(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短冊形状の圧電体とその表面のアース電極と前記圧電体の背面の信号電極とから構成され、平行に配列された複数の振動子と、
前記複数の振動子の背面側に設けられたバッキング材と、
前記信号電極に接続され、前記バッキング材の側面に沿って設けられる信号電極引出用配線板と、
前記信号電極引出用配線板の上に重ねられるアース板とを具備する超音波プローブにおいて、
前記バッキング材は角が丸く又は直線的に面取りされ、
前記信号電極引出用配線板と前記アース板とは、幅が前記バッキング材の面取り内のりの長辺方向の幅よりも狭いことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記信号電極引出用配線板と前記アース板とは、超音波送受信が有効に行われる有効範囲と略同じ幅に設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
短冊形状の圧電体とその表面のアース電極と前記圧電体の背面の信号電極とから構成され、平行に配列された複数の振動子と、
前記複数の振動子の背面側に設けられたバッキング材と、
前記信号電極に接続され、前記バッキング材の側面に沿って設けられる信号電極引出用配線板と、
前記アース電極に接続され、前記信号電極引出用配線板の上に重ねられるアース板とを具備する超音波プローブにおいて、
前記バッキング材は角が丸く又は直線的に面取りされ、
前記信号電極引出用配線板の幅は前記バッキング材の面取り内のりの長辺方向の幅よりも狭く、前記アース板の幅は前記信号電極引出用配線板の幅よりも狭く、前記信号電極引出用配線板及び前記アース板の反対側において前記複数の振動子のアース電極が導電板で共通接続され、前記バッキング材は角が丸く又は直線的に面取りされていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
前記信号電極引出用配線板と前記アース板とは、超音波送受信が有効に行われる有効範囲と略同じ幅に設けられていることを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体と超音波診断装置本体との間を媒介する超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（ａ）に従来のセクタ型超音波プローブの外形を示し、図５（ｂ）にはその筐体を取り外して、プローブの心臓部とも言える先端部分の内部構造を示しており、さらに図５（ｃ）にはその先端の内部構造を上方から見た展開図を示している。なお、図５（ｃ）において、破線部分は、超音波の送受信が適切に行われる有効範囲を表している。超音波プローブで主要なのは、その先端に設けられている振動子配列構造であり、これは、短冊状に形成されている複数の振動子１を中心として、その上方、つまり超音波が送受信される表面側に音響整合層（図示しない）と音響レンズ１３とが順に重ねられている。そして、振動子１の背面側には、この振動子１の配列構造を物理的に支えるという役割の他に、重要なものとして、振動子１の背面から放射される超音波を十分減衰する役割を担ってるバッキング材４が設けられている。
【０００３】
振動子１は、圧電セラミックスに代表される圧電体を心臓部として、その表面にアース電極が形成され、圧電体の背面に信号電極が形成されてなる。そして、この信号電極はそれぞれ個別に、柔軟性配線板（フレキシブルプリント配線板；ＦＰＣ）２の配線１１によりバッキング材４の側面をつたって後方に引き出されている。また、アース電極は、配線板２と同じ側において銅箔等の導電性のアース板３に共通接続されていて、このアース板３から配線板２上の一部配線を介して後方に引き出されている。
【０００４】
このような振動子構造は次のような工程により製造される。まず、圧電板の表面にアース板３が取り付けられ、また、背面に配線板２が取り付けられる。そして、この配線板２を挟んで、圧電板の背面側にバッキング材４が装着される。このようにバッキング材４を取り付けて、構造的にある程度の強度を持たした後に、圧電板を平行にカッティングして複数の振動子１に分割する作業が行われる。このカッティングの深度は、アース電極の上から刃を入れて、アース板３を含め、圧電板を貫き、そして振動子を確実に分離するために配線板２及びバッキング材２の表面を若干切り込む程度に調整されている。
