JPH07322392A - 超音波センサ素子及びそれを備えた医療用ポンプシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】医療用ポンプに於いてチューブ内に混入する気
泡を検出し、警報を発し、送液を停止させる気泡検出器
に使用する超音波センサ素子及びそれを用いた医療用ポ
ンプシステムの提供。 【構成】圧電素子１を挟んで対向する電極３，４の一方
の電極４を圧電素子１の側面まで延設させて側面電極５
とし、他方の電極３の端部３ａには、電極未印刷部３ｂ
を設ける。この電極未印刷部３ｂに凹部２を形成する。
電極３，４に電圧を印加して圧電素子１を分極するとき
に、凹部２により、圧電素子１の横方向の分極が防止さ
れるので、圧電素子１は効率よく厚さ方向に分極され、
圧電性能が優れたものとなる。これを用いた医療用ポン
プシステムにあっては、チューブ内に混入する気泡を精
度よく検出し、液体の移送を制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薬液バッグ、輸血バッ
グ、薬液瓶、シリンジ等の液体容器の薬液、血液等を中
空のチューブを介して体内に送液する輸液ポンプ、シリ
ンジポンプ等の医療用ポンプ、人工肺を含む体外循環血
液回路に設けられた医療用ポンプに於いてチューブ内に
混入する気泡を検出し、警報を発し、送液を停止させる
気泡検出器に使用する超音波センサ素子及びこれを備え
た医療用ポンプシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】輸液ポンプ、輸血ポンプ、シリンジポン
プ等の医療用ポンプに使用される気泡検出器は溶液の溶
存酸素が薬液容器の保存温度と大気の温度差により溶出
しチューブ内に析出するものと、薬液容器内の薬液残量
が少なくなり容器の気泡を混入して送液されるもの、ま
た薬液容器と送液チューブ間のリークにより気泡を外部
より混入するものに大別される。送液時、血管内に誤っ
て入れることのできる気泡長は、ＪＩＳ Ｔ−１６５３
に規定されており、チューブ内に５〜６ｍｍの気泡が入
った場合には警報を発し、送液を停止するように規定さ
れている。

【０００３】気泡検出器はチューブ内を通過する溶液と
気泡の光の透過量を検出し判定する光検出型気泡センサ
と、音波伝搬の減衰量の違いを検出する超音波型気泡セ
ンサに大別される。

【０００４】超音波型気泡検出器は液体中と気体中の超
音波の減衰量の差を検出するもので光検出型気泡検出器
で問題となる液滴の付着による透過量の誤差や着色薬液
による誤差は生じない特徴があり、広く気泡検出器とし
て使われている。

【０００５】超音波型気泡検出器の構造は、図４のよう
に２枚の仕切板７ａ，７ｂに送液チューブ８を挟み、仕
切板７の裏側に対称位置に配置された１対の超音波セン
サ素子６ａ，６ｂにより検出される。１対の超音波セン
サ素子６ａ，６ｂは、超音波音波を発する送信（送波）
部６ａと超音波を受ける受信（受波）部６ｂにより構成
されている。

【０００６】超音波型気泡検出器は、特定の超音波が液
体中と気体中を伝搬する際の超音波の減衰量の違いを利
用するものであり、空気は水に比べほぼ１億倍の減衰量
を示し超音波を殆ど伝搬することができない。

【０００７】超音波型気泡検出器は、送信用超音波セン
サ素子６ａと受信用超音波センサ素子６ｂの間に僅かな
空気層の存在や超音波を減衰させる介在物が存在すると
超音波はチューブ内が輸液剤，薬剤，血漿等の血液製
剤，血液等の液体で満たされているにも関わらず介在物
で超音波が減衰し、あたかもチューブ内に気泡が存在し
ているがごとく受信電圧を低下させ、気泡を誤検出する
問題点がある。

【０００８】このため、仕切板７ａ，７ｂと超音波セン
サ素子６ａ，６ｂの組立に当たっては充分に脱泡処理し
た接着剤を、超音波センサ素子６ａ，６ｂの電極面（不
図示）に薄く塗布し、仕切板７ａ，７ｂ背部と超音波セ
ンサ素子６ａ，６ｂの電極の接着剤塗布面を互いに向か
い合わせて接着することが要求される。

