JP2784795B2 - 超音波探触子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波診断装置に用いられる超音波探触子の
製造方法に関するものである。

超音波診断装置の超音波探触子には、セクタ状の画像
を得るコンベックス（convex）形の探触子がある。コン
ベックス形の探触子は、予め振動子を円弧状に配列させ
て、放射状に超音波ビームを走査するように構成されて
いる。

［従来の技術］ 第３図の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、従来から知られ
たコンベックス形の超音波探触子の、一般的な製造方法
の説明図である。

第３図の（Ａ）〜（Ｃ）において、１は圧電セラミッ
クスのような振動子を構成する圧電板、２及び３は第１
及び第２のバッキング材である。11は圧電板１のダイシ
ング（dice＋ing）加工で形成された多数の細い加工溝
である。第１バッキング材２には薄い平板状の材料が用
いられ、第２バッキング材３には表面に円弧面31を有す
るブロック状の材料が使用される。Ｒは、円弧面31の曲
率半径である。

このような材料を用いた超音波探触子は、先ず（Ａ）
図のように、圧電板１を平らな第１バッキング材２の表
面に接着する。以下、ここでは圧電板１と第１バッキン
グ材２を接合した状態の素子を、仮に接合体４と呼び、
図の上面を表面41とし、下面を裏面42とする。

次に、接合体４の上からダイシング加工により、第１
バッキング材２に達する深さの加工溝11を等間隔のピッ
チで形成する。このダイシング加工によって圧電板１が
細かく分断させ、長さ方向に可撓性が与えられる。ダイ
シング後、接合体４の裏面側42を円弧面31に当てて、第
２バッキング材３上に接着する。この結果、圧電板１か
らなる多数の振動子を、所定の曲率半径Ｒで配列させた
コンベックス形の超音波探触子を構成することができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記（Ａ）〜（Ｃ）の各工程で説明したように、従来
のコンベックス形の超音波探触子は、一旦接合体４を作
って平らな状態でダイシングで切断加工をして可撓性を
持たせてから、第２バッキング材３の円弧面31に接着し
て振動子の円弧配列が形成されるようになっている。

ここで、接合体４が平板状の状態のとき及び円弧状の
状態のときの表面41と裏面42の長さを、それぞれL1,l1
及びL2,l2とすると、次式のような関係がある。

L2＞l2 ……（１） L2＞L1＝l1＞l2 ……（２） 上記の（２）式から明らかのように、（Ｃ）工程にお
いて接合体４の裏面42側の長さが、L1−l2又はl1−l2＝
δ（L1＝l2のため、以下l1−l2＝δとする）の長さδ分
が圧縮されることになる。この結果、第１バッキング材
２の曲げ方向の反力が大きくなり、振動子のピッチが乱
れて鮮明な診断画像が得られなくなるという問題があっ
た。

本発明は上記のような従来の問題点を解決するために
なされたもので、圧縮長δに基づいて接合体４の裏面42
側の曲げ方向の反力が殆ど生じないコンベックス形の超
音波探触子を得るようにしたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のコンベックス形の超音波探触子は、接合体の
表裏両面側から交互にダイシング加工が施されて、裏面
側が第２バッキング材の円弧面に接着される。

また、接合体の裏面側のダイシングの加工溝の幅ｗが
次式の関係に選ばれている。

ｗ≧（l1−l2）/N ［作用］ 接合体が作られると、表面と裏面の両側から交互にダ
イシングの加工溝が形成される。ダイシングで作られる
裏側の加工溝の溝幅の総和は、第２バッキング材の円弧
面に接触したときの接合体の裏面側の圧縮長に等しくな
るように選ばれる。したがって、接合体の裏面側を第２
バッキング材の円弧面に接着しても、この部分が圧縮さ
れず曲げ方向に対する反力が生じない。

［発明の実施例］ 第１図は本発明実施例の説明図、第２図の（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）は本発明実施例の動作説明図で、前述の
第３図に対応する部分には一部は同じ符号が用いられて
いる。

