JPS5920240B2 - 超音波探触子及び該超音波探触子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波探触子及びこの超音波探触子の製造方法
に関するものである。

超音波診断装置に用いられる超音波探触子（以下、単に
探触子と記す）は、多数の超音波振動子（以下、単に振
動子と記す）をアレイ状に配列したもので構成される。

超音波診断装置で得られる断層画像の画質を鮮明にする
ためには、振動子の微素子化が不可欠のこととされる。

近年、振動子の微素子化が進む中で、これらの振動微素
子を駆動するための信号電極リード、共通電極リードの
取り付けが、問題であった。

特に、非常に多数の振動機素子ヘ一つ一つ信号電極リー
ドを誤りなく配線することは至難のこととなって来たの
である。

本発明は、このような振動微素子へ誤りなく、しかも短
時間でその作業ができる探触子及びこの探触子の製造方
法を提供しようとするものである。

まず始めに従来の探触子の構造及びその問題点を具体的
に説明する。

第１図は探触子の振動子アレイ部の外観を示す図である
。

第１図において１ａは振動素材で、例えばＰＺＴ（チタ
ン酸ジルコン酸鉛）系の素材で構成される。

Ｉｂ、１ｃは振動素材１ａの両面に予め設けられた電極
面である。

通常、この電極面１ｂ、１ｃが設けられた振動素材１ａ
は、大きな板状の振動子の部材として存在し、この板状
の振動子の部材を後述するバッキング材に接着後、第１
図に示す如く、アレイ状に細く切断する。

この細く切断した１個の振動子を振動微素子１１と記す
。

２はバッキング材で振動微素子のアレイの背面方向に向
う超音波を吸収する効果を有する。

このような探触子を用いた超音波診断装置で得られる画
像を鮮明に写し出すためには、各種の手段が取られるが
、探触子に関するものとしては以下の手段がある。

（１）超音波の発振周波数を高（する。

（２）超音波ビームの指向特性においてサイドロープを
減少させる。

（３）超音波ビームを細く鋭くする。

前述した如く、これらを解決する具体的な手段は、たん
ざく状の振動微素子を更に薄い形状とすることに帰着す
る。

第１図の探触子の動作は以下の如くである。

振動微素子を５個まとめて１グループとし任意の振動微
素子の電極面をａＫ、ｂＫとすると、電極面ａ１〜ａ５
、及びｂ１〜ｂ５を電気的に連続しく音響的には、各振
動微素子は絶縁されている）、この電極面ａ１〜ａ５、
とｂ１〜ｂ５と間に急激な電圧変化を与えて、この１グ
ループから一つの超音波ビームが発信される。

このようなグループが多数個、一列に配列され、次々に
超音波ビームを発信し走査を行なう。

第２図に振動微素子の外観を示す。

前述した（２）を実現するには、この振動微素子の厚さ
をｔ、幅しいことは昭和５２年５月、日本超音波医学会
講演論文集の５３頁に記載されている。

従って、例えば超音波の周波数を５ＭＨｚとするには、
振動微素子の厚さｔは約０．２５ｍｍで幅Ｗは約Ｑ、１
５ｍｍとなる。

従来はこの振動微素子を１駆動するため電極面１ｂと１
ｃへ電極リードの取り付けをボンディング等により行な
っていたが、０．１５ｍ１幅の振動微素子（一般的には
約３００個位）に一つ一つ電極リードを接続することは
、細かな加工技術と多大な労力を必要とした。

またボンディングに失敗すると修養のきかない場合があ
り、ボンディング自体にも不良発生原因があることから
、３００個近いボンディングを不良なく完成することは
至難なことであった。

