JPH09294300A - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細径化ができ、ハウジングと圧電素子の組み
付け制度が向上した超音波探触子とする。 【解決手段】 圧電素子１と、圧電素子１の上下に積層
された音響整合層４及び背面負荷部材５と、これら１、
４、５が挿入される導電性のハウジング６とを有する構
成に対し、ハウジング６の内側または内外両面に絶縁性
の樹脂膜１４を電着塗装によって形成する。樹脂層１４
によって必要な耐電圧を維持しながら、探触子の径を細
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波内視鏡に用
いる超音波探触子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波内視鏡用の超音波探触子は、種々
の医療分野で用いられている超音波探触子と同様に、圧
電素子の両面に設けた電極に電気信号を印加することに
より超音波を発振させ、この超音波を検査媒質中に放射
するとともに検査媒質から反射される超音波を圧電素子
で受信し、これを電気信号に変換して電極により取り出
し、電気信号から検査媒質中の構造を探るようになって
いる。この場合、超音波内視鏡に使用する超音波探触子
は、体腔内へ挿入される挿入部に設けるものであるため
小型化、特に細径化が要求される。

【０００３】図３は、特開平１−２９１８４４号公報に
記載された従来の超音波探触子の縦断面図を示す。１ａ
はＰＺＴ等の圧電物質からなる圧電素子である。この圧
電素子１ａの両面には表面電極２ａと裏面電極３ａとが
設けられ、これらの電極２ａ，３ａ間に電気信号（特に
パルス信号）を印加することにより圧電素子１ａが振動
し、超音波を発振する。圧電素子１ａの表面電極２ａ上
には、音響整合機能を有するレンズ層４ａを設けて超音
波を収束させている。

【０００４】一方、圧電素子１ａの裏面電極３ａ側には
背面負荷部材５ａを設けている。この背面負荷部材５ａ
は、例えばエポキシ樹脂に粉末タングステン等の導電性
の物質を混入することで形成されており、圧電素子１ａ
の裏面電極３ａ側からの振動を吸収している。かかる背
面負荷部材５ａは、プラスチック等からなる絶縁層７ａ
の中に装着されている。

【０００５】これに対して、圧電素子１ａは、絶縁層７
ａの段付き部１３ａに装着されている。ケーブル９ａは
圧電素子１ａに電気信号を印加するものである。このケ
ーブル９ａは、裏面電極３ａに対してはケーブル線１０
ａを介して導通している。一方、表面電極２ａに対して
はケーブル線１１ａによりハウジング６ａに導通し、こ
のハウジング６ａからケーブル線１２ａを介して導通し
ている。

【０００６】背面負荷部材５ａは導電性を有するため、
表面電極２ａと裏面電極３ａの短絡を防止しなければな
らず、このため背面負荷部材５ａの裏面側には絶縁層８
ａを設けている。これらの絶縁層７ａ，８ａは少なくと
も３００Ｖの耐電圧を有するものである。

【０００７】以上のような図３の超音波探触子は表面電
極２ａと結線されたハウジング６ａと、裏面電極３ａお
よび裏面電極３ａと接触し導電性を有す粉末タングステ
ン等を含んだ背面負荷部材５ａとの短絡の防止を絶縁層
７ａが行うと共に、この絶縁層７ａが圧電素子１ａの位
置決めを行っており、これらの両方の機能を有すること
により構造の簡略化を図っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、絶縁層７ａ
は段付き部１３ａを有することと、ハウジング６ａに嵌
入する際に必要な強度を確保するため、少なくとも０．
２ｍｍの厚さが必要であり、これにより探触子の直径が
０．５ｍｍ以上太くなる原因となっていた。

【０００９】また、超音波診断において高分解能診断を
行うためには、圧電素子１ａから発振した超音波をレン
ズ層４ａで正しく収束させることが不可欠であり、その
ためには圧電素子１ａとレンズ層４ａの音軸を正確に合
わせる必要がある。しかしながら圧電素子１ａの位置を
決める絶縁層７ａはプラスチック成形品であるため、寸
法公差が±１００μｍ以上と大きくなり、圧電素子１ａ
の音軸がレンズ層４ａの音軸に対してずれる原因となっ
ていた。これに加えて絶縁層７ａをハウジング６ａに接
着する工程も軸ずれの原因となっていた。

