(57)【要約】【課題】  必要な超音波の出力を確保しつつ、放熱効率を向上させる超音波プローブを提供する。【解決手段】  格子状に配設された複数の超音波振動子１６と、各超音波振動子１６から引き出された信号線２２の引き出し方向に設置され、超音波振動子１６の振動を抑制するバッキング材２０とを有する超音波プローブであって、バッキング材２０を構成する材料の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料よりなる放熱層１０１が、信号線２２の引き出し方向に沿ってバッキング材２０に設けられ、放熱層１０１の少なくとも一部は、信号線２２が引き出された方向に対するバッキング材２０の側面部に延在されている。【選択図】      図２
2006102135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配設された複数の超音波振動子と、
各超音波振動子から引き出された信号線の引き出し方向に設置され、前記超音波振動子の前記引き出し方向への振動の伝達を抑制するバッキング材とを有する超音波プローブであって、
前記バッキング材を構成する材料の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料よりなる放熱層が、前記信号線の引き出し方向に沿って前記バッキング材に設けられ、前記信号線が引き出された方向に対する前記バッキング材の側面部に前記放熱層の端部が延在されたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記放熱層は、前記超音波振動子の列に応じて設けられたことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
１つの前記放熱層が複数の前記超音波振動子の列に対して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記超音波振動子の列に応じて前記バッキング材に基板が埋設され、係る基板上に前記信号線が形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記放熱層が前記基板に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
列設された複数の超音波振動子と、各超音波振動子に設けられた信号電極から電気配線を引き出す信号線とが一方の面に設けられると共に、前記超音波振動子の振動を抑制するバッキング材が前記信号線上に設置された基板を有し、前記バッキング材の前記一方の面と対向する他方の面に放熱層が形成され、前記信号線が引き出された方向に対する前記バッキング材の側面部に前記放熱層の端部が延在されたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項７】
複数の前記基板が積層されたことを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記放熱層に熱的に接続された放熱部材が前記バッキング材の少なくとも一部を覆うように設けられることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記放熱層は、グラファイト又はパイロリティック・グラファイトからなることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波により生体内を画像化し診断を行う医用超音波診断装置に関するものであり、特に、超音波の送受信を行う超音波プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体内に超音波を送信すると共に、反射エコーを受信して被検体内の検査を行う超音波診断装置は医用分野において広く用いられている。
【０００３】
近年、超音波ビームのフォーカス、走査を全方位に亘って行い、超音波による３次元走査が可能な超音波プローブ、及びこの超音波プローブにより収集された被検体からの超音波情報に基づいて立体（３次元）超音波画像を生成し表示する超音波診断装置が実現されている。
【０００４】
図８は、従来の超音波トランスデューサの構成を示す斜視図である。この超音波の全方位的なフォーカシングや高速な３次元走査を実現する超音波プローブとしては、超音波トランスデューサを構成する超音波振動子をマトリックス状に多数配列した２次元アレイ超音波プローブがある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
図８に示すように、この２次元アレイ超音波プローブに採用される超音波トランスデューサ１０は、音響整合層１２、アース電極１４、超音波振動子（圧電体）１６、バッキング材２０（負荷材相）及び信号線２２を具備する構成となっている。
【０００６】
