JPH07322394A

JPH07322394A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH07322394A
Application number: JP17647694A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yagami; 弘之矢上; Hiroshi Katsumata; 洋勝又; Satoru Nakagawa; 哲中川; Jun Maekawa; 純前川
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】背面から超音波振動子へ向かう反射波の影響を
低減でき、小型で耐久性及び画質等に優れた超音波探触
子の提供。【構成】背面部材３１の背面側を、その境界面から超音
波振動子３２に向かう反射波が互いに弱めあうような位
相の差となる厚みで、超音波振動子３２の超音送信面と
反対側にほぼ対向する部分をもつような形状とされてい
る。超音波振動子３２の超音波放出面には、音響整合層
３３が設けられている。超音波振動子３２から音響整合
層３３を介して被検体に超音波を送信するとき、超音波
の送信面の反対側から放出される超音波（反射波）は位
相差反射部または位相差透過部を有する背面部材３１に
より効率よく互いに弱められて減衰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用した生
体、物体等の診断、計測等の分野において用いられる超
音波探触子に関する。

【従来の技術】超音波診断装置等で使用される超音波探
触子のトランスデューサー部は図１１に示すように、両
面に電極を形成したＰＺＴやＰｂＴｉＯ₃等の圧電振動
子１２の背面に、背面側に放出される不要な超音波（以
下、背面波という）を吸収する等の目的のために超音波
減衰率の高い樹脂等で形成された背面負荷材１１が設け
られている。振動子１２の表面には、被検体との間の音
響的整合を取るために整合層１３が設けられている。な
お、１４，１５は、信号及びグランドのリード線であ
る。特開昭６３−７３９４２号公報においては、背面材
として超音波吸収体を用い、その背面に鋸状部を設け、
その高さが背面材中の波長λの（２ｎ−１）／４とする
ことが示されいる。しかしながら、背面材として超音波
の吸収率の高い材料を用いており、更に振動子背面に第
１及び第２の背面材を設け、それらの背面材の厚さは十
分に超音波が吸収される程度の厚さである。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造を有する超音波探触子にあっては、背面負荷
材は、吸音材を使用して吸収または散乱により、背面波
を減衰させるため、その効果を十分に得るには背面負荷
材を十分に厚くする必要があった。このため、超音波探
触子の小型化を困難にし、特に体腔内探触子等のように
微小な探触子においては、背面負荷材の厚みを十分厚く
することができないため、背面波の吸収及び／または散
乱が不完全となり、ハウジング等の、背面側の構造体か
らの反射が画質劣化等の原因となっていた。また、超音
波探触子の小型化に伴い、電極リードの引回し方法等の
実装上の困難も大きくなり、高周波化によって振動子の
厚みが薄くなるための強度不足等も実装時あるいは耐久
性の上で問題となっている。また、特開昭６３−７３９
４２号公報に開示されている方法では背面材として選択
される材料は、超音波吸収率の高い、ゴム系材料や樹脂
に散乱体を混合した樹脂等に限られるものであった。こ
のため、トランスデューサー部の小型化、薄肉化、高周
波化における、トランスデューサーの機械的な補強は困
難である。本発明は、上述の背面負荷材の問題点を解決
し、小型で耐久性及び画質等に優れ、かつ実装も容易な
超音波探触子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、超音波振動子と、超音波振動子の背面側に
設けられた背面部材とからなる超音波探触子であって、
超音波振動子の背面側に位相差反射部または位相差透過
部を設けたことを特徴とする超音波探触子である。本発
明の好ましい態様として、位相差反射部または位相差透
過部を形成する手段として、超音波振動子の背面側に設
けられた背面部材の背面と超音波振動子の平均的な距離
が少なくとも２種類以上であり、超音波振動子面にほぼ
対向する実質的な平面及び／または曲面からなることも
のである。本発明の好ましい態様として、背面部材は、
導電体である。本発明の好ましい態様として、背面部材
の固有音響インピーダンスが、超音波振動子のほぼ１／
２〜２倍である。本発明の好ましい態様として、背面部
材は、ヤング率及び／または曲げ強度が、超音波振動子
とほぼ同等またはそれより大きいものである。本発明の
好ましい態様として、背面部材の厚さが、背面部材中の
超音波波長λのほぼ１０倍以下である。本発明の好まし
い態様として、背面部材は、背面部材背面に設けられた
少なくとも１本以上のほぼ四辺形の断面を有する凹部に
より構成されるものである。本発明の好ましい態様とし
て、背面部材は、少なくとも１つ以上の、超音波振動子
にほぼ平行な底面を有するほぼ円柱状、または多角形状
の形状を有するように形成されるものである。本発明の
好ましい態様として、凹部の深さが、（ｊ＋１／４±１
／８）×λで表される（ここで、ｊは０あるいは正の整
数、λは、背面部材内部での超音波の波長）ものであ
る。本発明の好ましい態様として、背面部材は、超音波
振動子面にほぼ平行に複数個設けたものである。本発明
の好ましい態様として、背面部材の背面に、さらに第２
背面部材を設けたものである。本発明の好ましい態様と
して、第２背面部材の固有音響インピーダンスが、背面
部材の固有音響インピーダンスのほぼ１／５以下であ
る。本発明の好ましい態様として、第２背面部材は、超
音波の減衰率が背面部材の減衰率よりも実質的に大き
な、樹脂、ゴム等の高分子材料である。本発明の好まし
い態様として、第２背面部材は、樹脂、ゴム等の高分子
材料中に音響インピーダンスの異なる散乱体を混合した
ものである。本発明の好ましい態様として、背面部材と
超音波振動子との間に背面整合層（音響整合層）を設け
たものである。本発明の好ましい態様として、背面部材
として金属を用いた場合、エッチング，電鋳，カッタ
ー，レーザービーム，エキシマレーザービーム，電子ビ
ーム，中性原子ビーム等の加工により形成されたもので
ある。本発明の好ましい態様として、背面部材として合
成樹脂を用いた場合、カッター，エキシマレーザービー
ム，電子ビーム，中性原子ビーム，注型等の加工により
形成される。本発明の好ましい態様として、位相差反射
部または位相差透過部と、超音波振動子背面に介在する
音響媒体として、音響媒体中での超音波の減衰が少なく
とも３ｄＢ以内、もしくは位相差反射部と超音波振動子
背面との距離が、音響媒体中の波長の少なくとも１０倍
以内である。本発明の好ましい態様として、位相差透過
部を形成する手段として、超音波振動子背面の実質的に
一部分のみに干渉用背面部材を設け、部分以外の振動子
背面と干渉用背面部材背面とにより位相差透過部を構成
したものである。

