JPS63287200A - アレイ型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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば医療診断の分野において用いられる超
音波探触子、特にアレイ状に配列した超音波振動子群に
より超音波を送受信する形式のアレイ型超音波探触子と
その製造方法の改良に関するものである。

（従来の技術） 最近の超音波診断装置の分野では、多数の微小振動子を
アレイ状に配列して成る所謂アレイ型超音波探触子が用
いられる。例えば電子リニアスキャン装置または電子コ
ンベックススキャン装置においては、それぞれが直線状
に或いは円弧状に配列された多数の微小（辰動子を用い
て送信及び受信用の超音波ビームを形成すると共に、活
動中の振動子群を１個宛ずらすことにより超音波ヒーム
の走査を行って、Ｒ終的に超音波ビームの指向性を制御
するようにしている。

一方、電子セクタースキャン装置では、送信時に各微小
振動子駆動用の電気パルスのタイミングを制御すること
により、また、受信時に各微小振動子に結合された電気
的遅延回路の遅延時間を電気的に制御することにより、
送信時及び受信時の指向性を制御して超音波ビームの走
査を行うようにしているが、このようなアレイ型超音波
探触子の指向性は、いずれの場合でおっても、基本的に
は各微小振動子に適当な遅延時間を与え且つそれらを重
ね合せることによりその指向性を得る構成となっている
。従って、アレイ型探触子としての良好な指向性を得る
ためには、その構成要素である各微小振動子の持つ指向
性を良好なものにする必要がある。この問題を解決する
ため、従来のアレイ型超音波探触子にあっては各微小振
動子の間を空間状態にしたり、或いは、その部分に例え
ばエポキシ系接着剤等の高分子材料を充填するなどして
、微小振動子自身の指向性を良好に保つようにしている
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、各微小振動子の間を空間状態にするケー
スでは、アレイ型探触子自身の構造的強度が極めて不安
定なものになって破損し易いということが欠点となり、
また、微小振動子の間隙部分の高分子材料を充填するケ
ースでは、構造的強度に関しては安定したものとなるが
、高分子材料自身の音響媒体としての作用によって隣接
する微小振動子間に＠響的結合が生じ、これが各微小振
動子の指向性を狭くしてアレイ型探触子としての総合指
向性を劣化させるという欠点を生じる。

本発明は、この事情に鑑みてなされたもので、構造的強
度に優れ且つ各微小振動子の指向性が良好であるアレイ
型超音波探触子とそれを実現し得る製造方法を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この目的を遠戚するための本発明の構成の第１は、少な
くとも圧電セラミックス材料から成る複数の微小振動子
を直線状或いは円弧状に配列して成るアレイ型超音波探
触子において、圧電セラミックス材料の小片と音響整合
層の小片とから成る各微小振動子の間の空間部に、多数
の中空状微粒子を包含する高分子材料から成る構造補強
材を配設すると共に、該構造補強材と前記各微小振動子
とを固定的に接合する如くなしたことにあり、その構成
の第２は、圧電セラミックス材料から成る複数の微小振
動子を、直線状或いは円弧状に配列して成るアレイ型超
音波探触子の製造方法において、アレイ型配列を維持す
るために存在する各微小振動子間の間隙を、多数の中空
状微粒子を包合する高分子材料で埋めることによりアレ
イ型超音波探触子としての構造的強度を維持する如くな
したことにおる。

（作　用） この構成に基く本発明の作用は、微小振動子間を埋める
充填材料の固化状態における構造的強度を利用して、ア
レイ型超音波探触子としての構造的強度を高め、且つ、
この充填材料内に中空状微粒子を混入することにより微
小振動子間に音波の伝播し難い状態を作り出して、各微
小振動子自身の指向性を良好なものにすることにある。

（実施例） 以下、図示の一実施例に基いて本発明に係るアレイ型超
音波探触子とその製造方法について詳細に説明する。第
１図乃至第４図はアレイ型超音波探触子を製造する際の
本発明に係る各ステップを示す概略構成図である。

