(57)【要約】  超音波探触子を構成する各層の十分な接着強度を確保し、かつ生体と圧電素子の音響インピーダンスを整合させた超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置を提供する。  本発明に係る超音波探触子（１００ａ）は、バッキング層と、圧電素子層（６Ｅ）と、音響整合層（２Ａ）と、音響レンズ（１）と、をこの順で積層した構成を有し、前記圧電素子層（６Ｅ）と前記音響整合層（２Ａ）との間にバナジウムガラスを含む接着層（１４Ａ）が設けられていることを特徴とする。
2016136365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキング層と、圧電素子層と、音響整合層と、音響レンズと、をこの順で積層した構成を有し、
前記圧電素子層と前記音響整合層との間にバナジウムガラスを含む接着層が設けられていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記音響整合層を複数積層した構成を有し、
隣り合う前記音響整合層の間の少なくとも１つには、バナジウムガラスを含む接着層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記音響整合層は、前記圧電素子層の上に、第１の音響整合層と、接着層と、第２の音響整合層とをこの順で積層した構成を有し、
前記第１の音響整合層と前記第２の音響整合層との間に設けられた接着層は、
バナジウムガラスを含むことを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記第１の音響整合層は、バナジウムガラスを含むことを特徴とする請求項３記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記第１の音響整合層及び前記第２の音響整合層は、バナジウムガラスを含むことを特徴とする請求項３記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記音響整合層は、２層からなることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記バナジウムガラスは、軟化点が４５０℃以下、熱膨張係数が７〜９ｐｐｍ／Ｋ及び音響インピーダンスが１５Ｍｒａｙｌｓであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記バナジウムガラスは、フィラー材としてアルミナ又はシリカを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記バナジウムガラスは、リン、アンチモン、バリウム、鉄、マンガン、テルル、ナトリウム、カリウム、亜鉛及びタングステンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記圧電素子層は、複数の圧電素子が２次元配列されたものであり、
前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
超音波探触子に焦点形成に必要なタイミングで送信信号を発生させる送信ビームフォーマーと、
前記超音波探触子で受信された超音波を電気信号に変換し、時間的遅延をかけて超音波ビーム信号を得る受信ビームフォーマーと、
前記超音波ビーム信号から画像化に必要な周波数成分を抽出し、画像の輝度情報に変換するために検波・対数圧縮をかけて走査線上の画像信号を得る信号処理回路と、
得られた前記画像信号をデジタル信号に変換し、フレームメモリー内の走査線の位置に相当する場所に蓄える作業をすべての走査線について行い、画像を構成するスキャンコンバーターと、
前記画像を表示するモニターと、を備え、
前記超音波探触子が、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の前記超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野において、超音波診断装置が広く用いられている。超音波診断装置は、超音波を生体内に送信し、生体内で反射した超音波を受信する。そして、受信した超音波に基づいて生体内の組織を示す画像データを生成し、ディスプレイに表示する。【０００３】
超音波診断装置の画像表示モードには、２次元画像（断層画像）を表示するモード、３次元画像を表示するモード等がある。前者の断層画像は超音波ビームの１次元走査によって取得されたフレームデータ（２次元超音波データ）に基づいて形成され、後者の３次元画像は超音波ビームの２次元走査によって取得されたボリュームデータに基づいて形成される。【０００４】
