JP5331483B2 - 超音波探触子 - Google Patents
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Description
前記音響マッチング層は、少なくとも導電性部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有していることを特徴とする。
この構成により、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。
この構成により、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。
前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層された第1及び第2の音響マッチング層を含み、
前記第1の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有していることを特徴とする。
この構成により、音響マッチング層の多層化により、音響インピーダンスを所望の値にすることが容易になるため、高分解能の診断画像を得ることができ、また、第1の音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。
この構成により、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率を任意に設定することが可能になり、音響インピーダンスの決定が容易になる。
前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成により、機械的な衝撃などによって圧電素子及び一方の電極が割れたとしても絶縁性のフィルムは割れ難いため、断線して故障することが極めて少なくなって操作性の良好な超音波探触子が提供される。
nを3以上の整数として、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層される第1〜第nの音響マッチング層を含み、かつ第1の音響マッチング層と第2の音響マッチング層との間に電気端子が挿着され、
少なくとも前記第1の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有し、
前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記第1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成により、音響マッチング層が多層化されるとともに、音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、高分解能の診断画像を得ることができ、また、第1の音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性が高められ、さらに、絶縁性のフィルムは割れにくいため、断線して故障することが極めて少なくなって操作性も良好な超音波探触子が提供される。
nを3以上の整数として、前記音響マッチング層は、前記圧電素子に順に積層される第1〜第nの音響マッチング層を含み、かつ第2の音響マッチング層と第3の音響マッチング層との間に電気端子が挿着され、
少なくとも前記第1及び第2の音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有し、
前記電気端子は、絶縁性フィルムの一主面に導電性膜が披着され、かつ前記絶縁性フィルムの一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記第1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材及び前記第2の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成により、音響マッチング層が多層化されるとともに、音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、高分解能の診断画像を得ることができ、また、第1及び第2の音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性が高められ、さらに、機械的な衝撃などによっても割れにくい絶縁性のフィルムを使用しているため、操作性の良好な超音波探触子が提供される。
この構成により、第1の音響マッチング層を構成する複合材料における絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率を任意に設定することが可能になり、音響インピーダンスの決定が容易になる。
この構成により、第2の音響マッチング層を構成する複合材料における絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率を任意に設定することが可能になり、音響インピーダンスの決定が容易になる。
前記音響マッチング層を構成する前記複合材料は、
前記導電性部材がZ方向のみにつながりがあって、X、Y方向につながりがなく、前記絶縁性部材又は半導電性部材がX、Y、Zの3方向につながりがある連結構造か、
又は、前記導電性部材がY及びZの2方向につながりがあり、前記絶縁性部材又は半導電性部材がY及びZの2方向につながりがある連結構造か、
又は、前記導電性部材がX、Y、Zの3方向につながりがあり、前記絶縁性部材又は半導電性部材がZ方向のみにつながりがあって、X、Y方向につながりがない連結構造か、いずれか1つの連結構造を有していることを特徴とする。
この構成により、音響マッチング層を構成する複合材料における絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材との体積率の設定が容易になり、また、一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に導電性部材が貫通する部位を形成することが容易になる。
前記音響マッチング層は、少なくとも導電性部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記導電性部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に貫通する部位を有し、かつ厚さ方向に導電性部材は連続的に体積比率が傾斜した、若しくは段階的に体積比率を変えた構成にしていることを特徴とする。
