JP2002165793A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電気機械変換効率が高く、不要な振動モードの
発生を抑えた最適な形状の圧電素子を有して、画像分解
能が向上可能な超音波探触子を実現する。 【解決手段】 超音波探触子１は、超音波を発生し、こ
の超音波を送受信する複数の圧電素子２と、前記複数の
圧電素子２の音響放射面側に位置し、前記複数の圧電素
子２から発生した超音波を放射するための音響整合層３
と、前記複数の圧電素子２の背面側に位置し、不要な超
音波を吸収する背面負荷材としてのバッキング材５と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子２を１次元に配
列して構成される。前記圧電素子２の音響放射軸方向と
なる厚みｔと、前記圧電素子２の配列方向となる幅Ｗと
の比（ｗ／ｔ）を０．３〜０．５として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用もしくは被
破壊検査用の超音波診断に用いられる超音波探触子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、超音波探触子は、『改訂 医
用超音波器ハンドブック』（（社）日本電子機械工業会
編、コロナ社、1997.1.20,P68〜P74）に示されるような
構造となっている。このような超音波探触子は、一般的
に例えば図７に示すような構成となっている。図７は、
従来の配列型超音波探触子を示す構成図であり、図７
（ａ）は従来の配列型超音波探触子の構成を示す概略斜
視図、図７（ｂ）は同図（ａ）の側面断面図、図７
（ｃ）は同図（ａ）の圧電素子のみを示した斜視図であ
る。

【０００３】図７に示すように、従来の配列型超音波探
触子５０は、両面に電極を形成した圧電セラミックス板
から形成される複数の圧電素子５１と、前記複数の圧電
素子５１の超音波を送受する側の面に形成された音響整
合層５２ａ，５２ｂ及び音響レンズ５３、ならびに前記
複数の圧電素子５１の背面側に形成された背面負荷材５
４とが一体化され、前記複数の圧電素子５１を１次元に
配列した構造となっている。

【０００４】前記圧電素子５１は、銅箔５５ａとポリイ
ミド等の絶縁樹脂５５ｂから形成されるフレキシブルプ
リント基板５５により信号線側が結線され、前記音響整
合層５２ａ，５２ｂ側のグランドは共通電極として導電
性のワイヤ５６や箔を用いて半田付けや導電性樹脂によ
り結線し、保護樹脂５７で覆われている。

【０００５】前記圧電素子５１は、図示しない観測装置
から印加される電圧パルスにより振動し、音響整合層５
２ａ，５２ｂ及び音響レンズ５３を介して超音波を放射
するようになっている。この放射される超音波を効率よ
く被検体に伝搬させるために圧電素子５１には、音響整
合層５２ａ，５２ｂが必要である。一方、これら音響整
合層５２ａ，５２ｂとは反対の面には形成された背面負
荷材５４は、不要な振動を抑制する働きを持っている。

【０００６】上述した配列型超音波探触子５０は、例え
ば特公昭６２−２８１３号公報に記載されているよう
に、１個の圧電素子５１の音響放射軸方向となる厚みｔ
と、前記圧電素子の配列方向となる幅Ｗとの比（ｗ／
ｔ）を０．８以下とし、特にｗ／ｔ＝０．６６（ｗ＝
０．４ｍｍ、ｔ＝０．６ｍｍ）とした実施例を示したも
のが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公昭６２−２８１３号公報に記載の配列型超音波探触子
は、１個の圧電素子５１の音響放射軸方向となる厚みｔ
と、前記圧電素子５１の配列方向となる幅Ｗとの比（ｗ
／ｔ）を０．８よりも極端に小さくした場合、以下に記
載するような不具合が生じる。

【０００８】前記圧電素子５１は幅Ｗ対厚さＴ（ｗ／
ｔ）をｗ／ｔ＜０．３とした場合、横方向の振動モード
は小さくなるが、厚み方向の高次の振動が大きくなる。
この圧電素子５１を少なくとも１列に並べて構成した配
列型超音波探触子５０は、高調波の振動が発生する（図
２参照）。この高調波の発生により、配列型超音波探触
子５０は高調波成分にもエネルギが配分されるため、基
本周波数成分のエネルギロスを招き、感度が低下する。
また、配列型超音波探触子５０は、この高調波成分が乗
っていることにより、超音波を電子的にフォーカスする
ための電子フォーカスで形成される送信音場に乱れが生
じてアーチファクト（虚像）を発生したり、受信時にお
ける超音波のビーム合成結果の精度が低下したりする。
このため、超音波診断画像は、分解能が低下してしまう
ことになる。

