JPS62217945A - 超音波探触子とその製造方法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、主として超音波診断装置に用いられろ超音波
探触子とその製造方法に関する。

（ロ）従来技術とその問題点 従来、超音波診断装置のメカニカルセクター走査には、
発射面が凹面となった凹面超音波探触子や、音響レンズ
を取り付けた超音波探触子が使用されている。しかしな
がら、これらの超音波探触子は、いずれも単一の振動子
で構成されているので、単一の固定焦点を何するにすぎ
ない。したがって、この超音波探触子には、可変口径や
可変焦点の技術を適用することができなかった。

これに対しては、メカニカルセクター走査に環状型の超
音波探触子を使用することが考えられている。その理由
は、振動子が環状で、内外複数個に分割されていると、
可変口径や可変焦点の技術の適用が可能になるからであ
る。

しかしながら、従来考えられている環状の超音波探触子
は、複数で互いに径の異なるリング状の圧電素子を組み
合わせて構成するものである。その製造に当たっては、
まず径の異なるリング状の振動子を個別に作り、これら
の振動子をそれぞれバッキング層に接着し、その後、各
振動子にリード線を取り付ける方法がとられる。

ところが、これまでは圧電素子の加工技術上の制約や、
各リング状圧電素子の電極へ配線する難しさ等のために
、上記の環状超音波探触子は容易に実用化することがで
きなかった。

これに対して、近年、レーザービーム加工技術の発展に
より、圧電基板をその圧電性を損なうことなく正確に任
意の形状に切断することが可能になってきた。

本発明は、このような加工技術の発展を取り入れ、上記
従来の問題点を解消しようとするものであって、製作が
容易な環状型超音波探触子を提供し、メカニカルセクタ
ー走査においても可変口径や可変焦点の技術を適用可能
にすることを目的とする。

また本発明は、単一の圧電基板から環状型超音波探触子
を製造する方法を提供し、安価な超音波探触子が得られ
るようにすることを目的とする。

（ハ）問題点を解決するための手段 本発明は、上記の目的を達成するために、同一側の主表
面がそれぞれほぼ球面状の凹入面に沿って湾曲した中央
の圧電素子と、その周囲の割環状の圧電素子とからなり
、前記中央圧電素子は、円形部と、この円形部から外周
側へ延出する引き出し部とを有し、また、前記割環状圧
電素子は、円弧部と、この円弧部端から前記中央圧電素
子の引き出し部と平行に外周側に延出する引き出し部と
を有し、該割環状圧電素子は、前記中央圧電素子の円形
部の周囲に溝を介して同心円状に配置され、前記中央圧
電素子および割環状圧電素子の引き出し部端において各
圧電素子の電極にフレキシブルケーブルが接続されてい
る構成としたものである。

また、本発明は、自主表面にそれぞれ所要の電入湾曲し
た圧電基板を用意する工程と、この圧電基板に、その凹
入底部を中心とする円弧溝を切設して、中央圧電素子の
円形部と、その周囲に位置する割環状圧電素子の円弧部
とを形成する工程と、前記円弧溝の一端から外周側に抜
ける引き出し溝を切設して、前記円形部と円弧部とにそ
れぞれ外周側に延出する引き出し部を形成する工程と、
各引き出し部端の電極にフレキシブルケーブルを接続す
る工程を含んで超音波探触子の製造方法を構成したもの
である。

（ホ）実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波探触子の斜視図で
あり、第２図は第１図■−■線に沿った断面図、第３図
は￥Ｅ１図ｍ−■線に沿った断面図、第４図は平面図、
第５図は底面図である。

これらの図に示すように、本発明の超音波探触子は、中
央の圧電素子ｌと、その周囲に配置され２．３．４とを
備えている。

前記中央圧電素子ｌおよび割卵状の圧電素子２〜４は、
いずれも圧電基板ａ、・・・の両主表面にそれぞれ電極
す、・・・、Ｃ１・・・を形成したものであって、中央
圧電素子ｌおよび割環状圧電素子２〜４の同一側の主表
面（図において上面）は、中央圧電素子Ｉを中心とした
凹入球面Ｂに沿って湾曲している。

以下、凹入湾曲している主表面を湾曲主表面Ｂ、池の主
表面を平面主表面Ｃという。

前記中央圧電素子１は、円形部１ｄと、この円形部１ｄ
から外周側へ延出する引き出し部１ｅとを有する。この
引き出し部１ｅの端部は、最外周の割環状圧電素子４よ
り外周に突出している。この中央圧電素子１の湾曲主表
面Ｂにある電極すはアース電極であって、第４図に明示
するように、湾曲主表面Ｂの全面に形成されている。ま
た、中央圧電素子ｌの平面主表面Ｃにある電極Ｃは信号
電極であって、第５図に明示するように、円形部１ｄの
全面に形成されているが、引き出し部１ｅではその一側
に形成されている。