【作用】本発明の超音波探触子では、従来の背面部材
（超音波吸収部材）のように、吸収あるいは散乱により
背面に放出される超音波の減衰を行なうのではなく、背
面部材において位相差反射部で超音波を積極的に反射さ
せて背面からの反射波同士の位相のずれを利用してその
影響を軽減したり、位相差透過部で超音波を位相をずら
せた後に背面側へ放出させ透過波同士の位相差を利用し
て背後にあるハウジング等の構造体からの反射波の影響
を軽減するものである。すなわち、背面部材の背面側
を、その境界面から超音波振動子に向かう反射波が互い
に弱め会うような位相の差となる厚みで、超音波振動子
とほぼ対向する部分をもつような形状とすることで位相
差反射部または位相差透過部を形成し、背面部材の背面
から超音波振動子へ向かう反射波の影響をより効率よく
軽減したり、背後にあるハウジング等の構造体からの反
射波を効率よく取り除くものである。ここでいう位相差
反射部とは、超音波振動子から背面側に放出された超音
波を振動子方向の反射させることを目的とし、以下の特
性を有するものである。超音波振動子にほぼ対向して設
けられた、ほぼ平面或いは曲面形状を有する、単一の面
或いはそれらの複数の組合せにより構成され、前後の媒
体の音響特性の違いにより、超音波の少なくとも一部を
反射させるものであり、かつこの反射面で反射した超音
波が振動子面あるいは振動子内部に到達した時に、その
うちの一部の位相と他の位相関係が、振動子面と反射面
の間の媒体或いは反射面の背後の物質の特性により、振
動子から放出時点での位相関係とは異なってくるという
特性を有するものである。ここでいう位相差透過部と
は、超音波振動子にほぼ対向して設けられた、ほぼ平面
または曲面形状を有する、単一の面あるいはそれらの複
数の組合わせによって構成され、超音波の少なくとも一
部を透過させる作用を有するものであり、かつ、この透
過面を透過した超音波のうち、一部の位相と他のものの
位相関係が、超音波振動子面と透過部の間の媒体あるい
は透過部の背後の物質の特性により、超音波振動子から
放出された時点での位相関係とは異なっているという特
性を有するものとする。ここでいう背面部材とは、超音
波振動子の背面側に設置される実質的に単一の音響媒
体、あるいは２種類以上の音響媒体の組合せにより構成
される部材で、単独であるいは周囲の媒体とともに、位
相差反射部または位相差透過部を形成し、超音波振動子
から背面方向に放出され、背面部材内部に入射した超音
波の内の一部の位相と他のものの位相関係を、背面部材
の形状もしくは音響的特性により、その内部において、
あるいは周囲の物質との境界での反射の際に入射時と異
なる位相関係にする作用を持つものとする。また、ほぼ
対向するとは、その部分から超音波振動子方向へ向かう
反射波の大部分が、途中の屈折、反射、減衰、干渉等を
無視して幾何学的位置関係のみを考えた場合に、超音波
振動子有効部に到達するような配置であることとする。
したがって、この効果を生ずるための背面部材の厚み
は、位相のずれが生ずる程度以上であればよいため、従
来に比して背面部材の厚みを大幅に薄くすることが可能
となる。さらに、この効果を利用して従来の背面部材と
しては適さなかった超音波の減衰率の小さい材料を背面
部材として使用することが可能となる。以下に、本願発
明の位相差透過部を透過した超音波同士に位相差が生じ
た後に背後にある構造体に到達することで、それらの構
造体から超音波振動子へ向かう反射波の影響を軽減する
原理を説明する。なお、位相差反射部による反射波の影
響を軽減する原理についての説明は省略する。図１２の
ような３層系で、Ｉ層からｚ方向に連続正弦平面波が入
射する場合、Ｉ層にはｚ方向の波φ_1Aおよびｚと逆方向
の波φ_1Bが存在することになる。ここに、φは速度ポテ
ンシャルを表す。同様にＩＩ層にはφ_2Aおよびφ_2B、Ｉ
ＩＩ層にはφ_3Aのみが存在する。但し、ＩＩＩ層は、無
限に厚いものとする。次に、図１２の３層系のＩＩ層が
ＩＩＩ層と同じ媒体であるとすると、図１３のような２
層系となる。同様に、Ｉ層からｚ方向に連続正弦平面波
が入射する場合、Ｉ層には、ｚ方向の波φ_1A′およびｚ
と逆方向の波φ_1B′、ＩＩＩ層にはφ_3A′のみが存在す
る。本発明で、位相差透過部を設ける目的は、Ｉ層を超
音波振動子、ＩＩ層を干渉用背面部材、ＩＩＩ層を背後
の物質とした場合、図１２は、背面部材が存在する部分
を表し、図１３が背面部材のない部分を表すものとした
場合に、φ_3Aとφ_3A′の位相をずらせることである。背
面部材の厚みをｄとして、超音波振動子、背面部材、背
後の物質の密度をそれぞれρ₁，ρ₂，ρ₃、超音波振動
子、背面部材、背後の物質の音速をそれぞれｃ₁，ｃ₂，
ｃ₃とする。また、周波数をνとして、波長λをλ＝ｃ
／ν、固有音響インピーダンスＺをＺ＝ρｃ、波数ｋを
ｋ＝２π／λとする。超音波振動子から位相差透過部
（面）に向かう方向にｚ軸をとり、超音波振動子背面を
ｚ＝０とすると、位相差透過部は、ｚ＝ｄとＺ＝０の、
部分平面の組合わせとなる。図１２、図１３のそれぞれ
に対応する入射波φ_1Aおよびφ_1A′がともに、Ａｅｘｐ
（−ｉｋ１ｚ）で表される場合について考えると、φ_3A
およびφ_3A′は、数１，数２のようになる。