第３図のイ２２ロ、ハ本発明に係る探触子の一実施例を
示す図である。

すなわち第３図のイは探触子の外観を示し、第３図の口
はイに示すＤｌの方向から見た断面図を示し、第３図の
ハはイに示すＤ２の方向から見た図を示したものである
。

第３図において、１ａは振動素材、ｌｂ、１ｃは電極面
、１１は振動微素子、２はバッキング材で、第１図にお
いて説明したものと同様なものである。

３はプリント板で、３ａの絶縁基板の一方の面上に３ｂ
の導電性のパターンが複数本設げられ、このパターン３
ｂは、信号電極リードの役をするものである。

４と５は導電性接着材（導電性塗料などを含む）、６は
プリント板で、６ａの絶縁基板の一方の面上に銅や銀な
どで構成された６ｂの電極面が設けられている。

第３図のイ２２ロ、ハ示される探触子の製造方法を以下
に示す。

Ａ１： バッキング材２と振動子の部材とを接着する
。

Ａ２：パターン３ｂが、第３図のイに示す如（外側に向
くように、かつ各パターン３ｂの一端が振動子の部材の
電極面１ｂに近接するような位置に配して、プリント板
３をバッキング材２に接着する。

Ａ３： 第３図のイ２２ロ、ハ示す如（、振動子の部
材の電極面１ｂと各パターン３ｂとを導電性接着材４で
接続する。

Ａ４： 以上のように構成したものにおいて、第３図
のハに示す如く、各パターン３ｂの１本につき５個の振
動微素子１１が導電性接着材４を介して電気的に接続さ
れるように振動子の部材を切断する。

すなわち、第３図のハに示すように、各切断部を１ｄと
１ｅとすると、切断部１ｄの切断深さは、振動子の部材
を完全に切断し、かつ導電性接着材４までは電気的に切
離さない程度の深さであり、切断部１ｅの切断深さは、
導電性接着材４をも切り離すに足りる深さである。

従って、この切断部１ｅの切断ピッチは、切断部１ｄの
切断ピッチに比べて大きくなる（この例では５倍）。

′よって、互いに隣り合う５つの振動微素子は、切断部
１ｅによって分離された各導電接着材部分４により、ひ
とつのグループとして電気的に接続され、対応する共通
の電極リードパターンを介して、図示してない信号処理
回路に接続されることとなる。

なお、この様に互いに隣り合ういくつかの振動微素子を
電気的にひとつのグループにまとめる構成にすると、超
音波ビームを鋭（し、指向性を向上させたうえで、リー
ド線の数を少な（し、電気処理回路を簡単にすることが
できる。

Ａ６．第３図の４２口に示す如（、プリント板３が接着
された面と対向する側のバッキング材２０面に、プリン
ト板６を接着し、各振動微素子の電極面１ｃとプリント
板６の電極面６ｂとを導電性接着材５で接続し、電極面
６ｂを共通電極リードとして使用する。

なお、上述の説明Ａ５において、共通電極リードの取り
付けは、振動子の部材を振動微素子に切断後、共通電極
リードである電極面６ｂと振動子の電極面１ｃとを導電
性接着材５で接続するように記載したが、振動子の部材
を切断する前に電極面６ｂと電極面１ｃとを導電性接着
材５で接続しても良い。

いづれにしても共通電極リードへの取り付けは、信号電
極リードへの取り付は方法を基にして行えば良く、本発
明は、共通電極リードへの取り付は手段の違いにより限
定されるものではない。

なお本明細書における導電性接着材とは、振動素材のキ
ューリ一点以下の温度にて接着作業が可能な、しかも導
電性と接着性の効果を有する総てのものを指し、例えば
導電性の接着材、導電性の塗料などは含まれるが、ハン
ダ付けは含まれない。

すなわち、ハンダ付による温度は、一般に振動素材のキ
ューリ一点を上回り、従って振動素材を形成している素
子の分極を破壊し、その性質を変化させてしまうからで
ある。

更にハンダ付は、導電性接着材を切断する際に使用する
切断器の刃の目づまり等切削性が悪く、またハンダ付の
温度により振動子の部材が反るなど、探触子を製造する
上で特有の問題に対し、多（の欠点を有している。

これに対し、本発明に係る導電性接着材はこれらの欠点
を取り除くものである。

第３図においては、信号電極リードのパターン３ｂと電
極面１ｂとを導電性接着材４で接着後、振動子の部材を
切断したが、この製造方法によると切断部１ｄと１ｅと
を一回の切断作業（例えば順番に１ ａ→１ｄ−＋１
ｄ−＋ｉ ｄ→１ ｅ→１ ｄ−＋−）で終了し、作業
時間が短縮される反面、切断部１ｄにおいて、予め接着
されている導電性接着材４をも若干切り込むことになり
、切断部１ｄと１ｄとの間隔が約０．１５７Ｗ７ｆｆな
ので、その結果、導電性接着材４にクラックが生じる恐
れがある。

