(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキング材と、
前記バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子と、
前記バッキング材の内部において厚み方向に延在し且つ前記複数の圧電素子の下面に対向する前記バッキング材の表面から先端部が露出する少なくとも１つの熱伝導路を有し、前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成されて、前記複数の圧電素子から熱を取り込む集熱部と、
前記集熱部に接続され、前記集熱部に取り込まれた熱を外部に排出する排熱部と
を備え、
前記バッキング材と前記複数の圧電素子との間に配置されるデマッチング層をさらに有し、
前記熱伝導路が前記バッキング材の内部から前記デマッチング層の内部に延びて、前記先端部が前記デマッチング層の表面から露出する超音波探触子。
【請求項２】
前記熱伝導路は、前記複数の圧電素子の前記下面においてアジマス方向に延びる一対の縁部のうち少なくとも一方の直下に配置され、さらに、前記先端部が前記複数の圧電素子の前記一対の縁部のうち少なくとも一方に直接当接する請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記熱伝導路は、前記複数の圧電素子の前記下面において前記一対の縁部の間に位置する中間部の直下に配置され、さらに、前記先端部が前記複数の圧電素子の前記中間部に直接当接する請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記複数の圧電素子の間に充填されて前記複数の圧電素子を互いに分離し且つ前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成される複数の分離部を有し、
前記熱伝導路は、前記複数の分離部の直下に配置され、さらに、前記先端部が前記複数の分離部に直接当接する請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記熱伝導路は、前記先端部に向かって断面積が縮小する形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記集熱部は、前記熱伝導路の基端部に接続された集熱板を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【請求項７】
バッキング材と、
前記バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子と、
前記バッキング材の内部において厚み方向に延在し且つ前記複数の圧電素子の下面に対向する前記バッキング材の表面から先端部が露出する少なくとも１つの熱伝導路を有し、前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成されて、前記複数の圧電素子から熱を取り込む集熱部と、
前記集熱部に接続され、前記集熱部に取り込まれた熱を外部に排出する排熱部と
を備え、
前記集熱部は、前記熱伝導路の基端部に接続された集熱板を有し、
前記集熱板は、前記バッキング材の内部に配置されると共に、前記複数の圧電素子に対向する表面に前記複数の圧電素子の前記下面に対して傾斜する複数の傾斜面を有する超音波探触子。
【請求項８】
前記集熱板は、前記バッキング材の内部に配置されると共に内部に空洞を有し、前記空洞は前記複数の圧電素子の前記下面に対して傾斜する複数の傾斜面を有する請求項７に記載の超音波探触子。
【請求項９】
バッキング材と、
前記バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子と、
前記バッキング材の内部において厚み方向に延在し且つ前記複数の圧電素子の下面に対向する前記バッキング材の表面から先端部が露出する少なくとも１つの熱伝導路を有し、前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成されて、前記複数の圧電素子から熱を取り込む集熱部と、
前記集熱部に接続され、前記集熱部に取り込まれた熱を外部に排出する排熱部と
を備え、
前記集熱部は、前記熱伝導路の基端部に接続された集熱板を有し、
前記集熱板は、前記バッキング材の内部に配置されると共に内部に空洞を有し、前記空洞は前記複数の圧電素子の前記下面に対して傾斜する複数の傾斜面を有する超音波探触子。
【請求項１０】
前記排熱部は、先端部が前記集熱部に接続されたヒートパイプである請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波探触子に係り、特に、複数の圧電素子から熱を取り込むための集熱部を備えた超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波探触子で受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
近年、超音波診断装置の高度化に伴い、超音波探触子に内蔵される複数の圧電素子に印加する電圧および消費電力が増加しており、複数の圧電素子の発熱が問題となっている。複数の圧電素子が発熱すると、圧電素子の下側に配置されるバッキング材の熱伝導率が低いため、複数の圧電素子で生じた熱が圧電素子の上側に配置された音響整合層などを介して音響レンズに伝導され、音響レンズの表面温度が増加してしまう。
【０００４】
音響レンズは、超音波探触子の先端部に位置して人体に直接接触するものであり、安全性の観点から表面温度が、例えばＩＳＯ６０６０１−２−３７などで規定された上限値を超えないように抑える必要がある。そこで、音響レンズの表面が高温とならないように複数の圧電素子の駆動を制限、具体的には、複数の圧電素子の駆動条件、例えば電圧、波数、駆動周波数および繰り返し周波数などが制限されると共に、送受信音圧が制限されている。このため、複数の圧電素子の駆動制限に伴い、超音波を送受信して得られる超音波画像のＳ／Ｎ比が抑制されていた。
