(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に電極を設けた圧電素子と、
前記圧電素子の一方の電極面に接する第１の音響整合層と、
第１の音響整合層の前記圧電素子と反対側に設けられた第２の音響整合層と、
前記圧電素子の他方の側の背面負荷材とを備え、
前記圧電素子と複数の前記音響整合層は短軸方向と平行に切断されており、
前記第１の音響整合層は、導電性材料で形成され、前記圧電素子の前記電極面と電気的に接続され、短軸方向において、前記第１の音響整合層の端部は、前記背面負荷材の側部に設けられた柔軟性のある導電フィルムに電気的に接続し、これにより前記圧電素子の一方の電極は、前記導電フィルムに取出され、
前記第２の音響整合層は、前記第１の音響整合層と電気的に接続される導電層を有し、
短軸方向において、前記第１の音響整合層の幅は前記圧電素子の幅より広く、前記圧電素子の側方に延出し、前記第１の音響整合層はグラファイトであり、
前記圧電素子の側方で、前記第１の音響整合層の端部と前記背面負荷材の端部の間の空間に絶縁層を設け、前記絶縁層は、前記圧電素子が存在しない領域に延出した前記音響整合層を保持していることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記絶縁層が、セラミック、アクリル、プラスチック、エポキシ樹脂、シアノアクリレート、ウレタンから選択される材料からなる請求項１記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超音波を被検者の体内に放射し、各体内組織の境界で反射する超音波から、体内の画像を表示することの出来る超音波診断装置に接続される超音波探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波探触子は、特開平１１−２７６４７９号に記載されたものが知られている。
図４に、従来の超音波探触子の概略斜視図を示す。この図の説明において、「上」とは図面の上方向を言うものとする。図４において、圧電素子２０は、超音波を送受信するための素子である。前記圧電素子２０の両面に設けた第１電極２１及び、第２電極２２は、圧電素子２０に電圧を印加する電極である。第１電極２１はＧＮＤであり、圧電板の短軸方向の端の側面を介して、圧電素子２０の背面負荷材側の面の一部まで、回し込み電極を形成している。圧電素子２０の第１電極２１は銅箔２３と電気的に接続され、また、第２電極２２は、配線パターンが形成されたフレキシブル−プリント基板（ＦＰＣ）２５に電気的に接続される信号用の電極である。各々の電極は短軸方向の端面から引き出されている。また、圧電素子２０と複数の音響整合層は短軸方向と平行に切断されて、チャンネル分割溝２４が形成され、複数個の圧電振動子が短軸方向に配列している。
【０００３】
第１電極２１の上面（被検体側の面）に第１の音響整合層２６を設けている。第１の音響整合層２６は超音波を効率良く送受信するためのものである。第１の音響整合層２６の上面に第２の音響整合層２７が設けられ、第２の音響整合層２７も、超音波を効率良く送受信するためのものである。そして、第２の音響整合層２７の上面に音響レンズ２８が設けられている。音響レンズ２８は超音波を集束させるものである。また、第２電極２２の下面に圧電素子２０を保持すると共に、不要な超音波を吸収する背面負荷材２９が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波探触子では、圧電素子の両面に設けた電極は、短軸方向の端部から取り出されているので、例えば、後加工により又はそれ以外に外部から機械的な衝撃が圧電素子に加わって、第１電極が割れて、電気的に接続されなくなると、圧電素子による超音波の送受信は、銅箔又はＦＰＣと電気的に接続された一部の電極領域のみでしか出来なくなり、圧電振動子の性能が低下することがあった。また、前記銅箔及び、前記ＦＰＣは、圧電素子の短軸方向の端部において、導電性接着剤などで、電気的に接続されているが、硬化温度の高い導電性接着剤を使用する場合、圧電素子の電極が、熱によって劣化し、そのため圧電素子の性能が低下することがあった。
【０００５】
本発明の超音波探触子は、このような問題点を解決するためなされたもので、機械的な衝撃が圧電素子に加わり、圧電素子の電極が割れても、圧電素子の性能が低下することなく、品質の良い超音波探触子を提供するものである。また、製作が容易となる超音波探触子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明の超音波探触子は、両面に電極を設けた圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極面に接する音響整合層と、前記圧電素子の他方の側の背面負荷材とを備え、前記音響整合層は、導電性材料で形成され、前記圧電素子の前記電極面と電気的に接続され、前記音響整合層の端部は、前記背面負荷材の側部に設けられた導電フィルムに電気的に接続し、これにより前記圧電素子の一方の電極は、前記導電フィルムに取出される構成を有している。