ま１こ、前記の各割環状圧電素子２〜４は、円弧部２　
ｄ、　３　ｄ、　４　ｄと、この円弧部２　ｄ、　３　
ｄ、４　ｄ端から前記中央圧電素子１の引き出し部１ｄ
と平行に外周側に延出する引き出し部２　ｅ、　３　ｅ
、　４　ｅとを有する。各割環状圧電素子２〜４の湾曲
主表面Ｂにあるアース電極すは、中央圧電素子ｌのアー
ス１１Ｊ、　ｂと連続して共通化している。

このように共通化したアース電ｉｂは、中央圧電素子１
の引き出し部１ｅの端部で平面主表面Ｃにまで回り込ん
で、第５図に明示するように、該引き出し部１ｅの平面
主表面Ｃ側に臨出している。

ｂｏは、平面主表面Ｃ側に現われた共通アース電極であ
る。この平面主表面Ｃ側では、各割環状圧電素子２〜４
の信号電極Ｃと、中央圧電素子１の信号電極Ｃと、共通
アース電極ｂ０とは互いに分離している。５は中央圧電
素子ｌの引き出し部ｌｅ上に形成された電極の分離域で
ある。

各割環状圧電素子２〜４の円弧部２ｄ〜４ｄは、中央圧
電素子１の円形部１ｄの周囲にそれぞれ円弧溝６，７．
８を介して同心円状に配置されている。

円弧溝６，７．８は各圧電素子１〜４を表裏方向に貫通
している。また、中央圧電素子ｌの引き出し部１ｅおよ
び各割環状圧電素子２〜４の引き出し部２ｅ〜４ｅは、
互いに引き出し溝９，１０．１１を介して隣り合う形で
、外周側に突出している。各引き出し溝９〜２はほぼ直
線状で、円弧溝６〜８と同様に各圧電素子１〜４を表裏
方向に貫通しており、それぞれ対応する円弧溝６〜８の
一端に連続している。

中央圧電素子１の引き出し部１ｅには、割環状圧電素子
２〜４の引き出し部２ｅ〜４ｅとは反対側において、割
環状圧電素子２〜４の各円弧部２ｄ〜４ｄの端部が連続
一体化している。この連続部分の湾曲主表面Ｂ側で、前
記したように、中央圧電素子ｌのアース電極すと各割環
状圧電素子２〜４のアース電極すとが連続共通化してい
る。

また、第５図に示すように、中央圧電素子１の引き出し
部１ｅの平面主表面Ｃ側においては、中央圧電索子ｌの
信号電極Ｃと、各割環状圧電素子２〜４の信号電極Ｃと
、共通アース電極す。とが、互いに分離した状態で露出
している。この引き出し部１ｅおよび割環状圧電素子２
〜４の引き出し部２０〜４ｅの平面主表面Ｃには、フレ
キシブルケーブル１２が導電性接着剤により接着されて
、各信号電極Ｃと共通アース電極す。とにそれぞれ信号
線およびアース線が接続されている。１３は各圧電素子
１〜４の背面である平面主表面Ｃ側に形成されたバッキ
ング層である。

次に、上記構成の超音波探触子の製造方法を第６図およ
び第７図の説明図に基づいて説明する。

第６図は材料である圧電基板の湾曲主表面を示し、第７
図は平面主表面を示している。

（Ｉ）準備工程 まず、両主表面にそれぞれ所要の電極す、ｃが形成され
かつ一方の主表面Ｂがほぼ球面状に凹入湾曲した圧電基
板Ｉ５を用意する。この圧電基板１５の平面形状は、凹
入底部を中心とする円板形であって、その円周の一部に
、引き出し部となる角形部１６が張り出している。

また、圧電基板Ｉ５の湾曲主表面Ｂにある電極ｂは、中
央圧電素子１および割環状圧電素子２〜４のアース電極
となる原電径であって、第６図に示すように、湾曲主表
面Ｂの全面に形成されている。この原電径すの一部は、
角形部１６端から平面主表面Ｃ側に回り込んでいる。

さらに、圧電基板１５の平面主表面Ｃ側にある電極Ｃは
、中央圧電素子ｌおよび割環状圧電素子２〜４の信号電
極となる原電径であって、第７図に示すように、湾曲主
表面Ｂ側から回り込んだ電極す。とその周囲の分離域５
を除いた部分に形成されている。