【０００９】一方、前記圧電素子５１は、幅Ｗ対厚さＴ
（ｗ／ｔ）を０．６〜０．８とした場合、電気機械変換
効率は向上するが、横方向の振動モードが発生する。こ
のため、上述した高調波成分と同様な不具合が発生する
と共に、径方向の振動に起因するクロストークやパルス
幅の増大が生じ、画像化した際に超音波診断画像の分解
能が低下する（図３参照）。従って、圧電素子５１は、
電気機械変換効率が高く、不要な振動モードの発生を抑
える形状であることが必要である。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、電気機械変換効率が高く、不要な振動モードの
発生を抑えた最適な形状の圧電素子を有し、画像分解能
が向上可能な超音波探触子を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、超音波を発生し、この超音波を送受信す
る複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の音響放射面
側に位置し、前記複数の圧電素子から発生した超音波を
放射するための音響整合層と、前記複数の圧電素子の背
面側に位置し、不要な超音波を吸収する背面負荷材と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を１列に配列し
た超音波探触子において、前記圧電素子の音響放射軸方
向となる厚みｔと、前記圧電素子の配列方向となる幅Ｗ
との比を０．３〜０．５としたことを特徴としている。
この構成により、電気機械変換効率が高く、不要な振動
モードの発生を抑えた最適な形状の圧電素子を有して、
画像分解能が向上可能な超音波探触子を実現する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。 （第１の実施の形態）図１ないし図４は本発明の第１の
実施の形態に係り、図１は本発明の第１の実施の形態の
超音波探触子を示す構成図であり、図１（ａ）は超音波
探触子の構成を示す概略斜視図、図１（ｂ）は同図
（ａ）の側面断面図、図１（ｃ）は同図（ａ）の圧電素
子のみを示した斜視図、図２は本発明の第１の実施の形
態の作用を示し、圧電素子の厚みｔと、幅Ｗとの比（ｗ
／ｔ）を変えてインピーダンス特性を表した第１のグラ
フであり、図２（ａ）はｗ／ｔ＝０．２におけるインピ
ーダンス特性を示すグラフ、図２（ｂ）はｗ／ｔ＝０．
３におけるインピーダンス特性を示すグラフ、図２
（ｃ）はｗ／ｔ＝０．５におけるインピーダンス特性を
示すグラフ、図２（ｄ）はｗ／ｔ＝０．６におけるイン
ピーダンス特性を示すグラフ、図３は本発明の第１の実
施の形態の作用を示し、圧電素子の厚みｔと、幅Ｗとの
比（ｗ／ｔ）を変えてインピーダンス特性を表した第２
のグラフであり、図３（ａ）はｗ／ｔ＝０．５における
基本共振点付近を示すグラフ、図３（ｂ）はｗ／ｔ＝
０．６における基本共振点付近を示すグラフ、図３
（ｃ）はｗ／ｔ＝０．８における基本共振点付近を示す
グラフ、図４は本発明の第１の実施の形態の作用を示
し、圧電素子の厚みｔと、幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を変え
て超音波探触子のエコー波形を示すグラフであり、図４
（ａ）はｗ／ｔ＝０．２における超音波探触子のエコー
波形を示すグラフ、図４（ｂ）はｗ／ｔ＝０．２５にお
ける超音波探触子のエコー波形を示すグラフ、図４
（ｃ）はｗ／ｔ＝０．３における超音波探触子のエコー
波形を示すグラフ、図４（ｄ）はｗ／ｔ＝０．５におけ
る超音波探触子のエコー波形を示すグラフである。

【００１３】図１に示すように本発明の第１の実施の形
態の超音波探触子１は、超音波を発生し、この超音波を
送受信する複数の圧電素子２と、前記複数の圧電素子２
の音響放射面側に位置し、前記複数の圧電素子２から発
生した超音波を放射するための音響整合層３と、前記音
響整合層３よりも音響放射面側に位置する音響レンズ４
と、前記複数の圧電素子２の背面側に位置し、不要な超
音波を吸収する背面負荷材としてのバッキング材５と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子２を１次元に配
列して構成される配列型超音波探触子である。

