JPH0759768A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH0759768A JPH0759768A JP22794093A JP22794093A JPH0759768A JP H0759768 A JPH0759768 A JP H0759768A JP 22794093 A JP22794093 A JP 22794093A JP 22794093 A JP22794093 A JP 22794093A JP H0759768 A JPH0759768 A JP H0759768A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- electrodes
- electrode
- ultrasonic probe
- polarization
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧電素子の電極の密着性を向上させる。
【構成】 厚さ方向で対向する電極７，８と、各電極
７，８と導通状態で設けた側面電極２２とにより圧電素
子５を作製し、側面電極２２により圧電素子１への密着
性を向上させる。
７，８と導通状態で設けた側面電極２２とにより圧電素
子５を作製し、側面電極２２により圧電素子１への密着
性を向上させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、医療用等で用いる超音
波内視鏡用等に使用される超音波探触子に関する。
波内視鏡用等に使用される超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波探触子は非破壊検査装置の
他、医療用の超音波診断装置として急速に利用が高まっ
ている。例えば超音波内視鏡等の探触子は、超音波トラ
ンスデューサから高周波の音響振動を生体中に放射し、
反射して戻ってきた超音波を超音波トランスデューサで
受信し、わずかな界面特性の違いによって異なる情報を
処理することにより、生体内部の断面像を得るものであ
る。超音波トランスデューサの振動子は大別すると、圧
電素子、音響整合層、および背面負荷材が順に積層され
ることにより構成されている。この超音波トランスデュ
ーサは、その表面に形成された電極を使用して圧電素子
に高周波の電圧パルスを印加し、圧電素子を共振させて
急速に変化を起こし、超音波パルスを発生させるもので
ある。
他、医療用の超音波診断装置として急速に利用が高まっ
ている。例えば超音波内視鏡等の探触子は、超音波トラ
ンスデューサから高周波の音響振動を生体中に放射し、
反射して戻ってきた超音波を超音波トランスデューサで
受信し、わずかな界面特性の違いによって異なる情報を
処理することにより、生体内部の断面像を得るものであ
る。超音波トランスデューサの振動子は大別すると、圧
電素子、音響整合層、および背面負荷材が順に積層され
ることにより構成されている。この超音波トランスデュ
ーサは、その表面に形成された電極を使用して圧電素子
に高周波の電圧パルスを印加し、圧電素子を共振させて
急速に変化を起こし、超音波パルスを発生させるもので
ある。
【０００３】ところが、血管用の超音波探触子のように
高周波化、小型化が必要な場合、圧電素子の形状が小さ
く、厚さも非常に薄くなって結線方法いわゆる電極の配
置が困難になってきた。また、電極材料も、樹脂や圧電
セラミックスへの付着強度が強いが、圧電特性を充分に
引出せないなど、完全に満足する特性を有していない。
高周波化、小型化が必要な場合、圧電素子の形状が小さ
く、厚さも非常に薄くなって結線方法いわゆる電極の配
置が困難になってきた。また、電極材料も、樹脂や圧電
セラミックスへの付着強度が強いが、圧電特性を充分に
引出せないなど、完全に満足する特性を有していない。
【０００４】図９は特開平３−１７３５４７号公報に記
載された従来の超音波探触子を示す。この超音波探触子
は非導電性のケース１００と、このケース１００の一方
の端部に嵌め込まれた分極処理が施されていない圧電素
子１１０と、圧電素子１１０の一方の面に接するように
ケース１００に充填された良導性の背面負荷材１２０
と、圧電素子１１０の他方の面とケース１００の外面に
形成された薄膜状の電極１３０と、この圧電素子１１０
の他方の面に積層された音響整合層１４０とを備えてい
る。この超音波探触子は背面負荷材１２０をプラス電
極、薄膜状の電極１３０をマイナス電極とし、圧電素子
１１０に電圧を印加し分極させて圧電効果を付与してい
る。
載された従来の超音波探触子を示す。この超音波探触子
は非導電性のケース１００と、このケース１００の一方
の端部に嵌め込まれた分極処理が施されていない圧電素