【００１０】これに対し、絶縁層７ａの形状を変更する
と、変更した形状を成形するための金型を製作する必要
があり、この製作が面倒であると共に、金型代が高価と
なっている。このため探触子の設計変更は容易に行うこ
とができず、多種の製品への対応が困難であった。

【００１１】本発明は、以上の問題点を考慮してなされ
たものであり、細径化が可能であり、しかもハウジング
と圧電素子の組み付け精度の向上に基づく超音波診断の
精度の向上が可能な超音波探触子及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波探触子
は、圧電素子と、この圧電素子の上下に積層された音響
整合層及び背面負荷部材と、これらが挿入される導電性
のハウジングと、を有する超音波探触子において、前記
ハウジングの内側または内外両面に絶縁性の樹脂膜が形
成されていることを特徴とする。

【００１３】この場合、絶縁性の樹脂膜は５〜１００μ
ｍの厚さであり、且つ、１００Ｖ〜１０００Ｖの耐電圧
を有することを特徴とする。

【００１４】このように厚さが５〜１００μｍの樹脂膜
をハウジングの内側または内外両面に形成することによ
り、必要な耐電圧を保持しながら探触子の直径を細くで
きると共に、ハウジングと圧電素子の組み付け精度を向
上することができる。樹脂膜の厚さは５〜１００μｍの
範囲のものが良い。５μｍ以下では必要な耐電圧を保持
することが難しくなる一方、１００μｍ以上では探触子
の直径が太くなり、しかも膜厚が不均一になり易いため
組み付け精度が低下して好ましくない。

【００１５】ハウジングの内側または内外両面に形成す
る樹脂膜の樹脂の種類として、１００Ｖ〜１０００Ｖの
耐電圧を有することを考慮すると、１〜２００ｋＶ／ｍ
ｍの電界で絶縁破壊しないものを使用する。この樹脂と
しては、例えば、エポキシ樹脂（１６〜２２ｋＶ／ｍ
ｍ）、シリコーン系樹脂（１０〜１１ｋＶ／ｍｍ）、ポ
リイミド（２２ｋＶ／ｍｍ）、フェノール樹脂（１２〜
１３ｋＶ／ｍｍ）、ポリウレタン（１８〜２０ｋＶ／ｍ
ｍ）等の熱硬化性樹脂、アクリル樹脂（１６ｋＶ／ｍ
ｍ）、ポリアミド（１５〜１９ｋＶ／ｍｍ）、ポリエチ
レン（１８〜２８ｋＶ／ｍｍ）、ポリ塩化ビニル（１７
〜５０ｋＶ／ｍｍ）、ポリアセタール（２０〜８０ｋＶ
／ｍｍ）等の熱可塑性樹脂を選択できる。また、これら
の樹脂をガラス繊維等で強化した樹脂、架橋ポリエチレ
ン（６５〜７５ｋＶ／ｍｍ）等の架橋によって強化した
樹脂、これらにフッ素等を付加した変性樹脂、更にはポ
リテトラフルオロエチレン（２０ｋＶ／ｍｍ）等のフッ
素系樹脂等を選択することができる。

【００１６】本発明の超音波探触子の製造方法は、導電
性のハウジングの内側に圧電素子と音響整合層と背面負
荷部材とを積層状態で固着させる超音波探触子の製造方
法において、前記ハウジングの内側または内外両面に絶
縁性の樹脂膜を電着塗装により形成することを特徴とす
る。

【００１７】このようにハウジングの内側または内外両
面に電着塗装を施すことで、薄く均一な厚さの樹脂膜が
形成でき、必要な耐電圧を保持しながら探触子の直径を
細くでき、しかもハウジングと圧電素子の組み付け精度
を向上することができる。

