JPS63175761A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPS63175761A JPS63175761A JP62006121A JP612187A JPS63175761A JP S63175761 A JPS63175761 A JP S63175761A JP 62006121 A JP62006121 A JP 62006121A JP 612187 A JP612187 A JP 612187A JP S63175761 A JPS63175761 A JP S63175761A
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- electrodes
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Links
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は超音波診断装置、超音波探傷装置等に用いられ
る超音波探触子に関する。
る超音波探触子に関する。
（従来の技術）
超音波探触子は、圧電素子により超音波を発生し、その
反射波により対象物内部の状態を検査するものであり、
人体内部の診断、金属溶接内部の探傷等各種の用途に用
いられている。
反射波により対象物内部の状態を検査するものであり、
人体内部の診断、金属溶接内部の探傷等各種の用途に用
いられている。
超音波探触子としては、複数の細長い振動子をアレイ状
に配列したいわゆるアレイ型超音波探触子が多用されて
いる。また近年血流のドツプラ情報を得ることができる
超音波診断装置が開発され、製造されている。このよう
な装置に用いられる超音波探触子はいわゆる電子セクタ
用超音波探触子と呼ばれ、従来の７レイ型超音波探触子
と同様な構造を有するが、形状はさらに小さくなってい
る。
に配列したいわゆるアレイ型超音波探触子が多用されて
いる。また近年血流のドツプラ情報を得ることができる
超音波診断装置が開発され、製造されている。このよう
な装置に用いられる超音波探触子はいわゆる電子セクタ
用超音波探触子と呼ばれ、従来の７レイ型超音波探触子
と同様な構造を有するが、形状はさらに小さくなってい
る。
現在たとえば心臓の冠状動脈のドツプラ信号を得ようと
いう研究、開発が行われており、上述の超音波探触子の
需要はさらに増大することが予想される。
いう研究、開発が行われており、上述の超音波探触子の
需要はさらに増大することが予想される。
一方、超音波探触子と送受信系との信号伝達を考えた場
合、ＳＮＮ内向上ためには、超音波探触子のインピーダ
ンスは小さい方が望ましい。超音波探触子のインピーダ
ンスは単位素子の容量成分で決定する。すなわち、振動
子の形状および駆動周波数が与えられた時に、振動子の
誘電率でインピーダンスの大小が決まり、誘電率が大き
い時にインピーダンスは小さくなる。
合、ＳＮＮ内向上ためには、超音波探触子のインピーダ
ンスは小さい方が望ましい。超音波探触子のインピーダ
ンスは単位素子の容量成分で決定する。すなわち、振動
子の形状および駆動周波数が与えられた時に、振動子の
誘電率でインピーダンスの大小が決まり、誘電率が大き
い時にインピーダンスは小さくなる。
超音波探触子用の圧電振動子としては、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）糸圧電セラミックが一般に用いられて
いる。その他圧電材料としては、ＰｂＴｉＯ３系田電セ
ラミック、高分子田電体、複合圧電体等があるが、実用
化レベルには一部の分野もしくは一部の診断領域のみに
到達しているというのが現状である。これらの材料はＰ
ＺＴ糸圧電セラミックに比べ誘電率が小さいのが欠点と
ナラている。ＰＺＴ系圧電セラミックは電気機械結合係
数が大きい（ｋｔ＝ｏ、ｓ）のみならず、比誘電率も２
０００〜３０００と大きい。しかしながらまたとえば比
誘電率２０００の材料を用い、１素子あたり長さ１１．
２１１１１＠０．２１Ｅ１１、周波数２．５ＭＨｚとい
りた一般の電子セクタ用超音波探触子においては、共振
点近傍のインピーダンスは約１にΩとなる。振動子と送
受信系を接続するケーブルの特性インピーダンスが通常
５０Ωもしくは７５Ωであることや、受信系の入力イン
ピーダンスが数１０Ωから数１００Ωであることを考慮
すると、超音波探触子の入力インピーダンスは数１０Ω
以下となることが望ましい。しかしながら、圧電セラミ
