JP2005245733A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生体と接触する表面の温度上昇を抑制することのできる超音波探触子を提供する。
【解決手段】 本発明の超音波探触子は、超音波の送受信を行う複数の圧電素子２ａが互いに間隙を空けて配列された圧電素子群２と、前記圧電素子２ａ同士間の間隙に充填された熱伝導性の圧電素子間充填材８とを有することを特徴とする。前記圧電素子間充填材８は、エポキシ樹脂などの主材に、金属などの無機フィラーを添加してなる、高熱伝導性材料によって構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波診断装置に関し、特に複数の圧電素子が配列した構成を有する超音波探触子に関するものである。

超音波診断装置は、超音波探触子を用いて生体に対して超音波の送受信を行なうことにより、生体内の画像情報などを得るものであり、各種医療分野で活用されている。超音波診断装置に用いられる超音波探触子は、生体との接触表面の温度を４１℃以下に維持しなければならないという規格が設定されている。超音波探触子の表面温度は、通常、探触子に印加される電圧と比例関係にある。そのため、超音波探触子表面の過度の温度上昇を回避するために、印加電圧は特定の値以下となるように調整されている。しかしながら、印加電圧が小さくなると、探触子から発せられる超音波エネルギーも小さくなるため、生体内の深部まで超音波が十分到達しなくなり、生体深部の診断能力が低下するおそれがあった。

そこで、生体深部の診断能力を低下させることなく、超音波探触子の表面温度を規格内に納めるため、超音波探触子に熱対策を施すことが提案されている（例えば、特許文献１）。図１０は、このような熱対策を施した従来の超音波探触子の構成を示す模式図である。この超音波探触子１は、超音波を送受信する圧電素子２と、圧電素子２の一方の面に設けられた接地電極３と、圧電素子２の他方の面に設けられた信号用電極４と、信号用電極４に接続された信号用電気端子５と、接地電極３に接続された接地電極用電気端子６と、圧電素子２の背面に設けられた背面負荷材７とを備えている。背面負荷材７は、圧電素子２を機械的に保持するとともに、不要な超音波信号を減衰させるという機能に加えて、圧電素子２の熱を吸熱且つ放熱するという機能を有している。このような超音波探触子においては、圧電素子２から発生する熱や、超音波の多重反射によって発生する熱を、背面負荷材７により吸熱し、放熱することによって、超音波探触子の表面温度の過剰な上昇を抑制する。
特開２０００−１６５９９５号公報

このような超音波探触子においては、超音波探触子の表面温度を適当な温度範囲に維持しながら、生体深部の診断能力を更に改善するため、圧電素子から発生する熱などに対する更なる放熱性の向上が求められている。

そこで、本発明は、圧電素子から発生する熱などに対する放熱性が改善された超音波探触子と、これを用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の超音波探触子は、生体に対して超音波の送受信を行い、その受信波を電気信号に変換して超音波診断装置本体に送信する超音波探触子であって、超音波の送受信を行う複数の圧電素子が互いに間隙を空けて配列された圧電素子群と、前記圧電素子同士間の間隙に充填された熱伝導性の圧電素子間充填材とを有することを特徴とする。

このような構成によれば、圧電素子から発生する熱を、圧電素子同士間に充填された圧電素子間充填材によって吸熱し、放熱することができる。その結果、超音波探触子の生体との接触面の温度上昇を抑制することができる。また、圧電素子間充填材の存在により、素子部の機械的強度が向上するため、外部衝撃などによる圧電素子の損傷を抑制することができる。

前記超音波探触子において、前記圧電素子間充填材は、高分子物質と無機フィラーとを含むことが好ましい。この場合、前記高分子物質が、エポキシ樹脂、シリコーンゴムおよびウレタンゴムからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。また、前記無機フィラーは、銅、銀、窒化ホウ素、グラファイト、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。

また、前記超音波探触子においては、更に、前記圧電素子群の周囲に配置された熱伝導性の周囲充填材を含むことが好ましい。この好ましい例によれば、圧電素子から発生する熱を、圧電素子間充填材および周囲充填部によって吸熱することができるため、生体との接触面の温度上昇をより抑制することができる。