【数１】

【数２】今、数１と数２の和の絶対値をとり、これに適当な数値
を代入し、厚みｄの関数として数値計算する。超音波振
動子として、ＰＺＴ、背面部材を真鍮、背後の物質を水
として、それぞれの密度、音速を代入すると、図１４
（ａ）のグラフが得られ、超音波振動子として、ＰＺ
Ｔ、背面部材を銅、背後の物質を水として、それぞれの
密度、音速を代入すると、図１４（ｂ）のグラフが得ら
れる。従って、真鍮の場合、厚みｄが１２０μｍ，４６
０μｍ付近で、ほぼ打ち消し会う位相となることが分か
る。この時、ｚ＞ｄでは背面部材の存在する部分と背面
部材の存在しない部分それぞれから位相がほぼ反転した
波が放出されることになり、それらが互いに弱め合うこ
とになるため、さらに後方の構造体等からの不要な反射
の影響を軽減することができる。一方、銅の場合、厚み
ｄが３６μｍ，１１１μｍ付近で、ほぼ打ち消し会う位
相となることが分かる。この時、ｚ＞ｄでは背面部材の
存在する部分と背面部材の存在しない部分それぞれから
位相がほぼ反転した波が放出されることになり、それら
が互いに弱め合うことになるため、さらに後方の構造体
等からの不要な反射の影響を軽減することができる。

