ＝０．２以上であれ
ばよい。また、圧電素子の厚さｔ₁＝０．１mm、薄肉化
した部分は厚さｔ₂＝０．０６mmのものを使用したが、
ｔ₁＞ｔ₂であれば、薄肉化することにより屈曲振動が
大きくなり、同様な効果が得られる。なお、ｔ₂の厚さ
は、強度上の問題からｔ₂＝０．０３mm以上が好まし
い。

【００３２】また、結線には半田１１を用いているが、
ワイヤーボンデングや導電性樹脂を使用してもよい。さ
らに、電極の付設手段は蒸着のほか、スパッタリングそ
の他のキュリー点以下で付設可能なものであればよい。
また、電極付設後に、分極する場合は、焼付けやメッキ
による電極の形成でもよい。電極用材料は銀のほか、
金、銅およびこれらを含む合金など、導電性のあるもの
ならばよい。

【００３３】圧電素子６の母体たる圧電セラミックス４
は、機械的品質係数Ｑ_mが３００以上であれば、受信電
圧を上げることが可能で、Ｓ／Ｎ比が向上し画像化した
際よい結果が得られる。なお、本発明の圧電セラミック
スの材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系材
料をはじめ、チタン酸鉛（ＰＴ）系材料、チタン酸バリ
ウム系材料等を用いれば同様な効果が得られる。

【００３４】受信用プラス電極２の近傍の補強および絶
縁用の封止樹脂７，２９には、柔軟性のあるシリコン樹
脂を使用したが、絶縁性を有し柔軟性のあるゲル状のエ
ポキシ樹脂や、ブチルゴムをはじめとするゴム系の高分
子物質などでも同様の効果を得ることができる。

【００３５】さらに、本実施例では、方位分解能の向上
のため、音響レンズ１５を設けたが、その必要がないと
きはこれを省いて、音響整合層１０を共通ＧＮＤ電極１
の上に延長して設ければよい。また音響整合層１０の部
分は、適当な音響レンズに替えても、本実施例の基本的
な作用効果は変わらない。

【００３６】

【実施例２】図６〜図１１は第２実施例を示し、図６は
圧電素子の正面図、図７はトランスデューサ部の正面
図、図８は圧電素子の第１変形例を示す斜視図、図９は
圧電素子の第２変形例を示す正面図、図１０は圧電素子
の第３変形例を示す正面図、図１１は圧電素子の第４変
形例を示す正面図である。

【００３７】本実施例の基本的な構成は前記第１実施例
と同様であり、同一の構成部分には同一番号を付すとと
もに、相違点についてのみ説明する。

【００３８】本実施例の圧電素子６Ａは、図６のよう
に、第１実施例の圧電素子６の受信面５に相当する部分
を研削せずにそのまま使用し、圧電セラミックス４Ａの
送信用プラス電極３側のみ研削して、厚さｔ₂を確保し
たものである。圧電素子６Ａは、共通ＧＮＤ電極１と送
信用プラス電極３との間の厚み周波数１２ＭHz、厚さｔ
₁＝約２００μｍ、研削して薄くした部分の厚さｔ₂＝
約１００μｍに形成されている。

【００３９】またトランスデューサ部２１Ａは、図７に
示すように、音響整合層１０Ａと音響レンズ１５Ａが第
１実施例と若干相違している。まず、音響整合層１０Ａ
は、共通ＧＮＤ電極１と受信面５Ａの双方にまたがっ
て、１／４λの厚さに形成され、さらにその上の共通Ｇ
ＮＤ電極１に相当する領域に音響レンズ１５Ａが形成さ
れる。この音響レンズは図示しない円筒型を、エポキシ
樹脂に押しつけて成形する。そのほかは、前記第１実施
例と同様にして、図７に示すトランスデューサ部２１Ａ
を得た。

【００４０】このトランスデューサ部２１Ａの超音波探
触子への実装は、前記第１実施例と同様のため、説明を
省略する。

【００４１】本実施例の超音波探触子としての作用およ
び効果は第１実施例と同様である。しかし、圧電セラミ
ックス４Ａは片側のみの研削ですむため、受信部分の厚
さｔ₂の加工を容易にすることができるとともに、音響
整合層１０Ａが均一な受信面５Ａに形成されるため、１
／４λの厚さを高精度にすることができ、受信感度がさ
らに向上するという効果がある。