【００１４】前記圧電素子２は、両面に電極を形成した
例えばソフト系のジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3等のＰＺＴ系圧電セラミックスで形成してい
る。前記音響レンズ４は、シリコーン樹脂から形成され
ている。前記音響整合層３は、例えば、圧電素子２の音
響放射面側にアルミナをフィラとしたエポキシ樹脂から
形成される第１音響整合層３ａ及びこの第１音響整合層
３ａよりも音響放射面側にエポキシ樹脂単体から形成さ
れる第２音響整合層３ｂで構成される。前記バッキング
材５は、アルミナをフィラとしたウレタンで形成され
る。尚、前記圧電素子２は、パターン６ａを形成したフ
レキシブルプリント基板６により信号線側が結線され、
前記第１、第２音響整合層３ａ，３ｂ側のグランドは共
通電極として導電性のワイヤ７や箔を用いて半田付けや
導電性樹脂により結線し、保護樹脂８で覆われている。

【００１５】そして、本発明の３ＭＨｚの配列型（リニ
アアレイ）探触子は以下のような方法にて作製される。
前記第１音響整合層３ａ（音響インピーダンスは７．５
ＭＲａｙｌ程度）の２５０μｍの薄板を研削加工する。
次に、前記第１音響整合層３ａの片面をテープ等でマス
キングし、マスキングしていない方の面に第２音響整合
層３ｂを１９０μｍ形成する。次に、約５００μｍの圧
電素子２を接着剤により前記第１音響整合層３ａに固着
し、フレキシブルプリント基板６を半田により前記圧電
素子２に接合する。その後、前記複数の圧電素子２の背
面側にバッキング材５を注型接合した後、ワックスによ
り基台に固定もしくはテープにより固定する。そして、
この状態で前記圧電素子２側から裁断し、配列型振動子
を形成する。

【００１６】裁断の方法は、精密裁断機を使用して６０
μｍ厚さのブレードを使用し、０．３ｍｍピッチで裁断
する。尚、このとき、１個の圧電素子２の音響放射軸方
向となる厚みｔと、前記圧電素子２の配列方向となる幅
Ｗとの比（ｗ／ｔ）は、ｗ／ｔ＝０．４８である。

【００１７】裁断後、リード線と半田とを用いて圧電素
子２の音響整合層３側の表面電極に接合して共通ＧＮＤ
電極とする。最後に、音響レンズ４をシリコーン樹脂に
て形成してトランスデューサ部分を作製する。

【００１８】このように構成した超音波探触子１は、図
示しない駆動回路から例えば数十〜数百ボルト程度の電
圧の駆動パルスが前記圧電素子２に印加される。そし
て、駆動パルスが印加された圧電素子２は、逆圧電効果
により急速に変形される。前記超音波探触子１は、前記
圧電素子２の変形により励起された超音波パルスを前記
音響整合層３及び前記音響レンズ４を経て放射すること
で、超音波パルスを送波するようになっている。

【００１９】前記超音波探触子１から送波される超音波
パルスは、対象物から反射された後に、前記音響レンズ
４及び前記第１、第２音響整合層３ａ，３ｂを経て前記
圧電素子２に再入射し、この圧電素子２を機械的に振動
させる。尚、超音波パルスを反射する対象物としては、
医療用に関しては体内の各組織の界面であり、また、被
破壊検査用に関しては被測定物内部の傷等の非連続部で
ある。

【００２０】再入射した超音波パルスにより機械的に振
動した圧電素子２は、圧電効果により機械的振動を電気
信号に変換した後、この電気信号を図示しない観測装置
に送信する。観測装置は、前記電気信号を信号処理し、
超音波診断画像としてモニタに表示させるようになって
いる。

【００２１】ここで、圧電素子２の音響放射軸方向とな
る厚みｔと、前記圧電素子２の配列方向となる幅Ｗとの
比（ｗ／ｔ）を変化させると、図２及び図３に示すよう
なインピーダンス特性が得られる。

