JPH07312799A

JPH07312799A - 超音波探触子とその製造方法

Info

Publication number: JPH07312799A
Application number: JP6126885A
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: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1995-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP3530580B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化、薄型化の要求に対応でき、超音波探
触子としての性能を効率よく具現し、表面電極への電気
的導通を容易に得ることができる超音波探触子を提供す
る。【構成】予め厚み方向に分極した圧電素子３と、少な
くとも１つの音響整合層６もしくは音響レンズと、背面
負荷材７とを重合した積層体２０を有する超音波探触子
において、前記積層体２０の側面に露出した表面電極
４，５の端部２より電気的導通手段２１，２２を設けて
構成している。【効果】分極軸が厚み方向に揃っているので、小型に
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およびその製造方法に関す
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】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、圧電素子の
形状は小さくなり、厚さも非常に薄いものとなる。それ
故結線方法いわゆる電極の取り方が非常に困難になって
きた。

【０００５】圧電素子の表面電極は、一般的に銀ペース
トを焼付けて作製するが、高周波化、高精度化が要求さ
れ、金、銀、ニッケルなどの金属や、その合金の蒸着、
スパッタリングにより、電極を形成することが多い。超
音波探触子用の圧電素子の電極には、耐水性、耐薬性樹
脂への密着性などが必要であるため、厚さが厚くでき、
音響的にも影響を与えず、なおかつ圧電特性も低下させ
ないという電極構造が求められているが、残念ながら見
つかっていない。

【０００６】従来、電極を厚くした超音波探触子の例と
して、特開平３−１７３５４７号公報所載の技術が開示
されている。

【０００７】この技術を図２２〜図２３によって説明す
る。図２３に示す筒状の非導通性ケース１０１と、この
非導通性ケース１０１の一方の端部に嵌め込み固定した
セラミック板１０２と、非導通性ケース１０１内の該ケ
ースの開口端部側へセラミック板１０２に密接させて充
填した導通性のバッキング材１０３と、非導通性ケース
１０１及びセラミック板１０２に亘る外面に形成した薄
膜状電極１０４とにより超音波振動子１００の構造を得
ている。そして、セラミック板１０２に電圧を印加して
分極させて圧電効果を持たせた。さらに必要に応じて音
響整合層１０５を薄膜状電極１０４上に設けた。

【０００８】また、この超音波振動子を駆動するため、
非導通性ケース１０１の外面に形成した薄膜状電極１０
４からリード線１０６を延出し、また導通性のバッキン
グ材１０３からリード線１０７を延出した。

【０００９】このように、筒状の非導通性ケース１０１
により筐体構造を得て、セラミック板１０２の一方の平
面に導通性のバッキング材１０３を充填し、且つその他
方の平面に薄膜状電極１０４を形成しているから、導通
性のバッキング材１０３を正電極とし、薄膜状電極１０
４を負電極とした超音波振動子を得ている。

【００１０】一方、側面電極に重ね塗りして補強する従
来例として、特開平５−１３５４２号公報所載の技術が
開示されている。

【００１１】この技術を図２４によって説明する。超音
波振動子２０１には、電圧を印加するための二つの銀電
極２０１ａ，２０１ｂが固着されている。また、これら
の電極は、超音波振動子の一方の面でＦＰＣ２０２ａ，
２０２ｂに、それぞれ、はんだ２０７ａ，２０７ｂで接
続され、外部に引出される。このため、ＦＰＣ側の電極
２０１ａはそのままＦＰＣ２０２ａに接続されるが、他
の電極２０１ｂは超音波振動子の脇を通って、反対側に
折り返されてＦＰＣ２０２ｂと接続される。従って、電
極の厚さが薄くなる折り返しのコーナ部２０５ａ，２０
５ｂを含む範囲に銀電極２０１ｃを重ね塗りし補強をし
ている。また、反対側のコーナ部では、ＦＰＣとの接続
面積を増加させる目的で、銀電極２０１ａを超音波振動
子の側面まで固着し、さらに、反対側の補強された電極
２０１ｃ部との高さのバランスを保つために、同様の補
強２０１ｄを施している。この後、超音波振動子の微細
な切断加工を行いアレイ状にする。

