JP3494578B2 - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電エレメントを二次元
上に並べた超音波探触子を利用分野とし、特に配列型と
した短軸方向（圧電素子の長さ方向）をも分割して同方
向の開口面積を可変可能にした１．５Ｄ（Dimention）
型の超音波探触子（１．５Ｄ探触子）とする。

【０００２】

【従来の技術】（発明の背景）超音波探触子は、医用等
における超音波診断装置の超音波送受波部として有用さ
れる。例えば短冊状の圧電素子を幅方向に並べた配列型
のものは、リニア及びセクタ駆動等により電子走査さ
れ、これにより超音波診断装置は疾患部等におけ配列方
向（長軸方向）の分解像を得る。そして、１．５Ｄ探触
子は、圧電素子の長さ方向を複数の圧電エレメントに分
割し、診断の必要に応じて、圧電エレメントを結線して
その開口面積を変え、被検出体における深さ方向の焦点
を切り替え、診断効率を高めるものである。このような
ものの一つに本出願人による１．５Ｄ探触子がある（参
照：特願平９−９８３１２号）。

【０００３】（従来技術の一例）第１０図は、この種の
一従来例を説明する１．５Ｄ探触子の平面図である。
１．５Ｄ探触子は、短軸方向に分割された３つの圧電エ
レメント１（ａｂｃ）からなる圧電素子１を長軸方向に
並べてなる。このようなものでは、圧電素子１を短軸方
向に３つに分割したので、例えば中央の圧電エレメント
１ａのみを駆動すると焦点深度を小さくして生体の表面
近傍を診断できる。また、中央と両側の圧電エレメント
１（ａｂｃ）を電気的に共通接続して駆動すると、焦点
深度を大きくして生体の深部を診断できる。

【０００４】第１１図乃至第１３図は、参照とした１．
５Ｄ探触子を説明する図である。この提案例では、バッ
キング材２中に多数の信号線路３からなる信号導出体と
しての複数の金属薄板４を、互いに板面を平行にしてバ
ッキング材中に埋設する（第１１図。なお、信号線路３
は連結部５により共通接続される。次に、バッキング材
２の表面を研磨等により露出する。そして、両主面に電
極６（ａｂ）を有する圧電板７をバッキング材２の表面
に、ここでは図示しない導電性接着剤８により固着する
（第１２図）。次に、各信号線路３の間を圧電板７上か
ら切断して連結部５とともに多数の圧電素子１に分割す
る「第１３図（ａ）」。さらに、金属薄板４の間を圧電
板７上から切断して圧電素子９をそれぞれ３つの圧電エ
レメント１（ａｂｃ）に分割する「第１３図（ｂ）」。
要するに、圧電板７を二次元方向に分割して、マトリク
ス上に並べられた圧電エレメントを得る。そして、各圧
電エレメントから個々に電極を導出する方法を提案して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】（従来技術の問題点）
しかしながら、このようなものでは、導電性接着剤８に
よりバッキング材２と各圧電エレメント１とを固着する
ので、両者間の接合強度が小さく圧電エレメント１が剥
離してまう問題があった。すなわち、導電性接着剤８は
接着剤母体に銀等の粒子を混在させることから接着強度
自体が弱いことに加え、バッキング材２は一般にゴム系
の樹脂を主成分とすることから、界面間での密着度等が
悪い。そして、使用時の押圧力（衝撃）や消毒時の熱衝
撃等に起因したバッキング材２の機械的変形により、導
電性接着剤８との界面間での状態を変化させるので、剥
離を引き起こしてしまう問題があった。但し、導電性接
着剤８は、金属薄板４を露出したバッキング材２と圧電
板７との固着と電気的接続とを同時になし得るので、作
業上は非常に都合がよい。

【０００６】（発明の目的）本発明は、導電性接着剤の
利便を維持して、バッキング材と圧電エレメントとの接
合強度を維持した超音波探触子及びその製造方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、二次元方向に
並べられた単位硬質補助板をバッキング材の表面に固着
してなる補助板付バッキング材と、前記補助板付バッキ
ング材を貫通して先端面が前記単位硬質補助板の表面に
露出してそれぞれが電気的に独立した多数の信号線路か
らなり、板面を平行にして平板状とした複数の信号導出
体と、前記硬質補助板の表面に導電性接着剤により固着
されて前記信号線路と電気的に接続する圧電エレメント
から構成したことを基本的な解決手段とする。