音響整合層１２は、被検体（図示せず）と超音波振動子１２との間に位置するように設けられており、被検体と超音波振動子１２との音響インピーダンスの整合をとるものである。
【０００７】
アース電極１４は、各超音波振動子１６の一端に設けられている。図示はされていないが、アース電極１４はアース接続されている。
【０００８】
超音波振動子（圧電体）１６は、２成分系或いは３成分系の圧電セラミックス等からなる圧電素子であり、２次元アレイ状（格子状）に配列されている。従って、２次元アレイ状に配列された各超音波振動子１６の一端（被検体側）にアース電極１４及び音響整合層１２が順次接続されており、他端には、圧電効果のための電圧印加や被検体から受波した超音波に基づく電気信号を発生するための電気信号を印加する信号線２２が接続されている。この超音波振動子１６の２次元的配列により、超音波の全方位的なフォーカシングと高速な３次元走査が可能である。
【０００９】
バッキング材２０は、超音波振動子１６の背面（信号線２２が接続される側の面、すなわち超音波振動子１６から信号線２２が引き出されている側の面）に設けられており、当該超音波振動子１６を機械的に支持する。
【００１０】
また、バッキング材２０は、超音波パルスを短くするために、超音波振動子１６の動きを制動している。
【００１１】
また、このバッキング材２０の厚さは、超音波トランスデューサの音響的特性を良好に保つため、使用する超音波周波数の波長に対して十分な厚さ（十分減衰される厚さ）をとるものとする。
【００１２】
信号線２２は、コの字状をなし、バッキング材２０と超音波振動子１６との間に介在し、かつバッキング材２０の側面部に当接するように伸延された基板１８上に形成されている（本図では、基板１８がバッキング材２０の上側面部及び下側面部に当接するように伸延されている）。ここで、前記側面部とは、バッキング材２０の厚み方向（信号線２２が引き出された方向）の面である。
【００１３】
信号線２２は、基板１８において超音波振動子１６に対向する面に、各超音波振動子１６の配列に対応した電極パッド（図示せず）が一端に形成され、各電極パッドが各超音波振動子１６の信号電極（図示せず）に接続されている。
【００１４】
そして、前記電極パッドから、基板１８においてバッキング材２０の側面部に当接する面にそれぞれ引き出された信号線２２の他端にも受信した信号を処理（増幅、切り替え等）するＩＣ基板（図示せず）が接続される電極パッド（図示せず）が形成されている。
【００１５】
ところで、超音波プローブは、上述したように、被検体に接触させて使用するものであり、表面温度は安全上、一定の温度を超えないように設計する必要がある。
【００１６】
また、超音波診断装置の動作状態において、超音波プローブ内では超音波トランスデューサから超音波の送受信が行われ、特に超音波の送信では発生した超音波の全てが被検体内に送信されるわけではなく、その一部は超音波トランスデューサ内で吸収され熱に変わっている。
【００１７】
その一方で、超音波診断装置の画像のＳ／Ｎ比を改善する方法の一つに超音波の出力を増大させる方法がある。超音波の出力は安全上、上限を規制されているため、いくらでも増大させることはできないが、安全の範囲内でできるだけ増大させたほうがよりＳ／Ｎ比の良い画像を得ることができる。
【００１８】
しかし、超音波の出力を増大させると、上述したように超音波プローブ内の発熱も大きくなり、表面温度の制約を受けるようになってしまう。
【００１９】
例えば、２次元アレイ超音波プローブでは、それまでの１次元プローブ（短冊状（細長い直方体状）の超音波振動子を列設した超音波トランスデューサを採用した超音波プローブ）に比べて素子数が増大し、それに伴うチャンネル数も増大することなどから、内蔵する回路基板の規模も大きくなるだけでなく、内蔵回路での発熱も増大し、超音波プローブ全体としての発熱が増大することになり、表面温度が一定レベルを超えないようにすることがより難しくなる傾向にある。
【００２０】
各超音波振動子に設けられる信号線の引き出し方法を提案する目的で、本発明者らによって提案された特開２００１−３０９４９３号公報（特許文献２）では、１列の超音波振動子を１つの超音波トランスデューサユニットとして、複数の超音波トランスデューサユニットを積み重ねて２次元アレイ化された超音波プローブが開示されている。
【００２１】
【特許文献１】特開２００１−２９２４９６号公報（段落〔０００４〕−〔０００６〕、第１８図）
【特許文献２】特開２００１−３０９４９３号公報（段落〔００２６〕−〔００７３〕、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献２に記載の発明のように、複数の超音波トランスデューサユニットを積み重ねた構造の２次元アレイプローブでは、超音波振動子からの信号線の引き出しパターンがバッキング材の中を通る構造によって、超音波振動子やバッキング材中において発生した熱が信号線３１を伝わって、超音波トランスデューサの外にある程度は放熱できる構造となっているが、これら信号線３１だけでは十分な放熱効果が得られてはいない。