【００４２】本実施例および前記第１実施例では、図１
および図６に示すように、３個の平面電極を付設してい
るが、図８に示す圧電素子６Ｂのように、共通ＧＮＤ電
極１に替えて、送信用ＧＮＤ電極２６と受信用ＧＮＤ電
極２５に分割する構成にしてもよい。

【００４３】さらに、本実施例では、長さ方向に分極さ
れた部分全体が薄板化されたものであったが、図９に示
す圧電素子６Ｃおよび図１０に示す圧電素子６Ｄのよう
に、屈曲振動を起こしやすくするため、連続的に厚さを
変化させて薄板化してもよい。この場合も、エコー波に
より発生する電圧は大きくなるとともに、圧電素子の強
度を増すという効果も得られる。

【００４４】なお、本実施例および前記第１実施例で
は、共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極２との間のａ
の距離すべてが薄板化されていたが、図１１に示す圧電
素子６Ｅのように、共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電
極２との間の内の一部を薄板化してもよい。この際、
ｂ，ｃのサイズは固有振動数により決定するもので、主
に、ｂのサイズにより受信信号の周波数特性を決定する
ことができる。

【００４５】

【実施例３】図１２は第３実施例を示し、トランスデュ
ーサ部２１Ｂの正面図を表す。

【００４６】本実施例の基本的な構成は、前記第１およ
び第２実施例と同様であり、同一の構成部分には同一番
号を付すとともに、相違点についてのみ説明する。

【００４７】本実施例で用いた圧電素子６Ａは、前記第
２実施例にて用いた図６に示すものと同一である。図１
２に示すように、この圧電素子６Ａの受信用プラス電極
２を覆うように、銅製の金属ブロック１４が図示しない
導電性接着剤にて固定されている。受信用プラス電極２
とリード線１２ｂとの導通は、金属ブロク１４にリード
線１２ｂを半田１１ｂにて結線することにより行われ
る。

【００４８】また、音響レンズ１５Ｂは、共通ＧＮＤ電
極１の上に形成され、音響整合層１０Ｂは受信面５Ａと
金属ブロック１４にまたがるように、形成されている。
さらに、金属ブロック１４付近の封止は、金属ブロック
１４とリード線１２ｂの結線部を覆うようになされてい
る。その他の構成は前記第２実施例と同じである。

【００４９】本実施例のトランスデューサ部２１Ｂで
は、圧電素子６Ａがエコー波を受け、点Ｐを支点として
屈曲振動を起こす際、金属ブロック１４は負荷質量とし
て働き、振動を大きく増幅させる。また、受信用プラス
電極２の面積が小さくて、直接リード線１２ｂの結線が
困難な場合でも、金属ブロック１４を介して導通をとる
ことができる。その他の作用効果は前記第２実施例と同
じである。

【００５０】本実施例のトランスデューサ部２１Ｂは、
金属ブロック１４の振動増幅作用により、出力される電
圧が大きくなり、高い感度の超音波探触子が得られる。
また、受信用プラス電極２と金属ブロック１４は、導電
性接着剤で接合されているため、リード線１２ｂの結線
は、金属ブロック１４で行えばよく、容易に結線ができ
るとともに、信頼性を向上させることができる。

【００５１】本実施例では、銅製の金属ブロック１４を
使用したが、金属の材質は銅に限ることなく導通性があ
るものならばよい。また、負荷質量が確保されれば非金
属であってもよく、たとえば、絶縁性物質の場合には、
受信用プラス電極２と画像処理装置をつなぐリード線１
２ｂとを結線できるように、穴をあけたり、溝や切欠き
などを設ければよい。

【００５２】

【実施例４】図１３〜図１７は第４実施例を示し、図１
３は積層圧電素子の正面図、図１４は積層圧電素子を用
いたトランスデューサ部の正面図、図１５は積層圧電素
子の第１変形例を示す正面図、図１６は積層圧電素子の
第２変形例を示す正面図、図１７は積層圧電素子の第３
変形例を示す正面図である。

