JP2000261891A - Ultrasonic probe and its manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動子に関し、
特に詳しくは超音波画像診断装置や超音波探傷装置など
に用いられる超音波探触子およびその製造方法に関す
る。The present invention relates to a piezoelectric vibrator,
More particularly, the present invention relates to an ultrasonic probe used for an ultrasonic diagnostic imaging apparatus, an ultrasonic inspection apparatus, and the like, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来において、超音波を利用した画像描
出装置は様々な技術分野にて用いられており、たとえば
医療用途に関しては超音波探触子を備えて被検者の体内
に存在する診察対象部位を描出する超音波画像診断装置
が実用化され広く用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, an image rendering apparatus using an ultrasonic wave has been used in various technical fields. For example, for medical use, a medical examination apparatus provided with an ultrasonic probe and presenting in an examinee's body is provided. Ultrasound diagnostic imaging apparatuses that depict a target site have been put into practical use and widely used.
【０００３】これらの超音波画像診断装置が備える超音
波探触子は、その先端部分の被検者の体表と接触する部
分の内部に超音波トランスデューサが備えられている。
この超音波トランスデューサは圧電振動子を主体として
構成されており、超音波を被検者の診察対象部位に向け
て照射する。この照射された超音波は、その診察対象部
位に存在して、それぞれ音響インピーダンスが異なる複
数の境界面からの反射超音波となる。この反射超音波を
当該圧電振動子にて受信して電気信号に変換することに
より、診察対象部位の内部状態を画像として描出するこ
とができる。[0003] The ultrasonic probe provided in these ultrasonic diagnostic imaging apparatuses has an ultrasonic transducer inside a portion of the distal end portion that comes into contact with the body surface of the subject.
This ultrasonic transducer is mainly composed of a piezoelectric vibrator, and irradiates an ultrasonic wave toward a part to be examined of a subject. The irradiated ultrasonic waves are present at the site to be examined, and become reflected ultrasonic waves from a plurality of boundary surfaces having different acoustic impedances. By receiving this reflected ultrasonic wave by the piezoelectric vibrator and converting it into an electric signal, the internal state of the examination target part can be depicted as an image.
【０００４】図４は、従来の技術による超音波探触子の
一つの構造例を説明するための概略図を示す。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining one structural example of an ultrasonic probe according to the prior art.
【０００５】上記のような従来の技術による超音波探触
子の構造は、概略として図４に示されるような構造を備
えており、ここで図示されるのは理解を容易にするため
に主に超音波の送受信に重要な部分のみを示している。[0005] The structure of the ultrasonic probe according to the prior art as described above has a structure as schematically shown in FIG. 4, which is mainly illustrated for easy understanding. 2 shows only the parts important for transmission and reception of ultrasonic waves.
【０００６】この超音波探触子の先端部には音響レンズ
２１０が備わり、被検者の体表面に接触して超音波の送
受信の仲介を行う。この音響レンズにより所定の体表よ
りの深さに音響的な焦点を図示されるスライス方向に結
ぶ。また、図示されるアレイ方向の音響的な焦点は、ア
レイ方向に短冊状に配置された複数の圧電振動子１１０
の送信／受信のタイミングを切替え制御する事により、
電子的に作り出されている。An acoustic lens 210 is provided at the tip of the ultrasonic probe, and contacts the body surface of the subject to mediate transmission and reception of ultrasonic waves. This acoustic lens focuses an acoustic focus at a depth below a predetermined body surface in the illustrated slice direction. In addition, the acoustic focus in the array direction shown in the figure is a plurality of piezoelectric vibrators 110 arranged in a strip shape in the array direction.
By controlling the transmission / reception timing of
Produced electronically.
【０００７】また、音響レンズ２１０の下には音響マッ
チング層３１０が備わり、この音響マッチング層３１０
を複数の層構造とすることで、前記音響レンズ２１０と
あいまって被検者の体表との音響インピーダンスの差分
による信号ロス分の発生を抑えている。この音響マッチ
ング層３１０の下には第１電極１２３と第２電極１２２
とに挟まれた圧電振動子１１０が設けられている。[0007] An acoustic matching layer 310 is provided below the acoustic lens 210.
Has a multi-layer structure, thereby suppressing the occurrence of signal loss due to the difference in acoustic impedance between the acoustic lens 210 and the body surface of the subject. Under the acoustic matching layer 310, the first electrode 123 and the second electrode 122
And a piezoelectric vibrator 110 sandwiched therebetween.
【０００８】この圧電振動子１１０を挟んでいる両電極
１２３，１２２によって圧電振動を起こさせるための電
圧が印加され、圧電現象の発生により機械的な振動に変
換される。この図４に示されている第１電極１２３には
共通電極板１２０が接続されており、この図４の例では
図示されない駆動手段の信号グランド側に接続されてい
る。A voltage for causing piezoelectric vibration is applied by the two electrodes 123 and 122 sandwiching the piezoelectric vibrator 110, and is converted into mechanical vibration by generation of a piezoelectric phenomenon. The common electrode plate 120 is connected to the first electrode 123 shown in FIG. 4, and is connected to the signal ground side of the driving means not shown in the example of FIG.
【０００９】また、第２電極１２２は短冊状に並んだ圧
電振動子１１０の数と同じく設けられており、それぞれ
独立にフレキシブル印刷配線板１２１の対応する所定の
信号線パターンにそれぞれ接続されている。この第２電
極１２２はこのようにしてフレキシブル印刷配線板１２
１を介して図示しない駆動手段の駆動信号出力端および
図示しない受信信号処理手段に接続されている。The number of the second electrodes 122 is equal to the number of the piezoelectric vibrators 110 arranged in a strip shape, and each of them is independently connected to a corresponding predetermined signal line pattern of the flexible printed wiring board 121. . The second electrode 122 is thus connected to the flexible printed wiring board 12.