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ実施例に係る超
音波探触子を詳細に説明する。（実施例１）図１、図２は、本発明の実施例１に係わる
超音波探触子１の斜視図を示すものである。図１におい
て、超音波振動子２２は、ほぼ平面形状で、両面に電極
（不図示）を蒸着，印刷等で形成したＰＺＴ等の圧電体
で、その背面側に凹部２６を有する背面部材２１がエポ
キシ系樹脂等の接着剤等により、超音波振動子２２と実
質的なずれがないように接着して設けられている。図２
は、リード線、音響整合層を実装した超音波探触子１の
全体の斜視図である。超音波振動子３２（固有音響イン
ピーダンスは、１×１０⁷〜４×１０⁷ｋｇ／ｍ²・ｓ）
は、両面に電極（不図示）を蒸着形成したＰＺＴ等の圧
電体で、超音波が被検体に送信される振動子表面には音
響整合層３３が超音波振動子３２と実質的なずれがない
ように設けられている。また、超音波振動子３２の厚さ
は、０．０３〜２．０ｍｍ程度、ヤング率は、５×１０
³〜１５×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²程度、曲げ強度は、１０
ｋｇｆ／ｍｍ²〜１５ｋｇｆ／ｍｍ²程度である。３４
は、グラウンドの電極リードで、超音波振動子３２の表
面に設けられた電極に導電的に接続されている。３５
は、信号電極リードで、超音波振動子３２の信号電極に
導電的に接続されている。３１は、背面部材で、Ａｌ
（固有音響インピーダンスは、２×１０⁷ｋｇ／ｍ²・ｓ
程度），Ａｌ系合金，Ｃｕ（固有音響インピーダンス
は、４×１０⁷ｋｇ／ｍ²・ｓ程度），Ｃｕ系合金，Ｎ
ｉ，Ｎｉ系合金，Ａｇ，Ａｇ系合金，Ａｕ，Ｐｔ等の金
属、セラミック、ベークライト等の合成樹脂等からな
り、厚さが約０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、幅０．１〜
２０ｍｍ程度、長さ０．１ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。
また、ヤング率は、超音波振動子３２以上で、５×１０
³ｋｇｆ／ｍｍ²以上（但し、超音波振動子３２のヤング
率以上）、好ましくは１５×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上
（但し、超音波振動子３２のヤング率以上）である。曲
げ強度は、１０ｋｇｆ／ｍｍ²以上（但し、超音波振動
子３２の曲げ強度以上）、好ましくは１５ｋｇｆ／ｍｍ
²以上（但し、超音波振動子３２の曲げ強度以上）であ
る。この背面部材３１の背面に、深さ０．００５〜５ｍ
ｍ程度、好ましくは背面部材３１内部での使用周波数に
相当する縦波の超音波波長λの１／４程度、幅０．００
５ｍｍ〜５ｍｍ程度で、断面形状がほぼ長方形の凹部
（溝）３６がほぼ平行にほぼ直線状に０．０１ｍｍ〜１
０ｍｍ程度、好ましくは背面部材３１内部での縦波、横
波、あるいは境界面での振動等の超音波波長程度かそれ
以内の間隔で設けられている（図２（ａ））。凹部３６
は、図２（ｂ）のように曲線状であってもよく、曲線と
ほぼ直線との組合せであってもよい。このような凹部３
６を有することにより、位相差反射部を形成する背面部
材３１は、予め、エッチング，電鋳，カッター，レーザ
ービーム（エキシマレーザービーム），電子ビーム，中
性原子ビーム等の加工により所定の形状（幅、長さを超
音波振動子３２と実質的に同一に形成する）に形成した
後、ほぼ平坦な面を有する振動子３１背面のほぼ全面に
ハンダ付あるいはエポキシ系樹脂，アクリル系樹脂等の
接着剤により接着して設けるか、電鋳，注型等により直
接超音波振動子３１上に、超音波振動子３１に実質的な
ずれが生じないようにないようにして、形成して設け
る。（実施例２）図３は、本発明の実施例２に係わる超音波
探触子１の斜視図を示すものである。この実施例では、
背面部材４１として、Ｃｕ，Ｃｕ系合金，Ａｇ，Ａｇ系
合金等の金属を使用し、超音波振動子４２の背面の電極
（不図示）に導電的に接続することで、電極リードとし
て用いている。４４は、実施例１のグラウンド用の電極
リード３４と同様の電極リード、４６は、凹部（溝部）
である。寸法及び構造上で実施例１と異なる点は、背面
部材４１の一端が超音波振動子４２の一旦を越えて所定
長さ（超音波振動子３１の長さの３０％程度）延設さ
れ、信号電極リード４５に接合されている点である。（実施例３）図４は、本発明の実施例３に係わる超音波
探触子１を示すもので、図４（ａ）は、超音波振動子１
の斜視図（電極リードは不図示）を示すものであり、５
２は超音波振動子で、凹部（溝部）５６の形状が異なる
以外は、実施例１と同様の寸法、形状である。この凹部
（溝部）５６は、図４（ｂ）の拡大断面図に示すよう
に、底面部５６ａが緩やかな凹曲面で、側面に傾きを持
たせた形状とし、さらに、背面凸部５６ｂも緩やかに凹
曲面で形成されている。この構造により、位相の異なる
反射波同士を、より重ね合わせて減衰することができ
る。（実施例４）図５は、本発明の実施例４に係わる超音波
探触子１を示す斜視図（電極リードは不図示）で、超音
波振動子６２は、超音波の集束を目的とした曲面形状の
ものである。この場合は、背面部材６１の内径形状も超
音波振動子６２の外径形状に実質的に合わせて形成され
ている。超音波振動子６２の内径は、使用する周波数と
フォーカス位置に依存し、２ｍｍ〜２００ｍｍ程度であ
る。曲面形状にした点以外は、実施例１と同様の寸法、
形状である。（実施例５）図６は、本発明の実施例５に係わる超音波
探触子１を示す斜視図（電極リードは不図示）で、凹部
（溝部）７６は、ほぼ直線の格子状（幅０．００５ｍｍ
〜５ｍｍ程度、間隔０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ程度）に形
成されている。凹部（溝部）７６の形状が異なる以外
は、実施例１と同様の寸法、形状である。凹部７６は、
ほぼ直線と曲線の格子パターンの組合せ、曲線同士の格
子パターンの組合せであってもよい。（実施例６）図７は、本発明の実施例６に係わる超音波
探触子１を示す斜視図（電極リードは不図示）で、背面
部材３１の背面側に、第２の背面部材７を背面部材３１
の凹部３６の形状に実質的に一致させて設けたものであ
る。第２の背面部材７を設けた以外は、実施例１と同様
の寸法、形状である。この第２背面部材７により、背面
部材３１と第２背面部材７の境界面からの反射を低減
し、また、第２反射部材７内部へ透過した超音波を効率
よく減衰することができる。第２背面部材７は、超音波
吸収部材として用いるものであり、エポキシ系樹脂、ウ
レタン系樹脂、シリコーンゴム等の高分子材料による接
着性の樹脂、これらの樹脂等の材料中に固有音響インピ
ーダンスの異なる散乱体を混合したもの等が用いられ
る。この第２背面部材７の厚さは、０．０１ｍｍ〜５ｍ
ｍ程度であり、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましい。（実施例７）図８は、本発明の実施例７に係わる超音波
探触子１を示す斜視図（電極リードは不図示）で、背面
部材３１と超音波振動子３２との間に背面整合層９が設
けられている。背面整合層９としては、エポキシ系樹
脂、ポリエステル系樹脂等が用いられる。エポキシ系樹
脂を用いた場合、背面部材３１と超音波振動子３１との
接着剤としても作用する。背面整合層９（背面整合層９
内における超音波の波長をλとするとき、λ／４程度の
厚さ）を設けた以外は、実施例１と同様の寸法、形状で
ある。なお、上述の実施例においては、セラミック圧電
体の場合のみを示したが、本特許は実施例に限定される
ものでなく、ポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材
料、ＰＺＴ等を添加したポリフッ化ビニリデン等の高分
子複合材料についても同様に有効である。（試験例１）図９（ａ）は、実施例１の図１における超
音波探触子１の効果を示す実験結果で、有効開口約０．
６ｍｍ×０．６ｍｍで、厚さ約０．０７ｍｍ、共振周波
数約３０ＭＨｚの超音波振動子２２（材質：ＰＺＴ）の
背面に厚さ０．１５ｍｍの真鍮板に深さ０．０３５ｍ
ｍ、幅０．０５ｍｍの凹部２６をほぼ０．１ｍｍの間隔
（ピッチ）で形成したものをハンダ付けにより接合した
場合の圧電特性を示し、図９（ｂ）は、この超音波探触
子１の水中約５ｍｍにおいたステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４）の平板からのエコー波形を示すものである。この実
験で使用した真鍮内の３０ＭＨｚの超音波の波長は、約
０．１４ｍｍであるため、凹部の深さがその１／４の約
０．０３５ｍｍの時に反射波が干渉により打消し合い、