【００１２】このように、電極の折り返しコーナ部の銀
電極を重ね塗りしたことにより、超音波振動子への銀電
極の密着度が強くなり、折り返しコーナ部が剥離や断線
することなくアレイ状の探触子を製造できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術にはそれぞれ次のような課題がある。前述のよう
に、特開平３−１７３５４７号公報（従来技術１）に示
された超音波探触子は導電性のバッキング材１０３がセ
ラミック板１０２の片側の電極を兼ねている構成であ
る。一般に、超音波内視鏡等では、超音波を効率よく放
射するため、その超音波探触子は媒体中に浸漬した状態
で使用する。この媒体は時間とともに、樹脂を膨潤させ
る性質がある。それ故、従来技術１の超音波探触子を媒
体中に浸漬して使用した場合は、電極を兼ねたバッキン
グ材１０３の樹脂中にフィラーとして混入してある導電
性物質どうしの接触を断つこととなる。そのため、初期
には抵抗値が上がることに起因する感度の低下が起こ
り、最後には導通が取れずに画像がでなくなるという問
題点がある。

【００１４】また、超音波振動子１００は非導通性ケー
ス１０１が筒状をなし、筒の中に他の部材を積層するた
め、１個づつ製造せざるをえない。そのため生産性が悪
く、製造コストが高くなるという問題点がある。

【００１５】つぎに、特開平５−１３５４２号公報（従
来技術２）に示された超音波探触子は、銀電極２０１
ａ，２０１ｂを超音波振動子２０１の側面に延長して側
面電極を形成している。こうした構成のため、側面電極
周辺部では、分極軸の方向が９０度回転した横方向（長
手方向）に近づき、不要なモードの振動が起こりやすく
なる。そして、実際に超音波を送受するのに有効な対向
する位置に、正負の電極がある部分の割合が減少する。
小型化が要求され、圧電素子の体積自体が規制されてい
る血管用超音波探触子などでは、実際に駆動する部分の
減少は大きく感度に影響し、画像精度の劣化につなが
る。また、高周波化とともに、圧電素子の厚さは薄くな
り、側面部に電極を形成すること自体が非常に困難にな
っている。従来技術２の超音波探触子には、以上のよう
な問題点がある。

【００１６】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、小型化、薄型化の要求に対応でき、超音波探触子と
しての性能を効率よく具現し、表面電極への電気的導通
を容易に得ることができる超音波探触子を提供すること
である。

【００１７】請求項４または５に係る発明の目的は、圧
電素子を含む積層体を形成し、裁断して、多数の小型ト
ランスデューサユニットを同時に製造することにより、
量産効果を高め、製造コストの安価な超音波探触子の製
造方法を提供することである。

【００１８】

【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、予め厚み方向
に分極した圧電素子と、少なくとも１つの音響整合層も
しくは音響レンズと、背面負荷材とを重合した積層体を
有する超音波探触子において、前記積層体の側面に露出
した表面電極の端部より電気的導通手段を設けて構成し
たことを特徴とする。

【００１９】請求項４に係る発明は、予め厚み方向に分
極した圧電素子と、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、絶縁性基板とを重合し
て積層体を形成し、積層体の側面を裁断した後、該側面
に絶縁手段を設け、前記積層体の表面電極の側面に切込
みを入れて電極を露出させ、該電極の露出部より電気的
導通手段を付設することを特徴とする。請求項５に係る
発明は、少なくとも一方の表面電極を帯状に形成し、予
め厚み方向に分極した圧電素子と、少なくとも１つの音
響整合層もしくは音響レンズと、背面負荷材とを重合し
て積層体を形成し、一方の前記帯状の表面電極を避けた
位置にて、積層体の側面を裁断した後、前記積層体の表
面電極の側面の電極露出部より電気的導通手段を付設す
ることを特徴とする

【００２０】

【作用】請求項１、２または３に係る発明の作用は、圧
電素子を予め分極し、他の部材と積層後に表面電極と電
気的導通をとるので、裁断面積を超音波の送受信のため
に有効に利用でき、超音波探触子の小型化、薄型化が容
易である。

【００２１】請求項４または５に係る発明の作用は、音
響整合層、圧電素子、および背面負荷材を積層後に、裁
断するので量産が容易である。さらに、請求項４に係る
発明の作用は、裁断後、電極の露出部に切込みを入れる
ため、圧電素子が割れにくく歩留りが良い。

【００２２】

【実施例１】図１〜図６は第１実施例を示し、図１はト
ランスデューサユニットの斜視図、図２は積層体の斜視
図、図３〜図５は積層体の製造工程を示す正面断面図、
図６は超音波探触子の正面断面図である。