【０００９】また、超音波は物体中を容易に直進するた
め送信側仕切板７ａと受信側仕切り板７ｂの背部にそれ
ぞれ接着固化した超音波センサ素子６ａ，６ｂは互いに
実質的な面平行であり、位置合わせがされた配置に固定
されることが要求される。このため、このような超音波
センサ素子の接着に於いてリード線の引き出しは、従来
のように超音波センサ素子の両面に設けられた２つの電
極から半田付けでリード線を取り出すことはできない。
半田の盛り上がりは、仕切板７ａ，７ｂと超音波センサ
素子６ａ，６ｂとの密着性を阻害し、また平行度を出す
際の障害となる。そこで、仕切板７ａ，７ｂと接着され
る電極を側面に引き回し、側面より電極を取り出す方法
が行われている。

【００１０】側面電極は、この電極を仕切板に接着固定
した後、その部分にリード線を半田付けすることでこの
電極の役割をし、送信用センサ素子、受信用センサ素子
が各々構成される。しかし、側面電極は、その面積が小
さく、折り返し量が少ないと側面の半田付けは困難とな
り、半田面にリード線からの応力で電極が圧電素子から
剥離する問題があった。

【００１１】また、電極面が側面全体に印刷されると、
仕切板と接着されていない側の電極と接触し絶縁が得ら
れない問題があった。

【００１２】そこで仕切板と接着されていない側の圧電
素子面に、側面に延設され仕切板と接着されている電極
と接触しないように電極が設けられていない部分を設
け、絶縁性の確保がなされてきた。気泡検出器に使用す
る圧電素子の発振周波数は２ＭＨｚ以下で使用されてい
る。周波数が高くなると超音波の減衰量は増大し、受信
用センサ素子への信号感度が低下する。

【００１３】今、圧電素子の発振周波数を１ＭＨｚとす
る気泡検出器を設計する場合、使用する圧電素子の周波
数定数を２ＭＨｚの材料を使用すれば圧電素子の厚さは
計算より２ｍｍの厚さの圧電素子を使用することにな
る。

【００１４】圧電素子は圧電機能を付加するため分極と
いう操作を行う。これは、圧電素子を挟んで対向する２
つの電極間にチタン酸鉛系圧電素子（以下、ＰＴ圧電素
子という）では４ＫＶ／ｍｍ以上、チタン酸ジルコン酸
鉛系圧電素子（以下、ＰＺＴ圧電素子という）では２〜
３ＫＶ／ｍｍの電圧を２０〜３０分間印加して分極処理
が行われる。今、厚さ２ｍｍ程度のＰＴ圧電素子に分極
処理を行うには計算より８ＫＶの電圧を電極両端に印加
する必要がある。

【００１５】ここで、仕切板と接着されていない側の電
極の端部と、側面まで延設された電極端部の距離（幅）
を１ｍｍに設計すると電極間距離は、圧電素子厚さ距離
（対向する２つの電極間距離）よりも短くなり８ＫＶの
電圧の印加は電極間放電を起こし、厚さ方向の分極がで
きない。

【００１６】また、仮に弱く分極されても厚さ方向の分
極ではなく、側面／仕切板と接着されていない側の電極
の端部間の分極であり、厚さ方向に超音波を送信するこ
とができなかった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来例で示した
ように、気泡長を高感度で正確に計測する気泡検出器を
作るには、折り返し側面電極を持ち、圧電素子を厚さ方
向に分極し、これを仕切り板背部に取り付ける必要があ
った。

【００１８】しかし、従来の圧電素子は、分極操作時
に、側面と仕切板を接着されていない側の電極間の放電
による耐圧（耐電圧）不良や弱い横方向への分極処理が
限界であった。

【００１９】他方、電極が設けられていない部分を圧電
素子厚さ以上に幅を広げたものは圧電素子の分極部分が
狭くなり送信／受信感度が小さくなり、送液状態で得ら
れる信号と気泡下での信号強度の比が低下する問題があ
る。

【００２０】また、仕切板と接着されていない側の電極
面積を維持するため電極面積を広げたものは気泡幅以上
に圧電素子の寸法が広がり同様に送液信号と気泡下の信
号の比が低化した検出器しか得られなかった。