【００２２】図２及び図３は圧電素子２の厚みｔと、幅
Ｗとの比（ｗ／ｔ）を変えてインピーダンス特性（周波
数に対する音響インピーダンス及び位相）を表したグラ
フである。図２（ａ）はｗ／ｔ＝０．２におけるインピ
ーダンス特性を示すグラフ、図２（ｂ）はｗ／ｔ＝０．
３におけるインピーダンス特性を示すグラフ、図２
（ｃ）はｗ／ｔ＝０．５におけるインピーダンス特性を
示すグラフ、図２（ｄ）はｗ／ｔ＝０．６におけるイン
ピーダンス特性を示すグラフである。また、図３（ａ）
はｗ／ｔ＝０．５における基本共振点付近を示すグラ
フ、図３（ｂ）はｗ／ｔ＝０．６における基本共振点付
近を示すグラフ、図３（ｃ）はｗ／ｔ＝０．８における
基本共振点付近を示すグラフである。尚、位相とは、圧
電素子２を駆動する駆動信号の電流信号及び電圧信号の
位相差である。この位相差がゼロとなるポイントで音響
インピーダンスの大きさが最低となり、圧電素子２に供
給される電気エネルギは全て振動エネルギに変換される
ようになっている。

【００２３】ｗ／ｔ＜０．３とした場合、横方向の振動
モードは小さくなるが、厚み方向の高次の振動が大きく
なる。より具体的には、ｗ／ｔ＝０．２では３次をはじ
めとする高調波が大きくなり、ｗ／ｔ比が大きくなるに
従い、高次モードの振動は小さくなる。

【００２４】一方、ｗ／ｔ＞０．６とした場合、圧電素
子２の分極軸に垂直な横方向の振動成分が生じる。この
ため、ｗ／ｔ＞０．６とした圧電素子２を用いて超音波
探触子を構成した際に、不要振動モードが発生する。従
って、前述した高調波成分と同様な不具合が発生すると
共に、クロストークやパルス幅の増大が起こり、画像化
した際に画像精度が低下してしまう。

【００２５】図４は同様にして作製した５ＭＨｚの圧電
素子２を用い、この圧電素子２の厚みｔと、幅Ｗとの比
（ｗ／ｔ）を変えて、ステンレスの平面反射体を利用し
て測定した超音波探触子のエコー波形を示すグラフであ
る。図４（ａ）はｗ／ｔ＝０．２におけるエコー波形を
示し、図４（ｂ）はｗ／ｔ＝０．２５におけるエコー波
形を示し、図４（ｃ）はｗ／ｔ＝０．３におけるエコー
波形を示し、図４（ｄ）はｗ／ｔ＝０．５におけるエコ
ー波形を示している。

【００２６】例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す
ようにｗ／ｔ＜０．２５とした場合、エコー波に大きな
高調波成分が現れて、波形が乱れる。この高調波成分
は、バンドパスフィルタを用いても完全に除去すること
が困難である。一方、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示す
ように、ｗ／ｔ＝０．３及びｗ／ｔ＝０．５とした場
合、エコー波に現れる高調波成分は非常に小さくなり、
波形が乱れることはない。

【００２７】この結果により、圧電素子２を効率よく振
動し、かつ高次モード及び横方向振動の抑制のために
は、圧電素子２の音響放射軸方向となる厚みｔと、前記
圧電素子２の配列方向となる幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を
０．３≦ｗ／ｔ≦０．５とする必要があることが分か
る。

【００２８】本実施の形態では、圧電素子２の音響放射
軸方向となる厚みｔと、前記圧電素子２の配列方向とな
る幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を０．３〜０．５、更に、ソフ
ト系のＰＺＴ系材料の場合、高次モードの振動をより抑
えるため、望ましくは（ｗ／ｔ）を０．４〜０．５とし
て構成している。

【００２９】これにより、圧電素子２のｗ／ｔ比を０．
３〜０．５、更に、望ましくは０．４〜０．５の最適値
とすることで、高次の振動モードや横方向の振動モード
等不要な振動モードの発生を抑え、画像化する際にフィ
ルタが簡易なもので良く、エネルギロスも少ないため
に、高感度の圧電素子２を安価に実現することが可能で
ある。

【００３０】尚、本実施の形態では直線状に配列した配
列型超音波探触子（リニアアレイ）について説明した
が、複数の圧電素子２を分断した状態で湾曲させた、コ
ンベックス型の超音波探触子に本発明を適用しても構わ
ない。