【００２３】
バッキング材はゴム系樹脂の混合物等が多く用いられ、その熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫ程度〜１０Ｗ／ｍＫ程度のものが一般的である。
【００２４】
これに対して、一般的に熱伝導率が高いとされている材料であるＣｕ（４００Ｗ／ｍＫ）やＡｌ（２３０Ｗ／ｍＫ）では熱伝導率がバッキング材の熱伝導率の数十倍から数百倍の差がある。
【００２５】
バッキング材には音響インピーダンスや音響減衰率、加工性等の多くの要求があるため、上記のような一般的な高熱伝導材料が使用されることはない。
【００２６】
しかし、前記の高熱伝導材料が極めて薄いシート状の場合、その音響的な影響は小さくなってくるため、バッキング材中に埋設することも可能となってくる。
【００２７】
従って、特許文献２に開示された信号線３１では、例えば、厚さ０．０２ｍｍ程度、幅０．０５ｍｍ程度、ライン数は３０〜１２０本程度（図では省略してある）で設けてあった場合、この断面積を合計すると最大で０．１２ｍｍ２程度となり、熱伝導率を考慮するとバッキング材の断面積が５０ｍｍ２も増加したことに相当し、熱設計上無視できないコンポーネントとなっている。
【００２８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、必要な超音波の出力を確保しつつ、放熱効率を向上させる超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記課題を解決するための、請求項１記載の発明に係る超音波プローブは、格子状に配設された複数の超音波振動子と、各超音波振動子から引き出された信号線の引き出し方向に設置され、前記超音波振動子の前記引き出し方向への振動の伝達を抑制するバッキング材とを有する超音波プローブであって、前記バッキング材を構成する材料の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料よりなる放熱層が、前記信号線の引き出し方向に沿って前記バッキング材に設けられ、前記信号線が引き出された方向に対する前記バッキング材の側面部に前記放熱層の端部が延在されたことを特徴とする。
【００３０】
かかる構成とすることにより、前記バッキング材の側面部に少なくとも一部を露出させた放熱層が当該バッキング材に設けられるので、前記バッキング材の側面部からも超音波振動子等から発生した熱を放出することができるので、超音波プローブとしての放熱効率を向上させることができる。なお、ここにいうバッキング材の側面部とは、前記信号線の引き出し方向（バッキング材の厚さ方向）に沿った面を指す。
【００３１】
上記課題を解決するための、請求項２記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１に記載の超音波プローブにおいて、前記放熱層は、前記超音波振動子の列に応じて設けられたことを特徴とする。
【００３２】
かかる構成とすることにより、超音波振動子の各列に対して設けられた放熱層が各別に外部への放熱に機能するので、偏りなく効率的な放熱を行うことができる。
【００３３】
上記課題を解決するための、請求項３記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１に記載の超音波プローブにおいて、１つの前記放熱層が複数の前記超音波振動子の列に対して設けられたことを特徴とする。
【００３４】
かかる構成のように、超音波振動子の複数列に対して１つの放熱層を設けることにより、必要最小限の放熱効果を維持しつつ、放熱層を設けるための工数やコストを低減させることができる。
【００３５】
上記課題を解決するための、請求項４記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１〜３の何れかに記載の超音波プローブにおいて、前記超音波振動子の列に応じて前記バッキング材に基板が埋設され、係る基板上に前記信号線が形成されたことを特徴とする。
【００３６】
かかる構成は、前記バッキング材に埋設された放熱層による放熱効果のみならず、前記信号線が形成された基板を前記バッキング材に埋設させて、前記信号線による放熱効果をも得る目的で構成されたものである。従って、バッキング材の側面部に端部が延設された放熱層及び基板上の信号線によってバッキング材中の熱をさらに効率良く超音波トランスデューサの外部に放出させることができる。なお、前記超音波振動子は、前記基板上に形成された信号線に応じて前記基板上に列設されてもよい。
【００３７】