【００２１】本発明は、以上の欠点を改善するためにな
されたものであって、圧電素子上の電極が設けられてい
ない部分を最小にし、且つ大きな分極電圧を印加でき、
チューブ内の液体中の気泡を検出できる超音波センサ素
子及びこれを備えた医療用ポンプシステムを提供するこ
とを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、圧電素子と、この圧電素子上に対向して設
けられた１対の電極とからなる超音波センサ素子であっ
て、一方の電極は、圧電素子の側面まで延設され、他方
の電極は、一方の電極が延設された側面の端部から所定
距離離間して設けられ、側面と他方の電極の端部との間
に分極阻止部が形成されたことを特徴とする超音波セン
サ素子である。

【００２３】上記目的を達成するための本発明は、ま
た、圧電素子と、この圧電素子上に対向して設けられた
１対の電極とからなり、一方の電極は、圧電素子の側面
まで延設され、他方の電極は、一方の電極が延設された
側面の端部から所定距離離間して設けられ、側面と他方
の電極の端部との間に分極阻止部が形成された気泡検出
用超音波センサ素子と、この気泡検出用超音波センサ素
子により検出された信号に基づいて医療用ポンプの駆動
制御を行う制御手段とを備えてなることを特徴とする医
療用ポンプシステムである。

【００２４】本発明の好ましい態様として、少なくとも
１つの凹部（断面がほぼ矩形の溝）により形成されてな
るものである。

【００２５】本発明の好ましい態様として、分極阻止部
は、ほぼ平行して形成された２つの凹部（断面がほぼ矩
形の溝）により形成されてなるものである。

【００２６】本発明の好ましい態様として、凹部は、電
気絶縁性材料で充填されてなるものである。

【００２７】本発明の好ましい態様として、超音波セン
サ素子が、チューブ内の気泡を検出するための気泡検出
用である。

【００２８】本発明の好ましい態様として、分極阻止部
は、凹部（断面がほぼ矩形の溝）であり、この溝はａ
（ｍｍ）＋ｂ（ｍｍ）＞ｔ（ｍｍ）を満たし、ａ＜ｔで
あることを特徴とする、医療用ポンプの気泡検出器用圧
電素子である（ここで、ａは溝の深さ、ｂは圧電素子の
側面まで延設された一方の電極と、他方の電極との距離
である。また、ｔは、この圧電素子の厚さである）。

【００２９】本発明の好ましい態様として、上記圧電素
子の溝の幅ｗはｂ＞ｗ＞０ｍｍであることを特徴とす
る。

【００３０】本発明の好ましい態様として、上記圧電素
子の溝の長さはａ＋ｂ≧１.１ｔを満たし、且つａ≦０.
９ｔであり、上記圧電素子の溝の幅ｗは０.９ｂ＞ｗ＞
０.１ｍｍであり、ｂはｂ≧０.５ｍｍであることを特徴
とする。

【００３１】

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ、実施例に係わ
る超音波センサ素子を詳細に説明する。

【００３２】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例を示す斜視図、図２は断面図を説明するための図、図
３は、図１，図２に示す超音波センサ素子１００を超音
波気泡センサに適用した例を示す図である。

【００３３】図１、図２において、本発明の超音波セン
サ素子１００は、圧電素子１を挟んで対向する２つの電
極面３，４からなり、一方の電極４は、セラミック圧電
素子１の側面のほぼ全体にまで延設された電極面５を有
し、セラミック圧電素子１は、厚み方向に分極されてい
る。

【００３４】図３において、電極４面に、一液型ＲＴＶ
系接着剤（主成分：シリコーンゴム）、１液または２液
型のエポキシ樹脂系接着剤（主成分：エポキシ樹脂ポリ
アミドアミン、変成シリコンポリマー）、接触硬化型ア
クリル系接着剤（変性アクリルアミン系化合物）等から
選ばれる接着剤１２を介して仕切板７に加圧接着して、
その圧電素子の、仕切板７に接着されない電極面３の一
端３ａと圧電素子１の側面のほぼ全体にまで延設された
電極面５との間の電極面が設けられていない部分（電極
未印刷部）３ｂに、幅ｗ、深さａの凹部（溝）２を設け
る構造を有するものである。この凹部２は、圧電素子１
を分極させる際に、圧電素子１が横方向に分極されるの
を実質的に阻止または防止し、圧電素子１が厚さ方向に
分極されるようにするために設けられている。