この場合、前記周囲充填材が、高分子物質と無機フィラーとを含むことが好ましい。前記高分子物質は、エポキシ樹脂、シリコーンゴムおよびウレタンゴムからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、前記無機フィラーは、銅、銀、窒化ホウ素、グラファイト、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。また、前記周囲充填材は、前記圧電素子間充填材よりも高い硬度を有することが好ましい。

また、前記超音波探触子においては、更に、前記周囲充填材と熱的に接続された吸熱体を含むことが好ましい。生体との接触面の温度上昇をより確実に抑制することができるからである。この場合、前記吸熱体は、金属および炭素の少なくとも一方を含むことが好ましい。

また、前記超音波探触子においては、前記圧電素子が２次元配列していることが好ましい。

また、本発明の超音波診断装置は、上記本発明の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波診断装置本体とを含むことを特徴とする。このような構成によれば、生体との接触面の温度上昇が抑制された探触子を使用しているため、超音波探触子の印加電圧を上昇させ、送信する超音波のエネルギーを大きくすることができる。そのため、生体の深部まで診断が可能である。

本発明の超音波探触子によれば、圧電素子から発生する熱を、圧電素子同士間に充填された圧電素子間充填材によって吸熱し、放熱することができる。その結果、超音波探触子の生体との接触面の温度上昇を抑制することができる。また、圧電素子間充填材の存在により、素子部の機械的強度が向上するため、外部衝撃などによる圧電素子の損傷を抑制することができる。

また、このような超音波探触子を用いた超音波診断装置は、生体との接触面の温度上昇が抑制された探触子を使用しているため、超音波探触子の印加電圧を上昇させ、送信する超音波のエネルギーを大きくすることができる。そのため、生体の深部まで診断が可能である。

以下、本発明の実施の形態の超音波探触子について、図面を用いて説明する。

図９は、本発明に係る超音波診断装置の一例を示す模式図である。この超音波診断装置は、生体に対して超音波の送受信を行なう超音波探触子１と、この超音波探触子１を駆動するとともに、超音波探触子１で受信された受信信号を信号処理して診断画像を表示する超音波診断装置本体１１とを有している。超音波探触子１は、以下に説明するような構成を有するものである。

（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の一例を示す斜視図である。この超音波探触子１は、生体に対して超音波を送受信する圧電素子群２と、この圧電素子群２を機械的に保持する背面負荷材とを備えている。

圧電素子群２は、複数の圧電素子２ａが、互いに間隙を空けて、特定の一方向に配列されて構成されている。圧電素子２ａは、例えば、圧電セラミックスなどの圧電体によって構成されており、その上下面にそれぞれ電極（図示せず。）を備えている。

背面負荷材７は、不要な超音波信号を減衰させる機能を有するものであり、圧電素子群２を構成する圧電素子２ａの、超音波を送受信する面とは反対側の面（以下、「背面」という。）に設けられている。この背面負荷材７を構成する材料としては、超音波減衰特性を有するものであれば、特に限定するものではないが、熱伝導性を有するものであることが好ましい。このような材料としては、例えば、ニトリルゴム、ブチルゴムおよびウレタンゴムなどの超音波減衰特性を有する主材に、銅および銀などの金属、グラファイト、アルミナおよびシリカなどの無機酸化物、炭化ケイ素などの無機炭化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素および窒化ケイ素などの無機窒化物無機フィラーを充填したものが挙げられる。

更に、この超音波探触子１は、圧電素子２ａの超音波の送受信面に、それぞれ、超音波の送受信効率を向上させるため、音響整合層、音響レンズなどを備えていてもよい。

更に、上記超音波探触子１においては、配列した圧電素子２ａ同士間の空隙に、圧電素子間充填材８が充填されている。圧電素子間充填材８は、圧電素子２ａから発生した熱を吸熱する機能を有するものであり、その材料としては熱伝導性を有するものが使用される。圧電素子間充填材８の熱伝導率は、特に限定するものではないが、充填剤として一般的なエポキシ樹脂やシリコーンゴムなどの高分子材料の熱伝導率は約０．３Ｗ／ｍＫであり、それ以上出あることが好ましく、例えば０．５〜２０Ｗ／ｍＫ、より好ましくは２〜２０Ｗ／ｍＫである。また、圧電素子間充填材８は、温度変化に伴う変形（膨張、収縮）が小さい材料で構成されることが好ましい。