超音波診断装置は、与えられた電気信号に応じた超音波を送信し、受信した超音波に応じた電気信号を出力する超音波探触子を備える。超音波探触子には、超音波ビームの電気的な走査を可能としたアレイ型超音波探触子がある。アレイ型超音波探触子には複数の振動素子が配列される。超音波の送信方向は、各振動素子に印加する信号の遅延時間を調整することで特定の方向に向けられる。また、受信した超音波に応じて各振動素子から出力された信号を、各信号に対する遅延時間を調整しつつ合成することで、特定の方向から到来した超音波に対する受信信号が得られる。したがって、超音波ビームの走査は、各振動素子に対する信号遅延時間を変化させることで行うことができる。【０００５】
１次元走査を行う１Ｄアレイ型超音波探触子の場合、振動素子が一列に配置され、振動素子の配列方向で規定される走査面内で、超音波ビームを走査することができる。また、２次元走査を行う２Ｄアレイ型超音波探触子の場合、振動素子が縦方向および横方向に配置され、縦方向および横方向の他、斜め方向にも超音波ビームを走査することができる。【０００６】
さらに、１．５Ｄアレイ型超音波探触子の場合、２Ｄアレイ型超音波探触子と同様、振動素子が縦方向および横方向に配置される。そして、縦方向に配置された振動素子の各組について、縦方向に配置された各振動素子に対して予め定められた信号遅延時間を割り当て、それによって規定される走査面内で、超音波ビームを走査することができる。【０００７】
図１Ａは、従来の超音波探触子の構成の一例を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは図１ＡのＡＢ線断面図である。図１Ａ及び１Ｂに示すように、超音波探触子１００は、バッキング層４の上に、圧電素子層３と、音響整合層２と、音響レンズ１とがこの順に積層された構造を有する。圧電素子層３は、複数の圧電素子（超音波振動子）６が２次元に配列されたものである。圧電素子層３は、分離溝７によって個々の圧電素子６に分割されており、個々の圧電素子６に対応するよう、音響整合層２も分離溝７によって分割されている。圧電素子６は、圧電部材９と、圧電部材９の両面に設けられた電極５を有する。下側（バッキング層４側）の電極５には、絶縁性部材１０からなるバッキング層４の中を通して信号線８が接続されて、圧電素子層３とバッキング層４との間で超音波信号の送受信が行われる。音響レンズ１及び音響整合層２が設けられることで、超音波探触子と生体との境界面で反射する超音波が低減される。【０００８】
なお、以下の特許文献１及び２には、複数の圧電素子が配列され、圧電素子が配列された層に音響整合層が重ねられた超音波探触子について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４‐１０７８５３号公報
【特許文献２】特開昭６０‐２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２Ａは、従来の超音波探触子の構成の一例を模式的に示す断面図であり、図２Ｂは図２Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。なお、図２Ａでは、図を見やすくするために圧電素子の１素子とその上に設けられた音響整合層についてのみ図示している。また、図面上、圧電部材及び電極を区別せず、これらを合わせて圧電素子としている。以下、図３Ａ〜７Ａについても、同様である。【００１１】
音響整合層２は、通常、２層あるいは３層以上から構成されている。図２Ａ及び図２Ｂは、音響整合層２を３層（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）で構成した一例である。図２Ｂに示すように、一般に、音響整合層２を構成する各層の音響インピーダンスは、超音波の反射を低減するために、生体１２から圧電素子６Ｅに向かって、指数関数的に減少する整合曲線１３に沿うように調整される。しかし、音響整合層２Ａ〜２Ｃの各層間や、音響整合層２Ａと圧電素子６Ｅとの間及び音響レンズ１と音響整合層２Ｃとの間は、接着層（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ）によって接着される。接着層にはエポキシ系等の接着材を用いているため、各接着層の音響インピーダンスは、図２Ｂに示すように、整合曲線１３から逸脱し、そこでの超音波信号の反射が大きくなり、信号減衰の原因となりうる。今後、超音波探触子による診断性能（分解能・深遠部の描写性能）の向上を図るためには、接着層での信号減衰も低減する必要がある。【００１２】
また、各層の接合は分離加工時の衝撃に耐える強度が必要となる。接合強度が弱いと、超音波探触子製造の歩留まりが低下する原因となる。【００１３】