この構成により、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。
この構成により、圧電素子の一方の電極形成面に積層される音響マッチング層の音響インピーダンスを所望の値にすることが可能になり、かつ多層化できるため、周波数の広帯域化ができることによって、高分解能の診断画像を得ることができ、また、音響マッチング層を介して、圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所に電気端子を接続することが可能になるため、信頼性の高い超音波探触子が提供される。
この構成により、音響インピーダンスをも加味しての材料選択が可能となる。
この構成により、音響インピーダンスの決定が容易となる。
<第1の実施の形態>
図1Aは本発明に係る超音波探触子の第1の実施の形態の構成を示す断面図であり、図1Bは図1Aに示す超音波探触子を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図である。
圧電素子1に形成された信号用電極6は、信号用電気端子7を介して、また、圧電素子1の接地電極5は音響マッチング層2の複合材料の導電性部材と接地用電気端子9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによって、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。
図2Aは本発明に係る超音波探触子の第2の実施の形態の構成を示す断面図であり、図2B、図2D、図2Eはそれぞれ図2Aに示す超音波探触子を構成する第1の音響マッチング層の構成例を示す斜視図であり、図2Cは図2Bに示す第1の音響マッチング層の絶縁性部材又は導電性部材として用いたシリコン単結晶の体積比率と音響インピーダンスとの関係を示した線図である。
圧電素子1に形成された信号用電極6は、信号用電気端子7を介して、また、圧電素子1の接地電極5は第1の音響マッチング層2aの複合材料の導電性部材と接地用電気端子9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによって、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図3Aは本発明に係る超音波探触子の第3の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図であり、図3Bは、図3Aに示した超音波探触子を、その図中に示した3つの方向X、Y、Zのうち、Y−Z平面で切断した断面をX方向から見た断面図であり、図3C、3Dはそれぞれ図3A及び図3Bに示した超音波探触子を構成する要素の具体的な構成例を示す斜視図である。
複数の圧電素子1を形成するために、PZT系のような圧電セラミックス、PZN-PT、PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいはPVDFなどで代表される高分子材料の圧電体などで構成され、所定の厚さを有する板材、すなわち圧電板材を準備する。この圧電板材の一主面、すなわちZ方向の前面には接地電極5を、その背面には信号用電極6を、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成する。
圧電素子1の背面に形成された信号用電極6は、信号用電気端子7を介して、また、圧電素子1の前面に形成された接地電極5は、第1の音響マッチング層2aの複合材料の導電性部材と接地用電気端子9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによって、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。
次に、本発明に係る超音波探触子の第4の実施の形態について説明する。図4Aは第4の実施の形態に係る超音波探触子の構成を、その一部を破断して示した斜視図であり、図4Bは、図4Aに示した超音波探触子を、その図中に示した3つの方向X、Y、Zのうち、Y−Z平面で切断した断面をX方向から見た断面図である。
複数の圧電素子1を形成するために、PZT系のような圧電セラミックス、PZN-PT、PMN-PT系のような圧電単結晶、又はこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、あるいはPVDFなどに代表される高分子材料の圧電体などで構成され、所定の厚さを有する板材、すなわち圧電板材を準備する。この圧電板材の一主面、すなわちZ方向の前面には接地電極5を、その背面には信号用電極6を、それぞれ金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどによって形成する。
圧電素子1の背面に形成された信号用電極6は、信号用電気端子7を介して、また、圧電素子1の前面に形成された接地電極5は、第1の音響マッチング層2aの複合材料の導電性部材と接地用電気端子9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによって、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図5Aは本発明に係る超音波探触子の第5の実施の形態の構成を、その一部を破断して示した斜視図であり、図5Bは、図5Aに示した超音波探触子を、その図中に示した3つの方向X、Y、Zのうち、Y−Z平面で切断した断面をX方向から見た断面図である。
図6Aは本発明に係る超音波探触子の第6の実施の形態の構成を示す断面図であり、図6Bは図6Aに示す超音波探触子を構成する音響マッチング層の構成例を示す断面図である。
圧電素子1に形成された信号用電極6は、信号用電気端子7を介して、また、圧電素子1の接地電極5は音響マッチング層2の複合材料の導電性部材20と接地用電気端子9とを介して、それぞれ不図示のケーブルの一端に電気的に接続され、これらのケーブルのそれぞれの他端は不図示の超音波診断装置の本体部に接続される。これによって、超音波診断装置の本体部で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子1に印加して超音波を発信し、また、受信した超音波のエコーを電気信号に変換して超音波診断装置の本体部に送信する。
