(57)【要約】【課題】ＭＲセンサーパターンの放熱を均一にし、ロータと一体となって回転する磁気ドラムの回転速度や回転方向によるＭＲセンサー出力の変化を低減し、正確な位置情報を検出する超音波探触子を提供する。【解決手段】超音波を送受信する素子と、前記素子を回転可能に保持するロータ（１１）と素子の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段としてＭＲ（磁気抵抗）センサー（２）を備え、かつＭＲセンサー（２）が液体の中に存在する超音波探触子であって、前記ＭＲセンサー（２）のパターンを形成する基板（４）を窒化珪素で構成する。ＭＲセンサー（２）がガラスなどの場合は、その表面を、樹脂コーティング層またはガラスウールとその上の樹脂コーティング層で被覆して放熱性を均一にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子を回転可能に保持するロータと、前記圧電素子の位置を検出する位置検出手段ととしての磁気抵抗効果を備えたセンサ素子とを有し、
前記センサ素子のパターンを形成する基板が、窒化珪素であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子を回転可能に保持するロータと、前記圧電素子の位置を検出する位置検出手段ととしての磁気抵抗効果を備えたセンサ素子とを有し、
前記センサ素子の上面に熱伝導率が０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以上５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料をコーティングしたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
前記熱伝導率の低い材料が、エポキシ樹脂である請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記熱伝導率の低い材料が、ガラスウールのコーティング膜と、その上のエポキシ樹脂のコーティング膜である請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記コーティング膜の膜厚が、１〜５００μｍの範囲である請求項２〜４のいずれかに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、超音波の走査を電気的あるいは機械的に走査し超音波診断画像を描出する超音波診断装置に装着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、この種の超音波探触子は、下記特許文献１の図１に記載されている技術が知られている。以下、従来の超音波探触子について説明する。超音波の信号を送受信する素子（トランスデューサ）はロータに固定され、モータを駆動源として素子を回転させながら超音波の送受信を行うことにより、超音波の走査を実現している。具体的には、ロータの側面に取りつけられた１回転３００程度の磁気パターンドラムと、それと対向するＭＲセンサーを用いた位置情報検出器でロータの位置すなわち素子の位置を検出している。この超音波の断層像を描出するには、ロータの回転位置を検出して回転位置の情報を図示していない超音波診断装置本体にフィードバックして、素子からの超音波信号とロータの回転位置情報をもとに、超音波診断装置本体に超音波の断層像を描出している。従来の技術では、位置検出手段として磁気ドラムと、それと対向する磁気抵抗効果を備えたセンサ素子としては、ＭＲ（磁気抵抗）センサー、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサーなどが用いられている。
【０００３】
すなわち、図７は従来の超音波探触子を簡略化して図示したものである。図において磁気ドラム１は、図示していない超音波を送受信する素子を固定したロータ１１の側面に取り付けられている。ウインドウ５は超音波素子の送受信信号を減衰なく生体に伝達するための音響結合液体３を封止している。ＭＲセンサー２は磁気抵抗素子で構成され、一般にガラスを材料としたＭＲセンサー基板１５の上に蒸着技術でパターンを形成されている。ＭＲセンサー基板１５の上に形成されたＭＲセンサー２は、磁気ドラム１と対向して配置され、フレーム５に固定されていて、磁気ドラム１に形成された磁化パターンによってＭＲセンサー２に交差する磁束の変化によって抵抗値が変化する。