1 is connected to a drive signal output terminal of a drive unit (not shown) and a reception signal processing unit (not shown).
【００１０】また、これらの圧電振動子１１０、第１電
極１２３、第２電極１２２、共通電極板１２０、フレキ
シブル印刷配線板１２１とにより概略構成される電極引
出し部５００が成り立っている。[0010] An electrode lead-out section 500 is generally constituted by the piezoelectric vibrator 110, the first electrode 123, the second electrode 122, the common electrode plate 120, and the flexible printed wiring board 121.
【００１１】バッキング材３００は圧電振動子１１０か
ら発振された超音波振動や受信時の超音波振動のうち、
超音波画像診断装置の画像描出にとって必要でない超音
波振動成分を減衰吸収する。また、超音波送受信に係る
圧電振動子１１０を主体とした構成を機械的に位置決め
している。The backing material 300 is one of the ultrasonic vibration oscillated from the piezoelectric vibrator 110 and the ultrasonic vibration at the time of reception.
An ultrasonic vibration component that is not necessary for image rendering of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus is attenuated and absorbed. Further, the configuration mainly including the piezoelectric vibrator 110 for transmitting and receiving the ultrasonic waves is mechanically positioned.
【００１２】図５は、従来の技術による電極引出し部を
説明するための一つの構造例を示す。FIG. 5 shows one structural example for explaining an electrode lead-out portion according to the prior art.
【００１３】電極引出し部５００は、図１にて示された
破線にて指示された部分の一部断面を概略図にて示され
ており、図５においては音響マッチング層３１０は説明
のために省略している。The electrode lead-out section 500 is shown schematically in a partial cross section of a portion indicated by a broken line shown in FIG. 1. In FIG. 5, an acoustic matching layer 310 is shown for explanation. Omitted.
【００１４】圧電振動子１１０は前述の通り第１電極１
２３と第２電極１２２とによって挟まれており、この構
造の端部にてやはり前述の共通電極板１２０およびフレ
キシブル配線板１２１とが接続されている。このそれぞ
れの接続部分を、その接続部分の間に挟まれる圧電振動
子１１０も含めて、電極引出し部５００と呼称する。The piezoelectric vibrator 110 has the first electrode 1 as described above.
23 and the second electrode 122, and the common electrode plate 120 and the flexible wiring board 121 are connected at the end of this structure. Each of these connection portions, including the piezoelectric vibrator 110 sandwiched between the connection portions, is referred to as an electrode lead portion 500.
【００１５】この電極引出し部５００の上には音響レン
ズ２１０の端部が位置しており、この当該端部の上には
先端キャップ２００が位置している。この先端キャップ
２００は超音波探触子の体表接触面において接触面積を
決定し、かつ音響レンズ２１０をはじめとする部材を保
持しつつ外部からの意図しない衝撃から内部構造を保護
している。また音響レンズ２１０は接着層２２０を介し
て図示しない音響マッチング層３１０や、あるいは先端
キャップ２００および電極引出し部５００などと接着さ
れている。An end of the acoustic lens 210 is located on the electrode lead-out portion 500, and a tip cap 200 is located on the end. The tip cap 200 determines the contact area on the body surface contact surface of the ultrasonic probe, and protects the internal structure from an unintended external impact while holding the acoustic lens 210 and other members. The acoustic lens 210 is adhered to the acoustic matching layer 310 (not shown), the tip cap 200, the electrode lead portion 500, and the like via the adhesive layer 220.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の技術によ
る超音波探触子の構成は、圧電振動子の圧電効果を生じ
る部分が先端キャップおよび音響レンズの直下に位置す
る電極引出し部にまで配置されている。The structure of the ultrasonic probe according to the prior art described above is such that the portion of the piezoelectric vibrator that produces the piezoelectric effect is disposed up to the tip cap and the electrode lead-out portion located immediately below the acoustic lens. Have been.
【００１７】このため、超音波を発振する際には先端キ
ャップの内側から反射してくる不要な反射超音波成分が
発生したり、またあるいは超音波受信時においても電極
引出し部にて挟持されている圧電振動子部分においても
受信が行われて、不要な受信信号が生じる可能性があっ
た。Therefore, when ultrasonic waves are oscillated, unnecessary reflected ultrasonic components reflected from the inside of the tip cap are generated, or the ultrasonic waves may be held by the electrode lead-out portion even when receiving the ultrasonic waves. There is a possibility that the reception is performed also in the piezoelectric vibrator part, and an unnecessary reception signal is generated.
【００１８】また、短冊状に配列された圧電振動子の構
成を製造するために、圧電振動子の第１電極および第２
電極にそれぞれ共通電極板、フレキシブル印刷配線板を
それぞれ接続した状態で、バッキング材上に接着し、そ
の後に所定の圧電振動子数となるように切断していた。Further, in order to manufacture the configuration of the piezoelectric vibrators arranged in a strip shape, the first electrode and the second electrode of the piezoelectric vibrator are manufactured.
In a state where the common electrode plate and the flexible printed wiring board were respectively connected to the electrodes, they were adhered on a backing material, and then cut to a predetermined number of piezoelectric vibrators.
【００１９】しかしながら、このような従来の技術の製
造方法ではアレイ方向に連続的に切断する際において、
その切断時に発生する熱等の負荷により圧電振動子のキ
ュリー点を越えてしまい、分極が外れる脱分極現象が生
じてしまうので、必要な部分において設計の意図した超
音波の送受信が行われなくなってしまう。特に、近年に
おいて実用化され用いられている圧電単結晶により構成
された圧電振動子はこの脱分極現象が顕著に生じる傾向
がある。However, in such a conventional manufacturing method, when cutting is continuously performed in the array direction,
The load such as heat generated at the time of the cutting will exceed the Curie point of the piezoelectric vibrator, causing a depolarization phenomenon that depolarizes. I will. In particular, a piezoelectric vibrator made of a piezoelectric single crystal which has been put into practical use in recent years tends to cause this depolarization phenomenon remarkably.