子１１０と、圧電素子１１０の一方の面に接するように
ケース１００に充填された良導性の背面負荷材１２０
と、圧電素子１１０の他方の面とケース１００の外面に
形成された薄膜状の電極１３０と、この圧電素子１１０
の他方の面に積層された音響整合層１４０とを備えてい
る。この超音波探触子は背面負荷材１２０をプラス電
極、薄膜状の電極１３０をマイナス電極とし、圧電素子
１１０に電圧を印加し分極させて圧電効果を付与してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】分極していない圧電素
子１１０に薄膜状の電極１３０を付与し、一方の電極と
して導電性を付与した背面負荷材１２０を使用した従来
の超音波探触子では、薄膜状の電極１１０および良導体
の背面負荷材１２０を圧電素子１１０に接着もしくは直
接形成した後に、分極操作を行っている。この分極操作
により、圧電素子１１０は変形しようとするが、主に背
面負荷材１２０がこの変形を規制するため、圧電素子に
応力がかかり、分極中に放電破壊が起ったり、マイクロ
クラックが発生し、寿命が大幅に短くなる問題がある。
子１１０に薄膜状の電極１３０を付与し、一方の電極と
して導電性を付与した背面負荷材１２０を使用した従来
の超音波探触子では、薄膜状の電極１１０および良導体
の背面負荷材１２０を圧電素子１１０に接着もしくは直
接形成した後に、分極操作を行っている。この分極操作
により、圧電素子１１０は変形しようとするが、主に背
面負荷材１２０がこの変形を規制するため、圧電素子に
応力がかかり、分極中に放電破壊が起ったり、マイクロ
クラックが発生し、寿命が大幅に短くなる問題がある。
【０００６】また、薄膜状の電極１３０は分極時の圧電
素子の変形に伴ってクラックが生じ易くなる。更に、薄
膜状の電極と電極を兼ねた背面負荷材１２０は圧電素子
１１０の間で、分極時の歪により剥離が起こりやすく特
性劣化の原因となるという不具合がある。
素子の変形に伴ってクラックが生じ易くなる。更に、薄
膜状の電極と電極を兼ねた背面負荷材１２０は圧電素子
１１０の間で、分極時の歪により剥離が起こりやすく特
性劣化の原因となるという不具合がある。
【０００７】本発明では上述の点に鑑みて開発されたも
ので、小型化および結線が容易で、圧電素子に接合する
樹脂の密着性の信頼性が高い超音波探触子を提供するこ
とを目的とする。
ので、小型化および結線が容易で、圧電素子に接合する
樹脂の密着性の信頼性が高い超音波探触子を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の超音
波探触子は、背面負荷材、圧電素子および音響整合層が
順に積層された積層体と、この積層体が取り付けられる
ハウジングとを有し、前記圧電素子は厚さ方向で対抗す
る一対の第１の電極と、それぞれの第１の電極と導通し
た状態で側面部分に配置された第２の電極とを有してい
ることを特徴とする。
波探触子は、背面負荷材、圧電素子および音響整合層が
順に積層された積層体と、この積層体が取り付けられる
ハウジングとを有し、前記圧電素子は厚さ方向で対抗す
る一対の第１の電極と、それぞれの第１の電極と導通し
た状態で側面部分に配置された第２の電極とを有してい
ることを特徴とする。
【０００９】上記構成では、厚さ方向の電極と側面部分
の電極とを有して圧電素子が形成されており、電極の樹
脂への密着強度が増大し、信頼性が向上する。
の電極とを有して圧電素子が形成されており、電極の樹
脂への密着強度が増大し、信頼性が向上する。
【００１０】
【実施例１】図１ないし図４は本発明の実施例１におけ
る圧電素子の電極作製手順を示す。図１に示すように、
厚さ方向で対向する複数本の帯状の電極７，８を圧電素
子５の両面に形成する。これらの電極７，８は第１の電
極となるものであり、相互に位置ずれするように形成さ
れる。具体的には厚さ０．１１ｍｍ，共振周波数２０Ｍ
Ｈｚのチタン酸鉛（ＰＴ）系素材をラップ仕上げして圧
電素子５とする。この圧電素子５における自発分極が消
失する温度は３２０℃である。この圧電素子５に対し
て、銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼付
けを行い約７μｍの厚さの電極７，８を形成し、分極を
行って図１に示す圧電素子５を作製する。次いで、図２
に示す波線に沿って精密切断機で裁断し、図３に示す断
面の圧電素子５を作製する。ここで各電極７，８は一端
が圧電素子５の面の一方の隅部に達するが、他端は中途
部分で途切れており、この部分が電極スリット２６とな
っている。次に、この圧電素子５に対してイオンボンバ
ート等の表面処理を行い、自発分極が劣化しない程度の
温度、例えば１５０℃で蒸着し、裁断面である側面に銀
