(57)【要約】  圧電素子の破損による送信時および受信時での超音波の減少を無くして、診断画像の感度劣化を改善することができるアレイ型超音波探触子を提供する技術が開示され、その技術によれば、それぞれが電気音響変換素子である複数の圧電素子と前記複数の圧電素子の各々にそれぞれ積層された複数の音響整合層とが所定の方向に配列されて形成された電気音響変換部と、前記複数の圧電素子との間で送信あるいは受信のための電気信号を伝達する信号取り出し用フレキシブル基板とを備え、前記複数の圧電素子のそれぞれの厚さ方向に前記それぞれの圧電素子を貫通してこれに積層された対応する前記音響整合層に至る切込みが前記配列方向と並行に設けた。
2009016843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが電気音響変換素子である複数の圧電素子と前記複数の圧電素子の各々にそれぞれ積層された複数の音響整合層とが所定の方向に配列されて形成された電気音響変換部と、前記複数の圧電素子との間で送信あるいは受信のための電気信号を伝達する信号取り出し用フレキシブル基板とを備え、前記複数の圧電素子のそれぞれの厚さ方向に前記それぞれの圧電素子を貫通してこれに積層された対応する前記音響整合層に至る切込みが前記配列方向と並行に設けられた超音波探触子。
【請求項２】
前記切込みは、前記配列方向に対して直交する方向に一定間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記音響整合層の前記配列方向に対して直交する方向の長さは前記圧電素子の長さよりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記圧電素子に積層された前記音響整合層において、前記圧電素子よりも長い前記音響整合層の部分に切込みを設けたことを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記音響整合層への切込みの深さは、前記圧電素子が送出する超音波の１／９波長未満の寸法を残して設け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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の破損による特性劣化を改善させることができる超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波探触子では、圧電素子と、一層以上の音響整合層と、信号取り出し用第１フレキシブル基板と、信号取り出し用第２フレキシブル基板と、背面負荷材とが、積層しているものが知られている(例えば下記の特許文献１参照)。【０００３】
図１３は、アレイ走査型超音波探触子の超音波素子部１０１の断面斜視図を示しており、ＰＺＴ系の圧電セラミックスなどからなり電気音響変換素子である圧電素子１０２と、一層若しくは二層以上の音響整合層１０３と、圧電素子１０２へ送信あるいは受信を行うための電気信号を伝達する信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４と、信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４と反対の極性の電気信号を扱う信号取り出し用第２フレキシブル基板１０５と、圧電素子１０２の超音波放射面と反対側に取り付けた背面負荷材１０６とから構成され、アレイ走査型超音波探触子は上記超音波素子部１０１と、上記超音波素子部１０１を覆う筐体(図示せず)と、超音波診断装置本体(図示せず)との接続ケーブル(図示せず)などからなっている。【０００４】
超音波素子部１０１は、超音波診断装置本体(図示せず)からの駆動信号が信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４、および、信号取り出し用第２フレキシブル基板１０５によって、圧電素子１０２に印加され、圧電素子１０２によって超音波信号に変換されて、音響整合層１０３を介して被検体(図示せず)に照射され、また被検体から反射した超音波信号は、音響整合層１０３を通って、圧電素子１０２により受信され電気信号に変換され、信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４、および、信号取り出し用第２フレキシブル基板１０５によって、電気信号は超音波診断装置本体へ送られ信号処理される。【０００５】
アレイ走査型超音波探触子のアレイ（配列）方向（図中のＡＡ方向）の超音波ビームはアレイ方向に数十から数百に分割された超音波素子部１０１の個々のエレメント１０１aを超音波診断装置本体によって制御して、所望のビーム形状にして超音波ビームに所定の深さの焦点を形成しているが、アレイ方向と直交する方向（図中のＢＢ方向、短軸方向とも言う）は一般にシリコーンゴムなどで作製された音響レンズ(図示せず)を用いて焦点を形成している。このシリコーンゴムによる音響レンズには周波数依存減衰があるために、特に使用周波数が高いアレイ走査型超音波探触子に使用すると、感度特性が劣化してしまう。そのために音響レンズによってビーム形状を作る代わりに、平らな圧電素子１０２の一部に切込み１０７を設け、アレイ方向と直交する方向に機械的に湾曲させて曲率を持たせ、その曲率によって焦点を形成するアレイ型超音波探触子が知られている。
【特許文献１】特開平１１-３１７９９９号公報（図１）
【０００６】
しかしながら、上記従来のアレイ走査型超音波探触子の超音波素子部は、平らな圧電素子１０２の一部に切込み１０７を設け、アレイ方向と直交する方向に機械的に湾曲させて曲率を持たせ、その曲率によって焦点を形成しているが、機械的に湾曲させるときに圧電素子１０２の切込み１０７部分に応力が集中してセラミックスなどで作製されている圧電素子１０２は割れて破損されやすい。そのために、破損するとアレイ走査型超音波探触子の送信時および受信時の超音波が減少し、診断画像の感度劣化を引き起こすという問題があった。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、圧電素子を厚さ方向に貫通して音響整合層の圧電素子に接していない面に達する近傍まで切込みを設け、この切込みをアレイ方向と直交する方向に一定の間隔で複数設けている。つまり圧電素子を厚さ方向に貫通する切込みを設けていることで、湾曲させた際の応力の集中が緩和されて圧電素子の破損を防止できる。
【０００８】
以上のことから、本発明によって、圧電素子の破損による診断画像の感度劣化を改善でき、且つ良好にアレイ方向と直交する方向に曲率を形成できるアレイ走査型超音波探触子を提供することができる。
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波探触子は、それぞれが電気音響変換素子である複数の圧電素子と前記複数の圧電素子の各々にそれぞれ積層された複数の音響整合層とが所定の方向に配列されて形成された電気音響変換部と、前記複数の圧電素子との間で送信あるいは受信のための電気信号を伝達する信号取り出し用フレキシブル基板とを備え、前記複数の圧電素子のそれぞれの厚さ方向に前記それぞれの圧電素子を貫通してこれに積層された対応する前記音響整合層に至る切込みが前記配列方向と並行に設けられた構成である。
【００１０】
この構成により、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００１１】
さらに、本発明の超音波探触子には、切込みが前記配列方向に対して直交する方向に一定間隔で複数設けられている。
【００１２】
この構成により、複数の切込みが音響整合層に至るまで設けられていることから、アレイ（配列）方向に対して直交する方向での音響整合層の形状の柔軟性が向上し、圧電素子の湾曲に対して柔軟に対応することができる。
