JPH08205290A

JPH08205290A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH08205290A
Application number: JP923995A
Authority: JP
Inventors: Naohito Shiga; 直仁志賀; Takae Hayashi; 孝枝林; Daisuke Matsuo; 大介松尾; 雅道 ▲ひじ▼野; Masamichi Hijino; Hiroaki Kasai; 広明葛西; Yukihiko Sawada; 之彦沢田; Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】入出力電極、入出力電極と圧電素子を接続す
る導電性部材の劣化を防止する。【構成】表面に電極を有する圧電素子５と、この圧電
素子５の超音波放射面に接する音響整合層４と、圧電素
子５の反放射面に接する背面制動材３と、圧電素子５に
電流を入出力する入出力電極７、８と、圧電素子と入出
力電極とを電気的に接続する導電性部材９ａ、９ｂ、９
ｃと、導電性部材を覆う絶縁樹脂と、これらを収納する
ハウジング６とを具備し、入出力電極、導電性部材を導
電性ポリマーを含む材料から構成する。音響媒体が入出
力電極、導電性部材に浸透しないため膨潤することがな
く、これらの劣化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波断層像を得て診
断を行う探傷または体腔内超音波診断装置に用いられる
送受信用の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需要が伸びて
いる。この超音波内視鏡等の探触子は、超音波振動子か
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振動子で受信し、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で、生体内部
の断面像を得るものである。

【０００３】超音波探触子は大別すると、圧電素子、音
響整合層、および背面制動材から構成されており、圧電
素子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
形を起こし、超音波パルスを発生させるものである。

【０００４】ところが、血管用超音波探触子のように高
周波化および小型化が必要なものでは、圧電素子の形状
我小さくなり、厚さも非常に薄くなっており、超音波探
触子の実装方法や結線方法が非常に困難になってきてい
るため、特開平５−３００５９３号公報等の数多くの発
明が提案されている。

【０００５】図６及び図７は超音波診断装置に用いられ
る従来の超音波探触子１８を示す。表面電極７、８が設
けられた圧電素子５の超音波放射面に音響整合層４が設
けられると共に圧電素子５の反放射面には背面制動材３
が設けられている。この超音波振動子部２５を導電性の
ハウジング６に接着したのち、表面電極７、８を入出力
電極として用いる。このため、表面電極７とハウジング
６とを導電性部材９ａにより、表面電極８とリード線１
０とを導電性部材９ｃにより、そして、周線１１とハウ
ジング６とを導電性部材９ｂにより電気的に接続してい
る。この後、必要に応じて絶縁性の樹脂で封止・絶縁を
行う。また、ハウジング６は銀ロウ１４によりフレキシ
ブルシャフト２４に接続され、これにより超音波探触子
１８はフレキシブルシャフト２４の軸方向に対して前後
および回転方向に駆動することができる。

【０００６】このようにして、作製された超音波探触子
１８は図７に示すように、ポリエチレン等からなるチュ
ーブ状のカバー（シース２９）に挿入される。このシー
ス２９内は音響媒体として用いられる流動パラフィン、
水、生理食塩水あるいはゲル状物質等で満たされ、この
状態で体腔内に挿入される。

【０００７】なお、導電性部材９ａ，９ｂ，９ｃには、
銀ロウ、ハンダおよび導電性接着剤等が用いられ、その
周囲がエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂で封止されている。
これに対して、上述した近年の超音波探触子の小型化に
ともない、圧電素子に熱が作用することによる破壊を防
ぐためや、微小部分の作業性に優れるという点から、導
電性接着剤が多く用いられている。この導電性接着剤と
しては、特開昭６２−１６１３００号公報に記載される
ようにエポキシ系樹脂１００重量部に対し導電性フィラ
ーとしての銀粉を５０重量部以上の割合で添加したもの
が知られている。

