JP2011097582A - 超音波診断装置用プローブ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波診断装置用プローブ及びその製造方法に関する発明を開示する。
【解決手段】開示された発明は、装着溝部を備える音響整合層と、装着溝部に装着される圧電体と、音響整合層と相互連結される第１の連結部と、圧電体と相互連結される第２の連結部とを備える。本発明によれば、１回のボンディング作業で圧電体と第１及び第２の連結部との接続作業を迅速かつ容易に行うことができるので、製造時間が短縮され、製造が容易になる。
【選択図】図１
【解決手段】開示された発明は、装着溝部を備える音響整合層と、装着溝部に装着される圧電体と、音響整合層と相互連結される第１の連結部と、圧電体と相互連結される第２の連結部とを備える。本発明によれば、１回のボンディング作業で圧電体と第１及び第２の連結部との接続作業を迅速かつ容易に行うことができるので、製造時間が短縮され、製造が容易になる。
【選択図】図１
Description
本発明は、プローブに関し、より詳しくは、超音波を利用して対象体の内部の映像を生成するための超音波診断装置用プローブ及びその製造方法に関する。
超音波診断装置は、対象体の体表から体内の所望の部位に向けて超音波信号を照射し、反射された超音波信号（超音波エコー信号）の情報を利用して、軟部組織の断層像や血流に関するイメージを無侵襲で得る装置である。この装置は、Ｘ線診断装置、ＣＴスキャナ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）、核医学診断装置などの他の映像診断装置と比較して、小型である、安価である、リアルタイムで表示が可能である、そしてＸ線などのように被曝がなく安全性が高い、という長所を有するため、心臓、腹部、泌尿器、産婦人科などの診断のために幅広く利用されている。
特に、超音波診断装置は、対象体の超音波映像を得るために、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射してくる超音波エコー信号を受信するためのプローブを備えている。
プローブは、トランスデューサと、上端が開放されたケースと、開放されたケースの上端に結合されて対象体の表面と直接接触するカバーとを備える。
ここで、トランスデューサは、圧電物質が振動して、電気信号と音響信号とを相互変換させる圧電層と、圧電層から発生した超音波が対象体に最大限に伝達されるように、圧電層と対象体との間の音響インピ−ダンス差を減少させる音響整合層と、圧電層の前方に伝播する超音波を特定の地点に集束させるレンズ層と、超音波の圧電層の後方への伝播を遮断することによって、映像が歪むことを防止する吸音層とを備える。
前記圧電層は、圧電体及び電極を備え、電極は、圧電体の上端及び下端にそれぞれ装着される。そして、圧電層には、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）が接合される。印刷回路基板は、圧電体の電極に連結される配線電極を備えており、圧電体の信号伝達の役割をする。印刷回路基板と圧電層は、印刷回路基板の配線電極と圧電層の電極とが連結されることによって互いに接続される。
前記のような従来のプローブの製造法によれば、印刷回路基板の配線電極と圧電層の電極とを連結させるための接続作業時に手間がかかり、結果として製造時間が増加するという問題点がある。また、接続作業が手作業で行われるので、接続部位の低い耐久性及び不均一性によって性能が低下するという問題点がある。したがって、これを改善することが要請される。
本発明は、前記のような問題点を改善するためになされたもので、その目的は、製造が容易であり、圧電層と印刷回路基板との間の接合不良による性能低下を防止することができるように構造を改善した超音波診断装置用プローブ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一側面に係る超音波診断装置用プローブは、装着溝部を備える音響整合層と、一方の片面が前記装着溝部に装着される圧電体と、前記音響整合層と相互連結される第１の連結部と、前記圧電体と相互連結される第２の連結部とを備える。