【００１３】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記音響整合層の前記配列方向に対して直交する方向の長さは前記圧電素子の長さよりも長い構成としている。
【００１４】
この構成により、音響整合層と圧電素子の長さを等しくした場合と比較して圧電素子の端部における超音波の乱れを防止することができ、また、製造時における圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００１５】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記圧電素子に積層された前記音響整合層において、前記圧電素子よりも長い前記音響整合層の部分に切込みを設けた構成である。
【００１６】
この構成により、圧電素子端部で音響整合層の歪による断面形状の変曲点の発生を防ぎ、圧電素子端部に応力が集中することを防ぐことで、圧電素子の破損による診断画像の感度劣化を低減できる。
【００１７】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記音響整合層への切込みの深さが、前記圧電素子が送出する超音波の１／９波長未満の寸法を残して設けている。
【００１８】
この構成により、音響整合層において切込み後に残った接続箇所の厚さが薄く構成でき、音響整合層の湾曲形状にする上での柔軟性が増すことから圧電素子の破損による診断画像の感度劣化を改善でき、且つ、良好にアレイ方向と直交する方向に曲率を形成できる。
【００１９】
本発明は、圧電素子を厚さ方向に貫通して音響整合層の圧電素子に接していない面に達する近傍まで、アレイ方向と直交する方向に、一定の間隔で切込みを設けることにより、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができるという効果を有するアレイ走査型超音波探触子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態における断面斜視図
【図２】圧電素子と音響整合層と信号取り出し用フレキシブル基板とを積層した断面図
【図３】圧電素子と音響整合層と信号取り出し用フレキシブル基板とを積層した後、アレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図４】本発明の第１の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図５】本発明の第２の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図６】本発明の第２の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図７】本発明の第３の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図８】本発明の第３の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図９】本発明の第４の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図１１】本発明の第４の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図のＡ部分の拡大図
【図１２】図９のＢＢ方向の曲率半径を測定した特性データ図
【図１３】従来のアレイ走査型超音波探触子の断面斜視図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態のアレイ走査型超音波探触子について、図面を用いて説明する。【００２２】
（実施形態１）
図１は本発明の第１の実施形態の超音波探触子の超音波素子部１のアレイ（配列）方向（図中のＡＡ方向）に直交した（図中のＢＢ方向、短軸方向とも言う）面の断面斜視図を示す。【００２３】
図１に示すように、超音波の送受信を行う超音波素子部１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミックス等が用いられる超音波を送受信する圧電素子２と超音波を効率よく伝搬させるために用いられ、導電性材料を混入した樹脂やグラファイトなどが用いられる音響整合層３とから構成される電気音響変換部、圧電素子２との間で送信あるいは受信を行うための電気信号を伝達する信号取り出し用第１フレキシブル基板４、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と反対の極性の電気信号を扱う信号取り出し用第２フレキシブル基板５、圧電素子２を機械的に保持し、且つ、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６で構成され、信号取り出し用第１フレキシブル基板４、音響整合層３、圧電素子２、信号取り出し用第２フレキシブル基板５、背面負荷材６の順に積層されている。なお、圧電素子２には、積層方向両面に電極が設けられている。【００２４】
すなわち、この超音波素子部１は、短軸方向（ＢＢ）に等間隔だけでなくアレイ方向（ＡＡ）にも等間隔に切削などの手段によって切込みを入れ、アレイ方向に数十から数百、短軸方向に数十のエレメントに分割されている。【００２５】
このように構成される超音波素子部１は、信号取り出し用第１フレキシブル基板４および信号取り出し用第２フレキシブル基板５によって印加される超音波診断装置本体(図示せず)からの起動電圧を圧電素子２の電気・音響変換効果によって、超音波を発生させて、音響整合層３を介して被検体(図示せず)に照射し、また被検体から反射した超音波は音響整合層３を通り、圧電素子２により受信され圧電素子２の電気・音響変換効果によって、電気信号に変換されて信号取り出し用第１フレキシブル基板４および信号取り出し用第２フレキシブル基板５によって取り出され、超音波診断装置本体により演算処理される。なお、圧電素子２と、信号取り出し用第１フレキシブル基板４との間には音響整合層３が積層されているが、音響整合層３は導電性材料を混入した樹脂やグラファイトなどが用いられていることから、圧電素子２と信号取り出し用第１フレキシブル基板４との間の電気信号の伝達は可能である。【００２６】
ここで、アレイ方向の超音波ビームは数十から数百に分割されたエレメントへの超音波診断装置本体からの信号の送受信時間を遅延させ、各エレメントからの超音波信号を合成させた超音波ビームを作り出しており、アレイ方向と直交する方向への超音波ビームは、アレイ方向と直交する方向へ所望の曲率に超音波素子部１を湾曲させて超音波ビームを作り出している。このアレイ方向の超音波ビームと、アレイ方向と直交する方向の超音波ビームの掛け合わせで、良好な超音波画像を抽出している。【００２７】
次にこのように動作するアレイ走査型超音波探触子の好ましい作製工程を説明する。【００２８】
図２は、積層した状態のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。圧電素子２、音響整合層３、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層する。ここで、エポキシ系の接着剤などを用いて接着する際に、接着材層を極めて薄くすることで、圧電素子２と音響整合層３および、音響整合層３と信号取り出し用第１フレキシブル基板４を各々オーミックコンタクトさせることができて、圧電素子２、音響整合層３、信号取り出し用第１フレキシブル基板４との電気的な接続が得られる。【００２９】
図２においてアレイ方向と平行に圧電素子２の厚さの０．６倍程度の同一ピッチで、圧電素子２を厚さ方向に貫通して、音響整合層３の圧電素子２に接していない面に達する近傍まで、切削などの手段によって数個から数十個の切込み７を設ける。つまり、圧電素子の厚さ寸法（Ｔ1）以上でかつ圧電素子の厚さ寸法（Ｔ1）に音響整合層の厚さ寸法（Ｔ２）を加算した値よりも短い寸法（Ｔ３）で圧電素子２側から音響整合層３側へ切込みを設けている。【００３０】