【００１８】本発明の電着塗装に用いられる電着塗料
は、アニオン型またはカチオン型樹脂塗料である。アニ
オン型樹脂塗料は樹脂骨格中にカルボキシル基を多数有
する酸性の樹脂を低分子アミン等で中和した水性塗料で
あり、カチオン型樹脂塗料はアミノ基を多数有する塩基
性の樹脂をカルボン酸等の低分子有機酸で中和した水性
塗料である。塗装処理において、アニオン型樹脂塗料の
場合は被塗物を陽極として、カチオン型樹脂塗料の場合
は被塗物を陰極とし、電圧を印加して樹脂を泳動させ
て、被塗装物表面に析出させることでなされる。

【００１９】アニオン型樹脂塗料に使用するポリマーと
しては、電気泳動性の親水基としてカルボキシル基を導
入してポリアニオンとしたアクリル系・メタクリル系樹
脂に対して、加熱により酸化または付加重合を開始する
ことで硬化を促進する官能基としてビニル結合を有する
アクリル基等を側鎖に導入したものや、メチロールメラ
ミンを生成して硬化するもの等が用いられる。このアニ
オン型樹脂塗料に使用する樹脂としては、加水分解に対
する安定性の点からアクリル系・メタクリル系樹脂また
はその変性樹脂を用いることが望ましいが、特に限定さ
れない。

【００２０】カチオン型樹脂塗料に使用するポリマーと
しては、電気泳動性の親水基としてアミノ基を導入して
ポリカチオンとしたエポキシ樹脂やアクリル樹脂に対し
て、加熱により酸化または付加重合を開始することで硬
化を促進する官能基としてビニル結合を有するアリル基
やスチリル基等を側鎖に導入したものや、ブロック化イ
ソシアナートと二価アルコールの重付加反応で生成する
ウレタン結合により硬化するもの等が用いられる。この
カチオン型樹脂塗料に使用する樹脂としては、耐食性の
観点からアミノ基を導入したエポキシ樹脂を用いること
が望ましいが、特に限定されない。

【００２１】上述した塗装においては、必要に応じて着
色剤やｐＨ調整剤、溶剤等を添加する。着色剤としては
顔料や染料を用いるが、水系に分散させるために水系に
不溶でｐＨ安定性が良好で、耐熱性が良好なカーボンブ
ラックや酸化チタン、フタロシアニン等を選択するのが
好ましい。ｐＨ調整剤としては、アニオン型樹脂塗料の
場合、トリエチルアミン等の低分子アミンを、カチオン
型樹脂塗料の場合、プロピオン酸等の低分子有機酸を用
いることができる。溶剤としてはアルコール、ケトン、
エステル系のものを用いることができ、その他の添加剤
としては硬化触媒やレベリング剤、界面活性剤等を用い
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１の超音波
探触子の縦断面図である。１はチタン酸ジルコン酸鉛に
よって成形された圧電素子である。２、３はそれぞれ圧
電素子１の表面と裏面に設けた表面電極及び裏面電極で
ある。４は圧電素子１の表面電極２上に設けた音響整合
層としてのレンズ層である。

【００２３】６はＳＵＳ３０４等のステンレスからなる
ハウジングであり、その内外の両面には樹脂膜１４が施
されている。このハウジング６の内面には段付き部１３
が設けられており、この段付き部１３の形成部位に圧電
素子１、表面電極２、裏面電極３及びレンズ層４が固着
されている。

【００２４】５はハウジング６の中の裏面電極３側に設
けられた背面負荷部材であり、エポキシ系の樹脂に粉末
タングステンを混入するにより導電性を有している。こ
の背面負荷部材５は樹脂膜１４によってハウジング６か
ら絶縁された状態となっている。