上記課題を解決するための、請求項５記載の発明に係る超音波プローブは、請求項４に記載の超音波プローブにおいて、前記放熱層が前記基板に設けられたことを特徴とする。
【００３８】
かかる構成とすることにより、前記バッキング材に埋設される基板に対して放熱効果を奏する前記信号線と放熱層とを設けるので、製造工程数を減じることができる。
【００３９】
上記課題を解決するための、請求項６記載の発明に係る超音波プローブは、列設された複数の超音波振動子と、各超音波振動子に設けられた信号電極から電気配線を引き出す信号線とが一方の面に設けられると共に、前記超音波振動子の振動を抑制するバッキング材が前記信号線上に設置された基板を有し、前記バッキング材の前記一方の面と対向する他方の面に放熱層が形成され、前記信号線が引き出された方向に対する前記バッキング材の側面部に前記放熱層の端部が延在されたことを特徴とする。
【００４０】
かかる構成は、超音波トランスデューサを、列設された複数の超音波振動子と、各超音波振動子に設けられた信号電極から電気配線を引き出す信号線とが一方の面に設けられると共に、前記超音波振動子の振動を抑制するバッキング材が前記信号線上に設置された基板によりなる超音波トランスデューサユニットとして構成したものである。従って、バッキング材の側面部に端部が延設された放熱層及び基板上の信号線によってバッキング材中の熱を効率良く超音波トランスデューサ（ユニット）の外部に放出させることができる。
【００４１】
上記課題を解決するための、請求項７記載の発明に係る超音波プローブは、請求項６に記載の超音波プローブにおいて、複数の前記基板が積層されたことを特徴とする。
【００４２】
かかる構成は、複数の超音波トランスデューサユニットを積み重ねて２次元アレイ化した超音波トランスデューサをなし、超音波トランスデューサユニットに設けられた放熱層によって、バッキング材中の熱を効率良くトランスデューサの外部に放出させる構成である。従って、バッキング材の側面部だけでなく、引き出された信号線によっても超音波トランスデューサの外部へ放出できるので、より高い放熱効果を得ることが可能である。
【００４３】
上記課題を解決するための、請求項８記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１〜７の何れかに記載の超音波プローブにおいて、前記放熱層に熱的に接続された放熱部材が前記バッキング材の少なくとも一部を覆うように設けられることを特徴とする。
【００４４】
かかる構成とすることにより、前記放熱層に熱的に接続された放熱部材が、前記バッキング材の側面部から露出した前記放熱層の端部の放熱面を拡げる機能を発揮するので、より高い放熱効果を得ることができる。
【００４５】
上記課題を解決するための、請求項９記載の発明に係る超音波プローブは、請求項１〜６の何れかに記載の超音波プローブにおいて、前記放熱層は、グラファイト又はパイロリティック・グラファイトからなることを特徴とする。
【００４６】
ここで、パイロリティック・グラファイトは、高温の真空炉中で、炭化水素を分解しＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術等を用いて気相成長させて得られるグラファイトであり、熱分解によって沈積した炭素が黒鉛構造をとって機密に配列したものである。その密度は通常使用されているグラファイトと比較して約１．３倍大きいものであり、強い異方性を持っている。この異方性はパイロリティック・グラファイトが層構造をしていることに起因する特性であり、面方向で熱の良導体になり、厚さ方向では、アルミナ等の断熱材より熱伝導率が小さくなる。機械的強度や熱的安定性は、通常のグラファイトより優れており、コーティングをすることで不浸透性にすることもできる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、前記バッキング材を構成する材料の熱伝導率よりも大きい熱伝導率の材料よりなる放熱層を、前記信号線が突出した方向に沿うように前記バッキング材に設け、前記放熱層を前記バッキング材の側面部から少なくとも一部を露出した構成としたので、必要な超音波の出力を確保しつつ、放熱効率を向上させた超音波プローブを提供することができる。
【００４８】
また、複数の超音波トランスデューサユニットを積層させて構成した超音波トランスデューサにおいて、超音波トランスデューサユニットに設けられた放熱層と、前記超音波トランスデューサユニットに設けられた信号線とにより、バッキング材からの放熱効率を向上させることができる。
【００４９】
さらに、前記バッキング材の少なくとも一部を覆うように設けられた放熱部材と前記放熱層とを熱的に接続することで超音波トランスデューサ内に発生した熱を効率良く超音波プローブの外部に放出することができ、超音波トランスデューサの内部の温度上昇を抑制することが可能となり、必要な超音波の出力を確保できる超音波プローブを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