ここで、切削などの手段によって、切込み７を設ける際に圧電素子２や音響整合層３がバラバラにならないように音響整合層３を圧電素子２に接していない面の近傍まで切込みを入れている。図３は切込みを入れた状態のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。【００３１】
図１では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層３と、圧電素子２と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図２、図３では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層３と、圧電素子２とを積層した状態のものを示したが、圧電素子２と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層３を複数積層したものでもよい。【００３２】
次に、図３のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させる。この際、切込み７に接着剤が充填されるようにする。
ここで、エポキシ系の接着剤などを用いて接着する際に、接着材層を極めて薄くすることで、圧電素子２と信号取り出し用第２フレキシブル基板５とをオーミックコンタクトさせることができて、圧電素子２、信号取り出し用第２フレキシブル基板５との電気的な接続が得られる。【００３３】
図４はこの状態のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。このとき図３の圧電素子２の信号取り出し用第１フレキシブル基板４側の面から背面負荷材６にあらかじめ形成された曲率とほぼ同じ曲率を持った支持工具(図示せず)用いて加圧しながら接着すると良好な形状を保持できる。【００３４】
図４のユニットを更にアレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割して、図１の超音波素子部１が完成する。このとき切込み７がアンカー効果を持ち、図４のユニットの接着強度が向上することから、切削による分割が良好におこなわれる。【００３５】
このような手段によれば、図３のユニットを図４のユニットに形成する際に、アレイ方向と直交する方向に一定間隔で圧電素子２を貫通する切込み７を設けていることで、図３のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子２への応力集中は無くなり、圧電素子２が破損するおそれがなくなる。【００３６】
なお、本実施の形態では、リニア形状のアレイ型超音波探触子について記載したが、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。【００３７】
以上のことから、本実施形態のアレイ型超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。【００３８】
（実施形態２）
図５は本発明の第２の実施形態の超音波素子部のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。【００３９】
図５の中で、圧電素子８は、音響整合層９や背面負荷材６の部品よりアレイ方向と直交する方向の長さが短い（音響整合層の短軸方向の寸法が、圧電素子の短軸方向の寸法よりも長い）構成となっている。【００４０】
図５の超音波素子部は、圧電素子８、音響整合層９、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層されている。このとき、圧電素子８は、音響整合層９に対してアレイ方向と直交する方向から見て中央部に位置することが望ましい。図６は切込みを入れた段階でのアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。アレイ方向と平行に圧電素子８の厚さ方向の長さの０．６倍程度の同一ピッチで切込み１０を設ける。すなわち、圧電素子８を厚さ方向に貫通して、音響整合層９に圧電素子８に接していない面に達する近傍まで、切削などの手段によって数個から数十個の切込み１０を設ける。ここで、切削などの手段によって、切込み１０を設ける際に圧電素子８や音響整合層９がバラバラにならないように音響整合層９を圧電素子８に接していない面の近傍まで切込みを入れている。また、このとき、音響整合層９の圧電素子８と接していない部分は、切削などの手段によって切込み１０を設けない。【００４１】
図５では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層９と、圧電素子８と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図６では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層９と、圧電素子８とを積層した状態のものを示したが、圧電素子８と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層９を複数積層したものでもよい。【００４２】
図６のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させ、図５の構成にする。この際、切込み１０に接着剤が充填されるようにする。【００４３】
その後、アレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割する。このとき切込み１０がアンカー効果を持ち、図５のユニットの接着強度が向上することから、切削による分割が良好におこなわれる。【００４４】
このような手段によれば、アレイ方向と直交する方向に一定間隔で圧電素子８を貫通する切込み１０を設けていることで、図６のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子８への応力集中は無くなり、圧電素子８が破損してしまうおそれはない。【００４５】
なお、本実施の形態は、リニア形状のアレイ型超音波探触子及び、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。【００４６】
以上のことから、本実施形態のアレイ型超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。【００４７】
（実施形態３）
図７は本発明の第３の実施形態の超音波素子部のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。【００４８】
図７の中で、圧電素子１１は、図５と同様に音響整合層１２や背面負荷材６の部品よりアレイ方向と直交する方向の長さが短い構成となっている。【００４９】
図７の超音波素子部は、圧電素子１１、音響整合層１２、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層されている。このとき、圧電素子１１は、音響整合層１２に対してアレイ方向と直交する方向から見て中央部に位置することが望ましい。図８は切込みを入れた段階でのアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。アレイ方向と平行に圧電素子１１の厚さ方向の長さの０．６倍程度の同一ピッチで、圧電素子１１を厚さ方向に貫通して、音響整合層１２の圧電素子１１に接していない面に達する近傍まで、切削などの手段によって数個から数十個の切込み１３を設ける。ここで、切削などの手段によって、切込み１３を設ける際に圧電素子１１や音響整合層１２がバラバラにならないように音響整合層１２を圧電素子１１に接していない面の近傍まで切込みを入れている。また、このとき、音響整合層１２の圧電素子１１と接していない部分にも、同様に切込み１３を設ける。【００５０】