【０００８】本発明は、バッキング材の表面に単位硬質
補助板を固着し、硬質補助板の表面に露出した信号導出
体と圧電エレメントとを固着したので、圧電エレメント
とバッキング材とを直接に導電性接着剤により接合する
ことがない。

【０００９】

【実施例】第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を説
明する１．５Ｄ探触子の図である。第１図は超音波探触
子の斜視図、第２図は一部を破断した正断面図、第３図
は側断面図である。なお、前従来例図と同一部分には同
番号を付与してその説明は簡略する。

【００１０】１．５Ｄ探触子は補助板付バッキング材９
と、複数の信号導出体１０と、長軸方向に並べられた圧
電素子１とからなる。補助板付バッキング材９は、バッ
キング材２の表面に二次元方向に絶縁性の単位硬質補助
板１１を図示しない接着剤により固着してなる。複数の
信号導出体１０は、それぞれが電気的に独立した多数の
信号線路１２を基板１３上に有する、平板状とした各プ
リント基板１４からなる。各プリント基板１４は互いに
板面を平行にして補助板付バッキング材９に一端側を埋
設する。そして、一端側の先端面を単位硬質補助板１１
の表面に露出する。

【００１１】圧電素子１は短軸方向に分割された３つの
圧電エレメントからなり、両主面に電極を有する。そし
て、単位硬質補助板１１上に導電性接着剤により固着さ
れ、プリント基板１４の信号線路１３と電気的に接続す
る。そして、この実施例では、単位硬質補助板１１に固
着する各圧電エレメント１（ａｂｃ）の一方の主面に、
線状の無電極部１５を設けてなる。なお、各圧電素子
１、圧電エレメント１（ａｂｃ）及び単位硬質補助板１
１間は、バッキング材２に到達した切れ目１６によって
分割されている。

【００１２】このような構成であれば、各圧電エレメン
ト１（ａｂｃ）は単位硬質補助板１１と導電性接着剤８
により固着するので、密着度を良好として衝撃等による
機械的変形もなく、ゴム系のバッキング材２に直接に固
着した場合と比較して接着強度を高める。そして、この
実施例では、各圧電エレメント１（ａｂｃ）の一方の電
極には無電極部１５を設けて導電性接着剤８と固着した
ので、接合強度をさらに高めることができる。

【００１３】第４図内至第９図は、１．５Ｄ探触子の製
造方法を説明する工程図である。超音波探触子は、圧電
板７と、補助板付バッキング材９と、複数の信号導出体
１０を具備する（前第１図参照）。圧電板７は両主面に
電極６（ａｂ）を有し、この例では一方の主面６ｂに線
状の無電極部１５を縦横に形成する（第４図）。補助板
付バッキング材９は、第５図及び第６図に示したように
バッキング材２と硬質補助板１１Ａとを図示しない絶縁
性の接着剤により固着してなる。

【００１４】複数の信号導出体１０は信号線路を基板上
に有する前述のプリント基板１４からなる。そして、補
助板付バッキング材９に対して垂直方向に一端側を埋設
する。一端側の先端部はバッキング材２を貫通し、この
例では硬質補助板１１Ａの溝１７に挿入して被覆され
る。溝７はプリント基板１４の厚みより幅広として、例
えば固着時の接着剤により間隙が埋められる。

【００１５】このようなものでは、先ず、補助板付バッ
キング材９（硬質補助板１１）の表面を研磨等によっ
て、プリント基板１４の先端面を露出する。そして、両
主面に電極６（ａｂ）を有する圧電板７の一方の主面６
ｂを硬質補助板１１の表面に導電性接着剤８によって固
着する（第７図）。

