超音波探触子
【目的】天然資源であるタングステンの無駄を排除し、音響インピーダンスを自在に制御できる音響整合層を有する超音波探触子を提供する。
【構成】樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層を圧電素子の放射面に設けてなる超音波探触子において、前記金属粉末はタングステンカーバイドを主成分とした超硬合金である構成とする。そして、これらは、耐摩耗や耐衝撃用の部品の廃材から形成する。したがって、音響インピーダンスを自在に制御できて、天然資源を無駄にすることなく有効利用ができる。
【構成】樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層を圧電素子の放射面に設けてなる超音波探触子において、前記金属粉末はタングステンカーバイドを主成分とした超硬合金である構成とする。そして、これらは、耐摩耗や耐衝撃用の部品の廃材から形成する。したがって、音響インピーダンスを自在に制御できて、天然資源を無駄にすることなく有効利用ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響整合層の樹脂母体に金属粉末を混入した超音波探触子を技術分野とし、特に金属粉末をタングステンカーバイドとした超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
（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の送受波部として適用され、生体内部からの反射波によって疾患部等を検出する。通常では、超音波探触子の送受波面には音響整合層を設けて超音波の伝播損失を防止する。このようなものの一つに、樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層がある。
【０００３】
（従来技術の一例）
第１図は一従来例を説明する超音波探触子の短軸方向の断面図である。超音波探触子は例えばＰＺＴからなる圧電素子１をバッキング材２上に固着し、送受波面側に音響整合層３を設けてなる。圧電素子１は両主面に駆動電極４（ａｂ）を有して短冊状とし、幅方向を長軸方向に一致させて複数個が並べられ、所謂配列型とする。各圧電素子１間には充填材が埋設する。
【０００４】
音響整合層３は例えば二層として、例えば一層目３ａ及び二層目３ｂともにエポキシ系の樹脂母体に金属粉末を混入し得なる。金属粉末は高比重として、一般にはタングステン（Ｗ）からなる。そして、金属粉末の含有量を異ならせ、一層目３ａの音響インピーダンスを８〜９M Rayl、二層目３ｂを２〜３M Raylとし、圧電素子１から図示しない生体に向かって順次に小さくする。これにより、超音波の伝播損失を防止して感度を高める。
【０００５】
なお、圧電素子１の、ここではＰＺＴの音響インピーダンスは32M Rayl、生体は1.5M Raylである。そして、音響整合層３の一層目３ａ及び二層目３ｂともに超音波周波数のλ／４の厚みとする。通常では、音響整合層上２には短軸方向に曲率を有する図示しない音響レンズが設けられる。
【０００６】
このようなものでは、音響整合層３の一層目３ａ、二層目３ｂは樹脂母体に金属粉末を混入して形成されるので、その音響インピーダンスを自在に制御できる。したがって、例えばガラスや樹脂等のみの場合に比較して、音響インピーダンスを最適値に設定できて、伝播効率を高められる。
【特許文献１】特開平１１−１１３９０８号公報
【非特許文献１】北海道立工業試験技術情報 VOL.25 No.4 (廃超硬合金の有効利用技術）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の超音波探触子では、音響整合層３を樹脂母体に金属粉末を混入して形成するため、比重の大きな金属粉末を要する。すなわち、樹脂母体自体の音響インピーダンスは例えば約2M Raylの値であるため、比重の大きな金属粉末を要する。
【０００８】
特に、音響整合層３の一層目３ａは圧電素子１の音響インピーダンスに接近させるため、その含有量を多くする。このことから、前述したように比重の大きなタングステンが選択されるが、これを含めて高比重の金属は高価であり、特にタングステンは枯渇化が懸念されている。
【０００９】
（発明の目的）
本発明は天然資源であるタングステンの無駄を排除し、音響インピーダンスを自在に制御できる音響整合層を有する超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（着目点）
本発明は非特許文献１に示される超硬合金の廃材の有効利用技術に着目した。すなわち、切削工具をはじめとする耐摩耗、耐衝撃用としての部品に使用される超硬合金のタングステンカーバイドに着目した。
【００１１】
（解決手段）
特許請求の範囲（請求項１）に示したように、樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層を圧電素子の放射面に設けてなる超音波探触子において、前記金属粉末はタングステンカーバイドを主成分とした超硬合金である構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成であれば、タングステンカーバイドを主成分とした超硬合金は比重を約14.5とし、タングステン（19）とほぼ均等なので、高比重の金属粉末として十分に適用できる。そして、これらは、請求項２で明記するように、例えば耐摩耗や耐衝撃用の部品の廃材から形成するので、天然資源を無駄にすることなく有効利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を前述した第１図を参照して説明する。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。