この点を改善した、本発明の他の実施例を第４図のイ〜
へに示す。

第４図の探触子の外観は第３図のイに示す探触子の外観
と酷似しているので省略する。

すなわち第４図のイは第３図のＤ１方向から見た断面図
、第４図の口、ハは第３図のＤ２方向から見た図である
。

また第４図の探触子を構成する素子と第３図の探触子を
構成する素子は同じであるため同一素子番号を付して、
その再説明を省略する。

第４図の探触子の製造方法を以下に示す。

前述のＡ１、Ａ２までは同じ工程で、その後はＢ３〜Ｂ
。

の工程を行なう。

Ｂ３： 第４図の口に示す各切断部１ｄの如（、振動子
の部材を振動微素子に切断する。

Ｂ４： 第４図の４２口に示す如（各振動微素子の電
極面１ｂとプリント板３の各パターン３ｂとを導電性接
着材４で接続する。

Ｂ５： 第４図のハに示す如く、各パターン３ｂの１
本に対し５個の振動微素子のグループが接続されるよう
に、前記Ｂ３で行なった切断部１ｄの部分を４本おきに
、更に深（切り込み（第４図のハのｌｅ）導電性接着材
４を切断する。

Ｂ５の後は、前記したＡ、を行ない共通電極リードに取
り付ける。

なお上述のＡ１とＡ２の工程の間にＢ３の工程を入れて
も良い。

このように第４図に示す製造方法によれば、切断作業を
２度にわたり行ない、しかも前の工程で切断した１ｄと
同一な切断部分を更に深（切る作業が必要なため、第３
図の探触子より作業時間を多（必要とする反面、第３図
の探触子のように切断部１ｄにおいて、導電性接着材４
を切り込むことがな（、切断部１ｅで太き（導電性接着
材４を切断するだけなので、この際にクラックを生じる
恐れは少ない。

なお、第３図のハ及び第４図の口、ハで示したパターン
３ｂの幅は、振動微素子１１０幅に近似する幅であるが
、この図面によりパターン３ｂの幅を特に限定するもの
ではない。

すなわち、第５図は、振動微素子１１のアレイの電極面
１ｂとプリント板のパターン３ｂとを導電性接着材４で
接続した部分を示す図であるが、振動微素子１１の１グ
ループの幅（第５図の例では、５個の振動微素子の幅）
を１２、パターン３ｂの幅を１．とすると、幅１□と１
２の値の関係は、１１≦１２にあれば良い。

ただし、第５図から明らかな如（、振動微素子５個に対
して１本のパターン３ｂを配することから、幅１１が広
くなるに従いプリント板３の配置の設定精度が厳しくな
る。

また第３図及び第４図では、１グループを構成する振動
微素子の数を５個として説明してきたが、この記載によ
り１グループを構成する振動微素子の個数を限定するも
のでな（、その個数は、互いに隣り合う２以上の複数個
であれば、任意の数で良い。

また第３図及び第４図で説明した振動子の部材は、２つ
の面にそれぞれ一つの電極面を有するものであったが、
第６図のイ、口、ハに示す如く回り込み電極構造の振動
子の部材を用いても、本発明は成立する。

回り込み電極構造の振動子の部材は、第６図の各図に示
す如く一方の面の電極が、他方の面に回り込んでいるも
のである。

第６図において、１ａは振動素材、１ｂ、ｌｃは電極面
、２はバッキング材、３はプリント板で３ａの絶縁基板
上にパターン３ｂを有する。

４は導電性接着材で、前述したものと同様なものである
。

第６図のイは探触子の外観図、第６図の口、ハは第６図
のイのＤｌ 方向から見た断面図である。

第６図の探触子の製造方法は以下の如くである。

振動子の部材とバッキング材２とを接着後、振動子の部
材を振動微素子に切断する。

その後プリント板のパターン面が、回り込み電極の回り
込む部分と相対するように配置し、各パターン３ｂと各
振動微素子の電極面１ｂとを導電性接着材４で接続する
。

その後、先に振動子の部材を切断した切断部の溝を４本
置きに再度なぞる如く切断し、導電性接着材を切断する
。

その結果６図のイに示す如（、各パターン３ｂ１本につ
き５個の振動微素子の電極面１ｂが接続される。

このようにして各パターン３ｂとして信号電極リードが
取り出される。

第６図のヌとルでは示していないが、第６図のハのよう
に、前記の製造工程の後、プリント板６のパターン面６
ｂと各振動微素子の電極面１ｃとを導電性接着材５で接
続することにより共通電極リードを取り出す。