【０００５】
そこで、複数の圧電素子の温度上昇を抑制する超音波探触子として、例えば、特許文献１では、各圧電素子の直下に高減衰媒体の第１の背面材を設置すると共に各圧電素子の間に配置された溝部の直下に高熱伝導体の第２の背面材を設置する超音波探触子が提案されている。このように、第１の背面材により超音波を減速させる一方、第２の背面材により複数の圧電素子で生じた熱を外部に排出することで圧電素子の温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８２７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高熱伝導体である第２の背面材は、複数の圧電素子の下面に接合される第１の背面材の表面から露出しておらず、すなわち第１の背面材の内部（表面より下側）に配置されており、複数の圧電素子から第２の背面材に熱を充分に伝導させることができなかった。
【０００８】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、複数の圧電素子で生じた熱を外部に効率よく排出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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る超音波探触子は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子と、バッキング材の内部において厚み方向に延在し且つ前記複数の圧電素子の下面に対向する前記バッキング材の表面から先端部が露出する少なくとも１つの熱伝導路を有し、前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成されて、前記複数の圧電素子から熱を取り込む集熱部と、集熱部に接続され、前記集熱部に取り込まれた熱を外部に排出する排熱部とを備え、バッキング材と複数の圧電素子との間に配置されるデマッチング層をさらに有し、熱伝導路がバッキング材の内部からデマッチング層の内部に延びて、先端部がデマッチング層の表面から露出するものである。
【００１０】
ここで、熱伝導路は、前記複数の圧電素子の前記下面においてアジマス方向に延びる一対の縁部のうち少なくとも一方の直下に配置され、さらに、前記先端部が前記複数の圧電素子の前記一対の縁部のうち少なくとも一方に直接当接することが好ましい。
また、熱伝導路は、前記複数の圧電素子の前記下面において前記一対の縁部の間に位置する中間部の直下に配置され、さらに、前記先端部が前記複数の圧電素子の前記中間部に直接当接することができる。
【００１１】
また、複数の圧電素子の間に充填されて前記複数の圧電素子を互いに分離し且つ前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成される複数の分離部を有し、熱伝導路は、前記複数の分離部の直下に配置され、さらに、前記先端部が前記複数の分離部に直接当接することが好ましい。
【００１３】
また、熱伝導路は、前記先端部に向かって断面積が縮小する形状を有することができる。
また、集熱部は、前記熱伝導路の基端部に接続された集熱板を有することが好ましい。
【００１４】
第２の発明に係る超音波探触子は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子と、バッキング材の内部において厚み方向に延在し且つ前記複数の圧電素子の下面に対向する前記バッキング材の表面から先端部が露出する少なくとも１つの熱伝導路を有し、前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成されて、前記複数の圧電素子から熱を取り込む集熱部と、集熱部に接続され、前記集熱部に取り込まれた熱を外部に排出する排熱部とを備え、集熱部は、熱伝導路の基端部に接続された集熱板を有し、集熱板は、前記バッキング材の内部に配置されると共に、前記複数の圧電素子に対向する表面に前記複数の圧電素子の前記下面に対して傾斜する複数の傾斜面を有するものである。
また、集熱板は、前記バッキング材の内部に配置されると共に内部に空洞を有し、前記空洞は前記複数の圧電素子の前記下面に対して傾斜する複数の傾斜面を有することもできる。
さらに、第３の発明に係る超音波探触子は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子と、バッキング材の内部において厚み方向に延在し且つ前記複数の圧電素子の下面に対向する前記バッキング材の表面から先端部が露出する少なくとも１つの熱伝導路を有し、前記バッキング材より熱伝導率が高い材料から構成されて、前記複数の圧電素子から熱を取り込む集熱部と、集熱部に接続され、前記集熱部に取り込まれた熱を外部に排出する排熱部とを備え、集熱部は、熱伝導路の基端部に接続された集熱板を有し、集熱板は、バッキング材の内部に配置されると共に内部に空洞を有し、空洞は複数の圧電素子の下面に対して傾斜する複数の傾斜面を有するものである。
【００１５】
また、排熱部は、先端部が前記集熱部に接続されたヒートパイプであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、複数の圧電素子の下面に対向するバッキング材の表面から先端部が露出する複数の熱伝導路を有する集熱部が複数の圧電素子から熱を取り込むと共に集熱部に接続された排熱部が集熱部に取り込まれた熱を外部に排出するので、複数の圧電素子で生じた熱を外部に効率よく排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】圧電体の下面を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態３に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態４に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