【００１４】
超音波探触子は、前述のように駆動電極４（ａｂ）を両主面に有する圧電素子１をバッキング材２に固着し、二層構造とした音響整合層を送受波面に形成する。ここでは、音響整合層の一層目３ａはエポキシ系とした樹脂母体に超硬合金からなる金属粉末を混入してなる。超硬合金は例えば切削工具をはじめとした耐摩耗や耐衝撃用の部品としての廃材からなる。
【００１５】
超硬合金はタングステンカーバイドを主成分としてコバルト等の添加物が加えられる。タングステンカーバイドは比重を16とし、そして、コバルトの添加により、超硬合金の比重は概ね14.5になる。
【００１６】
これらは、例えば金属粉末を混入して攪拌分散した溶融樹脂を圧電素子１上に塗布して、λ／４の厚みに研磨される（所謂コーティング）。あるいは、予めシート状に形成して接着剤によって貼着する。音響整合層の二層目３ｂは、一層目よりも音響インピーダンスが小さい例えば樹脂を同様のコーティングや貼着によって形成する。
【００１７】
このような構成であれば、タングステンカーバイドを主成分とした超硬合金を金属粉末とするので、タングステンを使用した場合と同様の高比重となる。したがって、樹脂母体に金属粉末を混入することによって音響インピーダンスを自在に制御できる。そして、超硬合金は耐摩耗や耐衝撃用の部品の廃材を利用できるので、天然資源を無駄にすることなく有効活用できる。
【００１８】
（他の事項）
上記実施形態では音響整合層３の二層目３ｂを樹脂としたが、一層目３ａと同様に樹脂母体に超硬合金を混入したものでもさらにはガラス等であってもよく任意に選択できる。また、音響整合層３は二層としたが、一層であっても三層以上であってもよい。これらの場合、音響整合層３を超硬合金による一層とした場合は、圧電素子１と生体との間の最適値に音響インピーダンスを選択できるので、層数を最小として伝播効率を高められる。
【００１９】
また、例えば三層とした場合は、超硬合金による一層目３ａを、特にガラスや樹脂等に比較して音響インピーダンスを大きくできるので、圧電素子１の音響インピーダンスに接近させることができる。したがって、これに二層目及び三層目を設ければ、伝播損失をさらに少なくできる。また、複数の圧電素子１を長軸方向に並べた配列型としたが、ドップラー型の分割板を含めたシングル型でも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明及び一従来例を説明する超音波探触子の図で、同図（ａ）は正断面図、同図（ｂ）は側断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 圧電素子、２ バッキング材、３ 音響整合層、４ 駆動電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響整合層の樹脂母体に金属粉末を混入した超音波探触子を技術分野とし、特に金属粉末をタングステンカーバイドとした超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
（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の送受波部として適用され、生体内部からの反射波によって疾患部等を検出する。通常では、超音波探触子の送受波面には音響整合層を設けて超音波の伝播損失を防止する。このようなものの一つに、樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層がある。
【０００３】
（従来技術の一例）
第１図は一従来例を説明する超音波探触子の短軸方向の断面図である。超音波探触子は例えばＰＺＴからなる圧電素子１をバッキング材２上に固着し、送受波面側に音響整合層３を設けてなる。圧電素子１は両主面に駆動電極４（ａｂ）を有して短冊状とし、幅方向を長軸方向に一致させて複数個が並べられ、所謂配列型とする。各圧電素子１間には充填材が埋設する。
【０００４】
音響整合層３は例えば二層として、例えば一層目３ａ及び二層目３ｂともにエポキシ系の樹脂母体に金属粉末を混入し得なる。金属粉末は高比重として、一般にはタングステン（Ｗ）からなる。そして、金属粉末の含有量を異ならせ、一層目３ａの音響インピーダンスを８〜９M Rayl、二層目３ｂを２〜３M Raylとし、圧電素子１から図示しない生体に向かって順次に小さくする。これにより、超音波の伝播損失を防止して感度を高める。
【０００５】
なお、圧電素子１の、ここではＰＺＴの音響インピーダンスは32M Rayl、生体は1.5M Raylである。そして、音響整合層３の一層目３ａ及び二層目３ｂともに超音波周波数のλ／４の厚みとする。通常では、音響整合層上２には短軸方向に曲率を有する図示しない音響レンズが設けられる。
【０００６】
このようなものでは、音響整合層３の一層目３ａ、二層目３ｂは樹脂母体に金属粉末を混入して形成されるので、その音響インピーダンスを自在に制御できる。したがって、例えばガラスや樹脂等のみの場合に比較して、音響インピーダンスを最適値に設定できて、伝播効率を高められる。
【特許文献１】特開平１１−１１３９０８号公報
【非特許文献１】北海道立工業試験技術情報 VOL.25 No.4 (廃超硬合金の有効利用技術）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の超音波探触子では、音響整合層３を樹脂母体に金属粉末を混入して形成するため、比重の大きな金属粉末を要する。すなわち、樹脂母体自体の音響インピーダンスは例えば約2M Raylの値であるため、比重の大きな金属粉末を要する。
【０００８】
特に、音響整合層３の一層目３ａは圧電素子１の音響インピーダンスに接近させるため、その含有量を多くする。このことから、前述したように比重の大きなタングステンが選択されるが、これを含めて高比重の金属は高価であり、特にタングステンは枯渇化が懸念されている。