【００３１】（第２の実施の形態）図５及び図６は本発
明の第２の実施の形態に係り、図５は本発明の第２の実
施の形態の超音波探触子を示す概略断面図、図６は図５
の変形例を示す超音波探触子を示す概略断面図である。
上記第１の実施の形態では、アルミナをフィラとしたエ
ポキシ樹脂で第１音響整合層３ａを形成して超音波探触
子を構成しているが、本第２の実施の形態では第１音響
整合層３ａをカーボンで形成して超音波探触子を構成す
る。それ以外の構成は、上記第１の実施の形態とほぼ同
様な構成なので説明を省略し、同じ構成には同じ符号を
付して説明する。

【００３２】図５に示すように本第２の実施の形態の超
音波探触子１０は、圧電素子２の音響放射面側に炭化珪
素ＳｉＣ及び炭化ホウ素Ｂ４Ｃの超微粒子を含有複合化
したカーボンから形成される第１音響整合層１１を有し
て構成される。

【００３３】尚、本発明の５ＭＨｚの配列型（リニアア
レイ）探触子は以下のような方法にて作製される。先
ず、第１音響整合層１１となる炭化珪素ＳｉＣ及び炭化
ホウ素Ｂ４Ｃの超微粒子を含有複合化する炭素複合材料
を２００μｍに研削加工する。ここで、炭素複合材料と
は、黒鉛（カーボン）にＳｉＣ及びＢ４Ｃの微粒子を含
有したものである。この炭素複合材料は、前記黒鉛（カ
ーボン）の粒子間にクサビ状に混在するセラミック微細
粉がマイクロクラックの成長を抑制し、黒鉛と比較し大
幅に強度を向上させたものである。このため、この炭素
の複合材料は、更に高周波化した１０ＭＨｚ以上（１０
０μｍ以下）の薄物加工の際も、両面ラップ盤の使用や
ワックス、水溶性接着剤等を用いて基材に貼り付けて研
削、研磨することにより比較的容易に加工可能である。

【００３４】本実施の形態で用いた炭素複合材料は、平
均粒径０．５μｍのＳｉＣを重量比で６ｗｔ％及び平均
粒径５μのＢ４Ｃを重量比で９ｗｔ％づつ配合、その他
にホウ化ジルコニウムを４ｗｔ％配合した物である。こ
の炭素複合材料の音響インピーダンスは、８．５ＭＲａ
ｙｌ程度のものである。

【００３５】次に、この炭素複合材料で形成された第１
音響整合層１１の片側をテープ等でマスキングし、マス
キングしていない方の面にエポキシ樹脂で形成される１
００μｍの樹脂層を形成して第２音響整合層３ｂを形成
する。次に、約３００μｍの圧電素子２を接着剤を用い
て前記第１音響整合層１１に固着し、パターンを設けた
フレキシブルプリント基板６を半田により圧電素子２に
接合する。

【００３６】その後、ワックスにより基台に固定もしく
はテープにより固定する。そして、この状態で前記圧電
素子２側から第２音響整合層３ｂの途中まで裁断し、配
列型振動子を形成する。裁断の方法は、精密裁断機を使
用して３０μｍ厚さのブレードを使用し、１３０μｍピ
ッチで裁断する。尚、このとき、１個の圧電素子２の音
響放射軸方向となる厚みｔと、前記圧電素子２の配列方
向となる幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）は、ｗ／ｔ＝０．３３で
ある。尚、本実施の形態の配列振動子は、２つの素子が
一つのパターンにつながったもので、いわゆるサブダイ
スをした構成である。

【００３７】次に、圧電素子２の裏面側に背面負荷材と
してアルミナをフィラとしたエポキシ樹脂から形成され
るバッキング材５を注型接合した後、前記第１音響整合
層１１の側面を清浄化する。そして、ベタ電極を有する
フレキシブルプリント基板１２を導電性接着剤により圧
電素子２の音響整合層３側の表面電極に接合して共通Ｇ
ＮＤ電極とする。最後に、音響レンズ４をシリコーン樹
脂にて形成してトランスデューサ部分を作製する。

【００３８】このように構成した超音波探触子１０は、
第１、第２音響整合層１１，３ｂを含め、トランスデュ
ーサの構成を変えても、上記第１の実施の形態と同様
に、ｗ／ｔ＝０．２５以下では３次をはじめとする高調
波が大きく、ｗ／ｔ比が大きくなるに従い、高次モード
の振動が小さくなる。