不要な共振が低減し、エコー波形の尾びきが短くなるこ
とを示している。（比較試験例）図１０は、実施例１の図１における超音
波探触子１の効果を示す実験結果である。図１０（ａ）
は、有効開口約０．６ｍｍ×０．６ｍｍで、厚さ０．０
７ｍｍ、共振周波数約３０ＭＨｚの超音波振動子２２
（材質：ＰＺＴ）の背面に厚さ０．１５ｍｍの真鍮板を
背面部材としてハンダ付けして接合して設けた場合の超
音波探触子１の圧電特性を示し、図１０（ｂ）は、この
超音波探触子１の水中約５ｍｍにおいたステンレス鋼
（ＳＵＳ３０４）の平板からのエコー波形を示すもので
ある。図１０から明らかなように、図１０（ａ），図１
０（ｂ）においては圧電特性及びエコー波形には不要な
共振があり、エコー波形の尾びきが長くなることを示し
ている。（実施例８）図１５は、本発明の実施例８に係わる超音
波探触子１の斜視図を示すものである。図１５におい
て、超音波振動子８２は、ほぼ平面形状で、両面に電極
（不図示）を蒸着，印刷等で形成したＰＺＴ等の圧電体
で、その表面には音響整合層８３が設けられている。８
４は、グラウンドの電極リードで、超音波振動子８２の
表面の電極に導電的に接続されている。８５は、信号電
極リードで、超音波振動子８２の信号電極に導電的に接
続されている。８１は、背面部材で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎ
ｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の導電性の金属またはこれらの
合金、セラミック、合成樹脂等を厚さ０．００５〜５ｍ
ｍ、好ましくは背面部材８１内部での使用周波数に相当
する縦波の超音波波長λの１／４程度、幅０．００５〜
５ｍｍの断面形状を有し、長さ０．１〜２０ｍｍ程度
の、実質的に直方体の形状を有する１つの部材を、超音
波探触子１の長手方向に実質的に平行に０．０１〜１０
ｍｍの間隔、好ましくは背面部材８１内部での縦波、横
波、あるいは境界面での振動等の超音波波長の程度の間
隔かそれ以内の間隔で設けられている。背面部材８１
は、エポキシ系樹脂等の接着剤等により、超音波振動子
８２の背面と実質的なずれがないように接着して設けら
れるか、超音波振動子８２の背面に電鋳等により実質的
に一体的に形成している。（実施例９）図１６は、本発明の実施例９に係わる超音
波振動子１の斜視図を示すものである。背面部材９１の
形状は、実施例８のものと実質的に同様であり、Ａｌ，
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の良導電性金属を使用してい
る。背面部材９１の少なくとも１つを電極リードとして
用いている。この実施例では、信号電極リード９５、グ
ラウンドの電極リード９４のうち、背面部材９１の１つ
を信号電極リード９５として使用しているが、背面部材
９１の１つをグラウンドの電極リード９４としても、ま
た、信号電極リード９５およびグラウンドの電極リード
９４を背面部材９１で形成してもよい。背面部材９１
は、エポキシ系樹脂等の接着剤等により、超音波振動子
９２の背面と実質的なずれがないように接着して設けら
れるか、超音波振動子９２の背面に電鋳等により実質的
に一体的に形成している。（実施例１０）図１７は、本発明の実施例１０に係わる
超音波探触子１の斜視図を示すものである。背面部材１
０１背面の断面形状を緩やかな凸曲面としている。これ
により、位相の異なる透過波同士をより重ね合わせるこ
とができる。背面部材１０１は、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の導電性の金属またはこれらの合金、
セラミック、合成樹脂等を高さ０．００５〜５ｍｍ、好
ましくは背面部材８１内部での使用周波数に相当する縦
波の超音波波長λの１／４程度、幅０．００５〜５ｍｍ
の断面形状を有し、長さ０．１〜２０ｍｍ程度の実質的
に直方体の形状を有する１つの部材を、超音波探触子１
の長手方向に実質的に平行に０．０１〜１０ｍｍの間
隔、好ましくは背面部材１０１内部での縦波、横波、あ
るいは境界面での振動等の超音波波長の程度の間隔かそ
れ以内の間隔で設けられている。背面部材１０１は、エ
ポキシ系樹脂等の接着剤等により、超音波振動子１０２
の背面と実質的なずれがないように接着して設けられる
か、超音波振動子１０２の背面に電鋳等により実質的に
一体的に形成している。１０４は、グラウンドの電極リ
ードで、超音波振動子１０２の表面の電極に導電的に接
続されている。１０５は、信号電極リードで、超音波振
動子１０２の信号電極に導電的に接続されている。信号
電極リード１０５、グラウンドの電極リード１０４のう
ち、背面部材１０１の１つを信号電極リード１０５とし
て使用してもよく、背面部材１０１の１つをグラウンド
の電極リード１０４としてもよく、また、信号電極リー
ド１０５およびグラウンドの電極リード１０４を背面部
材１０１で形成してもよい。（実施例１１）図１８は、本発明の実施例１１に係わる
超音波探触子１の斜視図を示すものである。超音波振動
子１１２として超音波の集束を目的とし、凹面形状に形
成されている。背面部材１１１も、その底面が概ね超音
波振動子１１２の曲面にほぼ一致させて形成され、その
底面にほぼ垂直なほぼ平面形状の側面で形成されてい
る。背面部材１１１は、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔ等の導電性の金属またはこれらの合金、セラミ
ック、合成樹脂等を高さ０．００５〜５ｍｍ、好ましく
は背面部材８１内部での使用周波数に相当する縦波の超
音波波長λの１／４程度、幅０．００５〜５ｍｍの断面
形状を有し、長さ０．１〜２０ｍｍ程度の形状を有する
１つの部材を、超音波探触子１の長手方向に実質的に平
行に０．０１〜１０ｍｍの間隔、好ましくは背面部材１
１１内部での縦波、横波、あるいは境界面での振動等の
超音波波長の程度の間隔かそれ以内の間隔で設けられて
いる。背面部材１１１は、エポキシ系樹脂等の接着剤等
により、超音波振動子１１２の背面と実質的なずれがな
いように接着して設けられるか、超音波振動子１１２の
背面に電鋳等により実質的に一体的に形成している。１
１４は、グラウンドの電極リードで、超音波振動子８２
の表面の電極に導電的に接続されている。１１５は、信
号電極リードで、超音波振動子１１２の信号電極に導電
的に接続されている。信号電極リード１１５、グラウン
ドの電極リード１１４のうち、背面部材１１１の１つを
信号電極リード１１５として使用してもよく、背面部材
１１１の１つをグラウンドの電極リード１１４としても
よく、また、信号電極リード１１５およびグラウンドの
電極リード１１４を背面部材１１１で形成してもよい。（実施例１２）図１９は、本発明の実施例１２に係わる
超音波探触子１の斜視図を示すものである。超音波振動
子１２２の背面に上にほぼ円柱状（直径０．０１〜２０
ｍｍ，高さ０．０５〜５ｍｍ程度）の背面部材１２１を
超音波振動子面にほぼ垂直に互いに所定間隔離間するよ
うに複数個設けたものである。背面部材１２１は、Ｃ
ｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の導電性の金属ま
たはこれらの合金、セラミック、合成樹脂等で形成され
る。信号電極リード、グラウンドの電極リードのうち、
背面部材１２１の１つを信号電極リードとして使用して
もよく、背面部材１２１の１つをグラウンドの電極リー
ドとしてもよく、また、信号電極リードおよびグラウン
ドの電極リードを背面部材で形成してもよい。背面部材
１２１は、エポキシ系樹脂等の接着剤等により、超音波
振動子１２２の背面と実質的なずれがないように接着し
て設けられるか、超音波振動子１２２の背面に電鋳等に
より実質的に一体的に形成している。（実施例１３）図２０は、本発明の実施例１３に係わる
超音波探触子１の斜視図を示すものである。ほぼ平面の
超音波振動子１３２の背面に設けられた背面部材１３１
のさらに背面側に第２背面材１３７を設けることによ
り、第２背面材１３７内部へ透過した超音波を十分に減
衰させることができる。背面部材１３１は、Ｃｕ，Ａ
ｌ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の導電性の金属またはこ
れらの合金、セラミック、合成樹脂等で形成される。背
面部材の形状は、実施例８〜１０、実施例１２に示した
ようなものが用いられる。第２背面材１３６としては、
接着性の樹脂等が用いられ、好ましくはエポキシ系樹
脂、ウレタン系樹脂、シリコーンゴム等が用いられる。
第２背面材１３６は、厚みが背面部材１３１の厚みの
０．１〜１０倍程度である。超音波振動子１３２は、超
音波の集束を目的とし、凹面形状に形成されてもよい。