【００５３】本実施例の基本的な構成は前記第１〜第３
実施例と同様であり、同一の構成部分には同一番号を付
すとともに、相違点についてのみ説明する。

【００５４】本実施例の積層圧電素子２７は、図１３に
示すように、送信時に使用する部分が積層体となってい
る。図１３において、１ａ，１ｂはそれぞれ共通ＧＮＤ
電極で、圧電セラミックス４Ｅ，４Ｆの外側に形成され
ている。１７は内部電極で、圧電セラミックス４Ｅ、４
Ｆにサンドイッチされるように形成されている。また内
部電極１７に連通するように、外部電極１６が形成され
ている。この内部電極１７と、外部電極１６とで、送信
用プラス電極を構成する。２は受信用プラス電極であ
り、長手の圧電セラミックス４Ｅの一端で外部電極１６
の反対側に形成されている。

【００５５】積層圧電素子２７の製造方法について説明
する。まず、ドクターブレード法により長短２枚のグリ
ーンシートを作製し、短い方のグリーンシートに内部電
極１７となる銀パラジウム電極ペーストをスクリーン印
刷により付与する。そして、２枚のグリーンシートを熱
圧着して一体化させ、脱脂焼成を行う。焼成体は精密裁
断機により裁断して外形を整えた後、共通ＧＮＤ電極１
ａ、１ｂ、受信用プラス電極２、外部電極１６を銀蒸着
法により、形成する。

【００５６】つぎに、送信時に使用する共通ＧＮＤ電極
１ａ，１ｂ間を内部電極１７がプラスとなるように（矢
印Ａ，Ｃ）、厚み方向の分極を８０℃のシリコン油中
で、直流電圧を印加して行う。その後共通ＧＮＤ電極１
ａと受信用プラス電極２との間で、長さ方向の分極を同
様に行い（矢印Ｂ）、積層圧電素子２７を作製する。

【００５７】積層圧電素子２７に、前記第１〜３実施例
と同様にして、音響整合層１０、音響レンズ１５、背面
負荷材８、金属ブロック１４などを付設して、図１４に
示すトランスデューサ部３０を完成させる。

【００５８】なお、音響整合層１０Ｃは、共通ＧＮＤ電
極１ａ上にて結線のための一部のスペースを残し、エポ
キシ樹脂により１／４λの厚さに形成し、その後シリコ
ン樹脂より成る凸型の音響レンズ１５Ｃを、カップリン
グ剤による表面処理をした後、接着により固着する。

【００５９】また、送信時の信号線は、内部電極１７と
電気的に導通するように形成した外部電極１６から、直
接半田１１ｄを半田付けにより、リード線１２ｇと結線
した。その他の電極からの結線は前記までの実施例と同
様に、共通ＧＮＤ電極１ａ，１ｂにおいては、半田１１
ａ，１１ｃにより直接半田付けし、受信用プラス電極２
は金属ブロック１４を介して半田１１ｂにて結線し、リ
ード線１２ｄ，ｅ，ｆと導通する構成となっている。他
の構成については、前記第１〜３実施例と同じなので説
明を省略する。

【００６０】本実施例の作用について説明する。上記構
成の超音波探触子の送受信の動作原理は前記第１〜３実
施例と同様で、送信時には共通ＧＮＤ電極１ａ，１ｂと
内部電極１７との間に電圧パルスを印加し、厚み方向の
共振で超音波を発生させる。そして受信時には、共通Ｇ
ＮＤ電極１ａと受信用プラス電極２との間で起きた屈曲
振動を利用し、共通ＧＮＤ電極１ａと受信用プラス電極
２との間に発生する電圧を画像処理装置に取り込み、画
像化する。

【００６１】このように、送信時の圧電素子が２層に積
層されているため、印加する電圧が単層の場合の１／２
であっても、単層の場合と同一レベルの振動が発生し、
超音波が発信される。その他の作用は第１〜３実施例と
同じである。

【００６２】本実施例の特有の効果は、振動子として積
層体を使用しているため、送信時に圧電素子に入力する
電圧を低くしても、単層の場合と同一の屈曲振動を得る
ことができるので、低電圧での駆動が可能となり、駆動
回路が容易となるほか、超音波探触子を人体に挿入する
ものでは、安全であるということができる。

【００６３】また、送信時に、音響レンズ１５Ｃを通し
て超音波を発信し、受信時には最も効率的な厚みの音響
整合層１０Ｃを通して、超音波を受けるため、感度を落
とすことなく、方位分解能を向上させることができると
ともに、音響レンズが凸型のレンズであるため、気泡な
どがレンズ面に付きにくくなり、操作性も向上する。