【０００９】
（発明の目的）
本発明は天然資源であるタングステンの無駄を排除し、音響インピーダンスを自在に制御できる音響整合層を有する超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（着目点）
本発明は非特許文献１に示される超硬合金の廃材の有効利用技術に着目した。すなわち、切削工具をはじめとする耐摩耗、耐衝撃用としての部品に使用される超硬合金のタングステンカーバイドに着目した。
【００１１】
（解決手段）
特許請求の範囲（請求項１）に示したように、樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層を圧電素子の放射面に設けてなる超音波探触子において、前記金属粉末はタングステンカーバイドを主成分とした超硬合金である構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成であれば、タングステンカーバイドを主成分とした超硬合金は比重を約14.5とし、タングステン（19）とほぼ均等なので、高比重の金属粉末として十分に適用できる。そして、これらは、請求項２で明記するように、例えば耐摩耗や耐衝撃用の部品の廃材から形成するので、天然資源を無駄にすることなく有効利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を前述した第１図を参照して説明する。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。
【００１４】
超音波探触子は、前述のように駆動電極４（ａｂ）を両主面に有する圧電素子１をバッキング材２に固着し、二層構造とした音響整合層を送受波面に形成する。ここでは、音響整合層の一層目３ａはエポキシ系とした樹脂母体に超硬合金からなる金属粉末を混入してなる。超硬合金は例えば切削工具をはじめとした耐摩耗や耐衝撃用の部品としての廃材からなる。
【００１５】
超硬合金はタングステンカーバイドを主成分としてコバルト等の添加物が加えられる。タングステンカーバイドは比重を16とし、そして、コバルトの添加により、超硬合金の比重は概ね14.5になる。
【００１６】
これらは、例えば金属粉末を混入して攪拌分散した溶融樹脂を圧電素子１上に塗布して、λ／４の厚みに研磨される（所謂コーティング）。あるいは、予めシート状に形成して接着剤によって貼着する。音響整合層の二層目３ｂは、一層目よりも音響インピーダンスが小さい例えば樹脂を同様のコーティングや貼着によって形成する。
【００１７】
このような構成であれば、タングステンカーバイドを主成分とした超硬合金を金属粉末とするので、タングステンを使用した場合と同様の高比重となる。したがって、樹脂母体に金属粉末を混入することによって音響インピーダンスを自在に制御できる。そして、超硬合金は耐摩耗や耐衝撃用の部品の廃材を利用できるので、天然資源を無駄にすることなく有効活用できる。
【００１８】
（他の事項）
上記実施形態では音響整合層３の二層目３ｂを樹脂としたが、一層目３ａと同様に樹脂母体に超硬合金を混入したものでもさらにはガラス等であってもよく任意に選択できる。また、音響整合層３は二層としたが、一層であっても三層以上であってもよい。これらの場合、音響整合層３を超硬合金による一層とした場合は、圧電素子１と生体との間の最適値に音響インピーダンスを選択できるので、層数を最小として伝播効率を高められる。
【００１９】
また、例えば三層とした場合は、超硬合金による一層目３ａを、特にガラスや樹脂等に比較して音響インピーダンスを大きくできるので、圧電素子１の音響インピーダンスに接近させることができる。したがって、これに二層目及び三層目を設ければ、伝播損失をさらに少なくできる。また、複数の圧電素子１を長軸方向に並べた配列型としたが、ドップラー型の分割板を含めたシングル型でも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明及び一従来例を説明する超音波探触子の図で、同図（ａ）は正断面図、同図（ｂ）は側断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 圧電素子、２ バッキング材、３ 音響整合層、４ 駆動電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層を圧電素子の放射面に設けてなる超音波探触子において、前記金属粉末はタングステンカーバイドを主成分とした超硬合金であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記金属粉末は耐摩耗用や耐衝撃用の部品の廃材からなる請求項１の超音波探触子。
【請求項１】
樹脂母体に金属粉末を混入した音響整合層を圧電素子の放射面に設けてなる超音波探触子において、前記金属粉末はタングステンカーバイドを主成分とした超硬合金であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記金属粉末は耐摩耗用や耐衝撃用の部品の廃材からなる請求項１の超音波探触子。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１７５３３０（Ｐ２００７−１７５３３０Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７８２０４（Ｐ２００５−３７８２０４）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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