【０００５】
また、カッティングの位置は、配線板２に非常に高い精度で一定の太さで且つ一定の間隔で平行に整然と形成されている配線１１を基準にその間隙に正確に合わされる。ここで、アース板３は、アース電極を共通接続する必要性から、振動子配列の幅、つまり圧電板の幅と同じ、又はそれより若干狭くしかし有効範囲より若干広い幅に調整されている。このアース板３は配線板２よりも上にあるので、配線板２の大部分を隠してしまって、カッティングの位置合わせに必要な配線１１を視認できなくしてしまうので、実際には、配線板２の両側をアース板３よりも、さらに圧電板及びバッキング材２よりも約１. ５ｍｍ程度広げて、このダミーパターン部分１２の配線１１を上から見えるようにしている。
【０００６】
しかしながら、このような性能的には何ら寄与するものではなく、ただ製造工程上必要とされるに過ぎない余分とも言えるダミーパターン部分１２のために、筐体への収納性が悪くなってしまい、その分、プローブが大型化してしまい、超音波プローブの操作者にとってはプローブの回転や傾け等の操作性が悪くなるという不具合が発生してしまう。
【０００７】
このためできるだけプローブを小型にするために、振動子構造の形状に合わせて、筐体２０を作ると、図５（ａ）に示すように、その筐体２０は必然的に角張った形状になってしまい、それを押しつけられる患者にとっては痛く、不快を感ぜざるを得ないという別な問題が起こってしまう。さらに、このような筐体２０の四角く角張った形状は、構造的にクラック（ひび割れ）を生じ易く、外部からの衝撃に弱いという難点もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的としては、超音波プローブの先端部分の筐体を、バッキング材程度の幅で小型化しながらも、四角く角張った形状ではなくて丸く又は直線的に面取りして緩やかな形状にすることを実現し、それにより操作性を向上し、また患者の不快感を和らげ、さらに外部からの衝撃に強くすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面は、短冊形状の圧電体とその表面のアース電極と前記圧電体の背面の信号電極とから構成され、平行に配列された複数の振動子と、前記複数の振動子の背面側に設けられたバッキング材と、前記信号電極に接続され、前記バッキング材の側面に沿って設けられる信号電極引出用配線板と、前記信号電極引出用配線板の上に重ねられるアース板とを具備する超音波プローブにおいて、前記バッキング材は角が丸く又は直線的に面取りされ、前記信号電極引出用配線板と前記アース板とは、幅が前記バッキング材の面取り内のりの長辺方向の幅よりも狭い。
本発明の第２局面は、短冊形状の圧電体とその表面のアース電極と前記圧電体の背面の信号電極とから構成され、平行に配列された複数の振動子と、前記複数の振動子の背面側に設けられたバッキング材と、前記信号電極に接続され、前記バッキング材の側面に沿って設けられる信号電極引出用配線板と、前記アース電極に接続され、前記信号電極引出用配線板の上に重ねられるアース板とを具備する超音波プローブにおいて、前記バッキング材は角が丸く又は直線的に面取りされ、前記信号電極引出用配線板の幅は前記バッキング材の面取り内のりの長辺方向の幅よりも狭く、前記アース板の幅は前記信号電極引出用配線板の幅よりも狭く、前記信号電極引出用配線板及び前記アース板の反対側において前記複数の振動子のアース電極が導電板で共通接続され、前記バッキング材は角が丸く又は直線的に面取りされていることを特徴とする。
【００１０】
ただし、アース板の幅は狭いので、端に配列されている一部の振動子のアース電極には接続できない、つまり端に配列されている一部の振動子のアースをとれないという問題が起こり得るが、これは、アース板及び配線板の反対側においてアース電極を導電板で共通接続することが対処している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の超音波プローブを好ましい実施形態により説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波プローブの外観を示している。この超音波プローブは、セクタ走査タイプであり、その先端内部の振動子配列構造を収納して防水、防湿、耐衝撃性等の各種機能を担っている先端筐体１１４、１１５を有している。この筐体１１４、１１５の形状が特徴的であり、従来のように角張っていなくて、図１（ａ）に示すように角が直線的に面取りされ、又は図１（ｂ）に示すように角が丸く面取りされている。しかも、バッキング材より少しだけ大きい程度の最低限の大きさまで小型化することを実現している。このようにプローブ先端の筐体１１４，１１５が、角張っていなくて、しかも小型であることにより、操作性が向上し、また患者の不快感を和らげ、さらに外部からの衝撃に対する耐性を向上することができるようになる。
