JP4624659B2 - 超音波探触子 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波診断装置などに用いる超音波探触子に関する。
従来の超音波探触子としては、図８に示すように、超音波を送受信するための複数個の圧電素子２１が図面と直交方向に配列され、個々の圧電素子２１の前面、背面には、それぞ接地電極２、信号用電極２２が設けられている（例えば下記の特許文献１参照）。接地電極２の前面には、被検体（生体）に超音波を効率よく送受信するための音響整合層２４が設けられている。音響整合層２４とは反対側の圧電素子２１の背面には、圧電素子２１から送信した不要な超音波を減衰させ、かつ圧電素子２１を信号用電極２２を介して機械的に保持する機能を有する背面負荷材２５が設けられている。接地電極２は接地用電気端子２３に連結され、接地用電気端子２３は熱伝導材２６を経由して伝熱線２７に接続した構成となっている。
この超音波探触子は、超音波診断装置などの本体から不図示の信号用電気端子、接地用電気端子２３を介してそれぞれ信号用電極２２、接地電極２に電気信号を印加することにより、圧電素子２１が機械振動して超音波を送信し、生体のような被検体から反射してきた超音波を圧電素子２１で受信する。生体を被検体とする超音波診断装置用超音波探触子は、生体内に直接接触して生体に超音波を送信し、生体内から反射してきた反射波を再び超音波探触子で受信して、その信号を本体で処理してモニター上に診断画像を表示して診断するものに用いられるセンサである。
このような超音波診断装置用超音波探触子は、生体に悪影響を与えないように、生体に接触する超音波探触子の表面温度を生体に影響が無いような温度にしなければならない。超音波探触子の表面温度は、生体に接触していない、つまり使用していない状態において、本体から送信信号を送り続けている状態で発熱し温度が上昇する。この主原因は、圧電素子２１の誘電損失によるものと、探触子内の圧電素子２１、音響整合層２４、音響レンズ間の多重反射によるものと想定されている。このように超音波探触子の表面温度は、本体の送信信号と比例関係にあり、送信信号を低く抑えて調整し温度上昇しないように制限しているのが実態である。一方、送信信号レベルと生体を診断する深さとは比例関係にあり、送信信号を低く抑えることは、診断深さも浅くなるという短所にもなる。したがって、送信信号を高く（診断深さを深く）、しかも超音波探触子の表面温度も低くできるようにすることは極めて重要なことである。
このように超音波診断装置に用いる超音波探触子は、生体に直接若しくは間接的に接触するものであるため、安全性を確保するために、探触子の表面温度は規制されており管理されなければならない。そのため、超音波診断装置本体から送信する電圧を調整して規制温度以下になるように低く設定して管理している。一方、超音波診断装置の診断領域、特に深さ方向を拡大したいという強い要求もある。前述の送信電圧と深さ方向の拡大は比例関係にあり、送信電圧を高くすれば診断深さも深くできるということであり、できるだけ送信電圧を高くすることが望ましい。このようなことから超音波探触子の表面温度を低減させる試みが、最近多く試みられている。図８に示した構造はその１つであり、圧電素子２１の接地電極２から取り出している接地用電気端子２３で熱を放熱する構成となっている。
特開平５−２４４６９０号公報（図１）
しかしながら、上記従来の超音波探触子の構成における放熱は、圧電素子２１の接地用電気端子２３の一部からの放熱であり、必ずしも十分と言えるものではないという問題がある。
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、放熱効果を高めることができ、ひいては超音波診断装置の送信電圧も高めて診断深さをより深くすることができる超音波探触子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の超音波探触子は、一方向に配列された超音波を送受信する両面に電極を設けた圧電素子と、
前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材とを備え、
前記背面負荷材の内部若しくは一部に熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい熱伝導材料を設け、
前記熱伝導材料が電気的に導電性を有するとき、前記圧電素子の電極と前記熱伝導材料の間に前記圧電素子の電極から前記熱伝導材料を電気的に絶縁するフィルム状の絶縁層を設け、前記背面負荷材を介さないで前記熱伝導材料で吸熱した熱を放熱させるよう構成した、