【００３５】圧電素子１としては、セラミック系のＰＺ
Ｔ（ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃）、またはＰＺＴを主成
分とし、ＰｂをＢａ，Ｓｒ，Ｃａで置換したもの、また
は、ＰＺＴに第３成分を添加した、Ｐｂ（Ｓｂ_1/2Ｎｂ
_1/2）Ｏ３，Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，Ｐｂ（Ｃｏ
_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃等の複合
ペロブスカイト形化合物、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ₃ に微量添
加物を入れたもの）が用いられる。また、高分子系のポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）樹脂等を用いることもで
きる。

【００３６】仕切板７としては硬質ポリ塩化ビニル樹
脂、ＡＢＳ樹脂、スチロール樹脂、アリル樹脂等の比較
的剛性の高い合成樹脂等が用いられる。

【００３７】仕切板７の間隔は、図４に示すように仕切
板７間に送液チューブ８の幅（チューブ外径）よりも実
質的に狭い仕切板７と同じ材質からなるスペーサ（不図
示）が挿入されており、仕切板７の間隔を一定に保持し
ている。仕切板７の距離は挿入されるチューブの変形に
より、仕切板７に接触するチューブの幅と圧電素子１の
オモテ電極幅が略同一になる寸法に形成されており、例
えば、外径４ｍｍ，内径３ｍｍの軟質塩化ビニル樹脂製
の送液チューブ８では略間隔を２．３ｍｍに設計され
る。

【００３８】圧電素子１は、振動周波数を１ＭＨｚの周
波数で設計したが、送・受信用圧電素子１ａ，１ｂに誘
電率２，０００のＰＺＴを使用した。圧電素子１の厚さ
は、圧電素子１の周波数定数を測定し、厚さ１ｍ当たり
の振動周波数を求め（Ｎｔ＝２０００Ｈｚ／ｍ）、振動
周波数１ＭＨｚの圧電素子厚さを計算した。この結果、
圧電素子の厚さを２ｍｍとした。また、寸法は、送液チ
ューブの変形後の密着幅と略同一に設計しており、圧電
素子１の幅を３．３ｍｍとした。

【００３９】圧電素子１の長さは、送液チューブ変形後
の気泡長を求めこれと実質的に同一の長さを計測し圧電
素子１の長さを７ｍｍとした。また、圧電素子１の凹状
の溝２は電極面が設けられていない領域の幅ｂと、溝２
の深さａと、圧電素子１の厚さｔの関係式（ａ＋ｂ＞
ｔ）から、ａは１ｍｍ以上の深さが必要であり、ａは
１．４ｍｍとした。（ここで、ａは溝の深さ（ｍｍ）、
ｂは圧電素子１の側面まで延設された一方の電極と、他
方の電極との距離（ｍｍ）である。また、ｔは、これら
の電極の厚さ（ｍｍ）である）。なお、この溝の長さは
圧電素子１の長さＬと実質的に同一の長さとした。この
圧電素子１は、分極電圧は６ＫＶを約７０℃の液槽中で
約２０分間印加し、分極操作を行った。

【００４０】圧電素子１の仕切板７への接着は、接着剤
１２として一液性ＲＴＶ接着剤（ＫＥ４５−Ｗ：信越シ
リコーン（株）を用い、電極面４のほぼ全面に薄くヘラ
で、気泡等が実質的に存在しないように一様に塗布し、
仕切板７背面のチューブ装着位置とほぼ同一の部分に凹
部２がチューブ８の上位位置になるようにして接着し
た。接着は、固定治具で圧力をほぼ均一に加圧（０．５
ｋｇｆ／ｍｍ²程度）してほぼ一昼夜放置して固定し
た。放置後固定治具より外し、ポンプに装着し超音波気
泡検出器とした。