【００３９】そして、作製した超音波探触子１０は、ｗ
／ｔ＝０．２５以下ではエコー波に大きな高調波成分が
現れ、バンドパスフィルタを用いても完全に除去するこ
とは困難である。また、図２及び図３で説明したよう
に、ｗ／ｔ比が０．６以上では、分極軸と垂直な横方向
の振動成分が入ってくるため、超音波探触子とした際
に、不要な振動モードが出てくる。このため、、前述し
た高調波成分と同様場不具合が発生するとともに、クロ
ストークやパルス幅の増大が起こり、画像化した際に画
像精度が低下してしまう。

【００４０】この結果により、上記第１の実施の形態と
同様に圧電素子２を効率よく振動し、かつ高次モード及
び横方向振動の抑制のためには、圧電素子２の音響放射
軸方向となる厚みｔと、前記圧電素子２の配列方向とな
る幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を０．３≦ｗ／ｔ≦０．５とす
る必要があることが分かる。

【００４１】本実施の形態では、上記第１の実施の形態
と同様に圧電素子２の音響放射軸方向となる厚みｔと、
前記圧電素子２の配列方向となる幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）
を０．３〜０．５、更に、ソフト系のＰＺＴ系材料の場
合、高次モードの振動をより抑えるため、望ましくは
（ｗ／ｔ）を０．４〜０．５として構成している。これ
により、本第２の実施の形態の超音波探触子１０は、上
記第１の実施の形態の超音波探触子１と同様な効果を得
ることができる。

【００４２】尚、前記炭素複合材料で形成されている第
１音響整合層１１は、導電性を有しているため、音響整
合層としての機能の他に圧電素子２からの電極としても
使用することができる。本実施の形態においては、圧電
素子２と第１音響整合層１１とは薄い接着層を介して導
通しており、この第１音響整合層１１を結線すること
で、裁断後の圧電素子２の共通電極を形成している。ま
た、前記第１音響整合層１１の側面は、圧電素子２の露
出した側面電極と比較し、結線可能な面積が大きく、結
線の信頼性が向上する。更に、第１音響整合層１１の側
面から結線している構成では、トランスデューサ部分の
大きさに対して音響放射面積を大きくとることが可能と
なり、小型化が容易となる。

【００４３】尚、図５では図示していないが、圧電素子
２の信号電極側と共通ＧＮＤ電極となるフレキシブルプ
リント基板１２とは絶縁する必要がある。その方法とし
ては、フレキシブルプリント基板１２自体の圧電素子２
と隣接する部分に絶縁体であるポリイミドを配置する方
法を用いる。その他の方法としては、圧電素子２の電極
を全面電極ではなくフレキシブルプリント基板１２と隣
接する領域に予め電極のない部分を設けておく方法や、
圧電素子２の露出している信号電極を樹脂で封止する等
の方法でも同様に絶縁することが可能である。

【００４４】また、超音波探触子は、図６に示すように
構成しても良い。図６は図５の変形例を示す超音波探触
子を示す概略断面図である。超音波探触子２０は、図５
で説明したように第１、第２音響整合層１１，３ｂを積
層され、これら第１、第２音響整合層１１，３ｂより若
干小さい圧電素子２１を接合されて構成される。

【００４５】その後、ワックスにより基台に固定もしく
はテープにより固定する。そして、この状態で前記圧電
素子２１側から第２音響整合層３ｂの途中まで裁断し、
圧電素子２１のｗ／ｔ比を０．３〜０．５、更に、望ま
しくは０．４〜０．５の最適値とした配列型振動子を形
成する。

【００４６】裁断後、分割された第１音響整合層１１を
銅製のワイヤ７と導電性樹脂２２により結線し、信号線
側は両面にパターン形成したガラスエポキシ基板２３の
ほぼ先端から細いワイヤ２４により各圧電素子２へ半田
付けにより結線する。

【００４７】そして、図示しない枠を前記第１音響整合
層１１の両端に設けて形成した溝部にバッキング材５を
充填して背面負荷材を形成すると共に、音響レンズ４を
シリコーン樹脂にて形成してトランスデューサ部分を作
製する。