【００１２】
このように筐体１１４，１１５を小型で角張っていない形状にするには、そのプローブ先端の筐体１１４，１１５に収納される内部の振動子配列構造を改良することが不可欠である。以下に、この振動子配列構造について詳細に説明する。
【００１３】
図２（ａ）には、図１の先端筐体１１４，１１５に収納されている振動子配列構造の外観を示し、図２（ｂ）にはこの振動子配列構造を方向Ｘから見た側面図、図２（ｃ）は信号電極引出用配線板１０２、アース板１０３及び共通電極板１０４を両側に広げた状態で振動子配列構造を上方から見た展開図を示している。
【００１４】
振動子１０１は、圧電セラミックスに代表される短冊形状の圧電体１０８と、その圧電体１０８の表面に形成されたアース電極１０７と、圧電体１０８の背面に形成されている信号電極１０６とから構成されている。このような構造の複数の振動子１０１が、平行に配列されている。
【００１５】
この配列された複数の振動子１０１の背面側には、この振動子１の配列構造を物理的に支えるという役割の他に、振動子１の背面から放射される超音波を十分減衰する役割を担ってるバッキング材１０５が設けられている。
【００１６】
このバッキング材１０５と振動子１との間に挟まれている信号電極引出用配線板１０２は、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）であり、その表面には、複数の配線１１１が形成されている。この複数の配線１１１は、複数の信号電極１０６とその一端において電気的に個別接続されている。この信号電極引出用配線板１０２は、バッキング材１０５の側面に沿うように折り込まれて筐体１１４，１１５に収納されている。このように信号電極１０６は信号電極引出用配線板１０２によりバッキング材１０５の後方に引き出されている。
【００１７】
この信号電極引出用配線板１０２の上には、互いに絶縁状態で導電性を有する銅箔等のアース板１０３が重ねられている。このアース板１０３は複数のアース電極１０７とその一端において電気的に共通接続されている。
【００１８】
ところで、周知の通り、超音波の送受信は、振動子１０１の機械的な厚み方向の振動を介して行われるものである。この振動子１０１の厚み方向の振動周波数、つまり共振周波数は、主に圧電体１０８の厚さで決まる。しかし実際の動きは、この厚み方向の振動だけでなく、これに幅方向の振動、さらに各振動子の周辺構造との関係で決まる制動条件といった様々なパラメータが加わり、共振周波数だけで単純に決まるものではない。そこで、各振動子１０１の振動周波数を実測して、その振動周波数が、その厚さから一義的に決まる共振周波数又はその付近の周波数に収まるのは、図２（ｃ）に破線で示すように、全振動子配列より一回り小さい範囲（有効範囲）に限定される。従って、実際の送受信は、この有効範囲から外れた両端に置かれた幾つかの振動子１０１を排除し、有効範囲内にある中心側の振動子１０１だけを使って行われるのが一般的である。
【００１９】
このような有効範囲を考慮して、振動子配列構造をさらに詳細に説明する。まず、信号電極引出用配線板１０２に重ねられるアース板１０３の幅Ｗ(103) は、信号電極引出用配線板１０２の幅Ｗ(102) よりも狭く設けられている。これにより信号電極引出用配線板１０２の両端部分はアース板１０３に覆われることなく、その表面が露呈している。
【００２０】
このように信号電極引出用配線板１０２の両端部分がアース板１０３に覆われることなく、露呈しているので、この露呈部分において信号電極引出用配線板１０２上の配線を視認して、この配線を基準にしてカッティングの位置合わせを行うことができる。従って、カッティングの位置合わせのためだけに設けられていた従来のようなダミーパターン部分は不要になる。
【００２１】
そして、信号電極引出用配線板１０２の幅Ｗ(102) は、バッキング材１０５の幅Ｗ(105) よりも狭く、しかも有効範囲での超音波の送受信を確保するために、有効範囲の幅Ｗ(effect)と略同じに設けられている。