【発明の効果】本発明は、超音波振動子と、超音波振動
子の背面側に設けられた背面部材とからなる超音波振動
子であって、超音波振動子の背面側に位相差反射部また
は位相差透過部を設けたことを特徴とする超音波探触子
であるので、背面から超音波振動子へ向かう反射波の影
響を低減でき、小型で耐久性及び画質等に優れる。ま
た、背面部材は、導電体とすることで、超音波振動子電
極と導電的に接続でき、信号線リードの引回し等の実装
を容易にできる。背面部材の固有音響インピーダンスを
超音波振動子の１／２〜２倍程度とすることにより、背
面部材への透過効率を上げ、パルス波の場合に問題とな
る、超音波振動子内の残存振動を軽減できる。背面部材
のヤング率及び曲げ強度を超音波振動子とほぼ同等また
はそれより大きいものとすることにより、超音波振動子
の補強材としての効果が得られ、生体内に挿入して用い
られるカテーテル型の超音波探触子等の超小型、薄肉の
トランスデューサーとして高性能の特性を有し、製造工
程を容易にできる。背面部材の厚さを背面部材中の波長
のほぼ１０倍以下とすることにより、超音波の広がりが
小さいので、位相関係を明確にでき、効率よく干渉（波
の打消し）を起こすことができる。背面部材の形状は、
背面部材背面に設けられた少なくとも１本以上のほぼ四
辺形の断面を有する凹部により構成することにより、加
工が容易となる。凹部の深さを、（ｊ＋１／４±１／
８）×λで表される（ここで、ｊは０あるいは正の整
数、λは、背面部材内部での超音波の波長）ものとする
ことにより、凸部と凹部での反射波の位相が概ね逆位相
となり、効率よく超音波を打消し合うことができる。背
面部材の背面に、さらに第２背面部材を設けたものとす
ることにより、透過波も減衰させることができ、更に背
後にある、超音波振動子を収納するハウジング等の構造
体からの反射の影響を低減できる。第２背面部材の音響
インピーダンスを背面部材の音響インピーダンスの１／
５以下とすることにより、位相差反射部での反射の効率
を上げることができる。第２背面部材を、超音波の減衰
率が背面部材の減衰率よりも大きな、樹脂、ゴム等の高
分子材料とすることにより、透過波の減衰を効率よく行
なうことができる。第２背面部材は、樹脂、ゴム等の高
分子材料中に音響インピーダンスの異なる散乱体を混合
したものとすることにより、超音波の吸収による減衰に
加え、散乱による減衰の効果も有するものである。背面
部材と超音波振動子との間に音響整合層を設けたものと
することにより、背面部材への透過効率を上げ、パルス
波の場合に問題となる、超音波振動子内の残存振動を軽
減できる。背面部材が金属の場合において、エッチン
グ，電鋳，カッター，レーザービーム，電子ビーム等の
加工により形成することにより、凹部の形状が複雑な場
合でも所定の形状に形成できる。背面部材が樹脂の場合
において、カッター，エキシマレーザービーム，電子ビ
ーム，中性原子ビーム，注型等の加工により形成するこ
とにより、凹部の形状が複雑な場合でも所定の形状に形
成できる。背面部材が金属の場合において、エッチン
グ，電鋳，カッター，レーザービーム，電子ビーム等の
加工方法により直接超音波振動子背面に形成することに
より、接着層の影響を除くことができる。背面部材が樹
脂の場合において、カッター，エキシマレーザービー
ム，電子ビーム，中性原子ビーム，注型等の加工方法に
より直接超音波振動子背面に形成することにより、接着
層の影響を除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図２】本発明の実施例１に係わる超音波探触子に信
号リード線を設けた斜視図である。

