JPH0627127Y2 - 超音波振動子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は電気信号を超音波に、あるいはその逆に超音波
を電気信号に変換する超音波振動子の発熱による性能劣
化防止構造に関する。

［従来の技術］ 高周波の機械振動波を生体内に送り込み、この振動波に
対する生体の反応（反射特性、減衰特性、散乱特性な
ど）に従って生体内部から戻ってくる超音波を電気信号
に変換する電気音響変換器として超音波振動子が周知で
あり、超音波診断装置の性能を左右する極めて重要な構
成素子としての地位を占めている。

超音波振動子は圧電セラミックスや高分子圧電体の圧電
効果を利用し、加えられた電気信号に対応した超音波を
励起し（送波）、また圧電逆効果により生体から戻って
きた超音波に対応する電気信号を発生する（受波）。

この作用を効率良く行うために、実際の超音波振動子に
はいろいろな要素が付加され構成されている。基本的な
構造は第２図に示すように超音波の発生源である圧電セ
ラミックス１を背面負荷としてのバッキング材２の上に
接着し、かつその上に生体との音響的な整合を図るため
の音響整合層３が形成されているのが普通である。そし
て、放射された超音波を細いビームにするため、音響整
合層３の上部に音響レンズ４が設けられている。

上記の構成を採る基本的な超音波振動子において、圧電
セラミックス１に電圧を加えると、機械的歪みである超
音波が生じ、これが音響整合層３を通ることによって生
体への入射時における反射が最小限に抑制され、振動子
の帯域幅を増加させることができる。圧電セラミックス
１の裏面に位置するバッキング材２は振動子を機械的に
支えると共に音響的に制動をかけ、超音波パルス波形を
短くする役割を果たす。

音響整合層３を通過した超音波ビームは音響レンズ４に
よって集束され、電子方向に直角な方向（レンズ方向）
における分解能が向上する。

生体内に送り込まれた超音波ビームの反射エコーが前記
圧電効果の逆の作用によって音響レンズ４及び整合層３
を介して圧電セラミックス１に到達すると、この超音波
によって該圧電セラミックス１の電極間に電圧が発生
し、電気信号として後段の演算及び表示処理過程に伝送
されていくことになる。

［考案が解決しようとする課題］ 上記のような超音波振動子において、生体内部へ超音波
ビームを効率良く送り込み、また生体から戻った反射エ
コーを効率良く電気信号に変換して良質の画像を得るた
めには種々の条件が要求されるが、その基体となるのが
圧電セラミックスを励振するための十分な電圧である。
すなわち、安全上の許容値内で生体への超音波放射パワ
ーを最大にすることが望まれる。

しかしながら、上記従来の振動子構成では、圧電セラミ
ックス１がフェライトゴム等から成り高減衰特性を備え
たバッキング材２を介して直接超音波診断装置本体から
伸張したケーブルに接続されている。このため、圧電セ
ラミックス１の励振電圧あるいは励振繰返し周期を上げ
た時に振動子内部に生じる熱の逃げ道が閉ざされた形と
なり、この熱作用の影響で振動子の寿命が低下してしま
うという欠点があった。また、これに伴い振動子の生体
接触部における熱的安全性も問題となってくる。特に、
体内へ挿入して使用する振動子において、この発熱作用
は正確で安全な診断を実現する上で重大な支障となる。

考案の目的 本考案は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は簡単な構成で振動子内に発生した熱を効率良く
放散させて許容範囲内で最大の超音波パワーを生じさせ
得る超音波振動子を提供させることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本考案は、吸音作用を果たす
背面負荷が設けられた圧電材に音響レンズと音響整合層
を接着して成る超音波振動子において、振動子内で生じ
た熱を外部に放散させるための放熱板を前記背面負荷に
接続したことを特徴とする。

［作用］ 以上の如く構成される本考案によれば、振動子内で発生
した熱はその内部に滞留することなく背面負荷後段に接
続された放熱板によって効率良く速やかに外気中に放散
されていく。

従って、高精度の超音波診断を行うために圧電材の励振
電圧を高くしてもこれによって生じる熱作用で振動子が
劣化することはない。

［実施例］ 以下、図面に基づき本考案の好適な実施例を説明する。

尚、図中前記第２図に係る従来装置と同等の構成要素に
は同一符号を付し、その説明を省略する。

第１図に本考案に係る超音波振動子の基本構造を示す。

本考案において特徴的なことは、電気音響変換作用を果
たす圧電セラミックス１に密着固定されたバッキング材
２と診断装置本体から導出するケーブルとの間に振動子
内に発生した熱を外気中に放散させるための放熱板５を
接続したことにある。

この結果、生体深部へ確実に超音波を送り込みかつ正確
で鮮明な画像を得るために圧電セラミックス１の励振電
圧を上げたとしても、これによって生じる熱はバッキン
グ材２を通じて速やかに放熱板５に伝導し、この放熱板
５から効率良く空中に放散されていく。

図示例において、放熱板５はその表面積を拡大するため
に複数の脚部から成る短冊状に形成されており、この各
短冊部のそれぞれが診断装置本体から導出するケーブル
のアース線と接続されている。

放熱板５の材質には熱伝導特性の優れた金属である銅板
などを用いることが望ましい。

このような構成を採ることによって、アースケーブル側
にも熱伝導するため、圧電セラミックス１の励振電圧を
上げたり励振繰返し周期を増大させても、それに伴って
生じる熱が振動子内部にこもって各構成素子を傷めるこ
とがなく、極めて効率良く速やかに放散されてゆく。こ
の結果、振動子本来の特性を最大限に生かして生体深部
に対しても確実に超音波ビームを到達させることが可能
となり、分解能の良い鮮明な超音波画像を表示すること
を実現できる。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案によれば、超音波振動子の背
面負荷に振動子内部に発生した熱を放散させるための放
熱板を接続したので、圧電セラミックスの励振電圧や励
振繰返し周期を増大させてもこれに伴う熱が滞留して振
動子構成素子を劣化させることがなく、正確で鮮明な超
音波診断を安全に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る超音波振動子の構成図、 第２図は従来の超音波振動子の構成図である。 １……圧電セラミックス ２……バッキング材 ３……音響整合層 ４……音響レンズ ５……放熱板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】吸音作用を果たす背面負荷が設けられた圧
   電材に音響レンズと音響整合層を接着して成る超音波振
   動子において、 振動子内で生じた熱を外部に発散させるための放熱板を
   前記背面負荷に接続するとともに、該放熱板に多数の凹
   凸部を形成し、その各凸部を超音波診断装置本体から導
   出するアースケーブルに接続したことを特徴とする超音
   波振動子。