電極を付着させて、第２の電極である側面電極２２を形
成する。この場合、各側面における側面電極２２はそれ
ぞれの電極７，８と導通するように形成される。
る圧電素子の電極作製手順を示す。図１に示すように、
厚さ方向で対向する複数本の帯状の電極７，８を圧電素
子５の両面に形成する。これらの電極７，８は第１の電
極となるものであり、相互に位置ずれするように形成さ
れる。具体的には厚さ０．１１ｍｍ，共振周波数２０Ｍ
Ｈｚのチタン酸鉛（ＰＴ）系素材をラップ仕上げして圧
電素子５とする。この圧電素子５における自発分極が消
失する温度は３２０℃である。この圧電素子５に対し
て、銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、焼付
けを行い約７μｍの厚さの電極７，８を形成し、分極を
行って図１に示す圧電素子５を作製する。次いで、図２
に示す波線に沿って精密切断機で裁断し、図３に示す断
面の圧電素子５を作製する。ここで各電極７，８は一端
が圧電素子５の面の一方の隅部に達するが、他端は中途
部分で途切れており、この部分が電極スリット２６とな
っている。次に、この圧電素子５に対してイオンボンバ
ート等の表面処理を行い、自発分極が劣化しない程度の
温度、例えば１５０℃で蒸着し、裁断面である側面に銀
電極を付着させて、第２の電極である側面電極２２を形
成する。この場合、各側面における側面電極２２はそれ
ぞれの電極７，８と導通するように形成される。
【００１１】図５および図６はこの圧電素子５に対して
音響整合層４と、背面負荷材３とを積層して超音波探触
子の振動部２５を形成する状態を示す。音響整合層４お
よび背面負荷材３は嫌気性接着剤２１により圧電素子５
の両面に接着されて積層される。
音響整合層４と、背面負荷材３とを積層して超音波探触
子の振動部２５を形成する状態を示す。音響整合層４お
よび背面負荷材３は嫌気性接着剤２１により圧電素子５
の両面に接着されて積層される。
【００１２】なお、背面負荷材３は音響的に制動をかけ
超音波パルス波形を短くする作用と背面に放射された超
音波を減衰させ、反射した超音波が圧電素子に到達しな
いような機能を備えるためタングステン粉をフィラーと
したエポキシ樹脂部分１と、絶縁性を向上させるための
エポキシ樹脂のみからなる側面および底面の絶縁層２と
から構成されており、側面の絶縁層２は、背面負荷材３
と接触する面の圧電素子５の電極スリット２６の位置に
合わせて積層されるものである。
超音波パルス波形を短くする作用と背面に放射された超
音波を減衰させ、反射した超音波が圧電素子に到達しな
いような機能を備えるためタングステン粉をフィラーと
したエポキシ樹脂部分１と、絶縁性を向上させるための
エポキシ樹脂のみからなる側面および底面の絶縁層２と
から構成されており、側面の絶縁層２は、背面負荷材３
と接触する面の圧電素子５の電極スリット２６の位置に
合わせて積層されるものである。
【００１３】図７はこの振動子部２５を用いて作製した
超音波探触子１８を示す。この超音波探触子１８は金属
パイプを加工したハウジング６に振動子部２５を接着剤
で固定し、正負の電極７，８を導電性樹脂９でリード線
１０，１１と結線する。その際、ＧＮＤ側はリード線１
１からハウジング６に導電性樹脂９で接続すると共にハ
ウジング６から導電性樹脂９で結線した後、導電性樹脂
９部分を絶縁性樹脂１２により封止して構成される。
超音波探触子１８を示す。この超音波探触子１８は金属
パイプを加工したハウジング６に振動子部２５を接着剤
で固定し、正負の電極７，８を導電性樹脂９でリード線
１０，１１と結線する。その際、ＧＮＤ側はリード線１
１からハウジング６に導電性樹脂９で接続すると共にハ
ウジング６から導電性樹脂９で結線した後、導電性樹脂
９部分を絶縁性樹脂１２により封止して構成される。
【００１４】なお、図示例において、ハウジング６はフ
レキシブルシャフト２４と銀ロウ１４を用いてロウ付け
する一方、リード線としては同軸ケーブル１３を使用し
ている。このような超音波探触子１８は平面状の第１の
電極を付与した後に位置決めし精密切断機を用いて裁断
するため、正負の電極の間の電極スリット２６が精度よ
く容易に作製できるとともに、側面電極を有した複数の
圧電素子を一度に作製できる。また、側面電極を有した
圧電素子を作製した後に分極すると分極時の歪により平
面状の電極と側面電極のコーナ部で亀裂が入り、裁断し
て超音波探触子とした際に導通不良となることがある
が、本実施例では、分極後に側面電極を付着させるため
導通不良が発生することがない。
レキシブルシャフト２４と銀ロウ１４を用いてロウ付け
する一方、リード線としては同軸ケーブル１３を使用し
ている。このような超音波探触子１８は平面状の第１の
電極を付与した後に位置決めし精密切断機を用いて裁断