【００２０】この脱分極による圧電振動子の変性を回復
するために、従来においては切断加工後に再分極処理を
する必要があった。しかしながら、電極引出し部にて挟
持された圧電振動子部分にまで一緒に再分極を施さざる
を得ず、このため圧電性を必要としない電極引出し部ま
でもが再分極されてしまう。In order to recover the denaturation of the piezoelectric vibrator due to the depolarization, it has conventionally been necessary to perform repolarization after cutting. However, the piezoelectric vibrator portion sandwiched by the electrode lead portions must be repolarized together, so that even the electrode lead portions that do not require piezoelectricity are repolarized.
【００２１】また、再分極処理時には電界をかけるため
に共通電極板およびフレキシブル印刷配線板に電圧を印
加するが、この電圧印加が電極引出し部にて行われない
様に、たとえば第２電極のフレキシブル印刷配線板が接
続される部分に図示しないダミー電極を設ける方法がと
られている。このダミー電極は完全にフレキシブル印刷
配線板から絶縁されており、比較的に電極引出し部分の
再分極がなされないようにするのに効果があるものの、
決して満足のいくものではなかった。In the repolarization process, a voltage is applied to the common electrode plate and the flexible printed wiring board in order to apply an electric field. A method of providing a dummy electrode (not shown) at a portion to which the printed wiring board is connected has been adopted. This dummy electrode is completely insulated from the flexible printed wiring board, and although relatively effective in preventing repolarization of the electrode lead-out portion,
It was never satisfactory.
【００２２】これらの再分極により電極接合部分の圧電
振動子が圧電性を示すことで、設計の意図した超音波探
触子の送受信に用いられる口径に対して、実際の口径が
大きくなってしまい、たとえば超音波送受信においての
スライス方向送受信音場が設計の意図した音場パターン
と合致しないものとなってしまう。なお、口径とは個々
の圧電振動子が所定の数で同時に超音波送信の駆動、あ
るいは超音波受信に用いられる時の送信あるいは受信面
の総面積を指しており、以下においても同義に用いる。Because the piezoelectric vibrator at the electrode junction exhibits piezoelectricity due to these repolarizations, the actual aperture becomes larger than the aperture used for transmission and reception of the ultrasonic probe intended for the design. For example, the transmission / reception sound field in the slice direction in ultrasonic transmission / reception does not match the sound field pattern intended by the design. The aperture refers to the total area of the transmitting or receiving surface when each piezoelectric vibrator is used for driving ultrasonic transmission or receiving ultrasonic waves in a predetermined number at the same time, and is used synonymously in the following.
【００２３】さらに、圧電振動子およびその他の構成部
材を保持する先端キャップ等との音響適な干渉により、
所謂アーチファクトなどの発生原因の一部となる可能性
がある。Further, due to acoustically suitable interference with a tip cap for holding the piezoelectric vibrator and other constituent members,
It may become a part of the cause of what is called an artifact.
【００２４】[0024]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、音響エネルギーと電気信号とを相
互に変換する略板状の音響エネルギー変換手段と、前記
音響エネルギー変換手段の片面に配設の陽極と前記陽極
に対向して反対側の面に配設の陰極とからなる一組の電
極構造部材と、前記両電極面より導電部材をそれぞれ引
出す一組の電極引出し部とを有する超音波探触子におい
て、一組の前記電極引出し部に挟持された間隙が非圧電
部材にて形成されていることを特徴とする超音波探触子
をもって解決手段とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a substantially plate-shaped acoustic energy converting means for mutually converting acoustic energy and an electric signal, and one side of the acoustic energy converting means. It has a set of electrode structural members comprising an anode provided and a cathode provided on the surface opposite to the anode and a set of electrode lead-out portions for drawing out conductive members from both electrode surfaces. The ultrasonic probe is characterized in that the gap sandwiched between the pair of electrode lead-out portions is formed of a non-piezoelectric member.
【００２５】また、前記音響エネルギー変換手段は、分
極処理による分極軸方向に圧電振動するペロブスカイト
相構造を有し、前記非圧電部材は分極処理により分極さ
れず圧電振動しないパイロクロア相構造よりなり、少な
くともチタン酸鉛を含みＰｂ［（Ｂ１、Ｂ２）１−ＸＴ
ｉＸ］Ｏ３にて表わされる固溶系圧電単結晶であり、前
記Ｘは０．０５〜０．５５であり、前記Ｂ１はＺｎ、Ｍ
ｇ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙｂのうちのいずれか一つであ
り、前記Ｂ２はＮｂあるいはＴａのどちらか一方である
ことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子をもって
解決手段とする。Further, the acoustic energy conversion means has a perovskite phase structure that piezoelectrically vibrates in a polarization axis direction due to polarization processing, and the non-piezoelectric member has a pyrochlore phase structure that is not polarized by polarization processing and does not vibrate piezoelectrically. Pb [(B1, B2) 1-XT containing lead titanate
iX] is a solid solution type piezoelectric single crystal represented by O3, wherein X is 0.05 to 0.55, and B1 is Zn, M
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein g2 is one of g, Ni, Sc, In, and Yb, and B2 is either Nb or Ta. I do.
