JP7013661B2 - 超音波デバイスユニット、超音波探触子、及び超音波装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の超音波デバイスユニットは、複数の超音波素子のそれぞれに対応する端子を有する超音波デバイスを備え、当該超音波デバイスがフレキシブルプリント基板(フレキ板)を介して、装置端末に接続される。
このフレキ板は、中心線に対して一端側に第一平板部が設けられ、この第一平板部に超音波デバイスが固定される。また、フレキ板は、中心線に対して他端側に第二平板部が設けられ、この第二平板部に超音波デバイスの各端子を接続されるコネクターが設けられる。
つまり、突出部が設けられていない場合、フレキシブルプリント基板を、配線が断線しないように第一辺に沿って屈曲部を湾曲させることが困難となる。例えば、屈曲部を第一辺で角度をつけて強く折り込むとデバイス側端子と接続される配線が断線するおそれがある。また、断線を抑制するために屈曲部を湾曲させて折り込むと、第一辺に対して傾斜して屈曲部が折り込まれる場合がある。この場合、フレキシブルプリント基板の外縁部の一部が補強板の外縁よりも外側に突出する等、フレキシブルプリント基板を折り曲げた際の超音波デバイスユニットのサイズが大きくなる。
これに対して、本適用例では、外縁部が突出部に接することで位置決めされるため、屈曲部を第一辺に沿って湾曲させることができるので、配線の断線を抑制できる。また、フレキシブルプリント基板が突出部で位置決めされることで、適正な位置で湾曲させることができるので、フレキシブルプリント基板の一部が補強板の外縁より外側に突出することがなく、超音波デバイスユニットの小型化をも図れる。
本適用例では、フレキシブルプリント基板を第一辺に沿って折り曲げた際に、外縁部が複数の突出部により位置決めされる。このため、フレキシブルプリント基板を、より適正に第一辺に対して傾斜させずに折り曲げることができる。
上記のように、フレキシブルプリント基板を補強板の互いに対向する第一辺及び第三辺
で折り曲げる場合、第一辺側から折り曲げられたフレキシブルプリント基板が第二突出部に被さり、第三辺側から折り曲げられたフレキシブルプリント基板が第一突出部に被さる。これに対して、本適用例では、第一端縁から対向縁までの距離が第二突出部の第一方向の幅寸法より大きく、第二端縁から対向縁までの距離が第一突出部の第一方向の幅寸法より大きいスリットが設けられている。このため、フレキシブルプリント基板を第一辺及び第三辺に沿って折り曲げた際に、第一突出部や第二突出部がスリット内に挿通され、フレキシブルプリント基板が第一突出部及び第二突出部に被さる不都合を抑制できる。
本適用例の超音波探触子では、筐体内に上述したような超音波デバイスユニットが収納されており、当該超音波探触子を被検体に接触させることで、被検体に対する超音波測定を実施することができる。そして、上述したように、超音波デバイスユニットは、フレキシブルプリント基板を、配線の断線を抑制しつつ、超音波デバイスの第一辺に沿って折り曲げることができ、省スペース化に適した形状に容易に変形させることができる。このため、超音波探触子の限られたスペース内に、超音波デバイスユニットを適切に配置することができ、超音波探触子の小型化をも図れる。
本適用例では、上述のような超音波デバイスユニットを制御することで、超音波測定の測定結果に応じた各種超音波処理(例えば、被検体に対する超音波測定や、被検体に対する超音波治療等)を実施できる。そして、上述のように、超音波デバイスユニットは小型化が可能であるので、超音波装置においても、装置の小型化を図ることができる。
図1は、超音波測定装置1の概略構成を示す斜視図である。
超音波測定装置1は、超音波装置に相当し、図1に示すように、超音波プローブ2と、超音波プローブ2にケーブル3を介して電気的に接続された制御装置10と、を備える。
この超音波測定装置1は、超音波プローブ2が生体(例えば人体)の表面に接触された状態で、超音波プローブ2から生体内に超音波を送出する。また、生体内の器官にて反射された超音波を超音波プローブ2にて受信し、その受信信号に基づいて、例えば生体内の内部断層画像を取得したり、生体内の器官の状態(例えば血流等)を測定したりする。
制御装置10は、制御部に相当し、例えば、図1に示すように、ボタンやタッチパネル等を含む操作部11と、表示部12と、を備える。また、制御装置10は、図示は省略するが、メモリー等により構成された記憶部と、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部と、を備える。制御装置10は、記憶部に記憶された各種プログラムを、演算部に実行させることにより、超音波測定装置1を制御する。例えば、制御装置10は、超音波プローブ2の駆動を制御するための指令を出力したり、超音波プローブ2から入力された受信信号に基づいて、生体の内部構造の画像を形成して表示部12に表示させたり、血流等の生体情報を測定して表示部12に表示させたりする。このような制御装置10としては、例えば、タブレット端末やスマートフォン、パーソナルコンピューター等の端末装置を用いることができ、超音波プローブ2を操作するための専用端末装置を用いてもよい。
図2は、超音波プローブ2の外観を示す斜視図である。図3は、図2のA-A線(平面SA)で切断した超音波プローブ2の断面図であり、図4は、図2のB-B線(平面SB)で切断した超音波プローブ2の断面図である。
