(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の曲率半径で凸状に屈曲する部品取付面及びその側方に円弧状の外側縁をもって連なる端面を有する基台と、
ベース材に多数の信号線路が並設され、前記信号線路の各一端部を含む部位を超音波素子部を形成する部品積層部とし、その残りの部位を信号伝達部として、前記信号伝達部が前記基台の端面側から延出する状態で、前記部品積層部が前記信号線路を表側にして前記基台の部品取付面に固着されるフレキシブル基板とを備え、
前記フレキシブル基板の前記信号伝達部が前記信号線路を保護する保護膜で覆われるとともに、所定数の前記信号線路をそれぞれ含むように分割線によって単位基板に分割され、かつ前記単位基板がそれぞれ前記基台の端面に近接して前記部品積層部に対してほぼ直角に折り曲げられて相互に重畳される超音波探触子において、
前記フレキシブル基板の前記単位基板がほぼ直角に折り曲げられる角部のうち、幅方向の両側端部のみが前記信号線路を覆い、両端部以外の前記信号線路が露呈するように幅方向の中央部に凹状の切欠部を形成したことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記切欠部は、幅方向にほぼ一定の深さを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記切欠部は、前記基台に固着される前記フレキシブル基板の前記部品積層部と前記単位基板とを前記基台の端面を見る方向より投影した投影図上で、１つの前記単位基板の両側の分割線と前記部品積層部との交点を結ぶ線分に対して、前記部品積層部が描く円弧と対称の底部形状を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記切欠部は、前記基台に固着される前記フレキシブル基板の前記部品積層部と前記単位基板とを前記基台の端面を見る方向より投影した投影図上で、１つの前記単位基板の両側の分割線と前記部品積層部との交点を結ぶ線分に対して、前記交点を通るように引いた接線が径方向外方に形成する山形と対称の底部形状を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記保護膜は、カバーレイ又はレジストであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用などの超音波診断装置に適用され、超音波の送受波面が凸の曲面状に形成されるコンベックス走査型の超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の超音波探触子として、曲面上に並べられた多数の圧電素子を複数のグループに分け、各グループごとに電気信号を送受信するフレキシブル基板を単位基板に分割し、これらの単位基板をほぼ直角に折り曲げるとともに、相互に重畳させるものが開示されている（例えば、下記の特許文献１参照）。図１５は、このような従来の超音波探触子の要部の構成を示す断面図である。
【０００３】
図１５において、電気音響変換素子である圧電素子１０２を中心にしてその超音波放射面側（図面の上側）には１層又は２層以上の音響整合層１０７が積層され、その背面側（図面の下側）には圧電素子１０２に対して電気信号の送信あるいは受信を行うフレキシブル基板１０３と、不要の超音波を吸収する背面負荷材１０８とが積層され、その積層体が所定の曲率半径で凸状に屈曲する背面負荷補強材１１０上に取り付けられて筐体１０９内に収納される。音響整合層１０７の超音波の送受信端（図面の上端部）には超音波の収束などを行わせる図示省略の音響レンズが装着される。
【０００４】
ここで、フレキシブル基板１０３は、ベース材１０４と、超音波探触子のエレメント数に応じて導体をパターニングして形成された信号線路１０５と、この信号線路１０５を電気的に絶縁するとともに、物理的に保護する保護膜１０６とが積層されたものである。このフレキシブル基板１０３の一端部は保護膜１０６が除去されて圧電素子１０２が積層される部品積層部になっており、その他端部は保護膜１０６が付けられたままで信号伝達部になっている。信号伝達部は複数の信号線路１０５をそれぞれ含むように所定の幅で単位基板に分割されて背面負荷補強材１１０の側端方向に引き出され、さらに、単位基板ごとに背面負荷材１０８及び背面負荷補強材１１０の端面に近接させてほぼ直角に折り曲げられるとともに、相互に重畳される。単位基板における保護膜１０６は、ほぼ直角に折り曲げられる角部よりも離れた部位が縁端となるように形成されている。