構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部若しくは一部に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材とを備え、
前記背面負荷材の内部若しくは一部に熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい熱伝導材料を設け、
前記熱伝導材料が電気的に導電性を有するとき、前記圧電素子の電極と前記熱伝導材料の間に前記圧電素子の電極から前記熱伝導材料を電気的に絶縁するフィルム状の絶縁層を設け、前記背面負荷材を介さないで前記熱伝導材料で吸熱した熱を放熱させるよう構成した、
構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部若しくは一部に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
また、本発明の超音波探触子は、一方向に配列された超音波を送受信する両面に電極を設けた圧電素子と、
前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材とを備え、
前記背面負荷材の内部に深さ方向及び前記圧電素子の配列方向に沿って平行に熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい１つ又は複数のシート状の熱伝導材料を設け、
前記熱伝導材料が電気的に導電性を有するとき、前記圧電素子の電極と前記熱伝導材料の間に前記圧電素子の電極から前記熱伝導材料を電気的に絶縁するフィルム状の絶縁層を設け、前記背面負荷材を介さないで前記熱伝導材料で吸熱した熱を放熱させるよう構成した、
構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材とを備え、
前記背面負荷材の内部に深さ方向及び前記圧電素子の配列方向に沿って平行に熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい１つ又は複数のシート状の熱伝導材料を設け、
前記熱伝導材料が電気的に導電性を有するとき、前記圧電素子の電極と前記熱伝導材料の間に前記圧電素子の電極から前記熱伝導材料を電気的に絶縁するフィルム状の絶縁層を設け、前記背面負荷材を介さないで前記熱伝導材料で吸熱した熱を放熱させるよう構成した、
構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
さらに本発明の超音波探触子は、一方向に分割溝により分割されて超音波を送受信する複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、
前記背面負荷材の背面に設けられ、前記背面負荷材の熱伝導率より大きいブロック状の熱伝導材料とを備え、
前記分割溝を前記熱伝導材料に到達する深さで形成して前記分割溝により前記熱伝導材料の表面に形成された凹凸面上に前記背面負荷材を形成した構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の背面に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、
前記背面負荷材の背面に設けられ、前記背面負荷材の熱伝導率より大きいブロック状の熱伝導材料とを備え、
前記分割溝を前記熱伝導材料に到達する深さで形成して前記分割溝により前記熱伝導材料の表面に形成された凹凸面上に前記背面負荷材を形成した構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の背面に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
さらに本発明の超音波探触子は、前記熱伝導材料として、高分子フィルムをグラファイト化した高配向性のＰＧＳグラファイトシート、グラファイト、カーボンナノチューブ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、炭化珪素、酸化ベリリウム、銅及びアルミニウムのいずれかの材料を用いる構成とした。
この構成により、圧電素子が発した熱を、熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