図７では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１２と、圧電素子１１と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図８では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１２と、圧電素子１１とを積層した状態のものを示したが、圧電素子１１と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層１２を複数積層したものでもよい。【００５１】
図８のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させ、図７の構成にする。【００５２】
その後、アレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割する。このとき切込み１０がアンカー効果を持ち、図５のユニットの接着強度が向上することから、切削による分割が良好におこなわれる。【００５３】
このような手段によれば、アレイ方向と直交する方向に一定間隔で圧電素子１１を貫通する切込み１３を設けていることで、図８のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子１１への応力集中は無くなり、圧電素子１１が破損してしまうおそれはない。【００５４】
なお、本実施の形態は、リニア形状のアレイ型超音波探触子及び、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。【００５５】
以上のことから、本実施形態の超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。【００５６】
（実施形態４）
図９は本発明の第４の実施形態の超音波素子部のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。【００５７】
図９の中で音響整合層１５は圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に圧電素子１５が送出する超音波の1/９波長未満の厚さを残し(同図ｄ)、アレイ方向と直交する方向に、一定の間隔で切込み１６が設けられている。【００５８】
図９の超音波素子部は、圧電素子１４、音響整合層１５、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層されている。図１０は製作過程でのアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示し、図１１は音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に１／９波長未満の厚さを残した図１０のＡ部分の拡大図を示す。すなわち、アレイ方向と平行に圧電素子１４の厚さ方向の長さの０．６倍程度の同一ピッチで、圧電素子１４を厚さ方向に切断して、音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に１／９波長未満の厚さを残し、切削などの手段によって数個から数十個の切込み１６を設ける。ここで、切削などの手段によって、切込み１６を設ける際に圧電素子１４や音響整合層１５がバラバラにならないように音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に１／９波長未満の厚さを残している。また、音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面の１／９波長未満の厚さを残す(図１１ｄ)ことで、アレイ方向と直交する方向に均一な曲率を形成できる。【００５９】
図９では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１５と、圧電素子１４と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図１０では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１５と、圧電素子１４とを積層した状態のものを示したが、圧電素子１４と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層１５を複数積層したものでもよい。【００６０】
図１０のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させ、図９の構成にする。この際、切込み１６に接着剤が充填されるようにする。このとき、音響整合層１５は切込み１６から圧電素子１４に接していない面までの厚さが１／９波長未満の非常に薄いことから、図１０のユニットはあらかじめ背面負荷材６に施された所望の曲率に倣い、接着、積層され、良好な形状に形成される。その後、アレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割する。このとき図９の切込み１６がアンカー効果を持ち、図９のユニットの接着強度が向上することから、アレイ方向と直交する方向の切削による分割が良好におこなわれる。図１２は、図９あるいは図１１に示した寸法ｄごとの、図９の信号取り出し用第１フレキシブル基板４側の面から、ＢＢ方向の曲率半径を測定した特性データ図であり、曲率半径のバラツキを表している。すなわち、切込み１６により音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から１／１８波長の厚さを残したもの、１／１２波長の厚さを残したもの１／９波長の厚さを残したものをそれぞれ比較すると、１／９波長の厚さを残したものは曲率半径のバラツキが非常に大きくなり、ＢＢ方向の超音波ビームが不均一になってしまうが、それより小さいものは良好な特性となり、特に１／１８波長未満の厚さを残したものは優れていることがわかる。【００６１】
このような手段によれば、図１０のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子１４への応力集中は無く、圧電素子１４が破損してしまうことは発生しない、且つ、良好にアレイ方向と直交する方向に曲率を形成できる。【００６２】
なお、本実施の形態では、圧電素子１４は、音響整合層１５や背面負荷材６の部品とアレイ方向と直交する方向の長さが同じであるが、圧電素子１４が、音響整合層１５や背面負荷材６の部品よりアレイ方向と直交する方向の長さが短い構成でも、圧電素子１４と接していない部分に切込み１６を設けない場合（図５参照）や、切込み１６を設けた場合（図７参照）に、同様の効果がある。【００６３】
なお、本実施の形態は、リニア形状のアレイ型超音波探触子及び、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。【００６４】
以上のことから、本実施形態の超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。さらに、アレイ走査型超音波探触子は所望の曲率に良好に形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかるアレイ走査型超音波探触子は、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善するという効果を有し、圧電素子と、音響整合層と、信号取り出し用フレキシブル基板とからなるアレイ走査型超音波探触子に係わり、アレイ型超音波探触子の圧電素子の破損による特性劣化を改善させることができるアレイ走査型超音波探触子等として有用である。
【図１】
2009016843.tif 000003
【図２】
2009016843.tif 000004
【図３】
2009016843.tif 000005
【図４】
2009016843.tif 000006
【図５】