超音波プローブ2は、超音波探触子に相当し、図1から図4に示すように、筐体21と、筐体21の内部に格納される超音波デバイスユニット4と、を備える。また、超音波デバイスユニット4は、超音波デバイス5と、フレキシブルプリント基板(フレキ板6)と、第一補強板71と、第二補強板72と、を備えて構成される。
以下、各構成について詳細に説明する。
超音波デバイスユニット4を構成する超音波デバイス5は、図3及び図4に示すように、超音波基板51と、封止板52と、配線基板53と、音響レンズ54と、を含み、配線基板53、封止板52、超音波基板51、及び音響レンズ54の順に積層されることで構成されている。本実施形態では、超音波デバイス5は、配線基板53、封止板52、超音波基板51、及び音響レンズ54の積層方向(Z方向)から見た平面視において、例えば矩形状に形成されている。
[2-1-1.超音波基板51の構成]
図5は、本実施形態の超音波基板51の概略構成を示す平面図である。
図5に示すように、超音波基板51には、X方向(第二方向:スキャン方向)及びY方向(第一方向:スライス方向)に沿って、複数の超音波トランスデューサーTrが2次元アレイ状に配置されている。本実施形態では、Y方向に配置された複数の超音波トランスデューサーTr(超音波素子)により、1CH(チャネル)の送受信列Ch(振動子)が構成される。また、当該1CHの送受信列ChがY方向に沿って複数並んで配置されることで、1次元アレイ構造の超音波基板51が構成される。ここで、超音波基板51のうち、超音波トランスデューサーTrが配置される領域をアレイ領域Ar1とする。
なお、図5は、説明の便宜上、超音波トランスデューサーTrの配置数を減らしているが、実際には、より多くの超音波トランスデューサーTrが配置されている。
超音波基板51は、図6に示すように、素子基板511と、素子基板511上に設けられる支持膜512と、支持膜512上に設けられる圧電素子513と、を備えて構成されている。
素子基板511は、例えばSi等の半導体基板により構成されている。この素子基板511は、各々の超音波トランスデューサーTrに対応した基板開口部511Aが設けられている。本実施形態では、各基板開口部511Aは、素子基板511の基板厚み方向を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側(封止板52側)に支持膜512が設けられる。
また、基板開口部511Aの支持膜512が設けられない側には、生体に近い音響インピーダンスを有する音響層515が充填されている。
さらに、素子基板511の支持膜512と反対側の面には、素子基板511及び音響層515に接する音響レンズ54が設けられている。この音響レンズ54は、超音波デバイスユニット4を筐体21に格納した際に、筐体21に設けられたセンサー窓211B(図1等参照)から露出される部分であり、超音波測定の実施時に被検体に接する部分となる。当該音響レンズ54は、音響層515と同様、生体に近い音響インピーダンスを有する例えばシリコーン等により構成されており、X方向を軸としたシリンドリカル形状に形成されている。
なお、本実施形態では、支持膜512は、Siにより構成される素子基板511の一面側を熱酸化処理してSiO2とし、さらにZrO2を積層することで形成されている。この場合、SiO2を含む支持膜512をエッチングストッパーとして、素子基板511をエッチングすることで、容易に基板開口部511A及び隔壁511Bを形成することが可能となる。
ここで、支持膜512のうち、基板開口部511Aを閉塞する部分は振動部512Aを構成し、この振動部512Aと、圧電素子513とにより、1つの超音波トランスデューサーTrが構成される。
このような超音波トランスデューサーTrでは、下部電極513A及び上部電極513Cの間に所定周波数の矩形波電圧(駆動信号)が印加されることで、圧電膜513Bが撓んで振動部512Aが振動して超音波が送出される。また、生体から反射された超音波(反射波)により振動部512Aが振動されると、圧電膜513Bの上下で電位差が発生する。これにより、下部電極513A及び上部電極513Cの間に発生する電位差を検出することで、受信した超音波を検出することが可能となる。
なお、本実施形態の超音波基板51は、図5における紙面裏側の方向、つまり、図6の+Z側に向かって超音波を送信する。
封止板52は、厚み方向から見た際の平面形状が例えば超音波基板51と同形状に形成されている。また、封止板52は、超音波基板51の支持膜512側で、かつ基板厚み方向から見て隔壁511Bと重なる位置において、例えば樹脂等の固定部材により接合されて、超音波基板51を補強する。
この封止板52には、素子基板511の駆動端子513D及び共通端子514Aに対向する位置には、図示略の開口が設けられ、当該開口に、駆動端子513D及び共通端子514Aと配線基板53とを接続する例えば貫通電極521(図7参照)が挿通される。
図7は、配線基板53の概略構成を示す平面図である。
配線基板53は、図7に示すように、各駆動端子513D及び各共通端子514Aに対向する位置に、デバイス側端子(第一デバイス側端子531及び第二デバイス側端子532)を備えている。これらのデバイス側端子は、それぞれ、封止板52に設けられた貫通電極521を介して駆動端子513Dや各共通端子514Aに接続されている。