第１図において、１はコンベックス形の超音波探触子
の本体、２はケーブルである。ケーブル２は図示されて
いない超音波診断装置に接続される。３は本体１内に設
けられ生体との音響的な整合をはかるための２層のマッ
チング層、４は圧電セラミックスからなる振動子群で、
振動子群４は一定の曲率半径で描かれた凸状の円弧に沿
って配列されている。５と６は、第１と第２のバッキン
グ材である。バッキング材5,6には、振動子群４を機械
的に支持して音響的な制動作用を司どるフェライトゴム
等の高減衰材料が用いられる。７は電子切換スイッチで
ある。この電子切換スイッチ７は円弧状に配列された振
動子群４を切換選択して、１点鎖線で示すような放射状
の超音波ビームを表面側の被検体に向かって投射する。

また、第２図の（Ａ）図は振動子群４を構成する圧電
板40と第１バッキング材５とを接着した接合体８の平板
状の状態を示し、（Ｂ）図は接合体８を第２バッキング
材６の円弧面61に接着したときの円弧状の状態を示す。
両図の81は接合体８の表面、82はその裏面である。ま
た、83は円弧状態における接合体８の長さl2またはL1が
変化しない円弧面、ｔは接合体８の厚さと、t1とt2は表
面81と裏面82から円弧面83までの距離である。したがっ
て、ｔ＝t1＋t2となる。中抜きの矢印は超音波の投射方
向を示し、接合体８の表面81から矢印方向に投射され
る。Rbは第２バッキング材６の円弧面61の曲率半径、θ
はＯを中心にした円弧の角度である。

上述のように構成された本発明の超音波探触子の振動
子群４は、次のような要領で円弧状に配列される。

先ず初めに、本体１の基準位置における曲率半径R0
を、決定する。一般的には、マッチング層３の表面が、
基準位置に設定される。次に、圧電板40を第１バッキン
グ材５の表面に接着して接合体８を作り、表面81にダイ
シングソーを用いて等ピッチの加工溝84を形成する。こ
こまでの作業工程は、前述の従来方法とほぼ同様であ
る。

ただし、本発明では図示のように、接合体８の裏面82
側にもほぼt2の深さの加工溝85が形成される。表裏両方
からの加工溝84と85は、長さ方向にズレていて交互にな
ることが望ましい。そして、この接合体８の裏面82側
が、予じめRb,即ち（Rb＝R0−Ra）の曲率半径で作られ
た第２バッキング材６の円弧面61に接着される。

接合体８の裏面側に形成される加工溝85は、次のよう
な加工条件になっている。

ここで、Ｏを中心とした円弧面83と角θで作る扇形に
ついて、L1＝l1とすると次式が成立する。

l1×360/〔２π（Rb＋t2）〕＝θ …（３） 円弧状態のときの接合体８の裏面82の長さを、前記と同
様にl2とすると、 l2×360/（２π×Rb）＝θ …（４） （４）式を変形して、 l2＝（θ/360）×２π×Rb …（５） 一方、接合体８を円弧状態にしたときに、裏面82側で
圧縮作用を引き起こす圧縮長δは前述の通りδ＝ｌ−l2
である。したがって、裏面82側のダイシングで形成され
る加工溝85の総数をＮ本とすると、加工溝85の幅ｗは次
式で表すことができる。

ｗ＝（l1−l2）/N …（６） 本発明は（６）式の関係に着目して、裏面82側の溝幅
ｗを、次のように選定した。

ｗ≧（l1−l2）/N …（７） 即ち、裏面82側の加工溝の85の幅ｗの総和Σｗを（８）
式のように、少なくとも接合体８における裏面82の圧縮
長δと等しくなるように構成したものである。

Σｗ≧δ …（８） 因み、本発明実施例仕様の数値を上げれば、次の通り
である。

長さL1又はl1が共に50mmで、厚さがそれぞれ0.5及び
5.0mmの圧電板40と第１バッキング材５を接着して、第
２図の（Ｃ）ような接合体８を構成した。そして、R0,R
b,t,t1及びt2の各値を、それぞれ50,44.5,5.5,1.5及び
4.0（全て単位はmm）に設定した。これらの設定値を
（３）式と（５）式に代入すると、 θ＝70.895 …（９） l2＝55.052 …（10） が得られる。