2009016843.tif 000007
【図６】
2009016843.tif 000008
【図７】
2009016843.tif 000009
【図８】
2009016843.tif 000010
【図９】
2009016843.tif 000011
【図１０】
2009016843.tif 000012
【図１１】
2009016843.tif 000013
【図１２】
2009016843.tif 000014
【図１３】
2009016843.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月25日(2010.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが電気音響変換素子である複数の圧電素子と前記複数の圧電素子の各々にそれぞれ積層された複数の音響整合層とが所定の方向に配列されて形成された電気音響変換部と、前記複数の圧電素子との間で送信あるいは受信のための電気信号を伝達する信号取り出し用フレキシブル基板とを備え、前記複数の圧電素子のそれぞれの厚さ方向に前記それぞれの圧電素子を貫通してこれに積層された対応する前記音響整合層に至る切込みが前記配列方向と並行に設けられた超音波探触子。
【請求項２】
前記切込みは、前記配列方向に対して直交する方向に一定間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記音響整合層の前記配列方向に対して直交する方向の長さは前記圧電素子の長さよりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記圧電素子に積層された前記音響整合層において、前記圧電素子よりも長い前記音響整合層の部分に切込みを設けたことを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記音響整合層への切込みの深さは、前記圧電素子が送出する超音波の１／９波長未満の寸法を残して設け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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の破損による特性劣化を改善させることができる超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波探触子では、圧電素子と、一層以上の音響整合層と、信号取り出し用第１フレキシブル基板と、信号取り出し用第２フレキシブル基板と、背面負荷材とが、積層しているものが知られている(例えば下記の特許文献１参照)。
【０００３】
図１３は、アレイ走査型超音波探触子の超音波素子部１０１の断面斜視図を示しており、ＰＺＴ系の圧電セラミックスなどからなり電気音響変換素子である圧電素子１０２と、一層若しくは二層以上の音響整合層１０３と、圧電素子１０２へ送信あるいは受信を行うための電気信号を伝達する信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４と、信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４と反対の極性の電気信号を扱う信号取り出し用第２フレキシブル基板１０５と、圧電素子１０２の超音波放射面と反対側に取り付けた背面負荷材１０６とから構成され、アレイ走査型超音波探触子は上記超音波素子部１０１と、上記超音波素子部１０１を覆う筐体(図示せず)と、超音波診断装置本体(図示せず)との接続ケーブル(図示せず)などからなっている。
【０００４】
超音波素子部１０１は、超音波診断装置本体(図示せず)からの駆動信号が信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４、および、信号取り出し用第２フレキシブル基板１０５によって、圧電素子１０２に印加され、圧電素子１０２によって超音波信号に変換されて、音響整合層１０３を介して被検体(図示せず)に照射され、また被検体から反射した超音波信号は、音響整合層１０３を通って、圧電素子１０２により受信され電気信号に変換され、信号取り出し用第１フレキシブル基板１０４、および、信号取り出し用第２フレキシブル基板１０５によって、電気信号は超音波診断装置本体へ送られ信号処理される。
【０００５】
アレイ走査型超音波探触子のアレイ（配列）方向（図中のＡＡ方向）の超音波ビームはアレイ方向に数十から数百に分割された超音波素子部１０１の個々のエレメント１０１aを超音波診断装置本体によって制御して、所望のビーム形状にして超音波ビームに所定の深さの焦点を形成しているが、アレイ方向と直交する方向（図中のＢＢ方向、短軸方向とも言う）は一般にシリコーンゴムなどで作製された音響レンズ(図示せず)を用いて焦点を形成している。このシリコーンゴムによる音響レンズには周波数依存減衰があるために、特に使用周波数が高いアレイ走査型超音波探触子に使用すると、感度特性が劣化してしまう。そのために音響レンズによってビーム形状を作る代わりに、平らな圧電素子１０２の一部に切込み１０７を設け、アレイ方向と直交する方向に機械的に湾曲させて曲率を持たせ、その曲率によって焦点を形成するアレイ型超音波探触子が知られている。
【特許文献１】特開平１１-３１７９９９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のアレイ走査型超音波探触子の超音波素子部は、平らな圧電素子１０２の一部に切込み１０７を設け、アレイ方向と直交する方向に機械的に湾曲させて曲率を持たせ、その曲率によって焦点を形成しているが、機械的に湾曲させるときに圧電素子１０２の切込み１０７部分に応力が集中してセラミックスなどで作製されている圧電素子１０２は割れて破損されやすい。そのために、破損するとアレイ走査型超音波探触子の送信時および受信時の超音波が減少し、診断画像の感度劣化を引き起こすという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、圧電素子を厚さ方向に貫通して音響整合層の圧電素子に接していない面に達する近傍まで切込みを設け、この切込みをアレイ方向と直交する方向に一定の間隔で複数設けている。つまり圧電素子を厚さ方向に貫通する切込みを設けていることで、湾曲させた際の応力の集中が緩和されて圧電素子の破損を防止できる。
【０００８】
以上のことから、本発明によって、圧電素子の破損による診断画像の感度劣化を改善でき、且つ良好にアレイ方向と直交する方向に曲率を形成できるアレイ走査型超音波探触子を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波探触子は、それぞれが電気音響変換素子である複数の圧電素子と前記複数の圧電素子の各々にそれぞれ積層された複数の音響整合層とが所定の方向に配列されて形成された電気音響変換部と、前記複数の圧電素子との間で送信あるいは受信のための電気信号を伝達する信号取り出し用フレキシブル基板とを備え、前記複数の圧電素子のそれぞれの厚さ方向に前記それぞれの圧電素子を貫通してこれに積層された対応する前記音響整合層に至る切込みが前記配列方向と並行に設けられた構成である。
【００１０】
この構成により、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００１１】
さらに、本発明の超音波探触子には、切込みが前記配列方向に対して直交する方向に一定間隔で複数設けられている。
【００１２】
この構成により、複数の切込みが音響整合層に至るまで設けられていることから、アレイ（配列）方向に対して直交する方向での音響整合層の形状の柔軟性が向上し、圧電素子の湾曲に対して柔軟に対応することができる。
【００１３】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記音響整合層の前記配列方向に対して直交する方向の長さは前記圧電素子の長さよりも長い構成としている。