【０００５】
上述した圧電素子１０２、フレキシブル基板１０３、音響整合層１０７、背面負荷材１０８及び背面負荷補強材１１０によって超音波素子部１０１が構成される。この超音波素子部１０１は、各々平板状の背面負荷材１０８、フレキシブル基板１０３、圧電素子１０２及び音響整合層１０７を順に積層した後、切削加工などによってエレメント数に応じた数に短冊状に分割され、背面負荷補強材１１０の凸状に屈曲する部品取付面に装着して製造される。
【０００６】
このように構成された超音波探触子は、超音波診断装置本体（図示せず）と電気的に接続される。そして、超音波診断装置本体からの駆動信号がフレキシブル基板１０３を通して圧電素子１０２に印加され、圧電素子１０２によって超音波信号に変換され、その超音波信号が音響整合層１０７及び音響レンズを介して図示省略の被検体に照射される。また、被検体で反射した超音波信号は圧電素子１０２により受信されて電気信号に変換され、フレキシブル基板１０３を通して超音波診断装置本体に送られて処理される。
【特許文献１】特開平７−２７４２９５号公報（第３図（ｂ）、第４図（ａ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の超音波探触子を構成するフレキシブル基板１０３のうち、背面負荷補強材１１０上に装着される部品積層部は、超音波素子部１０１ごとに分割されてそれぞれ背面負荷補強材１１０の屈曲した部品取付面に装着されるため、部品取付面に倣って円弧状に曲げられる。これに対して、背面負荷補強材１１０の側端方向に引き出される信号伝達部は単位基板ごとにほぼ直角に折り曲げられ、その角部よりも先は平坦のままである。この結果、ほぼ直角に折り曲げられる角部には引っ張り応力が発生し、特に、単位基板の幅方向の両端部の引っ張り応力が最も大きく、引っ張り応力が大きい分だけ長く引き延ばされる。この結果、単位基板の両端部に位置する信号線路１０５が断線しやすく、断線が発生した場合には送信される超音波の強度が減少して診断画像の画質が劣化するという問題があった。
【０００８】
一方、単位基板の歪みを抑えるべく、例えば、直角に折り曲げられる角部をも保護膜１０６で覆った状態で折り曲げた場合には、保護膜１０６の存在によって復帰力が作用するスプリングバック現象により所定の角度位置に正しく曲げることができず、フレキシブル基板１０３を筐体１０９内に整然と収納することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、基台の屈曲面に装着されて円弧状に曲げられるフレキシブル基板が、基台の側方で単位基板に分割されてほぼ直角に曲げられる場合に、その角部における信号線路の断線を防止するとともに、所定の角度位置に正しく曲げることを可能にし、これによって診断画像の画質の劣化を防止し、かつフレキシブル基板を筐体内に確実に収納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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、所定の曲率半径で凸状に屈曲する部品取付面及びその側方に円弧状の外側縁をもって連なる端面を有する基台と、
ベース材に多数の信号線路が並設され、前記信号線路の各一端部を含む部位を超音波素子部を形成する部品積層部とし、その残りの部位を信号伝達部として、前記信号伝達部が前記基台の端面側から延出する状態で、前記部品積層部が前記信号線路を表側にして前記基台の部品取付面に固着されるフレキシブル基板とを備え、
前記フレキシブル基板の前記信号伝達部が前記信号線路を保護する保護膜で覆われるとともに、所定数の前記信号線路をそれぞれ含むように分割線によって単位基板に分割され、かつ前記単位基板がそれぞれ前記基台の端面に近接して前記部品積層部に対してほぼ直角に折り曲げられて相互に重畳される超音波探触子において、
前記フレキシブル基板の前記単位基板がほぼ直角に折り曲げられる角部のうち、幅方向の両側端部のみが前記信号線路を覆い、両端部以外の前記信号線路が露呈するように幅方向の中央部に凹状の切欠部を形成したことを特徴とする。