上述した特許文献１及び２においては、生体と圧電素子層の音響インピーダンスの整合及び超音波探触子を構成する各層の接合強度を両立することについては、十分な検討がなされていない。【００１４】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、超音波探触子を構成する各層の十分な接着強度を確保し、かつ生体と圧電素子の音響インピーダンスを整合させた超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するため、バッキング層と、圧電素子層と、音響整合層と、音響レンズと、をこの順で積層した構成を有し、上記圧電素子層と上記音響整合層との間にバナジウムガラスを含む接着層が設けられていることを特徴とする超音波探触子を提供する。【００１６】
また、本発明は、上記目的を達成するため、超音波探触子に焦点形成に必要なタイミングで送信信号を発生させる送信ビームフォーマーと、前記超音波探触子で受信された超音波を電気信号に変換し、時間的遅延をかけて超音波ビーム信号を得る受信ビームフォーマーと、前記超音波ビーム信号から画像化に必要な周波数成分を抽出し、画像の輝度情報に変換するために検波・対数圧縮をかけて走査線上の画像信号を得る信号処理回路と、得られた前記画像信号をデジタル信号に変換し、フレームメモリー内の走査線の位置に相当する場所に蓄える作業をすべての走査線について行い、画像を構成するスキャンコンバーターと、前記画像を表示するモニターと、を備え、
上記超音波探触子が、上述した本発明に係る超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超音波探触子を構成する各層の十分な接着強度を確保し、かつ生体と圧電素子の音響インピーダンスを整合させた超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置を提供することができる。生体‐圧電素子間の音響インピーダンスを整合させることで、診断性能（分解能・深遠部の観察能）の向上及び診断時間短縮を実現することができる。また、各層の十分な接着強度を確保することで、超音波探触子製造の歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】従来の超音波探触子の構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡＢ線断面図である。
【図２Ａ】従来の超音波探触子の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の第１の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明の第２の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の第３の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。
【図６Ａ】本発明の第４の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。
【図７Ａ】本発明の第５の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。
【図８】本発明に係る超音波探触子を用いた超音波診断装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】ガラスの粘度と温度との関係を示すグラフである。
【図１０】ガラスの示差熱分析グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、一度説明したものは二度目以降の説明を省略する。
【実施例１】
【００２０】
図３Ａは、本発明の第１の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図であり、図３Ｂは、図３Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。説明の便宜上、図３Ａでは超音波探触子の構成外の生体１２についても超音波探触子の構成とともに図示しており、後述する図３Ａ〜７Ａにおいても同様である。また、図３Ｂ中、「６Ｅｉ」は圧電素子層６Ｅの音響インピーダンスを示し、他の層と後述する図３Ａ〜７Ａにおいても同様である。【００２１】
本実施例に係る超音波探触子１００ａでは、圧電素子６Ｅを構成する圧電部材として、圧電セラミックスであるチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと称する。）を用い、圧電素子６Ｅと、圧電素子６Ｅに最も近い音響整合層である第一層目の音響整合層（第１の音響整合層）２Ａとを接着する接着層１４Ａの音響インピーダンスが整合曲線１３に沿うようにするため、接着剤１４Ａにバナジウムガラスを適用した。ＰＺＴの音響インピーダンスは約３５Ｍｒａｙｌｓであり、バナジウムガラスの音響インピーダンスは約１５Ｍｒａｙｌｓである。圧電素子６Ｅ及び接着層１４Ａを上記材料とすることで、圧電素子６Ｅ及び接着層１４Ａの音響インピーダンスを整合曲線１３に沿わせることができ、超音波信号の減衰を低減することができる。【００２２】