このような圧電素子間充填材８の材料としては、例えば、主材となる高分子物質に、主材よりも高い熱伝導率を有する無機フィラーを分散させてなる材料を使用することができる。

主材となる高分子物質としては、例えばエポキシ樹脂などの樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどのゴムなどを使用することができる。また、無機フィラーとしては、例えば、銅および銀などの金属、グラファイト、アルミナおよびシリカなどの無機酸化物、炭化ケイ素などの無機炭化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素および窒化ケイ素などの無機窒化物などが挙げられる。

また、これら各成分の配合比は、好ましくは、前述したような熱伝導率が得られるよう調整される。このような配合比は、使用する無機フィラーの種類などに応じて設定されるが、高分子物質に対して無機フィラーを、重量比で、５０％以上９０％以下添加することが好ましい。

圧電素子間充填材８は、圧電素子２ａ同士間の空隙に充填されていればよいが、図１に示すように、更に、背面負荷材７内にまで入り込むように設けられていることが好ましい。このような構成によれば、圧電素子間充填材８の体積が大きくなり、且つ、圧電素子間充填材８と背面負荷材７との接触面積が大きくなる。そのため、圧電素子間充填材８の熱容量が大きくなり、その吸熱性が向上することに加えて、圧電素子間充填材８で吸熱された熱が背面負荷材７へ伝熱されやすくなるため、超音波探触子１の生体との接触面の温度を低減する効果がより高まるからである。

また、圧電素子２ａの送受信面上に、音響整合層や音響レンズなどを配置する場合は、これらの部材と熱的に接触するように、圧電素子間充填材８を配置することが好ましい。音響整合層や音響レンズが有する超音波減衰特性によって発生する熱をも、圧電素子間充填材８によって吸熱できるからである。このような構成としては、例えば、各圧電素子２ａに対応して設けられた音響整合層同士間の空隙にも圧電素子間充填材８を充填した構成などが挙げられる。

次に、上記超音波探触子の製造方法の一例について説明する。

まず、背面負荷材７を用意し、この上に圧電体を配置する。そして、この圧電体を、例えばダイシング装置などの分割手段によって、個々の圧電素子２ａに分割することによって圧電素子群２を形成する。このとき、圧電体の上下面に、例えばメッキやスパッタリングなどによって、予め金やニッケルなどの金属膜を形成しておき、それを分割することによって、上下面にそれぞれ電極を備えた圧電素子２ａを形成することができる。

その後、分割時に形成された溝（すなわち、圧電素子同士間の間隙）に充填材前駆体を充填する。

充填材前駆体としては、硬化によって、前述したような主材となる高分子化合物を形成し得る主材前駆体と、無機フィラーとを混練することによって調整される。エポキシ樹脂を主材とする圧電素子間充填材を形成する場合、主材前駆体としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などのプレポリマーに、適宜、硬化剤および効果促進剤などの添加物を含有する組成物が使用できる。また、充填材前駆体は、必要に応じて、カップリング剤、分散剤、着色剤、離型剤などの添加剤を含有していてもよい。また、充填材前駆体は、圧電素子２ａ間への充填に適当な粘度を得るため、後工程で揮発させることが可能な溶媒を含有していてもよい。

充填材前駆体の充填方法としては、例えば、適量の充填材前駆体を圧電素子群２上に供給した後、スキージによって余分な充填材前駆体を除去するとともに、圧電素子２ａ間の間隙に充填材前駆体を充填する方法を採用することができる。また、圧電素子２ａ間の空隙の隅々にまで確実に充填できるよう、充填を減圧下で実施するか、または、充填後に減圧下で熱処理を施すことが好ましい。

続いて、圧電素子間充填材前駆体を硬化させて、圧電素子間充填材８を形成する。更に、必要に応じて、圧電素子２ａの背面負荷材７側とは反対の面上に、音響整合層および音響レンズなどを設けることにより、上記超音波探触子１が作製される。

次に、上記超音波探触子の動作について説明する。まず、超音波探触子１を、検査の対象である生体表面に接触させる。そして、超音波診断装置本体から電気信号（送信信号）が超音波探触子に送信されて、圧電素子２の電極間に電圧が印加されることにより、圧電素子２ａにおいて電気信号が超音波信号に変換され、生体に送波される。生体に送波された超音波信号は、生体内の被検物（例えば、臓器、血管など）で反射する。この反射波は圧電素子２ａで受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置本体に送信される。受信信号は、超音波診断装置本体において信号処理され、診断画像が構築される。この操作を、圧電素子において超音波を走査しながら実施することにより、被検物の二次元情報を得ることができる。