この構成により、圧電素子が発した熱を、熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。
以上説明したように本発明によれば、圧電素子が発した熱を、熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができるので、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる。
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の実施の形態の超音波探触子について、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態の超音波探触子を図１、図２に示す。図１は斜視図、図２は図１を上部から見た図を示している。
以下、本発明の実施の形態の超音波探触子について、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態の超音波探触子を図１、図２に示す。図１は斜視図、図２は図１を上部から見た図を示している。
図１、図２において、第１の実施の形態の超音波探触子は、Ｘ方向に長く、Ｙ方向に複数配列され、Ｚ方向（診断深さ方向）に超音波を送受信する圧電素子１と、個々の圧電素子１の前面、背面にそれぞれ設けられた複数の接地電極２、信号用電極３と、個々の信号電極３からそれぞれ信号を取り出す複数の信号用電気端子４と、圧電素子１を信号用電極３を介して機械的に保持し、かつ必要に応じて不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材５と、背面負荷材５内に埋め込まれて圧電素子１から発生した熱を積極的に伝達するシート状の複数（図１、図２では３枚）の熱伝導材６と、背面負荷材５の背面側で熱伝導材６に連結されて熱伝導材６で伝達した熱を放熱する放熱ブロック７とを有する構成である。放熱ブロック７は熱伝導材６と熱的に伝達できるように接触若しくは接着されている。圧電素子１はＰＺＴ系などの圧電セラミック、単結晶などが用いられる。接地電極２、信号用電極３は金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀を焼き付けなどして圧電素子１の前面、背面にそれぞれ形成される。
また、図示しないが圧電素子１の前面側には必要に応じて、接地電極２を介して超音波を効率良く送受信するために１層以上の音響整合層を設け、更にこの音響整合層の前面には超音波ビームを収束させる音響レンズを設けた構成にしてもよい。
また、圧電素子１から送信された超音波は、背面負荷材５及び熱伝導材６にも伝搬するが、背面負荷材５及び熱伝導材６に伝搬した超音波は不要なものであるので、本発明では、背面負荷材６内で吸収若しくは散乱により減衰するようにして再び圧電素子１に戻らないようにしている。また、背面負荷材５の内部において深さ方向に伸びるように、かつ圧電素子１の配列方向に沿って平行に設けた複数のシート状の熱伝導材６により、超音波が圧電素子１に戻らないように背面負荷材５に散乱させる構造にしている。
図１、図２では背面負荷材５の内部に熱伝導材６が３枚入った構成にしている。この熱伝導材６を背面負荷材５の内部若しくは一部に設ける枚数は１枚以上複数枚設けてもよいが、圧電素子１からの超音波を熱伝導材６が反射して悪影響しない程度の枚数にすることが必要となる。
また、図１、図２では、熱伝導材６は圧電素子１の配列方向Ｙと同じ方向に連続してつながるように、またそれに直交する方向Ｘには分離している構成としている。これは個々の圧電素子１から発熱する熱を均一に吸熱することが容易な構造にするためである。このほか、圧電素子１の配列方向Ｙと直交する方向Ｘにも熱伝導材６を設けてもよいが、その場合には圧電素子１の配列する数と同じか又は圧電素子１を１個飛び若しくは数個飛びの間隔で熱伝導材６を設けるようにすることが必要である。更に他の方法として多数の針状の熱伝導材６を背面負荷材５の内部に２次元に配列して設けた構成にしてもよい。
