JPH11178823A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子走査型超音波探触子の性能低下なしに、
圧電振動素子の機械的強度を増すととに、滅菌溶剤によ
る素子接着層へのダメージを防止する。 【解決手段】 電子走査型超音波探触子は、圧電振動子
１、第１音響整合層２、第２音響整合層３を有する各圧
電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎで構成されている。
分割された各圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎの間
の分割溝の内部、第２音響整合層３の表面、および背面
負荷５を含む超音波変換素子全周に、硬度が高く溶剤透
過性が小さいポリパラキシリレンなどの補強層６を設け
る。補強層６により、各圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ
…１ｎが、外部応力や衝撃により機械的に破損すること
を防止するとともに、滅菌用溶剤の侵入を防止する。圧
電振動素子１と第１音響整合層２の間の接着層（図示せ
ず）などへ溶剤が侵入して接着剤にダメージを与えるこ
とを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置に
用いる超音波探触子に関し、特に、圧電振動子の機械的
強度の改善と薬品の侵入防止を図った超音波探触子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、超音波診断装置に用いられる電
子走査型超音波探触子の一般的な素子構造ついて、図６
を参照して説明する。図６において、圧電振動子11は、
超音波の送波及び受波をするための圧電セラミックなど
からなる振動子である。第１音響整合層12は、超音波を
効率よく伝搬させるための整合層である。第２音響整合
層13は、同じく超音波を効率よく伝搬させるための整合
層である。音響レンズ14は、超音波を収束させるための
レンズである。背面負荷15は、圧電振動子11の背面から
出される超音波を吸収減衰させるための負荷材である。
圧電振動子11と第１音響整合層12と第２音響整合層13
で、圧電振動素子11ａ、11ｂ、11ｃ…11ｎを構成してい
る。

【０００３】電子走査型超音波探触子の中でも、特に、
電子セクタ走査型超音波探触子の場合は、超音波ビーム
を電子的な制御によりセクタ状に走査するものであるか
ら、第１音響整合層12、第２音響整合層13、圧電振動子
11が完全分割され、分割溝が背面負荷15まで深く切り込
まれている。この分割された圧電振動素子11ａ、11ｂ、
11ｃ…11ｎの間の分割溝には、各圧電振動素子間の音響
的クロストークを抑えるための充填材17（例えば、硬度
の小さいシリコーン樹脂等）が充填され、個々の圧電振
動素子11ａ、11ｂ、11ｃ…11ｎの超音波指向性を広指向
性にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような電子走査型
超音波探触子の構造においては、第１音響整合層12、第
２音響整合層13、圧電振動子11が完全分割されているの
で、構造上、外部応力や衝撃などに対する、各圧電振動
素子の機械的強度が弱いという問題があった。

【０００５】また、このような構造の従来の超音波探触
子においては、音響レンズ、複数の音響整合層、圧電振
動子、背面負荷等のそれぞれの構成部品が、図示してい
ないが、エポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等の接着剤に
より接着されて一体化されている。例えば、音響レンズ
14と第２音響整合層13の接着には、シリコーン樹脂が用
いられ、第１音響整合層12と第２音響整合層13、圧電振
動子11と第１音響整合層12、背面負荷15と圧電振動子11
のそれぞれの接着には、エポキシ系樹脂の接着剤が用い
られている。このような接着剤で各構成部品が一体化さ
れた超音波探触子では、使用時に薬品の滅菌溶剤が音響
レンズ14を透過し、この滅菌溶剤が更に音響レンズ14内
部の構成部品間の接着層へ回り込み、接着力の低下や剥
がれ等のダメージを与えるという問題があった。一般
に、シリコーンからなる音響レンズ14は、消毒液で使わ
れる薬品（例えば、アルコール、サイデックス、ヒビテ
ンなど）に対して透過性が高いので、この薬品が透過し
て、音響レンズ14内の各接着層に浸透して悪影響を与
え、接着力を低下させる。

【０００６】本発明は、上記の問題を解決し、超音波探
触子の圧電振動素子の性能を劣化させることなく、外部
応力や衝撃などに対する各圧電振動素子の機械的強度を
改善するとともに、薬品や溶剤による構成要素部品や接
着層への悪影響を防止することが可能な優れた超音波探
触子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、超音波探触子を、音響レンズと接す
る音響整合層の表面と、分割溝の内部と、背面負荷を含
む超音波変換素子全体に、硬度が高く、薬品や溶剤に対
しての透過性が小さく、超音波探触子の性能に悪影響を
与えない素材（例えば、ポリパラキシリレンなど）の薄
い補強層を形成する構成とした。