態５に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態６に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態７に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態８に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態９に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態１０に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図１３】実施の形態１０の変形例に係る超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図１４】変形例に係る複数の熱伝導路を示す断面図である。
【図１５】他の変形例に係る複数の熱伝導路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波探触子の構成を示す。超音波探触子は、筐体１を有し、この筐体１の内部に、バッキング材２と、複数の圧電素子３と、音響整合層４と、音響レンズ５とを順次積層して配置されている。音響レンズ５は、筐体１の先端部から外部に露出し、その外縁部が筐体１の先端部に固定されている。
【００１９】
複数の圧電素子３には、接地線６ａおよび６ｂが接続されると共に信号線７ａおよび７ｂが接続されている。また、バッキング材２の内部に配置された集熱部８と、この集熱部８に接続された排熱部１０とを有する。集熱部８は、複数の圧電素子３の下面と排熱部１０とを接続している。
【００２０】
筐体１は、超音波探触子の外面を構成し、超音波診断において操作者によって把持されるものである。
バッキング材２は、複数の圧電素子３から後方に放出される超音波を吸収するためのもので、例えば、天然ゴム、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムおよびエポキシ樹脂などから構成されている。バッキング材２は、例えば、０．１Ｗ／ｍＫ〜１．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するものが用いられる。
【００２１】
ここで、図１のＡ−Ａ線断面図を図２に示す。
図２に示すように、複数の圧電素子３は、バッキング材２の表面９上に同一ピッチで１列に配列されている。複数の圧電素子３は、互いに分離された複数の圧電体１１を有し、それぞれの圧電体１１の上面に接地電極層１２を接合すると共にそれぞれの圧電体６の下面に信号電極層１３を接合することができる。
ここで、複数の圧電素子３の配列方向をアジマス方向ＡＺ、複数の圧電素子の下面に平行で且つアジマス方向ＡＺに直行する方向をエレベーション方向ＥＬとする。
【００２２】
図３に、圧電体１１の下面１４を示す。図３に示すように、複数の圧電体１１は、それぞれ下面１４においてアジマス方向ＡＺに延びる一対の縁部１５ａおよび１５ｂと、一対の縁部１５ａおよび１５ｂの間に位置する中間部１６とを有する。ここで、中間部１６は圧電体１１が大きく伸縮する部分であり、一対の縁部１５ａおよび１５ｂは中間部１６に対して圧電体１１の伸縮が極めて小さい部分である。
【００２３】
この一対の縁部１５ａおよび１５ｂは、集熱部８の先端部、すなわち後述する熱伝導路１８の先端部が当接される当接部２０を有する。このように、圧電体１１の伸縮が小さい一対の縁部１５ａおよび１５ｂに集熱部８の先端部を直接当接することにより、受信信号に歪などの影響が生じることを抑制することができる。
具体的には、一対の縁部１５ａおよび１５ｂは、エレベーション方向ＥＬに延びる圧電体１１の幅に対してそれぞれ１割以下の長さ範囲に設けられ、集熱部８の当接による振動子の帯域特性やエコーリンギングへの影響をおさえることができる。例えば５．０ｍｍ幅の圧電体に対しては、それぞれ０．５ｍｍ程度の範囲を一対の縁部１５ａおよび１５ｂとしても影響は軽微である。
【００２４】
接地電極層１２は、エレベーション方向ＥＬに延びる圧電対１１の幅より長く形成し、圧電体１１の上面全体を覆うと共に互いに対向する一対の縁部がエレベーション方向ＥＬに圧電体１１の上面から突き出るように配置することができる。
信号電極層１３は、圧電体１１の中間部１６と同じ表面積を有し、中間部１６の全面を覆うように配置されている。これにより、圧電体１１の一対の縁部１５ａおよび１５ｂが露出されることになる。
【００２５】
なお、複数の圧電体１１は、Ｐｂ系のペロブスカイト構造酸化物から形成されるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表されるＰｂ系の圧電セラミック、または、マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ−ＰＴ）および亜鉛ニオブ酸・チタン酸鉛固溶体（ＰＺＮ−ＰＴ）に代表されるリラクサ系の圧電単結晶から形成することができる。また、複数の圧電体１１は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系材料から形成することもできる。
【００２６】
音響整合層４は、複数の圧電素子３から送信された超音波ビームを効率よく被検体内に入射させるためのもので、圧電素子３の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの中間的な値の音響インピーダンスを有する材料から形成されている。音響整合層４は、複数の断片に分断されて、複数の圧電素子３の表面上にそれぞれ対応して接合することができる。すなわち、音響整合層４は、複数の圧電素子３と同じピッチでアジマス方向ＡＺに一列に配列することができる。
【００２７】