（ＩＩ）カッティング工程 この圧電基板１５に対しレーザービームを照射すること
によって、圧電基板１５に所要の円弧溝６〜８および引
き出し溝９〜１１を切設する。

ここでは、最内周の円弧溝６からカッティングする場合
を説明する。カッティングは分離域５から始めて、円弧
状に溝を切設していく。このように切設された円弧溝６
によって、中央圧電素子ｌの円形部１ｄが分離形成され
る。円形部１ｄの周りの円弧ｒｌ’ｊ　ｅのカッティン
グが終わると、円弧溝６の端から続けて引き出し溝９を
切設する。この引き出し溝９は角形部１６の外側に抜け
る。引き出し溝９によって、中央圧電素子ｌの引き出し
部１ｅが形成される。また、円弧溝６と引き出し溝９と
によって、平面主表面Ｃ側では中央圧電素子ｌの信号電
極Ｃが他の信号電極Ｃから分離される。

さらに前回の円弧溝６の外側で分離域５から円弧状にカ
ッティングを行ない、円弧溝７を切設する。これによっ
て、中央圧電素子ｌの円形部１ｄの外側に最内周の割環
状圧電素子２の円弧部２ｄが分離形成される。次いで、
円弧溝７の端から続けて引き出し溝１０を切設すること
によって、中央圧電素子Ｉの引き出し部１ｅの隣に最内
周の割環状圧電素子２の引き出し部２ｅが分離形成され
る。

このように、中央圧電素子ｌの円形部１ｄの周囲で、レ
ーザービームにより順次、円弧溝６〜８と引き出し溝９
〜１１とを切設することによって、複数の割環状圧電素
子２〜４が形成される。

各引き出し部１ｅ〜４ｅの平面主表面Ｃ側においては、
第５図に示したように、中央圧電素子ｌの信号電極Ｃと
、各割環状圧電素子２〜４の信号電極Ｃと、共通アース
電極す。とが、互いに分離した状態で露出しているから
、この引き出し部１ｅ〜４ｅ端の平面主表面Ｃには、所
要本数の信号線とアース線とを有する単一のフレキシブ
ルケーブル１２を導電性接着剤により接着し、各信号電
極Ｃと共通アース電極す。とにそれぞれ信号線およびア
ース線を接続する。

こののち、各圧電素子１〜４の湾曲主表面Ｂに整合層を
形成し、この整合層を含む全体のコーティングを行なっ
て、超音波探触子が完成する。

なお、圧電基板Ｉ５の湾曲主表面Ｂに整合層を形成した
のち、圧電基板１５と整合層とに同時に円弧溝６〜８と
引き出し溝９〜１１とを切設するようにしてもよい。

上記構成の超音波探触子において、フレキシブルケーブ
ル１２を通じて中央圧電素子ｌと割環状圧電素子２〜４
とに同一タイミングで駆動信号を供給すると、各圧電素
子ｌ〜４からそれぞれ超音波が発射され、これらの超音
波は、全圧電素子１〜４の四人湾曲度で決まる焦点位置
に集中する。

ここで、各圧電素子１〜４に印加する駆動信号に遅延を
かけると、たとえば、外側の圧電素子２〜４に印加する
駆動信号はど遅らせると、焦点位置が深くなり、反対に
、外側の圧電素子２〜４に対して内側の圧電素子ｉ〜３
に印加する駆動信号はど遅らせると、焦点位置が浅くな
る。

また、割環状圧電素子２〜４のうち、外側の圧電素子へ
の駆動信号の印加を停止すると、超音波発射の口径が縮
小し、反対に、駆動信号を印加する圧電素子の数を増加
すると、超音波発射の口径が拡大する。

なお、上記の実施例では、中央圧電素子ｌの引き出し部
１ｅに各割環状圧電素子２〜４の円弧部２ｄ〜４ｄ端を
連成して、中央圧電素子ｌと割環状圧電素子２〜４とを
結合したが、第８図および第９図に示すように、中央圧
電素子１の引き出し部ｌｅの両側に引き出し溝９と分離
溝１７を形成して、中央圧電素子ｌと各割環状圧電素子
２〜４とを分離してもよい。この場合は、いずれの主表
面Ｂ、Ｃにおいても電極す、ｃが分離される。したがっ
て、第１図ないし第５図に示した実施例のように、アー
ス電極を共通化することができない。そこで、この実施
例では、各圧電素子１〜４のアース電極すは各引き出し
部１ｅ〜４ｅの湾曲主表面Ｂ側に、また各圧電素子１〜
４の信号電極Ｃは各引き出し部１ｅ〜４ｅの平面主表面
Ｃ側に取り出すこととし、引き出し部１ｅ〜４ｅの両主
表面Ｂ、Ｃにそれぞれフレキンプルケーブルｌ　８，１
９を接着して各電極す、ｃにそれぞれ信号線およびアー
ス線を接続する。

また、図示の各実施例では、各割環状圧電素子２〜４の
径方向の幅を同一にしたが、外側のものほどその幅を狭
幅にしてもよい。さらに、中央圧電素子ｌもしくは割環
状圧電素子２〜４に、該圧電素子を分断しない程度の深
さの溝を形成して、各圧電素子１〜４を径方向複数の部
分に分割してもよい。