【０００８】超音波探触子をこのように構成したことに
より、外部応力や衝撃などに対する圧電振動子の機械的
強度を改善するとともに、かつ、薬品や溶剤による各構
成部品の接着層への悪影響を防止することが可能であ
る。

【０００９】なお、図５に示した各種ポリマーの特性と
ポリパラキシリレンの分子構造化学式から、ポリパラキ
シリレンは、一般的なガスや水蒸気に対して透過性は小
さいことが容易に推測できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
超音波を送受波する圧電振動子と、超音波を効率よく伝
搬させるために前記圧電振動子に接着された一層以上の
音響整合層と、残響を抑えるために前記圧電振動子の背
面に接着された背面負荷と、超音波を収束するために前
記音響整合層に接着された音響レンズとから構成され、
前記圧電振動子及び全ての前記音響整合層が前記背面負
荷まで切り込まれた分割溝で走査方向に分割された超音
波変換素子からなる電子走査型超音波探触子において、
前記音響レンズと接する前記音響整合層の表面と、前記
分割溝の内部と、前記背面負荷を含む前記超音波変換素
子全体に補強層を設けた超音波探触子であり、補強層に
より機械的強度を増すとともに、薬品の侵入を防ぐとい
う作用を有する。

【００１１】本発明の請求項２記載の発明は、請求項１
記載の超音波探触子において、前記音響整合層の表面に
接する前記音響レンズの内面に前記補強層を設けたもの
であり、補強層の摩耗を防ぐという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項３記載の発明は、請求項
１、２記載の超音波探触子において、前記補強層の厚み
が0.5μｍから20μｍの範囲であるものであり、超音波
探触子の性能の劣化なしに補強層で機械的強度を増すと
ともに、薬品の侵入を防ぐという作用を有する。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図５を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態は、圧電振動素子が背面負荷まで切り込まれた構
造の超音波探触子において、各圧電振動素子の、音響レ
ンズと接する音響整合層の表面と、分割溝の内部と、背
面負荷を含む超音波変換素子全体に、ポリパラキシリレ
ンの補強層を設けた超音波探触子である。

【００１５】図１は、本発明の第１の実施の形態の超音
波探触子の断面図である。複数個の圧電振動素子が配列
された構成の電子走査型超音波探触子で、特に、圧電振
動子及び全ての音響整合層が走査方向に分割され、か
つ、分割溝が背面負荷まで切り込まれた構造を有するも
のである。図１において、圧電振動子１は、超音波の送
波及び受波をするための圧電セラミックなどからなる振
動子である。第１音響整合層２は、超音波を効率よく伝
搬させるための整合層である。第２音響整合層３は、第
１音響整合層２より音響インピーダンスが小さい材料を
用いて、超音波を効率よく伝搬させるための整合層であ
る。音響レンズ４は、超音波を収束させるためのレンズ
である。背面負荷５は、圧電振動子１からの送波信号及
び受波信号に音響的な制動をかけるとともに、圧電振動
子１の背面から伝搬する超音波を吸収減衰させるための
ものである。ここでは、圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ
…１ｎの集合を超音波変換素子と呼び、超音波変換素子
と音響レンズ４などを一体にまとめたデバイスを超音波
探触子と呼ぶことにする。

【００１６】図１を参照して、第１の実施の形態の超音
波探触子の構成を説明する。電子セクタ走査型超音波探
触子は、超音波ビームを大きく偏向させる必要があるた
め、第１音響整合層２、第２音響整合層３、圧電振動子
１が完全に切断され、背面負荷５まで切り込まれた構造
になっている。このような構造をとることで、分割され
た各圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎの隣り合う圧
電振動素子間の音響的クロストークが小さくなり、放射
される超音波ビームの指向性が広くなって、圧電振動素
子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎに加える電気信号のタイミン
グ制御で、超音波ビームの偏向を行なうことができる。