【００２３】まず、本実施例の要部たるトランスデュー
サユニット２０の構成について、説明する。図１におい
て、３は圧電素子を示し、板状の圧電セラミックス１の
主平面の表裏に、表面電極たるＧＮＤ電極４とプラス電
極５を付設して形成されている。圧電素子６のＧＮＤ電
極４の側には、音響整合層６が重合され、プラス電極５
の側には導電性の材料からなる背面負荷材７および非導
電性のアルミナ基板１０が重合されて、積層体が形成さ
れている。この積層体には、音響整合層６の表面以外の
面は、絶縁層８により被覆されている。さらに、圧電素
子３の表面電極たるＧＮＤ電極４とプラス電極５の部分
には、絶縁層８を切除して表面電極が露出するように、
鋭角の切込み２がそれぞれ設けられている。また、積層
体の絶縁層８の上には、切込み２の表面電極の露出部と
導通するように、ＧＮＤ導電薄膜２１とプラス導電薄膜
２２が付設されている。

【００２４】トランスデューサユニット２０は、後に図
６を用いて製造方法の中で詳述するように、超音波探触
子１７のハウジング１４に固着され、同軸ケーブル２７
と電気的に導通されている。

【００２５】つぎに、超音波探触子１７の製造方法のう
ち、図２を用いてまず圧電素子３から説明する。厚さ
０．１１mmで共振周波数２０ＭHzのチタン酸鉛（ＰＴ）
系（自発分極が消失する温度は３２０℃程度）の材料か
らなる長方形の圧電セラミックス１をラップ仕上げによ
り作製する。つぎに圧電セラミックス１の主平面の表裏
に銀ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥後、
焼付けをする。これにより表面電極が形成された圧電セ
ラミックス１を８０℃のシリコンオイルのなかで分極
し、ＧＮＤ電極４とプラス電極５とを形成し圧電素子３
ができる。

【００２６】この圧電素子３のＧＮＤ電極４上に約３５
μｍのエポキシ樹脂性の音響整合層６を付設する。さら
に、プラス電極５上には、平均粒径１０μｍと５０μｍ
のタングステンフィラー入りのエポキシ樹脂からなる厚
さ３００μｍの背面負荷材７を接着により重合し、さら
にその上に５００μｍのアルミナ基板１０を接着して積
層体３１を形成する。

【００２７】ついで、図２に示す切断位置１９の位置
で、精密裁断機を用いて幅Ｌ＝０．６６mmに裁断し、図
３に示す積層体３１Ａとする。この積層体３１のアルミ
ナ基板１０の片側の角を研磨して、面取り１０Ａを設け
る。そして、音響整合層６の表面には、ポリイミド製テ
ープでマスキングした後、パリレンにて絶縁コーティン
グし、音響整合層６の表面以外の部分に絶縁層８を形成
し、図４に示す積層体３１Ｂとする。

【００２８】つぎに、積層体３１Ｂの圧電素子３のＧＮ
Ｄ電極４とプラス電極５の裁断面に、図５に示すような
鋭角の切込み２を入れる。この切込み２は、先端を尖ら
せた形状（鋭角）のブレードを用いて、精密裁断機によ
り加工する。その後、洗浄を行い、音響整合層６の表面
とアルミナ基板１０の一部に、ポリイミド製テープをマ
スキングテープ２６として貼付する。こうして得た図５
に示す積層体３１Ｃに、ＧＮＤ導電薄膜２１およびプラ
ス導電薄膜２２として、クロムを約１０nm、さらにその
上に、銀を約１μｍ、真空蒸着法により全体に形成す
る。なお、真空蒸着は積層体３１Ｃの温度が１３０℃を
越えないように調整して行う。蒸着により、ＧＮＤ導電
薄膜２１およびプラス導電薄膜２２を形成した積層体か
ら、マスキングテープ２６を剥がし、再び精密裁断機を
用いて、図１に示す裁断位置１９の位置で、幅Ｗ＝０．
６１mmに裁断してトランスデューサユニット２０とな
る。

【００２９】つぎに、図６を用いて、トランスデューサ
ユニット２０を超音波探触子１７に実装する段階につい
て説明する。厚さ０．１mmの金属板の先端を約４５度に
曲げてミラー１６を付設したハウジング１４に、同軸ケ
ーブル２７の周線１２を、半田１８により半田付けす
る。また、ハウジング１４と、トランスデューサユニッ
ト２０のＧＮＤ導電薄膜２１のアルミナ基板１０の部分
とを低融点の半田１８にて結線し、固着する。なお、ハ
ウジング１４は耐蝕性のあるステンレス鋼に、半田付け
する部分のみ、無電解ニッケルメッキを施している。

