JP2010514396A - 電磁超音波トランスデューサおよびそのアレイ - Google Patents

Abstract

電磁超音波トランスデューサおよびそのアレイが提供される。この電磁超音波トランスデューサは、支持体（８）と、支持体（８）上に配置された弾性板（６）と、弾性板（６）上における着磁器（７）と、着磁器（７）を振動させる磁界発生器（１）とを備えており、着磁器（７）はミクロンレベルの厚さを有する。弾性板（６）もミクロンレベルの厚さを有する。この電磁超音波トランスデューサは、超音波治療に有用な高周波の音波を生成することができる。

Description

発明の詳細な説明

〔背景技術〕
本発明は、超音波治療の分野に関連するものであり、超音波治療用の超音波トランスデューサ、特に電磁超音波トランスデューサおよびそのアレイに関する。

〔技術分野〕
電磁超音波トランスデューサは、新しいタイプの超音波源であり、弾性振動スライス、振動コイル（または磁石導電性振動板）、および静磁場コイル（または永久磁石）を主に含んでいる。その機能原理は次の通りである：電気コイルが磁界内のローレンツ力によって影響を受ける。コイルに交流が流れると、これに応じて振動コイルのバルクおよび力の方向が変わる。振動コイルが弾性振動スライス上に固定されていれば、振動コイル上のローレンツ力によって弾性振動スライスが振動し、そこから音波が発せられる。この原理を利用することによって、電磁ホーンが形成される。

電磁超音波トランスデューサは、媒体材料の表面と接触しないこと、音響結合剤を塗布する必要がないこと、再現性に優れること、および検出が高速であることなどの利点を有している。このため、非破壊検査の分野において幅広く用いられている。しかしながら、超音波検査において使用される電磁超音波トランスデューサは周波数が低く、また焦点調節の実施が困難である。このため、この種の検査用電磁超音波トランスデューサを超音波治療に直接応用することはできない。

〔発明の要約〕
前述のような従来技術の不都合点に焦点を当て、本発明においては、高周波音波を生成することができ、かつ超音波治療に用いることのできる、電磁超音波トランスデューサおよびそのアレイを提供することを技術的解決策とする。このアレイは、不作為にグループ化することができる。また、任意の形状に形成することができる。また、複数の超音波トランスデューサアレイ素子を柔軟に制御することができる。

本発明によって提案される問題の技術的解決策は次の通りである：この電磁超音波トランスデューサは、支持体上に配置された弾性板と、上記弾性板上における着磁器と、上記着磁器を振動させる磁界発生器とを備えている。上記着磁器はミクロンレベルの厚さを有する。

従来技術では、弾性コイルまたは弾性の磁性導電性振動板のサイズは、一般的にはセンチメートルレベルである。この種の超音波トランスデューサの周波数は、大抵は可聴周波数の範囲内である。また、弾性コイルまたは弾性の磁性導電性振動板のサイズが小さいほど、生成される超音波の周波数は高くなる。すなわち、サイズを小さくすることによって、生成される超音波の最大周波数はメガヘルツレベルに達し得る。本発明においては、マイクロマシン技術の使用によって、ミクロンレベルの着磁器を作製することができる。したがって、弾性コイルまたは弾性の磁性導電性振動板は高周波の超音波を生成することができる。

弾性の磁性導電性振動板を着磁器に用いる場合、その厚さは１.０μｍから３００μｍであることが好ましい。

上記弾性板の厚さもミクロンレベルであることが好ましい。弾性板が矩形である場合には、１０μｍから１０００μｍの長さおよび幅、ならびに５μｍから５００μｍの厚さを有していることが好ましい。弾性板が円形である場合には、１０μｍから１０００μｍの直径および５μｍから５００μｍの厚さを有していることが好ましい。これにより、弾性板およびその上の弾性の磁性導電性振動板をまとめて形成することができる。弾性板は、そのサイズが小さいほど共振周波数が高いため、弾性板のサイズもミクロンレベルである場合には、超音波トランスデューサの周波数をメガヘルツレベルよりも高くすることができる。

上記支持体は軟質磁石であることが好ましい。上記磁界発生器は、軟質磁石により形成された支持体、上記軟質磁石に接触して巻かれたコイル、および当該コイルに接続されたＡＣ電源を備え得る。

上記支持体のコイルの巻線方向は、弾性の磁性導電性振動板内において生成される誘導電流の方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直とする方向であることがより好ましい。垂直となった時、磁界発生器内において生成されるローレンツ力は最大となり、着磁器への磁力もまた最大となる。この力の作用によって、弾性板は最大の振動を生成することができ、また周波数の極めて高い超音波を伝送することができる。

上記支持体の形状は、凹型であることがより好ましい。上記弾性板の両端は、上記支持体の両端における２つの隆起部上に、弾性固定材料によって固定されている。このため、空気シンクが、上記支持体の中央における凹型部に形成される。凹型の軟質磁石は、コイルの巻線方向に沿って平行に磁界を生成するために容易かつ都合がよい。これにより、最大ローレンツ力が生成されて着磁器が引き付けられる。上記凹型の支持体の中央における凹型部に形成された空気シンクは、弾性ユニット（弾性板およびその上部の着磁器）が振動を生成するために役立つ。また、弾性ユニットが超音波を伝送するために役立つ。これは、空気シンクの減衰は小さいが超音波減衰は大きいからである。