【００１４】
この構成により、音響整合層と圧電素子の長さを等しくした場合と比較して圧電素子の端部における超音波の乱れを防止することができ、また、製造時における圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００１５】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記圧電素子に積層された前記音響整合層において、前記圧電素子よりも長い前記音響整合層の部分に切込みを設けた構成である。
【００１６】
この構成により、圧電素子端部で音響整合層の歪による断面形状の変曲点の発生を防ぎ、圧電素子端部に応力が集中することを防ぐことで、圧電素子の破損による診断画像の感度劣化を低減できる。
【００１７】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記音響整合層への切込みの深さが、前記圧電素子が送出する超音波の１／９波長未満の寸法を残して設けている。
【００１８】
この構成により、音響整合層において切込み後に残った接続箇所の厚さが薄く構成でき、音響整合層の湾曲形状にする上での柔軟性が増すことから圧電素子の破損による診断画像の感度劣化を改善でき、且つ、良好にアレイ方向と直交する方向に曲率を形成できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、圧電素子を厚さ方向に貫通して音響整合層の圧電素子に接していない面に達する近傍まで、アレイ方向と直交する方向に、一定の間隔で切込みを設けることにより、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができるという効果を有するアレイ走査型超音波探触子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態のアレイ走査型超音波探触子について、図面を用いて説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１は本発明の第１の実施形態の超音波探触子の超音波素子部１のアレイ（配列）方向（図中のＡＡ方向）に直交した（図中のＢＢ方向、短軸方向とも言う）面の断面斜視図を示す。
【００２２】
図１に示すように、超音波の送受信を行う超音波素子部１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミックス等が用いられる超音波を送受信する圧電素子２と超音波を効率よく伝搬させるために用いられ、導電性材料を混入した樹脂やグラファイトなどが用いられる音響整合層３とから構成される電気音響変換部、圧電素子２との間で送信あるいは受信を行うための電気信号を伝達する信号取り出し用第１フレキシブル基板４、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と反対の極性の電気信号を扱う信号取り出し用第２フレキシブル基板５、圧電素子２を機械的に保持し、且つ、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６で構成され、信号取り出し用第１フレキシブル基板４、音響整合層３、圧電素子２、信号取り出し用第２フレキシブル基板５、背面負荷材６の順に積層されている。なお、圧電素子２には、積層方向両面に電極が設けられている。
【００２３】
すなわち、この超音波素子部１は、短軸方向（ＢＢ）に等間隔だけでなくアレイ方向（ＡＡ）にも等間隔に切削などの手段によって切込みを入れ、アレイ方向に数十から数百、短軸方向に数十のエレメントに分割されている。
【００２４】
このように構成される超音波素子部１は、信号取り出し用第１フレキシブル基板４および信号取り出し用第２フレキシブル基板５によって印加される超音波診断装置本体(図示せず)からの起動電圧を圧電素子２の電気・音響変換効果によって、超音波を発生させて、音響整合層３を介して被検体(図示せず)に照射し、また被検体から反射した超音波は音響整合層３を通り、圧電素子２により受信され圧電素子２の電気・音響変換効果によって、電気信号に変換されて信号取り出し用第１フレキシブル基板４および信号取り出し用第２フレキシブル基板５によって取り出され、超音波診断装置本体により演算処理される。なお、圧電素子２と、信号取り出し用第１フレキシブル基板４との間には音響整合層３が積層されているが、音響整合層３は導電性材料を混入した樹脂やグラファイトなどが用いられていることから、圧電素子２と信号取り出し用第１フレキシブル基板４との間の電気信号の伝達は可能である。
【００２５】
ここで、アレイ方向の超音波ビームは数十から数百に分割されたエレメントへの超音波診断装置本体からの信号の送受信時間を遅延させ、各エレメントからの超音波信号を合成させた超音波ビームを作り出しており、アレイ方向と直交する方向への超音波ビームは、アレイ方向と直交する方向へ所望の曲率に超音波素子部１を湾曲させて超音波ビームを作り出している。このアレイ方向の超音波ビームと、アレイ方向と直交する方向の超音波ビームの掛け合わせで、良好な超音波画像を抽出している。
【００２６】
次にこのように動作するアレイ走査型超音波探触子の好ましい作製工程を説明する。
【００２７】
図２は、積層した状態のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。圧電素子２、音響整合層３、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層する。ここで、エポキシ系の接着剤などを用いて接着する際に、接着材層を極めて薄くすることで、圧電素子２と音響整合層３および、音響整合層３と信号取り出し用第１フレキシブル基板４を各々オーミックコンタクトさせることができて、圧電素子２、音響整合層３、信号取り出し用第１フレキシブル基板４との電気的な接続が得られる。
【００２８】
図２においてアレイ方向と平行に圧電素子２の厚さの０．６倍程度の同一ピッチで、圧電素子２を厚さ方向に貫通して、音響整合層３の圧電素子２に接していない面に達する近傍まで、切削などの手段によって数個から数十個の切込み７を設ける。つまり、圧電素子の厚さ寸法（Ｔ1）以上でかつ圧電素子の厚さ寸法（Ｔ1）に音響整合層の厚さ寸法（Ｔ２）を加算した値よりも短い寸法（Ｔ３）で圧電素子２側から音響整合層３側へ切込みを設けている。
【００２９】
ここで、切削などの手段によって、切込み７を設ける際に圧電素子２や音響整合層３がバラバラにならないように音響整合層３を圧電素子２に接していない面の近傍まで切込みを入れている。図３は切込みを入れた状態のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。
【００３０】
図１では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層３と、圧電素子２と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図２、図３では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層３と、圧電素子２とを積層した状態のものを示したが、圧電素子２と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層３を複数積層したものでもよい。
【００３１】
次に、図３のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させる。この際、切込み７に接着剤が充填されるようにする。
ここで、エポキシ系の接着剤などを用いて接着する際に、接着材層を極めて薄くすることで、圧電素子２と信号取り出し用第２フレキシブル基板５とをオーミックコンタクトさせることができて、圧電素子２、信号取り出し用第２フレキシブル基板５との電気的な接続が得られる。
【００３２】