【００３０】ついで、アルミナ基板１０部分のプラス導
電薄膜２２（面取り側）と同軸ケーブル２７の芯線１１
とを、低融点の半田１８にて結線する。つぎに、フレキ
シブルシャフト１３に同軸ケーブル２７を通し、図示し
ないパルスレーザにてフレキシブルシャフト１３と、ト
ランスデューサユニット２０を固着したハウジング１４
とを溶接する。そして、補強と絶縁のために、音響放射
面たる音響整合層６の表面以外のトランスデューサユニ
ット２０部分を覆うように、エポキシ樹脂２３にて封止
を行う。最後に、ポリエチレン製のシース２５と呼ぶチ
ューブにハウジング１４を、超音波媒体２８とともに差
込んで、図６に示すシース直径φ１．５mmのミラータイ
プの超音波探触子１７が完成する。

【００３１】ここで、上述した超音波探触子１７の作用
について説明する。超音波探触子１７は、送信時には、
図示しないパルサーより電圧パルスを出力し、その電圧
パルスが、プラス側は同軸ケーブル２７の芯線１１から
プラス導電薄膜２２を介して、圧電素子３のプラス電極
５に伝わり、ＧＮＤ側は周線１２からハウジング１４お
よびＧＮＤ導電薄膜２１を介して圧電素子３のＧＮＤ電
極４に伝わる。電圧パルスを受けた圧電素子３は変形し
て超音波を発信し、音響整合層６を介して、金属板を曲
げて作製したミラー１６の方向に放射する。

【００３２】放射された超音波は、シース２５内の音響
媒体に伝搬してミラー１６に当たり、９０度曲がってシ
ース２５を透過して被観測物へ放射される。被観測物に
当たり反射した超音波（エコー波）は再びシース２５を
透過し、ミラー１６に反射してトランスデューサユニッ
ト２０に戻る。このエコー波がトランスデューサユニッ
ト２０の圧電素子３に当たった際、機械的な圧力を受け
た圧電素子は電圧を発生し、この電圧をＧＮＤ電極４，
プラス電極５からＧＮＤ導電薄膜２１，プラス導電薄膜
２２、同軸ケーブル２７を経て、図示しない観測装置に
伝わり、画像処理された画像が観測される。

【００３３】つぎに、圧電素子３の表面電極部を露出す
るように入れた切込み２の作用を説明する。鋭角の切込
み２は、電極の厚み方向に対して所定の角度をなしてい
るので、後に蒸着される導電薄膜と導通される露出した
幅は電極の厚さより広く形成される。従って表面電極と
導電薄膜との接続部の抵抗が小さくなり、高い電圧パル
スにも耐えることとなる。

【００３４】本実施例の効果について記述する。まず従
来技術２の側面電極付き超音波振動子２０１を実装した
超音波探触子では、前述のように側面電極の影響で分極
軸が傾く部分があって、有効な対向する位置に正負の電
極のある部分の割合が減少している。これに比べると、
本実施例の圧電素子３では分極後に積層体の側面に導電
薄膜が形成されるので、分極軸への影響はなく、ＧＮＤ
電極４とプラス電極５の対向する面積全面にわたり分極
軸は厚み方向に揃ったままでいる。従って、同レベルの
感度を得るには小さな形状でよく、製品の小型化に対す
る要求に応ずることができる。

【００３５】また、上述のように、表面電極と導電薄膜
は積層体の切込み２の部分で抵抗が小さく結線されてい
るので、接続の信頼性が向上する。さらに、圧電素子３
に音響整合層６を積層後に裁断するため、所望な厚みで
均一の厚みの、圧電素子３と同面積の音響整合層が得ら
れる。それゆえ、高い感度が得られるとともに、超音波
ビームの歪みのない超音波探触子が作製できる。また、
同軸ケーブル２７との結線は、トランスデューサユニッ
ト２０の後部で半田付けにより行うため、圧電素子３の
割合が大きくとれ、感度向上の要因となるとともに、導
電性樹脂を使用しないため、寿命が長く、信頼性の高い
超音波探触子１７が得られる。

【００３６】更に、従来技術１では、円板状セラミック
スを用いて１個づつ製造しているが、本実施例の製造方
法によれば、多数個分の積層体を形成し、裁断により小
型化するので、１mm以下のトランスデューサユニット２
０を容易に、数十〜数百個のものでも製造することがで
きる。それゆえ、量産効果により、非常に安価な超音波
探触子が得られる。また圧電素子３の表面電極への切込
み２は、音響整合層６、背面負荷材７を積層後に入れる
ので、この手順により、重合する接着剤などの表面電極
へのはみ出しを問題視せずともよい。