また、本実施形態では、第一デバイス側端子531及び第二デバイス側端子532は、それぞれn(nは2以上の整数)個設けられている。ここで、-X側端部に配置される第一デバイス側端子を第1の第一デバイス側端子531、-X側端部に配置される第二デバイス側端子を第1の第二デバイス側端子532、+X側端部に配置される第一デバイス側端子を第nの第一デバイス側端子531、+X側端部に配置される第二デバイス側端子を第nの第二デバイス側端子532とする。-X側端部から数えて「i」番目に配置される第一デバイス側端子531及び第二デバイス側端子532は、第iの第一デバイス側端子531及び第二デバイス側端子532となる。
これらの第一デバイス側端子531、及び第二デバイス側端子532には、それぞれフレキ板6が接続される。
図8は、本実施形態のフレキ板6の表面の概略構成を示す平面図である。図9は、フレキ板の配線構造を示す図である。なお、図8は、図3及び図4に示したフレキ板6を平面に展開して、フレキ板6を超音波デバイス5が接続される側の面から見た場合の図である。
フレキ板6は、図8に示すように、例えば平面視矩形状に形成されている。ここで、以上の説明にあたり、フレキ板6のうち、-Y側の外縁(X方向に沿った辺)を第一外縁部6Aとし、+Y側の外縁(X方向に沿った辺)を第二外縁部6Bと称する。
このフレキ板6は、X方向に対して5つの領域に分けられる。具体的には、フレキ板6は、X方向の中央部に配置されるデバイス接続部61と、デバイス接続部61より-X側に位置する第一コネクター部62と、デバイス接続部61より+X側に位置する第二コネクター部63とを備える。また、デバイス接続部61と第一コネクター部62とは、第一屈折部64を介して連結(接続)され、デバイス接続部61と第二コネクター部63とは、第二屈折部65を介して連結(接続)されている。
デバイス接続部61は、超音波デバイス5が接続される部分であり、音響レンズ54に対応した略矩形状の開口部611を有する。また、デバイス接続部61は、開口部611の-Y側に設けられる第一配線部612と、開口部611の+Y側に設けられる第二配線部613と、を含んで構成される。
第一接続部614は、開口部611に臨むX方向に沿った接続辺614Aに設けられ、当該接続辺614Aに沿って、各第一デバイス側端子531に接続される接続端子を有する。
第一屈曲部615は、第一接続部614から-Y側(第一延出方向)に連続して延設される部分である。詳細は後述するが、この第一屈曲部615は、フレキ板6を折り曲げる際に、円弧状に湾曲し、第一補強板71の第一辺71A(図11参照)を含む断面(対向端面715)に対向する。
また、第一接続部614及び第一屈曲部615の-X側の第一負側端縁612A(第一端縁)は、後述する第一屈折部64に設けられる第一スリット641の開口縁の一部を構成する。さらに、第一接続部614及び第一屈曲部615の+X側の第一正側端縁612B(第二端縁)は、後述する第二屈折部65に設けられる第二スリット651の開口縁の一部を構成する。
本実施形態では、図9に示すように、第一デバイス側端子531のうち、第1から第kまでの第一デバイス側端子531に接続される配線(第一配線661)は、第一デバイス積層部616において第一コネクター部62に向かって延設される。一方、第一デバイス側端子531のうち、第k+1から第nまでの第一デバイス側端子531に接続される配線(第三配線663)は、第一デバイス積層部616において第二コネクター部63に向かって延設される。
また、第一デバイス積層部616の-Y側の端縁は、第一外縁部6Aとなる。つまり、第一外縁部6Aは、第一接続部から第一屈曲部615の延出方向(第一延出方向)の端部に位置している。
具体的には、第二配線部613は、第二接続部617と、第二屈曲部618と、第二デバイス積層部619とを備える。
第二接続部617は、開口部611に臨むX方向に沿った接続辺617Aに沿って設けられ、当該接続辺617Aに沿って、各第二デバイス側端子532に接続される接続端子を有する。
第二屈曲部618は、第二接続部617から+Y側(第二延出方向)に延設される部分であり、フレキ板6を折り曲げる際に、後述する第一補強板71の第三辺71Cを含む端面(対向端面715)に対向する。
第二デバイス積層部619に設けられる配線のうち、第1から第kまでの第二デバイス側端子532に接続される配線(第二配線662)は、第一コネクター部62に向かって延設される。また、第k+1から第nまでの第二デバイス側端子532に接続される配線(第四配線664)は、第二コネクター部63に向かって延設される。
また、第二デバイス積層部619の+Y側の端縁は、第二外縁部6Bとなる。つまり、第二外縁部6Bは、第二接続部617から第二屈曲部618の延出方向(第二延出方向)の端部に位置している。
第一コネクター部62及び第二コネクター部63は、デバイス接続部61の±X側に設けられ、デバイス接続部61のX方向の幅寸法よりも小さい幅寸法を有する。
これらの第一コネクター部62及び第二コネクター部63は、複数の外部接続端子622,632(図9参照)が設けられる複数のコネクター621,631を備える。本実施形態では、図8及び図9に示すように、第一コネクター部62及び第二コネクター部63にそれぞれ3つのコネクター621,631が設けられている。また、各コネクター621,631には、配線661,662,663,664の何れかに接続される外部接続端子622,632が設けられている。
なお、本実施形態では、3つのコネクター621,631が設けられる例を示すが、これに限定されず、1つ又は2つのコネクター621,631であってもよく、4つ以上のコネクター621,631であってもよい。