この構成により、ダイシング加工後の曲面整形を容易に行うことが出来、また、外部からの機械的衝撃等により圧電素子の電極が割れても、導電性の音響整合層を介して、電気的接続が維持されるので、圧電素子の性能が低下せず、故障することが少なくなり品質が安定する。
また、圧電素子を高熱環境に晒さずにすむので、圧電素子の性能を劣化させることなく、製作が容易な超音波探触子を提供することが出来る。
【０００７】
また、本発明の超音波探触子は、前記音響整合層が、グラファイトである構成を有している。
また、本発明の超音波探触子は、圧電素子よりも延出した音響整合層と背面負荷材の間の空間に絶縁層を設けた構成を有している。
この構成により、絶縁層が音響整合層を支持し、切削加工時の音響整合層の機械衝撃に対する強度を高めることが出来、製作が容易になる。
また、本発明の超音波探触子は、絶縁層の材料が、セラミック、アクリル、プラスチック、エポキシ樹脂、シアノアクリレート、ウレタンから選択される構成を有している。
【０００８】
また、本発明の超音波探触子は、両面に電極を設けた圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極面に接する第１の音響整合層と、第１の音響整合層の前記圧電素子と反対側に設けられた第２の音響整合層と、前記圧電素子の他方の側の背面負荷材とを備え、前記第１の音響整合層は、導電性材料で形成され、前記圧電素子の前記電極面と電気的に接続され、前記第１の音響整合層の端部は、前記背面負荷材の側部に設けられた導電フィルムに電気的に接続し、これにより前記圧電素子の一方の電極は、前記導電フィルムに取出される構成を有している。
この構成により、ダイシング加工後の曲面整形を容易に行うことが出来、また、外部からの機械的衝撃等により圧電素子の電極が割れても、導電性の音響整合層を介して、電気的接続が維持されるので、圧電素子の性能が低下せず、故障することが少なくなり品質が安定する。
【０００９】
また、本発明の超音波探触子は、前記第２の音響整合層が、前記第１の音響整合層と電気的に接続される導電層を有する構成を有している。
この構成により、外部からの機械的衝撃によって、圧電素子及び、第１の音響整合層が割れたとしても、電気的な接続を維持することが出来、故障することが少なくなり品質が安定する。
また、本発明の超音波探触子は、前記第２の音響整合層の材料が、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイドから選択される材料である構成を有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態による超音波探触子を示す。図１は、超音波探触子の短軸方向の断面図である。また、この図の説明において、「上」とは図面の上方向を言うものとする。（図２，３においても同様とする。）図１において、圧電素子１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミックス、単結晶、及び、ＰＶＤＦ等の高分子等を用いた圧電素子である。また、圧電素子１の対向する２面に、第１電極２及び、第２電極３が設けられている。第１電極２及び、第２電極３は、金又は銀、銅、錫、ニッケル、アルミを蒸着、メッキ、スパッタリングにより、又は銀を焼き付けにより形成したものである。圧電素子１の上面（被検体側の面）には、超音波を効率良く伝播させる為の第１の音響整合層４が設けられており、これは導電性の材料、例えば、グラファイトなどが用いられている。
【００１１】
第１の音響整合層４と圧電素子１の第１電極２は、導電性接着剤で接着する方法もしくは、エポキシ樹脂などで極めて薄く接着させるいわゆるオーミックコンタクトといわれる方法などによって、電気的に接続されている。後述する背面負荷材１１の側方には、高分子材料のベースフィルム５と導電性の銅層６からなる導電フィルム７が設けられている。導電フィルム７は、柔軟性がある。また、第１の音響整合層４の下面の両側端部で、導電フィルム７の銅層６と第１の音響整合層４が導電性接着剤により電気的に接続されている。これも上述のように、絶縁性の樹脂によって、又はオーミックコンタクトによって、電気的に接続することが出来る。ここで、第１電極２はＧＮＤ用の共通電極である。
【００１２】
第１の音響整合層４の幅は、圧電素子１の幅より広く、圧電素子１の側方に延出している。第１の音響整合層４の上側には、超音波を効率良く伝播させる為の、第２の音響整合層８が設けられており、例えば、エポキシ材料や、ポリイミド、ポロエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイドなどの高分子材料により形成される。また、第２の音響整合層８の上側には、接着剤を介して、音響レンズ（図示せず）が設けられており、これはシリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの材料で形成され、超音波を集束するためのものである。