【００３７】本実施例の変形例について記述する。本実
施例では、音響整合層６は一層のものを用いたが、複数
層でもよい。また、超音波の収束機能を有する凹型もし
くは凸型の音響レンズを設け、ミラー部から観測部位ま
での距離に焦点を合わせると、方位分解能が高まり画像
精度が上昇する。

【００３８】さらに、本実施例では、圧電素子３のＧＮ
Ｄ電極４，プラス電極５として、銀の焼付け電極を用い
たが、金、銅、ニッケル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。また、ＧＮＤ導電薄膜２
１，プラス導電薄膜２２には、クロムと下地銀を真空蒸
着法により形成したが、導電性のある他の材料に替える
ことができ、密着力の点では、白金、銀、タングステ
ン、銅、アルミニュームおよびこれらを含む合金がよ
い。形成方法は、樹脂の劣化する温度以下で成膜可能な
ものならばよく、具体的にはイオンプレーティング法、
スパッタリング法またはメッキ法などがある。

【００３９】また、本実施例では背面負荷材７の後方に
アルミナ基板１０を積層した構成とし、半田付けの際に
熱による樹脂部分の劣化をなくすようにしているが、基
板材料としては、アルミナ以外に熱に強く、導電薄膜の
付きやすいものならよく、例えば、マシナブルセラミッ
クスなどでも同様な効果が得られる。

【００４０】

【実施例２】図７〜図１２は第２実施例を示し、図７は
トランスデューサユニットの正面図、図８は圧電素子の
斜視図、図９は積層体の正面図、図１０は積層体の一製
造工程を示す正面図、図１１はトランスデューサユニッ
トの変形例を示す正面図、図１２は積層体の変形例を示
す正面図である。

【００４１】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、同一の構成には同一符号を付すととも
に、相違点についてのみ説明する。

【００４２】まず、本実施例のトランスデューサユニッ
ト２０Ａの構成について説明する。図７において、３Ａ
は圧電素子を示し、板状の圧電セラミックス１の主平面
の表裏に、ＧＮＤ電極４Ａとプラス電極５Ａとが付設さ
れているが、電極は互いに点対称の位置にて、所定の幅
で帯状に形成されている。音響整合層６Ａと背面負荷材
３０は、電極が欠けた部分で、直接圧電セラミックス１
と接している。また、背面負荷材３０は絶縁性材料から
なり、絶縁層はなく、ＧＮＤ導電薄膜２１とプラス導電
薄膜２２とは、直接積層体の上に形成されている。その
他の構成は、第１実施例と同じである。

【００４３】つぎに、トランスデューサユニット２０Ａ
の製造方法について説明する。図８に示すように、圧電
素子３Ａの表面電極は、圧電セラミックス１の主平面の
表裏でずれた位置に帯状に形成する。圧電セラミックス
１は、厚さ０．１１mmで共振周波数２０ＭHzのジルコン
酸チタン鉛（ＰＺＴ）系（自発分極が消失する温度は２
７０℃程度）を用い、電極幅は１．４mm、電極間は０．
１mm、表裏の電極は半分のピッチでずれている。電極形
成後、分極を行い、マイナス側をＧＮＤ電極４Ａ、プラ
ス側をプラス電極５Ａとするのは前記第１実施例と同じ
である。

【００４４】ついで、図９に示すように、前記第１実施
例と同様な方法で、音響整合層６Ａ、圧電素子３Ａ、絶
縁性材料からなる背面負荷材３０、およびアルミナ基板
１０の積層体３２を形成する。なお、背面負荷材３０の
材料は、エポキシ樹脂にホウ化タングステン粉をフィラ
ーとして混入したものを使用する。それから、積層体３
２は、厚さ０．０５mmのブレードにて精密裁断機を用い
て、裁断位置１９で幅Ｌ＝０．７mmに裁断する。

【００４５】裁断された積層体３２Ａは、図１０に示す
ように、裁断面の表面電極が露出している部分に鋭角の
ブレードにて、切込み２を入れる。つぎに、図１０の波
形で示す範囲に水溶性樹脂２９を塗布し、１２０℃以下
の温度で、スパッタリングによりクロムを下地としたチ
タン製の導電薄膜を形成し、ＧＮＤ電極４Ａ側をＧＮＤ
導電薄膜２１、プラス電極５Ａ側をプラス導電薄膜２２
（面取り側）とする。そして、水溶性樹脂２９を十分な
水洗により洗浄し、前記第１実施例と同様、幅方向に
０．７mmに裁断し、図７に示すトランスデューサユニッ
ト２０Ａを得る。