【０００８】一方、最近の技術として、超音波探触子と
人体の接触時の滑り性を得るためと、音響レンズの耐薬
品性とを確保するため、特開平４−１８１８９６号公報
に記載されるように、ＰＴＥＦ粒子を有機バインダーに
分散させた塗料により音響レンズをコーティングするこ
とがなされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに超音波探触子
の先端部は音響整合のため、液状またはゲル状の音響媒
体に浸漬される。この構造では、超音波探触子を使用し
ている間に、音響媒体が導電性接着剤（特開昭６２−１
６１３００号公報）や圧電素子上の電極や音響整合層の
エポキシ樹脂に直接またはエポキシ樹脂の封止層を透過
して、導電性フィラーとその周囲のエポキシ樹脂との界
面を浸透して、導電性接着剤や圧電素子上の電極や音響
整合層を膨潤させる現象が発生する。

【００１０】導電性接着剤はエポキシ等の有機高分子樹
脂からなるバインダー樹脂の硬化収縮により、接着剤中
に添加されている銀粉、銅粉等の導電性フィラーが相互
に接触して導電性が発現するものであり、上述した膨潤
により導電性フィラー間の接触が絶たれ、導電性が失わ
れてしまうか、抵抗が大きくなり特性が悪化する問題が
あった。また、音響媒体の侵入は、導電性接着剤の劣化
に加えて、導電性接着剤で形成した入出力電極や背面制
動材や音響整合層自体の劣化、例えば剥離や膨潤などの
劣化をも引き起こす。

【００１１】また音響媒体の内、生理食塩水や一般に用
いられる超音波ゲルはアルカリイオンを含んでいるた
め、エポキシ樹脂の封止層を透過し、音響整合層に用い
られているアルミナなどのセラミックスや圧電素子に用
いられているＰＺＴ、チタン酸鉛、ＰＬＺＴ、メタニオ
ブ酸鉛等のセラミックスや電極を侵す問題もある。この
問題は導電性接着剤を用いていない例えばハンダでも同
様である。

【００１２】特開平４−１８１８９６号公報記載の発明
においては、フッ素樹脂を音響レンズにコーティングし
ているが、音響媒体はコーティングされた音響レンズ以
外の部分、例えば、接着剤層等からも侵入して、劣化を
起こす問題がある。フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ粒子と熱可
塑または熱硬化樹脂と硬化剤とからなるため、ＰＴＦＥ
が疎水性であっても、他の熱可塑または熱硬化樹脂が極
性基を有する親水性であれば実際には、このコート層か
らも音響媒体が内部に侵入して特性劣化を引き起す。な
お、上記公報にはフッ素樹脂の具体的な成分は記載され
ていないが、市販品として流通している塗料はいずれも
この問題を解決するものではない。

【００１３】本発明はこれらの事情を考慮して成された
ものであり、請求項１の目的は、少なくとも圧電素子と
入出力電極とを電気的に接続する導電性部材に、音響媒
体成分が侵入して膨潤し、特性劣化が生じることを防止
できる超音波探触子を提供することにある。

【００１４】請求項２の目的は、圧電素子の入出力電極
に、音響媒体が侵入して膨潤し、特性劣化が生じること
を防止できる超音波探触子を提供することにある。請求
項３の目的は、導電性部材の導電性が、高い値で得られ
る超音波探触子を提供することにある。請求項４の目的
は、導電部材としての加工性を高めて組立易い超音波探
触子を提供することにある。請求項５及び６の目的は、
導電部材として電気特性のより長期の耐久性を有する超
音波探触子を提供することにある。請求項７の目的は、
音響整合層形成部材として加工し易く且つ諸特性の長期
耐久性を有する超音波探触子を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１の発明
は圧電素子と入出力電極とを電気的に接続する導電性部
材に、導電性フィラーを含有せずそれ自体が導電性を有
する導電性ポリマーを使用するものであり、これによ
り、液状またはゲル状の音響媒体成分が侵入して膨潤
し、特性劣化の生じることを防止できる。導電性ポリマ
ー自体が疎水性であるために親水性の音響媒体が侵入・
膨潤しない上、導電性接着剤のようにフィラー分を含有
しないため、フィラーとバインダー樹脂との界面からの
音響媒体成分の浸透がない。このため超音波探触子の電
気的接続部分の電気特性の劣化を防ぐことができる。ま
た、導電性ポリマーは、π共役系の電子配置を分子全体
に有するため、印加時には電子の流れが速やかに起こっ
て良好な導電性を示す。なお、導電性ポリマーは、裸で
大気中に暴露して用いるには不安定なものが多く、大気
との界面に空気を遮断する保護皮膜を形成する場合があ
る。