複数の圧電素子３の間および音響整合層４の複数の断片の間には、複数の圧電素子３を互いに分離すると共に音響整合層４の複数の断片を互いに分離する分離部１７が配置されている。すなわち、分離部１７は、複数の圧電素子３の表面上からバッキング材２の表面上まで、積層方向に向かって互いに平行に配置されている。この分離部１７は、複数の圧電素子３および音響整合層４において隣り合う断片の位置および姿勢を固定するためのもので、例えばエポキシ樹脂などから構成することができ、これらの材料を複数の圧電素子３の間および音響整合層４の複数の断片の間に充填することにより形成することができる。
音響レンズ５は、屈折を利用して超音波ビームを絞り、エレベーション方向の分解能を向上させるもので、シリコンゴム等から形成されている。
【００２８】
集熱部８は、バッキング材２より熱伝導率が高い材料から構成されて、複数の圧電素子３で生じた熱を取り込むためのものである。集熱部８は、バッキング材２の内部において厚み方向に延在し且つ複数の圧電素子３の下面１４に対向するバッキング材２の表面９から先端部が露出する複数の熱伝導路１８と、複数の熱伝導路１８の基端部に接続された集熱板１９とを有する。
なお、集熱部８は、音響整合層４より高い熱伝導率を有することが好ましく、具体的には、２００Ｗ／ｍＫ〜５００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することが好ましい。例えば、集熱部８は、銅、アルミニウム、金などの金属から構成することができる。
【００２９】
複数の熱伝導路１８は、複数の圧電素子３で発熱された熱を基端部側に伝導するものである。複数の熱伝導路１８は、図１に示すように、複数の圧電体１１の一方の縁部１５ａの直下と他方の縁部１５ｂの直下にそれぞれ配置されると共に、図２に示すように、それぞれの圧電素子３に対応するようにアジマス方向ＡＺに配列されている。すなわち、複数の熱伝導路１８は、複数の圧電体１１の一方の縁部１５ａの直下と他方の縁部１５ｂの直下において、それぞれアジマス方向ＡＺに向かって一列に配列されている。
【００３０】
また、複数の熱伝導路１８は、それぞれ先端部に向かって断面積が連続的に縮小する形状を有し、アジマス方向ＡＺに隣接する熱伝導路１８が基端部の近傍において互いに連結されている。これにより、集熱部８は、複数の圧電素子３の下面１４に対向する全ての面を、下面１４に対して傾斜する傾斜面１８ａから構成することができる。また、複数の熱伝導路１８の先端部は、バッキング材２の表面９から突出して信号電極層１３の横側を延び、図３に示す複数の圧電体１１の下面１４において一対の縁部１５ａおよび１５ｂの当接部２０に直接当接している。
【００３１】
集熱板１９は、それぞれの熱伝導路１８から伝導された熱を取り込むためのものである。集熱板１９は、バッキング材２の内部において、複数の圧電素子３から後方に放出される超音波が充分に減衰する位置に、複数の圧電素子３の下面１４に対して平行に配置されている。例えば、集熱板１９は、複数の圧電素子３の下面から１．０ｍｍ以上離れた位置に配置することができる。また、集熱板１９には、上面の全て覆うように複数の熱伝導路１８が接続されている。
【００３２】
排熱部１０は、先端部が集熱板１９に接続された複数のヒートパイプからなり、集熱板１９に取り込まれた熱を外部に排出するものである。排熱部１０は、図２に示すように、複数の熱伝導路１８に１対１で対応して配置されるのが好ましい。
【００３３】
信号線７ａおよび７ｂは、複数の圧電素子３の一対の縁部１５ａおよび１５ｂの直下にそれぞれ配置された熱伝導路１８の間を通るように配置され、アジマス方向ＡＺに配列される複数の圧電素子３の信号電極層１３に交互に接続されている。例えば、アジマス方向ＡＺにおいて偶数番目に配列された圧電素子３の信号電極層１３に信号線７ａを接続し、奇数番目に配列された圧電素子３の信号電極層１３に信号線７ｂを接続することができる。
接地線６ａおよび６ｂは、接地電極層１２においてエレベーション方向ＥＬに突き出した一方の縁部側と他方の縁部側にそれぞれ配置され、信号線７ａおよび７ｂと同様に、アジマス方向ＡＺに配列される複数の圧電素子３の接地電極層１２に交互に接続することができる。
【００３４】
次に、この実施の形態の動作について説明する。
まず、図１に示す超音波探触子の音響レンズ５を被検体に接触させて、複数の圧電素子３の信号電極層１３と接地電極層１２の間に、信号線７ａおよび７ｂ並びに接地線６ａおよび６ｂを介して、それぞれパルス状または連続波の電圧を印加する。これにより、それぞれの圧電素子３の圧電体１１が伸縮してパルス状または連続波の超音波が発生し、これらの超音波が音響整合層４および音響レンズ５を介して被検体内に送信される。
【００３５】
この時、複数の圧電素子３の後方にも超音波Ｓが放出されるが、この超音波Ｓはバッキング材２により吸収される。ここで、バッキング材２の内部に配置された複数の熱伝導路１８は、圧電体１１において伸縮が極めて小さい一対の縁部１５ａおよび１５ｂの直下に配置されているため、バッキング材２による超音波Ｓの吸収を大きく阻害することはない。
さらに、複数の熱伝導路１８は、それぞれ先端部に向かって断面積が連続的に縮小するように形成されており、その上面には複数の圧電素子３の下面１４に対して傾斜する傾斜面１８ａを有する。このため、図２に示すように、複数の圧電素子３の後方に放出された超音波Ｓが複数の熱伝導路１８に入射した場合でも、その超音波Ｓを傾斜面１８ａにより下方に向かって散乱させることができ、複数の熱伝導路１８で反射された超音波Ｓが複数の圧電素子３の下面に入射することを抑制することができる。
【００３６】
また、超音波を発生させる際に、複数の圧電素子３では、圧電体１１の伸縮に伴って熱が生じている。ここで、圧電体１１の下面１４において一対の縁部１５ａおよび１５ｂには、複数の熱伝導路１８の先端部が直接当接されており、この複数の熱伝導路１８の先端部を介して圧電体１１で生じた熱を複数の熱伝導路１８に順次伝達することができる。そして、複数の熱伝導路１８に伝達された熱は、熱伝導路１８を基端部に向かって伝導して集熱板１９に伝達される。このようにして、複数の圧電素子３で生じた熱を集熱部８に取り込むことができる。
【００３７】