【００６４】なお、本実施例では、積層圧電素子とし
て、図１３のものを使用したが、この形状に限定され
ず、図１５に示す積層圧電素子２７Ａのように、受信部
の厚さが連続的に変化していたり、図１６〜図１７に示
す積層圧電素子２７Ｂ，２７Ｃのように受信部の位置が
厚み方向の中央付近にあっても同様な効果が得られる。

【００６５】

【実施例５】図１８〜図２５は第５実施例を示し、図１
８は圧電素子の平面図、図１９は圧電素子の斜視図、図
２０〜図２５はそれぞれ圧電素子の第１〜第６変形例を
示す斜視図である。

【００６６】本実施例の基本的な構成は前記第１実施例
と同様であり、同一の構成部分には同一番号を付すとと
もに、相違点についてのみ説明する。

【００６７】本実施例の圧電素子６Ｆは、図１８および
図１９に示すように、受信時に使用する共通ＧＮＤ電極
１と受信用プラス電極２との間に音響放射軸３１と平行
に切込み２８を設けている。この切込み２８は、電極を
圧電セラミックス４Ｇに付設し、分極後に精密裁断機を
使用して、共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極２との
間の形状がほぼ等しくなるように、２本設けた。これに
より、受信時に使用する部分が３分割されることとな
る。

【００６８】この切込み２８のある圧電素子６Ｆの受信
用プラス電極２へのリード線の結線は、まず、切込み２
８にシリコン樹脂を充填し、３ヶ所に分かれた受信用プ
ラス電極２をエポキシ系の導電性樹脂で相互につなぎ、
さらにリード線とも導電性樹脂を用いて結線した。

【００６９】この圧電素子６Ｆのトランスデューサ部や
超音波探触子への実装手段は、前記実施例と同様のため
説明を省略する。

【００７０】本実施例の作用について説明する。上記構
成の超音波探触子の送受信の動作原理は前記第１〜４実
施例と同様で、送信時には共通ＧＮＤ電極１と送信用プ
ラス電極３との間に電圧パルスを印加し、厚み方向の共
振で超音波を発生させる。そして受信時には、共通ＧＮ
Ｄ電極１と受信用プラス電極２との間で起きた屈曲振動
を利用し、共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極２との
間に発生する電圧を画像処理装置に取り込み、画像化す
る。

【００７１】その際、３ヶ所に分割した受信部におい
て、不要な幅方向の長さ方向振動が低減し、受信波の周
波数特性が良好になる。また、切込み２８の部分は、セ
ラミックスよりも柔軟性のあるシリコン樹脂を充填した
ので、受信部たる共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極
２との間の屈曲振動が大きくなる。

【００７２】本実施例の特有の効果は、圧電素子６Ｆの
受信部たる長さ方向に分極した部分に、音響放射軸と平
行に切込みを設けたので、不要な幅方向の振動を低減
し、また切込み部分へのシリコン樹脂の充填により屈曲
振動を増幅させ、これらによりＳ／Ｎ比が向上して、画
像精度のよい超音波探触子が得られる。

【００７３】さて、本実施例では、圧電素子として、図
１８〜図１９に示すものを使用したが、これに限定され
ず、図２０、図２１または図２５に示した圧電素子６
Ｇ，６Ｈまたは６Ｌのように、前記第１〜第３実施例に
て示した共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極２の間を
薄肉化したものや、図２２〜図２４に示した圧電素子６
Ｉ〜６Ｋのように連続的に厚さを変えたものに切込み
を設けたものなどを用いてもよい。また、図示しない
が、第４実施例で示した積層圧電素子のように、送信部
が積層体であっても、受信部分の一部または全体に同様
な切込み２８を設けてもよい。

【００７４】なお、切込みの本数は圧電素子の幅Ｗによ
り、最適値が異なる。図２５に示す圧電素子６Ｌは切込
みを一本にした例である。また、切込みの幅は、シリコ
ン樹脂を充填できる幅があればよい。本実施例では、充
填材として、シリコン樹脂を用いたが、ゲル状のエポキ
シ樹脂やプチルゴムなどのゴム系の高分子物質を用いて
もよい。

【００７５】

【実施例６】図２６〜図２９は第６実施例を示し、図２
６は圧電素子の斜視図、図２７は圧電素子の第１変形例
を示す斜視図、図２８は圧電素子の第２変形例を示す斜
視図、図２９は圧電素子の第３変形例を示す斜視図であ
る。