本実施形態に係る超音波探触子によれば、圧電素子２ａの機械的損失（弾性損失）および電気的損失（誘電損失）によって発生する熱は、高熱伝導率の圧電素子間充填材８によって、各圧電素子２ａの側面から吸熱される。そして、この熱は、圧電素子間充填材８端面から放熱され、または、圧電素子間充填材８から背面負荷材７へと伝熱される。その結果、超音波探触子の生体との接触面、すなわち圧電素子２ａの送受信面の温度上昇を低減させることができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。なお、本図においては、図１と同一の構成部材には同一記号を付し、その説明を省略する。

本実施形態に係る超音波探触子は、複数の圧電素子が配列してなる圧電素子群２と、この圧電素子群２を機械的に保持する背面負荷材７とを備えている。そして、圧電素子２ａ同士間の空隙には、熱伝導性の圧電素子間充填材８が配置されている。

更に、圧電素子群２の周囲に、これを取り囲むように周囲充填部９が設けられている。周囲充填部９は、圧電素子間充填材８と同様に、圧電素子２ａから発生した熱を吸熱する機能を有するものであり、その材料としては熱伝導性を有するものが使用される。周囲充填部９の熱伝導率は、特に限定するものではないが、充填剤として一般的なエポキシ樹脂やシリコーンゴムなどの高分子材料の熱伝導率は約０．３Ｗ／ｍＫであり、それ以上出あることが好ましく、例えば０．５〜２０Ｗ／ｍＫ、より好ましくは２〜２０Ｗ／ｍＫである。なお、このような周囲充填部９の材料としては、例えば、第1の実施形態において、圧電素子間充填材８を構成する材料として例示したものと同様の材料を使用することができる。

なお、本実施形態に係る超音波探触子は、圧電素子群２の周囲に周囲充填部９を設けたこと以外は、第1の実施形態と同様の構成を有している。

上記超音波探触子は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、背面負荷材７上に圧電体を配置し、この圧電体を分割し、個々の圧電素子２とする。この工程は、第1の実施形態と同様にして実施することができる。その後、圧電素子群２の周囲を取り囲むように、圧電素子群２との間に適当な間隙を空けて、圧電素子群２の厚みと同等の高さを有する壁を仮設する。この状態で、第1の実施形態と同様の操作により、分割時に形成された溝（圧電素子２ａ間の空隙）と、圧電素子群２と仮設した壁との間に充填材前駆体を充填し、これを硬化させる。これにより、圧電素子間充填材８および周囲充填部９を、同一材料で、互いに一体化させた状態で、形成することができる。その後、仮説壁を取り除き、必要に応じて、音響整合層および音響レンズなどを設けることにより、上記超音波探触子が作製される。

なお、本実施形態に係る超音波探触子の動作については、第１の実施の形態の動作と同様であり、説明を省略する。

本実施形態に係る超音波探触子によれば、圧電素子２ａの機械的損失（弾性損失）および電気的損失（誘電損失）によって発生する熱は、高熱伝導率の圧電素子間充填材８によって、各圧電素子２の四側面全てから吸熱される。そして、この熱は、圧電素子間充填材８端面から周囲充填部９に伝わり、周囲充填部９端面から放熱される。または、圧電素子間充填材８および周囲充填部９から背面負荷材７へと伝熱される。その結果、超音波探触子の生体との接触面、すなわち圧電素子２の送受信面の温度上昇を低減させることができる。

特に、周囲充填部９端面は、第1の実施形態における圧電素子間充填材８端面よりも面積が大きいため、放熱効果がより高まる。更に、周囲充填部９と背面負荷材７とが接する面積も加わるために、背面負荷材７への伝熱効果も高まる。また、圧電素子間充填材８と周囲充填部９を加えた充填材料全体の量が多いため、熱容量が増加する。これらの効果により、超音波探触子の生体接触面の温度上昇を更に低減させることができる。

