JP2000358299A - 超音波探触子用送受波素子及びその製造方法並びに該送受波素子を用いた超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子用送受波素子及びその製造方法並びに該送受波素子を用いた超音波探触子Info
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Abstract
用送受波素子及びその製造方法並びに該送受波素子を用
いた超音波探触子を提供する。 【解決手段】 表裏面を有する圧電セラミック片3の、
その表裏に電極4,5を形成してなる複数の振動単位素
子2を、基材6a〜6c中に埋入保持して超音波探触子
用送受波素子10a〜10cを構成したものであり、厚
みを増加させることなく整一に保持され、送受波素子の
小形化が可能となり、指向角を大きくすることができ
る。
Description
入されて超音波診断等を行なうために用いられる超音波
探触子に関するものである。
臨床医学のあらゆる分野で必須の検査法になっている。
例えば血管中で、コレステロールの堆積による血栓に引
き起こされる動脈硬化は重大な疾病であるが、このよう
な血管の内部の異常を診断するためには、外部からでは
なく直接内部から観察する方が解像度の高い観察が期待
でき、効果的である。この場合、血管は血液で満たされ
ているため光学的な手段で画像を得ることは不可能であ
る。このような状況下では、超音波イメージングは有効
な視覚化法となる。このため、血管内に超音波探触子を
挿入し、血管内の画像化を行うという診断法が行われて
いる。
の径方向に送波し、二次元の画像を得るという方法がほ
とんどであった(例えば、米国特許第4917097
号、米国特許第5603327号、特開平4−1528
00等)。しかし、医療的見地からは、三次元画像をリ
アルタイムで得ることが好ましく、このために、例えば
探触子の先端に複数個の圧電素子を円形に配置し、その
うちの一素子から球面波を前方に送波し、残りの全素子
で受波させ、送波する素子を順番に変換することにより
三次元の画像を得るという方法が提案されている。
波を前方向に送波しうる探触子が用いられる。この探触
子の先端には、超音波を送受波するために圧電性を有す
る材料で作製した微細な素子が複数個配置される。
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)などの圧電性ポリマ
ーを用いて実用化されている。しかし、感度等の点か
ら、電気機械結合係数のより高い圧電セラミックスを素
子として用いることが好ましい。そこで、PT(チタン
酸鉛)やPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラ
ミックスが材料として用いられ、環状に加工した圧電セ
ラミックスの表裏面に電極を形成して、これをダイシン
グソーにより複数個に分割し、複数の振動単位素子とす
ることにより超音波探触子を構成したものが提案されて
いる。
に、環状のセラミックスを分割するという手法で素子x
を作製し、これを振動単位素子とした構成にあっては、
素子の製造という観点においては、上述のようにセラミ
ックスの切断によって、ここの振動単位素子を小さくし
ているため、セラミックス自体は従来法により比較的大
きなものを成形して作製すれば良いという利点がある。
しかし、図22で示すように、各々の素子xが扇形の一
部のような複雑な形状になるため、指向角θが小さくな
り、かつ球面波が得られず、可視化できる範囲Aが遠く
かつ狭くなる。また各々の素子の形状が複雑であるた
め、振動モードが複雑になり、信号の処理が困難とな
る。この場合に、各々の圧電素子を円形とすることが考
えられるが、遠距離音場の指向角の大きさは音源の直径
と相反するため、指向角を大きくするには、非常に微細
な素子を作製しなければならず、従来の圧電セラミック
製造方法では、血管Vに挿入して超音波診断に適用し得
る微小な素子を作製するのは非常に困難であった。
しうる超音波探触子用送受波素子及びその製造方法並び
に該送受波素子を用いた超音波探触子の提供を目的とす
るものである。
極された圧電セラミック片の表面に前面電極が、その裏
面に背面電極が夫々形成されてなる複数の振動単位素子
を、基材中に埋入保持してなる超音波探触子用送受波素
子である。
状のほか四角柱など種々の形態が考えられる。また四角
柱などの平面非円形とした場合にあって、その表裏面に
形成される部分電極を円形とすることにより実質的に円
柱状と同等の指向特性を生じさせることも可能である。
に限らず、球状等として凸レンズ又は凹レンズの作用を
生じる構成としても良い。このように表面を球面とする
ことにより指向性を変えることができる。
素子を、例えば円周方向に沿って配設し、そのうちの一
振動単位素子から球面波を前方に送波し、残りの全振動
単位素子で受波させ、送波する振動単位素子を順番に変
換することにより三次元の画像を得ることができる。
各電極を表裏面に露出させて埋入保持されてなるものが
適用される。一方、該基材の一部により、音響整合部ま
たはバッキング部を形成しても良い。
どの被検知媒体の音響インピーダンスと整合し得る材料
からなる基材中に埋入保持されると共に、振動単位素子