【００５１】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図である。
【００５２】
図１に示すように、本実施形態の超音波トランスデューサ１０は、音響整合層１２、アース電極１４、超音波振動子（圧電体）１６、バッキング材２０（負荷材相）及び信号線２２を具備する構成となっている。
【００５３】
音響整合層１２は、被検体（図示せず）と超音波振動子１２との間に位置するように設けられており、被検体と超音波振動子１２との音響インピーダンスの整合をとるものである。
【００５４】
アース電極１４は、各超音波振動子１６の一端に設けられている。図示はされていないが、アース電極１４はアース接続されている。
【００５５】
超音波振動子（圧電体）１６は、２成分系或いは３成分系の圧電セラミックス等から成る圧電素子であり、２次元アレイ状に配列されている。従って、２次元アレイ状に配列された各超音波振動子１６の一端（被検体側）にアース電極１４及び音響整合層１２が順次接続されており、他端には、圧電効果のための電圧印加や被検体から受波した超音波に基づく電気信号を入力する信号線２２が接続されている。この超音波振動子１６の２次元的配列により、超音波の全方位的なフォーカシングと高速な３次元走査が可能である。
【００５６】
バッキング材２０は、ゴム系樹脂の混合物等によってなり、超音波振動子１６の背面（信号線２２が接続される側の面、すなわち超音波振動子１６から信号線２２が引き出されている側の面）に設けられており、超音波振動子１６を機械的に支持する。また、バッキング材２０は、超音波パルスを短くするために、超音波振動子１６の動きを制動している。
【００５７】
また、このバッキング材２０の厚さは、超音波トランスデューサの音響的特性を良好に保つため、使用する超音波周波数の波長に対して十分な厚さ（十分減衰される厚さ）にとるものとする。ここで、バッキング材２０の厚さとは、信号線２２が引き出された方向の寸法を指すものとする。
【００５８】
信号線２２は、コの字状をなし、バッキング材２０と超音波振動子１６との間に介在し、かつバッキング材２０の側面部に当接するように伸延された基板１８上に形成されている（本図では、基板１８がバッキング材２０の上側面部及び下側面部に当接するように伸延されている）。ここで、前記側面部とは、バッキング材２０の厚み方向（信号線２２が引き出された方向）の面である。また、本図では、基板１８上に形成される信号線２２の本数を省略している。
【００５９】
信号線２２は、基板１８において超音波振動子１６に対向する面に、各超音波振動子１６の配列に対応した電極パッド（図示せず）が一端に形成され、各電極パッドが各超音波振動子１６の信号電極（図示せず）に接続されている。
【００６０】
そして、前記電極パッドから、基板１８においてバッキング材２０の側面部に当接する面にそれぞれ引き出された信号線２２の他端にも、受信した信号を処理（増幅、切り替え等）するＩＣ基板（図示せず）が接続される電極パッド（図示せず）が形成されている。このＩＣ基板は、超音波診断装置本体に対して電気的接続がなされている。ここで、信号線２２の一端に形成された電極パッドから引き出され、バッキング材２０の側面部に当接する基板１８の面上に形成された信号線２２の走査方向を本発明における「信号線の引き出し方向」とする。この「信号線の引き出し方向」は、すなわち、２次元アレイ状に配設された超音波振動子１６からバッキング材２０を臨む方向である。
【００６１】
一方、バッキング材２０には、信号線２２が引き出された方向に沿って放熱層１０１が複数設けられている。また、各放熱層１０１は、バッキング材２０の側面部から一部が露出するように形成されている。ここで、前述したように、信号線２２が形成される基板１８は、２次元アレイ状に配設された超音波振動子１６とバッキング材２０との間に介在される面と、バッキング材２０の側面部に当接する面とからなるが、バッキング材２０の側面部のうち、基板１８が当接しない面があれば、当該面から一部が露出するように放熱層１０１が形成されていることが望ましい。
【００６２】
この放熱層１０１は、少なくともバッキング材２０を構成する材料の熱伝導率よりも大きな熱伝導率をもつ材料からなり、Ｃｕや、グラファイト、パイロリティック・グラファイト（以下、ＰＧとする。）あるいはサーマル・パイロリティック・グラファイト（以下、ＴＰＧとする。）といった材料をシート状にしたもので適用する。
【００６３】
一般的なグラファイトシートの熱伝導率はＣｕと同程度であるので、更なる放熱効率の向上が達成できる。
【００６４】
特に、放熱層１０１としてＰＧやＴＰＧといった材料を使用した場合には、面方向の熱伝導率がＣｕの熱伝導率の２〜４倍程度であるので、更に大きな放熱効果を期待することができる。