【００１３】
圧電素子１の下側の第２電極３は、例えば、高分子材料フィルム上にパターンが形成された信号用の電極で、ＦＰＣ１０と導電性接着剤で電気的に接続されている。背面負荷材１１は、フェライトゴムやエポキシ、ウレタンゴム等にマイクロバルーン等を混入した材料を用いたもので、圧電素子１を保持すると共に、不要な超音波を吸収する為のものである。また、圧電素子１の側方であって、第１の音響整合層４の端部と、背面負荷材１１の端部と間の空間に絶縁層９が設けられている。絶縁層９は、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁材料で形成されていて、導電フィルム７と、圧電素子１の第２電極３及びＦＰＣ１０との絶縁を行うと共に、圧電素子１から延出した第１の音響整合層４の端部を保持している。
なお、ここでは、導電フィルム７と第１の音響整合層４、及び、圧電素子１の第２電極３とＦＰＣ１０を導電性の接着剤を用いて接着しているが、絶縁性の接着剤でも、加圧硬化すれば、電気的に接続することは出来る。また、導電フィルム７の銅層６の表面には、蒸着、メッキ、スパッタリングにより、金又はニッケル層等を形成し、酸化防止を行うのが望ましい。
【００１４】
次に上記構成の超音波探触子の製造方法を（Ａ）〜（Ｉ）の順で説明する。（Ａ）最初に予め、第１電極２と第２電極３が形成された圧電素子１の第２電極３と、ＦＰＣ１０に導電性接着剤を用い、加圧しながら、加熱して、導電性接着剤を硬化させて接着する。（Ｂ）第１の音響整合層４の端部と導電フィルム７の銅層６を導電性接着剤を用いて、加圧しながら、加熱硬化する。なお、この時、導電フィルム７は、平らな状態で接着するのが望ましい。（Ｃ）背面負荷材１１と、ＦＰＣ１０が接着された圧電素子１と、導電フィルム７が接着された第１の音響整合層４と、第２の音響整合層８とを接着剤を用いて接着する。（Ｄ）第１の音響整合層４の端部と、背面負荷材１１の端部と間の空間に、絶縁層９を形成する。（Ｅ）ダイサなどの切削機械で所定のピッチでアレイ状に切断する。（Ｆ）所定の曲率に折り曲げる。（Ｇ）背面負荷材１１と同じ材料、又はエポキシや金属等の硬質材、またはこの両者を組合わせた板（図示せず）に接着固定する。（Ｈ）ＦＰＣ１０及び、導電フィルム７を折り曲げ、図に示すような形状にする。（Ｉ）第２の音響整合層８に上に音響レンズ（図示せず）を接着剤で接着する。
【００１５】
以上の製造方法は、コンベックス形超音波探触子の製造方法について説明したが、リニア形超音波探触子の場合にも適用することが出来る。この時、第１の音響整合層４の端部と導電フィルム７の銅層６を導電性接着剤を用いて、加圧しながら、加熱硬化する際に、リニア形超音波探触子では、予め、導電フィルム７を約９０度に曲げて接着してもよい。あるいは、加熱硬化後に約９０度に折り曲げても良い。
【００１６】
次に以上のように構成された超音波探触子の動作を説明する。超音波診断装置本体（図示せず）の送信部から時間タイミングを任意に遅らせて、送信された複数の電気信号は、ケーブル（図示せず）及び、ＦＰＣ１０を介して、アレイ状に配列された複数の圧電素子１に印加される。電気信号を印加された圧電素子１は超音波を発生し、第１の音響整合層４及び、第２の音響整合層８、音響レンズ（図示せず）を介して、患者の体内に送信部からの時間タイミングの遅れによって、超音波を走査方向に対し、集束させるか、偏向させて、超音波を伝播させる。患者の各体内臓器境界の音響インピーダンスの差により反射された超音波は、再び、圧電素子１で受信され、電気信号に変換され後、ケーブルを介して、超音波診断装置本体の受信部に送信される。受信部で受信した信号を処理し、超音波診断装置本体の表示部に受信信号の画像を表示することにより、患者の体内の画像をモニター上で確認できる。これらの動作は従来の超音波探触子と同様のものであるが、本発明の超音波探触子は、上記の本体の送信、受信方式に限定されるものではない。
【００１７】
なお、導電フィルム７の銅層６の表面は、蒸着、メッキ、スパッタリングによって、金、ニッケル等の層を形成し、酸化防止を行うのが望ましい。また、導電フィルム７は、高分子材料のベースフィルム５をなくし、銅やアルミなどの薄膜のみを用いても適用可能である。また、図１では、圧電素子１の第２電極３をＦＰＣ１０によって取り出しているが、第２電極３の取り出し方はこれに限定されるものではない。また、図１では、第１電極２をＧＮＤとし、第２電極３を信号用電極にしているが、逆にすることも可能である。また、図示しないが、第１の音響整合層４の側面に導電性接着剤の層を設けることで、第１の音響整合層４及び、導電フィルム７の固定を強化し、かつ接着面積を増やすことで、接触抵抗を低減させ、ノイズなどの発生を押さえることが出来、製造も容易になる。