本発明では、上記支持体の形状として、例えばＣ型およびＥ型など他の形状をでもあってもよい。しかし、処理が簡素であり製造コストも少ないため、凹型の支持体が好ましい。

弾性ユニットによって生成される超音波の強度を可能な限り高くすることを確実にするために、コイルに接続された上記ＡＣ電源の電流周波数が、上記空気シンクの共振周波数と等しいことが好ましい。この周波数は０.１ＭＨｚよりも高く、最良の周波数は０.５ＭＨｚよりも高い。上記空気シンクの共振周波数はその物理的サイズに依存するため、上記空気シンクは、長さが１０μｍから２００μｍ、幅が１０μｍから２００μｍ、および厚さが１０μｍから５０μｍの範囲であることが好ましい。

上記弾性コイルは、着磁器として使用される場合、直径が０.５μｍから１００μｍ、厚さが０.５μｍから２００μｍであることが好ましい。

上記弾性コイルは、フォトリソグラフィックコイルであってもよい。上記弾性コイルは、半導体フォトリソグラフィおよび化学的腐食技術の使用によって、ミクロンレベルのフォトリソグラフィックコイルとして製造することができる。

上記支持体は、非磁性材料を使用し得る。上記磁界発生器は、コイルによって巻かれた軟質磁石でもよい。これらのコイルはＤＣ電源に接続されており、フォトリソグラフィックコイルはＡＣ電源に接続されている。

上記軟質磁石の形状は凹型であってよい。軟質磁石の中央における凹型部には、支持体が固定されている。上記軟質磁石の端にある２つの隆起部周辺には、コイルが巻かれている。

上記磁界発生器は永久磁石を使用し得る。上記フォトリソグラフィックコイルはＡＣ電源に接続されている。上記永久磁石の形状は凹型である。上記永久磁石の中央の凹型部には、支持体が固定されている。

上記磁界発生器が永久磁石を使用する場合、上記支持体は上記永久磁石上に配置され、上記永久磁石に接続される。上記フォトリソグラフィックコイルは、ＡＣ電源に接続されている。ここで、上記永久磁石は、コイルが巻かれた軟質磁石に置き換えることができる。これらのコイルはＤＣ電源に接続されている。

上記軟質磁石のコイルの巻線方向は、フォトリソグラフィックコイル内の電流方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向と等しくする方向であることがより好ましい。このとき、上記磁界発生器内において生成されるローレンツ力は最大となり、着磁器への磁力もまた最大となる。この力の作用によって、弾性板は最大の振動を生成することができ、また周波数が極めて高い超音波を伝送することができる。

上記弾性ユニットによって生成される超音波の強度を可能な限り高くすることを確実にするために、上記コイルに接続された上記ＡＣ電源の電流周波数は、上記空気シンクの共振周波数と等しいことが好ましい。この周波数は０.１ＭＨｚよりも高い。また、０.５ＭＨｚよりも高い周波数であればより好ましい。

上記支持体の形状は凹型であることがより好ましい。上記弾性板の両端は、上記支持体の両端における２つの隆起部上において、弾性固定材料によって固定されている。これにより、上記支持体の中央における凹型部に空気シンクが形成される。上記凹型の軟質磁石は、上記コイルの巻線方向に平行な磁界を生成するために容易かつ都合がよい。これにより、着磁器を引き付ける最大ローレンツ力を生成することができる。上記凹型の支持体の中央における凹部に形成された上記空気シンクは、上記弾性ユニットが振動を生成するために役立つ。また、上記弾性ユニットが超音波を伝送するために役立つ。これは、上記空気シンクの減衰は小さいが超音波減衰は大きいからである。上記支持体の形状としては、例えばＣ型およびＥ型など他の形状であってもよい。しかし、処理が簡素であり製造コストも少ないため、凹型の支持体が好ましい。

電磁超音波トランスデューサでは、支持体は非磁性材料を用いる。上記支持体の下には着磁器が配置されており、当該着磁器はコイルによって巻かれた軟質磁石である。上記コイルはＤＣ電源に接続されており、フォトリソグラフィックコイルはＡＣ電源に接続されている。前述した複数の電磁超音波トランスデューサを含む電磁超音波トランスデューサのアレイでは、各超音波トランスデューサ内の弾性板の厚さはミクロンレベルであり；全ての支持体は一体化されており；超音波トランスデューサ内の全ての磁界発生器は一体化されているとともにＤＣ電源に接続されており；上記フォトリソグラフィックコイルは互いに並列接続され、ＡＣ電源に接続されている。あるいは、前述した複数の電磁超音波トランスデューサを含む電磁超音波トランスデューサのアレイでは、各超音波トランスデューサ内の弾性板の厚さはミクロンレベルであり；全ての支持体は一体化されており；全ての弾性板の下には、コイルによって巻かれた軟質磁石がそれぞれ固定されており；上記フォトリソグラフィックコイルは互いに並列接続され、ＡＣ電源に接続されている。

電磁超音波トランスデューサでは、支持体は非磁性材料を用いる。磁界発生器は永久磁石である。上記永久磁石上には支持体が配置されており、当該支持体は、固定された接合部によって上記永久磁石に接続されている。上記フォトリソグラフィックコイルは、ＡＣ電源に接続されている。前述した複数の電磁超音波トランスデューサを含む電磁超音波トランスデューサのアレイでは、各音響トランスデューサ内の弾性板の厚さはミクロンレベルであり；全ての支持体は一体化されており；上記フォトリソグラフィックコイルは互いに並列接続され、ＡＣ電源に接続されている。