【００１７】このような構造の超音波探触子において、
各圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎの、音響レンズ
４と接する第２音響整合層３の表面と、分割溝の内部
と、背面負荷５を含む超音波変換素子全体に、ポリパラ
キシリレンの補強層６を設ける。各圧電振動素子間の溝
の部分には、補強層６の上に充填材７（例えばシリコー
ン樹脂等）を充填する。ポリパラキシリレンの補強層６
の形成は、例えば、ポリパラキシリレンの重合による生
成品であるポリクロロパラキシリレン（パリレンＣ：米
国ユニオンカーバイト社商品名）、あるいは、ポリデク
ロロパラキシリレン（パリレンＤ：米国ユニオンカーバ
イト社商品名）のなどの組成品を、化学蒸着(ＣＶＤ)に
よってコーティングすることにより可能である。このよ
うにして、外部応力や衝撃などに対する、圧電振動素子
１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎの機械的強度を、ポリパラキシ
リレン補強層６により改善することが可能である。

【００１８】さらに、ポリパラキシリレン補強層６によ
り、音響レンズ４からの滅菌溶剤の透過侵入を防いで、
各圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎにおける、第１
音響整合層２と第２音響整合層３の間、圧電振動子１と
第１音響整合層２の間、および背面負荷５と圧電振動子
１の間の、接着層のエポキシ系樹脂に対する滅菌溶剤に
よるダメージを防止することができる。

【００１９】図４は、ポリクロロパラキシリレン層の厚
さに対して、音響レンズ４の材料であるシリコーン材料
をエタノールに浸漬した場合の重量変化率を測定したグ
ラフである。図４の測定結果から明らかなように、重量
変化率がポリクロロパラキシリレン層厚４μｍの薄膜コ
ーティングで、エタノールに対して４分の１減少するこ
とが確認され、音響レンズを透過する溶剤を防ぐ効果が
確認された。

【００２０】このことから、超音波診断装置で通常使用
される超音波の周波数範囲（１ＭＨｚ〜20ＭＨｚ）の波
長より充分短い0.5μｍ〜20μｍの範囲の薄い層で、補
強層６を構成すれば、超音波探触子の性能に悪影響を与
えずに、上記の効果を引き出すことができる。また、圧
電振動素子を分割する溝幅は、一般的に20μｍから60μ
ｍぐらいであり、補強層の厚さは0.5μｍ〜20μｍの範
囲であるから、分割された圧電振動素子１ａ、１ｂ、１
ｃ…１ｎの間の溝に、図１に示すような補強層６を設け
ることは可能である。

【００２１】上記のように、本発明の第１の実施の形態
では、超音波探触子を、各圧電振動素子の、音響レンズ
と接する音響整合層の表面と、分割溝の内部と、背面負
荷を含む超音波変換素子全体に、ポリパラキシリレンの
補強層を設けた構成としたので、圧電振動素子の機械的
強度を増すとともに、滅菌溶剤の侵入を防止することが
できる。

【００２２】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、圧電振動素子が背面負荷まで切り込まれた構
造の超音波探触子において、各圧電振動素子の、音響レ
ンズと接する音響整合層の表面と、音響レンズと接する
充填材の表面と、背面負荷を含む超音波変換素子全体
に、ポリパラキシリレンの補強層を設けた超音波探触子
である。

【００２３】図２は、本発明の第２の実施の形態の超音
波探触子の断面図である。図２において、図１に示すも
のと同一の機能を有するものには、同一の符号を付し、
その詳細な説明は省略する。第２の実施の形態の超音波
探触子の基本的な構造は、圧電振動素子及び全ての音響
整合層が走査方向に分割され、かつ、分割溝が背面負荷
まで切り込まれた構造であり、第１の実施の形態と同じ
ものである。

【００２４】図２を参照して、第２の実施の形態の超音
波探触子の構成を説明する。各圧電振動素子１ａ、１
ｂ、１ｃ…１ｎの、音響レンズ４と接する第２音響整合
層３の表面と、分割溝に充填された充填材７の表面と、
背面負荷５を含む超音波変換素子全体に、ポリパラキシ
リレンの補強層６を設ける。

【００２５】素子全体を補強層６で覆うことにより、外
力や衝撃などに対する、各圧電振動素子１ａ、１ｂ、１
ｃ…１ｎの機械的強度を向上させ、かつ、滅菌溶剤が各
接着層（図示せず）へ侵入することを防いで、接着剤に
ダメージを与えないようにしたものである。なお、実施
の形態として示してはいないが、第１の実施の形態と第
２の実施の形態を組み合わせても同様の効果が得られる
ことは、今まで述べた第１および第２の実施の形態の説
明から明らかである。