【００２６】また、音響エネルギーと電気信号とを相互
に変換する略板状の音響エネルギー変換手段と、前記音
響エネルギー変換手段の片面に配設の陽極と前記陽極に
対向して反対側の面に配設の陰極とからなる一組の電極
構造部材と、前記両電極面より導電部材をそれぞれ引出
す一組の電極引出し部とを有してなる超音波探触子の製
造方法において、前記電極引出し部に挟持された間隙を
非圧電部材にて形成し、前記音響エネルギー変換手段は
分極処理による分極軸方向に圧電振動するペロブスカイ
ト相構造に形成し、前記非圧電部材は分極処理により分
極されず圧電振動しないパイロクロア相構造に形成し、
少なくともチタン酸鉛を含みＰｂ［（Ｂ１、Ｂ２）１−
ＸＴｉＸ］Ｏ３にて表わされる固溶系圧電単結晶であ
り、前記Ｘは０．０５〜０．５５であり、前記Ｂ１はＺ
ｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙｂのうちのいずれか一
つであり、前記Ｂ２はＮｂあるいはＴａのどちらか一方
であり、前記パイロクロア相構造は熱処理手段による加
熱にて前記ペロブスカイト相構造の相構造を変換させる
ことにより形成することを特徴とする超音波探触子の製
造方法をもって解決手段とする。A substantially plate-like acoustic energy converting means for mutually converting acoustic energy and an electric signal; an anode provided on one side of the acoustic energy converting means; A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising: a set of electrode structural members comprising a cathode disposed therein; and a set of electrode lead portions for drawing a conductive member from both electrode surfaces. The gap sandwiched between the portions is formed by a non-piezoelectric member, the acoustic energy conversion means is formed in a perovskite phase structure that vibrates piezoelectrically in a polarization axis direction by the polarization process, and the non-piezoelectric member is not polarized by the polarization process, Formed in a pyrochlore phase structure that does not vibrate,
Pb [(B1, B2) 1- containing at least lead titanate
XTiX] O3 is a solid solution type piezoelectric single crystal, wherein X is 0.05 to 0.55, and B1 is Z
n, Mg, Ni, Sc, In, or Yb; B2 is one of Nb and Ta; and the pyrochlore phase structure is formed of the perovskite phase structure by heating by a heat treatment unit. A solution is a method of manufacturing an ultrasonic probe, which is formed by converting a phase structure.
【００２７】以上のように構成された解決手段により、
陽極側の電極引出し部と陰極側の電極引出し部との間隙
にある圧電振動子の圧電効果が生じないことにより、超
音波の送受信時において不要な超音波発信および受信信
号の発生を防ぐことを目的とする。With the above-structured solution,
Since the piezoelectric effect of the piezoelectric vibrator in the gap between the anode-side electrode lead-out part and the cathode-side electrode lead-out part does not occur, unnecessary transmission and reception of ultrasonic waves during transmission and reception of ultrasonic waves can be prevented. Aim.
【００２８】また、陽極側の電極引出し部と陰極側の電
極引出し部との間隙にある圧電振動子を、非圧電部材の
配置あるいは加熱処理などにより形成することで、圧電
振動子のカッテイング後などにおける再分極処理におい
ても圧電特性の発生が無い超音波探触子および製造方法
を提供することを目的とする。Further, by forming the piezoelectric vibrator in the gap between the anode-side electrode lead-out part and the cathode-side electrode lead-out part by disposing a non-piezoelectric member or heating the piezoelectric vibrator, for example, after cutting the piezoelectric vibrator It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe and a manufacturing method which do not generate piezoelectric characteristics even in the repolarization process.
【００２９】また、再分極による意図しない部位の分極
を防ぎ、製造効率が良く、不要な信号による画質への影
響の少ない超音波探触子およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。It is another object of the present invention to provide an ultrasonic probe which prevents polarization of an unintended portion due to repolarization, has good manufacturing efficiency, and has little influence on image quality due to unnecessary signals, and a method for manufacturing the same.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】＜第一の実施の形態＞図１は、本
発明の実施の形態に係る電極引出し部の概略図であっ
て、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ独立した一つの実施
例を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Embodiment> FIGS. 1A and 1B are schematic views of an electrode lead portion according to an embodiment of the present invention, wherein FIGS. An example will be described.
【００３１】図１（ａ）には電極引出し部５００の構成
を模式的に示しており、この図においては理解を容易に
するために音響マッチング層３１０（図４参照）を省略
している。圧電振動子１１０は第１電極１２３と第２電
極１２２とに挟まれており、本図の例においては、この
第１電極１２３には共通電極板１２０によって図示され
ない超音波送受信回路の信号グランド側が接続されてい
る。また、第２電極１２２にはやはりフレキシブル印刷
配線板１２１によって図示されない超音波送受信回路の
入出力端子が接続されている。FIG. 1A schematically shows the configuration of the electrode lead-out section 500. In this figure, the acoustic matching layer 310 (see FIG. 4) is omitted for easy understanding. The piezoelectric vibrator 110 is sandwiched between a first electrode 123 and a second electrode 122, and in the example of this figure, the first electrode 123 is connected to a signal ground side of an ultrasonic transmitting / receiving circuit (not shown) by a common electrode plate 120. It is connected. The input / output terminals of an ultrasonic transmission / reception circuit (not shown) are also connected to the second electrode 122 via a flexible printed wiring board 121.
【００３２】電極引出し部５００部分の第１電極１２３
と第２電極１２２とに挟まれているのは、本発明の実施
の形態による製造方法により製造された非圧電材１００
が配されている。なお、この製造方法についての詳細は
後述する。The first electrode 123 in the electrode lead portion 500
Sandwiched between the first electrode 122 and the non-piezoelectric material 100 manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
Is arranged. The details of this manufacturing method will be described later.
【００３３】また、電極引出し部５００の上には図示さ
れるように音響レンズ２１０の端部を挟み込むように先
端キャップ２００が設けられている。なお、接着層２２
０は音響レンズ２１０と圧電振動子１１０とを接着して
いる。A tip cap 200 is provided on the electrode lead portion 500 so as to sandwich the end of the acoustic lens 210 as shown in the figure. The adhesive layer 22
Numeral 0 indicates that the acoustic lens 210 and the piezoelectric vibrator 110 are bonded.