電磁超音波トランスデューサは、例えば生成する電力が強く、製造プロセスが比較的簡素であるというその独自の利点を有している。このため、本発明の電磁超音波トランスデューサアレイは、完全な電磁超音波トランスデューサとして、ミクロンレベルの多数の小さい電磁超音波トランスデューサによって形成される。一方、完全な電磁超音波トランスデューサは、従来の大型の部品と直接アセンブルされない。完全な電磁超音波トランスデューサの周波数は、基本的には、小さい各トランスデューサユニットの周波数によって決定される。したがって、構造に対するこの改善によって、電磁超音波トランスデューサの周波数を顕著に高くすることができる。

〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
本発明について、好ましい実施形態および添付図面を参照しながら以下に詳しく説明する。

以下の実施形態は、本発明における非限定的な実施形態である。

〔実施形態１〕
図１に示すように、電磁超音波トランスデューサは、弾性板６、弾性板６上の着磁器、および上記着磁器を振動させるための磁界発生器を備えている。上記着磁器はミクロンレベルであり、弾性板６上に配置されている。上記着磁器は、厚さが０.１μｍから１００μｍである磁石導電性振動板７（例えばニッケル）を用いることができる。本実施形態では、上記磁界発生器は、弾性板６を支持する軟質磁石により形成された支持体８、この軟質磁石に接触して巻かれたコイル２、およびコイル２に接続されたＡＣ電源３を備えている。

本実施形態では、弾性板６は、長さが１０μｍから３００μｍ、幅が１０μｍから３００μｍ、および厚さが５μｍから５００μｍである、ミクロンレベルの矩形の板を用いる。弾性板６は、高い弾力性、良好な処理能力、および良好な機械的強度を有しているため、金属材料（例えば、バネ鋼、ガラス、セラミック等）によって製造することができる。

弾性板６が振動するときの振動空間を確保するために、支持体８および弾性板６が弾性固定材料５によって接合される。弾性固定材料５は、シリカゲルのような軟質材料から生成することができる。軟質磁石１は凹型である。弾性板６の２つの端は、弾性固定材料５によって、支持体８の両端にある２つの隆起部上に固定されている。これにより、空気シンク１０が支持体８の中央の凹部に形成される。本実施形態では、空気シンク１０は、長さが１０μｍから２００μｍ、幅が１０μｍから２００μｍ、および厚さが１０μｍから５０μｍである。

異なる複数の疾患の治療に対しては異なる複数の超音波パラメータ(例えば周波数)が必要である。異なる複数の超音波周波数を得るために、異なる複数の弾性板を選択することができる。弾性板６は、異なる複数の疾患の要件に合う任意の形状に形成することができる。また、皮膚疾患が治療される場合、上記板は平坦な板であってよい。何らかの固形腫瘍が治療される場合、上記板は球型の板、または単一アーク面を有する板などでもよい。

弾性ユニットによって生成される超音波の強度を可能な限り高くするために、上記ＡＣ電源３の電流周波数は、空気シンクの共振周波数と等しいことが好ましい。少なくとも、この周波数は０.１ＭＨｚよりも大きく、最良の周波数は０.５ＭＨｚよりも大きい。本実施形態では、５ＭＨｚの周波数が使用される。

最大のローレンツ力を生成するために、支持体上のコイル２の巻線方向は、弾性の磁性導電性振動板７内において生成される誘導電流の方向を、軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直にする方向である。

この電磁超音波トランスデューサが使用されるとき、ＡＣ電源３は、コイル２にＡＣ電力を供給する。軟質磁石により形成された支持体８の周囲にコイル２が巻かれているため、軟質磁石は、上記電力がコイルを通過するときに磁化される。ＡＣ電源の作用に応じて、軟質磁石の磁界強度は変化する。これにより、磁石導電性振動板７への磁力も変化する。軟質磁石は固定されており、弾性板６は可動である。このため、この磁力によって弾性板６が連続的に振動して超音波を生成する。

〔実施形態２〕
図２および図３に示すように、電磁超音波トランスデューサは、支持体８上に配置された弾性板６、弾性板６上の着磁器、および当該着磁器を振動させるための磁界発生器を備えている。

上記着磁器はミクロンレベルである。図３に示すように、上記着磁器は、弾性板６上においてマイクロマシン技術（例えば、フォトリソグラフィック法）によってリソグラフされたコイル、すなわちＡＣ電源３に接続されたフォトリソグラフィックコイル１４である。本実施形態では、フォトリソグラフィックコイル１４の厚さは、０.５μｍから２００μｍである。

上記磁界発生器は、凹型の軟質磁石１、凹型の軟質磁石１の２つの隆起部の周囲に巻かれたコイル２、およびコイル２に接続されたＤＣ電源４を備えている。凹型の軟質磁石１の中央における凹部には支持体８が固定されており、支持体８は非磁性材料を用いる。

弾性板６は矩形である。本実施形態では、弾性板６は、長さが１０μｍから３００μｍ、幅が１０μｍから３００μｍ、および厚さが５μｍから５００μｍである。すなわち、ミクロンレベルである。