この構成により、単位基板の両端部のみに残された保護膜によって、両端部の信号線路が長く引き延ばされることを抑制し、また幅方向中央部に形成された切欠部が単位基板を折り曲げた場合のスプリングバック現象の発生を未然に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、単位基板の両端部のみに残された保護膜によって、両端部の信号線路が長く引き延ばされることを抑制し、また幅方向中央部に形成された切欠部が単位基板を折り曲げた場合のスプリングバック現象の発生を未然に防ぐため、単位基板がほぼ直角に曲げられるその角部における信号線路の断線を防止するとともに、所定の角度位置に正しく曲げることができ、これによって診断画像の画質の劣化を防止し、かつフレキシブル基板を筐体内に確実に収納することができる超音波探触子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子を構成する超音波素子部の側面図であり、図２は図１に示した超音波素子部を筐体内に収納した超音波探触子の縦断面図である。図１、２において、超音波素子部１は電気音響変換素子である圧電素子２を中心にしてその超音波放射面側（図面の上側）には１層又は２層以上の音響整合層７が積層され、その背面側（図面の下側）には圧電素子２に対して電気信号の送信あるいは受信を行うフレキシブル基板３と、不要の超音波を吸収する背面負荷材８とが積層され、その積層体が所定の曲率半径で凸状に屈曲する基台としての背面負荷補強材１０上に取り付けられて筐体９内に収納される。音響整合層７の超音波の送受信端（図面の上端部）には超音波の収束などを行わせる図示省略の音響レンズが装着される。
【００１３】
ここで、圧電素子２としてはＰＺＴ系などの圧電セラミックス、単結晶、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などが用いられる。音響整合層７としては超音波を効率よく伝達させるために樹脂などが用いられる。フレキシブル基板３は、ポリイミドなどの絶縁性のベース材４に銅などの導体を被着させ、これをパターニングすることによって多数の信号線路５を形成し、この信号線路５を電気的に絶縁するとともに、物理的に保護する保護膜６で覆ったものである。保護膜６はカバーレイ又はレジストである。このフレキシブル基板３の一端部は保護膜６が除去されて圧電素子２が積層される部品積層部３ａになっており、その他端部は保護膜６が付けられたままで信号伝達部３ｂになっている。この信号伝達部３ｂは（図１参照）、複数の信号線路５をそれぞれ含むように所定の幅ｄごとに、分割線１１によって単位基板２１、２２、…、２ｎに分割されて背面負荷補強材１０の側端方向に引き出され、さらに、単位基板２１、２２、…、２ｎがそれぞれ背面負荷材８及び背面負荷補強材１０の端面に近接させてほぼ直角に折り曲げられるとともに、相互に重畳される。
【００１４】
背面負荷材８としては、フェライト粉を充填した合成ゴムや、エポキシ樹脂若しくはウレタンゴムなどの高分子にタングステンやアルミナ若しくは減衰を大きくするために、ガラスや高分子の中空体を充填したものなどが用いられる。背面負荷補強材１０は超音波放射面を所望の曲率の扇形とするために樹脂や金属で形成されており、所定の曲率半径で凸状に屈曲する部品取付面１０ａ及びその側方に円弧状の外側縁をもって連なる端面１０ｂを有しており、部品取付面１０ａに対して端面１０ｂはほぼ直角に形成され、背面負荷補強材１０、背面負荷材８、圧電素子２及び音響整合層７の各端面はぼ一直線上に揃えられている。筐体９はプラスチックなどの樹脂が用いられる。
【００１５】
図３は図２に示した超音波素子部１のＸ−Ｘ矢視断面図である。図３において、超音波素子部１を組み立てるには、各々平板状の背面負荷材８、フレキシブル基板３の部品積層部３ａ、圧電素子２及び音響整合層７を順に積層した後、切削加工などによって音響整合層７側から背面負荷材８の途中まで切り込み２０が入れられて、数１０から数１００の短冊状のエレメントに分割される。その後、背面負荷補強材１０の凸状に屈曲する部品取付面１０ａに装着される。
【００１６】