集熱部８に取り込まれた熱は、集熱板１９に接続された排熱部１０を介して外部に排出される。排熱部１０は、ヒートパイプから構成されており、例えば１０００Ｗ／ｍＫ〜１００００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有するため、集熱部８に取り込まれた熱を効率的に外部に排出することができる。
このように、集熱部８が複数の圧電素子３から熱を取り込むと共に排熱部１０が集熱部８に取り込まれた熱を外部に順次排出するため、複数の圧電素子３で生じた熱を効率よく外部に排出することができ、複数の圧電素子３から音響レンズ５に熱が伝導して音響レンズ５の表面が高温となることを抑制することができる。
【００３８】
続いて、超音波探触子から被検体に向けて送信された超音波は、被検体内で反射されて、超音波探触子の音響レンズ５および音響整合層４を介してそれぞれの圧電素子３に入射される。圧電素子３に超音波が入射すると、この超音波に応答して圧電体１１が伸縮し、信号電極層１３と接地電極層１２の間に電気信号を発生して、受信信号として信号線７ａおよび７ｂを介して出力される。
この時、複数の熱伝導路１８の先端部は、圧電体１１の下面１４において、圧電体１１の伸縮が極めて小さい一対の縁部１５ａおよび１５ｂに当接しているため、超音波の受信による圧電体１１の伸縮を大きく阻害することはなく、複数の熱伝導路１８の配置により受信信号に歪などが生じることを抑制することができる。
【００３９】
本実施の形態によれば、複数の圧電素子３で生じる熱を効率的に外部に排出するため、複数の圧電素子の駆動力を高めても音響レンズ５の表面温度を低く保つことができ、複数の圧電素子の駆動力を高めることにより超音波画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、複数の熱伝導路１８は、複数の圧電体１１の伸縮を阻害しない位置に配置され且つ複数の圧電素子３から後方に放出される超音波Ｓを散乱させる形状を有する。このため、複数の熱伝導路１８の配置による受信信号への影響を抑制しつつ複数の圧電素子３から熱を効率的に排出することができる。
【００４０】
実施の形態２
本発明の集熱部と排熱部は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列される複数の圧電素子を有する超音波探触子であれば適用することができ、特に限定されるものではない。
例えば、実施の形態１では、信号線７ａおよび７ｂが熱伝導路１８の間を通って信号電極層１３の中間部１６に接続されていたが、図４に示すように、熱伝導路１８の外側を通るように信号線２１ａおよび２１ｂを配置することもできる。
【００４１】
具体的には、実施の形態１の超音波探触子において、信号電極層１３並びに信号線７ａおよび７ｂに換えて、圧電体１１の下面１４全体を覆う信号電極層２２を配置し、信号電極層２２の下面において圧電体１１の一対の縁部１５ａおよび１５ｂに対応する位置に、信号線２１ａおよび２１ｂをそれぞれ接続することができる。また、信号電極層２２には、一対の縁部１５ａおよび１５ｂにおける当接部２０に対応する位置に開口２３が形成されており、この開口２３を介して複数の熱伝導路１８の先端部を圧電体１１の下面１４に直接当接することができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、複数の圧電素子３で生じる熱を効率的に外部に排出するため、複数の圧電素子の駆動力を高めても音響レンズ５の表面温度を低く保つことができ、複数の圧電素子の駆動力を高めることにより超音波画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、複数の熱伝導路１８は、複数の圧電体１１の伸縮を阻害しない位置に配置され且つ複数の圧電素子３から後方に放出される超音波Ｓを散乱させる形状を有する。このため、複数の熱伝導路１８の配置による受信信号への影響を抑制しつつ複数の圧電素子３から熱を効率的に排出することができる。
ただし、実施の形態１に係る超音波探触子は、信号線７ａおよび７ｂが信号電極層１３の一対の縁部１５ａおよび１５ｂに接続されないため、複数の熱伝導路１８が当接される当接部２０を圧電体１１の一対の縁部１５ａおよび１５ｂに広くとることができ、複数の熱伝導路１８と当接部２０とを容易に位置合わせすることができる。また、複数の熱伝導路１８をより外側に配置することができるため、圧電体１１の伸縮をより阻害しないように配置することができる。
【００４３】
実施の形態３
実施の形態１および２では、複数の熱伝導路１８の先端部が複数の圧電素子３の一対の縁部１５ａおよび１５ｂに直接当接していたが、複数の熱伝導路１８の先端部がバッキング材２の表面から露出して複数の圧電素子３から効率的に熱を取り込むことができればよく、これに限られるものではない。
【００４４】
例えば、実施の形態１に示す超音波探触子において、図５に示すように、複数の圧電素子３の間に充填されて複数の圧電素子３を互いに分離する複数の分離部３１を、バッキング材２より熱伝導率が高い材料から構成し、複数の熱伝導路１８を複数の分離部３１の直下に配置して、その先端部を分離部３１内に挿入することにより、複数の熱伝導路１８の先端部を複数の分離部３１に直接当接させてもよい。
複数の圧電素子３で生じた熱は、複数の分離部３１を介して複数の熱伝導路１８の先端部に順次伝導され、複数の熱伝導路１８の先端部から基端部に向かって伝導される。続いて、複数の熱伝導路１８の基端部まで伝導された熱は、集熱板１９および排熱部１０を介して外部に排出することができる。
【００４５】
本実施の形態によれば、複数の熱伝導路１８が複数の圧電体１１に直接当接されていないため、圧電体１１の伸縮を妨げることがなく、複数の熱伝導路１８の配置による受信信号への影響を確実に抑制することができる。
なお、複数の分離部３１は、例えば、ボロンナイトライドなどから構成された粒子を樹脂材に混合した材料から構成することができる。また、複数の分離部３１は、１．０Ｗ／ｍＫ〜５．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するのが好ましい。