支持体８は凹型である。支持体８の２つの隆起部は、弾性固定材料５によって弾性板６に接続されている。

支持体８が弾性板６に接続されると、空気シンク１０が形成される。本実施形態では、上記空気シンクは、長さが１０μｍから２００μｍ、幅が１０μｍから２００μｍ、および厚さが１０μｍから５０μｍである。

本実施形態では、コイル２は、凹型の軟質磁石１の２つの隆起部の周囲に巻きついている。このような巻線を有する軟質磁石１は、軟質磁石１によって生成される磁界の方向が、フォトリソグラフィックコイル１４内において生成される磁界の方向に対して垂直になる方向に磁力を生成する。この磁力の方向は、弾性板６を最大強度で振動させることができる。これにより、生成される超音波の強度が最大となる。したがって、本実施形態では、凹型の軟質磁石１の２つの隆起部の周囲にコイル２が巻きついている実施形態が好ましい。

本実施形態内の他の構造は、実施形態１の構造と同様である。

この電磁超音波トランスデューサが使用されるとき、ＤＣ電源４はコイル２にＤＣ電力を供給する。軟質磁石１の周囲にコイル２が巻きついているため、軟質磁石１は磁化される。一方、ＡＣ電源はフォトリソグラフィックコイル１４にＡＣ電力を供給する。フォトリソグラフィックコイル１４は弾性板６の表面に配置されているため、弾性板６は磁化される。したがって、ＡＣ電源の作用によって、フォトリソグラフィックコイル１４は、コイル２の磁界内に磁界力を生成する（この力の周波数は、フォトリソグラフィックコイル１４に加えられるＡＣ電源の周波数と一致するように維持しなければならず、またこの力は電流と正比例する）。軟質磁石１は固定されており、弾性板６は可動である。このため、弾性板６は振動し、ＡＣ電源の作用によって超音波を生成する。

〔実施形態３〕
図４および図５に示すように、本実施形態の電磁超音波トランスデューサは、実施形態２の電磁超音波トランスデューサとは異なる。これは、互いの磁界発生器が異なっているためである。本実施形態では、実施形態２での凹型の軟質磁石１、凹型の軟質磁石１の２つの隆起部の周囲に巻かれたコイル２、およびコイル２に接続されたＤＣ電源４の換わりに、凹型の永久磁石９が使用される。

本実施形態において使用される他の構造および方法は、実施形態２の構造および方法と同様である。

〔実施形態４〕
図６および図７に示すように、本実施形態の電磁超音波トランスデューサは、弾性板６と、当該弾性板を支持するための凹型の支持体８と、支持体８の下において、固定された接合部によって支持体８に接続された永久磁石９とを備えている。支持体８および弾性板６は、弾性固定材料５によって接合されている。弾性板６上にはフォトリソグラフィックコイル１４があり、このコイルはＡＣ電源３に接続されている。支持体８は凹型である。支持体８が弾性板６に接続された後、空気シンク１０が形成される。

この電磁超音波トランスデューサが使用されるとき、ＡＣ電源はフォトリソグラフィックコイル１４にＡＣ電力を供給する。弾性板６の表面上にフォトリソグラフィックコイル１４が配置されているため、弾性板６は磁化される。したがって、ＡＣ電源の作用によって、フォトリソグラフィックコイル１４は、永久磁石９の磁界内において磁界力を生成する（この力の周波数は、フォトリソグラフィックコイル１４に加えられるＡＣ電源の周波数と一致するように維持されなければならず、またこの力は電流と正比例する）。永久磁石９は固定されており、弾性板６は可動である。このため、弾性板６は振動し、ＡＣ電源の作用によって超音波を生成する。

本実施形態では、弾性板６を振動させて最大強度の超音波を生成する。このための永久磁石９の磁極の好ましい固定方法を図７に示す。すなわち、永久磁石９の設置方向は、永久磁石によって生成される磁界の方向を弾性板６上のフォトリソグラフィックコイル１４の電流方向に対して垂直とする方向である。

本実施形態において使用される他の構造および方法は、実施形態１の構造および方法と同様である。

〔実施形態５〕
図７および図８に示すように、本実施形態の電磁超音波トランスデューサは実施形態４の電磁超音波トランスデューサと異なっている。具体的には、互いの磁界発生器が異なっている。本実施形態では、実施形態４の永久磁石９の換わりに、軟質磁石１、軟質磁石１の周囲に巻かれたコイル２、およびコイル２に接続されたＤＣ電源４が使用される。

この電磁超音波トランスデューサが使用されるとき、ＤＣ電源４はコイル２にＤＣ電力を供給する。軟質磁石１の周囲にコイル２が巻きついている。このため、軟質磁石１は磁化される。フォトリソグラフィックコイル１４に供給されたＡＣ電源の作用によって、フォトリソグラフィックコイル１４は、コイル２の磁界内に磁界力を生成する（この力の周波数は、フォトリソグラフィックコイル１４に加えられるＡＣ電源の周波数と一致するように維持されなければならず、またこの力は電流と正比例する）。軟質磁石１は固定されており、弾性板６は可動である。このため、弾性板６は振動し、ＡＣ電源の作用によって超音波を生成する。

本実施形態では、弾性板６を振動させて最大強度の超音波を生成する。このためのコイル２の軟質磁石１の周囲における好ましい巻きつけ方法を図８に示す。すなわち、螺旋状に巻かれたコイル２によって生成される磁界は、弾性板６上のフォトリソグラフィックコイル１４の電流方向に対して垂直である。