図４はこの状態のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。このとき図３の圧電素子２の信号取り出し用第１フレキシブル基板４側の面から背面負荷材６にあらかじめ形成された曲率とほぼ同じ曲率を持った支持工具(図示せず)用いて加圧しながら接着すると良好な形状を保持できる。
【００３３】
図４のユニットを更にアレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割して、図１の超音波素子部１が完成する。このとき切込み７がアンカー効果を持ち、図４のユニットの接着強度が向上することから、切削による分割が良好におこなわれる。
【００３４】
このような手段によれば、図３のユニットを図４のユニットに形成する際に、アレイ方向と直交する方向に一定間隔で圧電素子２を貫通する切込み７を設けていることで、図３のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子２への応力集中は無くなり、圧電素子２が破損するおそれがなくなる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、リニア形状のアレイ型超音波探触子について記載したが、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。
【００３６】
以上のことから、本実施形態のアレイ型超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００３７】
（実施形態２）
図５は本発明の第２の実施形態の超音波素子部のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。
【００３８】
図５の中で、圧電素子８は、音響整合層９や背面負荷材６の部品よりアレイ方向と直交する方向の長さが短い（音響整合層の短軸方向の寸法が、圧電素子の短軸方向の寸法よりも長い）構成となっている。
【００３９】
図５の超音波素子部は、圧電素子８、音響整合層９、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層されている。このとき、圧電素子８は、音響整合層９に対してアレイ方向と直交する方向から見て中央部に位置することが望ましい。図６は切込みを入れた段階でのアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。アレイ方向と平行に圧電素子８の厚さ方向の長さの０．６倍程度の同一ピッチで切込み１０を設ける。すなわち、圧電素子８を厚さ方向に貫通して、音響整合層９に圧電素子８に接していない面に達する近傍まで、切削などの手段によって数個から数十個の切込み１０を設ける。ここで、切削などの手段によって、切込み１０を設ける際に圧電素子８や音響整合層９がバラバラにならないように音響整合層９を圧電素子８に接していない面の近傍まで切込みを入れている。また、このとき、音響整合層９の圧電素子８と接していない部分は、切削などの手段によって切込み１０を設けない。
【００４０】
図５では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層９と、圧電素子８と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図６では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層９と、圧電素子８とを積層した状態のものを示したが、圧電素子８と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層９を複数積層したものでもよい。
【００４１】
図６のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させ、図５の構成にする。この際、切込み１０に接着剤が充填されるようにする。
【００４２】
その後、アレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割する。このとき切込み１０がアンカー効果を持ち、図５のユニットの接着強度が向上することから、切削による分割が良好におこなわれる。
【００４３】
このような手段によれば、アレイ方向と直交する方向に一定間隔で圧電素子８を貫通する切込み１０を設けていることで、図６のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子８への応力集中は無くなり、圧電素子８が破損してしまうおそれはない。
【００４４】
なお、本実施の形態は、リニア形状のアレイ型超音波探触子及び、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。
【００４５】
以上のことから、本実施形態のアレイ型超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００４６】
（実施形態３）
図７は本発明の第３の実施形態の超音波素子部のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。
【００４７】
図７の中で、圧電素子１１は、図５と同様に音響整合層１２や背面負荷材６の部品よりアレイ方向と直交する方向の長さが短い構成となっている。
【００４８】
図７の超音波素子部は、圧電素子１１、音響整合層１２、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層されている。このとき、圧電素子１１は、音響整合層１２に対してアレイ方向と直交する方向から見て中央部に位置することが望ましい。図８は切込みを入れた段階でのアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。アレイ方向と平行に圧電素子１１の厚さ方向の長さの０．６倍程度の同一ピッチで、圧電素子１１を厚さ方向に貫通して、音響整合層１２の圧電素子１１に接していない面に達する近傍まで、切削などの手段によって数個から数十個の切込み１３を設ける。ここで、切削などの手段によって、切込み１３を設ける際に圧電素子１１や音響整合層１２がバラバラにならないように音響整合層１２を圧電素子１１に接していない面の近傍まで切込みを入れている。また、このとき、音響整合層１２の圧電素子１１と接していない部分にも、同様に切込み１３を設ける。
【００４９】
図７では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１２と、圧電素子１１と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図８では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１２と、圧電素子１１とを積層した状態のものを示したが、圧電素子１１と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層１２を複数積層したものでもよい。
【００５０】
図８のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させ、図７の構成にする。
【００５１】
その後、アレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割する。このとき切込み１０がアンカー効果を持ち、図５のユニットの接着強度が向上することから、切削による分割が良好におこなわれる。
【００５２】
このような手段によれば、アレイ方向と直交する方向に一定間隔で圧電素子１１を貫通する切込み１３を設けていることで、図８のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子１１への応力集中は無くなり、圧電素子１１が破損してしまうおそれはない。
