JPH0746694A

JPH0746694A - 超音波トランスデューサ

Info

Publication number: JPH0746694A
Application number: JP5208898A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Sawada; 之彦沢田; Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波化・高出力化に対応できる超音波トラ
ンスデューサーを提供する。【構成】圧電振動子と、該圧電振動子の一方の面に形
成された音響整合層と、該圧電振動子の他方の面に形成
された背面負荷材とを基本構成要素とする超音波トラン
スデューサにおいて、圧電振動子を、薄膜状の圧電素子
と、該圧電素子を挟持しかつ該圧電素子と一体に固着さ
れた２つの共振体とからなる厚さ方向超音波共振器とし
て構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用または非破壊検
査用の超音波診断装置に用いられる超音波トランスデュ
ーサに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来の超音波トランスデューサについて
は、例えば、コロナ社発行の「医用超音波機器ハンドブ
ック」の１８６頁等に記載されている。この超音波トラ
ンスデューサは、ダンピング層の上に絶縁層を介して両
面に電極を形成したＰＺＴ圧電セラミックス薄片を接着
し、さらに音響整合層を接着していた。

【０００３】ところで、現在医療用超音波トランスデュ
ーサには、病変をより早期に発見するために、解像力の
向上が求められている。このため深さ方向の分解能を高
めることを目的とし、発信周波数の向上による短波長化
が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような構造では、超音波トランスデューサを高周波化
すると、その主な構成要素である圧電素子が薄くなる結
果、以下のような問題が生じる。（１）圧電セラミックスを研磨法で薄くして行くと、研
磨工程並びにその後の超音波トランスデューサ組立工程
や使用中に圧電セラミックスが破損し易い。（２）高分子圧電体では、電気的インピーダンスが高く
なるため、特に小型化した場合に信号伝達用ケーブルと
のマッチングがとれなくなるために信号の伝達にロスが
生じ、結果的に感度が低下する。（３）蒸着・スパッタ・ゾル−ゲル法等の手法で形成さ
れる圧電素子は、厚さが薄過ぎるため、発信周波数が数
１００ＭＨｚオーダー以上となり、体内での減衰が大き
すぎて観測に適さない。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、高周波化・高出力化に対応できる超音波トランスデ
ューサーを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電振動子
と、該圧電振動子の一方の面に形成された音響整合層
と、該圧電振動子の他方の面に形成された背面負荷材と
を基本構成要素とする超音波トランスデューサにおい
て、圧電振動子を、薄膜状の圧電素子と、該圧電素子を
挟持しかつ該圧電素子と一体に固着された２つの共振体
とからなる厚さ方向超音波共振器として構成したもので
ある。

【０００７】

【作用】上記した手段によれば、超音波共振器により、
メカニカルＱが増加するため、発信される超音波パルス
は増幅される。この場合の超音波パルスの発信周波数
は、超音波共振器の厚さにより規定され、圧電素子の厚
さにはよらない。このため、電気的インピーダンスが小
さいＰＺＴ等の圧電セラミックスを用いた、数百ＭＨｚ
相当の共振周波数をもつ厚さ１０μｍ程度の圧電素子
が、数十ＭＨｚクラスの超音波トランスデューサに使用
可能となる。また、圧電素子は、振動子を構成する共振
体に挟持される構造となるため、機械的強度が高まる。

【０００８】

【実施例１】（構成）図１には実施例１が示されてい
る。この実施例の超音波トランスデューサ５は、圧電体
薄層８の表裏面に電極７ａ，７ｂが形成された薄層状圧
電素子１と、この薄層状圧電素子１を挟持したアルミナ
セラミックスからなる２つの共振体２ａ，２ｂとから構
成された圧電振動子を基本構成要素とし、一方の共振体
２ａの表面には音響整合層３が形成されてその表面が音
響放射面６となっているとともに、他方の共振体２ｂの
表面には背面負荷材４が形成された構造となっている。

【０００９】（作用）この実施例によれば、共振体２
ａ，２ｂにより一体的に保持された薄層状圧電素子１
は、超音波共振器として作用する。これにより、圧電体
薄層８に高周波パルスを印加することによって生じる超
音波振動は、共振作用によって増幅されつつ、音響放射
面６から放射される。

【００１０】（効果）このように、発信される超音波パ
ルスを増幅することができるため、高出力の超音波トラ
ンスデューサを得ることができる。また、この実施例で
共振体材質として示したアルミナは、その音響インピー
ダンス３２．６［ＭＲａｙｌ］であり、圧電セラミック
スの音響インピーダンス２９〜３３［ＭＲａｙｌ］と近
似した値であるため、両者の界面における反射やこれに
伴う超音波のロスを小さくすることができる。同様の音
響インピーダンスを示す材料であれば、共振体材質とし
て使用することが可能である。例えば、ジルコニア系セ
ラミックス・マシナブルセラミックス・リン青銅等の銅
合金等を使用することができる。同様に電極７ａ，７ｂ
についても、銀以外にパラジウム・ニッケル等も使用可
能であり、またその加工法も焼付け・真空蒸着法が使用
可能であることは言うまでもない。

【００１１】

【実施例２】図２には実施例２が示されている。この実
施例は基本的には実施例１と同様であるので、その差異
について説明する。

【００１２】（構成）この実施例においては、共振体２
ａ，２ｂはその表面に銀からなる導体薄膜９ａ，９ｂが
形成されたアルミナとした。導体薄膜９ａ，９ｂはスパ
ッタ法により形成した。また共振体２ａ，２ｂの表面形
状は、少なくともその一部が薄層状圧電素子１よりも突
出した形状となっている。