本実施形態において使用される他の構造および方法は、実施形態４の構造および方法と同様である。

実施形態１から５は、主に、単一の電磁超音波トランスデューサについて記載している。以下の実施形態６から９は、主に、複数の単一電磁超音波トランスデューサによって一体化された電磁超音波トランスデューサアレイについて記載する。電磁超音波トランスデューサアレイを用いて、異なる複数の種類の疾患を治療するための異なる超音波治療用アプリケータを製造することができ、例えば、肝腫瘍の治療に適した自己収束超音波治療用アプリケータを製造することができる。

〔実施形態６〕
図９および図１０に示すように、本実施形態の電磁超音波トランスデューサアレイは、軟質磁石１、軟質磁石１上に固定されており複数の凹型開口部を有する支持体８、および複数の弾性板６を備えている。各弾性板６の上には、フォトリソグラフィックコイル１４がある。複数のフォトリソグラフィックコイル１４は互いに並列接続されており、ＡＣ電源に接続されている。

弾性板６およびその上のフォトリソグラフィックコイル１４は両方ともミクロンレベルである。本実施形態では、弾性板６は矩形の板であり、長さが１０μｍから３００μｍ、幅が１０μｍから３００μｍ、および厚さが５μｍから５００μｍである。フォトリソグラフィックコイル１４のコード直径は０.５μｍから１００μｍであり、厚さは０.５μｍから２００μｍである。

全ての各弾性板６は、支持体８の複数の凹型開口部上に、弾性固定材料によって固定されており、空気シンク１０が形成される。本実施形態では、当該空気シンクは、長さが１０μｍから２００μｍ、幅が１０μｍから２００μｍ、および厚さが１０μｍから５０μｍである。

コイル２は軟質磁石１の周囲に巻きついており、またＤＣ電源４に接続されている。

弾性板６は、支持体８上において任意の形状で配置される。また、任意かつ規則的に配置されていてもよい。

電磁超音波トランスデューサアレイが使用される際には、ＤＣ電源４はコイル２にＤＣ電力を供給する。軟質磁石１の周囲にコイル２が巻きついているため、軟質磁石１は磁化される。フォトリソグラフィックコイル１４に供給されるＡＣ電源の作用によって、フォトリソグラフィックコイル１４は、コイル２の磁界内に磁界力を生成する（この力の周波数は、フォトリソグラフィックコイル１４に加えられるＡＣ電源の周波数と一致するように維持されなければならず、またこの力は電流と正比例する）。軟質磁石１は固定されており、弾性板６は可動である。このため、弾性板６は振動し、ＡＣ電源の作用によって超音波を生成する。

本実施形態では、弾性板６を振動させて最大強度の超音波を生成する。このためのコイル２の軟質磁石１の周囲における好ましい巻きつけ方法を図９に示す。すなわち、螺旋状に巻かれたコイル２によって生成される磁界は、弾性板６上のフォトリソグラフィックコイル１４の電流方向に対して垂直の方向である。

〔実施形態７〕
図１０および図１１に示すように、本実施形態の電磁超音波トランスデューサアレイは、くし型永久磁石１１、くし型永久磁石固定部１２、くし型永久磁石１１上に固定されていると共に複数の凹型開口部を有する支持体８、および弾性板６を備えている。各弾性板６の上には、フォトリソグラフィックコイル１４が配置されている。複数のフォトリソグラフィックコイル１４は互いに並列接続されており、ＡＣ電源３に接続されている。

弾性板６およびその上に配置されているフォトリソグラフィックコイル１４は両方ともミクロンレベルである。本実施形態では、弾性板６は矩形であり、長さが１０μｍから３００μｍの範囲、幅が１０μｍから３００μｍの範囲、および厚さが５μｍから５００μｍの範囲である。フォトリソグラフィックコイル１４のコード直径は０.５μｍから１００μｍであり、厚さは０.５μｍから２００μｍである。

全ての弾性板６各々は、支持体８の複数の凹型開口部上に、弾性固定材料５によって固定され、次いで空気シンク１０が形成される。本実施形態では、当該空気シンクは、長さが１０μｍから２００μｍ、幅が１０μｍから２００μｍ、および厚さが１０μｍから５０μｍの範囲である。

この電磁超音波トランスデューサが使用されるとき、ＡＣ電源はフォトリソグラフィックコイル１４にＡＣ電力を供給する。弾性板６の表面上にフォトリソグラフィックコイル１４が配置されているため、弾性板６は磁化される。したがって、ＡＣ電源の作用によって、フォトリソグラフィックコイル１４はくし型永久磁石１１の磁界内に磁界力を生成する（この力の周波数は、フォトリソグラフィックコイル１４に加えられるＡＣ電源の周波数と一致するように維持されなければならず、またこの力は電流と正比例する）。くし型永久磁石１１は固定されており、弾性板６は可動である。このため、弾性板６は振動し、ＡＣ電源の作用によって超音波を生成する。

本実施形態では、弾性板６を振動させて最大強度の超音波を生成する。これに関連する、くし型永久磁石１１の各ユニットの磁極にとっての好ましい固定方法を図１１に示す。永久磁石１１の設置方向は、永久磁石によって生成される磁界の方向を、弾性板６上のフォトリソグラフィックコイル１４の電流方向に対して垂直にする方向である。