熱伝導材６は、熱伝導率が少なくとも背面負荷材５の値より大きい値のものが望ましい。通常、背面負荷材５としてはフェライト粉を充填した合成ゴムや、エポキシ樹脂若しくはウレタンゴムなどの高分子にタングステンやアルミナ若しくは減衰を大きくするために、ガラスや高分子の中空体を充填したものが用いられており、これらは減衰の大きい材料を得る目的で作られているものであり、熱伝導率には何ら考慮されていない。したがって、熱伝導率は極めて小さい値の１Ｗ／ｍＫ前後であり、熱を伝導するには不向きな材料であるため、放熱するという効果は小さい。熱伝導材６は少なくとも背面負荷材５より大きい熱伝導率の材料を用いれば効果がある。さらに、より放熱の効果を向上させるには背面負荷材５の熱伝導率の１０倍以上ある材料を用いるようにすればよい。熱伝導材６の材料としては、高分子フィルムをグラファイト化した高配向性のＰＧＳグラファイトシート、グラファイト、カーボンナノチューブ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、炭化珪素、酸化ベリリウム、銅及びアルミニウムなどのような熱伝導率の高い（６０〜６００Ｗ／ｍＫ）材料を用いるのが望ましい。
更に熱伝導材６は、圧電素子１の信号用電極３と直接接触する構成の場合には、電気的に絶縁できる材料を用いるが、信号用電極３と熱伝導材６が電気的に絶縁できる構成、例えば信号用電極３と熱伝導材６の間にエポキシ樹脂のような絶縁性の接着剤を薄く設けるような構成、あるいはポリイミドフィルムのような絶縁層を設けることによって、熱伝導材６は電気的な導電性あるいは絶縁性を有したどちらの材料を用いても実現できる。
また、熱伝導材６で吸熱した熱を放熱ブロック７に伝達して放熱するが、この放熱ブロック７としては、熱伝導材６と同じ材料を用いてもよい。また、熱伝導材６と放熱ブロック７が一体の構成でもよく、また接着して構成してもよい。
また、熱伝導材６は放熱ブロック７に対して、背面負荷材５の背面から熱が伝達できる構成にしているが、熱伝導材６を背面負荷材５の側面に延伸して、この延伸した熱伝導材６と放熱ブロック７と接続してもよい。この場合の放熱ブロック７は背面負荷材５の背面である必要はなく、背面負荷材５の側面あるいは離した場所に設けた構成にしても同様の効果が得られる。
以上のような構成にすると、圧電素子１で発熱した熱及び超音波の多重反射により発熱した熱は、背面負荷材５の内部若しくは一部に設けた熱伝導材６で熱が伝達できるように接続した放熱ブロック７によって吸熱して放熱できるため、超音波探触子の表面温度を低減できるという効果を有する。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる。
なお、第１の実施の形態では、圧電素子１の配列方向Ｙと同じ方向に背面負荷材５の内部に熱伝導材６を３枚設けた構成の場合について説明したが、このほか熱伝導材６が圧電素子１の配列方向Ｙと直交する方向Ｘに設けた構成若しくは針状の熱伝導材６を１枚以上の複数個設けた構成にしても同様の効果が得られる。また、第１の実施の形態では、圧電素子１は複数個配列したいわゆるアレイ型にした場合について説明したが、このほか圧電素子１を単体若しくは２次元に配列したアレイ型の場合においても同様の効果が得られる。
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の超音波探触子を図３、図４に示す。なお図４は図３のＡ部を拡大した図を示す。図３、図４の構成は、第１の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第２の実施の形態の特徴を説明する。第２の実施の形態では、熱伝導材６の圧電素子１側の端部（先端部）が圧電素子１の背面負荷材５側の面に対して傾斜している形状であることを特徴とする。
次に、本発明の第２の実施の形態の超音波探触子を図３、図４に示す。なお図４は図３のＡ部を拡大した図を示す。図３、図４の構成は、第１の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第２の実施の形態の特徴を説明する。第２の実施の形態では、熱伝導材６の圧電素子１側の端部（先端部）が圧電素子１の背面負荷材５側の面に対して傾斜している形状であることを特徴とする。
このような構成では、圧電素子１の表面、背面にそれぞれ設けた信号用電極３と接地電極２（図１参照）に印加した電圧により圧電素子１が機械振動し、接地電極２側と信号用電極３側の両側に超音波が発生するので、発生した超音波は背面負荷材５にも伝播して熱伝導材６の部分にも伝播し、図４に示す超音波８のように熱伝導材６の先端の傾斜面から反射し、さらに熱伝導材６の先端の傾斜面から反射した超音波８は、背面負荷材５内を再び伝播していく。