【００７６】本実施例の基本的な構成は前記第５実施例
と同様であり、同一の構成部分には同一番号を付すとと
もに、相違点についてのみ説明する。

【００７７】本実施例の圧電素子６Ｍは、図２６に示す
ように、送信時に使用する共通ＧＮＤ電極１と送信用プ
ラス電極３との間の音響放射面である共通ＧＮＤ電極１
と平行に切込み２８を設けている。この切込み２８は、
電極を圧電セラミックスに付設し、分極後に精密裁断機
を使用して、共通ＧＮＤ電極１と送信用プラス電極３と
の間の形状がほぼ等しくなるように、１本設けた。これ
により、受信時に使用する部分が２分割されることとな
る。

【００７８】この切込み２８のある圧電素子６Ｍの受信
用プラス電極２へのリード線の結線は、まず、切込み２
８にシリコン樹脂を充填し、２ヶ所に分かれた受信用プ
ラス電極２をエポキシ系の導電性樹脂で相互につなぎ、
さらにリード線とも導電性樹脂を用いて結線した。

【００７９】この圧電素子６Ｊのトランスデューサ部や
超音波探触子への実装手段は、前記実施例と同様のため
説明を省略する。

【００８０】本実施例の基本的作用は前記第５実施例と
同様のため説明を省略する。ただし、２ヶ所に分割した
受信部たる受信用プラス電極２と共通ＧＮＤ電極１との
間での屈曲振動は、切込み２８にセラミックスよりも柔
軟性があるシリコン樹脂を充填したので、振動部分の剛
性が減り、屈曲振動の減衰時間が短くなる。また、受信
部たる受信用プラス電極２と共通ＧＮＤ電極１との屈曲
振動の振幅が大きくなる。

【００８１】本実施例の特有の効果は、圧電素子６Ｍの
受信部たる長さ方向に分極した部分に、音響放射面と平
行に切込み２８を設け，その切込み部分へのシリコン樹
脂の充填により屈曲振動を増幅させ、さらに減衰時間の
短縮によりＳ／Ｎ比が向上して、画像精度のよい超音波
探触子が得られる。

【００８２】さて、本実施例では、圧電素子として、図
２６に示すものを使用したが、これに限定されず、図２
７に示した積層圧電素子２７Ｄの形状のものであっても
よい。この場合、内部電極１７Ａの厚さが切込み２８Ａ
の幅と同じになる。また、図２８に示した圧電素子６Ｎ
のように、受信部として使用する共通ＧＮＤ電極１と受
信用プラス電極２との間の幅が連続的に変化するもので
も同様な効果が得られる。

【００８３】なお、図２９に示したように、受信時に使
用する部分の共通ＧＮＤ電極１と受信用プラス電極２と
の間の厚さを連続的に変えた構成の圧電素子６Ｃ（図９
参照）に、音響放射面に平行な切込み２８と、音響放射
軸に平行な切込み２８を設けた圧電素子６Ｐを使用する
と、幅Ｗ方向の不要振動が減少しＳ／Ｎ比が向上する効
果と、受信時の屈曲振動が大きくなり感度が向上する効
果が同時に得られる。

【００８４】また、図示しないが、第４実施例で示した
積層圧電素子のように、送信部が積層体であっても、受
信部分の一部または全体に同様な切込み２８を設けても
よい。

【００８５】なお、切込みの本数は圧電素子の幅および
厚さにより、最適値が異なる。本実施例では、音響放射
面と平行に１本の例を示したが、複数本もありうる。切
込みの幅は、シリコン樹脂を充填できる幅があればよい
が、受信部の圧電素子の最小断面積が０．１mm²以上で
あるほうが好ましい。

【００８６】

【発明の効果】請求項１〜３に係る発明によれば、圧電
素子の小型化による絶対的な感度低下を改善し、感度が
高く、画像精度のよい超音波探触子を提供することがで
きる。請求項２に係る発明によれば、上記効果に加え、
低電圧での駆動が可能となり、安全性を向上することが
できる。請求項３に係る発明によれば、上記効果に加
え、屈曲振動の増幅を阻害することなく、圧電素子の強
度を維持することができる。