第一コネクター部62の3つのコネクター621のうち、X方向の中央部に位置するコネクター621Bには、第k1+1の外部接続端子622から、第k2(k1<k2<k)の外部接続端子622までが配置される。また、当該コネクター621Bにおいて、+X側端部に第k1+1の外部接続端子622が配置され、-X側端部に第k2の外部接続端子622が配置される。
第一コネクター部62の3つのコネクター621のうち、-X側に位置するコネクター621Cには、第k2+1の外部接続端子622から、第kの外部接続端子622までが配置される。また、当該コネクター621Cにおいて、+X側端部に第k2+1の外部接続端子622が配置され、-X側端部に第kの外部接続端子622が配置される。
つまり、第一コネクター部62において、+X側から数えて「i(1≦i≦k)」番目の外部接続端子622が、第iの外部接続端子となる。
ここで、第一コネクター部62において配置される第一配線661及び第二配線662は、デバイス接続部61と同様、Y中心軸線LYに対して略線対称となる。つまり、第一配線661における第一デバイス側端子531から外部接続端子622までの配線長さと、第二配線662における第二デバイス側端子532から外部接続端子622までの配線長さとは、略同一長さとなる。
第二コネクター部63の3つのコネクター631のうち、X方向の中央部に位置するコネクター631Bには、第k3+1の外部接続端子632から、第k4(k3<k4<n)の外部接続端子632までが配置される。また、当該コネクター631Bにおいて、+X側端部に第k3+1の外部接続端子632が配置され、-X側端部に第k4の外部接続端子632が配置される。
第二コネクター部63の3つのコネクター631のうち、-X側に位置するコネクター631Cには、第k4+1の外部接続端子632から、第nの外部接続端子632までが配置される。また、当該コネクター631Cにおいて、+X側端部に第k4+1の外部接続端子632が配置され、-X側端部に第nの外部接続端子632が配置される。
つまり、第二コネクター部63において、+X側から数えて「i(k+1≦i≦n)」番目の外部接続端子632が、第iの外部接続端子632となる。
ここで、第二コネクター部63において配置される第三配線663及び第四配線664は、デバイス接続部61と同様、Y中心軸線LYに対して略線対称となる。つまり、第三配線663における第一デバイス側端子531から外部接続端子632までの配線長さと、第四配線664における第二デバイス側端子532から外部接続端子632までの配線長さとは、略同一長さとなる。
図10は、各送受信列Chに対して印加される駆動電圧の電圧値を示す図である。図10において、一点鎖線は、デバイス接続部に対して1つのコネクター部のみを有するフレキ板(従来例)を用いた場合の電圧値を示し、実線は本実施形態における電圧値を示す。
図10に示すように、従来は、デバイス側端子のうちコネクター部に近い位置では、コネクター部のデバイス接続部側に位置する外部接続端子に接続され、デバイス側端子のうちコネクター部から離れるに従って、コネクター部のデバイス接続部から離れた位置の外部接続端子に接続される。したがって、デバイス側端子のうち、コネクター部から離れるに従って、配線の長さも長くなり、電圧降下の影響を受けて、デバイス側端子に接続される各送受信列Chに印加される駆動電圧の電圧値も降下する。
これに対して、本実施形態では、上記のように第一コネクター部62及び第二コネクター部63を有し、これらのコネクター部62,63に対して同数の配線661,662,663,664が配置される。さらに、本実施形態では、超音波デバイス5の中心を通りY方向に平行なX中心軸線LXに対して、第一配線661と第三配線663とが略線対称となり、第二配線662と第四配線664とが略線対称となる。つまり、第iの第一デバイス側端子531に接続される第一配線661、第iの第二デバイス側端子532に接続される第二配線662、第(n-i+1)の第一デバイス側端子531に接続される第三配線663、第(n-i+1)の第二デバイス側端子532に接続される第四配線664は、略同じ長さとなり、図10に示すように、電圧降下の影響が抑制される。
図8に示すように、第一屈折部64は、デバイス接続部61と第一コネクター部62との間に設けられて、デバイス接続部61に対して第一コネクター部62を折り曲げ可能に連結する。同様に、第二屈折部65は、デバイス接続部61と第二コネクター部63との間に設けられて、デバイス接続部61に対して第二コネクター部63を折り曲げ可能に連結する。
第一屈折部64は、デバイス接続部61に設けられる開口部611に連結された第一スリット641と、第一スリット641の±Y側でデバイス接続部61及び第一コネクター部62に連結される第一連結部642と、を有する。
ここで、寸法D1は、後述する第一補強板71(図11参照)に支持された超音波デバイス5に対してフレキ板6を接続した際に、配線基板53から第一補強板71の第一辺71A(図11参照)までの距離よりも大きい寸法となる。
この第二スリット651は、第一スリット641と略同様の構成を有し、-X側の開口縁の一部に、第一正側端縁612B及び第二正側端縁613Bを含んで、開口部611に連結される。第二スリット651の第一正側端縁612B及び第二正側端縁613Bに対向する開口縁はY方向に沿った直線状の第二対向縁651Aとなる。