【００４６】このトランスデューサユニット２０Ａを前
記第１実施例と同様に、ハウジング１４に固着し、同軸
ケーブル２７と結線するとともに、フレキシブルシャフ
ト１３と結合し、エポキシ樹脂２３にて封止し、超音波
探触子１７Ａが完成する。

【００４７】本実施例の作用は基本的に前記第１実施例
と同一なので、特有なもののみ説明する。本実施例特有
の作用は、背面負荷材に絶縁性材料を用い、表面電極は
互いに一方の裁断面のみに露出するように構成したの
で、第１実施例の絶縁層８に該当するものが不要となる
ことである。

【００４８】本実施例の効果も基本的に前記第１実施例
と同一なので、特有なもののみ説明する。本実施例特有
の効果は、上述のように、絶縁層が不要な構成なので、
製造工程が簡略になり、製造コストが低くなることであ
る。

【００４９】本実施例の変形例のトランスデューサユニ
ット２０Ｂについて説明する。図１１に示すように、絶
縁性の背面負荷材３０に替えて、導電性の背面負荷材７
Ａと絶縁性の背面負荷材３０Ａとからなる複合背面負荷
材を用いる。導電性の背面負荷材７Ａは、減衰率の高い
タングステン、磁力を有するバリウムフェライトもしく
はサマリウムコバルトなどを軟質のエポキシ樹脂に混入
し、磁気ダンパーとしたもので、プラス電極５のほぼ全
面に接するように配置する。また絶縁性の背面負荷材３
０Ａは圧電素子３Ａの圧電セラミックス１に直接接する
ように配置する。また、鋭角の切込み２に替えて、先端
が円弧状の切込み２Ａを設けている。

【００５０】このトランスデューサユニット２０Ｂの製
造方法は、図１２に示すように、積層体３２Ｂを形成し
て行い、第２実施例と同様に後工程を進行する。積層体
３２Ａは、導電性の背面負荷材７Ａと、絶縁性の背面負
荷材３０Ａとを、圧電素子の表面電極の位置に合わせ
て、交互に配置する。裁断は、一方が圧電素子３Ａの表
面電極を避ける位置で行い、幅Ｌは表面電極のピッチの
１／２に相当する。また、アルミナ基板１０のプラス導
電薄膜２２の側の角はＲ面取り９Ａが施されている。

【００５１】この変形例では、背面負荷材に導電性のも
のを一部に用いるため、減衰効率が高く、短パルスにな
るので、画像精度のよい超音波探触子を得ることができ
る。また、表面電極への切込み２Ａは、ブレード先端断
面を円弧状のものにすることで、表面積が増加し、断線
がなく、結線の信頼性を向上させることができる。

【００５２】

【実施例３】図１３〜図２１は第３実施例を示し、図１
３はトランスデューサユニットの斜視図、図１４〜図１
８は積層体の製造工程を示す正面図、図１９は同軸ケー
ブルを結合したトランスデューサユニットの正面図、図
２０は超音波探触子の正面断面図、図２１は超音波探触
子の正面図である。

【００５３】本実施例の基本的な構成は、前記第１実施
例および第２実施例と同様であり、同一の構成には同一
符号を付すとともに、相違点についてのみ説明する。

【００５４】まず、本実施例のトランスデューサユニッ
ト２０Ｃの構成について説明する。図１３において、３
Ｂは圧電素子を示し、板状の圧電セラミックス１の主平
面の表裏に、ＧＮＤ電極４とプラス電極５Ａとが付設さ
れているが、プラス電極５Ａのみ、所定の幅で帯状に形
成され、ＧＮＤ電極４は圧電セラミックス１の表面全体
に形成されている。背面負荷材３０Ｂは、電極が欠けた
部分で、直接圧電セラミックス１と接している。また、
背面負荷材３０Ｂは絶縁性材料からなり、圧電セラミッ
クス１と反対側の面の中央に、両面に銅箔を擁したガラ
エポ基板２４を装着している。さらに、鋭角の切込み２
は、ＧＮＤ電極４の側面にのみに設けられて、ＧＮＤ導
電薄膜２１と接続しており、プラス電極５の側面側は、
裁断面をそのまま使用して、プラス導電薄膜２２と接続
している。さらに、両導電薄膜２１，２２は、ガラエポ
基板２４の両面に擁された銅箔と接続するように、積層
体の側面に付設されている。