【００４８】このようにして構成した超音波探触子２０
は、上記第１、第２の実施の形態と同様な効果を得るこ
とに加え、高周波化して薄くなった第１音響整合層１１
の側面から結線が困難な場合に、作業性がよく、歩留ま
り向上が可能である。

【００４９】尚、本変形例では、第１、第２音響整合層
１１，３ｂを積層し、これら第１、第２音響整合層１
１，３ｂより若干小さい圧電素子２１を接合した積層体
を作成後、裁断する際に一部が第１音響整合層１１に到
達する程度の深さまで切り込みを入れることで、グラン
ド配線するための領域を形成する。その後、ダイシング
して配列型素子を形成し、ワイヤ９を導電性樹脂２２に
て結線することで共通電極を形成し、超音波探触子を作
製することが可能である。接着後、カーボン材料に切り
込みを入れた部分で配線を行うため、接着剤等による導
通不良がなく、歩留まり、信頼性が向上する。

【００５０】また、本実施の形態では、第１音響整合層
１１を完全に裁断したが、深さ方向でわずかに切り残す
か、端部で切り残し部分を設けることにより、各裁断し
た圧電素子の共通ＧＮＤを接続する必要がなく安価で信
頼性の高いものが作製できる。更に、第１音響整合層１
１の付与に関係なく、圧電素子２１を厚さ方向で８０％
以上裁断することにより、高い電気機械変換効率の圧電
素子２１を作製可能である。

【００５１】尚、裁断された圧電素子２１は、隣接素子
とつながっているため、クロストークの問題点は出てく
る。しかしながら、共通ＧＮＤ電極側を切り残すことで
配線する必要がなくなり、トランスデューサを安価に作
製できる。また、サブダイスの部分のみを、圧電素子２
１の途中、もしくは導電性の音響整合層である第１音響
整合層１１の途中まで切り込むことにより、クロストー
クを抑え配線の信頼性を向上させることができる。

【００５２】尚、第１の実施の形態と同様に、複数の圧
電素子２１に分断した状態で湾曲させることで、コンベ
ックス型の超音波探触子を作製可能である。

【００５３】また、上述した第１、第２の実施の形態及
び変形例における各構成には変形例が幾つも考えられる
が、代表的なものについて以下に示す。圧電素子２は、
一般的な焼結により得られるＰＺＴ系の圧電セラミック
スをはじめＰＭＮ系の圧電セラミックスの他、圧電単結
晶のような圧電素子でも同様な効果が得られる。

【００５４】探触子の製法は、上述した実施の形態にの
み限定されるものではなく、例えばエポキシ樹脂にて第
２音響整合層３ｂを所定の厚さに研削・形成し、第１音
響整合層３ａをアルミナフィラ入りのエポキシ樹脂で注
型、研削、形成し、圧電素子２を接着剤により固着後、
圧電素子２側から第２音響整合層３ｂの途中までダイシ
ングして、ｗ／ｔ比を０．３〜０．５にしても良い。

【００５５】このように背面負荷材であるバッキング材
５と比較し、硬い音響整合層３を形成後、圧電素子２側
から裁断することで、深さ方向の精度を上げると共に、
裁断中に圧電素子２のぶれが小さく、かけ等が発生しに
くく溝幅が安定する。このため、高周波化して圧電素子
２幅の小さいものや小型化したトランスデューサも歩留
まり良く作製可能である。

【００５６】また、図６で説明したように信号側の配線
後に図示しない枠を設け、硬化後も柔軟性を有するエポ
キシ樹脂にアルミナやジルコニア等の絶縁性の粉末を混
ぜたものを枠内に注型し、背面負荷材としてバッキング
材５を形成すると、接着層を必要とせず、界面の反射の
バラツキが小さな安定した探触子を形成可能である。

【００５７】尚、ここで説明した本発明の実施の形態の
各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。ま
た、本発明は、上記した実施の形態にのみ限定されるも
のではなく、前記圧電素子２の配列方向となる幅Ｗを前
記圧電素子２の音響放射軸と直交する幅Ｗとして、前記
圧電素子２の音響放射軸方向となる厚みｔと、前記圧電
素子２の音響放射軸と直交する幅Ｗとの比を０．３〜
０．５、更に望ましくは０．４〜０．５として超音波探
触子を構成しても良い。