【００１３】（作用）この実施例によれば、共振体２
ａ，２ｂの突出部の表面には導体薄膜９ａ，９ｂが形成
されているので、該突出部の表面が電気的接続用端子１
０，１１として機能する。

【００１４】（効果）この実施例によれば、電気的接続
用端子１０，１１が一体に形成された超音波トランスデ
ューサを得ることができる。このため電気的実装を容易
かつ確実に行うことができる。また共振体２ａ，２ｂそ
のものを銅合金等の導体により構成することにより、導
体薄膜の形成を省略することができることは、言うまで
もない。

【００１５】

【実施例３】図３には実施例３が示されている。この実
施例は基本的には実施例１と同様であるので、その差異
について説明する。

【００１６】（構成）この実施例においては、共振体２
ａ，２ｂはアルミナセラミックスで形成されるととも
に、共振体２ａの平面形状は、少なくともその一部が薄
層状圧電素子１よりも突出した形状とされ、該部によっ
て突起部１２が形成されている。

【００１７】（作用）この実施例によれば、突起部１２
が超音波トランスデューサ５の保持部材として機能す
る。

【００１８】（効果）実施例１に示した効果に加え、以
下のような効果を持つ。保持部材が一体に形成された超
音波トランスデューサ５を得ることができる。このと
き、保持部材の薄層状圧電素子１側を固定するように保
持することで、共振器の振動を妨げることが少なくな
り、高出力の超音波トランスデューサ５を得ることがで
きる。なお、共振体の材質としては、アルミナセラミッ
クスの他にジルコニアセラミックス・銅合金等の機械的
強度が高い材質が使用可能である。また実施例２で示し
たように、共振体を導体で形成した場合は、電気的接続
端子を同時に形成でき、電気的実装が容易となる。

【００１９】

【実施例４】図４には実施例４が示されている。この実
施例は基本的には実施例１と同様であるので、その差異
について説明する。

【００２０】（構成）この実施例においては、共振体２
ａ，２ｂは、銅合金からなる板材で形成されるととも
に、共振体２ａの平面形状は、少なくともその一部が薄
層状圧電素子１よりも突出した形状とされ、その突出部
１２が塑性変形により４５°程度の角度で折り曲げら
れ、該折曲部によって斜面１３が形成されている。

【００２１】（作用）この実施例によれば、斜面１３の
表面が音響ミラーとして作用する。超音波トランスデュ
ーサ５の音響放射面６から発信された超音波パルスは、
斜面１３の表面である音響ミラーで反射されてその経路
が変更され、超音波ビームとして外部に放射される。ミ
ラーが一体化された超音波トランスデューサ５全体を走
査することにより、超音波ビームを走査することができ
る。また、受信時は、上記とは逆経路となり、外部から
入射した超音波パルスを音響ミラーで反射してトランス
デューサに導く。

【００２２】（効果）実施例１に示した効果に加え、以
下のような効果を持つ。音響ミラーが一体に形成された
超音波トランスデューサ５を得ることができる。これに
より、ミラーと超音波トランスデューサ５のアライメン
トが、ケース等の組付け時には全く不要となるため、高
精度で超音波ビーム位置を制御することができる超音波
トランスデューサ５を得ることができる。また、前述の
第２および第３の実施例において触れたように、共振体
２ａ，２ｂの一部を電極端子とすることや、保持部材と
することも同様に可能であることは言うまでもない。

【００２３】

【実施例５】図５には実施例５が示されている。この実
施例は基本的には実施例１と同様であるので、その差異
について説明する。

【００２４】（構成）この実施例においては、共振体２
ａ，２ｂを含む圧電振動子と、音響整合層３と、背面負
荷材４とを基本構成要素として構成した超音波トランス
デューサ５の周囲が、エポキシ系樹脂からなる絶縁材１
４で被覆されている。

【００２５】（作用）この実施例によれば、共振体２
ａ，２ｂの横方向振動は絶縁材１４により制御される。
同時に圧電体薄層８やその表面に形成された電極部材等
が、水分等の外部環境から保護される。

【００２６】（効果）実施例１に示した効果に加え、以
下のような効果を持つ。超音波パルスの発信に寄与しな
い、不要な横方向振動モードを抑制することができる。
このため、高品質のパルスを発信することができる。併
せて外部環境から超音波トランスデューサ５を保護でき
るため、耐環境性に優れた高信頼性の超音波トランスデ
ューサ５を得ることができる。絶縁材の材質としては、
この実施例で示したエポキシ樹脂の他に、フェノール系
樹脂や、アルミナ・ジルコニア等のセラミックス製の部
材やエポキシ系樹脂・フェノール系樹脂等からなる部材
を、超音波トランスデューサ５の外周に接合してもよ
い。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、高周波化・小型化に適
し、機械的強度が高く信頼性に優れた、高性能超音波ト
ランスデューサを容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の超音波トランスデューサの構成図で
ある。

【図２】実施例２の超音波トランスデューサの構成図で
ある。

【図３】実施例３の超音波トランスデューサの構成図で
ある。

【図４】実施例４の超音波トランスデューサの構成図で
ある。

【図５】実施例５の超音波トランスデューサの構成図で
ある。

【符号の説明】

１薄層状圧電素子２ａ，２ｂ共振体３音響整合層４背面負荷材５超音波トランスデューサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電振動子と、該圧電振動子の一方の面
に形成された音響整合層と、該圧電振動子の他方の面に
形成された背面負荷材とを基本構成要素とする超音波ト
ランスデューサにおいて、圧電振動子を、薄膜状の圧電
素子と、該圧電素子を挟持しかつ該圧電素子と一体に固
着された２つの共振体とからなる厚さ方向超音波共振器
として構成したことを特徴とする超音波トランスデュー
サ。