【００６５】
また、グラファイトの音響的な特性（例えば音響インピーダンス）は、バッキング材２０を構成する材料の音響的な特性に近いので、放熱層１０１をバッキング材２０に埋設させたことによるバッキング材２０の音響的な特性の劣化も小さく抑えることができる。
【００６６】
また、放熱層１０１は、超音波振動子１６の各列に応じて形成されていることが望ましい。すなわち、２次元アレイ配列された超音波振動子１６の各列に対して放熱層１０１が並設されている。このようにすることで、超音波振動子の複数列に対して１つの放熱層を設けることにより、必要最小限の放熱効果を維持しつつ、放熱層を設けるための工数やコストを低減させることができる。
【００６７】
さらに、放熱層１０１は、列設された超音波振動子１６に並行にバッキング材２０に嵌入された基板上に設けられてもよい。この基板は複数設けられてもよく、当該基板上には信号線２２に電気的に接続された信号線が、超音波振動子１６における信号電極１８形成側に向かって延設されていてもよい。なお、この場合においても、放熱層１０１の端部はバッキング材２０の側面部において露出する態様をなす。このようにすることで、バッキング材２０に埋設される基板に対して放熱効果を奏する前記信号線と放熱層とを設けるので、放熱効果を高めると共に、製造工程数を減じることができる。
【００６８】
加えて、放熱層１０１は、列設された超音波振動子１６に沿って設けられれば、バッキング材２０に埋設されるに限られず、バッキング材２０の側面部に設けられてもよい。すなわち、バッキング材２０に埋設された放熱層１０１に対して並設された放熱層１０１が、バッキング材２０の内部ではなく、バッキング材２０の表面に設けられてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、超音波振動子１６の各列に対して１つの放熱層１０１を設けるのではなく、図２に示すように、複数列（例えば６列）の超音波振動子１６に対して、放熱層１０１を設けてもよい。このように、超音波振動子１６の複数列に対して１つの放熱層１０１を設けることにより、必要最小限の放熱効果を維持しつつ、放熱層１０１を設けるための工数やコストを低減させることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、図３に示すように、放熱層１０１に熱的に接続され、Ａｌ等の熱伝導性の高い材料よりなる放熱部材１０２をバッキング材２０の外周を囲う態様で設けてもよい。この放熱部材１０２は放熱層１０１から伝達された熱を広い面積に分散し、シールドケース（図示せず）に接続し熱を伝達しやすくすることを目的として設けられるものである。ここで、図３では、放熱部材１０２が、バッキング材２０の側面部を完全に覆う形状として示しているが、放熱部材１０２の形状は必ずしもバッキング材２０の側面部を完全に覆う形状である必要はなく、放熱層１０１のみが設けられた構成よりも高い放熱効果が得られるのであれば、バッキング材２０の一部を覆う形状としてよい。
【００７１】
また、放熱部材１０２と、超音波プローブのシールドケースとを熱抵抗の小さな構造で接続することで、超音波トランスデューサ１０から発せられた熱を放熱部材１０２からシールドケース及び超音波プローブのケースを経由して外気に放出させることが容易となる。
【００７２】
放熱層１０１と放熱部材１０２との接続には熱伝導率の高い接着剤や、熱伝導率の高いシリコングリス等を使用してもよいし、機械的な接触のみでも十分な接触が得られ、十分に熱的な伝導がなされていればよい。
【００７３】
このような放熱部材１０２を設けることによって、放熱層１０１から伝達された熱を広い面積に分散し、超音波トランスデューサ１０から発生した熱をシールドケース、超音波プローブのケースへと伝わり易くさせることが可能となり、より高い放熱効果を得ることができる。
【００７４】
（第２の実施形態）
図４及び図５は本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図である。本実施形態は、上述の第１の実施形態に対し、一方の面に複数の超音波振動子１６が列設され、各超音波振動子１６から引き出された信号線３１が前記一方の面に形成された基板３０によってなる超音波トランスデューサユニット１０ａが超音波トランスデューサ１０を構成することが特徴である。
【００７５】