【００５８】尚、本発明は、上記した実施の形態にのみ
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能である。

【００５９】［付記］ （付記項１） 超音波を発生し、この超音波を送受信す
る複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の音響放射面
側に位置し、前記複数の圧電素子から発生した超音波を
放射するための音響整合層と、前記複数の圧電素子の背
面側に位置し、不要な超音波を吸収する背面負荷材と、
を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を１列に配列し
た超音波探触子において、前記圧電素子の音響放射軸方
向となる厚みｔと、前記圧電素子の配列方向となる幅Ｗ
との比を０．３〜０．５としたことを特徴とする超音波
探触子。

【００６０】（付記項２） 前記圧電素子をジルコン酸
チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系の材料から形成し
たことを特徴とする付記項１に記載の超音波探触子。

【００６１】（付記項３） 前記圧電素子又はこの圧電
素子に接合している少なくとも一層の音響整合層を、こ
れら圧電素子又は音響整合層の音響放射軸方向の一部分
を残して分割したことを特徴とする付記項１又は２に記
載の超音波探触子。

【００６２】（付記項４） 超音波を発生し、この超音
波を送受信する複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子
の音響放射面側に位置し、前記複数の圧電素子から発生
した超音波を放射するための音響整合層と、前記複数の
圧電素子の背面側に位置し、不要な超音波を吸収する背
面負荷材と、を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を
１列に配列した超音波探触子において、前記圧電素子の
音響放射軸方向となる厚みｔと、前記圧電素子の音響放
射軸方向と直交する幅Ｗとの比を０．３〜０．５とした
ことを特徴とする超音波探触子。

【００６３】（付記項５） 前記圧電素子をジルコン酸
チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系の材料から形成し
たことを特徴とする付記項４に記載の超音波探触子。

【００６４】（付記項６） 前記圧電素子又はこの圧電
素子に接合している少なくとも一層の音響整合層を、こ
れら圧電素子又は音響整合層の音響放射軸方向の一部分
を残して分割したことを特徴とする付記項４又は５に記
載の超音波探触子。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気機械変換効率が高く、不要な振動モードの発生を抑え
た最適な形状の圧電素子を有して、画像分解能が向上可
能な超音波探触子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波探触子を示
す構成図

【図２】本発明の第１の実施の形態の作用を示し、圧電
素子の厚みｔと、幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を変えてインピ
ーダンス特性を表した第１のグラフ

【図３】本発明の第１の実施の形態の作用を示し、圧電
素子の厚みｔと、幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を変えてインピ
ーダンス特性を表した第２のグラフ

【図４】本発明の第１の実施の形態の作用を示し、圧電
素子の厚みｔと、幅Ｗとの比（ｗ／ｔ）を変えて超音波
探触子のエコー波形を示すグラフ

【図５】本発明の第２の実施の形態の超音波探触子を示
す概略断面図

【図６】図５の変形例を示す超音波探触子を示す概略断
面図

【図７】従来の配列型超音波探触子を示す構成図

【符号の説明】

１ …超音波探触子（配列型超音波探触子） ２ …圧電素子 ３ …音響整合層 ３ａ …第１音響整合層 ３ｂ …第２音響整合層 ４ …音響レンズ ５ …バッキング材（背面負荷材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｒ 1/34 ３３０ Ｈ０４Ｒ 1/34 ３３０Ｚ 17/00 ３３２Ａ 17/00 ３３２ Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｊ (72)発明者 今橋 拓也 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 水沼 明子 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G047 EA05 GB02 GB12 4C301 EE06 GB03 5D019 AA11 AA21 BB02 BB18 FF04 FF05 GG01 GG03 GG05 GG06 5D107 AA03 AA16 BB07 BB09 CC01 CC12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を発生し、この超音波を送受信す
   る複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の音響放射面
   側に位置し、前記複数の圧電素子から発生した超音波を
   放射するための音響整合層と、前記複数の圧電素子の背
   面側に位置し、不要な超音波を吸収する背面負荷材と、
   を備え、少なくとも前記複数の圧電素子を１列に配列し
   た超音波探触子において、 前記圧電素子の音響放射軸方向となる厚みｔと、前記圧
   電素子の配列方向となる幅Ｗとの比を０．３〜０．５と
   したことを特徴とする超音波探触子。