【００２６】上記のように、本発明の第２の実施の形態
では、超音波探触子を、各圧電振動素子の音響整合層が
音響レンズと接する表面と、音響レンズと接する充填材
の表面と、背面負荷を含む超音波変換素子全体に、ポリ
パラキシリレンの補強層を設けた構成としたので、圧電
振動素子の機械的強度を増すとともに、滅菌溶剤の侵入
を防止することができる。

【００２７】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態は、圧電振動素子が背面負荷まで切り込まれた構
造の超音波探触子において、音響レンズの内面にポリパ
ラキシリレンの補強層を設けた超音波探触子である。

【００２８】図３は、本発明の第３の実施の形態の超音
波探触子の断面図である。図３において、図１及び図２
に示すものと同一の機能を有するものには、同一の符号
を付し、その詳細な説明は省略する。第３の実施の形態
の超音波探触子の基本的な構造は、第１および第２の実
施の形態で説明したものと同じである。

【００２９】図３を参照して、第３の実施の形態の超音
波探触子の構成を説明する。音響レンズ４の内面、すな
わち、第２音響整合層３と接する面と、充填剤７と接す
る面に、補強層６を設けたものである。第２の実施の形
態と同様に、音響レンズ４の内面に設けられた補強層６
により、圧電振動素子１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎに対する
機械的衝撃を和らげることが可能であり、かつ、滅菌溶
剤が各接着層（図示せず）へ侵入することを防ぎ、接着
剤にダメージを与えないようにすることが可能である。
なお、補強層６を音響レンズ４の表面に設けることは、
使用しているうちに補強層が摩耗し効果を損なう可能性
があるため、適当ではない。

【００３０】上記のように、本発明の第３の実施の形態
では、超音波探触子を、音響レンズの内面にポリパラキ
シリレンの補強層を設けた構成としたので、圧電振動素
子の機械的強度を増すとともに、滅菌溶剤の侵入を防止
することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明では、圧電振動子
及び全ての音響整合層が走査方向に分割され、かつ、分
割溝が背面負荷まで切り込まれた構造を持つ電子走査型
超音波探触子に、ポリパラキシリレンなどの補強層を設
けたので、分割された超音波振動素子に加わる外力及び
衝撃等の機械的衝撃を和らげるとともに、音響整合層と
圧電振動子の間などの接着層に滅菌溶剤等が音響レンズ
から透過浸透することを防止して、性能・品質・信頼性
の高い優れた超音波探触子を実現できるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波探触
子の断面図、

【図２】本発明の第２の実施の形態における超音波探触
子の断面図、

【図３】本発明の第３の実施の形態における超音波探触
子の断面図、

【図４】ポリクロロパラキシリレン層の溶剤に対する効
果を示した測定データ、

【図５】各ポリマーのガス、水蒸気の透過性データを示
した一覧表、

【図６】従来の超音波探触子の断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電振動子 ２ 第１音響整合層 ３ 第２音響整合層 ４ 音響レンズ ５ 背面負荷 ６ 補強層 ７ 充填材 １ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎ 圧電振動素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受波する圧電振動子と、超音
   波を効率よく伝搬させるために前記圧電振動子に接着さ
   れた一層以上の音響整合層と、残響を抑えるために前記
   圧電振動子の背面に接着された背面負荷と、超音波を収
   束するために前記音響整合層に接着された音響レンズと
   から構成され、前記圧電振動子及び全ての前記音響整合
   層が前記背面負荷まで切り込まれた分割溝で走査方向に
   分割された超音波変換素子からなる電子走査型超音波探
   触子において、前記音響レンズと接する前記音響整合層
   の表面と、前記分割溝の内部と、前記背面負荷を含む前
   記超音波変換素子全体に補強層を設けたことを特徴とす
   る超音波探触子。
2. 【請求項２】 前記音響整合層の表面に接する前記音響
   レンズの内面に前記補強層を設けた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】 前記補強層の厚みが0.5μｍから20μｍ
   の範囲であることを特徴とする請求項１、２記載の超音
   波探触子。