JPS61172546A - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPS61172546A
JPS61172546A JP1474985A JP1474985A JPS61172546A JP S61172546 A JPS61172546 A JP S61172546A JP 1474985 A JP1474985 A JP 1474985A JP 1474985 A JP1474985 A JP 1474985A JP S61172546 A JPS61172546 A JP S61172546A
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JP
Japan
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transducer
probe
layer
piezoelectric
piezoelectric ceramic
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Pending
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JP1474985A
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English (en)
Inventor
武志 井上
正則 鈴木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は医用超音波診断装置等で使用され、超音波の送
受波を行なう超音波探触子に関し、とくに10 MHz
以上の高周波帯で用いられ表面から浅い部分を鮮明に描
き出すことのできる超音波探触子に関するものである。
(従来技術) 最近、正確カ診断情報を得るため忙超音波探触子を口か
ら飲み込んで胃壁の粘膜の様子を鮮明に画像として描き
出すような要求が高まってきている。
超音波は電磁波と同様に高周波1c’&るほど波長が短
くカリ、伝搬減衰もそれに伴って大きくなるという性質
がある。従って、高周波の超音波探触子では人体の深部
の診断には不適当である。しかし浅い部分を鮮明な画像
としてとらえるという目的に対し、高周波の探触子はど
超音波の波長が短くなった分だけ分解能が向上する利点
があり、次第に探触子の高周波化がはかられつつある。
従来より10MHz以上の高周波帯で使用される医用超
音波探触子の構成を第4図に示す。第4図におい。
て、10Fi縦波圧電変換子であり、厚み方向に分極さ
れ電気機械エネルギー変換によシ超音波の発生、検出を
打力う。lit!被検体と音響インピーダンスの整合を
図る音響整合層であり、探触子の広帯域化、低損失化に
寄与するものである。12けバッキングで圧電変換子の
支持及び該変換子10の後方に伝搬する超音波を吸収す
る機能を有する。
周知の如く診断装置では、リニアアレイやセクタアレイ
として、これらの探触子を多数個配列させて電子的ある
いはメカニカルにスキャンニンクサせて超音波画像を形
成している。まt1第4図の変換子部分を第5図に示す
。第5図において13゜13′は電極、Tは板厚、Wは
幅、Lけ長さ寸法を示す。
一般に、超音波探触子の圧電変換子材料は主としてジル
コンチタン酸鉛系圧電磁器が用いられている。ジルコン
・チタン酸鉛系圧電磁器では、縦波変換子に用いる場合
、使用する縦効果の結合係数kt4大きいがスプリアス
となる横効果の結合係数に31もktの4割〜5割程度
と太きい念め不要振動が発生しやすい。この対策として
第5図に示すように矩形板状変換子の板厚Tに対する幅
Wの比W/Tを0.6以下にする必要があり、探触子の
高周波化を行う場合(板厚Ti薄くして行くことに相当
する)、振動子の幅が小さくなり製造困難に陥るという
欠点がある。
このようなジルコンチタン酸鉛系圧電セラミックスに対
し、例えば本多、山王、内円による[チタン酸鉛系圧電
セラミック材を用いた超音波探触子」(電子通信学会技
術報告、US81−20.1981年)と題する論文あ
るいは骨内、中釜、定材による「Pb’ri03系セラ
ミックスの高周波超音波探触子への応用J (′W1子
通信学会技術報告、US84−7゜1984年)と題す
る論文においてPbT i03系圧電磁器材料のジルコ
ン・チタン酸鉛系圧電磁器材料に対する優位性が述べら
れている。即ち、PbTiO3系圧電磁器では横効果の