するため、正負の電極の間の電極スリット２６が精度よ
く容易に作製できるとともに、側面電極を有した複数の
圧電素子を一度に作製できる。また、側面電極を有した
圧電素子を作製した後に分極すると分極時の歪により平
面状の電極と側面電極のコーナ部で亀裂が入り、裁断し
て超音波探触子とした際に導通不良となることがある
が、本実施例では、分極後に側面電極を付着させるため
導通不良が発生することがない。
【００１５】さらに、厚さ方向の一対の電極は、銀ペー
ストを焼付けたもので、ガラスフリット等が混入してい
るために、セラミックとの密着強度が高く、樹脂との密
着強度も高い。一方、側面に付与した銀蒸着の電極は焼
付け電極より伸縮性が有り、トランスデューサとしての
耐久性が向上する。なお、側面電極の付着方法は、蒸着
に替えてスパッタリングでもよく、材質としては伸縮が
容易な金、銀、銅あるいはこれらを含む合金等であれば
同様に使用できる。さらに半田付けが可能な銀、銀合金
等を側面電極の材料として使用することにより結線の信
頼性も向上
ストを焼付けたもので、ガラスフリット等が混入してい
るために、セラミックとの密着強度が高く、樹脂との密
着強度も高い。一方、側面に付与した銀蒸着の電極は焼
付け電極より伸縮性が有り、トランスデューサとしての
耐久性が向上する。なお、側面電極の付着方法は、蒸着
に替えてスパッタリングでもよく、材質としては伸縮が
容易な金、銀、銅あるいはこれらを含む合金等であれば
同様に使用できる。さらに半田付けが可能な銀、銀合金
等を側面電極の材料として使用することにより結線の信
頼性も向上
【００１６】
【実施例２】図８は本発明の実施例２における超音波探
触子の振動子部を示し、実施例１と同一の要素は同一の
符号で対応させてある。本実施例では銀ペーストの焼付
けにより帯状の電極７，８が形成された共振周波数２５
ＭＨｚ、厚さ約９０μｍの圧電素子５のマイナス側の電
極面８に、第１の音響整合層４として１／４波長の厚さ
のエポキシ樹脂１５を印刷し、さらに軟質ポリエチレン
からなる約１／４波長の厚さのシート２３を接着してあ
る。また、圧電素子５のプラス電極側にはアルミナをフ
ィラーとした樹脂からなる背面負荷材１６を積層して振
動子部とする。
触子の振動子部を示し、実施例１と同一の要素は同一の
符号で対応させてある。本実施例では銀ペーストの焼付
けにより帯状の電極７，８が形成された共振周波数２５
ＭＨｚ、厚さ約９０μｍの圧電素子５のマイナス側の電
極面８に、第１の音響整合層４として１／４波長の厚さ
のエポキシ樹脂１５を印刷し、さらに軟質ポリエチレン
からなる約１／４波長の厚さのシート２３を接着してあ
る。また、圧電素子５のプラス電極側にはアルミナをフ
ィラーとした樹脂からなる背面負荷材１６を積層して振
動子部とする。
【００１７】そして、破線で示すＹ方向に精密切断機に
より裁断し、露出した電極のある側面部分に、銀合金を
蒸着して側面電極を形成する。その後、Ｘ方向に裁断し
て振動子部２５を作製し、実施例１と同様にハウジング
に接着し、結線を行い超音波探触子を作製する（図７参
照）。
より裁断し、露出した電極のある側面部分に、銀合金を
蒸着して側面電極を形成する。その後、Ｘ方向に裁断し
て振動子部２５を作製し、実施例１と同様にハウジング
に接着し、結線を行い超音波探触子を作製する（図７参
照）。
【００１８】このような本実施例では圧電素子に音響整
合層を積層した後に裁断するため、所望な厚みで均一な
厚みを有し、しかも圧電素子と同形状の音響整合層を作
製できる。これにより高い感度が得られるとともに、超
音波ビームのゆがみがない超音波探触子とすることがで
きる。
合層を積層した後に裁断するため、所望な厚みで均一な
厚みを有し、しかも圧電素子と同形状の音響整合層を作
製できる。これにより高い感度が得られるとともに、超
音波ビームのゆがみがない超音波探触子とすることがで
きる。
【００１９】また、音響整合層、背面負荷材を圧電素子
に積層後裁断し側面電極を付着するため、接着剤や、音
響整合層、背面負荷材を構成する樹脂等の廻り込みがな
く、結線の信頼性が高い超音波探触子とすることができ
る。
に積層後裁断し側面電極を付着するため、接着剤や、音
響整合層、背面負荷材を構成する樹脂等の廻り込みがな
く、結線の信頼性が高い超音波探触子とすることができ
る。
【００２０】なお、本実施例では音響整合層は３層構造
となっているが、少なくとも音響整合層もしくは、音響
レンズが１つ以上あれば同様な効果が得られる。さら
に、側面に蒸着する電極は圧電素子部分のみだけでな
く、背面負荷材の側面の一部および、音響整合層の側面
まで延長しても、背面負荷材の底面にまで到達せず絶縁
性が確保されればよいため、高周波化されて厚みが薄い
圧電素子に対しても電極付与は容易である。