圧電素子６Ｅ及び接着層１４Ａの熱膨張係数の差は、接着強度の観点からできるだけ小さいほうが好ましい。この点において、ＰＺＴの熱膨張係数は５〜１０ｐｐｍ／Ｋであり、バナジウムガラスの熱膨張係数は７〜９ｐｐｍ／Ｋであるので、両者の熱膨張係数のマッチングは良く、十分な接着強度が得られる。なお、バナジウムガラスの熱膨張係数は、バナジウムガラスに添加する添加成分（後述する種々の酸化物又はフィラー材）の種類及び濃度によって調整することができる。【００２３】
ＰＺＴの耐熱温度（分極しない温度）を考慮すると、接着層１４Ａに適用するバナジウムガラスの軟化点は、４５０℃以下であることが好ましい。バナジウムガラスの軟化点は、添加物（例えば、Ｐ２Ｏ５）によって調整することができる。本実施例では、軟化点４４５℃の低融点ガラス（添加元素として、バリウム、リン及びアンチモンを含む）を用いた。【００２４】
ここで、本発明の軟化点の定義について、以下に説明する。図９はガラスの粘度と温度との関係を示すグラフであり、図１０はガラスの示差熱分析（ＤＴＡ）グラフである。ＤＴＡ測定は、参照試料としてα‐アルミナを用い、大気中５℃／ｍｉｎの昇温速度で行った。参照試料および測定試料の質量は、それぞれ６５０ｍｇとした。【００２５】
図９に示すように、ガラスは温度が高くなるにつれ、粘度が下がる。また、本発明においては、図１０に示すように、第１吸熱ピークの開始温度（ガラスから過冷却液体に移り変わる温度）をガラス転移点Ｔｇ（粘度＝１０１３．３ｐｏｉｓｅに相当）、該第１吸熱ピークのピーク温度（ガラスの膨張が停止する温度）を屈伏点Ｍｇ（粘度＝１０１１ｐｏｉｓｅに相当）、第２吸熱ピークのピーク温度（ガラスが軟化し始める温度）を軟化点Ｔｓ（粘度＝１０７．６５ｐｏｉｓｅに相当）、ガラスが焼結体となる温度を焼結点Ｔｓｉｎｔ（粘度＝１０６ｐｏｉｓｅに相当）、ガラスが溶け出す温度を流動点Ｔｆ（粘度＝１０５ｐｏｉｓｅに相当）及びガラスの成形に適した温度（粘度が１０４ｄＰａｓであるような温度）を作業点Ｔｗと定義する。なお、それぞれの温度は、接線法によって求められる温度とする。本明細書に記載の軟化点Ｔｓは上記の定義に基づくものである。【００２６】
転移点Ｔｇと軟化点Ｔｓは、例えば、３７３℃、４４５℃と言った値で、バナジウムガラスを軟化点から作業点の範囲の温度で加熱することで、接着剤としての働きをすることができる。【００２７】
バナジウムガラスは、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）にガラス化成分であるリン（Ｐ）等を添加し、溶融することで作製することができる。Ｖ２Ｏ５の添加量は、２０〜７０体積％（ｖｏｌ％）が好ましく、４０〜６０体積％がさらに好ましい。Ｖ２Ｏ５の添加量が２０体積％未満であるとバナジウムガラスの効果（圧電素子６Ｅとの音響インピーダンス及び熱膨張係数の整合）が不十分となり、７０体積％より多いと音響インピーダンスが大きくなり過ぎて整合曲線１３を逸脱する。また、７０体積％より多いと、材料中に空気のボイドが発生し、音響信号自体が減衰して超音波探触子の分解能が低下する。【００２８】
バナジウムガラスは、上記バナジウムガラスを主成分とし、必要に応じて種々の元素を添加物として含むものであってもよい。例えば、ガラス化成分であるリン（Ｐ）、耐水性向上成分であるアンチモン（Ｓｂ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）、ガラス安定化成分であるマンガン（Ｍｎ）、テルル（Ｔｅ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、亜鉛（Ｚｎ）及びタングステン（Ｗ）等を含むものであってもよい。【００２９】
上記元素は、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）、三酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、二酸化テルル（ＴｅＯ２）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）及び酸化タングステン（ＷＯ３）等の形でバナジウムガラスに添加することができる。【００３０】
圧電素子６Ｅ上にバナジウムガラスを塗布するために、上記バナジウムガラスをペースト状にする。ペーストの作製方法に特に限定は無いが、例えば、バナジウムガラスにエチルセルロース及びジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタートを混合し、混錬機で混ぜて、真空脱泡処理をして作製することができる。【００３１】