【００４６】
実施の形態４
上記の実施の形態１〜３では、集熱板１９は複数の熱伝導路１８の下側のみに配置されて、その上面全体が複数の熱伝導路１８で覆われていたが、上面が露出するように形成することもできる。この時、集熱板１９の露出した上面には、複数の圧電素子３の下面１４に対して傾斜する複数の傾斜面を形成することが好ましい。
【００４７】
例えば、実施の形態１の超音波探触子において、図６に示すように、排熱部１０の先端部を覆うように集熱板４１を配置し、その集熱板４１の上面に、先端部に向かって断面積が連続的に縮小する凸部４２を設けて、複数の圧電素子３の下面１４に対して傾斜する複数の傾斜面４３を形成することができる。
このように、排熱部１０の先端部を覆うように集熱板４１を設けることにより、複数の熱伝導路１８から排熱部１０に効率よく熱を伝導させることができる。また、集熱板４１の上面に複数の傾斜面４３を形成することにより、複数の圧電素子３から後方に放出される超音波Ｓを傾斜面４３により散乱させることができる。これにより、超音波Ｓが、集熱板４１の上面または排熱部１０の先端部で反射されて複数の圧電素子３の下面に入射することを抑制し、受信信号にノイズなどが混入することを防ぐことができる。
【００４８】
なお、凸部４２は、複数の圧電素子３からの超音波Ｓを効果的に散乱するように、λ／１０〜数λ程度の高さを有することが好ましい。ここで、λは、超音波Ｓの波長である。具体的には、超音波Ｓの周波数ｆ＝３．５ＭＨｚ、樹脂の素材音速ｖ＝２５００ｍ／ｓｅｃと仮定すると、バッキング材２を伝搬する超音波Ｓの波長はλ＝ｖ／ｆ＝７１４μｍである。このため、凸部４２の高さは、例えば、約０．１ｍｍ〜約３ｍｍとすることが好ましい。
また、凸部４２の大きさは、不均一であってもよい。この時、凸部４２は、λ／１０〜数λの平均高さ及び同程度の平均底辺長を有することが好ましい。
【００４９】
実施の形態５
上記の実施の形態１〜４の超音波探触子において、集熱板１９の内部に、複数の圧電素子３の下面１４に対して傾斜する複数の傾斜面を有する空洞を形成することもできる。
例えば、実施の形態４において、図７に示すように、集熱板４１の内部に、先端部に向かって断面積が連続的に縮小する複数の空洞５１を設けて、複数の圧電素子３の下面１４に対して傾斜する複数の傾斜面５２を形成することができる。
【００５０】
これにより、集熱部８の内部に入射された超音波を複数の傾斜面５２により下方に向かって散乱させることができる。例えば、実施の形態４において複数の圧電素子３から後方に放出された超音波Ｓが傾斜面４３で散乱される際に、一部の超音波Ｓは、図７に示すように、傾斜面４３を介して集熱部８の内部に入射される。そこで、集熱部８の内部に入射された超音波Ｓを複数の傾斜面５２により再度散乱させることより、超音波Ｓが排熱部１０の先端部に正面から入射することを抑制することができる。これにより、超音波Ｓが、排熱部１０の先端部により前方に反射されて、複数の圧電素子３の下面に入射することをより確実に抑制することができる。
【００５１】
なお、空洞５１は、集熱部８の内部に入射した超音波Ｓを効果的に散乱するように、λ／１０〜数λ程度の高さを有することが好ましい。ここで、λは、超音波Ｓの波長である。
また、空洞５１の大きさは、不均一であってもよい。この時、空洞５１は、λ／１０〜数λの平均高さ及び同程度の平均底辺長を有することが好ましい。
空洞５１の大きさは、凸部４２の大きさとの関係で、適宜設計すればよい。
【００５２】
実施の形態６
上記の実施の形態１〜５では、複数の熱伝導路１８が、複数の圧電素子３の下面１４において一対の縁部１５ａおよび１５ｂの直下のみに配置されていたが、複数の圧電素子３の中間部１６の直下に配置することもできる。
【００５３】
例えば、実施の形態１の超音波探触子において、図８に示すように、複数の圧電素子３、集熱部８および排熱部１０に換えて、複数の圧電素子６１、集熱部６２および排熱部６３をそれぞれ配置することができる。
複数の圧電素子６１は、実施の形態１の信号電極層１３に換えて、それぞれの圧電体１１の下面１４全体を覆う信号電極層６４を配置したものである。それぞれの信号電極層６４には、圧電体１１の一対の縁部１５ａおよび１５ｂ並びに中間部１６に対応する位置に、エレベーション方向ＥＬに向かって複数の開口６５が配列形成されている。
【００５４】
集熱部６２は、複数の熱伝導路６６と、集熱板６７とを有する。複数の熱伝導路６６は、それぞれの圧電体１１において一対の縁部１５ａおよび１５ｂの直下および中間部１６の直下に、エレベーション方向ＥＬに向かって配列されている。そして、複数の熱伝導路６６の先端部が、信号電極層６４に形成された複数の開口６５を介して、圧電体１１の一対の縁部１５ａおよび１５ｂ並びに中間部１６に直接当接されている。なお、複数の熱伝導路６６は、実施の形態１の複数の熱伝導路１８と同様に、アジマス方向ＡＺに向かって、それぞれの圧電素子６１に対応するように一列に配列されている。
【００５５】
このように、複数の圧電素子６１の下面１４に当接される複数の熱伝導路６６の数を増加させることにより、複数の圧電素子６１で生じた熱をより効率的に複数の熱伝導路６６に伝達することができ、複数の圧電素子６１の温度上昇を確実に抑制することができる。
なお、複数の熱伝導路６６は、エレベーション方向に向かって一定間隔を空けて配列されることが好ましい。これにより、複数の圧電素子６１で生じた熱を下面１４からほぼ均一に複数の熱伝導路６６に伝達することができ、複数の圧電素子６１の温度上昇をより確実に抑制することができる。
【００５６】
集熱板６７は、全ての熱伝導路６６の基端部が接続されるように、エレベーション方向ＥＬに向かって連続して延びる形状を有する。すなわち、集熱板６７は、圧電体１１の一方の縁部１５ａに接合された熱伝導路６６の位置から他方の縁部１５ｂに接合された熱伝導路６６の位置まで連続して延びるように配置されている。このように、全ての熱伝導路６６の基端部を接続することにより、複数の熱伝導路６６を伝導した熱を集熱板６７に効率的に取り込むことができる。