また、第二スリット651の-Y側の端縁(第二スリット端縁651B)は、第二対向縁651A及び第一正側端縁612Bの-Y側端部間を連結し、第二スリット651の+Y側の端縁(第二スリット端縁651C)は、第二対向縁651A及び第二正側端縁613Bの+Y側端部間を連結する。第二スリット端縁651Bは、第一接続部614から-Y側に寸法D1となる位置に設けられ、第二スリット端縁651Cは、第二接続部617から+Y側に寸法D1となる位置に設けられている。
ところで、第一接続部614が接続される第一デバイス側端子531は、超音波デバイス5の-Y側端部に設けられ、第二接続部617が接続される第二デバイス側端子532は、超音波デバイス5の+Y側端部に設けられる。第一スリット端縁641B及び第一接続部614、第一スリット端縁641B及び第一接続部614がそれぞれ寸法D1だけ離れていることは、第一スリット641及び第二スリット651のY方向の幅寸法が超音波デバイス5のY方向の幅寸法よりも大きいことを意味する。
[2-3-1.第一補強板71の構成]
図11は、第一補強板71の平面図、正面図、及び側面図である。なお、図11におけるXYZ軸の各軸は、図3,4のように、フレキ板6に第一補強板71を固定して筐体21に収納した状態での軸を示している。
第一補強板71は、超音波デバイス5を支持し、筐体21に対して固定される。また、第一補強板71は、超音波デバイス5に接続されるフレキ板6と接触した際に、フレキ板6の配線のショートを抑制するために、樹脂部材により構成されている。
この第一補強板71は、図11に示すように、基板厚み方向から見た平面図において、例えば略矩形状を有し、X方向に沿った第一辺71A(-Y側)及び第三辺71C(+Y側)と、Y方向に沿った第二辺71B(-X側)及び第四辺71D(+X側)を備える。第二辺71B及び第四辺71Dは、超音波デバイス5を第一補強板71に固定してフレキ板6を接続した際に、第一屈曲部615や第二屈曲部618の延出方向に沿う辺となる。第一辺71A及び第三辺71Cは、超音波デバイス5を第一補強板71に固定してフレキ板6を接続した際に、第一屈曲部615や第二屈曲部618の延出方向に交差する辺となる。
具体的には、第一基準面711Aは、位置決めブロック711の±Y側端面であって、XZ面と平行な平面となる。
なお、本実施形態では、第四基準面711Dは、図11に示すように、裏面714と同一平面に設けられている。
また、各位置決めブロック711のX方向に沿った幅寸法W4は、第一スリット641の幅寸法W1及び第二スリット651の幅寸法W2よりも小さい(図8参照)。
ここで、第一辺71Aを挟んで対向する一対のガイド面711Eの間のX方向に沿った距離は、フレキ板6の第一接続部614及び第一屈曲部615のX方向の幅寸法W3と略同一となる。
第一突出部717は、各位置決めブロック711上で、Y中心軸線LYより第三辺71C側に設けられる。すなわち、本実施形態では、2つの第一突出部717が設けられる。第一突出部717の-Y側の端面は、フレキ板6を第一屈曲領域Ar3で湾曲させた際に、フレキ板6の第一外縁部6Aが当接して位置決めされる第一位置決め面717Aとなる。
一方、第二突出部718は、各位置決めブロック711上で、Y中心軸線LYより第一辺71A側に設けられる。すなわち、本実施形態では、2つの第二突出部718が設けられる。第二突出部718の+Y側の端面は、フレキ板6を第二屈曲領域Ar4で湾曲させた際に、フレキ板6の第二外縁部6Bが当接して位置決めされる第二位置決め面718Aとなる。
また、第一補強板71の固定面712に超音波デバイス5を固定した際、第一デバイス側端子531は、図11に示すように、第一辺71Aから寸法D14(第一距離)の第一位置531Aに位置し、第二デバイス側端子532は、第三辺71Cから寸法D15(第二距離)の第二位置532Aに位置する。
そして、本実施形態では、第一補強板71の厚み寸法(固定面712から裏面714までの厚み寸法)をD16とすると、第一スリット端縁641Bから第一接続部614まで(第一スリット端縁641Cから第二接続部617、第二スリット端縁651Bから第一接続部614、第二スリット端縁651Cから第二接続部617)の寸法D1は下記式(1)(2)の条件を満たす。
D1>D13+D14+D16 ・・・(1)
D1>D12+D15+D16 ・・・(2)
第二補強板72は、図3及び図4に示すように、第二コネクター部63を支持する。
図12は、第二補強板72の平面図、正面図、及び側面図である。なお、図12におけるXYZ軸の各軸は、図3,4のように、フレキ板6に第二補強板72を固定して筐体21に収納した状態での軸を示している。
図12に示すように、第二補強板72は、第一補強板71と同様に、板厚み方向から見た平面視において、第五辺72A、第六辺72B,第七辺72C、第八辺72Dを有する略矩形状となる。
第二補強板72は、第二コネクター部63の中央部(コネクター631が配置される領域)が接するコネクター支持面721と、コネクター支持面721の反対側の裏面722とを備える。そして、第二補強板72は、第一補強板71と同様、X方向に沿う第五辺72A,第七辺72Cに、円弧状に湾曲する第二屈曲案内部723が設けられている。
第二位置決めブロック724は、コネクター支持面721とは反対側の面において、凹部724Aを備えている。この凹部724Aは、フレキ板6の第一屈折部64及び第二屈折部65の配置スペースとなる。すなわち、-X側に位置する第二位置決めブロック724の凹部724AのY方向の幅寸法D2は、第一屈折部64の第一連結部642のY方向の幅寸法D3,D4以上であり、好ましくは、D2=D3=D4である。