圧電素子６Ｅの上に上記ペーストを塗布し、その上に音響整合層２Ａを載置し、４５０〜５００℃の温度で１５分処理することで、圧電素子６Ｅと音響整合層２Ａとを接合することができる。【００３２】
本実施例では、圧電部材６Ｅと第一層目の音響整合層２Ａを接着層１４Ａで接合後、圧電素子６Ｅの下部にバッキング層（図示せず）を接合し、音響整合層２Ａの上部に第二層目の音響整合層２Ｂ以降を接合して、超音波探触子を製造した。接着層１１Ｂ〜１１Ｄについては、従来のエポキシ樹脂系接着剤を使用した。【００３３】
本実施例では、各層の音響インピーダンス特性が図３Ｂに示す音響インピーダンス特性になるように各音響整合層の材料を選択した。第一層目の音響整合層２Ａとして、９．３ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有する材料を用いた。バナジウムガラスペーストは熱膨張係数αが７．８ｐｐｍ／Ｋであり、ＰＺＴの熱膨張係数（α：５〜１０ｐｐｍ／Ｋ）及び第一層目の音響整合層２Ａの熱膨張係数と同程度である。そのため、圧電素子６Ｅと第一層目の音響整合層２Ａの接合は、１０ｋｇｆ／ｍｍ２以上のせん断応力の接合強度が得られ、素子カット時の加工による歩留まりも良好であった。【００３４】
なお、音響インピーダンスが１５Ｍｒａｙｌｓ程度のガラスとして、バナジウムガラスの他にＰｂ（鉛）系ガラス及びＢｉ（ビスマス）系ガラスがあるが、Ｐｂ系ガラスの使用は環境に有害なものであるので不適である。また、Ｂｉ（ビスマス）系ガラスは軟化点が６００℃よりも大きいことと、熱膨張係数が１０〜１２ｐｐｍであり、バナジウムガラスよりもＰＺＴとの差が大きいことから、ＰＺＴの耐熱温度や超音波探触子の接合強度を考慮すると好ましくない。【００３５】
圧電素子６Ｅを構成する圧電部材９は、上述したＰＺＴに限定されず、種々の圧電材料を用いることができる。例えば、無機圧電材料として、水晶、圧電セラミックスであるＰＺＴ及び（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）ＯＸぺロブスカイト化合物（ＰＺＬＴ）や、圧電単結晶であるニオブ酸ジルコン酸鉛‐チタン酸鉛固溶体（ＰＺＮ‐ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛‐チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ‐ＰＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の薄膜を用いることが可能である。また、有機圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン系共重合体、ポリシアン化ビニリデン、シアン化ビニリデン系共重合体、ナイロン９やナイロン１１等の奇数ナイロン、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレート等のポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体及びポリウレア等が挙げられる。さらに、無機圧電材料と有機圧電材料、無機圧電材料と有機高分子材料を併用したコンポジット材料も用いることができる。上記圧電材料の音響インピーダンスは２０〜４０Ｍｒａｙｌｓ程度であり、熱膨張係数はＰＺＴと同じ５〜１０ｐｐｍ／Ｋ程度である。また、上記圧電体の耐熱性については、軟化点が４５０℃以下のバナジウムガラスの接着処理温度（４５０〜５００℃）であれば、問題は無い。【００３６】
音響整合層２Ａ〜２Ｃの構成材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム‐マグネシウム（Ａｌ‐Ｍｇ）合金等のアルミニウム合金、マグネシウム合金、ガラス、溶融石英、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂（ＡＢＣ樹脂）、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル‐アクリル酸エステル‐スチレン共重合合成樹脂（ＡＡＳ樹脂）、アクリロニトリル‐エチレン‐プロピレン‐ジエン‐スチレン共重合合成樹脂（ＡＥＳ樹脂）、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６‐６）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ、ガラス繊維入りも可）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。好ましくは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、充填剤として、亜鉛華（ＺｎＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン（ＷＯ２）、酸化イットリビウム（Ｙ２Ｏ３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等を入れて成形したものを適用することができる。【００３７】