このため、熱伝導材６の先端の傾斜面の角度（圧電素子１から発信した超音波が背面負荷材６の深さ方向に伝播する方向（圧電素子１の背面の垂直方向）に対する角度）を４５度付近の角度以上にすると、超音波８は４５度付近の角度では隣接する熱伝導材６の方向に伝播して再び反射し、超音波８は圧電素子１に戻る可能性があり、超音波画像の分解能の低下を招く。また、４５度以上の角度にすると、同じように圧電素子１に超音波８が戻る経路となる。これらの圧電素子１に再び戻った超音波８は不要な超音波であるので、超音波画像にはノイズとなり分解能を低下させることになり、場合によっては診断上誤診になる可能性がある。したがって、かかる必要な超音波が必ず圧電素子１に戻らないようにしなければならない。
そこで、熱伝導材６の先端の傾斜面の角度は、原理的には４５度以下であれば反射した超音波８は圧電素子１に戻らないということになるが、しかし超音波８は拡散するという性質があるので、この拡散した場合には４５度以下の場合でも超音波８が圧電素子１に戻る場合がある。そこで、熱伝導材６の先端の傾斜面の角度は、超音波８の拡散を考慮して４０度以下にする。この角度にすることにより圧電素子１に超音波８が戻らない構成にしている。図３、図４では熱伝導材６は傾斜を両側（±Ｘ方向）に設けた構成で示している。
一方、超音波８は背面負荷材５に伝播して熱伝導材６の先端の傾斜面に入射すると、一部の超音波は熱伝導材６内に伝播し、他の超音波は反射して背面負荷材５に伝播することになる。しかしこれは既に知られていることであるが、熱伝導材６の先端の傾斜面の角度がある角度以上になると、背面負荷材５を伝播してきた超音波８は熱伝導材６内に入って行かない、つまり熱伝導材６の傾斜面から全反射するいわゆる臨界角が成立する。熱伝導材６は背面負荷材５とは違って超音波の減衰係数があまり大きくないため、熱伝導材６内に伝播した超音波は再び圧電素子１に戻る可能性が残っている。したがって、可能であれば熱伝導材６の内部に超音波を伝播させないような構成にすることが望ましい。
例えば背面負荷材５として一般的に知られているフェライト粉を充填したゴム材のいわゆるフェライトゴムを用い、また熱伝導材６として一般的なグラファイトを用いた場合について説明する。図４において、超音波８が圧電素子１から発信して背面負荷材５を伝播し熱伝導材６の先端の傾斜面に入射したとき傾斜面の法線となす角度をθ0とすると、超音波が傾斜面で全反射するときの角度θ0を臨界角θと呼び、臨界角θは以下の式（１）で算出される。
臨界角θ＝sin-1（Ｃ１／Ｃ２） （１）
Ｃ１：背面負荷材５(フェライトゴム)の音速
Ｃ２：熱伝導材６（グラファイト）の音速
Ｃ１＜Ｃ２(背面負荷材５から熱伝導材６への場合)
臨界角θ＝sin-1（Ｃ１／Ｃ２） （１）
Ｃ１：背面負荷材５(フェライトゴム)の音速
Ｃ２：熱伝導材６（グラファイト）の音速
Ｃ１＜Ｃ２(背面負荷材５から熱伝導材６への場合)
ここで、背面負荷材５(フェライトゴム)の音速Ｃ１は約１９００ｍ／ｓ、熱伝導材６（グラファイト）の音速Ｃ２は約３２００ｍ／ｓである。これらの音速Ｃ１、Ｃ２から臨界角θを計算すると３６．４度となる。この角度以上になると超音波８のすべては熱伝導材６の傾斜面から全反射して熱伝導材６の内部には入らないということになる。ここで、図４でもわかるように、圧電素子１から背面負荷材５にほぼ垂直に伝播した超音波８と熱伝導材６の傾斜面の角度は、９０度−臨界角θとなっているので、熱伝導材６の先端の傾斜面の角度は（９０度−臨界角θ）以下ということになる構成にすればよい。例として用いた背面負荷材５と熱伝導材６の材料以外の組み合わせでも、第１の実施の形態で説明した材料を用いれば、背面負荷材５の音速より熱伝導材６の音速が速いので上式（１）が成立する。
以上のような構成にすると、圧電素子１で発熱した熱及び多重反射により発熱した熱は、背面負荷材５の内部若しくは一部に設けた熱伝導材６で熱が伝達できるようになり、しかも背面負荷材５内の超音波８が熱伝導材６から反射しても再び圧電素子１に戻らないようにしているため、分解能の劣化を防止することができ、更に超音波探触子の表面温度を低減できるという効果を有する。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さはより深くすることができる。
なお、第２の実施の形態では、熱伝導材６の先端の傾斜面は両側（±Ｘ方向）に設けた構成について説明したが、このほか、熱伝導材６の傾斜は片側だけに設けても、若しくは円錐形状の構成にしても同様の効果が得られる。