【００４１】図５は、実施例１の超音波センサ素子１０
０と仕切板７からなる超音波気泡検出器１０を備えた送
液制御機構を示すブロック図である。

【００４２】超音波センサ素子１００と仕切板７からな
る超音波気泡検出器１０において、送信（送波）部を１
７、受信（受波）部を１８とし、信号発信手段２１によ
り発信された信号で、送信部１７の送信用圧電素子に１
ＭＨｚ、５Ｖのサイン波（正弦波）を印加して信号を送
信する。

【００４３】受信用圧電素子を備えた受信部１８は、受
信用圧電素子で信号を受信し、増幅器２２で約１００倍
に増幅し、交流成分のレベルを監視し０．５Ｖ以下の電
圧で気泡長を５ｍｍ以上と判定できるようにしている。

【００４４】増幅された受信信号は、警報監視回路２３
で判定し、気泡長が判定値を越えると輸液制御部２４の
回路が動作して送液を止めると共に送液チューブ８をク
ランプ等で圧閉して薬剤等の輸液の送液を遮断する。こ
のとき、可聴音または、可視表示によって外部に報知す
る報知手段を設ける構成とすることもできる。また、無
線またはテレメータ等により、ナースステーション等に
報知するようにしてもよい。

【００４５】図４（ａ）は、図１，図２に示す実施例の
超音波センサ素子１００を超音波気泡検出器１０として
組立て、送液チューブ８を挟んだ場合の上から見た断面
図である。超音波気泡検出器１０は、仕切板７ａとその
背後に接着固定して設けられた圧電素子１ａと、送液チ
ューブ８を挟んで対向する仕切板７ｂとその背後に接着
固定して設けられた圧電素子１ｂとからなる。仕切板７
ａとその背後に接着固定して設けられた圧電素子１ａか
らなる部材が送信用圧電素子として作用する場合には、
仕切板７ｂとその背後に接着固定して設けられた圧電素
子１ｂからなる部材が受信用圧電素子として作用する。
この逆の場合であってもよい。なお、５ａ，５ｂは、セ
ラミック圧電素子１ａ，１ｂの側面のほぼ全体にまでそ
れぞれ延設された電極面であり、１１ａ，１１ｂは信号
線（リード線）である。また、９は、チューブ８内の輸
液、薬剤、血液製剤等の液体である。

【００４６】同様に図４（ｂ）は、横からの断面図であ
る。図６と同一の構成のものは、同一符号とし、説明を
省略する。チューブ８内の液体９に存在する気泡９ａ
は、超音波気泡検出器１０により、そのほぼ中央部で気
泡長さが計測され、気泡が所定値以上の長さ、すなわち
所定量の気泡が存在すると警報が発せられる。

【００４７】図６は、超音波気泡検出器１０を内蔵した
医療用ポンプの模式図である。薬液等の入った輸液また
は輸液バッグがスタンド１７に吊るされており、バッグ
１３の底面より可撓性の輸液チューブ１４が出て、医療
用ポンプ１５に入り、上腕静脈に接続される。なお、こ
こでは、医療用ポンプ１５として、蠕動式（ペリスタル
ティック）輸液ポンプを示している。この医療用ポンプ
としては、シリンジポンプ、ローラポンプ、ダイアフラ
ム型ポンプ等の各種ポンプが目的に応じて適用できる。

【００４８】超音波気泡検出器１０は、輸液中の溶存酸
素が薬液容器の保存温度と大気の温度差により溶出しチ
ューブ内に析出するものと、薬液容器内の薬液残量が少
なくなり容器の気泡を混入して送液されるもの、また薬
液容器と送液チューブ間のリークにより気泡を外部より
混入するもの等があり、例えば、５ｍｍ以上の気泡を監
視し、その気泡に対しては警報を発すると共に装置の送
液機能を停止させる役割を持つ。

【００４９】送液チューブ８内に存在する気泡を除去し
た後は、リセットして、再び医療用ポンプ１５を駆動さ
せる。

【００５０】（実施例２）超音波気泡検出器１０の送信
側にＰＺＴ圧電素子１を図１のように加工し送信部と
し、一方、受信側にＰＴ圧電素子１を同様に加工して受
信部とした。