図４に示すように、本実施形態の超音波トランスデューサ１０は、上述の第１の実施形態のように、格子状に配列された複数の超音波振動子１６からなる超音波トランスデューサ１０に対して、列設された超音波振動子１６と、バッキング材２０等の音響部品及び信号引き出しのための信号線３１とが基板３０の一方の面に設けられてなる１つの超音波トランスデューサユニット１０ａにより構成される。具体的に、この超音波トランスデューサユニット１０ａは、上述の第１の実施形態における超音波トランスデューサ１０の一列の部分として、１列の超音波振動子１６と、各超音波振動子１６に対して設けられる音響整合層１２と、超音波振動子１６及び音響整合層１２が設置される一方の面に、各超音波振動子１６に電気的に接続され、各別に引き出されるように形成された信号線３１と、信号線３１の全てを覆うように設けられたバッキング材２０とを有する基板３０が超音波トランスデューサユニット１０ａを構成する。このバッキング材２０は、基板３０の両側面部に亘って設けられる。
【００７６】
また、本実施形態では、バッキング材２０における、基板３０と反対側の面には、バッキング材２０の側面部に延在する態様で放熱層１０１が形成されている。この放熱層１０１は、バッキング材２０に対して熱伝導率の高い接着剤や、熱伝導率の高いシリコングリス等を使用して接着される。
【００７７】
なお、上述の第１の実施形態と同様に、放熱層１０１を構成する材料の熱伝導率は、バッキング材２０を構成する材料の熱伝導率よりも大きい材料が採択され、その材料として望ましくは、Ｃｕが採択され、さらに望ましくは、グラファイト、パイロリティック・グラファイト、サーマル・パイロリティック・グラファイトが採択される。
【００７８】
また、本実施形態においても、複数列の超音波振動子１６に対して１つの放熱層１０１が設けられてもよい。具体的には、積層される全ての超音波トランスデューサユニット１０ａに放熱層１０１を設けるのではなく、放熱層１０１が設けられる超音波トランスデューサ１０ａと放熱層１０１が設けられない超音波トランスデューサユニットを所定数おきに積層するのである。
【００７９】
このように構成することにより、必要最小限の放熱効果を維持しつつ、放熱層１０１を設けるための工数やコストを低減させることができる。
【００８０】
図５に示すように、本実施形態では、複数の超音波トランスデューサユニット１０ａを積層させて、少なくとも各超音波トランスデューサユニット１０ａの間に放熱層１０１が配置されるようにして超音波トランスデューサ１０を構成することが望ましい。このとき、各超音波トランスデューサユニット１０ａのバッキング材２０の厚さは、放熱層１０１の厚さ分薄くする。このようにすれば、超音波トランスデューサユニット１０ａを積層させたときに各列の超音波振動子１６相互の配列ピッチが変わらないようになる。
【００８１】
また、本実施形態における超音波トランスデューサ１０の構成は、バッキング材２０を超音波トランスデューサユニット１０ａ上に設置する構成以外にも、内面に放熱層１０１を施した複数の溝をバッキング材２０に並設し、各溝に対して、一方の面に超音波振動素子１６と音響整合層１２と列設させ、信号線３１が形成された基板３０を嵌入させることによっても実現できる。
【００８２】
また、本実施形態における超音波トランスデューサ１０の構成は、図６に示すように、複数列の超音波振動子１６と、バッキング材２０等の音響部品及び信号引き出しのための信号線３１とが基板３０の一方の面に設けられてなる１つの超音波トランスデューサユニット１０ａにより構成されてもよい。具体的に、この超音波トランスデューサユニット１０ａは、上述の第１の実施形態における超音波トランスデューサ１０の一部分として、複数列（例えば４列）の超音波振動子１６と、各超音波振動子１６に対して設けられる音響整合層１２と、超音波振動子１６及び音響整合層１２が設置される一方の面に、各超音波振動子１６に電気的に接続され、各別に引き出されるように形成された信号線３１と、信号線３１の全てを覆うように設けられたバッキング材２０とを有する基板３０が超音波トランスデューサユニット１０ａを構成する。このバッキング材２０は、基板３０の両側面部に亘って設けられる。
【００８３】
以上説明したように、本発明によれば、複数の超音波トランスデューサユニット１０ａを積み重ねて２次元アレイ化した超音波プローブにおいて、超音波トランスデューサユニット１０ａ間に放熱層１０１を挟み込んだ構造としたことで、超音波トランスデューサ１０のバッキング材２０側の熱伝導が、放熱層１０１の面方向に沿って高くなり、バッキング材２０の内部で発生した熱や超音波振動子１６からバッキング材２０に伝搬してくる熱を効率よくバッキング２０の外部に伝搬させることができる。
【００８４】
（第３の実施形態）
図７は、本発明に係る超音波プローブの第３の実施形態における超音波トランスデューサユニットの構成を示す斜視図であり、図７（ａ）は、本実施形態における基板３０の一方の面（超音波振動子１６が設けられる面）から見た斜視図、図７（ｂ）は、本実施形態における基板３０の一方の面の反対側の面から見た斜視図、図７（ｃ）は、本実施形態における超音波トランスデューサユニット１０ａの断面図である。本実施形態では第２の実施形態につき、超音波トランスデューサユニットに設けられるアース層を放熱層として用いる点に特徴がある。