【００３４】この図１（ａ）の構造においては、圧電素
子１１０に超音波を発振させるための信号が印加される
と、圧電振動子１１０の部分のみが図中にも示すように
有効部分として超音波の発振を行う。一方で非圧電材１
００は信号の印加が行われても圧電特性を示さないの
で、振動する事はなく従って超音波の発振も行わない。
図中にも示される通り非振動部として電極引出し部５０
０の構造を実現している一部分となる。In the structure of FIG. 1A, when a signal for oscillating an ultrasonic wave is applied to the piezoelectric element 110, only the portion of the piezoelectric vibrator 110 becomes an effective portion as shown in FIG. It oscillates ultrasonic waves. On the other hand, non-piezoelectric material 1
Since 00 does not show piezoelectric characteristics even when a signal is applied, it does not vibrate and therefore does not oscillate ultrasonic waves.
As shown in the figure, the electrode lead-out portion 50 serves as a non-vibration portion.
0 is a part that realizes the structure.
【００３５】非圧電材１００から超音波が発振されない
ので、従来の技術による超音波探触子において問題とな
っていた、設計の意図する発振口径への影響を最小限度
に抑える事ができる。先端キャップ２００との間にて主
に発生する不要な乱反射超音波の発生を抑える事によ
り、被検者の体内より反射してくる超音波信号に混入す
る事を防止できる。Since the ultrasonic wave is not oscillated from the non-piezoelectric material 100, it is possible to minimize the influence on the oscillation aperture intended by the design, which has been a problem in the ultrasonic probe according to the prior art. By suppressing the generation of unnecessary diffusely reflected ultrasonic waves mainly generated between the distal end cap 200 and the distal end cap 200, it is possible to prevent the ultrasonic waves from being mixed into the ultrasonic signal reflected from the body of the subject.
【００３６】圧電振動子１１０が超音波の受信を行う場
合には、圧電振動子１１０のみで超音波の受信が行わ
れ、非圧電材１００においては受信がされない。従来の
電極引出し部の構造では非圧電材１００が位置する部分
においても超音波の受信が行われて（図５参照）しまう
ので、設計の意図する受信時の有効受信口径に対して大
きくなってしまう。これに対して非圧電材１００におい
ては、受信信号による電気信号の発生が無いので、従っ
て不要な信号成分が圧電振動子１１０にて受信した信号
成分に混入する事が無いので良好な超音波断層画像を得
る事ができる。When the piezoelectric vibrator 110 receives an ultrasonic wave, the ultrasonic wave is received only by the piezoelectric vibrator 110, and the non-piezoelectric material 100 does not receive the ultrasonic wave. In the structure of the conventional electrode lead-out portion, the ultrasonic wave is received even at the portion where the non-piezoelectric material 100 is located (see FIG. 5). I will. On the other hand, in the non-piezoelectric material 100, since no electric signal is generated by the received signal, unnecessary signal components are not mixed into the signal components received by the piezoelectric vibrator 110, so that a good ultrasonic tomographic image can be obtained. You can get an image.
【００３７】図１（ｂ）は、前述の図１（ａ）に比較し
て圧電振動子１１０の第２電極１２２側の面の構造に相
違点がある場合であり、やはり本発明に係る実施の形態
の一つの例である。FIG. 1B shows a case where there is a difference in the structure of the surface of the piezoelectric vibrator 110 on the side of the second electrode 122 as compared with FIG. This is one example of the embodiment.
【００３８】この図示された構造は圧電振動子１１０の
短冊状に配列された圧電振動子１１０の構成を製造する
ために、圧電振動子１１０の第１電極１２３および第２
電極１２２にそれぞれ共通電極板１２０、フレキシブル
印刷配線板１２１をそれぞれ接続した状態で、バッキン
グ材３００（図４参照）上に接着し、その後に所定の圧
電振動子数となるように切断している。The illustrated structure is used to manufacture the configuration of the piezoelectric vibrators 110 arranged in the shape of a strip of the piezoelectric vibrators 110.
In a state where the common electrode plate 120 and the flexible printed wiring board 121 are connected to the electrodes 122, respectively, they are adhered onto the backing material 300 (see FIG. 4), and then cut to have a predetermined number of piezoelectric vibrators. .
【００３９】しかしながら、このような従来の技術の製
造方法ではアレイ方向に連続的に切断する際において、
その切断時に発生する熱等の負荷により圧電振動子１１
０のキュリー点を越えてしまい、分極が外れる脱分極現
象が生じてしまうので、必要な部分において設計の意図
した超音波の送受信が行われなくなってしまう。特に、
圧電単結晶により構成された圧電振動子１１０はこの脱
分極現象が顕著に生じる傾向がある。However, according to such a conventional manufacturing method, when cutting continuously in the array direction,
Due to a load such as heat generated during the cutting, the piezoelectric vibrator 11
Since the Curie point exceeds zero and a depolarization phenomenon in which polarization is deviated occurs, transmission and reception of ultrasonic waves intended for design are not performed in necessary portions. In particular,
In the piezoelectric vibrator 110 made of a piezoelectric single crystal, this depolarization phenomenon tends to occur remarkably.
【００４０】この脱分極による圧電振動子１１０の変性
を回復するために、従来においては切断加工後に再分極
処理をする必要があった。しかしながら、電極引出し部
５００にて挟持された圧電振動子１１０部分にまで一緒
に再分極を施すと、圧電性を必要としない電極引出し部
５００までもが再分極されてしまう。In order to recover the deformation of the piezoelectric vibrator 110 due to the depolarization, it has conventionally been necessary to perform a repolarization process after the cutting process. However, if repolarization is applied to even the portion of the piezoelectric vibrator 110 sandwiched by the electrode lead-out portion 500, even the electrode lead-out portion 500 that does not require piezoelectricity is re-polarized.