【図３】本発明の実施例２に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図４】本発明の実施例３に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図５】本発明の実施例４に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図６】本発明の実施例５に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図７】本発明の実施例６に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図８】本発明の実施例７に係わる超音波探触子の斜
視図である。

【図９】本発明の実施例１の試験例を示す図である。

【図１０】比較例の試験例を示す図である。

【図１２】３層系の超音波の反射を示す模式図であ
る。

【図１３】２層系の超音波の反射を示す模式図であ
る。

【図１４】背面部材の厚さ方向の距離と超音波の減衰
とを示す図である。

【図１５】本発明の実施例８に係わる超音波探触子の
斜視図である。

【図１６】本発明の実施例９に係わる超音波探触子の
斜視図である。

【図１７】本発明の実施例１０に係わる超音波探触子
の斜視図である。

【図１８】本発明の実施例１１に係わる超音波探触子
の斜視図である。

【図１９】本発明の実施例１２に係わる超音波探触子
の斜視図である。

【図２０】本発明の実施例１３に係わる超音波探触子
の斜視図である。

【符号の説明】

１…超音波探触子７，１３７…第２の背面部材９…背面整合層１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９
１，１０１，１１１，１２１，１３１…背面部材１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９
２，１０２，１１２，１２２，１３２…超音波振動子１３，３３，４３，８３，９３…音響整合層１４，１５，３４，３５，４４，４５，８５，９５，１
０５，１１５…信号線リード２６，３６，４６，５６，６６，７６…凹部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１０月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図９】本発明の実施例１の試験例を示す図である。