【００８５】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態における超音波トランスデューサユニット１０ａには、基板３０上の信号線３１が形成された面（本請求項にいう一方の面）とは反対側の面（本請求項にいう他方の面）にアース層１０３が設けられている。
【００８６】
このアース層１０３は、基板３０上に設けられたアース電極１４にスルーホール等を介して接続され、信号線３１が延設された方向に直交する方向の基板３０の両端部に亘って設けられている。
【００８７】
アース層１０３の材料としては、信号線３１に用いられるＣｕが一般的であるが、グラファイトシート、ＰＧ、ＴＰＧといった高熱伝導材料を採択することで、より高い放熱効果を得ることができる。
【００８８】
また、ＣＶＤによって基板３１上にＰＧを直接的に形成させてアース層１０３とすることもできる。
【００８９】
本実施形態によれば、列設された各超音波振動子１６から信号線３１とアースを引き出す構造の超音波トランスデューサユニット１０ａにおいて、アース層１０３のパターンをバッキング材２０の両端部に露出する幅で、両端に渡って形成したことにより、複数の超音波トランスデューサユニット１０ａを積層させてなる超音波トランスデューサ１０の側面方向への熱伝達率を向上させることができ、超音波トランスデューサ１０の放熱効率を向上させることができる。
【００９０】
また、アース層１０３の材料を、一般に用いられるＣｕより熱伝導率の高いグラファイトシート、ＰＧ、ＴＰＧといった材料に変更することで、放熱効率を更に向上させることができる。
【００９１】
以上説明したように、本発明によれば、超音波トランスデューサから発せられる熱を超音波トランスデューサの外部に効率的に放出することができ、必要な超音波の出力を確保しつつ、表面の温度をより低く抑えた超音波プローブを提供することができる。
【００９２】
さらに、放熱層として採用する材料に、面内方向に熱伝導率が高い材料である、グラファイト、パイロリティック・グラファイト（ＰＧ）、サーマル・パイロリティック・グラファイト（ＴＰＧ）を用いることで、Ｃｕの場合と比較して同じ断面積で３倍程度の熱伝導を実現することができる。また、上記採用された放熱層は、その音響インピーダンスが、バッキング材の音響インピーダンスに近いので、音響的にも良好な特性を得ることができる。
【００９３】
上述の各実施形態は、本発明の一例であり、本発明は各実施の形態に限定されることはない。上述の各実施の形態では、格子状に配列された超音波振動子の各列に応じて、バッキング材内に放熱層を形成した構成について説明したが、放熱効率によってはバッキング材の側面部から前記放熱層が露出した態様であれば同様に適用でき、本発明によって得られる効果と同様な効果を得ることができる。また、この他であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【図２】本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【図３】本発明に係る超音波プローブの第１の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【図４】本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における超音波トランスデューサユニットの構成を示す斜視図。
【図５】本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【図６】本発明に係る超音波プローブの第２の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【図７】本発明に係る超音波プローブの第３の実施形態における超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【図８】従来の超音波トランスデューサの構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００９５】
１０  超音波トランスデューサ
１０ａ  超音波トランスデューサユニット
１２  音響整合層
１４  アース電極
１６  超音波振動子
１８  基板
２０  バッキング材
２２  信号線
３０  基板
３１  信号線
１０１  放熱層
１０２  放熱部材
１０３  アース層
【図１】
2006102135.tif 000003
【図２】
2006102135.tif 000004
【図３】
2006102135.tif 000005
【図４】
2006102135.tif 000006
【図５】
2006102135.tif 000007
【図６】
2006102135.tif 000008
【図７】
2006102135.tif 000009
【図８】
2006102135.tif 000010