【００４１】再分極処理時には電界をかけるために共通
電極板１２０およびフレキシブル印刷配線板１２１に電
圧を印加するが、この電圧印加が電極引出し部５００に
て行われない様に、図１（ｂ）に示すように第２電極１
２２のフレキシブル印刷配線板１２１が接続される部分
にダミー電極１２４を設ける方法がとられる。このダミ
ー電極１２４は完全にフレキシブル印刷配線板１２１か
ら絶縁されており、比較的に電極引出し部分５００の再
分極がなされないようにするのに効果があるものの、決
して満足のいくものではない。At the time of the repolarization, a voltage is applied to the common electrode plate 120 and the flexible printed wiring board 121 to apply an electric field. As shown in FIG.
A method of providing a dummy electrode 124 in a portion to which the flexible printed wiring board 121 is connected is adopted. Although the dummy electrode 124 is completely insulated from the flexible printed wiring board 121 and is relatively effective in preventing the electrode extraction portion 500 from being repolarized, it is not satisfactory.
【００４２】そこで、本発明に係る実施の形態において
は以上のような構造をもつ電極引出し部５００に対して
も非振動部である非圧電材１００を設けることで、より
一層の不要な信号が超音波送信および超音波受信信号に
混入する事を効果的に防止する事ができる。Therefore, in the embodiment of the present invention, by providing the non-piezoelectric material 100, which is a non-vibrating part, even for the electrode lead-out part 500 having the above structure, even more unnecessary signals can be generated. It is possible to effectively prevent mixing into the ultrasonic transmission and ultrasonic reception signals.
【００４３】図２は、本発明の第一の実施の形態に係る
製造方法を説明するための概略図を示す。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
【００４４】まず、白金坩堝においてＰｂフラックス中
育成されたＰＺIV−ＰＴ単結晶を、Ｘ線回折を行うこと
により結晶構造を調べる。この結果から、所定の結晶軸
に対して分極を行うために電界をかけることで、大きな
機械振動をするぺロブスカイト相構造と、一方で、分極
を行うために電界をかけても圧電特性を持たず、したが
って機械振動をしないパイロクロア相構造とを分離す
る。その分離後、前記ぺロブスカイ卜相構造の単結晶を
ラウエカメラを用いて結晶軸（１００）軸の方位を出
し、たとえば本実施の形態においては、有効口径約１５
ｍｍ×２５ｍｍ厚み３ｍｍの圧電単結晶板を作成する。First, the crystal structure of a PZIV-PT single crystal grown in a Pb flux in a platinum crucible is examined by X-ray diffraction. From this result, it can be seen that a perovskite phase structure that causes large mechanical vibration by applying an electric field to perform polarization on a predetermined crystal axis has a piezoelectric characteristic even when an electric field is applied to perform polarization. Therefore, a pyrochlore phase structure that does not cause mechanical vibration is separated. After the separation, the orientation of the crystal axis (100) axis of the single crystal having the perovskite phase structure is determined using a Laue camera. For example, in the present embodiment, the effective aperture is about 15 mm.
A piezoelectric single crystal plate having a size of 25 mm × 25 mm and a thickness of 3 mm is prepared.
【００４５】また、パイロクロア相構造の単結晶にて電
極接合部５００に挟持される部分の大きさ１．５ｍｍ×
２５ｍｍ厚み３ｍｍの板を２枚作成する。本実施の形態
においては、たとえばエポキシ樹脂を用いて３枚を貼り
合わせることとした。なお、エポキシ樹脂は粘性の低い
ものを用い、貼り合わせ厚みは極力小さくした。The size of the portion of the single crystal having a pyrochlore phase structure sandwiched between the electrode joining portions 500 is 1.5 mm.
Two plates each having a thickness of 25 mm and a thickness of 3 mm are prepared. In the present embodiment, for example, three sheets are bonded using an epoxy resin. Note that an epoxy resin having low viscosity was used, and the bonding thickness was minimized.
【００４６】図２に示すように、パイロクロア相構造の
単結晶を非圧電材１００として用い、ぺロブスカイ卜相
構造の単結晶を圧電振動子１１０として用いる。相互の
接着は非圧電材１００の接着端面４６０と圧電振動子１
１０の接着端面とをそれぞれ接着剤を用いて接着する。As shown in FIG. 2, a single crystal having a pyrochlore phase structure is used as the non-piezoelectric material 100, and a single crystal having a perovskite phase structure is used as the piezoelectric vibrator 110. The mutual bonding is performed by the bonding end surface 460 of the non-piezoelectric material 100 and the piezoelectric vibrator 1.
Adhesive end surfaces of the ten adhesive surfaces are respectively bonded using an adhesive.
【００４７】貼り合わせにより作成した圧電板を、分極
軸に垂直方向に、たとえばカッターなどを用いて約１ｍ
ｍ厚に切断する。その切断面を＃２０００の研磨材で厚
さ３００μｍに研磨後、スパッタ法によりＴｉ／Ａｕ電
極を両面に形成したのち、この単結晶による圧電板を常
温にて、１ｋＶ／ｍの電界を印加し分極処理を施した。The piezoelectric plate produced by the lamination is moved about 1 m in a direction perpendicular to the polarization axis using a cutter or the like.
Cut to m thickness. After the cut surface is polished with a # 2000 abrasive to a thickness of 300 μm, Ti / Au electrodes are formed on both surfaces by sputtering, and an electric field of 1 kV / m is applied to the single crystal piezoelectric plate at room temperature. Polarization treatment was performed.