の前面電極が基材で肉厚状に覆われて、該肉厚の被覆部
分を音響整合部としている超音波探触子用送受波素子が
適用され得る。かかる構成にあっては、超音波探触子を
構成する場合に、音響整合層が不要となる。ここでこの
基材としては、例えば、エポキシ系樹脂等が用いられ得
る。
波の透過を阻止し得る材料からなる基材中に埋入保持さ
れると共に、振動単位素子の背面電極が基材で肉厚状に
覆われて、該肉厚の被覆部分をバッキング部としている
超音波探触子用送受波素子も適用され得る。かかる構成
にあっては、超音波探触子を構成する場合に、バッキン
グ層が不要となる。ここでこの基材としては、例えば、
エポキシ系樹脂,フッ素樹脂,シリコン樹脂等の樹脂材
料に、骨材,金属粉を混合し、入射した音波を熱エネル
ギーに変換して消失させ得る材料が用いられる。
電極のいずれかを当該露出面全体に形成された共通電極
により構成し、該共通電極をアース電極としたものも上
述の構成の範囲である。この場合には、共通電極を用い
ているから、電極形成が容易となる利点がある。勿論、
各圧電セラミック片の表裏面に夫々独立した電極を形成
しても良い。ここで、アース電極のある面を送受波面と
しても良い。
のある部分のみが圧電性を有し、指向角やその他の特性
も振動単位素子の平面形状に相応な値となる。
好適な製造方法としては、次の手段が採用される。 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、音響整合部として作用する基材用材料を流し込み、
固化した基材中に各圧電セラミック片を埋入保持する。 基材面を研磨して圧電セラミック片の表裏面を露出
し、一面側にあっては、圧電セラミック片の露出面に電
極を形成し、かつ他面側にあっては圧電セラミック片の
露出面または全面に電極を形成し、さらに各圧電セラミ
ック片を分極して振動単位素子とする。
子が基材中で一体的に保持されるとともに、該基材を研
磨することにより、所望の厚さの送受波素子を形成でき
る。かかる製造方法にあって、基材の材料としては、例
えば常温硬化性のエポキシ系樹脂等が好適に用いられ
る。尚、セメント等の材料を用いてもよい。
セラミック片を埋入保持した後に、電極形成及び分極を
行なって、送受波素子としたが、圧電セラミック片を単
体で研磨し、電極形成及び分極を施した後に、基材中に
埋入して送受波素子としても良い。
形成及び分極を施し、基材中に埋入した後に、表裏面を
研磨し、さらに電極を再形成して送受波素子としても良
い。
受波素子は次の手段により製造される。 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の前面側にのみ電極を形成し、
該電極にリード線を接続する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、音響整合部として作用する基材用材料を流し込みリ
ード線が接続された前面電極を基材で肉厚状に覆って、
該肉厚の被覆部分を音響整合部とし、固化した基材中に
各圧電セラミック片を埋入保持するとともにリード線を
引き出す。 基材の背面を研磨して圧電セラミック片の背面を露
出し、該背面に電極を形成し、さらに各圧電セラミック
片を分極して振動単位素子とする。
セラミック片を埋入保持した後に、背面電極形成及び分
極を行なって、送受波素子としたが、圧電セラミック片
を単体で研磨し、電極形成及び分極を施し、前面電極に
リード線を接続した後に、基材中に埋入してリード線を
引き出し、送受波素子としても良い。また、圧電セラミ
ック片単体に電極形成及び分極を施し、前面電極にリー
ド線を接続し、基材中に埋入してリード線を引き出した
後に、背面を研磨し、さらに背面電極を再形成して送受
波素子としても良い。
波素子は次の手段により製造される。 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の背面側にのみ電極を形成し、
該電極にリード線を接続する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、バッキング材として作用する基材用材料を流し込み
リード線が接続された背面電極を基材で肉厚状に覆っ
て、該肉厚の被覆部分をバッキング部とし、固化した基
材中に各圧電セラミック片を埋入保持するとともにリー
ド線を引き出す。 基材の前面を研磨して圧電セラミック片の前面を露
出し、該前面に電極を形成し、さらに各圧電セラミック
片を分極して振動単位素子とする。
セラミック片を埋入保持した後に、前面電極形成及び分
極を行なって、送受波素子としたが、圧電セラミック片
を単体で研磨し、電極形成及び分極を施し、背面電極に
リード線を接続した後に、基材中に埋入してリード線を
引き出し、送受波素子としても良い。
び分極を施し、背面電極にリード線を接続し、基材中に
埋入してリード線を引き出した後に、前面を研磨し、さ
らに前面電極を再形成して送受波素子としても良い。
響整合層を接合し、背面側にバッキング層を接合するこ
とにより最適な超音波探触子を構成することができる。
尚、音響整合部を有する送受波素子は背面側にバッキン
グ層のみを、バッキング部を有する送受波素子は前面側
に音響整合層のみを適用すれば良い。
音波探触子は、微細でかつ円形の単位振動素子を有して