【００１６】請求項２の発明は、圧電素子の入出力電極
に、導電性フィラーを含有せず、それ自体が導電性を有
する導電性ポリマーを使用するものであり、これにより
液状またはゲル状の音響媒体が侵入して膨潤し、特性劣
化が生じることを防止できる。

【００１７】請求項３の発明は、導電性部材に対してド
ーパントをドープするものであり、これにより、その電
導性がハンダと同等程度に高くなる。このドーパントと
しては、ハロゲンイオンのように小さいものからフタロ
シアニンのような巨大環状分子、更には高分子電解質ま
で多様であるが、用いる導電性ポリマーの種類と仕様に
よって選択する。

【００１８】請求項４の発明は、導電性ポリマーが溶剤
可溶性を有することで、溶剤揮発型接着剤と同等の簡便
な作業性と低温硬化性を発現するものであり。これによ
り導電部材としての加工性を高めて組立易くなり、且つ
導電性も十分に確保することができる。通常の導電性ポ
リマーは溶剤には不溶の粉末状やフィルム状であり、そ
のままでは組立に使用しにくい。この発明では多少導電
性を低下させても分子内に溶剤と相溶性を有する官能基
を導入して変性させることにより加工性を向上させるも
のである。

【００１９】請求項５の発明は、導電性ポリマーだけで
なく、非導電性ポリマーを混ぜ合わせた導電部材とする
ものであり、これにより導電性の長期耐久性及び安定性
が向上し、電気特性の長期耐久性を確保できる。この理
由は明確ではないが、おそらく表面の大気暴露部分への
酸素の侵入や透過が、非導電性ポリマーによるバリアー
効果により阻止されているためと、非導電性ポリマーに
よる成膜性強化の効果があるためと考えられる。

【００２０】請求項６の発明は、請求項５で使用した非
導電性ポリマーとして、疎水性の非晶質ポリオレフィン
を用いるものであり、これにより親水性の音響媒体等の
周辺からの導電性ポリマーへの悪影響を、より一層抑制
でき、上述した諸特性の安定化を図ることができる。

【００２１】請求項７の発明は、音響整合層の構成材料
を、特定溶媒に可溶で且つ疎水性材料である非晶質ポリ
オレフィン樹脂とするものであり、これにより加工し易
く且つ親水性の音響媒体等の周辺からの導電性ポリマー
への悪影響を、より一層抑制でき、上述した諸特性の安
定化を図ることができる。

【００２２】

【実施例１】図１〜図５は本発明の実施例１を示し、図
６及び図７と同一の要素は同一の符号で対応させてあ
る。図１および図２は超音波探触子の振動子部２５の作
製方法を示し図３および図４は作製された振動子部２５
の断面を示し、図５は超音波探触子の断面を示す。