【０００４】
図５は磁気ドラムを展開しＭＲセンサー２のパターンとの位置関係をあらわした図面で、磁気ドラムのＮ極とＳ極に発生する磁束が、ＭＲセンサー２のパターンを交差することを示している。一般にＭＲセンサー２は、図６に示したように２つのＭＲセンサーパターンの中点を取りだし、この２つのＭＲセンサーが交差する磁束によって抵抗値が変化することを利用して、磁気ドラムの位置を検出している。図６はＭＲセンサーのパターンを等価的に抵抗に置き換えたものをあらわしている。図６のＡ１とＡ４は磁気ドラムのＮ極とＳ極のパターンピッチに対して、Ａ１がＳ極の中心に有るときはＡ４がＮ極とＳ極の中間の位置になるように配置されており、Ａ１に交差する磁束が最小の時にＡ４に交差する磁束が最大となるようにしている。Ａ１の一方は電源に接続されており、Ａ４のもう一方はグランドに接続されている。
【０００５】
以上のように接続されたＭＲセンサーは、図５の位置関係ではＡ４に交差する磁束が最大となり、Ａ１に交差する磁束が最小となることによって、Ａ４の抵抗値が最小となって、結果として２つのＭＲセンサーパターンの中点電位が変化する。ＭＲセンサーを用いた位置検出の場合に出力を大きく取る場合には、Ａ１とＡ４の中点から出力されるＡ相の信号と、Ａ相信号と１８０度位相のずれた、つまり反転したＡバー信号得て、この２つの出力信号を差動アンプで増幅する。また、回転方向を検出するためには、上記Ａ信号と同様の原理で９０度位相のずれたＢ信号を得て、Ａ相とＢ相信号から回転方向を検出している。
【０００６】
図５にはＡとＡバーおよびＢとＢバーを得るためのＭＲセンサーパターンと磁気ドラムのＮ極とＳ極のパターンの位置関係を表している。
【０００７】
実際の磁気ドラム１は、図７に示すように円筒形となっており、ＭＲセンサーと磁気ドラムの隙間は回転中心位置からフレームへの垂線を最小として、この垂線の両側では隙間が大きくなっている。よって図７に示した隙間に存在する音響結合液体の流速は隙間の大きさに反比例する。
【０００８】
図７に示したＭＲセンサー２は磁気抵抗素子であって、図６の等価回路に示したように常に電流が流れ、ＭＲセンサーパターンはオームの法則による発熱が起こる。このＭＲセンサーパターンからの発熱は、接触している音響結合液体３やＭＲセンサー基板に放熱される。
【０００９】
ここで音響結合液体への伝熱が支配的であるとすれば、磁気ドラムとＭＲセンサーの隙間を流れる音響結合液体の流速が速ければ冷却効果が大きく、流速が遅ければ冷却効果が小さくなり、ＭＲセンサーパターンそのものの温度が磁気ドラムとの隙間、すなわち磁気ドラムとの相対的な位置関係によって異なる。固体の抵抗は温度により変化する事は周知の事実であり、本来は磁気ドラムのパターンにより発生する磁束のみによって変化すべきＭＲセンサーパターンの抵抗値が、上記温度変化によって異なった値となる。図５からも明らかなようにＡとＡバーの配置上の中間位置はＢとＢバーの中間位置とは異なり、回転軸を中心とした垂線上に両者を配置することは物理的に不可能であり、必ず音響結合液体の流速がアンバランスになる。すなわち、このＭＲセンサーを用いた位置検出手段は音響結合液体の中にあって、磁気ドラムとＭＲセンサーの間には音響結合液体が存在する。磁気ドラムの回転により上記音響結合液体は、磁気ドラムとＭＲセンサーの隙間を流れる。円筒形のドラムと平面であるＭＲセンサーとの隙間が均一で無いことから、音響結合液体の流速が不均一となる。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２８７６５１０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の超音波探触子においては、ＭＲセンサーは一般にガラス基板の上に強磁性体である磁気抵抗素子蒸着して形成されている。熱伝導率の低いガラス基板の上に形成された抵抗体であるＭＲセンサーパターンは、放熱が不均一となることがわかった。そして、ＭＲセンサーパターンの温度が不均一となるとＭＲセンサーの抵抗値が変化し、結果としてＭＲセンサーの出力信号がロータの回転速度や回転方向により変化し、正確な位置情報が得られないという問題を有していた。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、ＭＲセンサーパターンの放熱を均一にし、ロータと一体となって回転する磁気ドラムの回転速度や回転方向によるＭＲセンサー出力の変化を低減し、正確な位置情報を検出する超音波探触子を提供することを第１番目の目的とする。