なお、上記説明においては、周囲充填部９が圧電素子群２の全周囲を取り囲む形態を例示したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。圧電素子群２の周囲の一部のみに周囲充填部９を設けた場合であっても、上記効果を達成することができる。

また、上記説明においては、圧電素子間充填材８と周囲充填部９とがすべて同一材料で構成された場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。周囲充填部９は、前述したような熱伝導率を有する充填材料であれば、圧電素子間充填材８と異なる材料で構成されていてもよい。

この場合、周囲充填部９は、圧電素子間充填材８よりも硬度の高い材料で構成されることが好ましい。探触子の機械的強度を、更に向上させることができるからである。このような形態としては、例えば、周囲充填部９をエポキシ樹脂を主材とする材料で構成し、圧電素子間充填材をシリコーンゴムを主材とした材料で構成した形態が挙げられる。

この場合の製造方法としては、次のような方法を採用することができる。圧電素子群２を形成した後、この圧電素子群２の周囲を取り囲むように、圧電素子群２との間に空隙を空けることなく、壁を仮設する。その後、圧電素子２ａ間の空隙のみに、例えばシリコーンゴムを形成するための充填材前駆体を充填し、硬化させて、圧電素子間充填材８を形成する。そして、仮設した壁を除去した後、改めて、圧電素子群２の周囲を取り囲むように、圧電素子群２との間に空隙を空けて、壁を仮設した後、例えばエポキシ樹脂を形成するための充填材前駆体を充填し、これを硬化させて、周囲充填部９を形成する。そして、仮設した壁を除去した後、適宜、音響整合層および音響レンズなどを設けることにより、上記超音波探触子が作製される。

（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。なお、本図においては、図１と同一の構成部材には同一記号を付し、その説明を省略する。

本実施形態に係る超音波探触子は、複数の圧電素子２ａが配列してなる圧電素子群２と、この圧電素子群２を機械的に保持する背面負荷材７とを備えている。そして、圧電素子２同士間の空隙には、熱伝導性の圧電素子間充填材８が配置されている。

更に、圧電素子間充填材８と熱的に接触するように、吸熱体１０が配置されている。この吸熱体１０は、例えば、図示のように、圧電素子間充填材８の端面と接触させた状態で、背面負荷材７の側面に配置することができる。吸熱体１０は、圧電素子間充填材８で吸熱した熱を、更に吸収するためのものであり、その材料としては熱伝導率の高い材料が使用される。このような材料としては、例えば、銅、銀、アルミニウムなどの金属、または、グラファイトなどが挙げられる。また、吸熱体１０の形状については、特に限定するものではないが、熱容量および放熱性ができるだけ高くするように観点から、体積および表面積が大きいことが好ましい。このような吸熱体１０の形状としては、例えば、図示のようなシート状、板状などの形状が挙げられる。

また、吸熱体１０は、圧電素子間充填材８の一方の端面側のみと熱的に接触するように設けてもよいが、両方の端面と熱的に接触するように設けることが好ましい。この場合には、素子間充填材８の一方の端面側のみ設ける場合に比べて、約２倍の熱対策効果を期待することができる。

なお、本実施形態に係る超音波探触子は、上記吸熱体を設けたこと以外は、第1の実施形態と同様の構成を有している。

上記超音波探触子は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、前述したような方法により、第1の実施の形態に係る超音波探触子を作製する。その後、圧電素子間充填材８の端面と接触させた状態で、背面負荷材７の側面に吸熱体１０を配置する。このとき、吸熱体１０と圧電素子間充填材８との間に、例えば放熱シリコーン接着剤などの、熱伝導率の高い接着剤を介在させることにより、両者間の熱抵抗を低減させることが好ましい。

なお、本実施形態に係る超音波探触子の動作については、第１の実施の形態の動作と同様であり、説明を省略する。

本実施形態の超音波探触子によれば、圧電素子２ａの機械的損失（弾性損失）および電気的損失（誘電損失）によって発生する熱は、高熱伝導率の圧電素子間充填材８によって、各圧電素子２ａの側面から吸熱される。そして、この熱は、圧電素子間充填材８の端面から吸熱体１０に伝搬し、吸熱体１０に吸収され、または吸熱体１０から放熱される。その結果、超音波探触子の生体との接触面、すなわち圧電素子２ａの送受信面の温度上昇を低減させることができる。