【００１６】次に、プリント基板１４の多数の信号線路
１３間を圧電板７上からバッキング材２に到達する切れ
目１６を設けて、圧電板７と硬質補助板１１とを長軸方
向に切断し、各圧電素子１に分割する。第８図は圧電板
７を省略した平面図で、同図の矢印ＡーＡ’間を切断す
る。そして、同様にして、プリント基板１４間を短軸方
向に切断して各圧電素子１を３つの圧電エレメント１
（ａｂｃ）に分割する（第８図のＢーＢ’間）。

【００１７】このような製造方法であれば、バッキング
材２上に単位硬質補助板１１Ａを有して、単位硬質補助
板１１Ａと導電性接着剤８により固着した、無電極部１
５を有する３つの圧電エレメント１（ａｂｃ）からなる
圧電素子１を長軸方向に並べて、各圧電エレメントから
電極を個々に導出した１．５Ｄ探触子（前第１図）を得
ることができる。

【００１８】

【他の事項】上記実施例では、無電極部１５を設けて圧
電板７と導電性接着剤８との接合強度をさらに高めると
したが、基本的には硬質補助板１１により接合強度を高
めることができるので、本発明では必ずしも無電極部１
５を必要とはしない。また、実施例における無電極部１
５は圧電エレメン１（ａｃ）の大きさ（長さ×幅）（約
３×０．６ｍｍ以上）に対してその幅を１／１００以下
とするので、圧電作用に対する影響は極めて少なく実質
的に無視できる。

【００１９】また、圧電素子１を３個の圧電エレメント
に分割したが、さらに各圧電エレメント１（ａｂｃ）に
７０％以上の溝１８を設けて複数の例えば４分割し、そ
れそれが幅ｗと厚みｔの比ｗ／ｔを約０．４乃至０．６
として良好な振動特性を得るようにしてもよい（第９
図）。この場合、無電極部部１５が溝１８の位置になる
ように設定しておけば、無電極部１５による圧電作用へ
の影響は全くなくなる。

【００２０】また、補助板付バッキング材９は、バッキ
ング材２と信号導出体１０（プリント基板１４）の先端
側を挿入する溝１７を設けた硬質補助板１１とから形成
したが、硬質補助板１１は例えばプリント基板の先端が
突出したバッキング材２の表面にエポキシ系の樹脂等を
塗布して硬化させてもよい。

【００２１】また、長軸方向に配列した圧電素子１を３
つの圧電エレメントに分割して短軸方向の開口面積を切
り替える１．５Ｄ探触子を例として説明したが、短軸方
向を３個以上に分割してもよく、さらに本発明は多数の
圧電エレメントを二次元方向に並べた超音波探触子探触
子に基本的に適用できる。したがって、長軸及び短軸方
向に電子的に操作して画像を得るいわゆるマトリクス探
触子にも応用できることは勿論である。

【００２２】また、電極導出体１０はプリント基板１４
としたが、従来例のように金属薄板からなる信号線路の
みから形成してもよく、さらには図示しないフレキシブ
ルプリント基板から形成してもよい。そして、基板１２
の信号線路１３を例えば半田メッキ等を施し、その厚み
を大きくして先端面との電気的接続強度を高めても良
い。また、信号線路１３は個々に独立させたが、従来例
のように連結部を設けて共通接続し、圧電板７の切断時
に連結部を同時に切断してもよい。

【００２３】本発明は、以上のように種々の変更が可能
であり、要はバッキング材２と圧電エレメント１（ａｂ
ｃ）とを直接に接合することなく、硬質補助板１１を介
在させてこれに圧電エレメント１（ａｂｃ）を導電性接
着剤８により固着して電極を導出したものは、本発明の
技術的範囲に基本的に属する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、二次元方向に並べられた単位
硬質補助板をバッキング材の表面に固着してなる補助板
付バッキング材と、前記補助板付バッキング材を貫通し
て先端面が前記単位硬質補助板の表面に露出してそれぞ
れが電気的に独立した多数の信号線路からなり、板面を
平行にして平板状とした複数の信号導出体と、前記硬質
補助板の表面に導電性接着剤により固着されて前記信号
線路と電気的に接続する圧電エレメントから構成したの
で、導電性接着剤の利便を維持して、バッキング材と圧
電エレメンとの接合強度を維持した超音波探触子及びそ
の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する１．５Ｄ探触子の
図である。