このほか、図示の各実施例では、各圧電素子１〜４の引
き出し部１ｅ〜４ｅを最外周の割環状圧電素子４より外
側に角形に張り出す形に形成したが、引き出し部１０〜
４ｅの端部の形状は、このような形に限定されるもので
はなく、たとえば最外周の割環状圧電素子４の外形に沿
って円形にしてもよい。

（へ）効果 以上のように、本発明によれば、振動子が中央圧電素子
とその周囲の割環状圧電素子とに分割されているから、
各圧電素子を各個に駆動することができ、そのため、可
変口径や可変焦点の技術を適用することができる。たと
えば各圧電素子に印加する駆動信号に遅延をかけると、
焦点位置が変化し、また、駆動信号を印加する圧電素子
の数を変えると、超音波発射の口径が拡縮する。

また、中央圧電素子および割環状圧電素子にはそれぞれ
引き出し部が形成されているから、この引き出し部を介
して信号線やアース線の取り出しが可能となり、各圧電
素子への信号線の接続が容易になる。

特に、中央圧電素子の引き出し部に割環状圧電素子の円
弧部端を連続させ一体化しておくと、両圧電素子のアー
ス電極を共通化して、この共通アース電極を引き出し部
の他の主表面にまで導くことができる。したがって、共
通アース電極が現われた他の主表面側において、この共
通アース電極と各圧電素子の信号電極とを単一のフレキ
シブルケーブルに接続することができ、フレキシブルケ
ーブルの接続が１回で済む。

さらに、中央圧電素子と割環状圧電素子とは単一の圧電
基板に所要の溝を切設することによって、形成すること
ができるから、圧電材料を無駄なく有効に利用して安価
な超音波探触子を製造することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の一実施例に係り、第１図
は斜視図、第２図は第１図■−■線に沿った断面図、第
３図は第１図Ｉ［［−Ｉ線に沿った断面図、第４図は平
面図、第５図は底面図、第６図および第７図は製造方法
を示す説明図である。第８図および第９図は本発明の他
の実施例に係り、第８図は平面図、第９図は第８図のＩ
Ｘ　−ＩＸ線に沿った断面図である。 ■・・・中央圧電素子、ｌｄ・・・円形部、ｌｅ・・・
引き出し部、２〜４・・・割環状圧電素子、２ｄ〜４ｄ
・・・円弧部、２８〜４ｅ・・・引き出し部、６〜８・
・・円弧溝、９〜１１・・・引き出し溝、１２・・・フ
レキシブルケーブル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一側の主表面がそれぞれほぼ球面状の凹入面に
   沿って湾曲した中央の圧電素子と、その周囲の割環状の
   圧電素子とからなり、 前記中央圧電素子は、円形部と、この円形部から外周側
   へ延出する引き出し部とを有し、 また、前記割環状圧電素子は、円弧部と、この円弧部端
   から前記中央圧電素子の引き出し部と平行に外周側に延
   出する引き出し部とを有するとともに、前記中央圧電素
   子の円形部の周囲に溝を介して同心円状に配置され、 前記中央圧電素子および割環状圧電素子の引き出し部端
   において各圧電素子の電極にフレキシブルケーブルが接
   続されていることを特徴とする超音波探触子。
2. （２）中央圧電素子の引き出し部に割環状圧電素子の円
   弧部端が連続一体化し、この連続部の一方の主表面側で
   は中央圧電素子および割環状圧電素子の各アース電極が
   共通化し、この共通アース電極は、中央圧電素子の引き
   出し部の他の主表面にまで延出し、共通アース電極が現
   われた他の主表面側においてこの共通アース電極と各引
   き出し部の信号電極とが単一のフレキシブルケーブルに
   接続されている特許請求の範囲第１項に記載の超音波探
   触子。
3. （３）両主表面にそれぞれ所要の電極が形成されかつ一
   方の主表面がほぼ球面状に凹入湾曲した圧電基板を用意
   する工程と、この圧電基板に、その凹入底部を中心とす
   る円弧溝を切設して、中央圧電素子の円形部と、その周
   囲に位置する割環状圧電素子の円弧部とを形成する工程
   と、前記円弧溝の一端から外周側に抜ける引き出し溝を
   切設して、前記円形部と円弧部とにそれぞれ外周側に延
   出する引き出し部を形成する工程と、各引き出し部端の
   電極にフレキシブルケーブルを接続する工程を含むこと
   を特徴とする超音波探触子の製造方法。
4. （４）円弧溝と引き出し溝とをレーザービームの照射に
   より切設する特許請求の範囲第３項に記載の超音波探触
   子の製造方法。