また、前記装着溝部は、前記圧電体の前記一方の片面と並行して形成され、前記圧電体の前記一方の片面と接触する接触部と、前記接触部から延長され、前記第１の連結部と相互連結される延長部とを備える。
また、前記第１の連結部は、前記延長部のみと相互連結される。
また、前記第１の連結部は、前記延長部のみと相互連結され、前記第２の連結部は、前記音響整合層と接触する前記圧電体の前記一方の片面の反対側の他方の片面と接触するように配置される。
また、前記第１の連結部は、前記圧電体と接触しないように配置される。
また、前記装着溝部は、「コ」の字形状に形成される。
また、前記第１の連結部は、前記音響整合層と相互連結され、前記第２の連結部は、前記圧電体と相互連結される。
また、前記第１の連結部及び前記第２の連結部は、フレキシブル印刷回路基板であることが望ましい。
また、本発明の他の側面に係る超音波診断装置用プローブの製造方法は、２つの第１の連結部、第２の連結部、圧電体および装着溝部を有する音響整合層を備える超音波診断装置用プローブの製造方法であって、前記第２の連結部に前記２つの第１の連結部を積層し、前記第２の連結部のうち前記２つの第１の連結部の間に位置する第２の連結部に前記圧電体を積層し、前記圧電体が前記装着溝部に挿入されるように前記圧電体及び前記第１の連結部に前記音響整合層を積層し、前記圧電体と前記第２の連結部、前記圧電体と前記音響整合層、及び前記音響整合層と前記第１の連結部を１回のボンディング作業で相互連結させることを含む。
また、前記１回のボンディング作業で相互連結させるとき、前記第１の連結部は、前記音響整合層のみと相互連結される。
本発明の超音波診断装置用プローブ及びその製造方法によれば、半田付けや溶接などの作業を除去することができ、１回のボンディング作業で圧電体と第１及び第２の連結部との接続作業が迅速かつ容易に行われるので、製造時間が短縮され、製造が容易になる。
また、本発明は、第１及び第２の連結部が安定的に位置した状態で、圧電体と第１及び第２の連結部との接続作業が行われる構造をとることによって、接続部位の耐久性及び均一性が向上し、圧電体と第１及び第２の連結部との間の接合不良による性能低下を防止することができる。
また、本発明は、第１の連結部が圧電体に直接接合されずに音響整合層を介して接続されるので、第１の連結部を吸音層と圧電体との間に配置する必要がなくなる。その結果、圧電体の性能が向上し、連結部材によるインピーダンスの影響が減少するだけでなく、第１の連結部の長さ（大きさ）を減少させることができ、製造費用が節減される。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る超音波診断装置用プローブ及びその製造方法の実施例を説明する。図面に示されている線の太さや構成要素の大きさなどは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されて示される場合もある。また、本文中の用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これらは、使用者及び運用者の意図又は慣例により変わることがある。従って、このような用語に対する定義は、本明細書の全般に渡った内容に基づいて下さなければならない。
図１は、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブの構成を示す斜視図で、図２は、図１に示した超音波診断装置用プローブの構成を示す分解斜視図で、図３は、図１に示した超音波診断装置用プローブの構成を示す断面図である。
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブ１００は、吸音層１１０、圧電体１２０、音響整合層１３０、第１の連結部１４０及び第２の連結部１５０を備える。
吸音層１１０は、圧電体１２０の後方（図１〜３の下側）に配置される。吸音層１１０は、圧電体１２０の自由振動を抑制することによって超音波のパルス幅を減少させ、超音波が不必要に圧電層１２０の後方に伝播するのを遮断することによって映像の歪みを防止する。この吸音層１１０は、エポキシ樹脂及びタングステンパウダーなどが添加されたゴムを含む材質で形成される。