〔実施形態８〕
図１０および図１２に示すように、本実施形態の電磁超音波トランスデューサアレイは、くし型軟質磁石１３、くし型軟質磁石１５用の固定、くし型軟質磁石１３上に固定されており、複数の凹型開口部を有している支持体８、および弾性板６を備えている。各弾性板６の上には、フォトリソグラフィックコイル１４がある。複数のフォトリソグラフィックコイル１４は互いに並列接続されており、ＡＣ電源３に接続されている。くし型軟質磁石１５用の固定の上には、複数のくし型軟質磁石ユニットを保持するためのホールがある。各くし型軟質磁石ユニットはコイル２によって巻かれており、各コイル２はＤＣ電源４に接続されている。

弾性板６およびその上のフォトリソグラフィックコイル１４は、両方ともミクロンレベルである。本実施形態では、弾性板６は矩形板であり、長さが１０μｍから３００μｍ、幅が１０μｍから３００μｍ、および厚さが５μｍから５００μｍである。フォトリソグラフィックコイル１４のコード直径は、０.５μｍから１００μｍであり、その厚さは０.５μｍから２００μｍである。

複数の弾性板６各々は、支持体８の複数の凹型開口部上に、弾性固定材料５によって固定されており、次いで空気シンク１０が形成される。本実施形態では、当該空気シンクは、長さが１０μｍから２００μｍ、幅が１０μｍから２００μｍ、および厚さが１０μｍから５０μｍの範囲である。

この電磁超音波トランスデューサが使用されるとき、ＤＣ電源４はコイル２にＤＣ電力を供給する。各くし型軟質磁石ユニットの周囲にコイル２が巻きついているため、くし型軟質磁石ユニットは、エネルギーを与えられたときに磁化される。ＡＣ電源は、フォトリソグラフィックコイル１４にＡＣ電力を供給する。弾性板６の表面上にフォトリソグラフィックコイル１４が固定されているため、弾性板６は磁化される。したがって、ＡＣ電源の作用によって、フォトリソグラフィックコイル１４はコイル２の磁界内に磁界力を生成する（この力の周波数は、フォトリソグラフィックコイル１４に加えられるＡＣ電源の周波数と一致するように維持されなければならず、またこの力は電流と正比例する）。軟質磁石１は固定されており、弾性板６は可動である。このため、弾性板６は振動し、ＡＣ電源の作用によって超音波を生成する。

本実施形態の電磁超音波トランスデューサアレイが使用される場合においては、選択された一部のくし型軟質磁石ユニットに、必要に応じてエネルギーが与えられる。しかしながら、全てのくし型軟質磁石ユニットに常に同時にエネルギーが与えられるわけではないことに留意されたい。

本実施形態では、弾性板６を振動させて最大強度の超音波を生成する。このための、コイル２にとってのくし型軟質磁石１３の各ユニット周囲における好ましい巻きつけ方法を図１２に示す。すなわち、螺旋状に巻かれたコイル２によって生成される磁界の方向は、弾性板６上のコイルの電流方向に対して垂直となる方向である。

〔実施形態９〕
図１３および図１４に示すように、本実施形態と実施形態７との相違点は、実施形態７のくし型永久磁石１１の換わりに、くし型軟質磁石１３、各くし型軟質磁石ユニットの周囲に巻かれたコイル２、およびコイル２に接続されたＡＣ電源３を用いている点と、実施形態７のフォトリソグラフィックコイル１４およびフォトリソグラフィックコイル１４に接続されたＡＣ電源の換わりに、弾性板６上に配置された磁石導電性振動板７を用いている点である。

本実施形態の弾性板上の着磁器は、厚さが１μｍから３００μｍの磁石導電性振動板７である。磁石導電性振動板７が磁界内において繰り返し磁化されることにより力が生成される。また、これにしたがって振動が生成される。

本実施形態では、弾性板６を振動させて最大強度の超音波を生成する。このための、コイル２のくし型軟質磁石１３の各ユニット周囲における好ましい巻きつけ方法を図１３に示す。すなわち、螺旋状に巻きつけられたコイル２は、磁石導電性振動板７が配置される最大磁界強度を生成する。これにより、磁石導電性振動板７は最大振動を得る。

本実施形態において使用される他の構造および方法は、実施形態７の構造および方法と同様である。

本発明に係る実施形態１の電磁超音波トランスデューサの構造図である。 本発明に係る実施形態２の電磁超音波トランスデューサの構造図である。 図２の上面図である。 本発明に係る実施形態３の電磁超音波トランスデューサの構造図である。 図４の上面図である。 本発明に係る実施形態４の電磁超音波トランスデューサの構造図である。 図６および図８の上面図である。 本発明に係る実施形態５の電磁超音波トランスデューサの構造図である。 本発明に係る実施形態６の電磁超音波トランスデューサアレイの構造図である。 図９、図１１、および図１２の上面図である。 本発明に係る実施形態７の電磁超音波トランスデューサアレイの構造図である。 本発明に係る実施形態８の電磁超音波トランスデューサアレイの構造図である。 本発明に係る実施形態９の電磁超音波トランスデューサアレイの構造図である。 図１３の上面図である。

〔符号の簡単な説明〕
１ 軟質磁石
２ コイル
３ ＡＣ電源
４ ＤＣ電源
５ 弾性固定材料
６ 弾性板
７ 磁気導電性振動板
８ 支持体
９ 永久磁石
１０ 空気シンク
１１ くし型永久磁石
１２ くし型永久磁石固定部
１３ くし型軟質磁石
１４ フォトリソグラフィックコイル
１５ くし型軟質磁石固定部