【００２３】モリブデンのスパッタリングにより表面に
ＧＮＤ電極７と＋側電極８とを形成した圧電素子５を作
製する。この圧電素子５に対して図１に示すような例え
ば日本ゼオン（社）製の非晶質ポリオレフィン樹脂、商
品名「ゼオネックスＴＲ−１」からなる音響整合層４
をＧＮＤ電極７側に接合する。一方、重量比で樹脂の約
１５倍量のタングステンフィラーを混入した２液混合型
エポキシ樹脂からなる背面負荷材１を＋側電極８側に接
合して積層体を作製する。この時、非晶質ポリオレフィ
ン樹脂は６０ｗｔ％のトルエン溶液とし、ＧＮＤ電極７
側に塗布後、圧締しながら徐々に溶媒を揮発させて音響
整合層４とする。

【００２４】次いで、図２の矢印４０で示すように精密
切断機で裁断し、図３または図４のような小さな一つの
振動子部２５を作製する。図３はタングステンフィラー
入りのエポキシ樹脂からなる背面負荷材１のみを背面制
動材３としたものである。図４はタングステンフィラー
入りのエポキシ樹脂からなる背面負荷材１と絶縁のため
にタングステンを含まないエポキシ樹脂からなる背面負
荷材２を先に圧電素子５と＋電極８とに付着して形成し
た後、タングステンフィラー入りエポキシ樹脂を追加付
着して背面制動材３としたものである。

【００２５】この振動子部２５（以下、トランスデュー
サという）を図５に示すように、金属パイプを加工した
ハウジング６に接着剤で固定された絶縁板１９上へ接着
して固定する。そしてトランスデューサ２５の側面部に
露出した厚肉電極部分から導電性部材９ａ〜９ｃを介し
て結線する。その際、音響放射面側のＧＮＤ電極７は導
電性部材９ａによりハウジング６に結線する。ハウジン
グ６のパイプ部はフレキシブルシャフト２４内を通って
いる同軸ケーブル１３の周線１１に導電性部材９ｂによ
り結線されている。一方、＋側電極８の結線はハウジン
グ６との絶縁を確保するために背面負荷材１上で、導電
性部材９ｃにより接続し、この導電性部材９ｃと周線１
１とをリード線１０により結線する。これにより超小型
の超音波探触子１８を作製した。

【００２６】導電性部材９ａ〜９ｃは例えば日東電工
（社）製の溶剤可溶性ポリアニリン系導電性ポリマー、
商品名「アニリード」からなり、このポリマーの１０ｗ
ｔ％Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶液を塗布して溶剤を
揮発乾燥させた後、特定アクセプター系ドーパントのプ
ロトン酸をドーピングし、架橋させて形成するものであ
る。このままでも耐熱性や耐薬品性が高く、しかも電子
伝導性のために電導度や表面抵抗の湿度依存性はなく、
導電性が大気中で長期にわたり安定している。本実施例
では、更にこの表面に音響整合層４を形成するために使
用した非晶質ポリオレフィン樹脂１２により封止して保
護した構成となっている。また、ハウジング６とフレキ
シブルシャフト２４とは銀ロウ１４によりロウ付けされ
ている。ハウジング６は耐蝕性のステンレス鋼に無電解
ニッケルメッキを施すことにより形成されている。

【００２７】このような本実施例では超音波探触子１８
の音響整合層４を疎水性の非晶質ポリオレフィン樹脂に
より形成したので、音響媒体が音響整合層４に侵入して
膨潤させることを防止できる。また、導電性部材９ａ〜
９ｃを導電性ポリマーで形成し、更に、その表面を非晶
質ポリオレフィン樹脂で被覆したことにより、音響媒体
が導電性部材９ａ〜９ｃに侵入して膨潤させることを防
止できる。

【００２８】従って、音響媒体が音響整合層４や導電性
部材９ａ〜９ｃを膨潤させることがなく、音響特性や導
電性を劣化させることがない。また、音響媒体の内の生
理食塩水や一般に用いられるアルカリイオンを含むよう
な親水性の超音波用ゲルが、非晶質ポリオレフィン樹脂
の被覆層を透過して、導電性部材９ａ〜９ｃや、圧電素
子５であるＰＺＴ、チタン酸鉛、ＰＬＺＴおよびメタニ
オブ酸鉛等のセラミックスや、電極を侵すことがない。
このため本実施例によれば、音響媒体による特性および
材料の劣化がなく、小型で耐久性の高い高性能な超音波
振動子となる。特に、音響整合層４や導電性部材９の表
面を耐薬品性の非晶質ポリオレフィン樹脂で形成し、或
いは覆っているため、結果的にガスや蒸気による滅菌に
対しても従来以上の耐久性を有している。