圧電体１２０は、吸音層１１０の前方（図１〜３の上側）に配置される。圧電体１２０は、共振現象を用いて超音波を発生させるもので、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミック、亜鉛ニオブ酸鉛及びチタン酸鉛の固溶体で作られるＰＺＮＴ単結晶、マグネシウムニオブ酸鉛及びチタン酸鉛の固溶体で作られるＰＺＭＴ単結晶などで形成される。
前記のような圧電体１２０には、電極（図示せず）が形成される。本実施例によれば、電極は、圧電体１２０の両側面、すなわち、圧電体１２０の前面及び後面にそれぞれ形成される。このような電極は、金、銀又は銅などの高伝導性金属で形成される。
前記のように圧電体１２０の両側面にそれぞれ形成される電極のうちいずれか一方は、圧電体１２０の正極（又は信号電極）に該当し、他方は、圧電体１２０の負極（又は接地電極）に該当する。このような電極は、正極と負極が互いに分離されるように形成される。本実施例では、圧電体１２０の前面に形成される電極が負極に該当し、圧電体１２０の後面に形成される電極が正極に該当するものとして例示する。
音響整合層１３０は、吸音層１１０の前方、すなわち、圧電体１２０上と第１の連結部１４０上に配置される。音響整合層１３０は、圧電体１２０の音響インピーダンスと対象体の音響インピーダンスとを整合させ、圧電体１２０から発生する超音波信号を対象体に効率的に伝達させる役割をするもので、圧電体１２０の音響インピーダンスと対象体の音響インピーダンスとの中間値を有するように備えられる。このような音響整合層１３０は、ガラス又は樹脂材質で形成される。
本実施例においては、音響整合層１３０は、音響インピーダンスが圧電体１２０から対象体に向けて段階的に変化するように、互いに異なる材質を有する第１の音響整合層１３２及び第２の音響整合層１３４を備えるものとして例示する。
前記のような音響整合層１３０は、装着溝部１３５を備えている。本実施例においては、装着溝部１３５が第２の音響整合層１３４に形成されるものとして例示する。装着溝部１３５は、吸音層１１０に向けて開口された「コ」の字形状に形成される。本実施例によれば、装着溝部１３５には圧電体１２０が装着される。このような装着溝部１３５は、接触部１３６及び延長部１３８を備える。
接触部１３６は、圧電体１２０の前面と並行に形成され、圧電体１２０と接触する。このような接触部１３６は、圧電体１２０の前方に配置され、圧電体１２０の前面と接触する。
延長部１３８は、接触部１３６から第１の連結部１４０側に延長される。本実施例によれば、延長部１３８は、接触部１３６の（長手方向に直交する方向の）両端部から第１の連結部１４０側に延長される。このような延長部１３８は、圧電体１２０の外側に、圧電体１２０と離隔するように配置される。
前記のような接触部１３６及び延長部１３８を備える装着溝部１３５は、吸音層１１０に向けて開口された「コ」の字形状をなしており、このような装着溝部１３５に装着される圧電体１２０は、接触部１３６及び延長部１３８によって、その上部及びその長手方向に沿った両側部、すなわち、その三面が取り囲まれるようになる。
前記のような音響整合層１３０は、圧電体１２０と相互連結されることによって、圧電体１２０と電気的に連結される。
一例として、音響整合層１３０は、電極（図示せず）を備えている。電極は、第２の音響整合層１３４に形成されることが望ましく、より具体的には、装着溝部１３５に形成され、接触部１３６及び延長部１３８を含む装着溝部１３５の全体にわたって形成される。
このように音響整合層１３０に形成される電極は、圧電体１２０の前面に形成された電極と電気的に連結され、その結果、音響整合層１３０は、互いに電気的に連結される各電極を介して圧電体１２０と相互連結される。このような電極は、金、銀又は銅などの高伝導性金属で形成され、蒸着、スパッタリング、めっき又はスプレーなどの方法で形成される。
他の例として、音響整合層１３０は、圧電体１２０と直接連結される。すなわち、音響整合層１３０は、金、銀又は銅などの伝導性材質で形成され、圧電体１２０と電気的に直接連結される。
このような音響整合層１３０は、圧電体１２０の前面に形成された電極と電気的に連結され、その結果、音響整合層１３０は圧電体１２０と相互連結される。