また第７図に示す電極構造の振動子の部材を用いる場合
も、前記と同様の効果を得ることができるのは明白なた
め、第７図のものを組み込んだ探触子の説明を省略する
。

すなわち第７図の振動子の部材は、第３図、第４図の探
触子で使用した振動子の部材の電極面を単に厚み方向に
まで回り込ませたものであるからである。

以上、説明したように、従来理論上、超音波診断装置の
性能を向上させることが知られていたにもかかわらず、
その製造上、困難な壁があったため自由に生産できなか
った探触子を、本発明によれば、短時間に、容易に、し
かも不良なく製造することができ、その効果は極めて犬
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は探触子の振動子アレイ部の外観を示す図、第２
図は振動微素子の外観を示す図、第３図のイ２２ロ、ハ
本発明に係る探触子の一実施例を示す図、第４図のイ２
２ロ、ハ本発明に係る探触子の他の実施例を示す図、第
５図は振動微素子のアレイの電極面とプリント板のパタ
ーンとを導電性接着材で接続した部分を示す図、第６図
のイ。 口、ハは本発明に係る探触子の他の実施例を示す図、第
７図は振動子の部材の電極構造を示す図である。 １ａ・・・・・・振動素材、ｌｂ、ｌｃ・・・・・・電
極面、１１・・・・・・振動微素子、２・・・・・・バ
ッキング材、３ａ・・・・・・絶縁基材、３ｂ・・・・
・・パターン、３・・・・・・プリント板、４，５・・
・・・・導電性接着材、６ａ・・・・・・絶縁基板、６
ｂ・・・・・・電極面、６・・・・・・プリント板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バッキング材、２つの電極面を有し前記バッキング
   材のひとつの面上にアレイ状に配列された振動微素子、
   前記バッキング材の側面であって前記振動微素子の一方
   の端部付近と相対するように取付けられた複数個の電極
   リードパターンを有するプリント板、前記振動微素子の
   互いに隣り合ういくつかをひとつのグループとして電気
   的に前記電極リードパターンにそれぞれ接続するように
   前記振動微素子の配列ピッチより大きいピッチで形成さ
   れた切断部を有し前記振動微素子の一方の電極面と前記
   プリント板とが相対する部分に設けられた導電性接着材
   層とを備えた超音波探触子。 ２２つの電極面を有する振動子の部材をバッキング材の
   ひとつの面上に接着し、前記バッキング材の他の側面に
   信号電極リードである複数本のパターンを有するプリン
   ト板を前記振動子部材の一方の端部に相対するように接
   着し、その後、前記振動子の部材の一方の電極面と前記
   複数本のパターンとを有するプリント板との相対する部
   分に導電性接着材層を設は電極面と複数本のパターンと
   を接続し、その後、前記振動子の部材を振動微素子に切
   断するとともに前記導電性接着材層を電極リードパター
   ンに対応して前記振動微素子の切断ピッチより大きいピ
   ッチで切断することを特徴とする超音波探触子の製造方
   法。 ３２つの電極面を有する振動子の部材をバッキング材の
   ひとつの面上に接着し、その後、該振動子の部材を振動
   微素子に切断し、その後、前記バッキング材の他の側面
   に信号電極リードである複数本のパターンを有するプリ
   ント板を前記振動微素子の一方の端部に相対する゛よう
   に接着し、その後、前記各振動微素子の一方の電極面と
   前記複数本のパターンを有するプリント板との相対する
   部分に導電性接着材層を形成させ電極面と複数本のパタ
   ーンとを接続し、その後、一本のパターンに複数個の振
   動微素子が接続されるように前記導電性接着材層を電極
   リードパターンに対応して前記振動微素子の切断ピッチ
   より大きいピッチで切断することを特徴とする超音波探
   触子の製造方法。