【００１３】
本発明の第２番目の目的は、液体流速の不均一により発生する放熱の不均一性を軽減し、磁気ドラムの回転速度や回転方向によるＭＲセンサーの出力変化を軽減し正確な位置情報を検出することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子を回転可能に保持するロータと、前記圧電素子の位置を検出する位置検出手段ととしての磁気抵抗効果を備えたセンサ素子とを有し、前記センサ素子のパターンを形成する基板が、窒化珪素であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、ＭＲセンサーパターンの放熱を均一にし、ロータと一体となって回転する磁気ドラムの回転速度や回転方向によるＭＲセンサー出力の変化を低減し、正確な位置情報を検出できる。とくに窒化珪素は、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、ＭＲセンサーパターンの放熱を均一にし、ロータと一体となって回転する磁気ドラムの回転速度や回転方向によるＭＲセンサー出力の変化を低減し、正確な位置情報を検出できる。
【００１６】
次に本発明の別の超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子を回転可能に保持するロータと、前記圧電素子の位置を検出する位置検出手段ととしての磁気抵抗効果を備えたセンサ素子とを有し、前記センサ素子の上面に熱伝導率が０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以上５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料をコーティングしたことを特徴とする。
【００１７】
これにより、ＭＲセンサーパターンの放熱を均一にし、ロータと一体となって回転する磁気ドラムの回転速度や回転方向によるＭＲセンサー出力の変化を低減し、正確な位置情報を検出できる。
【００１８】
前記熱伝導率の低い材料が、エポキシ樹脂であることが好ましい。また、前記熱伝導率の低い材料が、ガラスウールのコーティング膜と、その上のエポキシ樹脂のコーティング膜であることが好ましい。また、前記コーティング膜の膜厚が、５〜３０μｍの範囲であることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２０】
従来例で説明した図４〜７の構成は、下記を除いて本発明も同様である。
【００２１】
（第一の実施の形態）
図１は本発明の第一の実施の形態における超音波探触子の断面図であり、ＭＲセンサー基板４は窒化珪素を材料としたシリコン基板である。他の符号は図７の従来例と共通するので、説明を省略する。
【００２２】
図２（ａ）（ｂ）は、図１のＭＲセンサー基板４とＭＲセンサー２の部分を抜き出した図であり、図２（ａ）はＭＲセンサー２の概略斜視図、図２（ｂ）はＭＲセンサー２の概略断面図である。なお、図２（ｂ）の断面図内の配線は、ＭＲセンサーパターン２ａを模式的に表わしたものである。
【００２３】
従来はＭＲセンサー基板にガラスを使用していたが、光学ガラスの熱伝導率は０．５５から１．１３Ｗ／ｍ・ｋと小さい。ＭＲセンサーパターン２ａを蒸着した基板がガラスである場合には、ＭＲセンサーパターン２ａの発熱がガラスを経由して伝熱しにくく、ＭＲセンサーパターン２ａ上面の音響結合液体にほとんどが放熱される。
【００２４】
本発明の第一の実施例ではＭＲセンサー基板４に熱伝導率が１５０から２００Ｗ／ｍ・ｋと大きな材料を用いており、ＭＲセンサーパターン２ａの発熱は窒化珪素を材料とするシリコン基板を通して伝熱され、その結果としてＭＲセンサーの各パターンの温度差が極端に軽減され、ＭＲセンサーパターン上面の音響結合液体の流速の差による温度差が軽減できる。よって、磁気ドラムすなわち素子を固定したロータ１１の回転速度や回転方向によるＭＲセンサー出力信号の影響を軽減することができる。前記において、シリコン基板の厚みは０．８ｍｍであり、シリコン基板を含めたＭＲセンサー２の大きさは、縦３．３ｍｍ、横７．１ｍｍであった。