いるため、前方向に指向角の大きい球面波を送波するこ
とが可能となり、例えば、血管内の診断に用いた場合、
血管内の三次元画像をリアルタイムで得ることができ
る。このため、従来は医師が二次元画像をもとに頭の中
で組み立てていた三次元画像を、可視化することが可能
となり、超音波診断法の精度を向上させることができ
る。
し、超音波探触子の中心に貫通孔を形成して、該貫通孔
をレーザの放射光路とすることができる。これにより、
超音波探触子で探査をしながら、レーザーを放射して、
例えば、血管中の血栓を破砕する等の治療等を行なうこ
とができる。
音波探触子1aを示すものである。この超音波探触子1
aは、複数の振動単位素子2を周方向に担持してなる送
受波素子10aを備え、該送受波素子10aの送受波面
側に音響整合層13を配設し、背面側にバッキング層1
4を配設し、さらにこの積層体に短管状の外側ケース1
5を外嵌してなり、外側ケース15には、ゴム管等の可
撓性管体16が嵌着される。
ように、被検知媒体である血液等の音響インピーダンス
と整合する材料、例えばエポキシ系樹脂,シリコン樹脂
等により形成される。また、バッキング層14は、振動
単位素子2の背面側へ音波が放射されないように制限す
るものであり、エポキシ系樹脂,フッ素樹脂,シリコン
樹脂等の樹脂材料に、骨材,金属粉を混合してなり、入
射した音波を熱エネルギーに変換して消失させるように
している。
って説明する。この送受波素子10aは、基材6a中に
複数の振動単位素子2を円周方向に等間隔で配設してな
る。ここで振動単位素子2は、表裏方向に分極された圧
電セラミック片3の、その表面に前面電極4が、その裏
面に背面電極5が夫々形成されてなり、各電極4,5を
表裏面に露出させ、前面電極が露出した面を送受波面と
している。
を共通電極とし、送受波素子10aの前面に形成された
全面電極により構成されており、アース電極としてい
る。また、この振動単位素子2は短円柱状をなし、該振
動単位素子2の背面に円形の背面電極5を形成してい
る。
し、前面電極4から周縁へ結線部9を延出し、該結線部
にリード線7を接続し、各背面電極5にリード線8を接
続して、各振動単位素子2への配線を確保したものであ
る。このように結線部9を形成することにより、リード
線7の接続が容易となる。尚、図1,2ではリード線
7,8を省略して示している。
柱状のほか四角柱など種々の形態が考えられる。また前
記角柱などの平面非円形とした場合にあって、その表裏
面に形成される部分電極を円形とすることにより実質的
に円柱状と同等の指向特性を生じさせることも可能であ
る。
従って説明する。まず工程Aで、チタン酸鉛などの圧電
セラミック材料により生のセラミックシート30を形成
し、このセラミックシート30を金型を用いて打ち抜い
て工程Bで、短円柱状のセラミックシート片29を作製
する。ここで、セラミックシート片29の径は焼成後に
φ0.1mm〜2.0mmとなるように、割掛率を考慮
して設定する。次に工程Cで、このセラミックシート片
29を焼成し、圧電セラミック片3とする。然る後に、
工程Dで、治具31を用いて圧電セラミック片3を円周
方向に沿って等間隔に配置する。
ミック片3を成形型内に収容し、例えば常温硬化性エポ
キシ樹脂等の基材用材料を流し込み、工程Eで、基材6
a中に各圧電セラミック片3を埋入保持して円板状に成
形する。そして固化した後、脱型し、工程Fで、その両
面(又は一面)を研磨し、各圧電セラミック片3の表裏
面を基材6aの表裏面に露出させるとともに、その厚さ
を所望厚さとする。例えば厚み振動の共振周波数が5M
Hzとなるように、圧電セラミックの一般的な周波数定
数から、素子の厚みを約0.4mm程度に設定する。次
に、工程Gで、背面側をスクリーン印刷により銀ペース
トを塗布して、各圧電セラミック片3の露出面に対応し
て円形の背面電極5を形成し、前面側に全面電極を形成
して前面電極4を形成し、さらに電極4,5間に直流電
圧を印加して分極する。ここで、前面電極4は、各振動
単位素子2ごとにスクリーン印刷により形成しても良
い。
ン印刷に代えてフォトリソグラフィーなどの手法を用い
ても良い。
後、工程Hで、各リード線7,8を接続し、さらに送受
波素子10aの前面に音響整合層13を配設し、さらに
送受波素子10aの裏面にバッキング層14を配設す
る。そしてこの積層体に短管状の外側ケース15を外嵌
し、さらに該外側ケース15にゴム管等の可撓性管体1
6を嵌着することにより、図1の超音波探触子1aが構
成される。
圧電セラミック片3を埋入保持した後に、電極形成及び
分極を行なって、送受波素子10aとしたが、圧電セラ
ミック片3を単体で研磨し、電極形成及び分極を施した
後に、基材中に埋入して送受波素子10aとしても良
い。かかる製造方法を図5に従って説明する。
シート片29を作製し、工程Cで焼成して、圧電セラミ
ック片3とした後に、工程Dで各圧電セラミック片3の
両面を研磨して所定の厚みに設定し、さらに工程Eで、
その両面に電極4,5を形成してから分極を施し、振動
単位素子2とする。そして工程Fで、治具31を用いて
振動単位素子2を円周方向に沿って配列し、成形型内に
収容し、基材用材料を流し込み、工程Gで、基材6a中
に各振動単位素子2を埋入保持して円板状に成形する。
而して、送受波素子10aが完成し、工程Hで組み付け