前記のように伝導性材質で形成される音響整合層１３０は、第１の音響整合層１３２及び第２の音響整合層１３４を含む全体が伝導性材質で形成されるように製作されるか、圧電体１２０との連結部分である第２の音響整合層１３４のみが伝導性材質で形成されるように製作される。このように伝導性材料で製作される音響整合層１３０は、電極を別途に形成することなく、圧電体１２０の前面に形成された電極と電気的に連結され、圧電体１２０と相互連結される。
第１の連結部１４０は、音響整合層１３０と相互連結される。本実施例においては、第１の連結部１４０がフレキシブル印刷回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＦＰＣＢ）であるものとして例示しているが、本発明は必ずしもこれに限定されることはない。本発明の第１の連結部１４０は、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）などを含め、電気信号を供給することが可能な全ての部材で構成することができる。
第１の連結部１４０には、配線電極（図示せず）が形成される。配線電極は、音響整合層１３０（延長部１３８）との接触面に形成され、音響整合層１３０と電気的に連結される。
第１の連結部１４０は、延長部１３８が位置する音響整合層１３０の両側部にそれぞれ配置される。それぞれの第１の連結部１４０は、延長部１３８と吸音層１１０との間の空間に挿入された形態で延長部１３８と接触する。
このように延長部１３８と接触するそれぞれの第１の連結部１４０は、延長部１３８と電気的に連結される配線電極を介して延長部１３８と相互連結される。
本実施例によれば、このような第１の連結部１４０は、圧電体１２０と重ならない（接触しない）ように配置され、延長部１３８のみと相互連結される。ここで、第１の連結部１４０が延長部１３８のみと相互連結されるのは、第１の連結部１４０が延長部１３８と相互連結され、音響整合層１３０のみと相互連結されることを意味し、第１の連結部１４０が音響整合層１３０の他の部分、例えば、接触部１３６と相互連結されないことを意味するのではない。
このような第１の連結部１４０は、延長部１３８を介して音響整合層１３０と相互連結され、音響整合層１３０の接触部１３６を介して圧電体１２０の片方の面のみと相互連結され、圧電体１２０の反対側（吸音層１１０側）の面とは相互連結されない。
第２の連結部１５０は、圧電体１２０と相互連結される。本実施例においては、第２の連結部１５０がフレキシブル印刷回路基板であるものとして例示しているが、本発明は必ずしもこれに限定されることはない。本発明の第２の連結部１５０は、印刷回路基板などを含む電気信号を供給することが可能な全ての部材で構成することができる。
第２の連結部１５０には、配線電極（図示せず）が形成される。その配線電極は、圧電体１２０の後側（後面）との接触面に形成され、圧電体１２０の後面に形成された電極と電気的に連結される。
本実施例によれば、第２の連結部１５０は、吸音層１１０の前方（吸音層１１０上）に積層され、圧電体１２０の後面と接触するように配置される。このような第２の連結部１５０は、配線電極と圧電体１２０の後面に形成された電極との電気的な連結を介して圧電体１２０の後面と相互連結される。
一方、図示していないが、本実施例の超音波診断装置用プローブは、音響整合層１３０の前方に配置され、前方に伝播する超音波信号を特定地点に収束させるレンズ層（図示せず）をさらに備えることができる。
図４は、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブの製造方法を示すフローチャートである。
以下、図１〜図４を参照して、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブの製造方法を説明する。
本実施例の超音波診断装置用プローブを製造するためには、第２の連結部１５０に２つの第１の連結部１４０を積層する（Ｓ１０）。
このとき、それぞれの第１の連結部１４０は、第２の連結部１５０の前方、すなわち、第２の連結部１５０の配線電極が形成された側に積層され、第２の連結部１５０の配線電極が（第２の連結部１５０の長手方向に沿った中心線を基準に）左右両側に位置する２つの第１の連結部１４０の間に露出されるように互いに離隔して積層される。それぞれの第１の連結部１４０は、音響整合層１３０に備えられる装着溝部１３５の両側に位置する延長部１３８同士の間の距離に対応する距離だけ離隔されることが望ましい。