図中、１は適宜の材料で作られたアレイ型超音波探触子
用の背面バッキング部材で、その機能及び構造は公知の
アレイ型超音波探触子用背面バッキング部材と同様とす
る。２は例えば約５８Ｈ２の反共振周波数を有する圧電
セラミックス材料、３は適宜の構成から成る音響整合層
である。

［第１ステツプ］ 先ず、前記圧電セラミックス材料２を所望の厚みに形成
すると共に、それを適宜の接着剤を用いて背面バッキン
グ部材１の上面に接着し、この圧電セラミックス材料２
層の表面に前記音響整合層３を形成して、第１図に示す
ような第１次素材１０を作る。

［第２ステツプ］ 次に、この素材１０をダイシングマシンに設定すると共
に、例えば数〜数＋μｍの厚さを持つプレート（いずれ
も図示せず）を使用して例えば１００μｍのピッチで同
一方向へ繰り返し切断を行い、第２図に示すように間隙
２１を介した不連続断面を有する第２次素材２０を作る
。

［第３ステツプ］ しかして、平均粒径２０μｍ以下の中空状のガラス微粒
子とエポキシ系接着剤とを約４：１の体積比で混合した
充填材料２２を用意し、これを前記第２ステツプの工程
で形成したそれぞれの間隙２１内に充填し、且つ、固化
させて第３次の素材３０を作る。（第３図参照） この場合、充填材料２２は、各間隙２１内で固化された
時にアレイ型超音波探触子としての構造的強度を維持・
向上し得る性格の材料である必要があり、また、充填材
料２２に中空状微粒子を混入するのは、圧電セラミック
ス材料２の各小片（微小振動子）が発生する横復動（音
波）を隣接する他の小片に伝播し難い状態を作り出し、
各微小振動子自身の指向性を高めるためであるから、中
空状微粒子の平均粒径は、媒体中での音波の波長に対し
て充分に小さいものであることが必要となる。

例えば、本実施例のアレイ型超音波探触子を医療診断用
の探触子として製造する場合には、使用する超音波の反
共振周波数を２．５乃至１０８Ｈ２とし、生体（水）中
の音速を１５００ｍとした時の媒体中での音波の波長が １５００ＴｒＬ／２．５ＨＨ２”−６００μ７Ｗとなる
ことから、中空状微粒子の平均粒径は、該算出値を固体
中での波長に換拝した値約１２００μｍよりも充分に小
ざい値、例えば１００μｍ以下にする°ことが好ましい
といえる。

［第４ステツプ］ この固化された第３次素材３ｏを完全に固化させた俊、
該素材３０の表面を適宜に研磨すると共に洗浄・乾燥を
施し、その上に例えばシリコンゴム等から成る適宜の音
響レンズ４を接着して、第４図に示すようなアレイ型超
音波探触子の完成品４０を作る。

以上説明した通り、本発明のアレイ型超音波探触子とそ
の製造方法では、音波の極めて伝播し難い中空構造が支
配的でのる構造補強材をもって各微小振動子間を充填し
たので、超音波探触子としての構造的強度は高いものと
なり、いがも、微小振動子間での音響的結合に起因する
無用な振動を従来の・ものに比べて著しく小さくするこ
とが出来るため、それぞれの微小振動子の指向性は良好
になり、アレイ型超音波探触子として総合された指向性
も向上することになる。

以上−実施例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、その要旨を変更せざる範囲内で、
種々に変形実施することが可能である。例えば、圧電セ
ラミックス材料の厚さ・プレートの厚ざ（間隙幅）及び
切断の繰り返しピッチ等の値は、必要に応じて適宜に選
定し得るものであり、また、中空状微粒子は、中空状ガ
ラス微粒子に限らずプラスチック系材料やカーボン系材
料で成形された中空状微粒子であっても良いものである
。更に、充填材料としては、エポキシ系接着剤に限らず
固化状態で構造的強度を高め得るものであれば他の高分
子材料を利用することも出来る。そして、充填材料と中
空状微粒子との混合比も、目的を達成し得る範囲内で適
宜に選定し得る。