ックの比誘電率はキュリ一点等をある程度犠牲にしても
高々５０００程度であり、上記例の超音波探触子の入力
インピーダンスとしては５００Ω程度にしか低下させる
ことができない。
ン酸鉛（ＰＺＴ）糸圧電セラミックが一般に用いられて
いる。その他圧電材料としては、ＰｂＴｉＯ３系田電セ
ラミック、高分子田電体、複合圧電体等があるが、実用
化レベルには一部の分野もしくは一部の診断領域のみに
到達しているというのが現状である。これらの材料はＰ
ＺＴ糸圧電セラミックに比べ誘電率が小さいのが欠点と
ナラている。ＰＺＴ系圧電セラミックは電気機械結合係
数が大きい（ｋｔ＝ｏ、ｓ）のみならず、比誘電率も２
０００〜３０００と大きい。しかしながらまたとえば比
誘電率２０００の材料を用い、１素子あたり長さ１１．
２１１１１＠０．２１Ｅ１１、周波数２．５ＭＨｚとい
りた一般の電子セクタ用超音波探触子においては、共振
点近傍のインピーダンスは約１にΩとなる。振動子と送
受信系を接続するケーブルの特性インピーダンスが通常
５０Ωもしくは７５Ωであることや、受信系の入力イン
ピーダンスが数１０Ωから数１００Ωであることを考慮
すると、超音波探触子の入力インピーダンスは数１０Ω
以下となることが望ましい。しかしながら、圧電セラミ
ックの比誘電率はキュリ一点等をある程度犠牲にしても
高々５０００程度であり、上記例の超音波探触子の入力
インピーダンスとしては５００Ω程度にしか低下させる
ことができない。
そこで、圧電セラミックの積層化によりインピーダンス
の低減を図る検討が行われている。積層数をｎとすると
単層の場合に比ベインピーダンスはｉ／ｎ”になる。た
とえば比誘電率２０００の材料を用いると、単層の時Ｉ
ＫΩであった入力インビーダンスが２５０Ωまで低減さ
れる。積層化の方法としては単板の接着による積層と一
体焼成型が挙げられる。しかしながら、前者は一般に第
４図に示した構成となっているため、積層した際に電極
リードの取り出しが困難であること、後者は内部電極が
はがれやすい等の信頼性の面で問題があった。特に後者
の場合、積層ＥＥｉ！板をアレイのエレメントに切断す
る時において、切断ピッチがたとえば０．２５ ｖｒｘ
以下と狭いため、内部電極がはがれやすいことは否めな
い。また、３層以上の積青構造の場合、内部電極の数が
複数となるため、ますますはがれやすくなる。そこで、
内部電極材料を工夫し、圧電部分と同種類のセラミック
粉の混合率を増加させ、正電部との密着強度を上げる等
といった方法が考えられる。しかしながらその一方で、
電極の導電率が低下するといった弊害が生じるため、実
用化は成されていない。その他、超音波探触子の入力イ
ンピーダンス低減の方法としては、インピーダンス変換
回路を探触子のヘッド部に構成するということが考えら
れる。しかしながら、この方法では探触子が大型になっ
てしまうことや、回路駆動用の電源ケーブルを設ける必
要がある等といった欠点がある。
の低減を図る検討が行われている。積層数をｎとすると
単層の場合に比ベインピーダンスはｉ／ｎ”になる。た
とえば比誘電率２０００の材料を用いると、単層の時Ｉ
ＫΩであった入力インビーダンスが２５０Ωまで低減さ
れる。積層化の方法としては単板の接着による積層と一
体焼成型が挙げられる。しかしながら、前者は一般に第
４図に示した構成となっているため、積層した際に電極
リードの取り出しが困難であること、後者は内部電極が
はがれやすい等の信頼性の面で問題があった。特に後者
の場合、積層ＥＥｉ！板をアレイのエレメントに切断す
る時において、切断ピッチがたとえば０．２５ ｖｒｘ
以下と狭いため、内部電極がはがれやすいことは否めな
い。また、３層以上の積青構造の場合、内部電極の数が
複数となるため、ますますはがれやすくなる。そこで、
内部電極材料を工夫し、圧電部分と同種類のセラミック
粉の混合率を増加させ、正電部との密着強度を上げる等
といった方法が考えられる。しかしながらその一方で、
電極の導電率が低下するといった弊害が生じるため、実
用化は成されていない。その他、超音波探触子の入力イ
ンピーダンス低減の方法としては、インピーダンス変換
回路を探触子のヘッド部に構成するということが考えら
れる。しかしながら、この方法では探触子が大型になっ
てしまうことや、回路駆動用の電源ケーブルを設ける必
要がある等といった欠点がある。
（発明が解決しようとする問題点）
上述のように超音波探触子の入力インピーダンス低減法
として従来より圧電体の積層化、インピーダンス変換回
路が検討されてきたが、実用化には至っていなかった。