【００５１】圧電素子１は形状を実施例１と同一にし、
ＰＺＴは６ＫＶで７０度の液槽で２０分間分極し、ＰＴ
は周波数定数を測定し、周波数定数Ｎｔ＝２２４０Ｈｚ
／ｍより圧電素子の厚さｔを２．２４ｍｍと求め設計し
た。凹部（溝）の深さは実施例１の計算式よりａは１．
２４ｍｍ以上の深さが必要であり、ａはＰＺＴ同様１．
４ｍｍとして加工した。分極電圧は厚さ当たり４．５Ｋ
Ｖの分極電圧を印加するため１０ＫＶの電圧を、約１０
０℃の液槽中でほぼ３０分間分極処理し受信部とした。
これ以外は実施例１と同様の超音波気泡検出器１０を形
成し、実施例１と同様の回路で駆動し、実施例１と同様
に評価したところ図７の出力を得た。

【００５２】（実施例３）超音波気泡検出器１０の送信
側にＰＺＴ−ＰＮＮ（Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃）複
合ペロブスカイト圧電素子１を図１のように加工し、送
信部とした。受信側にＰＺＴ圧電素子１を同様に加工し
て受信部とした。

【００５３】圧電素子１は、形状を実施例１と同一に
し、ＰＺＴーＰＮＮは周波数定数を測定し、周波数Ｎｔ
＝１９５０Ｈｚ／ｍより圧電素子１の厚さｔを１．９５
ｍｍと求め設計した。凹部（溝）の深さは実施例１の計
算式よりａは０．９５ｍｍ以上の深さが必要でありａは
１．２ｍｍの深さまで加工した。分極電圧は厚さ当たり
ＰＺＴ同様６ＫＶで７０度の液槽で２０分間分極した。
送信側はＰＺＴを実施例１と同一にし、ＰＺＴは６ＫＶ
で約７０℃の液槽で２０分間分極した。これ以外は実施
例１と同様の超音波気泡検出器１０を形成し、実施例１
と同様の回路で駆動し、実施例１と同様に評価したとこ
ろ実施例１とほぼ同様の図７のような出力を得た。

【００５４】（実施例４）実施例１の圧電素子１の組合
せで、仕切板７にＡＢＳ樹脂を使い、接着剤１２に変成
シリコーンポリマーとエポキシ樹脂を主成分とする接着
剤（商品名：ボンドＭＯＳ７）を用いて圧電素子１のウ
ラ電極（電極面４）に均一に塗布し、接着してほぼ２４
時間室温放置し硬化接着した。これ以外は実施例１と同
様の超音波気泡検出器１０を形成し、実施例１と同様の
回路で駆動し、実施例１と同様に評価したところ実施例
１とほぼ同様の図７のような出力を得た。

【００５５】（実施例５）実施例２の圧電素子１の組合
わせで、仕切板７にノリル樹脂を使い、接着剤１２にア
クリル樹脂系を主成分とする接触硬化型接着剤（商品
名：ＳＧＡ−６０）を用いて圧電素子ウラ電極に均一に
塗布し、接着してほぼ２４時間室温放置し硬化接着し
た。これ以外は実施例１と同様の超音波気泡検出器１０
を形成し、実施例１と同様の回路で駆動し、サンプル数
２０セットで実施例１と同様に評価した性能を調べたと
ころ実施例１とほぼ同様の図７のような出力を得た。

【００５６】また、２０セットの超音波気泡検出器１０
を作り性能のばらつきを調べたところ気泡長５ｍｍのも
のを検出する出力電圧は０．５Ｖ±０．１Ｖであった。

【００５７】実施例として、輸液ポンプの例を示した
が、上述の実施例に限定されるものでなく、シリンジポ
ンプ、体外血液循環回路等の医療用装置にも適用するこ
とができる。