られる。
び分極を施し、基材6a中に埋入した後に、表裏面を研
磨し、さらに電極を再形成して送受波素子10aとして
も良い。かかる製造方法を図6に従って説明する。
3を焼成した後に、工程Dで、その両面に電極を形成し
てから分極を施す。そして工程Eで、治具31を用いて
圧電セラミック片3を円周方向に沿って配列し、成形型
内に収容し、基材用材料を流し込み、工程Fのように、
基材6a中に各圧電セラミック片3を埋入保持して円板
状に成形する。次に、工程Gで、基材面とともに振動単
位素子群の表裏面を研磨して所定の厚みに設定した後、
工程Hで振動単位素子2の表裏部分に再び電極4,5を
形成する。而して、送受波素子10aが完成し、工程I
のように組み付けられる。
をアース電極(全面電極)とし、これによりリード線接
続を容易としているが、背面電極5をアース電極(全面
電極)としても良い。
動単位素子2ごとに、夫々部分電極4,5を形成しても
良い。尚、両側の電極4,5を夫々部分電極とした場合
には、同一スクリーンで形成できるとともに、全面電極
に比して高価な銀ペーストの使用量が減る利点がある
が、一方、アース電極とするとリード線接続が容易とな
る。そこで、電極4,5を部分電極とした後、アース側
の電極上に比較的低廉な導電塗料を全面電極として塗布
するようにしてもよい。
探触子1bを示すものである。この超音波探触子1b
は、上述した音響整合層13に代わる音響整合部20を
備えた図8に係る送受波素子10bを用い、その背面に
バッキング層14を接合し、さらにこの積層体に短管状
のケース15を外嵌し、該ケース15にゴム管等の可撓
性管体16を嵌着してなるものである。
て説明する。この送受波素子10bは、送受波素子10
aと同じく複数の振動単位素子2を、基材(音響整合
部)6b中に埋入保持してなるものであるが、前面電極
4を基材6b中に非露出状に埋入させ、背面電極5のみ
を背面から露出させている点に大きな特徴がある。
3と同様の、エポキシ樹脂系材料等からなる被検知媒体
である血液の音響インピーダンスを整合する材料が用い
られ、振動単位素子2の前面電極4が基材6bで肉厚状
に覆われて、該肉厚の被覆部分を音響整合部20として
いる。この音響整合部20は、上述の音響整合層13の
厚さとほぼ等しくしている。この為、音響整合層13を
省略できて、超音波探触子1bの部品点数が減少し、組
み付けが容易となる利点がある。
し、前面電極4から周縁へ結線部9を延出し、該結線部
にリード線7を接続して基材6bから外方へ引き出し、
さらに各背面電極5にリード線8を接続して、各振動単
位素子2への配線を確保したものである。尚、図7,8
ではリード線7,8を省略して示している。
に従って説明する。工程A〜Cの圧電セラミック片3の
作製工程までは、送受波素子10aと同様である。一
方、工程Dで、圧電セラミック片3を治具31を用いて
円周方向に沿って整列させて、その一面に前面電極4を
スクリーン印刷などにより形成し、さらに、各前面電極
4にリード線7を接続する。次に工程Eで、整列した圧
電セラミック片3を成形型内に収容し、音響整合特性の
良い、例えばエポキシ系樹脂等の基材用材料を流し込ん
で円板状とし、固化した基材6b中に各圧電セラミック
片3を埋入保持する。ここで、リード線7が接続された
前面電極4上を、固化した基材6bで肉厚状に覆うよう
にし、この肉厚の被覆部分を音響整合部20とし、かつ
リード線7を基材6bから外側へ引き出すようにする。
圧電セラミック片3の裏面を基材6bの裏面に露出する
とともに、その厚さを所要厚さとする。次に、工程G
で、背面側をスクリーン印刷により銀ペーストを塗布し
て、各圧電セラミック片3の露出面に対応して円形の背
面電極5を形成し、さらに電極4,5間に直流電圧を印
加して分極する。而して、送受波素子10bが構成され
ることとなる。
背面電極5にリード線8を接続してから、送受波素子1
0bの裏面にバッキング層14を配設する。そして、こ
の積層体に短管状の外側ケース15を外嵌し、該外側ケ
ース15にゴム管等の可撓性管体16を嵌着することに
より、図9の超音波探触子1bが構成される。
圧電セラミック片3を埋入保持した後に、背面電極形成
及び分極を行なって、送受波素子10bとしたが、圧電
セラミック片3を単体で研磨し、電極形成及び分極を施
し、前面電極4にリード線7を接続した後に、基材6b
中に埋入してリード線7を引き出し、送受波素子10b
としても良い。かかる製造方法を図11に従って説明す
る。
成した後に、工程Dで、各圧電セラミック片3の両面を
研磨して所定の厚みに設定し、さらに工程Eで、その両
面に電極4,5を形成してから分極を施し、振動単位素
子2とする。そして工程Fで、治具31を用いて振動単
位素子2を円周方向に沿って配列し、リード線7を各前
面電極4に接続し、成形型内に収容し、エポキシ系樹脂
等の基材用材料を流し込み、工程Gのように、基材6b
中に各振動単位素子2を埋入保持して、リード線7を引
き出した状態で円板状に成形する。ここで、リード線7
が接続された前面電極4上を、固化した基材で肉厚状に
覆うようにし、この肉厚の被覆部分を音響整合部20と
する。而して、送受波素子10bが完成し、工程Hのよ
うに組み付けられる。
及び分極を施し、前面電極4にリード線7を接続し、基