【００５５】つぎに、本実施例のトランスデューサユニ
ット２０Ｃの製造方法について説明する。まず、図１４
に示すように、圧電素子３Ｂは圧電セラミックス１の一
方の主平面は全面に、他方の主平面は複数の帯状に表面
電極を形成する。方法はそれぞれ、第１、第２実施例と
同じである。分極は全面電極側がＧＮＤ電極４、帯状電
極側がプラス電極５Ａとなるように行う。また、背面負
荷材３０Ｂは、ジルコニア粉をフィラーとした耐熱性の
高いエポキシ樹脂で、厚さ０．７mmに成形する。つぎ
に、音響整合層６、圧電素子３Ｂ、背面負荷材３０Ｂを
接着により重合し、積層体３３を得る。

【００５６】ついで、図１５に示すように、この積層体
３３の裁断予定位置１９の中央に、幅０．２４mm、深さ
０．４mmの溝３４を精密裁断機により形成する。そし
て、図１５に示す裁断位置１９にて裁断し、図１６に示
す幅０．６２mmの積層体３３Ａを得る。ついで、ＧＮＤ
電極４の部分に鋭角の切込み２を入れ、背面負荷材３０
Ｂの角にＲ面取り９Ａを施し、図１７に示す積層体３３
Ｂを得る。つぎに、溝３４に、両面に銅箔を擁した厚さ
０．２mm、幅０．８mmに裁断したガラエポ基板２４を差
込み、エポキシ樹脂２３にて固着する。

【００５７】つぎに、音響整合層６の表面と、切込み２
を入れていないＧＮＤ電極４の側面部と、ガラエポ基板
２４の先端部とを水溶性樹脂２９にてマスキングし、図
１８に示す積層体３３Ｃを得る。そして、スパッタリン
グにより、クロムを下地にして、銀のＧＮＤ導電薄膜２
１，プラス導電薄膜２２を形成する。それから、水溶性
樹脂２９を除去し、図１３にしめす裁断位置１９にて裁
断し、幅０．７mmのトランスデューサユニット２０Ｃが
できあがる。

【００５８】このトランスデューサユニット２０Ｃのガ
ラエポ基板２４の銅箔のうち、ＧＮＤ導電薄膜２１側に
は周線１２を、プラス導電薄膜２２側には芯線１１を半
田１８により半田付けし、同軸ケーブル２７と結線した
ものが図１９に示すものである。

【００５９】このトランスデューサユニット２０Ｃを図
２０〜図２１に示すパイプを加工したハウジング１５Ａ
にエポキシ樹脂２３を介して装着し、超音波探触子１７
Ｂを完成した。なお、ハウジング１５Ａはフレキシブル
シャフト１３とレーザ溶接により連結され、先端には金
属鏡のミラー１６Ａを埋設している。超音波を反射させ
て、放射する側面には、窓３５が穿設されている。

【００６０】本実施例の超音波探触子１７Ｂの作用につ
いて説明する。同軸ケーブル２７から伝わる電圧パルス
はガラエポ基板２４を通し、ＧＮＤ導電薄膜２１，プラ
ス導電薄膜２２を経て、圧電素子３ＢのＧＮＤ電極４，
プラス電極５へ伝わり、圧電素子３Ｂに電圧が印加さ
れ、超音波を発生する。放射された超音波は、ハウジン
グ１５Ａの中を反射しながら伝わり、ミラー１６Ａに反
射し、垂直に方向を変えて出射される。被検体に当たっ
てはねかえってきたエコー波は、再びミラー１６Ａで反
射し、トランスデューサユニット２０Ｃに圧力を加え、
圧電素子３Ｂにおいて機械的振動が電圧に変換され、画
像処理装置により画像化される。

【００６１】本実施例の効果は、基本的な点は前記第１
実施例と同一である。しかし、本実施例の特徴はトラン
スデューサユニット２０Ｃの構成にあるが、前記第１お
よび第２実施例のアルミナ基板１０に替えて、ガラエポ
基板２４を採用した点にある。前記２つの実施例では、
ＧＮＤ電極４，４Ａはハウジング１６を介して同軸ケー
ブル２７の周線１２と接続しなければならず、設計上の
自由度が制限される。しかし本実施例では、ガラエポ基
板２４の両面の銅箔を選んで、同軸ケーブルと接続すれ
ばよいので、設計上の多様な要求に応ずることができ
る。また、ガラエポ基板２４は、背面負荷材３０Ｂより
突出しているので、半田付けが容易となり、結線の信頼
性が向上する。

【００６２】また、本実施例では、ハウジング１５にパ
イプ状のものを使用するため、伝達ロスが少なく、感度
のよいミラータイプの超音波探触子１７Ｂを得ることが
できる。