Claims (38)

1. 支持体（８）と、上記支持体上に配置された弾性板と、上記弾性板上における着磁器と、上記着磁器を振動させる磁界発生器とを備えており、上記着磁器はミクロンレベルの厚さを有する電磁超音波トランスデューサ。
2. 上記着磁器は、１μｍから３００μｍの厚さを有する弾性の磁性導電性振動板である、請求項１に記載の電磁超音波トランスデューサ。
3. 上記支持体（８）は軟質磁石であり、上記磁界発生器は、軟質磁石により形成された上記支持体（８）と、当該軟質磁石に接触して巻かれたコイル（２）と、当該コイルに接続されたＡＣ電源（３）とを備えている、請求項２に記載の電磁超音波トランスデューサ。
4. 上記支持体（８）上における上記コイル２の巻線方向は、上記弾性の磁性導電性振動板内において生成される誘導電流の方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直にする方向である、請求項３に記載の電磁超音波トランスデューサ。
5. 上記支持体（８）の形状は凹型であり、上記弾性板の両端は、上記支持体の両端における２つの隆起部上に、弾性固定材料（５）によって固定されており、空気シンク（１０）が上記支持体の中央における上記凹型部内に形成されている、請求項３に記載の電磁超音波トランスデューサ。
6. 上記コイル（２）に接続された上記ＡＣ電源の電流周波数は、上記空気シンク（１０）の共振周波数と等しく、かつ０.１ＭＨｚよりも高い、請求項５に記載の電磁超音波トランスデューサ。
7. 上記空気シンク（１０）は、１０μｍから２００μｍの長さ、１０μｍから２００μｍの幅、および１０μｍから５０μｍの厚さを有する、請求項６に記載の電磁超音波トランスデューサ。
8. 上記着磁器は、０.５μｍから１００μｍの直径および０.５μｍから２００μｍの厚さを有する弾性コイルである、請求項１に記載の電磁超音波トランスデューサ。
9. 上記弾性コイルは、半導体フォトリソグラフィおよび化学的腐食の技術を用いて製造されるフォトリソグラフィックコイル（１４）である、請求項８に記載の電磁超音波トランスデューサ。
10. 上記支持体（８）は非磁性材料によって形成されており；上記磁界発生器はコイル（２）によって巻かれた軟質磁石であり、上記コイル（２）はＤＣ電源（４）に接続されており；上記軟質磁石の形状は凹型であり、上記支持体（８）は軟質磁石の中央における上記凹型部に固定されており；上記コイル（２）は上記軟質磁石の両端における２つの隆起部を囲むように巻かれており；上記フォトリソグラフィックコイル（１４）はＡＣ電源に接続されている、請求項９に記載の電磁音響トランスデューサ。
11. 上記支持体（８）は非磁性材料によって形成されており；上記磁界発生器は永久磁石であり；上記永久磁石の形状は凹型であり、上記支持体（８）は上記永久磁石の中央における上記凹型部に固定されており；上記フォトリソグラフィックコイル（１４）はＡＣ電源に接続されている、請求項９に記載の電磁超音波トランスデューサ。
12. 上記支持体（８）は非磁性材料によって形成されており；上記磁界発生器は永久磁石であり；上記支持体（８）は上記永久磁石上において、当該永久磁石に接続および固定されており；上記フォトリソグラフィックコイル（１４）はＡＣ電源に接続されている、請求項９に記載の電磁超音波トランスデューサ。
13. 上記支持体（８）は非磁性材料によって形成されており；上記磁界発生器は上記支持体（８）の下に配置されており、かつ、上記コイル（２）によって巻かれた軟質磁石であり；上記コイル（２）はＤＣ電源（４）に接続されており、上記フォトリソグラフィックコイル（１４）はＡＣ電源に接続されている、請求項９に記載の電磁超音波トランスデューサ。
14. 上記軟質磁石上のコイル（２）の巻線方向は、上記フォトリソグラフィックコイル（１４）内の電流の方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直にする方向である、請求項１３に記載の電磁超音波トランスデューサ。
15. 上記フォトリソグラフィックコイル１４によって生成される磁界力の周波数は、上記フォトリソグラフィックコイル１４内における交流の周波数と等しく、上記磁界力は上記交流と正比例する、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサ。
16. 上記支持体（８）の形状は凹型であり、上記弾性板の両端は上記支持体（８）の両端における２つの隆起部上に、弾性固定材料によって固定されており、空気シンク（１０）が上記支持体の中央における上記凹型部に形成されている、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサ。
17. 上記コイル（２）に接続された上記ＡＣ電源の電流周波数は、上記空気シンク（１０）の共振周波数と等しく、かつ０.１ＭＨｚよりも高い、請求項１６に記載の電磁超音波トランスデューサ。
18. 上記空気シンク（１０）は、１０μｍから２００μｍの長さ、１０μｍから２００μｍの幅、および１０μｍから５０μｍの厚さを有する、請求項１７に記載の電磁超音波トランスデューサ。
19. 上記弾性板はミクロンレベルの厚さを有する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサ。
20. 上記弾性板が矩形である場合には、１０μｍから１０００μｍの長さおよび幅、ならびに５μｍから５００μｍの厚さを有しており；上記弾性板が円形である場合には、１０μｍから１０００μｍの直径および５μｍから５００μｍの厚さを有している、請求項１９に記載の電磁超音波トランスデューサ。
21. 請求項１３に記載の複数の電磁超音波トランスデューサを備えている電磁超音波トランスデューサアレイであって；トランスデューサの全ての支持体は一体化されており；全ての磁界発生器は一体化されており、かつＤＣ電源（４）に接続されており；全てのフォトリソグラフィックコイル（１４）は互いに並列接続されておりかつＡＣ電源に接続されている、電磁超音波トランスデューサアレイ。