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態の超音波探触子を図５に示す。図５の構成は、第１の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第３の実施の形態の特徴を説明する。第３の実施の形態では、熱伝導材１６がさらに放熱ブロック１７と背面負荷材１５の間に設けられている。
次に、本発明の第３の実施の形態の超音波探触子を図５に示す。図５の構成は、第１の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第３の実施の形態の特徴を説明する。第３の実施の形態では、熱伝導材１６がさらに放熱ブロック１７と背面負荷材１５の間に設けられている。
熱伝導材１６としては背面負荷材１５の熱伝導率より大きい材料を用い、熱伝導材１６で吸熱した熱を放熱ブロック１７で放熱するが、熱伝導材６と放熱ブロック１７が一体で構成できる場合は問題ないが、材料によっては必ずしも一体にできない場合がある。例えば、熱伝導材１６として極めて熱伝導率（６００〜８００Ｗ／ｍｋ）が高い高分子フィルムをグラファイト化した高配向性のＰＧＳグラファイトシートを用いた場合には同じ材料で放熱ブロック１７は構成することができない。熱伝導材１６は、放熱ブロック１７と接触面積が小さくなるので熱伝導材１６から放熱ブロック１７に熱を伝える効率をもっと高めることにより、より放熱効果を上げるために、熱伝導材１６を背面負荷材１５の背面まで設ける構成にする。
このような構成は、熱伝導材１６の材料として前記のような高分子フィルムをグラファイト化した高配向性ＰＧＳグラファイトのシート状のものを用いれば容易に構成することができ、更に熱伝導材１６とは違う材料を用いて放熱ブロック１７を設ける。このような構成にすることにより熱伝導材１６と放熱ブロック１７の接触面積を大きくすることができるため、効果的な放熱を行うことができる。
また、圧電素子１１の両面に設けた信号用電極１３と接地電極１２に印加した電圧により圧電素子１１が機械振動し、両側(接地電極１２側と信号用電極１３側)に超音波が発生するが、この発生した超音波８は背面負荷材１５の内部で減衰し圧電素子１１には戻らないような構成にしている。また、背面負荷材１５の内部若しくは一部に熱伝導材１６を設けており、圧電素子１１から発熱した熱を吸熱して放熱する。
なお、第３の実施の形態では、熱伝導材１６はシート状のものを設けた構成について説明したが、このほか、熱伝導材１６はブロックから加工して図５に示すような熱伝導材１６の形状にして設けても同様の効果が得られる。
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態の超音波探触子を図６に示す。図６の構成は、図１に示す圧電素子１をＸ方向から見た断面図を示したものと同様である。第１の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第４の実施の形態の特徴を説明する。
次に、本発明の第４の実施の形態の超音波探触子を図６に示す。図６の構成は、図１に示す圧電素子１をＸ方向から見た断面図を示したものと同様である。第１の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第４の実施の形態の特徴を説明する。
図６では、両面に信号用電極３と接地電極２とを設けた圧電素子１に対して信号用電極３側に背面負荷材５を設け、背面負荷材５の背面にブロック状の熱伝導材６を設け、圧電素子１は機械加工などにより分割溝９を設けて複数個に分割して配列する。これは一般にいわれているアレイ型タイプである。圧電素子１を機械加工などにより分割するときは背面負荷材５の一部の深さまで切り込みを入れるようにする。これは分割した圧電素子１を個々に単独で振動させたときに背面負荷材５を通して隣接する圧電素子１に振動が伝わらないように、つまり、音響的なクロストークを低減させるために必要である。
一方、背面負荷材５の背面に設けたブロック状の熱伝導材６は、圧電素子１の配列方向に連続してつながっている構成にしており、これは可能な限り熱を吸熱して放熱しやすいようにしているためである。このように熱伝導材６をブロック構成にしたときに背面負荷材５への分割溝９の深さの部分に熱伝導材６が存在すると、前述のように隣接する別の圧電素子１に背面負荷材５と熱伝導材６を経由して振動が伝播してしまい音響的なクロストークが大きくなる。特に熱伝導材６は音響的には伝播しやすく、減衰の小さい材料が用いられているので、圧電素子１の分割溝９にかからない深さに設ける構成にすることにより音響的なクロストークを防止することができる。ここで説明した背面負荷材５と熱伝導材６は、第１の実施の形態で説明したものと同じ材料を用いる。