として従来より圧電体の積層化、インピーダンス変換回
路が検討されてきたが、実用化には至っていなかった。
本発明は、これらの欠点を解消し、単板圧電体の接着に
よる積層において、電極リードの取り出しが容易で、し
かも超音波探触子としての信頼性が高い構成法を提供す
るものである。
よる積層において、電極リードの取り出しが容易で、し
かも超音波探触子としての信頼性が高い構成法を提供す
るものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上下面をエレメントの配列方向に直角な方向側
の両方の側面に電極が形成された複数の矩形状田型振動
板を分極軸が互いに対向するよう接着剤により積層し、
側面の電気的導通をとった超音波探触子である。
の両方の側面に電極が形成された複数の矩形状田型振動
板を分極軸が互いに対向するよう接着剤により積層し、
側面の電気的導通をとった超音波探触子である。
また、本発明の超音波探触子は、第１図に示す如く積層
した矩形状圧電振動板の最上部または最下部のいずれか
一方の矩形状圧電振動板の少なくとも外側の電極面がま
わし込み電極であること、もしくは矩形状圧電振動板の
いずれか一方の面がまわし込み電極となっていることも
しくは矩形状圧電振動板の両方の面がまわし込み電極と
なっていることを特徴としている。
した矩形状圧電振動板の最上部または最下部のいずれか
一方の矩形状圧電振動板の少なくとも外側の電極面がま
わし込み電極であること、もしくは矩形状圧電振動板の
いずれか一方の面がまわし込み電極となっていることも
しくは矩形状圧電振動板の両方の面がまわし込み電極と
なっていることを特徴としている。
本発明において、使用する圧電振動板としては、圧電セ
ラミック、高分子圧電体、各種複合ＦＥ電体等、全ての
超音波探触子用圧電振動板が挙げられる。また、使用す
る接着剤は特に限定はしないが、低粘度で硬化時の厚さ
が薄く、また接着強度が強いものが望ましい。また、接
着剤の音響インピーダンスは圧電振動板のそれに近いこ
とが望ましいが、接着層の厚みが駆動周波数で決まる波
長に比べ十分薄ければ特に限定する必要はない。
ラミック、高分子圧電体、各種複合ＦＥ電体等、全ての
超音波探触子用圧電振動板が挙げられる。また、使用す
る接着剤は特に限定はしないが、低粘度で硬化時の厚さ
が薄く、また接着強度が強いものが望ましい。また、接
着剤の音響インピーダンスは圧電振動板のそれに近いこ
とが望ましいが、接着層の厚みが駆動周波数で決まる波
長に比べ十分薄ければ特に限定する必要はない。
（作用）
本発明によれば、使用する矩形状圧電振動板は、エレメ
ントの配列方向に直角な方向側の両方の側面に電極が形
成されているため、各圧電振動板の側面を導電ペースト
や半田付は等により導通をとることが容易にできる。
ントの配列方向に直角な方向側の両方の側面に電極が形
成されているため、各圧電振動板の側面を導電ペースト
や半田付は等により導通をとることが容易にできる。
また必要に応じ電極リード取り出し部をまわし込み電極
の形成により側面ではなく超音波放射面の反対側に設け
ることができる。また、片面にまわし込み電極を形成し
た圧電振動板を用いることにより分極方向を明確にする
ことができる。また、両面にまわし込み電極を形成した
圧電振動板を用いることにより側面の電極用ペースト塗
布時のはみだしがあっても外観を損ねることなく圧電振
動板を製造することができる。
の形成により側面ではなく超音波放射面の反対側に設け
ることができる。また、片面にまわし込み電極を形成し
た圧電振動板を用いることにより分極方向を明確にする
ことができる。また、両面にまわし込み電極を形成した
圧電振動板を用いることにより側面の電極用ペースト塗
布時のはみだしがあっても外観を損ねることなく圧電振
動板を製造することができる。
（実施例）
本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第２図は本発明に係る２層の積層を行った場合の圧１！
振動子および電極リード取り出し部の断面図である。圧
電振動子１．１′は東芝セラミックス社製Ｔ−９６材を
用いた。形状は２０１ｉｌｌＸ１５ＷＩＪＩＸ Ｏ９２
９ｔ ｒｎｎである。圧電振動子１．１′の分極軸を対
向させ、接着剤エボテック３０１−２（エボテック社製
）を用い、１００°Ｃｚ時間で硬化、接着を行った。そ
の後アース電極のリード取り出し板として０．０５１１
１の鋼板を半田付けし、信号電極のリード取り出し板と
して固有のバ′ターンが形成されたフレキシブルプリン