【００２２】
このように信号電極引出用配線板１０２の幅Ｗ(102) を、バッキング材１０５の幅Ｗ(105) よりも狭くできるので、バッキング材１０５の四隅の角の部分は、信号電極引出用配線板１０２及びアース板１０３で覆われることなく、むき出しになるので、振動子配列及びバッキング材１０５の四隅の角を、丸く又は直線的に面取りすることができる。
【００２３】
このバッキング材１０５の形状に合わせて、筐体１０４、１０５も小型に且つ四角く角張った形状ではなくて四隅を丸く又は直線的に面取りした緩やかな形状にして、操作性を向上し、また患者の不快感を和らげ、さらに外部からの衝撃に強くすることができるようになる。
【００２４】
ただし、上述したように、アース板１０３の幅Ｗ(103) は、信号電極引出用配線板１０２の幅Ｗ(102) よりも狭いので、有効範囲内の両端にある振動子１０１のアース電極１０７を、このアース板１０３に接続してここから直接的にアースをとることができなくなってしまう。このために、信号電極引出用配線板１０２及びアース板１０３の反対側において、有効範囲内の複数の振動子１０１のアース電極１０７を銅箔等の導電板１０４で共通接続し、この共通電極板１０４を介してアースをとるようにしている。このために共通電極板１０４の幅Ｗ(104) は、信号電極引出用配線板１０２と同様に、バッキング材１０５の角を覆わないようにバッキング材１０５の幅Ｗ(105) 及び振動子配列幅よりも狭くし、しかも有効範囲での超音波の送受信を確保するために、有効範囲の幅Ｗ(effect)と略同じに設けられている。
【００２５】
次に、このような超音波プローブの製造方法を、図３，図４を参照しながら説明する。まず、図３（ａ）に示すように、カッティング前の板状の圧電板２０１が用意される。この圧電板２０１の表面（超音波放射面）には、後工程でアース電極１０７になる電極２０２が一面に形成されている。また、圧電板２０１の背面には、後工程で信号電極１０６になる電極２０３が一面に形成されている。この圧電板２０１の表面に、アース板１０３と共通電極板１０４とが半田付け、又は導電接着剤等により電気的及び物理的に接合される。
【００２６】
次に、圧電板２０１の表面に、アース板１０３と共通電極板１０４とを挟み込んだ状態で、図示しない所望の厚みの音響整合層が取り付けられる。これは、予め所望の厚みに加工されたフィルム状の部材を接着してもよいし、エポシキ接着剤等を所望の厚み以上に厚く塗布して、乾燥後、所望の厚みに研磨してもよい。また、１層の整合層とすることもできるし、望む超音波波形によっては、２層以上の整合層を形成することも可能である。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、圧電板２０１の背面に、信号電極引出用の配線板１０２が、半田付けまたは導電接着等の方法により電気的及び物理的に接合される。
【００２８】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電板２０１の背面に、信号電極引出用の配線板１０２を挟んで、四隅が面取りされたバッキング材４が接着される。
そして、図４（ａ）に示すように、アース板１０３を重ねた状態で信号電極引出用の配線板１０２をバッキング材１０５の側面に沿うように折り曲げる。このときアース板１０３は、信号電極引出用の配線板１０２上のアース引き出し線に、半田付け等の方法で電気的に接合される。
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示すように、アース板１０３に覆われることなく、露呈している信号電極引出用配線板１０２の両端部分の配線２１０を基準にして、カッティングの位置合わせ、つまり隣り合う配線２１０の中間点に刃を合わせ、そしてこの位置から配線ピッチずつ刃をずらしながら、圧電板２０１を平行にカッティングしていき、短冊状の複数の振動子１に分割していく。このカッティングの深度は、圧電板２０１の上から刃を入れて、アース板１０３及び共通電極板１０４を含め、圧電板２０１を貫き、そして振動子１０１を確実に分離するために配線板１０２及びバッキング材１０５の表面を若干切り込む程度にまで微調整されている。
【００３０】