図４は図１に破線で囲んだａ部の拡大図であり、フレキシブル基板３の単位基板２２がほぼ直角に折り曲げられる角部のうち、幅方向の両側端部６ａ、６ａのみが信号線路５を覆い、両端部以外の信号線路５が露呈するように幅方向の中央部に凹状の切欠部６ｂが形成されている。
【００１７】
図５は単位基板２１、２２、…、２ｎのそれぞれに対して、図４に示した端部形状となるような加工を施したフレキシブル基板３の展開図であり、信号線路５が形成される部品積層部３ａと、単位基板２１、２２、…、２ｎに分割される信号伝達部３ｂとが一体的に形成される。ここで、破線の直線ｃを背面負荷材８の端面としたとき、この直線ｃの近傍から単位基板２１、２２、…、２ｎがそれぞれ直角に折り曲げられるものとする。単位基板２１、２２、…、２ｎの保護膜６はその縁端が直線ｃに合わせられ、切欠部６ｂは幅方向にほぼ一定の深さの底部形状を有している。これにより、単位基板２１、２２、…、２ｎの幅方向の両側端部のみが信号線路５を覆い、両端部以外の信号線路５は露呈することとなる。
【００１８】
図６は単位基板２１、２２、…、２ｎのうち、例えば、図４に示した単位基板２２をほぼ直角に折り曲げたときにフレキシブル基板３に歪みが発生する部位を示した図である。ここで、フレキシブル基板３の部品積層部３ａは背面負荷補強材１０の屈曲した部品取付面１０ａ（図６では図示を省略）に装着されるため、部品取付面１０ａに倣って円弧状に曲げられる。これに対して、信号伝達部３ｂはほぼ直角に折り曲げられ、その角部よりも先は平坦のままである。この結果、例えば単位基板２２の幅方向の両端部ｅ、ｅには引っ張り応力が発生し、特に、単位基板２２の幅方向の両端部の引っ張り応力が最も大きく、その分だけ信号線路５が長く引き延ばされる。
【００１９】
図７は単位基板２２がほぼ直角に折り曲げられる幅方向端部の折り曲げ形状を示す部分断面図であり、角部ｂには引っ張り応力が作用して長く引き延ばされるとともに、やや鋭角に折り曲げられるが、保護膜６の存在によって変形の程度が抑制されて信号線路５の断線を防止することができる。図８は単位基板２２がほぼ直角に折り曲げられる幅方向中央部の折り曲げ形状を示す部分断面図であり、角部ｂに保護膜６が存在しないため、保護膜６の存在によるスプリングバック現象の発生を未然に防ぐことができ、この結果、診断画像の画質の劣化を防止し、かつフレキシブル基板を筐体内に確実に収納することができる。
【００２０】
＜第２の実施の形態＞
図９は本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子を構成する超音波素子部の側面図であり、図１０は図９に破線で囲んだｆ部の拡大図であり、図１１は図９に示した端部形状となるような加工を施したフレキシブル基板３の展開図である。これら各図において、第１の実施の形態を示す図１、図４及び図５とそれぞれ同一の部位には同一の符号を付してその説明を省略する。第２の実施の形態は単位基板２１、２２、…、２ｎに設けられる切欠部の形状が異なるだけで、これ以外は同一に構成されている。
【００２１】
ここでは、保護膜６が円弧の底部形状を有する切欠部６ｄを有している。この切欠部６ｄは、フレキシブル基板３の部品積層部３ａと信号伝達部３ｂの単位基板２１、２２、…、２ｎとを背面負荷補強材１０の端面１０ｂを見るように投影した投影図上で、１つの単位基板２２の両側の分割線１１と部品積層部３ａとの交点ｊ、ｊを結ぶ線分ｋに対して、部品積層部３ａが描く曲率半径Ｒの円弧と対称形状の底部形状を有している。
【００２２】
このように構成することによって、第１の実施の形態の効果の他に、ほぼ直角に曲げられる角部の幅方向における引っ張り応力又は歪み量の変化を小さくすることができ、信号線路５の断線防止の効果が高められるとともに、より良好な折り曲げ状態を確保することができるという効果も得られる。
【００２３】
＜第３の実施の形態＞
図１２は本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子を構成する超音波素子部の側面図であり、図１３は図１２に破線で囲んだｇ部の拡大図であり、図１４は図１２に示した端部形状となるような加工を施したフレキシブル基板３の展開図である。これら各図において、第１の実施の形態を示す図１、図４及び図５とそれぞれ同一の部位には同一の符号を付してその説明を省略する。第３の実施の形態は単位基板２１、２２、…、２ｎに設けられる切欠部の形状が異なるだけで、これ以外は同一に構成されている。