【００６３】

【発明の効果】請求項１〜３に係る発明によれば、小型
化、薄型化の要求に対応でき、超音波探触子としての性
能を効率よく具現し、表面電極への電気的導通の信頼性
を向上させた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、表面電極
への電気的導通を容易に得ることができる。請求項３に
係る発明によれば、上記効果に加え、積層体の絶縁層が
不要になり、低いコストの超音波探触子を得ることがで
きる。請求項４〜５に係る発明によれば、圧電素子を含
む積層体を形成し、裁断して多数の小型トランスデュー
サユニットを同時に製造することにより、量産効果を高
め、製造コストの安価な超音波探触子の製造方法を提供
できる。請求項４に係る発明は、表面電極部へ切込みを
入れて、露出する電極の幅を広くするので、抵抗が小さ
くなり高い電圧パルスに耐えることができる。請求項５
に係る発明は、絶縁層の被覆工程が不要となるため、低
いコストの超音波探触子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のトランスデューサユニットを示す斜
視図である。

【図２】実施例１の積層体を示す斜視図である。

【図３】実施例１の積層体の製造工程を示す正面断面図
である。

【図４】実施例１の積層体の製造工程を示す正面断面図
である。

【図５】実施例１の積層体の製造工程を示す正面断面図
である。

【図６】実施例１のトランスデューサユニットを示す斜
視図である

【図７】実施例２のトランスデューサユニットを示す正
面図である

【図８】実施例２の圧電素子を示す斜視図である。

【図９】実施例２の積層体を示す正面図である。

【図１０】実施例２の積層体の一製造工程を示す正面図
である。

【図１１】実施例２のトランスデューサユニットの変形
例を示す正面図である。

【図１２】実施例２の積層体の変形例を示す正面図であ
る。

【図１３】実施例３のトランスデューサユニットを示す
斜視図である

【図１４】実施例３の積層体の製造工程を示す正面図で
ある。

【図１５】実施例３の積層体の製造工程を示す正面図で
ある。

【図１６】実施例３の積層体の製造工程を示す正面図で
ある。

【図１７】実施例３の積層体の製造工程を示す正面図で
ある。

【図１８】実施例３の積層体の製造工程を示す正面図で
ある。

【図１９】実施例３のトランスデューサユニットを示す
正面図である。

【図２０】実施例３の超音波探触子の正面断面図であ
る。

【図２１】実施例３の超音波探触子の正面図である。

【図２２】従来技術１の超音波探触子を示す正面断面図
である。

【図２３】従来技術１の超音波探触子を示す斜視図であ
る。

【図２４】従来技術２の超音波探触子を示す正面断面図
である。

【符号の説明】

１圧電セラミックス２切込み３圧電素子４ＧＮＤ電極５プラス電極６音響整合層７背面負荷材（導電性）８絶縁層９面取り１０アルミナ基板１１芯線１２周線１３フレキシブルシャフト１４ハウジング（板状）１５ハウジング（パイプ）１６ミラー１７超音波探触子１８半田１９裁断位置２０トランスデューサユニット２１ＧＮＤ導電薄膜２２プラス導電薄膜２３エポキシ樹脂２４ガラエポ基板２５シース２６マスキングテープ２７同軸ケーブル２８超音波媒体２９水溶性樹脂３０背面負荷材（絶縁性）３１積層体３２積層体３３積層体３４溝３５窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 41/09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め厚み方向に分極した圧電素子と、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
負荷材とを重合した積層体を有する超音波探触子におい
て、前記積層体の側面に露出した表面電極の端部より電気的
導通手段を設けて構成したことを特徴とする超音波探触
子。
【請求項２】前記電気的導通手段は、前記表面電極の
端部と同軸ケ−ブルとを積層体上に付設した導電薄膜を
介して接続して構成した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】前記積層体を構成する圧電素子の主平面
の表裏に付設する表面電極は、少なくとも一方が帯状を
なし、該表面電極に隣接する背面負荷材は絶縁材からな
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４】予め厚み方向に分極した圧電素子と、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、絶縁性基板とを重合して積層体を形成し、積
層体の側面を裁断した後、該側面に絶縁手段を設け、前
記積層体の表面電極の側面に切込みを入れて電極を露出
させ、該電極の露出部より電気的導通手段を付設するこ
とを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【請求項５】少なくとも一方の表面電極を帯状に形成
し、予め厚み方向に分極した圧電素子と、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
重合して積層体を形成し、一方の前記帯状の表面電極を
避けた位置にて、積層体の側面を裁断した後、前記積層
体の表面電極の側面の電極露出部より電気的導通手段を
付設することを特徴とする超音波探触子の製造方法。