材6bに埋入してリード線7を引き出した後に、背面を
研磨し、さらに背面電極5を再形成して送受波素子10
bとしても良い。かかる製造方法を図12に従って説明
する。
焼成した後に、工程Dで、その両面に電極を形成してか
ら分極を施す。そして工程Eで、治具31を用いて圧電
セラミック片3を円周方向に沿って配列し、各前面電極
4にリード線7を接続して、工程Fで、成形型内に収容
し、基材用材料を流し込み、基材6b中に各圧電セラミ
ック片3を埋入保持してリード線7を引き出した状態
で、円板状に成形する。ここで前面電極4上を、固化し
た基材で肉厚状に覆うようにし、この肉厚の被覆部分を
音響整合部20とする。次に、工程Gで、基材面ととも
に振動単位素子群の背面を研磨して所定の厚みに設定し
た後、工程Hで振動単位素子2の背面部分に再び背面電
極5を形成する。而して、送受波素子10bが完成し、
工程Iのように組み付けられる。
波探触子1cを示すものである。この超音波探触子1c
は、上述したバッキング層14に代わるバッキング部2
1を備えた図14に係る送受波素子10cを用い、その
前面に音響整合層13を接合し、さらにこの積層体に短
管状のケース15を外嵌し、該ケース15にゴム管等の
可撓性管体16を嵌着してなるものである。
この送受波素子10cは、図14で示すように、送受波
素子10a,10bと同じく複数の振動単位素子2を、
基材6c中に埋入保持してなるものであるが背面電極5
を基材6c中に非露出状に埋入させ、前面電極4のみを
前面から露出させている。
14と同様の材料の、例えば、エポキシ系樹脂,フッ素
樹脂,シリコン樹脂等の樹脂材料に、骨材,金属粉を混
合し、入射した音波を熱エネルギーに変換して消失させ
得るバッキング材が用いられ、振動単位素子2の背面電
極5を基材6cで肉厚状に覆って、該肉厚の被覆部分を
バッキング部21としている。このバッキング部21
は、上述のバッキング層14の厚さとほぼ等しくしてい
る。この為、バッキング層14を省略でき、超音波探触
子1cの部品点数が減少し、組み付けが容易となる利点
がある。
示し、前面電極4から周縁へ結線部9を延出し、該結線
部にリード線7を接続し、各背面電極5にリード線8を
接続して、バッキング部21を介して外側へ引き出し、
該リード線7,8により各振動単位素子2への配線を確
保したものである。このように結線部9を形成すること
により、リード線7の接続が容易となる。尚、図13,
14ではリード線7,8を省略して示している。
cは、図16で示すように、次の手段により形成され
る。送受波素子10a,10bと同様に、工程A〜Cで
圧電セラミック片3を焼成した後、工程Dで、圧電セラ
ミック片3を治具31で整列させて、その一面に背面電
極5をスクリーン印刷などにより形成し、さらに、各背
面電極5にリード線8を接続する。次に工程Eで、この
圧電セラミック片3を成形型内に収容し、バッキング特
性の良い、基材用材料を流し込み、固化した基材6c中
に各圧電セラミック片3を埋入保持して円板状に成形す
る。これにより、リード線が接続された背面電極5を基
材で肉厚状に覆って、該肉厚の被覆部分をバッキング部
21とし、かつリード線8を基材6cから外側へ引き出
す。
み研磨し、圧電セラミック片3の前面を基材6cの前面
に露出するとともに、その全厚さを所望厚さとする。次
に、工程Gで、前面側をスクリーン印刷により銀ペース
トを塗布して、送受波素子10cの露出面全体を前面電
極4とする。ここで、各圧電セラミック片3の露出面に
対応して円形の部分前面電極4を形成しても良い。次
に、接続したリード線7,8を介して前面電極4,背面
電極5間に直流電圧を印加して分極する。而して、これ
により送受波素子10cが構成されることとなる。
面電極4にリード線7を接続した後、送受波素子10c
の前面に音響整合層13を配設する。さらにこの積層体
に短管状の外側ケース15を外嵌し、該外側ケース15
にゴム管等の可撓性管体16を嵌着することにより、図
13の超音波探触子1cが構成される。
圧電セラミック片3を埋入保持した後に、前面電極形成
及び分極を行なって、送受波素子10cとしたが、圧電
セラミック片3を単体で研磨し、電極形成及び分極を施
し、背面電極5にリード線8を接続した後に、基材6c
中に埋入してリード線8を引き出し、送受波素子10c
としても良い。かかる製造方法を図17に従って説明す
る。
成した後に、工程Dで、各圧電セラミック片3の両面を
研磨して所定の厚みに設定し、さらに工程Eで、その両
面に電極を形成してから分極を施す。そして工程Fで、
治具31を用いて振動単位素子2を円周方向に沿って配
列し、リード線8を各背面電極5に接続し、成形型内に
収容し、基材用材料を流し込み、工程Gで、基材6c中
に各振動単位素子2を埋入保持して、リード線8を引き
出した状態で円板状に成形する。ここで、リード線8が
接続された背面電極5上を、固化した基材で肉厚状に覆
うようにし、この肉厚の被覆部分をバッキング部21と
する。然る後、工程Hで、振動単位素子群の前面部分の
全面に電極4を形成する。而して、送受波素子10cが
完成し、工程Iのように組み付けられる。
及び分極を施し、背面電極5にリード線8を接続し、基
材6c中に埋入してリード線8を引き出した後に、前面