図7Aは本発明に係る超音波探触子を構成する音響マッチング層の第7の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、超音波探触子の概略断面図は第6の実施の形態で説明した図6Aと同じであり音響マッチング層2の構成が違うだけなので、超音波探触子は図6Aを用いて説明し、音響マッチング層の部分は図7Aを用いて説明する。
図8は本発明に係る超音波探触子の第8の実施の形態を構成する音響マッチング層の構成を示す断面図である。なお、超音波探触子の概略断面図は第2の実施の形態で説明した図2Aと同じであり第1の音響マッチング層2aの構成が違うだけなので、超音波探触子は図2Aを用いて説明し、第1の音響マッチング層の部分は図8を用いて説明する。
Claims (15)
- 厚さ方向の両面に電極が形成された圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極形成面に積層された音響マッチング層とを備えた超音波探触子において、
前記音響マッチング層は、導電性部材である第1の部材及び前記第1の部材とは異なる第2の部材を含む複数の素材の複合材料で構成され、かつ前記第1の部材は、前記圧電素子の一方の電極形成面の複数箇所で、それぞれ層の厚さ方向に端部から端部まで連続する部位を有するとともに、
前記音響マッチング層は、前記厚さ方向と直交する方向をX方向と、前記厚さ方向及び前記X方向と直交する方向をY方向とした場合、前記音響マッチング層の厚さ方向の両面において、前記第1の部材が前記X方向、前記Y方向のうち少なくとも一方向に沿って前記音響マッチング層の端部から端部まで連続する連結構造を有している超音波探触子 。 - 前記第2の部材は導電性部材であることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
- 前記音響マッチング層は、絶縁性部材又は半導電性部材と、導電性部材とを含む複数の素材の複合材料、若しくは絶縁性部材又は半導電性部材を含む複数の素材と、導電性部材を含む複数の素材との複合材料で構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波探触子。
- 前記絶縁性部材又は半導電性部材が、ガラス、セラミックス、水晶、有機高分子と金属の複合体、シリコンの単結晶若しくは多結晶のうちの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項3に記載の超音波探触子。
- 前記複合材料が一体として5メガレールスから20メガレールスの音響インピーダンスをもつように、前記第1の部材と前記第2の部材の体積比率が調整されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の超音波探触子。
- 前記第1の部材又は前記第2の部材は、前記X方向又は前記Y方向において配置される間隔がランダムであることを特徴する請求項1から4のいずれか1つに記載の超音波探触子。
- 前記圧電素子は、前記厚さ方向と直交する方向に複数配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の超音波探触子。
- 前記複合材料は、前記第1の部材と、前記第2の部材とが、あらかじめ定めた領域に配置されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の超音波探触子。
- 前記音響マッチング層は第1の音響マッチング層であり、前記第1の音響マッチング層に対して前記圧電素子とは反対側に第2の音響マッチング層が積層されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の超音波探触子。
- 前記音響マッチング層の外表面部に積層された電気端子を備え、
前記電気端子は、絶縁性フィルムと前記絶縁性フィルムの一主面に被着される導電性膜を含み、かつ前記導電性膜の一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、前記導電性膜が、前記音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の超音波探触子。 - 前記音響マッチング層は第1の音響マッチング層であり、前記第1の音響マッチング層に対して前記圧電素子とは反対側に第2の音響マッチング層が積層され、
前記第1の音響マッチング層と前記第2の音響マッチング層との間に前記電気端子が挿着されていることを特徴とする請求項10に記載の超音波探触子。 - 前記第2の音響マッチング層に対して前記第1の音響マッチング層が形成されている側とは反対側に第3の音響マッチング層が形成されていることを特徴とする請求項11に記載の超音波探触子。
- 前記音響マッチング層は、前記圧電素子側から順に積層された第1の音響マッチング層と第2の音響マッチング層とを含み、前記第2の音響マッチング層に対して前記第1の音響マッチング層とは反対側に第3の音響マッチング層が積層され、
前記音響マッチング層の外表面部に積層された電気端子を備え、
前記第2の音響マッチング層と前記第3の音響マッチング層との間に前記電気端子が挿着され、
前記電気端子は、絶縁性フィルムと前記絶縁性フィルムの一主面に被着される導電性膜を含み、かつ前記導電性膜の一主面が前記音響マッチング層に対向するように積層され、
前記導電性膜が、前記第1の音響マッチング層を構成する前記導電性部材及び前記第2の音響マッチング層を構成する前記導電性部材を介して、前記圧電素子に形成された一方の前記電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の超音波探触子。 - 前記導電性部材は、前記音響マッチング層の前記厚さ方向に段階的に体積比率を変えた構成にしていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の超音波探触子。
- 前記複合材料の前記導電性部材が、金属、金属と高分子材料の複合体、グラファイトの炭化物のうちの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項1から14のいずれか1つに記載の超音波探触子。
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