22. 上記軟質磁石周囲における上記コイル（２）の巻線方向は、上記フォトリソグラフィックコイル（１４）の電流の方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直にする方向である、請求項２１に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
23. 請求項１２に記載の複数の電磁超音波トランスデューサを備えている電磁超音波トランスデューサアレイであって；各超音波トランスデューサ内の弾性板はミクロンレベルの厚さを有しており；トランスデューサの全ての上記支持体は一体化されており；全てのフォトリソグラフィックコイル（１４）は互いに並列接続されており、かつＡＣ電源に接続されている、電磁超音波トランスデューサアレイ。
24. 請求項１３に記載の複数の電磁超音波トランスデューサを備えている電磁超音波トランスデューサアレイであって；各超音波トランスデューサ内の弾性板はミクロンレベルの厚さを有しており；トランスデューサの全ての上記支持体は一体化されており；コイル（２）によって巻かれた上記軟質磁石各々は、全ての弾性板の下に固定されており；全てのフォトリソグラフィックコイル（１４）は互いに並列接続されており、かつＡＣ電源に接続されている、電磁超音波トランスデューサアレイ。
25. 上記軟質磁石周囲における上記コイル（２）の巻線方向は、上記フォトリソグラフィックコイル（１４）内の電流の方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直にする方向である、請求項２４に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
26. 上記磁界発生器内の上記フォトリソグラフィックコイルによって生成される磁界力の周波数は、上記フォトリソグラフィックコイル内の交流の周波数と等しく、上記磁界力は上記交流と正比例する、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
27. 上記支持体（８）上には複数の凹型開口部があり、トランスデューサ各々における上記弾性板の両端は、上記支持体の上記複数の凹型開口部の両端各々に、弾性固定材料（５）によって固定されており、空気シンク（１０）が上記凹型開口部内に形成されている、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
28. 上記コイル（２）に接続された上記ＡＣ電源の電流周波数は、上記空気シンク（１０）の共振周波数と等しく、かつ０.１ＭＨｚよりも高い、請求項２７に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
29. 上記空気シンク（１０）は、１０μｍから２００μｍの長さ、１０μｍから２００μｍの幅、および１０μｍから５０μｍの厚さを有する、請求項２８に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
30. 上記フォトリソグラフィックコイルは、０.５μｍから１００μｍの直径および０.５μｍから２００μｍの厚さを有する、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
31. 上記弾性板が矩形形状である場合には、１０μｍから１０００μｍの長さおよび幅、ならびに５μｍから５００μｍの厚さを有しており；上記弾性板が円形形状である場合には、１０μｍから１０００μｍの直径および５μｍから５００μｍの厚さを有している、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
32. 請求項１に記載の複数の電磁超音波トランスデューサを備えている電磁超音波トランスデューサアレイであって；各超音波トランスデューサ内の上記弾性板はミクロンレベルの厚さを有しており；トランスデューサの全ての上記支持体（８）は一体化されており；トランスデューサの全ての上記磁界発生器は、コイル（２）によって巻かれた軟質磁石であり；上記コイルはＡＣ電源（３）に接続されており；コイル（２）によって巻かれた上記軟質磁石は、全ての弾性板の下にそれぞれ固定されており；上記着磁器は弾性の磁性導電性振動板である、電磁超音波トランスデューサアレイ。
33. 上記弾性の磁性導電性振動板は１μｍから３００μｍの厚さを有している、請求項３２に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
34. 上記支持体（８）上には複数の凹型開口部があり、トランスデューサ各々における上記弾性板の両端は、上記支持体の上記複数の凹型開口部の両端各々に、弾性固定材料（５）によって固定されており、空気シンク（１０）が上記凹型開口部内に形成されている、請求項３２に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
35. 上記コイル（２）に接続された上記ＡＣ電源（３）の電流周波数は、上記空気シンク（１０）の共振周波数と等しく、かつ０.１ＭＨｚよりも高い、請求項３４に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
36. 上記空気シンク（１０）は、１０μｍから２００μｍの長さ、１０μｍから２００μｍの幅、および１０μｍから５０μｍの厚さを有する、請求項３５に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
37. 上記支持体上における上記コイル（２）の巻線方向は、上記弾性の磁性導電性振動板内において生成される誘導電流の方向を、上記軟質磁石内の磁界の方向に対して垂直にする方向である、請求項３２に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。
38. 上記弾性板が矩形形状である場合には、１０μｍから１０００μｍの長さおよび幅、ならびに５μｍから５００μｍの厚さを有しており；上記弾性板が円形形状である場合には、１０μｍから１０００μｍの直径および５μｍから５００μｍの厚さを有している、請求項３２から３７のいずれか１項に記載の電磁超音波トランスデューサアレイ。

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