ト基板を半田付けで接合した。なお、その際電極２．２
″および２′、２″′の導通をとるため半田層を形成し
た。グＩき続いてフェライトゴムバッキング材（図示せ
ず）にセメダイン１５６５を塗布し、上記積層圧電板を
接着した。その後入タイキャスト２６５１ＭＭ（ブレー
ス−ジャパン社製）で入／４厚（入：波長）の音響整合
層を形成した。次にスクライバダイサ（ディスコ製）を
用い、０−０５”ｌ厚のダイアモンドブレードにて０．
２５ｍピッチで、７レキシプループリント基板のパター
ンに合わせ、４８個のエレメントの切断を行った。第３
図に１素子のインピーダンスの周波数特性を示す。なお
比較例として、単板で同様な共振周波数が得られるＴ−
９６材を用いた場合のインピーダンスの周波数特性を示
す。積層化によりインピーダンスが約１／４に佃補六れ
てい乙の六（わかス〜 次に第２の比較例として一体焼成型の圧電セラミックを
用いた場合の各エレメントの動作状況を調べた。その結
果、本発明の構成の超音波探触子は４８の全チャンネル
が動作したのに対し、一体焼成型の圧電セラミックを用
いた場合が、４８素子中、８素子が不良となった。不良
モードはいずれも内部電極部が原因となっており、開放
状態のものが３素子、所望の共振周波数に対して約２倍
の周波数の共振レベルが最も大きくなったものが５素子
であった。前者は切断ピッチがＱ、２５ｍで有効電極幅
が０．２１１１１と狭かったため、内部電極にピンホー
ルが生じていた箇所が開放状態になったものと考えられ
る。一方後者は、内部電極のはがれであり、いずれか一
方のＥＥｔセラミックとの間にすき間ができたものであ
る。
振動子および電極リード取り出し部の断面図である。圧
電振動子１．１′は東芝セラミックス社製Ｔ−９６材を
用いた。形状は２０１ｉｌｌＸ１５ＷＩＪＩＸ Ｏ９２
９ｔ ｒｎｎである。圧電振動子１．１′の分極軸を対
向させ、接着剤エボテック３０１−２（エボテック社製
）を用い、１００°Ｃｚ時間で硬化、接着を行った。そ
の後アース電極のリード取り出し板として０．０５１１
１の鋼板を半田付けし、信号電極のリード取り出し板と
して固有のバ′ターンが形成されたフレキシブルプリン
ト基板を半田付けで接合した。なお、その際電極２．２
″および２′、２″′の導通をとるため半田層を形成し
た。グＩき続いてフェライトゴムバッキング材（図示せ
ず）にセメダイン１５６５を塗布し、上記積層圧電板を
接着した。その後入タイキャスト２６５１ＭＭ（ブレー
ス−ジャパン社製）で入／４厚（入：波長）の音響整合
層を形成した。次にスクライバダイサ（ディスコ製）を
用い、０−０５”ｌ厚のダイアモンドブレードにて０．
２５ｍピッチで、７レキシプループリント基板のパター
ンに合わせ、４８個のエレメントの切断を行った。第３
図に１素子のインピーダンスの周波数特性を示す。なお
比較例として、単板で同様な共振周波数が得られるＴ−
９６材を用いた場合のインピーダンスの周波数特性を示
す。積層化によりインピーダンスが約１／４に佃補六れ
てい乙の六（わかス〜 次に第２の比較例として一体焼成型の圧電セラミックを
用いた場合の各エレメントの動作状況を調べた。その結
果、本発明の構成の超音波探触子は４８の全チャンネル
が動作したのに対し、一体焼成型の圧電セラミックを用
いた場合が、４８素子中、８素子が不良となった。不良
モードはいずれも内部電極部が原因となっており、開放
状態のものが３素子、所望の共振周波数に対して約２倍
の周波数の共振レベルが最も大きくなったものが５素子
であった。前者は切断ピッチがＱ、２５ｍで有効電極幅
が０．２１１１１と狭かったため、内部電極にピンホー
ルが生じていた箇所が開放状態になったものと考えられ
る。一方後者は、内部電極のはがれであり、いずれか一
方のＥＥｔセラミックとの間にすき間ができたものであ
る。
以上説明したように、本発明によれば、信頼性の高い積
ＷＪ圧電振動板を用いることができ、インピーダンスの
低減された超音波探触子を提供することができる。
ＷＪ圧電振動板を用いることができ、インピーダンスの
低減された超音波探触子を提供することができる。
第１図は本発明に係る構成を示す概略図、第２図は本発
明の一実施例に係る構成を示す概略図、第３図はインピ
ーダンスの周波数特性図、第４図は従来のまわし込み電
極を有するＦＥＷ振動板である。 １．１′ ・・・圧電振動子、 ２．２′、２７ ２／／／・・・電極・３・・・半田層