また、図示は省略するが、+X側に位置する第二位置決めブロック724の凹部724AのY方向の幅寸法は、第二屈折部65の第二連結部のY方向の幅寸法D5,D6以上であり、好ましくは、寸法D5及びD6と同一寸法である。
つまり、凹部724AのY方向の幅寸法を、第一連結部642及び第二連結部652のY方向の幅寸法と同値とすることで、凹部724Aの内周側面で、第一連結部642や第二連結部652の±Y側の端縁(第一外縁部6A,第二外縁部6B、第一スリット端縁641B,641C,第二スリット端縁651B,651C)を支持することができる。
本実施形態では、載置面724Bは、裏面722よりも-Z側(筐体21内に格納する際には+Z側)に位置する。これにより、載置面724Bを第一突出部717及び第二突出部718に載置した際に、第一補強板71の裏面714と、第二補強板72の裏面722との間に、少なくとも、多重に折り曲げられたフレキ板6と第一コネクター部62のコネクター621の配置スペースS以上の空間が形成される。
筐体21は、図2に示すように、格納部211と、蓋部212とを備える。
格納部211は、図3及び図4に示すように、超音波デバイスユニット4を格納する器状部材であり、底部211Aに超音波デバイス5の音響レンズ54が外部に露出するセンサー窓211Bを有する。
また、格納部211の底部211Aには、センサー窓211Bを囲うように、デバイス設置部213(ユニット保持部)が設けられている。このデバイス設置部213は、底部211Aから立ち上がり、第一補強板71の4角部を嵌合する枠状に形成されている。
上述したような超音波プローブ2では、まず、超音波デバイス5を第一補強板71の固定面712に固定する。
次に、フレキ板6の第一接続部614を、超音波デバイス5の配線基板53の-Y側に接続する。これにより、第一接続部614の各接続端子と第一デバイス側端子531とが導通する。また、第二接続部617を、超音波デバイス5の配線基板53の+Y側に接続する。これにより、第二接続部617の各接続端子と第二デバイス側端子532とが導通する。
この際、フレキ板6の第一負側端縁612Aを第一辺71Aの-X側に位置するガイド面711Eに当接(案内)させ、第一正側端縁612Bを第一辺71Aの+X側に位置するガイド面711Eに当接(案内)させる。また、フレキ板6の第二負側端縁613Aを第三辺71Cの-X側に位置するガイド面711Eに当接(案内)させ、第二正側端縁613Bを第三辺71Cの+X側に位置するガイド面711Eに当接(案内)させる。
この後、フレキ板6を、X方向に沿った第一屈曲部615を含む第一屈曲領域Ar3(図8参照)で湾曲させ、フレキ板6の-Y側の端縁を+Y側に折り返す。また、フレキ板6を、X方向に沿った第二屈曲部618を含む第二屈曲領域Ar4(図8参照)で湾曲させ、フレキ板6の+Y側の端縁を-Y側に折り返す。なお、第一屈曲領域Ar3及び第二屈曲領域Ar4のうち、いずれを先に折り返してもよい。
また、フレキ板6の第一外縁部6Aを、第一補強板71の裏面714側において、第一突出部717の第一位置決め面717Aに当接させ、第二外縁部6Bを、第二突出部718の第二位置決め面718Aに当接させる。これにより、フレキ板6の第一外縁部6A及び第二外縁部6Bが、それぞれ複数(2つ)の突出部に位置決めされることになり、フレキ板6を第一屈曲領域Ar3及び第二屈曲領域Ar4で適正に折り曲げることができ、X方向に対する傾斜が抑制される。
さらに、第一位置決め面717Aから第二位置決め面718Aまでの寸法D11をD11=D3=D4=D5=D6とした場合では、第一位置決め面717A及び第二位置決め面718Aに、第一連結部642及び第二連結部652の±Y側端縁を当接させてガイドすることができる。この場合、第一補強板71(超音波デバイス5)に対するフレキ板6の傾斜がより確実に抑制される。
さらに、第二コネクター部63の第一屈曲領域Ar3及び第二屈曲領域Ar4は、第二ガイド面724Cに案内されて、第二補強板72の第二屈曲案内部723に沿って湾曲され、第二コネクター部63の第一屈曲領域Ar3より-Y側の領域、及び第二屈曲領域Ar4より+Y側の領域が、第二補強板72の裏面に重ね合わされる。
また、第一屈折部64を第一補強板71の裏面714側に折り曲げることで、第一コネクター部62のコネクター621が、-Z側に向かって突出する。
具体的には、図3及び図4に示すように、第一補強板71の位置決めブロック711の第一基準面711A、及び第二基準面711Bを、筐体21に設けられたデバイス設置部213に当接させて、嵌合する。これにより、第一補強板71の第三基準面711Cが筐体21の底部211Aに当接し、センサー窓211Bから超音波デバイス5の音響レンズ54が突出する。
また、この際、第一コネクター部62の各コネクター621が、格納部211の底部211Aとは反対側に露出する。そして、コネクター621に対してケーブル3の先端に設けられた端子を接続する。
この後、第二屈折部65を折り曲げ、第二コネクター部63が支持された第二補強板72を第一補強板71に重ね合わせる。これにより、第二補強板72の第二位置決めブロック724の載置面724Bが、第一補強板71の位置決めブロック711の第一突出部717及び第二突出部718に載置される。
この際、第二屈折部65における第二スリット651の幅寸法W2は、W2>W1となるため、図15及び図16に示すように、第二コネクター部63が第一コネクター部62に干渉せず、かつ、第一屈折部64や第二屈折部65が外側に突出することがないので、フレキ板6の小型化を促進できる。