前記のように積層された第１の連結部１４０及び第２の連結部１５０は、第２の連結部１５０と吸音層１１０が接触するように、吸音層１１０の上に積層される。第１の連結部１４０及び第２の連結部１５０は、予め積層された状態で吸音層１１０に積層するか、初めに吸音層１１０の上に第２の連結部１５０を積層した後、次に第１の連結部１４０を第２の連結部１５０の上に積層する形態で吸音層１１０に積層される。
その後、第２の連結部１５０のうち、第１の連結部１４０の間に位置する第２の連結部１５０に、圧電体１２０を積層する（Ｓ２０）。すなわち、第２の連結部１５０の前方で、（前記中心線の）両側に位置する第１の連結部１４０の間に露出される第２の連結部１５０に圧電体１２０を積層する。
これによって、第２の連結部１５０は、圧電体１２０の後面に形成された電極と電気的に連結され、圧電体１２０と相互連結される。また、第１の連結部１４０は、圧電体１２０と重ならないように配置される。
このような圧電体１２０が装着溝部１３５に挿入されるように、圧電体１２０及び第１の連結部１４０に音響整合層１３０を積層する（Ｓ３０）。
このように、音響整合層１３０が圧電体１２０及び第１の連結部１４０に積層されれば、圧電体１２０の前面は装着溝部１３５の接触部１３６に接触し、第１の連結部１４０は、圧電体１２０と重ならないように配置され、装着溝部１３５の延長部１３８に接触する。
これによって、圧電体１２０は、その前面に形成された電極が接触部１３６と電気的に連結され、音響整合層１３０と相互連結される。また、第１の連結部１４０は、配線電極を介して延長部１３８と電気的に連結され、音響整合層１３０と相互連結される。
このような圧電体１２０と音響整合層１３０との相互連結及び第１の連結部１４０と音響整合層１３０との相互連結によって、圧電体１２０は第１の連結部１４０と相互連結される。
その後、積層された圧電体１２０、音響整合層１３０、第１の連結部１４０及び第２の連結部１５０、すなわち、圧電体１２０の前面と音響整合層１３０（接触部１３６）、圧電体１２０の後面と第２の連結部１５０、そして音響整合層１３０（延長部１３８
）と第１の連結部１４０を１回のボンディング作業で相互連結させる（Ｓ４０）。このとき、第１の連結部１４０は、音響整合層１３０のみと相互連結される。前記のようなボンディング作業は、伝導性又は非伝導性接着剤を用いて行われる。
）と第１の連結部１４０を１回のボンディング作業で相互連結させる（Ｓ４０）。このとき、第１の連結部１４０は、音響整合層１３０のみと相互連結される。前記のようなボンディング作業は、伝導性又は非伝導性接着剤を用いて行われる。
一方、本実施例においては、第２の連結部１５０に第１の連結部１４０を積層し、第２の連結部１５０に圧電体１２０を積層した後、圧電体１２０及び第１の連結部１４０に音響整合層１３０を積層するものとして例示しているが、本発明は必ずしも上述した順に実施される必要はなく、その順序を変えて実施しても、同時に実施しても構わない。
上述したような本実施例の超音波診断装置用プローブの製造方法によれば、第１及び第２の連結部１４０、１５０の位置が安定しない状態で第１及び第２の連結部１４０、１５０の各配線電極を圧電層１２０の各電極と一つ一つ直接接続させる手間のかかる接続作業に代わって、積層された圧電体１２０、音響整合層１３０、第１の連結部１４０及び第２の連結部１５０をたった１回のボンディング作業で相互連結させるという単純な接続作業で、第１及び第２の連結部１４０、１５０を圧電体１２０に相互連結させることができる。
上記のような製造方法によって製造される本実施例の超音波診断装置用プローブ１００によれば、１回のボンディング作業で圧電体１２０と第１及び第２の連結部１４０、１５０との接続作業が迅速かつ容易に行われるので、製造時間が短縮され、製造が容易になる。
また、本実施例の超音波診断装置用プローブによれば、第１及び第２の連結部１４０、１５０が安定的に位置した状態で圧電体１２０と第１及び第２の連結部１４０、１５０との接続作業が行われる構造をとることによって、接続部位の耐久性及び均一性が向上し、圧電体１２０と第１及び第２の連結部１４０、１５０との間の接合不良による性能低下を防止することができる。