【００５３】
なお、本実施の形態は、リニア形状のアレイ型超音波探触子及び、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。
【００５４】
以上のことから、本実施形態の超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。
【００５５】
（実施形態４）
図９は本発明の第４の実施形態の超音波素子部のアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示す。
【００５６】
図９の中で音響整合層１５は圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に圧電素子１５が送出する超音波の1/９波長未満の厚さを残し(同図ｄ)、アレイ方向と直交する方向に、一定の間隔で切込み１６が設けられている。
【００５７】
図９の超音波素子部は、圧電素子１４、音響整合層１５、信号取り出し用第１フレキシブル基板４の順にエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層されている。図１０は製作過程でのアレイ方向と直交する方向から見た断面図を示し、図１１は音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に１／９波長未満の厚さを残した図１０のＡ部分の拡大図を示す。すなわち、アレイ方向と平行に圧電素子１４の厚さ方向の長さの０．６倍程度の同一ピッチで、圧電素子１４を厚さ方向に切断して、音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に１／９波長未満の厚さを残し、切削などの手段によって数個から数十個の切込み１６を設ける。ここで、切削などの手段によって、切込み１６を設ける際に圧電素子１４や音響整合層１５がバラバラにならないように音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から厚さ方向に１／９波長未満の厚さを残している。また、音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面の１／９波長未満の厚さを残す(図１１ｄ)ことで、アレイ方向と直交する方向に均一な曲率を形成できる。
【００５８】
図９では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１５と、圧電素子１４と、信号取り出し用第２フレキシブル基板５と、背面負荷材６とを積層した状態のものを、図１０では、信号取り出し用第１フレキシブル基板４と、音響整合層１５と、圧電素子１４とを積層した状態のものを示したが、圧電素子１４と信号取り出し用第１フレキシブル基板４の間に音響整合層１５を複数積層したものでもよい。
【００５９】
図１０のユニットにあらかじめ所望の曲率が設けられた背面負荷材６と信号取り出し用第２フレキシブル基板５をエポキシ系の接着剤などを用いて接着、積層させ、図９の構成にする。この際、切込み１６に接着剤が充填されるようにする。このとき、音響整合層１５は切込み１６から圧電素子１４に接していない面までの厚さが１／９波長未満の非常に薄いことから、図１０のユニットはあらかじめ背面負荷材６に施された所望の曲率に倣い、接着、積層され、良好な形状に形成される。その後、アレイ方向と直交する方向に切削などの手段によって数十から数百のエレメントに分割する。このとき図９の切込み１６がアンカー効果を持ち、図９のユニットの接着強度が向上することから、アレイ方向と直交する方向の切削による分割が良好におこなわれる。図１２は、図９あるいは図１１に示した寸法ｄごとの、図９の信号取り出し用第１フレキシブル基板４側の面から、ＢＢ方向の曲率半径を測定した特性データ図であり、曲率半径のバラツキを表している。すなわち、切込み１６により音響整合層１５を圧電素子１４に接していない面から１／１８波長の厚さを残したもの、１／１２波長の厚さを残したもの１／９波長の厚さを残したものをそれぞれ比較すると、１／９波長の厚さを残したものは曲率半径のバラツキが非常に大きくなり、ＢＢ方向の超音波ビームが不均一になってしまうが、それより小さいものは良好な特性となり、特に１／１８波長未満の厚さを残したものは優れていることがわかる。
【００６０】
このような手段によれば、図１０のユニットをアレイ方向と直交する方向に曲率を持たせるために機械的に湾曲させることによる、圧電素子１４への応力集中は無く、圧電素子１４が破損してしまうことは発生しない、且つ、良好にアレイ方向と直交する方向に曲率を形成できる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、圧電素子１４は、音響整合層１５や背面負荷材６の部品とアレイ方向と直交する方向の長さが同じであるが、圧電素子１４が、音響整合層１５や背面負荷材６の部品よりアレイ方向と直交する方向の長さが短い構成でも、圧電素子１４と接していない部分に切込み１６を設けない場合（図５参照）や、切込み１６を設けた場合（図７参照）に、同様の効果がある。
【００６２】
なお、本実施の形態は、リニア形状のアレイ型超音波探触子及び、扇形のコンベックス型のアレイ型超音波探触子についても同様の効果がある。
【００６３】
以上のことから、本実施形態の超音波探触子を用いることで、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善することができる。さらに、アレイ走査型超音波探触子は所望の曲率に良好に形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明にかかるアレイ走査型超音波探触子は、圧電素子の破損による送信時および受信時の超音波の減少を無くすことができる。つまり、診断画像の感度劣化を改善するという効果を有し、圧電素子と、音響整合層と、信号取り出し用フレキシブル基板とからなるアレイ走査型超音波探触子に係わり、アレイ型超音波探触子の圧電素子の破損による特性劣化を改善させることができるアレイ走査型超音波探触子等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態における断面斜視図
【図２】圧電素子と音響整合層と信号取り出し用フレキシブル基板とを積層した断面図
【図３】圧電素子と音響整合層と信号取り出し用フレキシブル基板とを積層した後、アレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図４】本発明の第１の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図５】本発明の第２の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図６】本発明の第２の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図７】本発明の第３の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図８】本発明の第３の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図９】本発明の第４の実施形態におけるアレイ方向と直交する方向から見た断面図
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図
【図１１】本発明の第４の実施形態におけるアレイ方向と平行に切込みを設けた断面図のＡ部分の拡大図
【図１２】図９のＢＢ方向の曲率半径を測定した特性データ図
【図１３】従来のアレイ走査型超音波探触子の断面斜視図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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