結合係数kl11がジルコンチタン酸鉛系圧電磁器に比
べて著るしく小さいことKより不要振動が激減し、この
材料を超音波探触子に応用した場合横効果による振動エ
ネルギが相当弱く実際に利用する厚み几て振動にほとん
ど影響を与えることのない理想に近い送受波特性が期待
できるとしている。PbTiO3系圧電セラミックスは
ジルコンチタン酸鉛系圧電セラばツクスと比べてW/T
が0.6以下では勿論のこと、とくに成勺が1.2〜2
.0においてもスプリアスの出ない良好力厚みたて振動
特性が得られ矩形板状振動子を用いたりニアアレイある
いはセクタアレイ超音波探触子の高周波化をはかる場合
極めて有利々ものとなっている。
(従来技術の問題点) 前記の如(PbTi03系圧電磁器は電気機械結合係数
の異方性が大きく、代表例として実際に利用する厚みた
て結合係数ktが0.50以上で横効果の結合係数ka
lが0.05以下のものが得られ、超音波探触子の材料
として極めて優れた材料であるとされているが、誘電率
εI3/ε0が200程度とジルコンチタン酸鉛系圧電
磁器の数分の1に過ぎかい。
このためとくに第4図、第5図に示したようなスキャン
ニング方式のアレイ探触子では電極面積が小さくかり、
探触子の電気的入力インピーダンスは極めて大きくなる
。超音波探触子は通常ケーブルを介して診断装置本体と
結合されるために1PbTi03系圧電磁器のように誘
電率の小さな材料であれば、ケーブルの容量の影響をう
けてS/N比が劣化するという利点がある。
次に探触子の高周波化をはかろうとする場合、第4図、
第5図に示した従来の圧電変換子では、板厚Tを小さく
する必要がある。圧電変換子は、あらかじめ平行平面研
磨が施され九大面積の圧電磁器ウェハーからダイシング
すること罠より得られるわけであるが、例えば10 M
&であれば板厚が0.2m、20MHzであればQ、1
mというように10 MHz以上の高周波帯で使用する
変換子を製造する場合、ウェハーが極めて薄板であるた
めにクラックが入りやすく工業的規模で量産することは
困難であう九。
(発明の目的) 本発明はPbTiOs系圧電セラミックスの有する上記
欠点を解消し、矩形板状振動子を用いたアレイ超音波探
触子においてもインピーダンスが小さく、スジリアス特
性に優れ、さらに板厚を薄くすることかしに高周波領域
に適用できる超音波探触子を得ることを目的とする。
(発明の構成) 本発明はPbTiOs系圧電磁器層と内部電極層とが交
互に積層された積層体であって、該各圧電磁器層は厚み
方向の同じ向きに分極されており、各内部電極層は一層
おきにそれぞれ該積層体の対向する2側面において外部
電極と接続している構造を有する圧電変換子を備えたこ
とを特徴とする超音波探触子である。
(構成の詳細な説明) 本発明のPbTiOs系圧電磁器を用いた超音波探触子
は、上記の如く磁器内部に電極を有する構成とすること
Kよシ従来技術の諸問題を解決している。
第2図は本発明の探触子に用いるPbTi0.系圧電磁
器のグリーンシートの状態における積層構造を示したも
ので、以下変痰子の構造及び製造方法について詳述する
。第2図において20は有機バインダとPbTiO3系
磁器粉末からなるグリーンシートであシ、また21は導
電ペーストを塗布した電極で焼成径内部電極となるもの
である。このようなグリーンシートを第2図のように積
層し圧着してグリーンシート積層体とする。この場合電
極21は一層おきに電気端子を取り出すことができるよ
うに導電ペーストが塗布されていかい部分22が残され
ている。次((前記グリーンシート積層体を焼成し、然
る後焼成され2PbTiOs系磁器板の表裏面に電極を
メッキ、蒸着、スパッタ、焼付けなどの方法で施し、厚
み方向に一様に分極を行う。その後肢電極を鞭除く。さ
らKこの後yz面に平行な側面に蒸着、スパッタ、メッ
キ等の方法で端子電極を施す。このようKして製造した
圧電変換子ウェハーの例を長手方向側面からみt斜視図
を第3図(イ)、−)に示す。第3図に示した以外にも
内部電極の層数は任意に設定できることは言うまでも力
い。第3図忙おいて30はPbTiOs系圧電磁器、3
1は内部電極、32.32’は焼成後側面に設けられた
外部電極、33.33’は表面磁器薄層、34゜34′
は表面電極である。第3因(イ)は分極後圧電変換子ウ
ェハーを内部電極と表面との間に磁器薄層33.33’
i残して平行平面研磨を行って仕上げ念ものであり、第
3図(ロ)は分極・平行平面研磨の後、外部電極32.