もしくは導電ペースト層１４・・・アース電極、 ５・・・信号側電極、 ６・・・接着剤層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 １ 図 ２′ ｌ ２ 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図
明の一実施例に係る構成を示す概略図、第３図はインピ
ーダンスの周波数特性図、第４図は従来のまわし込み電
極を有するＦＥＷ振動板である。 １．１′ ・・・圧電振動子、 ２．２′、２７ ２／／／・・・電極・３・・・半田層
もしくは導電ペースト層１４・・・アース電極、 ５・・・信号側電極、 ６・・・接着剤層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 １ 図 ２′ ｌ ２ 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図
Claims (4)
- （１）上下面とエレメントの配列方向に直角な方向側の
両方の側面に電極が形成された複数の矩形状圧電振動板
を分極軸が互いに対向するよう接着剤により積層し、側
面の電気的導通をとったことを特徴とする超音波探触子
。 - （２）積層した矩形状圧電振動板の最上部または最下部
のいずれか一方の矩形状圧電振動板の少なくとも外側電
極面がまわし込み電極であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超音波探触子。 - （３）矩形状圧電振動板のいずれか一方の面がまわし込
み電極となっていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の超音波探触子。 - （４）矩形状圧電振動板の両方の面がまわし込み電極と
なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62006121A JPS63175761A (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62006121A JPS63175761A (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63175761A true JPS63175761A (ja) | 1988-07-20 |
Family
ID=11629675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62006121A Pending JPS63175761A (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63175761A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0270600U (ja) * | 1988-11-15 | 1990-05-29 | ||
| US5212671A (en) * | 1989-06-22 | 1993-05-18 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ultrasonic probe having backing material layer of uneven thickness |
| JP2011254295A (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-15 | Hitachi Aloka Medical Ltd | 振動子および超音波探触子 |
-
1987
- 1987-01-16 JP JP62006121A patent/JPS63175761A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0270600U (ja) * | 1988-11-15 | 1990-05-29 | ||
| US5212671A (en) * | 1989-06-22 | 1993-05-18 | Terumo Kabushiki Kaisha | Ultrasonic probe having backing material layer of uneven thickness |
| JP2011254295A (ja) * | 2010-06-02 | 2011-12-15 | Hitachi Aloka Medical Ltd | 振動子および超音波探触子 |
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