【００２５】
本実施形態によれば、ＭＲセンサーパターンの放熱が均一となり、磁気ドラムすなわちロータの回転速度や回転方向による変化が少なく正確な素子の位置を検出することができる。
【００２６】
（第二の実施の形態）
図３は第二の実施例であり、ＭＲセンサー基板がガラス基板８であっても、ＭＲセンサー２の表面に熱伝導率が０．１９Ｗ／ｍ・ｋと低いエポキシ樹脂７を、厚み３０μｍでコーティングすることによって、ＭＲセンサーパターンからの発熱が音響結合液体側に伝熱しにくくし、その結果として音響結合液体の流速変化すなわち音響素子を固定したロータ１１の回転速度および回転方向によるセンサー出力信号への影響を軽減できる。
【００２７】
また、ＭＲセンサーを形成する基板が熱伝導率の低いガラスであっても、ＭＲセンサーの表面に、熱伝導率の低い材料、例えばエポキシやガラスウール等をコーティングすることによって、ＭＲセンサー表面に接触する音響結合液体への放熱を軽減し、結果としてＭＲセンサーのパターンの位置による放熱量の変化が少なく、ＭＲセンサーパターンの温度を均一にする事が可能となり、その結果として、磁気ドラムすなわちロータの回転速度や回転方向による変化が少なく、正確な位置を検出することが可能となる。
【００２８】
（第三の実施の形態）
図４は第三の実施例であり、第二の実施例の効果をさらに高めたものである。すなわち、ガラス基板８からなるＭＲセンサー基板表面のＭＲセンサー２上にグラスウール１０で被覆し、その上にエポキシ樹脂７を被覆したものである。
【００２９】
グラスウール１０の熱伝導率は０．０３から０．０５Ｗ／ｍ・ｋとエポキシ樹脂の熱伝導率よりさらに低い値である。グラスウール１０は材料の中に熱伝導率の小さい空気を含有したものであって、その材料そのものだけでは音響結合液体の浸入により熱伝導率が大きくなるため、空気を含有したグラスウール１０の表面にはエポキシなどのコーティングを行っている。グラスウールの厚みは３０μｍ、エポキシ樹脂の厚みは１０μｍとした。
【００３０】
以上のように３つの実施例を列挙したが、第一の実施例に加えて第二あるいは第三の実施例を組み合わせることにより、その効果は更に高めることも可能である。
【００３１】
上記実施の形態によれば、液体の中にＭＲセンサーを用いた位置検出手段を設けても、素子を固定したロータ１１の位置を、回転速度や回転方向による誤差を少なく、確実に検出することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、ＭＲセンサーの基板に熱伝導率の高い材料を用いることにより、回転速度や回転方向による変化の少ない、正確な位置を検出する事が出来る。また、ＭＲセンサーの表面に熱伝導率の低い材料をコーティングする事によっても同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、本発明の位置検出手段としてはＭＲセンサーを用いたが、ＧＭＲセンサーでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例における超音波探触子の断面図。
【図２】（ａ）は本発明の第一実施例におけるＭＲセンサーの概略斜視図、（ｂ）は同、ＭＲセンサーの概略断面図。
【図３】本発明の第二実施例におけるＭＲセンサーの断面図。
【図４】本発明の第三実施例におけるＭＲセンサーの断面図。
【図５】従来例の円筒形の磁気ドラムを展開しＭＲセンサーとの相対位置関係を説明した図。
【図６】同、ＭＲセンサーの等価回路を説明した図。
【図７】従来例の超音波探触子の断面図。
【符号の説明】
１　磁気ドラム
２　ＭＲセンサー
３　音響結合液体
４　ＭＲセンサー基板
５　フレーム
６　液の流速
７　エポキシ樹脂
８　ガラス基板
９　シリコン基板
１０　ガラスウール
１１　ロータ
【図１】
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【図２】
2004097492.tif 000004
【図３】
2004097492.tif 000005
【図４】
2004097492.tif 000006
【図５】
2004097492.tif 000007
【図６】
2004097492.tif 000008
【図７】
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