なお、上記説明においては、吸熱体１０を圧電素子間充填材８と接触させて設けた場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２の実施形態に係る超音波探触子のように、圧電素子群２の周囲に周囲充填材９を配置した構成においては、吸熱体１０を、周囲充填部９と接触するように設けてもよい。このような形態によれば、圧電素子間充填材８に吸熱された熱は、周囲充填部９を経由して、周囲充填部９の端面から吸熱体１０に伝搬し、吸熱体１０に吸収され、または吸熱体１０から放熱される。

図４は、このような形態の超音波探触子の一例を示す斜視図である。このような形態においては、吸熱体１０は、例えば、図示のように、周囲充填部９の端面と接触させた状態で、背面負荷材７の側面に配置することができる。このとき、吸熱体１０と周囲充填部９との間に、例えば放熱シリコーン接着剤などの、熱伝導率の高い接着剤を介在させることにより、両者間の熱抵抗を低減させることが好ましい。

また、吸熱体１０は、周囲充填部９の少なくとも一側面と接触するように設ければよいが、図示のように、吸熱体１０を周囲充填部９の二端面に、更には四側面全てに設けることが好ましい。

また、図４に示した超音波探触子１では、周囲充填部９が複数配列された圧電素子群２の全周囲に施された場合について例示しているが、周囲充填部９が周囲の一部のみに設けられていてもよく、その場合は、周囲充填部９が設けられた箇所に合わせて吸熱体１０を設ければよい。

（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。なお、本図においては、図１と同一の構成部材には同一記号を付し、その説明を省略する。

本実施形態に係る超音波探触子は、複数の圧電素子２ａが配列してなる圧電素子群２と、この圧電素子群２を機械的に保持する背面負荷材７とを備えている。そして、圧電素子２ａ同士間の空隙には、熱伝導性の圧電素子間充填材８が配置されている。

本実施形態において、圧電素子群２は、複数の圧電素子２ａが、互いに間隙を空けて、特定の二方向に配列されて構成されている。すなわち、圧電素子群２は、複数の圧電素子２ａが二次元に配列された構成を有している。

なお、本図においては、各圧電素子２ａの形状が四角柱である形態を例示しているが、これに限定されるものではなく、円柱などの他の形状とすることも可能である。また、本図においては、圧電素子２ａが、互いに直交する二方向に配列している形態を例示しているが、これに限定されるものではなく、二次元状の配列形態であれば、どのような配列形態であってもよい。

なお、本実施形態に係る超音波探触子は、上記のような二次元に配列した圧電素子群２を用いること以外は、第1の実施形態と同様の構成を有している。

上記超音波探触子は、例えば、次のようにして製造することができる。背面負荷材７上に圧電体を配置し、これを、例えばダイシング装置などの分割手段によって、格子状に切り溝を形成し、圧電素子２ａが二次元に配列してなる圧電素子群２を形成する。このとき、第1の実施の形態と同様に、圧電体の上下面に予め金属膜を形成しておき、それを分割することによって、上下面にそれぞれ電極を備えた圧電素子２ａを形成することができる。

その後、分割時に形成された溝（すなわち、圧電素子２ａ同士間の間隙）に充填材前駆体を充填し、これを硬化させて圧電素子間充填材８を形成する。そして、必要に応じて、音響整合層および音響レンズなどを設けることにより、上記超音波探触子が作製される。なお、これらの工程については、第1の実施形態と同様にして実施することができる。

なお、本実施形態に係る超音波探触子の動作については、第１の実施の形態の動作と実質的に同様である。本実施形態においては、複数の圧電素子が二次元に配列されてなる圧電素子群を使用することにより、被検物の三次元情報をリアルタイムに構築することができる。

本実施形態に係る超音波探触子によれば、第1の実施形態と同様に、圧電素子２ａから発生する熱は、高熱伝導率の圧電素子間充填材８によって、各圧電素子２の側面から吸熱される。そして、この熱は、圧電素子間充填材８端面から放熱され、または、圧電素子間充填材８から背面負荷材７へと伝熱される。その結果、超音波探触子の生体との接触面、すなわち圧電素子２ａの送受信面の温度上昇を低減させることができる。