【００２９】ここで導電性ポリマー材料としては、本実
施例に用いたポリアニリンに限らず、可溶性ポリチオフ
ェン系、可溶性ポリアセチレン、ポリｐ−フェニレン、
ポリアリレンビニレン系、可溶性ポリピロール、ポリア
リレンメタイド系等を単独で、或いはこれらにドーピン
グ処理を施して用いても良い。このドープは、ドーパン
トを共有結合的に高分子骨格に導入した自己ドープ型の
ポリアニリン−ＳＯ₃Ｈ等でも良い。また、共役系高分
子鎖を飽和高分子にグラフトまたはブロック共重合した
高分子及び飽和高分子中で上記共役系高分子を重合する
ことで得られる複合体等も用いることができる。非晶質
ポリオレフィン樹脂としては、日本ゼオン（社）製の
「ゼオネックス」に限らず、三井石油化学（社）製の商
品名「ＡＰＯ」や日本合成ゴム（社）製の商品名「アー
トン」等を用いることができる。

【００３０】

【実施例２】この実施例２では実施例１において、圧電
素子５上のＧＮＤ電極７と＋電極８をモリブデンのスパ
ッタリングで形成するのに代えて、日東電工（社）製の
ポリアニリン系導電性ポリマー、商品名「アニリード」
を用いた。これの１０ｗｔ％Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン溶液を圧電素子５上に塗布し溶剤を揮発乾燥後、特定
アクセプター系ドーパントのプロトン酸をドーピングし
架橋させ形成させた。これ以外は実施例１と同様に製作
した。なお、「アニリード」の使用方法は実施例１での
使用方法と同様である。

【００３１】このようにして作成された超音波探触子１
８は実施例１と同様の作用及び効果を有するばかりでな
く、圧電素子５表面の電極も疎水性の導電性ポリマーで
形成されているため、圧電素子５の側面電極部からの音
響媒体の侵入、膨潤が防止でき、実施例１よりも更に長
期信頼性の高い超音波探触子１８となった。

【００３２】

【実施例３】この実施例では実施例２において、圧電素
子５上のＧＮＤ電極７と＋電極８、及び導電性部材９ａ
〜９ｃに日東電工（社）製のポリアニリン系導電性ポリ
マー「アニリード」を単独で用いたのに代えて、この
「アニリード」と非晶質ポリオレフィン樹脂との複合ブ
レンド材料を用いた。このブレンドは「アニリード」の
非極性溶媒可溶型を用い、「アニリード」と日本ゼオン
（社）製の非晶質ポリオレフィン樹脂、商品名「ゼオネ
ックスＴＲ−１」を重量比で３：２に混合し、キシレ
ン中に４０ｗｔ％溶解させた溶液を作製することで行っ
た。そしてこの溶液を塗布して溶媒を揮発除去し、圧電
素子５上のＧＮＤ電極７と＋電極８、及び導電性部材９
ａ、９ｂ、９ｃを形成した。