また、第二補強板72に支持された第二コネクター部63のコネクター631が-Z側に露出するので、コネクター631に対してケーブル3の先端に設けられた端子を接続する。この後、格納部211に蓋部212を固定し、センサー窓211Bと音響レンズ54との間を例えばシリコーン樹脂等の樹脂材によりシールすることで、超音波プローブ2が組み立てられる。
本実施形態の超音波デバイスユニット4は、超音波デバイス5と、超音波デバイス5に接続されるフレキ板6と、超音波デバイス5を支持する第一補強板71と、を備える。フレキ板6は、超音波デバイス5に接続する第一接続部614及び第二接続部617と、これらの第一接続部614及び第二接続部617から延設される第一屈曲部615及び第二屈曲部618を備え、フレキ板6の第一屈曲部615及び第二屈曲部618の延出方向の外縁(±Y側端縁)には、第一外縁部6A及び第二外縁部6Bが設けられる。そして、第一補強板71は、超音波デバイス5を固定する固定面712に固定し、超音波デバイス5にフレキ板6を接続して第一辺71A及び第三辺71Cに沿って湾曲させた際に、フレキ板6の第一外縁部6Aが当接する第一突出部717と、第二外縁部6Bが当接する第二突出部718とを備える。
このような構成では、フレキ板6の第一外縁部6A及び第二外縁部6Bが、それぞれ第一突出部717及び第二突出部718により位置決めされるため、第一屈曲部615及び第二屈曲部618が、第一辺71A及び第三辺71Cで例えば直角等に折れ曲がることなく、湾曲させることができ、配線の断線を抑制できる。また、フレキ板6を、超音波デバイス5の配置方向(X方向)に沿って、第一屈曲領域Ar3及び第二屈曲領域Ar4で湾曲させることができるので、例えば、フレキ板6の一部が第一補強板71の各辺71A,71B,71C,71Dより外側に突出することがなく、超音波デバイスユニットの小型化をも図れる。
これにより、超音波デバイスユニット4を収納する超音波プローブ2や、超音波測定装置1における小型化をも促進できる。
このため、フレキ板6を第一辺71A及び第三辺71Cに沿って折り曲げた際に、第一突出部717や第二突出部718がスリット内に挿通され、フレキ板6と第一突出部717及び第二突出部718との干渉を抑制できる。つまり、フレキ板6が、第一突出部717及び第二突出部718の上(-Z側)に被さらず、超音波デバイスユニット4の小型化を図れる。
また、第二補強板72を第一補強板71に重ね合せると、第二位置決めブロック724の載置面724Bが第一突出部717及び第二突出部718の突出先端面に載置される。これにより、第一連結部642や第二連結部652が±Y側に第一突出部717及び第二突出部718により挟まれ、±Z方向において、補強板71及び第二補強板72により挟まれる構成となり、フレキ板6の位置ずれを抑制できる。
特に、第一位置決め面717Aから第二位置決め面718Aまでの寸法D11と、フレキ板6の第一連結部642及び第二連結部652のY方向の幅寸法(D3~D6)とを同じ寸法とすることで、第一連結部642及び第二連結部652の±Y側端縁が、第一位置決め面717A及び第二位置決め面718Aに保持(ガイド)され、フレキ板6の位置ずれをより確実に抑制することができる。
なお、本発明は上述の各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
第一連結部642や第二連結部652におけるY方向の幅寸法(D3~D6)も同様であり、フレキ板6が第一突出部717や第二突出部718と重なり合わなければ、如何なる寸法であってもよい。例えば、-Y側の第一連結部642及び第二連結部652の幅寸法が、+Y側の第一連結部642及び第二連結部652の幅寸法より小さくてもよい。この場合、当該寸法に応じて、第一突出部717や第二突出部718の位置が設けられていればよい。
例えば、第一配線部612の±X側、第二配線部613の±X側にそれぞれ独立してスリットが設けられる構成としてもよい。
図17及び図18は、一変形例に係る第一補強板71の位置決めブロック711を、突出部が設けられる位置においてYZ平面で切断した断面図である。
例えば、図17に示すように、第一突出部717の第一位置決め面717Aに、第一位置決め面717Aから+Y側に凹状となる切欠溝717Bが設けられる構成としてもよい。このような構成では、第一外縁部6Aを、切欠溝717Bに挟み込むことで、フレキ板6を固定することができる。
第二突出部718においても同様であり、第二外縁部6Bを挟み込む切欠溝718Bを設ける構成としてもよい。
さらに、3つ以上の第一突出部717及び第二突出部718が設けられる構成としてもよい。この場合、第一突出部717及び第二突出部718の幾つかは、が±X側の位置決めブロック711の間に設けられてもよい。フレキ板6の第一配線部612又は第二配線部613に、位置決めブロック711の間に設けられた第一突出部717及び第二突出部718に対応した挿通孔を設けることで、フレキ板6が第一突出部717及び第二突出部718の表面に被さる不都合を抑制できる。また、フレキ板6に設けられた挿通孔に第一突出部717及び第二突出部718を挿通させることで、フレキ板6を湾曲させて折り曲げた際の位置決め精度をより高精度にすることができる。
例えば、第一補強板71に凹部714Aが設けられず、金属板716が内部に埋め込まれる構成などとしてもよい。