尚、背面バッキング部材上に圧電セラミックス材料を形
成する方法は、図示実施例の外、微小振動子の間隙内を
充填材料で埋めた圧電セラミックス材料と音響整合層と
を別途に製造し、これを背面バッキング部材上に適宜に
接＠するようにしても良く、また、音響レンズの構造及
び音響整合層との接合方法についても適宜手段を用い得
る。

［発明の効果］ 以上述べた通り本発明を用いる時は、構造的強度に優れ
且つ各微小振動子の指向性が良好であるアレイ型超音波
探触子とその製造方法とを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図はアレイ型超音波探触子を製造する際の本発明に係る
各ステップを示す概略構成図で、第１図は第１次素材の
状態を示す概略構成図、第２図は第２次素材の状態を示
す概略構成図、第３図は第３次素材の状態を示す概略構
成図、第４図は゛完成品の状態、即ち、本発明に係るア
レイ型超音波探触子を示す概略構成図である。 １・・・背面バッキング部材、 ２・・・圧電セラミックス材料、３・・・音響整合層、
４・・・音響レンズ、１０・・・第１次素材、２０・・
・第２次素材、２１・・・間隙、２２・・・充填材料、
３０・・・第３次素材、４０・・・完成品。 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも圧電セラミックス材料から成る複数の
   微小振動子を直線状或いは円弧状に配列して成るアレイ
   型超音波探触子において、圧電セラミックス材料の小片
   と音響整合層の小片とから成る各微小振動子の間の空間
   部に、多数の中空状微粒子を包含する高分子材料から成
   る構造補強材を配設すると共に、該構造補強材と前記各
   微小振動子とを固定的に接合する如く構成したことを特
   徴とするアレイ型超音波探触子。
2. （２）前記中空状微粒子はその平均粒径が１００μｍ以
   下である特許請求の範囲第１項に記載のアレイ型超音波
   探触子。
3. （３）前記中空状微粒子は中空状のガラス微粒子である
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のアレイ型超音
   波探触子。
4. （４）圧電セラミックス材料から成る複数の微小振動子
   を直線状或いは円弧状に配列して成るアレイ型超音波探
   触子の製造方法において、アレイ型配列を形成・維持す
   るために存在する各微小振動子間の間隙を、多数の中空
   状微粒子を包含する高分子材料によつて埋めることによ
   り、アレイ型超音波探触子としての構造的強度を維持す
   る如くなしたことを特徴とするアレイ型超音波探触子の
   製造方法。
5. （５）前記中空状微粒子はその平均粒径が１００μｍ以
   下である特許請求の範囲第４項に記載のアレイ型超音波
   探触子の製造方法。
6. （６）前記中空状微粒子は、中空状のガラス微粒子であ
   る特許請求の範囲第４項または第５項に記載のアレイ型
   超音波探触子の製造方法。
7. （７）前記アレイ型超音波探触子の製造方法は、先ず、
   所望厚の圧電セラミックス材料層と音響整合層とを超音
   波探触子の背面バッキング部材上に接着して第１次素材
   となし、この素材をダイシングマシンに設定すると共に
   所定厚のプレートを使用して所定のピッチで同一方向へ
   繰り返し切断を行って、間隙を介した不連続断面を持つ
   第２次素材となし、微小な平均粒径を持つ中空状微粒子
   と高分子接着剤とを混合して成る充填材料を、前記間隙
   内に充填し且つ固化させて第３次素材となし、該第３次
   素材の完全固化の後にその表面を研磨・洗浄・乾燥して
   、その上に音響レンズを接合することにより製造するも
   のである特許請求の範囲第４項乃至第６項のいずれか１
   項に記載のアレイ型超音波探触子の製造方法。