【００３３】このようにして作成された超音波探触子１
８は実施例１と同様の作用及び効果を有すると共に、さ
らに圧電素子５表面のＧＮＤ電極、＋電極、及び導電性
部材が、疎水性の非晶質ポリオレフィン樹脂と導電性ポ
リマーとのブレンド樹脂材料により形成されているた
め、導電性ポリマーの電気特性の長期安定性を得ること
ができ、実施例１よりも更に長期信頼性の高い超音波探
触子１８となった。尚、本実施例で用いた非晶質ポリオ
レフィン樹脂は疎水性が高いところから有用であるが、
他にもポリフッ化ビニリデンを用いることができる。ま
た、若干疎水性は低下するが、ポリイミド樹脂、ポリメ
チルメタクリレート樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポ
リ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等種々の
非導電性ポリマーを選択することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の超音波探触子は音響媒体が音響
整合層や導電性部材に侵入し膨潤させることがなく、音
響特性や導電性を劣化させることがない。また、親水性
の超音波用ゲルが、非晶質ポリオレフィン樹脂の被覆層
を透過して、導電性部材や、圧電素子であるＰＺＴ、チ
タン酸鉛、ＰＬＺＴ、メタニオブ酸鉛等のセラミックス
や、電極を侵すことがない。従って、音響媒体による特
性および材料の劣化のない小型で耐久性の高い高性能な
超音波振動子を作製できる。更に、音響整合層や導電性
部材の表面を耐薬品性の非晶質ポリオレフィン樹脂で形
成したり或いは覆うため、ガスや蒸気による滅菌に対し
ても従来以上の耐久性を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波探触子の振動子部の分解斜視図
である。

【図２】超音波深触子の振動部の切断を示す斜視図であ
る。

【図３】超音波深触子の振動部の断面図である。

【図４】超音波深触子の振動部の断面図である。

【図５】超音波探触子の断面図である。

【図６】従来の超音波探触子の断面図である。

【図７】超音波深触子の使用状態を示す断面図である。

【符号の説明】

３背面負荷材４音響整合層５圧電素子７表面電極８表面電極９ａ導電性部材９ｂ導電性部材９ｃ導電性部材１８超音波深触子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲ひじ▼野雅道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)発明者葛西広明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)発明者沢田之彦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)発明者若林勝裕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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に電極を有する圧電素子と、この圧
電素子の超音波放射面に接する音響整合層と、前記圧電
素子の反放射面に接する背面制動材と、圧電素子に電流
を入出力する入出力電極と、圧電素子と入出力電極とを
電気的に接続する導電性部材と、この導電性部材を覆う
絶縁樹脂と、これらを収納するハウジングとを具備し、
少なくとも前記導電性部材が導電性ポリマーを含む材料
からなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】表面に電極を有する圧電素子と、この圧
電素子の超音波放射面に接する音響整合層と、前記圧電
素子の反放射面に接する背面制動材と、圧電素子に電流
を入出力する入出力電極と、圧電素子と入出力電極とを
電気的に接続する導電性部材と、この導電性部材を覆う
絶縁樹脂と、これらを収納するハウジングとを具備し、
少なくとも前記入出力電極が導電性ポリマーを含む材料
からなることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】前記導電性ポリマーが少なくともドーピ
ングされた導電性ポリマーを含むことを特徴とする請求
項１または２のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項４】前記導電性ポリマーが少なくとも溶剤可
溶性導電性ポリマーを含むことを特徴とする請求項１ま
たは２のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項５】前記導電性ポリマーを含む材料が導電性
ポリマーと非導電性ポリマーとのポリマーアロイ材料で
あることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記
載の超音波探触子。
【請求項６】前記導電性ポリマーを含む材料中の非導
電性ポリマーが少なくとも非晶質ポリオレフィン樹脂で
あることを特徴とする請求項５記載の超音波探触子。
【請求項７】表面に電極を有する圧電素子と、この圧
電素子の超音波放射面に接する音響整合層と、前記圧電
素子の反放射面に接する背面制動材と、圧電素子に電流
を入出力する入出力電極と、圧電素子と入出力電極とを
電気的に接続する導電性部材と、この導電性部材を覆う
絶縁樹脂と、これらを収納するハウジングとを具備し、
少なくとも前記音響整合層が非晶質ポリオレフィン樹脂
からなることを特徴とする超音波探触子。