【００８７】請求項４〜６に係る発明によれば、圧電素
子の幅と厚さの比に制約がある場合であっても、圧電素
子の小型化による絶対的な感度低下を改善し、感度が高
く、画像精度のよい超音波探触子を提供することができ
る。請求項５に係る発明によれば、上記効果に加え、径
方向の不要振動を減らし、圧電素子の小型化によるＳ／
Ｎ比の低下を抑えることができる。請求項６に係る発明
によれば、上記効果に加え、屈曲振動の減衰時間を短縮
させ、画像を鮮明にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の圧電素子を示す正面図である。

【図２】実施例１の圧電素子を示す平面図である。

【図３】実施例１のトランスデューサ部を示す正面図で
ある。

【図４】実施例１のトランスデューサ部を示す正面図で
ある。

【図５】実施例１の超音波探触子を示す正面図である。

【図６】実施例２の圧電素子を示す正面図である。

【図７】実施例２のトランスデューサ部を示す正面図で
ある。

【図８】実施例１および２の圧電素子の第１変形例を示
す斜視図である。

【図９】実施例２の圧電素子の第２変形例を示す正面図
である。

【図１０】実施例２の圧電素子の第３変形例を示す正面
図である。

【図１１】実施例１および２の圧電素子の第４変形例を
示す正面図である。

【図１２】実施例３のトランスデューサ部を示す正面図
である。

【図１３】実施例４の積層圧電素子を示す正面図であ
る。

【図１４】実施例４の積層圧電素子を用いたトランスデ
ューサ部を示す正面図である。

【図１５】実施例４の積層圧電素子の第１変形例を示す
正面図である。

【図１６】実施例４の積層圧電素子の第２変形例を示す
正面図である。

【図１７】実施例４の積層圧電素子の第３変形例を示す
正面図である。

【図１８】実施例５の圧電素子を示す平面図である。

【図１９】実施例５の圧電素子を示す斜視図である。

【図２０】実施例５の圧電素子の第１変形例を示す斜視
図である。

【図２１】実施例５の圧電素子の第２変形例を示す斜視
図である。

【図２２】実施例５の圧電素子の第３変形例を示す斜視
図である。

【図２３】実施例５の圧電素子の第４変形例を示す斜視
図である。

【図２４】実施例５の圧電素子の第５変形例を示す斜視
図である。

【図２５】実施例５の圧電素子の第６変形例を示す斜視
図である。

【図２６】実施例６の圧電素子を示す斜視図である。

【図２７】実施例６の圧電素子の第１変形例を示す斜視
図である。

【図２８】実施例６の圧電素子の第２変形例を示す斜視
図である。

【図２９】実施例６の圧電素子の第３変形例を示す斜視
図である。

【図３０】従来の超音波探触子を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１共通ＧＮＤ電極２受信用プラス電極３送信用プラス電極４圧電セラミックス５受信面６圧電素子７軟質系封止樹脂８背面負荷材９絶縁層１０音響整合層１１半田１２リード線１３封止樹脂１４金属ブロック１５音響レンズ１６外部電極１７内部電極１８ハウジング１９フレキシブルシャフト２０超音波探触子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状圧電セラミックスからなる圧電素子
と、少なくとも１つの音響整合層もしくは音響レンズ
と、背面負荷材とを有する超音波探触子において、前記圧電素子は厚み方向に分極した部分と長さ方向に分
極した部分とからなり、長さ方向に分極した部分の厚さ
の少なくとも一部が厚み方向に分極した部分の厚さより
も薄く構成したことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】前記圧電素子は、複数枚積層された積層
体からなることを特徴とする請求項１記載の超音波探触
子。
【請求項３】前記圧電素子は、前記長さ方向に分極し
た部分の厚さが連続的に変化してなることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の超音波探触子。
【請求項４】板状圧電セラミックスからなる圧電素子
と、音響整合層もしくは音響レンズと、背面負荷材とを
有する超音波探触子において、前記圧電素子は厚み方向に分極した部分と長さ方向に分
極した部分とからなり、長さ方向に分極した部分に切込
みを設け、柔軟性を有する高分子物質を充填して構成し
たことを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】前記圧電素子に設けた切込みは音響放射
軸と平行であることを特徴とする請求項４記載の超音波
探触子。
【請求項６】前記圧電素子に設けた切込みは音響放射
面と平行であることを特徴とする請求項４記載の超音波
探触子。