【００４８】次に、この圧電振動板を用いて、たとえば
アレイ型超音波トランスデューサを製作する。第１電極
１２３（Ｔｉ／Ａｕ）および第２電極１２２をそれぞれ
の面に形成した圧電単結晶による圧電振動板に、フレキ
シブル印刷配線板１２１と共通電極板１２０とを導電ペ
ーストなどを用いて接続し、超音波放射両側に音響マッ
チング層３１０を形成した後、バッキング材３００にエ
ポキシ樹脂で接着する。次にダイシングソーにより厚さ
５０μｍのブレードで、２００μｍピッチで切断し、こ
れに音響レンズ２１０を接着層２２０にて接着した。Next, an array type ultrasonic transducer is manufactured using the piezoelectric vibrating plate. A flexible printed wiring board 121 and a common electrode plate 120 are connected to a piezoelectric vibrating plate made of a piezoelectric single crystal having a first electrode 123 (Ti / Au) and a second electrode 122 formed on respective surfaces using a conductive paste or the like. After the acoustic matching layers 310 are formed on both sides of the ultrasonic wave radiation, the acoustic matching layers 310 are bonded to the backing material 300 with epoxy resin. Next, it was cut with a dicing saw at a pitch of 200 μm using a blade having a thickness of 50 μm, and the acoustic lens 210 was bonded to this with an adhesive layer 220.
【００４９】この後フレキシブル印刷配線板１２１の信
号側端子を一括し、共通電極１２０によるＧＮＤとの問
に３００Ｖの電圧を約１０ｓ間印可し、再分極を行っ
た。Thereafter, the signal-side terminals of the flexible printed wiring board 121 were combined, and a voltage of 300 V was applied for about 10 seconds between the common electrode 120 and GND to perform repolarization.
【００５０】以上のような工程を経て製作された超音波
探触子の要部に、静電容量１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの
同軸ケーブルを前記フレキシブル配線板１２１に接続し
て中心周波数３ＭＨｚの腹部用アレイ型トランスデュー
サを製作する。A coaxial cable having a capacitance of 110 pF / m and a length of 2 m was connected to the main part of the ultrasonic probe manufactured through the above-described steps to the flexible wiring board 121 to have a center frequency of 3 MHz. Produce an abdominal array transducer.
【００５１】＜第二の実施の形態＞図３は、本発明の第
二の実施の形態に係る製造方法を説明するための概略図
を示す。<Second Embodiment> FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
【００５２】第一の実施の形態と同様の工程を経て作成
された圧電単結晶を用いて、Ｘ線回折による手法を用
い、当該圧電単結晶の結晶構造を調べる。所定の結晶軸
に対して分極し電界をかけると、機械的な振動を示すペ
ロブスカイト相構造を選択する。その後、たとえばラウ
エカメラを用いて結晶軸（１００）軸の方位を出し、有
効口径約１８ｍｍ×２５ｍｍ厚み３ｍｍの圧電単結晶板
を作成する。The crystal structure of the piezoelectric single crystal is examined using a method of X-ray diffraction using a piezoelectric single crystal produced through the same steps as in the first embodiment. When a polarization is applied to a predetermined crystal axis and an electric field is applied, a perovskite phase structure showing mechanical vibration is selected. Thereafter, the orientation of the crystal axis (100) is determined using, for example, a Laue camera, and a piezoelectric single crystal plate having an effective diameter of about 18 mm × 25 mm and a thickness of 3 mm is prepared.
【００５３】超音波探触子とした場合の、たとえば図４
に示されるようなスライス方向の両端部分を、１．５ｍ
ｍ幅にてレーザ加熱装置４００によりレーザ光線４１０
の照射を行い、局部的な熱処理を行う。その後、この圧
電振動子１１０を用いて第一の実施の形態と同様に中心
周波数３ＭＨｚの腹部用アレイ型トランスデューサを製
作する。When an ultrasonic probe is used, for example, FIG.
1.5 m
Laser beam 410 by laser heating device 400 at m width
And a local heat treatment is performed. Thereafter, an abdominal array type transducer having a center frequency of 3 MHz is manufactured using the piezoelectric vibrator 110 in the same manner as in the first embodiment.
【００５４】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。したが
って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明
の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。The embodiments described above have been described for the purpose of facilitating the understanding of the present invention, but are not intended to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上述べた本発明による超音波探触子お
よびその製造方法によれば、超音波の送受信時において
不要な超音波発信および受信信号の発生を防ぐことがで
きる。According to the ultrasonic probe and the method of manufacturing the same according to the present invention described above, unnecessary transmission and reception of ultrasonic waves during transmission and reception of ultrasonic waves can be prevented.
【００５６】また、電極引出し部を非圧電部材の配置、
あるいは加熱処理などにより形成することで、圧電振動
子のカッテイング後などにおける再分極処理においても
圧電特性の発生が無い超音波探触子および製造方法を提
供することができる。Further, the electrode lead-out portion is arranged with a non-piezoelectric member,
Alternatively, when formed by heat treatment or the like, it is possible to provide an ultrasonic probe and a manufacturing method in which piezoelectric characteristics are not generated even in a repolarization process after cutting of a piezoelectric vibrator.
【００５７】また、再分極による意図しない部位の分極
を防ぎ、製造効率が良く、不要な信号による画質への影
響の少ない超音波探触子およびその製造方法を提供する
ことができる。Further, it is possible to provide an ultrasonic probe which prevents polarization of an unintended portion due to repolarization, has high production efficiency, and has little influence on image quality due to unnecessary signals, and a method for producing the same.
【図１】本発明の実施の形態に係る電極引出し部の概略
図であって、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ独立した一
つの実施例を示す。FIG. 1 is a schematic view of an electrode lead-out portion according to an embodiment of the present invention, wherein (a) and (b) show one independent example.