を研磨し、さらに前面電極4を再形成して送受波素子1
0cとしても良い。かかる製造方法を図18に従って説
明する。
3を焼成した後に、工程Dで、その両面に電極を形成し
てから分極を施す。そして工程Eで、治具31を用いて
圧電セラミック片3を円周方向に沿って配列し、各背面
電極5にリード線8を接続して、工程Fで、成形型内に
収容し、基材用材料を流し込み、基材6c中に各圧電セ
ラミック片3を埋入保持してリード線8を引き出した状
態で、円板状に成形する。ここで背面電極5上を、固化
した基材で肉厚状に覆うようにし、この肉厚の被覆部分
をバッキング部21とする。次に、工程Gで、基材面と
ともに振動単位素子群の前面を研磨して所定の厚みに設
定した後、工程Hで振動単位素子2の前面部分に再び電
極4を形成する。而して、送受波素子10cが完成し、
工程Iのように組み付けられる。
の特性につき考察する。中心軸状の音圧に対し、その音
圧が1/2に減衰する角度を示す指向角θは、遠距離音
場の場合にあって、 sinθ=0.704λ/d(λ:音波の波長、d:音
源の直径) で近似的に示される。ここで上述の音源である短円柱状
の振動単位素子2を直径0.3mmとし、波長λを、水
中の縦波音速≒500m/sと素子の共振周波数3MH
zとからλ=0.3mmとすると、上式に従えば、θ=
44.7°と計算される。これについて探触子走査装置
にて水中で指向角を実測したところ、θ=45°とな
り、計算値とほぼ等しい値を得た。
の径により規定される。そして上述したように、セラミ
ックシート30の打ち抜き工程において、金型の径を変
更することにより、振動単位素子2の径を容易に小さく
できる。そして、上式から明らかなように、音源の直径
が小さくなれば、指向角は大きくなるため、良好な指向
角特性を確保することができる。
1dは、図21で示すように、血管V内に挿入され、可
撓性管体16の可撓性により該血管V内に深く侵入す
る。そして一振動単位素子2から球面波を前方に送波
し、残りの全振動単位素子2で受波させる。次に、送波
する振動単位素子2を順番に変換し、さらに受波された
信号を画像処理することにより、血管V内の三次元画像
をリアルタイムで得ることができる。また、各振動単位
素子2により放射される球面波の指向角θは、振動単位
素子2の径を小さくすることにより、容易に45°以上
とすることができ、これにより可視化できる範囲Aを近
くかつ広くすることができる。しかも送受波部が円形で
あるため振動モードが整一かつ単純であるため信号の処
理が簡単となる。このため、血管V内を写出す三次元画
像が広く、かつ鮮明となり、診察が容易となり、適正な
診断を確実に行うことができる。
示すように、振動単位素子2の表面は、球面fとして凸
レンズの作用を生じる構成としても良い。この場合に
は、該球面fの曲率を変えることにより、任意の指向特
性を得ることが可能となる。尚、圧電セラミック片振動
単位素子2の表面を凹面としてもよい。
画像をリアルタイムで視ることが可能となるため、例え
ば、血管V内の診断に用いた場合、血管V内の三次元画
像に基づいて、レーザー治療を行うことが考えられる。
そこで、図20で示す超音波探触子1dのように、環状
の送受波素子10dを使用し、かつ音響整合層13,バ
ッキング層14も環状として、その組み付け状態で挿入
孔40を生じさせ、該挿入孔40に光ファイバーなどか
らなるレーザの放射光路41を形成するようにしてもよ
い。そして、該放射光路41を介して、端部からレーザ
ーを放射し、血栓を破砕するなどにより、本発明の超音
波探触子1dは治療具としても用いることが可能とな
る。
a〜10cでは振動単位素子2を円周方向に沿って等間
隔で配設したが、検知対象により該振動単位素子2を一
列状に配設するなど種々の配設態様が提案され、この場
合にも、基材で振動単位素子2を保持するものであるか
ら、複雑な保持手段を不要として、随意の形態で振動単
位素子2を保持することができる。
ク片の、その表面に前面電極を、その裏面に背面電極を
夫々具備し、かつ表裏方向に分極してなる複数の振動単
位素子が、基材中に埋入保持されてなる超音波探触子用
送受波素子であるから、厚みを増加させることなく整一
に保持され、送受波素子の小形化が可能となる。
単位素子とした従来手段と異なり、振動単位素子を微細
でかつ任意の整一な形状とすることができ、指向角を大
きくすることができ、かつ球面波を得ることができ、可
視化できる範囲が広がるとともに、振動モードが単純化
し、信号の処理が容易となる。
向に沿って配設し、そのうちの一振動単位素子から球面
波を前方に送波し、残りの全振動単位素子で受波させ、
送波する振動単位素子を順番に変換することにより三次
元の画像を得ることができる。
抜いて整列させ、樹脂等を流し込んで基材中に保持し、
その表裏面を研磨し、かつ電極を形成し、分極するよう
にした本発明の製造手段にあっては、微細な振動単位素
子をシートの打ち抜きにより容易に形成でき、このた
め、該送受波素子を容易に製造し得ると共に、基材を研
磨することにより、所望の厚さの送受波素子を形成で
き、所要の特性の送受波素子を容易に製造し得ると共
に、振動単位素子の微細化により指向角を広げ得ること
ができる。
被検知媒体の音響インピーダンスと整合し得る樹脂材料
等からなる基材中に埋入保持すると共に、振動単位素子