【図１０】比較例の試験例を示す図である。

【図１１】従来の超音波探触子を示す斜視図である。

【図１２】３層系の超音波の反射を示す模式図であ
る。

【図１３】２層系の超音波の反射を示す模式図であ
る。

【符号の説明】１…超音波探触子７，１３７…第２の背面部材９…背面整合層１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９
１，１０１，１１１，１２１，１３１…背面部材１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９
２，１０２，１１２，１２２，１３２…超音波振動子１３，３３，４３，８３，９３…音響整合層１４，１５，３４，３５，４４，４５，８５，９５，１
０５，１１５…信号線リード２６，３６，４６，５６，６６，７６…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前川純静岡県富士宮市三園平818番地テルモ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波振動子と、該超音波振動子の背面
側に設けられた背面部材とからなる超音波探触子であっ
て、該超音波振動子の背面側に位相差反射部または位相差透
過部を設けたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】該位相差反射部または該位相差透過部を
形成する手段として、該超音波振動子の背面側に設けら
れた該背面部材の背面と該超音波振動子の平均的な距離
が少なくとも２種類以上であり、該超音波振動子面にほ
ぼ対向する実質的な平面及び／または曲面からなること
を特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】該背面部材は、導電体であることを特徴
とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項４】該背面部材の固有音響インピーダンス
が、超音波振動子のほぼ１／２〜２倍であることを特徴
とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項５】該背面部材は、ヤング率及び／または曲
げ強度が、該超音波振動子とほぼ同等またはそれより大
きいものであることを特徴とする請求項１に記載の超音
波探触子。
【請求項６】該背面部材の厚さが、該背面部材中の超
音波波長のほぼ１０倍以下であることを特徴とする請求
項１に記載の超音波探触子。
【請求項７】該背面部材は、該背面部材背面に設けら
れた少なくとも１本以上のほぼ四辺形の断面を有する凹
部により構成されることを特徴とする請求項１ないし６
のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項８】該背面部材は、少なくとも１つ以上の、
該超音波振動子にほぼ平行な底面を有するほぼ円柱状、
または多角形状の形状を有するように形成されるもので
ある、請求項１ないし６のいずれかに記載の超音波探触
子。
【請求項９】該凹部の深さが、（ｊ＋１／４±１／
８）×λで表される（ここで、ｊは０あるいは正の整
数、λは、該背面部材内部での超音波の波長）ものであ
ることを特徴とする請求項７に記載の超音波探触子。
【請求項１０】該背面部材は、該超音波振動子面にほ
ぼ平行に複数個設けたものである、請求項１ないし７の
いずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１１】該背面部材の背面に、さらに第２背面
部材を設けたものであることを特徴とする請求項１ない
し８のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１２】該第２背面部材の固有音響インピーダ
ンスが、該背面部材の音響インピーダンスのほぼ１／５
以下であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波
探触子。
【請求項１３】該第２背面部材は、超音波の減衰率が
背面部材の減衰率よりも実質的に大きな、樹脂、ゴム等
の高分子材料であることを特徴とする請求項１１ないし
１２のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１４】該第２背面部材は、樹脂、ゴム等の高
分子材料中に音響インピーダンスの異なる散乱体を混合
したことを特徴とする特徴とする請求項１１ないし１３
のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１５】該背面部材と該超音波振動子との間に
背面整合層（音響整合層）を設けたものであることを特
徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波探
触子。
【請求項１６】該背面部材として金属を用いた場合、
エッチング，電鋳，カッター，レーザービーム，エキシ
マレーザービーム，電子ビーム，中性原子ビーム等の加
工により形成されたことを特徴とする請求項１ないし８
のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項１７】該背面部材として合成樹脂を用いた場
合、カッター，エキシマレーザービーム，電子ビーム，
中性原子ビーム，注型等の加工により形成されたことを
特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波
探触子。。
【請求項１８】該位相差反射部または該位相差透過部
と、該超音波振動子背面に介在する音響媒体として、音
響媒体中での超音波の減衰が少なくとも３ｄＢ以内、も
しくは該位相差反射部と該超音波振動子背面との距離
が、音響媒体中の波長λの少なくとも１０倍以内である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項１９】該位相差透過部を形成する手段とし
て、該超音波振動子背面の実質的に一部分のみに干渉用
背面部材を設け、該部分以外の振動子背面と該干渉用背
面部材背面とにより該位相差透過部を構成したことを特
徴とする請求項１に記載の超音波探触子。