【００２５】９はハウジング６を貫通するケーブルであ
り、不図示の電源、観測装置に接続されている。１０、
１１はケーブル９からのケーブル線であり、ケーブル線
１０は裏面電極３に導通し、ケーブル線１１はハウジン
グ６内面における下部の未塗装部１６、ハウジング６、
ハウジング６内面における上部の未塗装部１５、ケーブ
ル線１２を介して表面電極２に導通している。８は背面
負荷部材５の裏面側に設けた絶縁層であり、ケーブル線
１０、１１の短絡を防止している。これらの絶縁層８及
び樹脂膜１４は１０００Ｖの耐電圧を有する。

【００２６】樹脂膜１４の形成方法は、ハウジング６の
内面における未塗装部１５、１６、１７及び１８の４箇
所をステンレス製針金により固定し、これを接点とし
て、商品名「アクチベーターＳ（（株）シミズ製）」か
らなる電解脱脂剤を用い、濃度１００ｇ／ｌ、液温４０
℃、電流密度５Ａ／ｍ² で１２０秒間陰極電解する。そ
の後、商品名「エレコートコネクター（（株）シミズ
製）」からなる電解クロメート処理剤を用い、濃度１０
０ｍｌ／ｌ、４０℃で、電流密度１Ａ／ｍ² で６０秒間
陰極電解して、クロメート皮膜を形成し、次いで、商品
名「エレコートＡＭ−１（（株）シミズ製）」からなる
アクリル樹脂系アニオン型電着塗料を用い、液温２５℃
で、８５Ｖ２分間の処理する。そして水洗することで未
電着の持ち出し塗料を除去し、１００℃１０分の予備乾
燥後、１８０℃で３０分間の加熱硬化を行う。これらの
処理の後、接点を取り除くことにより、ハウジング６の
内面に未塗装部１５、１６、１７及び１８が形成され
る。以上のようにして作製された樹脂膜１４の厚さを高
周波式膜厚計で測定したところ、１０±２μｍであっ
た。

【００２７】上記構成において、電源からケーブル９を
経由して表面電極２と裏面電極３の間にパルス電圧を印
加し、圧電素子１を振動させる。圧電素子１の表面電極
２側の振動は、裏面電極３側の振動が背面負荷部材５に
より抑制される分だけ増大し、超音波パルスとなって伝
達される。この超音波パルスはレンズ層４で収束されて
外部へ発振される。探触子を不図示の駆動機構により駆
動することによって、発振された超音波パルス列からな
る超音波ビームを任意の経路に沿って走査する。検査媒
質から反射された超音波パルスは、レンズ層４を経て圧
電素子１に伝達され、これを振動させる。圧電素子１の
振動によって発生した電気信号は、ケーブル９を経由し
て観測装置に伝達される。

【００２８】このような実施の形態では、電着塗装によ
り樹脂膜１４を薄く、必要十分な耐電圧を有する絶縁皮
膜とすることができる。また、ハウジング６の段付き部
１３が圧電素子１とレンズ層４の両方の位置を決めるこ
とで圧電素子１とレンズ層４の音軸を正確に合わせるこ
とができ、これにより超音波ビームを精度良く集束させ
ることができる。

【００２９】このようにハウジング６と表面電極２と裏
面電極３の短絡の防止を薄い樹脂膜１４が担うため、探
触子、ひいては超音波内視鏡の細径化が可能となり、体
腔内へのより狭い部位への挿入と、挿入による患者の苦
痛の軽減とが可能となる。

【００３０】従来は図３に示すように、寸法公差の大き
い絶縁層７ａを介して、圧電素子１ａをハウジング６ａ
に接着していたため、結果的にハウジング６ａに対する
圧電素子１ａの組み付け精度が低下していたが、この実
施の形態では膜厚の寸法公差が小さい樹脂膜１４を用い
るため、超音波診断の精度が向上する。

【００３１】さらに、導電性のハウジング６の外側を電
着塗装により絶縁被覆するため、ハウジング６からの漏
電を防止でき、安全性が向上する。加えて、樹脂膜１４
の形成には金型が不要であることから、探触子の設計変
更が容易になり、多種少量生産に対応することが可能に
なる。