また、第二補強板72の載置面724Bが、第一突出部717及び第二突出部718に載置される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第二補強板72に、第一突出部717及び第二突出部718と係合する係合凹部が設けられる構成としてもよい。この場合、第一補強板71に対して第二補強板72を確実に固定することができる。
また、超音波デバイス5に設けられる振動子として、超音波トランスデューサーTrを複数備えた送受信列Chを例示したが、これに限定されない。例えば、個々の超音波トランスデューサーTrのそれぞれが振動子として構成されてもよい。
また、超音波トランスデューサーTrとして、支持膜512を圧電素子513により振動させることで超音波を送信し、支持膜512の振動を圧電素子513にて電気信号に変換することで超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、バルク型の圧電体を振動させることで超音波を送受信する構成としてもよく、また、一対の膜材に対向する電極を配置し、電極間に周期駆動電圧を印加することで、静電力によって膜材を振動させる構成などとしてもよい。
Claims (7)
- デバイス側端子を有する超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを支持する支持面を有する補強板と、
前記超音波デバイスに接続されるフレキシブルプリント基板と、を備え、
前記フレキシブルプリント基板は、
前記デバイス側端子に接続される接続部と、
前記接続部に連続し、前記超音波デバイスから離れる方向に延設される屈曲部と、
前記屈曲部の延出方向の端部に設けられる外縁部と、を備え、
前記補強板は、
前記延出方向に交差する第一方向に沿い、前記屈曲部に対向する第一辺と、
前記支持面とは反対側の裏面に設けられ、前記フレキシブルプリント基板を前記第一辺に沿って前記屈曲部で湾曲させて折り曲げた際に、前記外縁部が接する突出部と、
を備えることを特徴とする超音波デバイスユニット。 - 請求項1に記載の超音波デバイスユニットにおいて、
前記突出部は、複数設けられ、前記フレキシブルプリント基板を前記第一辺に沿って前記屈曲部で湾曲させて折り曲げた際に、前記外縁部が複数の前記突出部に接する
ことを特徴とする超音波デバイスユニット。 - 請求項1又は請求項2に記載の超音波デバイスユニットにおいて、
前記補強板は、前記第一方向に沿う第三辺と、前記第一辺及び前記第三辺に交差する第二辺及び第四辺を有する矩形状であり、
前記デバイス側端子は、前記超音波デバイスを前記支持面に支持させた際に、前記第一辺から第一距離となる第一位置、及び前記第三辺から第二距離となる第二位置にそれぞれ位置し、
前記フレキシブルプリント基板は、
前記接続部として、前記第一位置に位置するデバイス側端子に接続される第一接続部と、前記第二位置に位置する第二接続部と、を含み、
前記屈曲部としては、前記第一接続部に連続し、前記超音波デバイスから離れる第一延出方向に延設される第一屈曲部と、前記第二接続部に連続し、前記超音波デバイスから離れる第二延出方向に延設される第二屈曲部と、を含み、
前記外縁部として、前記第一接続部から前記第一屈曲部に向かう第一延出方向に設けられた第一外縁部と、前記第二接続部から前記第二屈曲部に向かう第二延出方向に設けられた第二外縁部と、を含み、
前記補強板は、前記突出部として、前記フレキシブルプリント基板を前記第一辺に沿って前記第一屈曲部で湾曲させて折り曲げた際に、前記第一外縁部が当接する第一突出部と、前記フレキシブルプリント基板を前記第三辺に沿って前記第二屈曲部で湾曲させて折り曲げた際に、前記第二外縁部が当接する第二突出部と、を備える
ことを特徴とする超音波デバイスユニット。 - 請求項3に記載の超音波デバイスユニットにおいて、
前記フレキシブルプリント基板は、前記第一接続部及び前記第一屈曲部の第一延出方向に沿う端縁である第一端縁と、前記第二接続部及び前記第二屈曲部の第二延出方向に沿う端縁である第二端縁と、前記第一端縁及び前記第二端縁に対向する対向縁と、を開口縁に含むスリットを有し、
前記スリットの前記第一端縁から前記対向縁までの幅寸法は、前記第二突出部の前記第一方向の幅寸法よりも大きく、
前記スリットの前記第二端縁から前記対向縁までの幅寸法は、前記第一突出部の前記第一方向の幅寸法よりも大きい
ことを特徴とする超音波デバイスユニット。 - 請求項4に記載の超音波デバイスユニットにおいて、
前記スリットの前記開口縁のうち、前記第一延出方向の開口端及び前記第二延出方向の開口端は、前記フレキシブルプリント基板を前記第一辺に沿って前記第一屈曲部で湾曲させて折り曲げた際に、前記第一突出部及び前記第二突出部の間に位置する
ことを特徴とする超音波デバイスユニット。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超音波デバイスユニットと、
前記超音波デバイスユニットを格納する筐体と、
を備えることを特徴とする超音波探触子。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超音波デバイスユニットと、
前記超音波デバイスユニットを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする超音波装置。
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