排熱部６３は、複数の熱伝導路６６に対応して集熱板６７の下面に接続されている。これにより、集熱板６７に取り込まれた熱を効率的に外部に排出することができる。
【００５７】
また、複数の熱伝導路６６は、先端部に向かって断面積が連続的に縮小するように形成されており、その上面には複数の圧電素子６１の下面１４に対して傾斜する傾斜面６６ａを有する。この傾斜面６６ａにより、複数の圧電素子６１から後方に放出された超音波Ｓを散乱することができる。
また、集熱板６７の上面には、先端部に向かって断面積が連続的に縮小する凸部６８が形成されており、その上面には複数の圧電素子６１の下面１４に対して傾斜する複数の傾斜面６９を有する。この傾斜面６９により、複数の圧電素子６１から後方に放出された超音波Ｓをより効果的に散乱することができる。なお、凸部６８は、実施の形態４の凸部４２と同様に、複数の圧電素子３からの超音波Ｓを確実に散乱するように、λ／１０〜数λ程度の高さを有することが好ましい。ここで、λは、超音波Ｓの波長である。また、凸部６８の大きさは、不均一であってもよい。この時、凸部６８は、λ／１０〜数λの平均高さ及び同程度の平均底辺長を有することが好ましい。
【００５８】
本実施の形態によれば、複数の圧電素子６１の下面１４に対向する上面の全体にわたって形成された傾斜面６６ａおよび傾斜面６９により、複数の圧電素子６１から後方に放出された超音波Ｓが前方に反射されて複数の圧電素子６１の下面１４に入射することを確実に抑制しつつ、複数の圧電素子６１の下面１４により多くの熱伝導路６６を当接することにより、複数の圧電素子６１で生じた熱をより効率的に外部に排出することができる。
【００５９】
実施の形態７
上記の実施の形態１〜６では、複数の熱伝導路の先端部は、複数の圧電素子において圧電体の下面１４に直接当接されたが、信号電極層の下面に直接当接することもできる。
例えば、図９に示すように、実施の形態１の超音波探触子において、信号電極層１３に換えて、圧電体１１の下面１４の全面にわたって信号電極層７１を配置し、信号電極層７１の下面７２と、バッキング材２の表面９から露出する複数の熱伝導路７３の先端部とを絶縁膜７４を介して当接することができる。
【００６０】
これにより、複数の圧電素子３で生じた熱を信号電極層７１の下面７２から絶縁膜７４を介して複数の熱伝導路７３に伝導させることができる。
本実施の形態によれば、複数の熱伝導路を信号電極層に接触しないように位置合わせして圧電体に当接させる必要がないため、複数の熱伝導路７３を複数の圧電素子３の下面７２に容易に当接させることができる。
【００６１】
実施の形態８
上記の実施の形態１〜７では、複数の圧電素子は、圧電体の上面に接地電極層が接合されると共に圧電体の下面に信号電極層が接合されていたが、圧電体の上面に信号電極層を接合すると共に圧電体の下面に接地電極層を接合してもよい。
例えば、図１０に示すように、実施の形態１の超音波探触子において、複数の圧電素子３に換えて、圧電体８１の上面に信号電極層８２を接合すると共に圧電体８１の下面に接地電極層８３を接合した複数の圧電素子８４を配置することができる。ここで、接地電極層８３は、圧電体８１の下面全体を覆うように配置されている。
【００６２】
また、実施の形態１の接地線６ａおよび６ｂに換えて信号線８５ａおよび８５ｂが配置されると共に、実施の形態１の信号線７ａおよび７ｂに換えて接地線８６ａおよび８６ｂが配置されている。そして、信号線８５ａおよび８５ｂが信号電極層８２に接続され、接地線８６ａおよび８６ｂが接地電極層８３に接続されている。
さらに、実施の形態１の複数の熱伝導路１８に換えて、バッキング材２の表面９から先端部が露出する複数の熱伝導路８７が配置されている。この複数の熱伝導路８７の先端部は、接地電極層８３の下面８８に直接当接されている。
このように、圧電体８１の下面側に接地電極層８３を配置することにより、実施の形態７で示すように絶縁膜などを介すことなく、複数の熱伝導路８７の先端部を接地電極層８３の下面８８に直接当接することができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、複数の熱伝導路を信号電極層に接触しないように位置合わせして圧電体に当接させる必要がないため、複数の熱伝導路８７を複数の圧電素子８４の下面８８に容易に当接させることができる。
【００６４】
実施の形態９
実施の形態１〜８では、バッキング材の表面上に複数の圧電素子が接合されていたが、バッキング材と複数の圧電素子との間に、複数の圧電素子から後方に放出される超音波を前方に反射するためのデマッチング層を配置することもできる。
例えば、図１１に示すように、実施の形態１の超音波探触子において、バッキング材２と複数の圧電素子３との間に、デマッチング層９１を配置することができる。ここで、デマッチング層９１は、複数の圧電素子３の圧電体１１より音響インピーダンスが大きいものとする。
【００６５】
また、実施の形態１の複数の熱伝導路１８に換えて、バッキング材２の内部からデマッチング層９１の内部に延びる複数の熱伝導路９３を配置することができる。この複数の熱伝導路９３の先端部は、デマッチング層９１の表面９２から露出して圧電体１１の下面１４に向かって延び、下面１４に直接当接されている。
このように、実施の形態１〜８の超音波探触子において、バッキング材と複数の圧電素子との間にデマッチング層を配置することができる。
本実施の形態によれば、デマッチング層９１を配置した超音波探触子においても、複数の圧電素子３で生じる熱を効率的に外部に排出することができ、音響レンズ５の表面温度を低く保ちつつ複数の圧電素子３の駆動力を高めることができる。
【００６６】
実施の形態１０
実施の形態１〜９において、排熱部の基端部は、筐体に設けられた金属部分に接続することが好ましい。
例えば、図１２に示すように、筐体１の基端部には、複数の圧電素子に接続された接地線および信号線を図示しない超音波診断装置本体に接続するための接続ケーブル１０１が、金属から構成された連結部１０２を介して連結されており、この連結部１０２に排熱部１０３の基端部１０４を接続することができる。排熱部１０３は、集熱部に接続されると共に複数の圧電素子に対応して互いに平行に延びる複数の先端部１０５と、複数の先端部１０５を一つのヒートパイプに統合する基端部１０４とを有する。