以上のような構成にすると、複数個配列した圧電素子１で発熱した熱及び多重反射により発熱した熱は、背面負荷材５の内部若しくは一部に設けた熱伝導材６で伝導できるようになり、しかも熱伝導材６による音響的なクロストークの影響を少なくする構成にすることにより分解能の劣化を防止することができ、更に超音波探触子の表面温度を低減できるという効果を有する。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる。
＜第５の実施の形態＞
また、第５の実施の形態として、図７に示すように分割溝９をブロック状の熱伝導材６に到達する深さで形成して分割溝９により熱伝導材６の表面に形成された凹凸面上に背面負荷材５を形成した構成にしても上述のような効果は得られる。
また、第５の実施の形態として、図７に示すように分割溝９をブロック状の熱伝導材６に到達する深さで形成して分割溝９により熱伝導材６の表面に形成された凹凸面上に背面負荷材５を形成した構成にしても上述のような効果は得られる。
＜第６の実施の形態＞
なお、上述の実施の形態では、圧電素子１を１次元に配列した構成について説明したが、このほか、圧電素子１を２次元に配列した構成にしても同様の効果が得られる。
なお、上述の実施の形態では、圧電素子１を１次元に配列した構成について説明したが、このほか、圧電素子１を２次元に配列した構成にしても同様の効果が得られる。
本発明の超音波探触子は、超音波診断装置の他、超音波断層画像を得る他の装置に利用することができる。
１、１１ 圧電素子
２、１２ 接地電極
３、１３ 信号用電極
４ 信号用電気端子
５、１５ 背面負荷材
６、１６ 熱伝導材
７、１７ 放熱ブロック
８ 超音波
９ 分割溝
２、１２ 接地電極
３、１３ 信号用電極
４ 信号用電気端子
５、１５ 背面負荷材
６、１６ 熱伝導材
７、１７ 放熱ブロック
８ 超音波
９ 分割溝
Claims (4)
- 一方向に配列された超音波を送受信する両面に電極を設けた圧電素子と、
前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材とを備え、
前記背面負荷材の内部若しくは一部に熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい熱伝導材料を設け、
前記熱伝導材料が電気的に導電性を有するとき、前記圧電素子の電極と前記熱伝導材料の間に前記圧電素子の電極から前記熱伝導材料を電気的に絶縁するフィルム状の絶縁層を設け、前記背面負荷材を介さないで前記熱伝導材料で吸熱した熱を放熱させるよう構成した、
超音波探触子。 - 一方向に配列された超音波を送受信する両面に電極を設けた圧電素子と、
前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材とを備え、
前記背面負荷材の内部に深さ方向及び前記圧電素子の配列方向に沿って平行に熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい１つ又は複数のシート状の熱伝導材料を設け、
前記熱伝導材料が電気的に導電性を有するとき、前記圧電素子の電極と前記熱伝導材料の間に前記圧電素子の電極から前記熱伝導材料を電気的に絶縁するフィルム状の絶縁層を設け、前記背面負荷材を介さないで前記熱伝導材料で吸熱した熱を放熱させるよう構成した、
超音波探触子。 - 一方向に分割溝により分割されて超音波を送受信する複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、
前記背面負荷材の背面に設けられ、前記背面負荷材の熱伝導率より大きいブロック状の熱伝導材料とを備え、
前記分割溝を前記熱伝導材料に到達する深さで形成して前記分割溝により前記熱伝導材料の表面に形成された凹凸面上に前記背面負荷材を形成した超音波探触子。 - 前記熱伝導材料として、高分子フィルムをグラファイト化した高配向性のＰＧＳグラファイトシート、グラファイト、カーボンナノチューブ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、炭化珪素、酸化ベリリウム、銅及びアルミニウムのいずれかの材料を用いた請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
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