の前面電極を該基材で肉厚状に覆って、該肉厚の被覆部
分を音響整合部とした送受波素子にあっては、その背面
にバッキング層のみを適用すればよいから、部品点数が
減少して組付けが容易である。
音波の透過を阻止し得る樹脂材料等からなる基材中に埋
入保持すると共に、振動単位素子の背面電極を基材で肉
厚状に覆わって、該肉厚の被覆部分をバッキング部とし
た送受波素子にあっては、その前面に音響整合層のみを
適用すればよいから、部品点数が減少して組付けが容易
である。
部を基材に形成した送受波素子にあっては、シートから
打ち抜いて焼成した圧電セラミック片の一面側に電極を
あらかじめ形成して、該電極にリード線を接続した後、
基材用の樹脂材料等により電極を肉厚状に覆って、各圧
電セラミック片を埋入保持し、基材の他面を研磨して圧
電セラミック片の他面を露出して、該面に電極を形成す
ることにより、上述と同様に簡易に製造することが可能
となる。
部の中心にレーザの放射光路を形成した場合には、超音
波探触子で探査をしながら、レーザーを放射して、血栓
を破砕する等の治療等を行なうことが可能となる。
探触子は、基材に埋入保持される振動単位素子を超音波
探触子の送受波要素として用いることにより、前方向に
指向角の大きい球面波を送波することが可能となり、こ
のため、可視化できる範囲が近くかつ広くなり、しかも
振動モードが整一かつ単純であるため信号の処理が簡単
となって、広く、かつ鮮明な三次元の超音波画像情報を
得ることができる。例えば、血管内の診断に用いた場
合、血管内の三次元画像をリアルタイムで得ることがで
き、超音波診断法の精度を向上させることができる。こ
のように、超音波診断のほか、管路の亀裂確認等、種々
の分野で応用可能となる。
例に係る超音波探触子1bの縦断側面図である。
る。
図である。
図である。
図である。
例に係る超音波探触子1bの縦断側面図である。
る。
明図である。
明図である。
明図である。
施例に係る超音波探触子1cの縦断側面図である。
ある。
明図である。
明図である。
明図である。
ある。
縦断側面図である。
dの指向角を示す概念斜視図である。
素子 13 音響整合層 14 バッキング層 20 音響整合部 21 バッキング部 30 シート
Claims (18)
- 【請求項1】表裏方向に分極された圧電セラミック片の
表面に前面電極が、その裏面に背面電極が夫々形成され
てなる複数の振動単位素子を、基材中に埋入保持してな
る超音波探触子用送受波素子。 - 【請求項2】複数の振動単位素子が、基材中に各電極を
表裏面に露出させて埋入保持されてなる請求項1記載の
超音波探触子用送受波素子。 - 【請求項3】複数の振動単位素子が、血液などの被検知
媒体の音響インピーダンスと整合し得る材料からなる基
材中に埋入保持されると共に、振動単位素子の前面電極
が基材で肉厚状に覆われて、該肉厚の被覆部分を音響整
合部としていることを特徴とする請求項1記載の超音波
探触子用送受波素子。 - 【請求項4】複数の振動単位素子が、入射した音波の透
過を阻止し得る材料からなる基材中に埋入保持されると
共に、振動単位素子の背面電極が基材で肉厚状に覆われ
て、該肉厚の被覆部分をバッキング部としていることを
特徴とする請求項1記載の超音波探触子用送受波素子。 - 【請求項5】前面電極または背面電極のいずれかを各圧
電セラミック片全体を覆う共通電極により構成し、該共
通電極をアース電極としている請求項1乃至請求項4の
いずれかに記載の超音波探触子用送受波素子。 - 【請求項6】次の工程からなる超音波探触子用送受波素
子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、基材用材料を流し込み、固化した基材中に各圧電セ
ラミック片を埋入保持する。 基材面を研磨して圧電セラミック片の表裏面を露出
し、一面側にあっては、圧電セラミック片の露出面に電
極を形成し、かつ他面側にあっては圧電セラミック片の
露出面または全面に電極を形成し、さらに各圧電セラミ
ック片を分極して振動単位素子とする。 - 【請求項7】次の工程からなる超音波探触子用送受波素
子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の両面を研磨して所定の厚みに
設定し、該セラミック片の表裏面に電極を形成し、さら
にそれを分極して振動単位素子とする。 複数個の振動単位素子を所望の位置に配列して、基
材用材料を流し込み、固化した基材中に各振動単位素子
を埋入保持する。 - 【請求項8】次の工程からなる超音波探触子用送受波素
子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の表裏面に電極を形成し、さら
にそれを分極して振動単位素子とする。 複数個の振動単位素子を所望の位置に配列して、基
材用材料を流し込み、固化した基材中に各振動単位素子
を埋入保持する。 基材面とともに振動単位素子群の表裏面を研磨して
所定の厚みに設定した後、振動単位素子の表裏部分に再
び電極を形成する。 - 【請求項9】次の工程からなる超音波探触子用送受波素
子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の前面側にのみ電極を形成し、