【００１８】
以上のように本発明の第１の実施の形態によれば、柔軟性の導電フィルム７を用いることで、例えば、コンベックス型超音波探触子のような場合、ダイシング加工後の曲面整形を容易に行うことが出来る。また、圧電素子が機械的な衝撃で割れた場合でも、導電性の第１の音響整合層を介して、電気的接続が維持されるので、圧電素子の性能が低下せず、断線による不良が発生しにくい高品質かつ、不要輻射に優れたコンベックスプローブ、リニアプローブ、マトリックスプローブを提供することができる。
また、柔軟性のある導電フィルム７を用いることで、第１の音響整合層の接着面の安定した加圧が容易になり、接着後の取扱いによる剥がれなどが起き難くなるので、製作が容易な超音波探触子を提供することが出来る。
【００１９】
さらに、圧電素子１の側方で、第１の音響整合層４と背面負荷材１１の間の空間に絶縁体９を設けることにより、第１の音響整合層４を支持することができ、例えば、ダイサなどで切削加工するとき、第１の音響整合層の機械衝撃に対する強度を高めることが出来、製作が容易になる。
また、第１の音響整合層と導電フィルムを電気的に接続することで、圧電素子と導電フィルムを硬化温度の高い導電性接着剤を用いて、接着する必要がなくなる。その結果、圧電素子を高温環境に晒さずにすむので、圧電素子の性能を劣化させることなく、製作が容易な超音波探触子を提供することが出来る。
【００２０】
図２は、本発明の第２の実施の形態による超音波探触子を示す。第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、第１の音響整合層４の両側端部の上側で、導電フィルム１５の銅層１４と第１の音響整合層４が導電性接着剤で電気的に接続されている点にある。ここに、圧電素子１、第１電極２、第２電極３、第１の音響整合層４、ＦＰＣ１０、背面負荷材１１は、第１の実施の形態と同様である。
図２において、圧電素子１の対向する２面に、第１電極２及び、第２電極３が設けられている。圧電素子１の上面には、超音波を効率良く伝播させる為の第１の音響整合層４が設けられており、第１の音響整合層４と第１電極２は、導電性接着剤で接着する方法もしくは、エポキシ樹脂などで極めて薄く接着させるいわゆるオーミックコンタクトといわれる方法などによって、電気的に接続されている。
【００２１】
また、圧電素子１の側方には、ベースフィルム１３と導電性の銅層１４からなる柔軟性の導電フィルム１５が設けられる。第１の音響整合層４の上面の両側端部で、導電フィルム１５の銅層１４と第１の音響整合層４が導電性接着剤で電気的に接続されている。これも上述のように、絶縁性の樹脂でも、オーミックコンタクトによって、電気的に接続することが出来る。ここで、第１電極２はＧＮＤ用の共通電極である。
第１の音響整合層４の上側には、超音波を効率良く伝播させる為の、第２の音響整合層１２が設けられており、例えば、エポキシ材料や、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイドなどの高分子材料により形成されている。また、第２の音響整合層１２の上側には、接着剤を介して音響レンズ（図示せず）が設けられている。これは、シリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの材料から成り、超音波を集束するためのものである。
【００２２】
圧電素子１の下側の第２電極３は、例えば、高分子材料フィルム上にパターンが形成された信号用の電極であり、ＦＰＣ１１と導電性接着剤で電気的に接続されている。背面負荷材１１は、フェライトゴムやエポキシ、ウレタンゴム等にマイクロバルーン等を混入した材料を用いたもので、圧電素子１を保持すると共に、不要な超音波を吸収する為のものである。また、圧電素子１の側方において、第１の音響整合層４端部と背面負荷材１１端部の間の空間に、絶縁層１６が設けられている。この絶縁層１６は、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁材料からなり、導電フィルム１５と、第２電極３及びＦＰＣ１０との絶縁を行うと共に、圧電素子１が存在しない領域に延出した第１の音響整合層４を保持している。
【００２３】
なお、第２の実施の形態の製造方法及び、動作方法は、第１の実施の形態と近似しているので省略する。また、第２の実施の形態の作用も、第１の実施の形態と同様なので省略する。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施の形態による超音波探触子を示す。第３の実施の形態が、第１の実施の形態及び、第２の実施の形態と異なる点は、第１の音響整合層４の上側に設けた第２の音響整合層１８に、第１の音響整合層４と電気的に接続される導電層１７が設けられている点である。ここで、圧電素子１、第１電極２、第２電極３、第１の音響整合層４、導電フィルム７、ＦＰＣ１０、背面負荷材１１は、第１の実施の形態と同様である。