【図２】本発明一実施例を説明する１．５Ｄ探触子の一
部を破断した正断面図である。

【図３】本発明一実施例を説明する１．５Ｄ探触子の側
断面図である。

【図４】本発明一実施例を説明する圧電板の平面図であ
る。

【図５】本発明の製造方法を説明する補助板付バッキン
グ材の分解斜視図である。

【図６】本発明の製造方法を説明する補助板付バッキン
グ材の断面図である。

【図７】本発明の製造方法を説明する補助板付バッキン
グ材の断面図である。

【図８】本発明の製造方法を説明する圧電板の切断方向
を示す平面図である。

【図９】本発明の他の実施例を説明する１．５Ｄ探触子
の一部図である。

【図１０】従来例を説明する１．５Ｄ探触子の平面図で
ある。

【図１１】従来例を説明する１．５Ｄ探触子のバッキン
グ材の図である。

【図１２】従来例を説明する１．５Ｄ探触子の製造工程
上の分解図である。

【図１３】従来例を説明する１．５Ｄ探触子の図で、同
図（ａ）は正面図、同図（ａ）は側断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子、２ バッキング材、３、１３ 信号線
路、４ 金属薄板、５連結部、６ 電極、７ 圧電板、
８ 導電性接着剤、９ 補助板付バッキング材、１０
信号導出体、１１ 単位硬質補助板、１２ 基板、１４
プリント基板、１５ 無電極部、１６ 切れ目、１
７、１８ 溝、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 17/00 332 H04R 17/00 330 A61B 8/00 G01N 29/24 502

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両主面に電極を有する圧電エレメントをバ
   ッキング材上に二次元方向に並べて、前記バッキング材
   と対向する前記圧電エレメントの一方の主面の電極から
   個々に電極を導出してなる超音波探触子において、前記
   バッキング材の表面に単位硬質補助板を二次元方向に並
   べて固着した補助板付バッキング材と、前記補助板付バ
   ッキング材を貫通して先端面が前記単位硬質補助板の表
   面に露出してそれぞれが電気的に独立した多数の信号線
   路を有する板面を平行にして平板状とした複数の信号導
   出体と、前記硬質補助板の表面に導電性接着剤により固
   着されて前記信号線路と電気的に接続する圧電エレメン
   とを具備したことを特徴とする超音波探触子。
2. 【請求項２】請求項１において、前記圧電板の固着され
   る一方の主面には二次元方向の少なくとも一方に複数の
   線状の無電極部を形成されて前記圧電板の素地を露出さ
   せたことを特徴とする超音波探触子。
3. 【請求項３】両主面に電極を有する圧電板をバッキング
   材上に設け、前記圧電板上から前記バッキング材に到達
   する切れ目を設けて前記圧電板を縦横に切断し、前記圧
   電板を二次元方向に並べられた多数の圧電エレメントに
   分割して、前記バッキング材と対向する前記圧電エレメ
   ントの一方の主面の電極から個々に電極を導出してなる
   超音波探触子の製造方法において、前記バッキング材の
   表面に硬質補助板を固着した補助板付バッキング材と、
   前記補助板付バッキング材中に一端側が埋設して前記硬
   質補助板に被覆されてそれぞれが電気的に独立した多数
   の信号線路を有するとともに互いに板面を平行にして平
   板状とした複数の信号導出体とを具備し、前記硬質補助
   板の表面を研磨して前記信号導出体の先端面を露出させ
   て、前記硬質補助板上に導電接着剤により前記圧電板を
   固着し、前記多数の信号線路間及び前記複数の信号導出
   体の間を前記圧電板上から前記バッキング材に到達する
   切れ目を設けて前記圧電板と硬質補助板とを縦横に切断
   し、前記圧電板を二次元方向に並べられた多数の圧電エ
   レメントに分割するとともに、前記バッキング材と対向
   する前記圧電エレメントの一方の主面の電極から前記信
   号導出体により個々に電極を導出してなる超音波探触子
   の製造方法。