そして、圧電板２０１のバッキング材１０５からはみ出している無効部分を、バッキング材１０５の形状に合わせて、切り落とす。最後に、音響整合層の上に音響レンズを接着し、振動子配列構造を完成する。この完成した振動子配列構造は、筐体１１４、１１５内に挿入し、固定する。
【００３１】
なお、本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では配線板１０２にはダミーパターン部分が無いもので説明したが、従来と同じダミーパターン部分をもつ配線板を用いて、圧電板２０１を切断して複数の振動子１０１に分割した後、バッキング材１０５の形状に合わせて不要部分を切り落とすようにしても良い。この場合、配線板１０２に重ねる共通電極板１０３は、逆側の共通電極板１０４と同じ幅であってもよいし、逆側の共通電極板１０４は無くてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）の発明においては、信号電極引出用配線板の幅とアース板の幅とは、バッキング材の幅よりも狭い。これによりバッキング材の角の部分は、信号電極引出用配線板及びアース板で覆われることなく、むき出しになるので、角を丸く又は直線的に面取りしたバッキング材を採用できる。したがって、このバッキング材の形状に合わせて、筐体も小型に且つ四角く角張った形状ではなくて丸く又は直線的に面取りした緩やかな形状にして、操作性を向上し、また患者の不快感を和らげ、さらに外部からの衝撃に強くすることができるようになる。
（２）の発明においては、アース板の幅が信号電極引出用配線板の幅よりも狭いので、このアース板の両側では、アース板に覆われることなく、信号電極引出用配線板の表面が露呈している。このためこの露呈部分の配線は上から視認できる。従って、この視認できる信号電極引出用配線板の端の部分の配線を基準にカッティングの位置合わせを行うことができるので、カッティングの位置合わせのためだけに設けられていた従来のようなダミーパターン部分は不要になる。このようにダミーパターン部分が不要になるので、信号電極引出用配線板の幅を、バッキング材の幅よりも狭くすることができる。これによりバッキング材の角の部分は、信号電極引出用配線板及びアース板で覆われることなく、むき出しになるので、角を丸く又は直線的に面取りしたバッキング材を採用できる。したがって、このバッキング材の形状に合わせて、筐体も小型に且つ四角く角張った形状ではなくて丸く又は直線的に面取りした緩やかな形状にして、操作性を向上し、また患者の不快感を和らげ、さらに外部からの衝撃に強くすることができるようになる。
【００３３】
ただし、アース板の幅は狭いので、端に配列されている一部の振動子のアース電極には接続できない、つまり端に配列されている一部の振動子のアースをとれないという問題が起こり得るが、これは、アース板及び配線板の反対側においてアース電極を導電板で共通接続することが対処している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の好ましい実施形態に係る超音波プローブの外形を示す図、（ｂ）は他の外形を示す斜視図。
【図２】（ａ）は図１の先端の筐体に収納されている振動子配列構造の斜視図、（ｂ）は（ａ）の振動子配列構造を方向Ｘから見た側面図、（ｃ）は（ａ）の振動子配列構造を上方から見た展開図。
【図３】（ａ）は本実施形態に係る超音波プローブの振動子配列構造を製造する第１工程を示す図、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程を示す図。
【図４】（ａ）は本実施形態に係る超音波プローブの振動子配列構造を製造する第４工程を示す図、（ｂ）は第５を示す図。
【図５】（ａ）は従来の超音波プローブの外形を示す図、（ｂ）は（ａ）の先端の筐体に収納されている振動子配列構造の斜視図、（ｃ）は（ａ）の振動子配列構造を上方から見た展開図。
【符号の説明】
１０１…振動子、
１０２…信号電極引き出し用柔軟性配線板（ＦＰＣ）、
１０３…アース板、
１０４…共通電極板、
１０５…バッキング材、
１０６…信号電極、
１０７…アース電極、
１０８…圧電体、
１１１…配線、
１１３…音響レンズ、
１１４…先端筐体、
１１５…先端筐体。
【図１】
0004131592.tif 000002
【図２】
0004131592.tif 000003
【図３】
0004131592.tif 000004
【図４】
0004131592.tif 000005
【図５】
0004131592.tif 000006