接合体８の裏面82の加工溝85の本数Ｎを、Ｎ＝100と
すると、溝幅ｗは、 ｗ＝（60−55.052）/100＝49.5μ …（11） となる。

即ち、裏面82側の加工溝85の深さを4mm、幅を約50μ
に選ぶことによって、理論上接合体８の裏面82側の圧縮
長δが補償される。

なお、このようにして振動子群４の所定の円弧配列が
なされると、振動子群４の電極の取付けやフレキシブル
プリント板による各電極と電子切換スイッチ７との配線
或いはマッチング層３の取付け等が行われる。その後、
絶縁材による本体１の外部被覆、ケーブル２の導出等の
所定の処理を施して第１図のような超音波探触子の本体
１が出来上がることになる。

完成した超音波探触子はケーブル２によって超音波診
断装置に接続され、表面がカップリング剤を介在して被
検体に圧接される。そして、ケーブル２を経由して振動
子群４に順次電気パルスが与えられると、被検体の内部
に超音波が発射される。発射された超音波は内部で反射
し、その強弱の反射波が映像信号として信号線を通して
超音波診断装置に送り出される。この結果、被検体の内
部の映像がCRT上に映し出され、この映し出された画像
に基づいて被検患者の患部が診断されるようになってい
る。

この場合、本発明方法で作られた超音波探触子は、振
動子群４の円弧配列に伴う第１バッキング材５に反力が
発生しない。よって、従来のような反力による振動子群
４のピッチの乱れがなくなって、鮮明な診断画像を描く
ことが出来る。

なお、第１図の実施例ではマッチング層３が２層の場
合を図示して説明したが、単層或いは３層以上の多層の
場合にも本発明を適用することができる。また、接合体
８の表裏両方からの加工溝84と85を円弧面83の深さまで
交互に加工したが、両側の加工溝84と85の深さを幾分浅
く形成してもよく、一部は同一半径上になっても良い。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は第１バッキング材の裏面側の
ダイシング加工によって加工溝を形成して、これらの加
工溝によって振動子の円弧配列に伴って発生する圧縮長
を補償する超音波探触子の製造方法を採用した。この結
果、振動子のピッチの乱れがなくなって、診断画像を鮮
明に描くことができる。

よって、本発明によれば、精度の高い超音波探触子を
備えた超音波診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例方法による超音波探触子構成説明
図、第２図の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明実施例方
法の説明図、第３図の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は従来の
製造方法の説明図である。 第1,2図において、１は超音波探触子の本体、２はケー
ブル、３はマッチング層、４は振動子群、５は第１バッ
キング材、６は第２バッキング材、７は電子切換スイッ
チ、８は接合体、40は圧電板、61は円弧面、81は接合体
８の表面、82は接合体８の裏面、83は長さ不変の円弧
面、ｔは接合体８の厚さ、t1とt2は表面81と裏面82から
円弧面83までの距離、Rbは円弧面61の曲率半径、θは円
弧の角度、δは圧縮長である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のバッキング材の表面側に圧電板を接
   着し、前記表面側から前記圧電板と一体に第１の切り溝
   を設ける工程であって、該第１の切り溝は、前記圧電板
   を分離しかつ前記第１のパッキング材の裏面側には達し
   ない深さを有している第１の切り溝を設ける工程と、 前記第１の切り溝とは互い違いの位置に前記第１のバッ
   キング材の裏面側から第２の切り溝を設ける工程であっ
   て、該第２の切り溝は、前記第１のバッキング材の表面
   側には達しない深さを有している第２の切り溝を設ける
   工程と、 円弧状表面を有している第２のバッキング材の前記円弧
   状表面に前記第１のバッキング材を接着する工程とを備
   えた超音波探触子の製造方法。
2. 【請求項２】L1を第１のバッキング材の平板状態の長
   さ、L2を第１のバッキング材が第２のバッキング材の円
   弧表面上に接着されているときの裏面側の長さ、及びＮ
   を前記第１のバッキング材の裏面側に設ける切り溝の数
   であるとしたときに、前記第２の切り溝の幅ｗを ｗ≧（L1−L2）/N から算出することを特徴とする請求項１記載の超音波探
   触子の製造方法。