図３において、圧電素子１の対向する２面に、第１電極２及び、第２電極３が設けられている。圧電素子１の上面には、超音波を効率良く伝播させる為の第１の音響整合層４が設けられている。また、圧電素子１の側方には、ベースフィルム５と導電性の銅層６からなる導電フィルム７が設けられる。第１の音響整合層４の下面の両側端部で、導電フィルム７の銅層６と第１の音響整合層４が導電性接着剤で電気的に接続されている。
【００２５】
ここで、第１の音響整合層４の上側には、第２の音響整合層１８が設けられている。これは、超音波を効率良く伝播させるためのものであり、エポキシ樹脂又は、ポリイミド、ポロエチレンテレフタレート、ポリサルフォンポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド等の高分子材料で形成されている。第２の音響整合層１８の下面には、第１の音響整合層４と電気的に接続される導電層１７を設けてある。また、第２の音響整合層１８の上側には、接着剤を介して、音響レンズ（図示せず）が設けられている。これは、シリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの材料から成り、超音波を集束するためのもので、上側（被検体側）が凸曲面形状をしている。
【００２６】
また、圧電素子１の第２電極３は、例えば、高分子材料フィルム上にパターンが形成された信号用の電極であり、ＦＰＣ１０と導電性接着剤で電気的に接続されているる。背面負荷材１１は、フェライトゴムやエポキシ、ウレタンゴム等にマイクロバルーン等を混入した材料を用いたもので、圧電素子１を保持すると共に、不要な超音波を吸収する為のものである。また、圧電素子１の側方において、第１の音響整合層４と背面負荷材１１の間の空間に絶縁層９が設けられている。これは、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁材料からなり、導電フィルム７と、第２電極３及びＦＰＣ１０との絶縁を行うと共に、圧電素子１が存在しない領域に延出した第１の音響整合層４を保持している。
【００２７】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態による効果に加えて、次の効果を得ることが出来る。即ち、第１の音響整合層４と電気的に接続される導電層１７を設けた第２の音響整合層１８により、例えば、外部からの機械的衝撃によって、圧電素子１及び、第１の音響整合層４が割れたとしても、電気的な接続を維持することが出来、故障することが少なくなり品質が安定するという効果である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波探触子は、両面に電極を設けた圧電素子と、前記圧電素子の一方の電極面に接する音響整合層と、前記圧電素子の他方の側の背面負荷材とを備え、前記音響整合層は、導電性材料で形成され、前記圧電素子の前記電極面と電気的に接続され、前記音響整合層の端部は、前記背面負荷材の側部に設けられた導電フィルムに電気的に接続し、これにより前記圧電素子の一方の電極は、前記導電フィルムに取出される構成を有している。
これにより、ダイシング加工後の曲面整形を容易に行うことが出来、また、外部からの機械的衝撃等により圧電素子の電極が割れても、導電性の音響整合層を介して、電気的接続が維持されるので、圧電素子の性能が低下せず、故障することが少なくなり品質が安定する。また、圧電素子を高熱環境に晒さずにすむので、圧電素子の性能を劣化させることなく、製作が容易な超音波探触子を提供することが出来るという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す超音波探触子の概略断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す超音波探触子の概略断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す超音波探触子の概略断面図
【図４】従来の超音波探触子の概略斜視図
【符号の説明】
１，２０  圧電素子
２，２１  第１電極
３，２２  第２電極
４，２６  第１の音響整合層
５，１３  ベースフィルム
６，１４  銅層
７，１５  導電フィルム
８，１２，１８，２７  第２の音響整合層
９，１６  絶縁層
１０，２５  ＦＰＣ
１１，２９  背面負荷材
１７  導電層
２３  銅箔
２４  チャンネル分割溝
２８  音響レンズ
【図１】
0003656016.tif 000002
【図２】
0003656016.tif 000003
【図３】
0003656016.tif 000004
【図４】
0003656016.tif 000005