また、本発明は、第１の連結部１４０が圧電体１２０に直接設置されずに音響整合層１３０を介して接続されるため、第１の連結部１４０を吸音層１１０と圧電体１２０との間に配置する必要がなくなる。その結果、圧電体１２０の性能が向上し、連結部材によるインピーダンスの影響が減少するだけでなく、第１の連結部１４０の長さ（大きさ）を減少させることができ、製造費用が節減される。
本発明を図面に示した実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術が属する分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解するだろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、下記の特許請求の範囲により定めなければならない。
１００：超音波診断装置用プローブ、１１０：吸音層、１２０：圧電体、１３０：音響整合層、１３２：第１の音響整合層、１３４：第２の音響整合層、１３５：装着溝部、１３６：接触部、１３８：延長部、１４０：第１の連結部、１５０：第２の連結部
Claims (10)
- 装着溝部を備える音響整合層と、
一方の片面が前記装着溝部に装着される圧電体と、
前記音響整合層と相互連結される第１の連結部と、
前記圧電体と相互連結される第２の連結部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置用プローブ。 - 前記装着溝部は、
前記圧電体の前記一方の片面と並行して形成され、前記圧電体の前記一方の片面と接触する接触部と、
前記接触部から延長され、前記第１の連結部と相互連結される延長部と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の超音波診断装置用プローブ。 - 前記第１の連結部は、前記延長部のみと相互連結されることを特徴とする、請求項２に記載の超音波診断装置用プローブ。
- 前記第１の連結部は、前記延長部のみと相互連結され、前記第２の連結部は、前記音響整合層と接触する前記圧電体の前記一方の片面の反対側の他方の片面と接触するように配置されることを特徴とする、請求項２に記載の超音波診断装置用プローブ。
- 前記第１の連結部は、前記圧電体と接触しないように配置されることを特徴とする、請求項４に記載の超音波診断装置用プローブ。
- 前記装着溝部は、「コ」の字形状に形成されることを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置用プローブ。
- 前記第１の連結部は、前記音響整合層と相互連結され、前記第２の連結部は、前記圧電体と相互連結されることを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置用プローブ。
- 前記第１の連結部及び前記第２の連結部は、フレキシブル印刷回路基板であることを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置用プローブ。
- ２つの第１の連結部、第２の連結部、圧電体および装着溝部を有する音響整合層を備える超音波診断装置用プローブの製造方法であって、
前記第２の連結部に前記２つの第１の連結部を積層し、
前記第２の連結部のうち前記２つの第１の連結部の間に位置する第２の連結部に前記圧電体を積層し、
前記圧電体が前記装着溝部に挿入されるように前記圧電体及び前記第１の連結部に前記音響整合層を積層し、
前記圧電体と前記第２の連結部、前記圧電体と前記音響整合層、及び前記音響整合層と前記第１の連結部を１回のボンディング作業で相互連結させることを特徴とする超音波診断装置用プローブの製造方法。 - 前記１回のボンディング作業で相互連結させるとき、
前記第１の連結部は、前記音響整合層のみと相互連結されることを特徴とする、請求項９に記載の超音波診断装置用プローブの製造方法。
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