となっているが、少なくとも音響整合層もしくは、音響
レンズが１つ以上あれば同様な効果が得られる。さら
に、側面に蒸着する電極は圧電素子部分のみだけでな
く、背面負荷材の側面の一部および、音響整合層の側面
まで延長しても、背面負荷材の底面にまで到達せず絶縁
性が確保されればよいため、高周波化されて厚みが薄い
圧電素子に対しても電極付与は容易である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子の側面に電極を形成するため境界面で剥離が起
こりやすい音響整合層、および背面負荷材の樹脂と密着
強度が高い電極材料が使用できる。また伸縮性の大きい
電極材料を側面の電極に使用するため、製品の信頼性が
高い超音波探触子とすることができる。しかも、廻り込
み電極を必要とする超音波探触子の圧電素子において
は、厚さ方向の一対の電極のみ付与した状態で分極を行
い、その後に側面に電極を付与するため、横方向に分極
される部分がなく、パルス印加時に不要な振動モードが
発生せずノイズが減少した高分解能の超音波探触子とす
ることができる。
圧電素子の側面に電極を形成するため境界面で剥離が起
こりやすい音響整合層、および背面負荷材の樹脂と密着
強度が高い電極材料が使用できる。また伸縮性の大きい
電極材料を側面の電極に使用するため、製品の信頼性が
高い超音波探触子とすることができる。しかも、廻り込
み電極を必要とする超音波探触子の圧電素子において
は、厚さ方向の一対の電極のみ付与した状態で分極を行
い、その後に側面に電極を付与するため、横方向に分極
される部分がなく、パルス印加時に不要な振動モードが
発生せずノイズが減少した高分解能の超音波探触子とす
ることができる。
【図１】本発明の実施例１における圧電素子の作製を示
す斜視図。
す斜視図。
【図２】本発明の実施例１における圧電素子の作製を示
す側面図。
す側面図。
【図３】側面に電極を設ける以前の圧電素子の断面図。
【図４】側面に電極を設けた圧電素子の断面図。
【図５】振動子部の作製を示す断面図。
【図６】振動子部の断面図。
【図７】実施例１の超音波探触子の断面図。
【図８】実施例２の斜視図。
【図９】従来の超音波探触子の断面図。
５ 圧電素子 ７，８ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 背面負荷材、圧電素子および音響整合層
が順に積層された積層体と、この積層体が取り付けられ
るハウジングとを有し、前記圧電素子は厚さ方向で対抗
する一対の第１の電極と、それぞれの第１の電極と導通
した状態で側面部分に配置された第２の電極とを有して
いることを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項２】 前記第１の電極および第２の電極は材質
が異なっていることを特徴とする請求項１記載の超音波
探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22794093A JPH0759768A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22794093A JPH0759768A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0759768A true JPH0759768A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=16868672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22794093A Withdrawn JPH0759768A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0759768A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180137974A (ko) * | 2017-06-20 | 2018-12-28 | 임정택 | 초음파 센서 및 그 제조 방법 |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP22794093A patent/JPH0759768A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180137974A (ko) * | 2017-06-20 | 2018-12-28 | 임정택 | 초음파 센서 및 그 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001031 |