音響レンズ１、バッキング層４及び電極５については、特に限定は無く、従前の材料を用いることができる。音響レンズ１は、主にシリコーンゴム等が使われる。バッキング層４は、金属粉末を充填したエポキシ樹脂やフィラメント粉末を充填したゴム等が用いられる。電極５は、主に金電極等が用いられる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１では、圧電部材６Ｅ及び第一層目の音響整合層２Ａとの間の接着層１４Ａのみにバナジウムガラスを適用したが、本実施例では、第一層目の音響整合層２Ａと第二層目の音響整合層２Ｂとの間の接着層１４Ｂにもバナジウムガラスを適用した例を図４Ａ及び４Ｂを用いて説明する。【００３９】
図４Ａは、本発明の第２の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。本実施例で用いた第一層目の音響整合層２Ａの音響インピーダンスは１５Ｍｒａｙｌｓ程度であるので、音響インピーダンスの整合の観点から、接着層１４Ｂは１２〜１３Ｍｒａｙｌｓ程度の音響インピーダンスとすることが適切である。そこで、実施例１において接着層１４Ａに用いたバナジウムガラスに、シリカ（ＳｉＯ２）粉末（平均粒径１０μｍ）をフィラー材として２０ｖｏｌ％添加することにより、音響インピーダンスを約１５Ｍｒａｙｌｓから約１２Ｍｒａｙｌｓに下げて、図４Ｂに示すように、整合曲線に沿った音響インピーダンス特性を得ることができた。【００４０】
上記のように、バナジウムガラスの添加物を調整することだけでなく、バナジウムガラスへフィラー材を添加することによっても接着層１４Ｂの音響インピーダンスを調整することができる。フィラー材の添加量を調整することによって、音響インピーダンスを調整することができる。フィラー材としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びシリカ（ＳｉＯ２）を好ましく用いることができる。アルミナはバナジウムガラスよりも重い（質量数が大きい）ので、音響インピーダンスをバナジウムガラスよりも大きくするときに添加することが好ましい。また、シリカはバナジウムガラスよりも軽い（質量数が小さい）ので、音響インピーダンスをバナジウムガラスよりも小さくするときに添加することが好ましい。バナジウムガラスに替えて比較的安価な上記フィラー材を添加することで、材料コストを低減することができる。【００４１】
フィラー材を添加した接着層１４Ｂの作製方法としては、特に限定は無いが、例えば微粉末状にしたバナジウムガラスに微粉末状のフィラー材を添加し、圧粉成形することで作製することができる。
【実施例３】
【００４２】
図５Ａは、本発明の第３の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図であり、図５Ｂは、図５Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。本実施例では、実施例１における第一層目の音響整合層２Ａ、接着層１４Ａ及び接着層１１Ｂの３層にバナジウムガラスを適用した例について、図５Ａ及び５Ｂを用いて説明する。【００４３】
バナジウムガラスのガラスシート（板厚１００μｍ）を第一層目の音響整合層１５Ａとして圧電部材６Ｅ（ＰＺＴ）と第二層目の音響整合層２Ｂとの間に挿入し、接合する。接合は、上記ガラスシートと同じ組成を有するバナジウムガラスのペーストを薄く音響整合層１５Ａの上下面に塗布し、圧電素子６Ｅ及び音響整合層２Ｂを積層して焼成することにより実施した。【００４４】
本実施例においては、３層分が一つの材料（バナジウムガラス）で実現できたためプロセスコストを低減することが可能となり、音響整合層の特性面では、これらの層での超音波信号の減衰は小さく、接合強度も向上させることができた。
【実施例４】
【００４５】
図６Ａは、本発明の第４の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図であり、図６Ｂは、図６Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。本実施例では、実施例３において音響整合層２Ｂにバナジウムガラスを適用した例について、図６Ａ及び６Ｂを用いて説明する。【００４６】