【００３２】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２を示し、実施の形態１と同一部分には同一符号を付
すことにより対応させてある。この実施の形態では、裏
面電極３の周辺部を取り除き、圧電素子１よりひとまわ
り小さくしてある。１９はハウジング６の内面に施した
樹脂膜であり、２０はこの樹脂膜１９の端部である。こ
の樹脂膜１９の端部２０の形成部位に圧電素子１、表面
電極２及びレンズ層４ａを固着させている。樹脂膜１９
は１０００Ｖの耐電圧を有する。

【００３３】樹脂膜１９の形成方法は、実施の形態１と
同様にハウジング６にクロメート皮膜形成まで行った
後、ハウジング６の外面および内面における上下両端部
をシリコーンゴム製のキャップで覆い、次いで、商品名
「オルガ１０００ＨＴプライマー（日本ペイント（株）
製）」のエポキシ系塗料を用いて吹き付け塗装し、１１
０℃で４５分間の加熱硬化を行う。そしてキャップを取
り除くことにより、ハウジング６の内面の上下両端部
は、未塗装部となる。この樹脂膜１９の厚さを高周波式
膜圧計で測定したところ、４０μｍ±１０μｍであっ
た。

【００３４】この実施の形態では、吹き付け塗装により
樹脂膜１９を比較的薄く、しかも必要十分な耐電圧を有
する絶縁皮膜とすることができる。また、樹脂膜１９の
端部２０が圧電素子１とレンズ層４の両方の位置を決め
ることで、圧電素子１とレンズ層４の音軸を正確に合わ
せることができ、これにより超音波ビームを精度良く集
束させることができる。

【００３５】このような実施の形態では、ハウジング６
と表面電極２と裏面電極３の短絡の防止を薄い樹脂膜１
９が担うことで、探触子、ひいては超音波内視鏡の細径
化が可能となり、体腔内へのより狭い部位への挿入と、
挿入による患者の苦痛の軽減とが可能となる。

【００３６】従来は図３に示すように、寸法公差の大き
い絶縁層７ａを介して、圧電素子１ａをハウジング６ａ
に接着していたため、結果的にハウジング６ａに対する
圧電素子１ａの組み付け精度が低下していたが、この実
施の形態では膜厚の寸法公差が小さい樹脂膜１９を用い
るため、超音波診断の精度が向上する。

【００３７】さらに、樹脂膜１９の形成には金型が不要
であることから、探触子の設計変更はより容易になり、
多種少量生産に対応することが可能となる。加えて、ハ
ウジング６の段付き加工が不要になる分、製造が容易と
なると共に、コスト低減ができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の超音波探触子は、
細径化が可能であり、多種少量生産に容易に適用できる
と共に、ハウジングと圧電素子の組み付け精度の向上に
基づく超音波診断の精度の向上が可能な構造とすること
ができる。また本発明の製造方法では、この超音波探触
子を良好に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の縦断面図である。

【図２】実施の形態２の縦断面図である。

【図３】従来の超音波探触子の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ 表面電極 ３ 裏面電極 ４ レンズ層 ５ 背面負荷部材 ６ ハウジング １４ 樹脂層 １９ 樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 勝裕 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と、この圧電素子の上下に積層
   された音響整合層及び背面負荷部材と、これらが挿入さ
   れる導電性のハウジングと、を有する超音波探触子にお
   いて、前記ハウジングの内側または内外両面に絶縁性の
   樹脂膜が形成されていることを特徴とする超音波探触
   子。
2. 【請求項２】 前記絶縁性の樹脂膜は５〜１００μｍの
   厚さであり、且つ、１００Ｖ〜１０００Ｖの耐電圧を有
   することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
3. 【請求項３】 導電性のハウジングの内側に圧電素子と
   音響整合層と背面負荷部材とを積層状態で固着させる超
   音波探触子の製造方法において、前記ハウジングの内側
   または内外両面に絶縁性の樹脂膜を電着塗装により形成
   することを特徴とする超音波探触子の製造方法。