該電極にリード線を接続する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、音響整合部として作用する基材用材料を流し込みリ
ード線が接続された前面電極を基材で肉厚状に覆って、
該肉厚の被覆部分を音響整合部とし、固化した基材中に
各圧電セラミック片を埋入保持するとともにリード線を
引き出す。 基材の背面を研磨して圧電セラミック片の背面を露
出し、該背面に電極を形成し、さらに各圧電セラミック
片を分極して振動単位素子とする。 - 【請求項10】次の工程からなる超音波探触子用送受波
素子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 圧電セラミック片の表裏面を研磨して所定の厚みに
設定し、該セラミック片の表裏面に電極を形成し、さら
にそれを分極して振動単位素子とする。 振動単位素子の前面側の電極にリード線を接続す
る。 複数個の振動単位素子を所望の位置に配列して、音
響整合部として作用する基材用材料を流し込みリード線
が接続された前面電極を基材で肉厚状に覆って、該肉厚
の被覆部分を音響整合部とし、固化した基材中に各振動
単位素子を埋入保持するとともにリード線を引き出す。 - 【請求項11】次の工程からなる超音波探触子用送受波
素子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の表裏面に電極を形成し、さら
にそれを分極する。 圧電セラミック片の前面側の電極にリード線を接続
する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、音響整合部として作用する基材用材料を流し込みリ
ード線が接続された前面電極を基材で肉厚状に覆って、
該肉厚の被覆部分を音響整合部とし、固化した基材中に
各圧電セラミック片を埋入保持するとともにリード線を
引き出す。 固化した振動単位素子群の背面側を研磨して所定の
厚みに設定した後、該振動単位素子の背面に再び電極を
形成する。 - 【請求項12】次の工程からなる超音波探触子用送受波
素子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の背面側にのみ電極を形成し、
該電極にリード線を接続する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、バッキング材として作用する基材用材料を流し込み
リード線が接続された背面電極を基材で肉厚状に覆っ
て、該肉厚の被覆部分をバッキング部とし、固化した基
材中に各圧電セラミック片を埋入保持するとともにリー
ド線を引き出す。 基材の前面を研磨して圧電セラミック片の前面を露
出し、該前面に電極を形成し、さらに各圧電セラミック
片を分極して振動単位素子とする。 - 【請求項13】次の工程からなる超音波探触子用送受波
素子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 圧電セラミック片の表裏面を研磨して所定の厚みに
設定し、該セラミック片の表裏面に電極を形成し、さら
にそれを分極して振動単位素子とする。 振動単位素子の背面側の電極にリード線を接続す
る。 複数個の振動単位素子を所望の位置に配列して、バ
ッキング材として作用する基材用材料を流し込みリード
線が接続された背面電極を基材で肉厚状に覆って、該肉
厚の被覆部分をバッキング部とし、固化した基材中に各
振動単位素子を埋入保持するとともにリード線を引き出
す。 - 【請求項14】次の工程からなる超音波探触子用送受波
素子の製造方法 圧電セラミック材料をシート化し、該シートを金型
を用いて打ち抜き、さらに焼成することによって表裏面
を有する圧電セラミック片を作製する。 各圧電セラミック片の表裏面に電極を形成し、さら
にそれを分極する。 圧電セラミック片の背面側の電極にリード線を接続
する。 複数個の圧電セラミック片を所望の位置に配列し
て、バッキング材として作用する基材用材料を流し込み
リード線が接続された背面電極を基材で肉厚状に覆っ
て、該肉厚の被覆部分をバッキング部とし、固化した基
材中に各圧電セラミック片を埋入保持するとともにリー
ド線を引き出す。 固化した振動単位素子群の前面側を研磨して所定の
厚みに設定した後、該振動単位素子の前面に再び電極を
形成する。 - 【請求項15】請求項2に係る超音波探触子用送受波素
子を用いて、その前面側に音響整合層を接合し、背面側
にバッキング層を接合して構成したことを特徴とする超
音波探触子。 - 【請求項16】請求項3に係る超音波探触子用送受波素
子を用いて、その背面側にバッキング層を接合して構成
したことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項17】請求項4に係る超音波探触子用送受波素
子を用いて、その前面側に音響整合層を接合して構成し
たことを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項18】送受波素子の中心にレーザの放射光路を
形成したことを特徴とする請求項15乃至請求項17の
いずれかに記載の超音波探触子。
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