音響整合層２Ｂにバナジウムガラスを適用するには、音響インピーダンスを１０Ｍｒａｙｌｓ程度に下げる必要がある。そこで、バナジウムガラスに４０ｖｏｌ％のシリカ（ＳｉＯ２）粉末（平均粒径１０μｍ）をフィラー材として添加することにより、音響インピーダンスを１０Ｍｒａｙｌｓ程度まで低減し、音響整合層１５Ｂとした。音響整合層１５Ａと音響整合層１５Ｂとの接合は、バナジウムガラス同士の接合であるので、両方とも平坦面を出しておき、そのまま、４５０℃以上の焼成することにより、接合することができた。【００４７】
本実施例により、４層分がバナジウムガラスで実現できたためプロセスコストを低減することが可能となり、音響整合層の特性面では、これらの層での超音波信号の減衰は小さく、接合強度も向上させることができた。
【実施例５】
【００４８】
図７Ａは、本発明の第５の実施例における超音波探触子の構成の一部を模式的に示す断面図であり、図７Ｂは、図７Ａの各層の音響インピーダンス特性と整合曲線を示すグラフである。実施例１〜４においては、音響整合層２を３層としていたが（３層モデル）、本実施例では、２層モデルにバナジウムガラスを適用した形態について、図７Ａ及び７Ｂを用いて説明する。【００４９】
本実施例では、実施例４の音響整合層１５Ｂの手法と同じで、フィラー材添加により、音響インピーダンスを１０Ｍｒａｙｌｓ程度まで低減し、図７に示す第一層目の音響整合層１５Ｃとして適用した。音響整合層１５Ｃの上部に第二層目の音響整合層２Ｃを接合することにより、超音波探触子を製造した。これまでの３層モデルに対して、構成部材数が少なく、コスト低減と接合強度の向上ができた。
【実施例６】
【００５０】
図８は、本発明に係る超音波探触子を用いた超音波診断装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施例では、実施例１〜５の超音波探触子を用いて超音波診断装置（超音波パルス反射法を適用）を構成した例について、図８を用いて説明する。【００５１】
図８に示すように、超音波診断装置３００は、超音波を発生し、検出する超音波探触子１６、超音波探触子１６に送信信号２２を焦点形成に必要なタイミングで発生させる送信ビームフォーマー１７、超音波探触子１６で受信された超音波を電気信号２３に変換し、時間的遅延をかけて超音波ビーム信号を得る受信ビームフォーマー１８、得られたビーム信号から画像化に必要な周波数成分を抽出し、画像の輝度情報に変換するために検波・対数圧縮をかけて走査線上の画像信号を得る信号処理回路１９、得られた画像信号をデジタル信号に変換し、フレームメモリー内の走査線の位置に相当する場所に蓄える作業をすべての走査線について行い、画像を構成するスキャンコンバーター２０及び画像を表示するモニター２１により構成さる。【００５２】
本実施例では、超音波探触子１６として実施例１〜５の超音波探触子を用いることにより、超音波探触子を構成する各層の音響インピーダンスの整合性が高いことから、診断性能（分解能・深遠部）の向上及び診断時間短縮を実現できる超音診断装置を提供することができる。【００５３】
以上説明したとおり、本発明によれば、超音波探触子を構成する各層の十分な接着強度を確保し、かつ生体と圧電素子の音響インピーダンスを整合させた超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置を提供することができることが実証された。【００５４】
なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。本発明は、本明細書の実施形態や実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…音響レンズ、２…音響整合層、２Ａ…第一層目の音響整合層（第１の音響整合層）、２Ｂ…第二層目の音響整合層（第２の音響整合層）、２Ｃ…第三層目の音響整合層、３…圧電素子層、４…バッキング層、５…電極、６，６Ｅ…圧電素子、９…圧電部材、７…分離溝、８…信号線、１０…絶縁性材料、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…接着層、１２…生体、１３…整合曲線、１４Ａ，１４Ｂ…バナジウムガラス接着層、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…バナジウムガラス音響整合層、１７…送信ビームフォーマー、１８…受信ビームフォーマー、１９…信号処理回路、２０…スキャンコンバーター、２１…モニター、２２…送信信号、２３…超音波信号、１６，１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ…超音波探触子、３００…超音波診断装置。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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