特に、本実施形態においては、圧電素子２ａが２次元に配列しているため、圧電素子２ａに対する圧電素子間充填材８の体積比率が大きく、少なくとも圧電素子群２の外周部以外においては、圧電素子２ａの全側面から圧電素子間充填材８へ熱が伝わる構成となっている。そのため、圧電素子間充填材８による吸熱効果は、圧電素子２ａが一次元に配列した場合に比べて更に大きくなり、表面温度を低下させる効果が高い。

なお、本実施形態においては、第２の実施形態に係る超音波探触子のように、圧電素子群２の周囲に周囲充填材９を配置した構成とすることも可能である。図６は、このような形態の超音波探触子の一例を示す斜視図である。このような形態の超音波探触子は、圧電素子２ａが二次元に配列されてなる圧電素子群２を用いること以外は、第２の実施の形態と同様の構成とすることができる。

また、本実施形態においては、第３の実施形態に係る超音波探触子のように、更に、吸熱体１０を、圧電素子間充填材８または周囲充填部９と接触するように配置した構成とすることも可能である。図７および図８は、このような形態の超音波探触子の一例を示す斜視図である。このような形態の超音波探触子は、圧電素子２ａが二次元二配列されてなる圧電素子群２を用いること以外は、第３の実施の形態と同様の構成とすることができる。

以上のように、本発明にかかる超音波探触子は、圧電素子から発生する熱を圧電素子間充填材によって吸熱することによって、超音波探触子の生体との接触面の温度上昇を低減することができ、より安全性の高い超音波診断を可能とする。従って、各種医療分野での活用される超音波診断装置を構成する探触子として、有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の別の一例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の別の一例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の更に別の一例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の更に別の一例を示す斜視図である。 本発明に係る超音波診断装置の一例を示す模式図である。 従来の超音波探触子を示す断面図である。

符号の説明

１ 超音波探触子
２ 圧電素子群
２ａ 圧電素子
３ 接地電極
４ 信号用電極
５ 信号用電気端子
６ 接地電極用電気端子
７ 背面負荷材
８ 圧電素子間充填材
９ 周囲充填部
１０ 吸熱体
１１ 超音波診断装置本体

Claims (15)

1. 生体に対して超音波の送受信を行い、その受信波を電気信号に変換して超音波診断装置本体に送信する超音波探触子であって、超音波の送受信を行う複数の圧電素子が互いに間隙を空けて配列された圧電素子群と、前記圧電素子同士間の間隙に充填された熱伝導性の圧電素子間充填材とを有することを特徴とする超音波探触子。
2. 前記圧電素子間充填材が、高分子物質と無機フィラーとを含む請求項１記載の超音波探触子。
3. 前記高分子物質が、エポキシ樹脂、シリコーンゴムおよびウレタンゴムからなる群より選択される少なくとも１種を含む請求項２に記載の超音波探触子。
4. 前記無機フィラーが、銅、銀、窒化ホウ素、グラファイト、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも１種である請求項２に記載の超音波探触子。
5. 更に、前記圧電素子間充填材と熱的に接続された吸熱体を含む請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探触子。
6. 前記吸熱体は、金属および炭素の少なくとも一方を含む請求項５記載の超音波探触子。
7. 更に、前記圧電素子群の周囲に配置された熱伝導性の周囲充填材を含む請求項１〜６のいずれかに記載の超音波探触子。
8. 前記周囲充填材が、高分子物質と無機フィラーとを含む請求項８または７記載の超音波探触子。
9. 前記高分子物質が、エポキシ樹脂、シリコーンゴムおよびウレタンゴムからなる群より選択される少なくとも１種を含む請求項８に記載の超音波探触子。
10. 前記無機フィラーが、銅、銀、窒化ホウ素、グラファイト、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素および窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも１種である請求項８に記載の超音波探触子。
11. 前記周囲充填材は、前記圧電素子間充填材よりも高い硬度を有する請求項７〜１１のいずれかに記載の超音波探触子。
12. 更に、前記周囲充填材と熱的に接続された吸熱体を含む請求項１〜１１のいずれかに記載の超音波探触子。
13. 前記吸熱体は、金属および炭素の少なくとも一方を含む請求項１２に記載の超音波探触子。
14. 前記圧電素子が２次元配列している請求項１〜１３のいずれかに記載の超音波探触子
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波診断装置本体とを含む超音波診断装置。

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