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る製造方法を説
明するための概略図を示す。FIG. 2 is a schematic view for explaining a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第二の実施の形態に係る製造方法を説
明するための概略図を示す。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
【図４】従来の技術による超音波探触子の一つの構造例
を説明するための概略図を示す。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining one structural example of an ultrasonic probe according to a conventional technique.
【図５】従来の技術による電極引出し部を説明するため
の一つの構造例を示す。FIG. 5 shows one structural example for explaining an electrode lead-out part according to a conventional technique.
１００…非圧電材（パイロクロア相構造） １１０…圧電振動子（ペロブスカイト相構造） １２０…共通電極板 １２４…ダミー電極 ２００…先端キャップ ２１０…音響レンズ ４００…レーザ加熱装置 ４１０…レーザ光線 ５００…電極引出し部 REFERENCE SIGNS LIST 100 non-piezoelectric material (pyrochlore phase structure) 110 piezoelectric resonator (perovskite phase structure) 120 common electrode plate 124 dummy electrode 200 tip cap 210 acoustic lens 400 laser heating device 410 laser beam 500 electrode extraction Department
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年３月１６日（１９９９．３．１
６）[Submission date] March 16, 1999 (1999.3.1.
6)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図５[Correction target item name] Fig. 5
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図５】 FIG. 5
Claims (3)
換する略板状の音響エネルギー変換手段と、前記音響エ
ネルギー変換手段の片面に配設の陽極と前記陽極に対向
して反対側の面に配設の陰極とからなる一組の電極構造
部材と、前記両電極面より導電部材をそれぞれ引出す一
組の電極引出し部とを有する超音波探触子において、 一組の前記電極引出し部に挟持された間隙が非圧電部材
にて形成されていることを特徴とする超音波探触子。1. A substantially plate-shaped acoustic energy converting means for mutually converting acoustic energy and an electric signal, an anode provided on one surface of the acoustic energy converting means, and a positive electrode on a surface opposite to the positive electrode. An ultrasonic probe comprising: a set of electrode structural members including a cathode disposed therein; and a set of electrode lead portions for drawing a conductive member from both electrode surfaces, wherein the ultrasonic probe is sandwiched by the set of electrode lead portions. An ultrasonic probe characterized in that the formed gap is formed by a non-piezoelectric member.
ト相構造を有し、 前記非圧電部材は分極処理により分極されず圧電振動し
ないパイロクロア相構造よりなり、 少なくともチタン酸鉛を含みＰｂ［（Ｂ１、Ｂ２）１−
ＸＴｉＸ］Ｏ３にて表わされる固溶系圧電単結晶であ
り、 前記Ｘは０．０５〜０．５５であり、 前記Ｂ１はＺｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙｂのうち
のいずれか一つであり、 前記Ｂ２はＮｂあるいはＴａのどちらか一方であること
を特徴とする請求項１記載の超音波探触子。2. The acoustic energy conversion means has a perovskite phase structure that piezoelectrically vibrates in a polarization axis direction due to polarization processing, and the non-piezoelectric member has a pyrochlore phase structure that is not polarized by polarization processing and does not vibrate piezoelectrically. Pb [(B1, B2) 1- containing lead titanate
XTiX] O3 is a solid solution type piezoelectric single crystal represented by O3, wherein X is 0.05 to 0.55, and B1 is any one of Zn, Mg, Ni, Sc, In and Yb. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein B2 is one of Nb and Ta.
換する略板状の音響エネルギー変換手段と、前記音響エ
ネルギー変換手段の片面に配設の陽極と前記陽極に対向
して反対側の面に配設の陰極とからなる一組の電極構造
部材と、前記両電極面より導電部材をそれぞれ引出す一
組の電極引出し部とを有してなる超音波探触子の製造方
法において、 前記電極引出し部に挟持された間隙を非圧電部材にて形
成し、 前記音響エネルギー変換手段は分極処理による分極軸方
向に圧電振動するペロブスカイト相構造に形成し、 前記非圧電部材は分極処理により分極されず圧電振動し
ないパイロクロア相構造に形成し、 少なくともチタン酸鉛を含みＰｂ［（Ｂ１、Ｂ２）１−
ＸＴｉＸ］Ｏ３にて表わされる固溶系圧電単結晶であ
り、 前記Ｘは０．０５〜０．５５であり、 前記Ｂ１はＺｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙｂのうち
のいずれか一つであり、 前記Ｂ２はＮｂあるいはＴａのどちらか一方であり、 前記パイロクロア相構造は熱処理手段による加熱にて前
記ペロブスカイト相構造の相構造を変換させることによ
り形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。3. A substantially plate-shaped acoustic energy converting means for mutually converting acoustic energy and an electric signal, an anode disposed on one surface of the acoustic energy converting means, and a positive electrode on a surface opposite to the positive electrode. A method for manufacturing an ultrasonic probe, comprising: a set of electrode structural members including a cathode disposed therein; and a set of electrode lead portions for drawing a conductive member from both electrode surfaces. The gap sandwiched between the portions is formed by a non-piezoelectric member, the acoustic energy conversion means is formed in a perovskite phase structure that oscillates piezoelectrically in a polarization axis direction by the polarization process, and the non-piezoelectric member is not polarized by the polarization process, Pb [(B1, B2) 1- formed with a pyrochlore phase structure that does not vibrate and contains at least lead titanate
XTiX] O3 is a solid solution type piezoelectric single crystal represented by O3, wherein X is 0.05 to 0.55, and B1 is any one of Zn, Mg, Ni, Sc, In and Yb. Wherein the B2 is either Nb or Ta; and the pyrochlore phase structure is formed by converting the perovskite phase structure by heating by a heat treatment means. Manufacturing method.
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- 1999-03-05 JP JP11059279A patent/JP2000261891A/en active Pending
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