【００２４】
ここでは、保護膜６が幅方向の外側よりも中央部が深くなるように谷形の底部形状を有する切欠部６ｅを有している。この切欠部６ｅは、フレキシブル基板３の部品積層部３ａと信号伝達部３ｂの単位基板２１、２２、…、２ｎとを背面負荷補強材１０の端面１０ｂを見るように投影した投影図上で、１つの単位基板２２の両側の分割線１１と部品積層部３ａとの交点ｊ、ｊを結ぶ線分ｋに対して、交点ｊ、ｊを通るように引いた接線ｍが部品積層部３ａの径方向外方に形成する山形と対称の底部形状を有している。
【００２５】
なお、第１〜第３の実施の形態において、図１、図９、図１２中、圧電素子２と音響整合層７は、図を見やすくするために、簡略化して表示している。
【００２６】
このように構成することによって、第１の実施の形態の効果の他に、ほぼ直角に曲げられる角部の幅方向における引っ張り応力又は歪み量の変化を小さくすることができ、信号線路５の断線防止の効果が高められるとともに、より良好な折り曲げ状態を確保することができるという効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、単位基板の両端部のみに残された保護膜で、両端部の信号線路が長く引き延ばされること、また幅方向中央部に形成された切欠部が単位基板を折り曲げた場合のスプリングバック現象が発生することを未然に防ぐため、単位基板がほぼ直角に曲げられるその角部における信号線路の断線防止と、所定の角度位置に正しく曲げることができることから、断線防止、形状成形を図ってフレキシブル基板を使用する超音波探触子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子を構成する超音波素子部の概略側面図
【図２】図１に示した超音波素子部を筐体内に収納した超音波探触子の縦断面図
【図３】図２に示した超音波素子部のＸ−Ｘ矢視断面図
【図４】図１に破線で囲んだａ部の拡大図
【図５】図４に示したフレキシブル基板の展開図
【図６】図４に示したフレキシブル基板に歪みが発生する部位を示した図
【図７】図４に示したフレキシブル基板の一部の折り曲げ形状を示す部分断面図
【図８】図４に示したフレキシブル基板の一部の折り曲げ形状を示す部分断面図
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子を構成する超音波素子部の概略側面図
【図１０】図９に破線で囲んだｆ部の拡大図
【図１１】図９に示したフレキシブル基板の展開図
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子を構成する超音波素子部の概略側面図
【図１３】図１２に破線で囲んだｇ部の拡大図
【図１４】図１２に示したフレキシブル基板の展開図
【図１５】従来の超音波探触子の要部の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００２９】
１  超音波素子部
２  圧電素子
３  フレキシブル基板
３ａ  部品積層部
３ｂ  信号伝達部
４  ベース材
５  信号線路
６、１２、１３  保護膜
６ａ  両側端部
６ｂ、６ｄ、６ｅ  切欠部
７  音響整合層
８  背面負荷材
９  筐体
１０  背面負荷補強材（基台）
１０ａ  部品取付面
１０ｂ  端面
１１  分割線
２１、２２、…、２ｎ  単位基板
【図１】
0004709057.tif 000002
【図２】
0004709057.tif 000003
【図３】
0004709057.tif 000004
【図４】
0004709057.tif 000005
【図５】
0004709057.tif 000006
【図６】
0004709057.tif 000007
【図７】
0004709057.tif 000008
【図８】
0004709057.tif 000009
【図９】
0004709057.tif 000010
【図１０】
0004709057.tif 000011
【図１１】
0004709057.tif 000012
【図１２】
0004709057.tif 000013
【図１３】
0004709057.tif 000014
【図１４】
0004709057.tif 000015
【図１５】
0004709057.tif 000016