32’と接続する表面電極34゜34′をつけて製造し
たものである。ま九、矢印は分極方向を示す。
このような内部電極を有する探触子は隣接する電極層間
において互いに逆向きの変位が現われるわけであるから
、電極層間の数と同じ次数の高次厚みたて振動モードの
み強勢に励振することができ、高次振動モードに関する
高結合変換子が得られるわけである。本発明の変換子で
は電極間隔が等間隔であるほど強勢に高次振動モードを
励振することができる。アレイ探触子に用いられる矩形
板状圧電変換子は、第3図(イ)’f九は(ロ)に示し
た変換子ウェハー’txt面に平行にy方向に向かって
切断することにより容易に得ることができる。
第3図に示すような本発明に従った圧電変換子は以下の
ような従来忙ない長所を有する。まず第1に本発明の変
換子は第5図に示すように従来の電極が変換子の表裏面
にのみ設けられた変換子罠比べて、高次モードを積極的
に利用することができるわけであるから、同一共振周波
数に対して板厚が高次モードの次数倍とカリ(つまり3
次モードであれば3倍、4次モードであれば4倍、5次
モードであれば5倍)、高周波探触子を実現する場合極
めて有利と々る。第2に本発明に従う探触子では内部電
極を利用して電極が並列にをり出されているわけである
から、従来の変換子に比べて3次モードであれば3分の
1.4次モードであれば4分の1.5次モードであれば
5分の1と探触子のインピーダンスが利用する高次振動
モードの次数分の1とカり低インピーダンス化が図られ
、S/N比の点で極めて有利と力る。第3に本発明の変
換子はPbTiOs系圧電磁器を使用しているため、本
質的に不要振動が少なく良好な厚みたて共振応答が得ら
れるという長所を有する。
(実施例) 本発明に基ぐ超音波探触子の一実施例として第1図に示
す二重音響整合層を有する、中心周波数20MHzのり
ニアアレイ医用超音波探触子について述べる。本実施例
ではpbTiO,系圧電磁器ででき次第3図(ロ)の構
成の変換子を用い、内部電極が二つ、表面電極が二つの
合計四つの電極から成りたち、各電極層間隔はほとんど
等間隔で0.103〜0.107inであり、変換子の
板厚Tは約0.315酷である。また、バッキング37
Fiエポキシ樹脂、第1整合層35は5i01のスパッ
タ膜、第2整合層36はエポキシ樹脂のコーテイング膜
を用いた。
次に、生体と同じ音響インピーダンスと超音波の減衰係
数を有するゲル状試料を用いて、本発明に基〈探触子を
評価した結果、分解能0.5■以下が容易に得られ、ま
た8/N比も良好なものであった。さらに、本探触子を
用いた胃壁の超音波画像は極めて鮮明なものであった。
(発明の効果) 以上述べた如く、本発明に従つt探触子−bTi01系
圧電磁器固有の特長である横効果によるスプリアス振動
のエネルギーが罹めて小さいという長所を保持しつつ、
しかもこの磁器の誘電率が小さいために起こるケーブル
の容量の影響を受けやすいといった欠点を消滅させるこ
とがで遣る。更に高次モードを積極的に用いることがで
きるため、板厚を薄くすることなしに高周波領域に適用
できる高性能の探触子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に基づく超音波探触子の一実施例を示す
図、第2図は本発明の超音波探触子に用いる圧電変換子
の積層構造を示す図、第3図(イ)。 (ロ)は本発明に基〈圧電変換子の一実施例を示す図、
第4図は従来の超音波探触子を示す図、第5図は従来の
圧電変換子を示す図。 図において、10は圧電変換子、11は整合層、12.
37Fiバツキング、13 、13’は電極、20はグ
リーンシート、21ij導電ペースト、22はギャップ
、30は圧電磁器、31u内部電極、32゜32′は側
面電極、33 、33’は表面磁器層、34゜34′は
表面電極、35は第1整合層、36は第2整合層、Tは
板厚、Lは長さ、Wは幅寸法、矢印ギ  1  図 3θ ;圧ea益 3I:  内部vl!趣 Ji!!、3d’; 長面電線 35;序tt@層 36;亭2を古層 37  ; バ゛・ンキング 多 2 起 zO;  グリーンシート zl : 連室ペースト 2z;  ギャツア 、34. J4’ ;  思@電話 亭 4  図 tz 2バツ午ンヅ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. PbTiO_3系圧電磁器層と内部電極層とが交互に積
    層された積層体であって、該各圧電磁器層は厚み方向の
    同じ向きに分極されており、各内部電極層は一層おきに
    それぞれ該積層体の対向する2側面において外部電極と
    接続している構造を有する圧電変換子を備えたことを特
    徴とする超音波探触子。
JP1474985A 1985-01-29 1985-01-29 超音波探触子 Pending JPS61172546A (ja)

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