【００６７】
本実施の形態によれば、排熱部１０３の基端部１０４を筐体１の金属部分に接続することにより、基端部１０４の冷却を促進することができ、集熱部に取り込まれた熱を効率的に外部に排出することができる。
【００６８】
なお、図１３に示すように、排熱部１０３の外周壁と筐体１の内壁との間を埋めるように、熱伝導率が高い材料から構成された排熱材１０６を配置することが好ましい。この時、排熱部１０３の基端部１０４は、例えば、複数の先端部１０５を３つのヒートパイプに統合し、１つのヒートパイプの基端部を連結部１０２に接続すると共に、２つのヒートパイプの基端部を排熱材１０６に接続することができる。
【００６９】
これにより、排熱部１０３の基端部１０４に伝達された熱が排熱材１０６を介して筐体１の側壁からも排出されるため、集熱部に取り込まれた熱をより効率的に外部に排出することができる。
ここで、排熱材１０６は、例えば、金属粒子を樹脂材に混合した複合樹脂などから構成することができる。
【００７０】
なお、上記の実施の形態１〜１０において、複数の熱伝導路の先端部は、複数の圧電素子の下面においてアジマス方向ＡＺに延びる一対の縁部に直接当接されたが、複数の熱伝導路を複数の圧電素子の一対の縁部のうち少なくとも一方の直下に配置し、その先端部を複数の圧電素子の一対の縁部のうち少なくとも一方に直接当接することもできる。
【００７１】
また、上記の実施の形態１〜１０において、複数の熱伝導路は、先端部に向かって断面積が連続的に縮小するように形成されていたが、先端部に向かって断面積が段階的に縮小するように形成することもできる。
また、図１４に示すように、複数の圧電素子３の下面１４に向かって直線状に延びるように複数の熱伝導路１１１を形成することもできる。この時、複数の熱伝導路１１１を接続する集熱板１１２の上面には、先端部に向かって断面積が連続的に縮小する凸部１１３を設けて、複数の圧電素子３の下面１４に対して傾斜する複数の傾斜面１１４を形成することが好ましい。なお、凸部１１３は、実施の形態４の凸部４２と同様に、複数の圧電素子３からの超音波Ｓを確実に散乱するように、λ／１０〜数λ程度の高さを有することが好ましい。ここで、λは、超音波Ｓの波長である。また、凸部１１３の大きさは、不均一であってもよい。この時、凸部１１３は、λ／１０〜数λの平均高さ及び同程度の平均底辺長を有することが好ましい。
【００７２】
さらに、図１５に示すように、排熱部１０から複数の圧電素子３の下面１４に向かって延びると共に全ての圧電素子３にわたってアジマス方向ＡＺに延びる平板形状を有し、先端部１１５が複数の圧電素子３の下面１４に連続して接続される熱伝導路１１６を備えることもできる。熱伝導路１１６は、複数の圧電素子３の一対の縁部のうち少なくとも一方の直下に配置され、その先端部１１５が複数の圧電素子３の一対の縁部のうち少なくとも一方に直接当接されている。すなわち、少なくとも１つの熱伝導路１１６が、複数の圧電素子３の一対の縁部の直下に配置され、その先端部が一対の縁部に直接当接されている。このように、熱伝導路１１６は、圧電体１１の伸縮が小さい一対の縁部に当接されており、圧電体１１の伸縮が大きく阻害されることはない。
【００７３】
また、上記の実施の形態１〜１０において、排熱部は、ヒートパイプから構成されたが、集熱部以上の熱伝導率を有するものであればよく、これに限るものではない。
【００７４】
また、上記の実施の形態１〜１０において、複数の圧電素子は、エレベーション方向ＥＬ方向に一列に配列されていたが、エレベーション方向ＥＬおよびアジマス方向ＡＺに２次元に配列することもできる。この時、それぞれの圧電素子の下面に対して複数の熱伝導路の先端部を直接当接することが好ましい。
また、上記の実施の形態１〜１０に係る超音波探触子は、超音波内視鏡に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７５】
１  筐体、２  バッキング材、３，６１，８４  圧電素子、４  音響整合層、５  音響レンズ、６ａ，６ｂ，８６ａ，８６ｂ  接地線、７ａ，７ｂ，２１ａ，２１ｂ，８５ａ，８５ｂ  信号線、８，６２  集熱部、９  バッキング材の表面、１０，６３，１０３  排熱部、１１，８１  圧電体、１２，８３  接地電極層、１３，２２，６４，７１，８２  信号電極層、１４，７２，８８  下面、１５ａ，１５ｂ  縁部、１６  中間部、１７，３１  分離部、１８，６６，７３，８７，９３，１１１、１１６  熱伝導路、１９，４１，６７，１１２  集熱板、２０  当接部、２３ａ，２３ｂ，６５  開口、４２，６８，１１３  凸部、１８ａ，４３，５２，６６ａ，６９，１１４  傾斜面、５１  空洞、７４  絶縁膜、９１  デマッチング層、９２  デマッチング層の表面、１０１  接続ケーブル、１０２  連結部、１０４  排熱部の基端部、１０５  排熱部の先端部、１０６  排熱材、１１５  先端部、ＥＬ  エレベーション方向、ＡＺ  アジマス方向、Ｓ  超音波。
【図１】
0005923539.tif 000002
【図２】
0005923539.tif 000003
【図３】
0005923539.tif 000004
【図４】
0005923539.tif 000005
【図５】
0005923539.tif 000006
【図６】
0005923539.tif 000007
【図７】
0005923539.tif 000008
【図８】
0005923539.tif 000009
【図９】
0005923539.tif 000010
【図１０】
0005923539.tif 000011
【図１１】
0005923539.tif 000012
【図１２】
0005923539.tif 000013
【図１３】
0005923539.tif 000014
【図１４】
0005923539.tif 000015
【図１５】
0005923539.tif 000016