【００５８】なお、図８に実施例で用いたＰＺＴとＰＴ
の圧電特性を示した。

【００５９】なく、シリンジポンプ、体外血液循環回路
等を含む医療用装置にも適用することができる。

【００６０】（実施例６）図９は、本発明の他の実施例
を示すで、その斜視図（図９（ａ））、その断面図（図
９（ｂ））である。

【００６１】図９において、実施例１と同一の構成につ
いては、同一の参照番号を付している。

【００６２】図９において、気泡検出用超音波センサ素
子１００は、圧電素子１を挟んで対向する表面３，裏面
４の２つの電極面からなり、一方の電極面（裏面）４
は、セラミック圧電素子１の側面のほぼ全体にまで延設
された電極面５を有している。セラミック圧電素子１
は、厚み方向に分極され、セラミック圧電素子１の裏電
極面４に、一液型ＲＴＶ系接着剤（主成分：シリコーン
ゴム）、１液または２液型のエポキシ樹脂系接着剤（主
成分：エポキシ樹脂ポリアミドアミン、変成シリコンポ
リマー）、接触硬化型アクリル系接着剤（変性アクリル
アミン系化合物）等から選ばれる接着剤１２を介して仕
切板７に加圧接着して、その圧電素子の、仕切板７に接
着されない電極面（表面）３の一端３ａと圧電素子１の
側面のほぼ全体にまで延設された電極面５との間の電極
面が設けられていない部分（電極未印刷部）３ｂに、幅
ｗ、深さａの凹部（溝）２を設ける構造を有するもので
ある。この凹部２の長さは、セラミック圧電素子１の長
さＬと実質的に同一に形成されている。

【００６３】この凹部２は、圧電素子１を分極させる際
に、圧電素子１が横方向に分極されるのを実質的に阻止
または防止し、圧電素子１が厚さ方向に分極されるよう
にするためのものである。

【００６４】この凹部２に、一液型ＲＴＶ系接着剤（主
成分：シリコーンゴム）、１液または２液型のエポキシ
樹脂系接着剤（主成分：エポキシ樹脂ポリアミドアミ
ン、変成シリコンポリマー）、接触硬化型アクリル系接
着剤（変性アクリルアミン系化合物）等から選ばれる充
填剤２ａをスキージにより練り込み、室温で約２０時間
放置することにより硬化させ、電気絶縁性（耐電圧性）
を改善している。

【００６５】電気絶縁性（耐電圧性）材料としては、体
積抵抗率１×１０¹²〜１×１０¹⁶Ω・ｃｍ程度のものが
使用される。

【００６６】圧電素子１としては、セラミック系のＰＺ
Ｔ（ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃）、またはＰＺＴを主成
分とし、ＰｂをＢａ，Ｓｒ，Ｃａで置換したもの、また
は、ＰＺＴに第３成分を添加した、Ｐｂ（Ｓｂ_1/2Ｎｂ
_1/2）Ｏ３，Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，Ｐｂ（Ｃｏ
_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃等の複合
ペロブスカイト形化合物、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ₃ に微量添
加物を入れたもの）が用いられる。また、高分子系のポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）樹脂等を用いることもで
きる。

【００６７】仕切板７としては硬質ポリ塩化ビニル樹
脂、ＡＢＳ樹脂、スチロール樹脂、アリル樹脂等の比較
的剛性の高い合成樹脂等が用いられる。

【００６８】仕切板７の間隔は、図１１に示すように仕
切板７間に送液チューブ８の幅（チューブ外径）よりも
実質的に狭い仕切板７と同じ材質からなるスペーサ（不
図示）が挿入されており、仕切板７の間隔を一定に保持
している。仕切板７の距離は挿入されるチューブの変形
により、仕切板７に接触するチューブの幅と圧電素子１
のオモテ電極幅が略同一になる寸法に形成されており、
例えば、外径４ｍｍ，内径３ｍｍの軟質塩化ビニル樹脂
製の送液チューブ８では略間隔を２．３ｍｍに設計され
る。

【００６９】圧電素子１は、振動周波数を１ＭＨｚの周
波数で設計したが、送・受信用圧電素子１ａ，１ｂに誘
電率２，０００のＰＺＴを使用した。圧電素子１の厚さ
は、圧電素子１の周波数定数を測定し、厚さ１ｍ当たり
の振動周波数を求め（Ｎｔ＝２０００Ｈｚ／ｍ）、振動
周波数１ＭＨｚの圧電素子厚さを計算した。この結果、
圧電素子の厚さを２ｍｍとした。また、寸法は、送液チ
ューブの変形後の密着幅と略同一に設計しており、圧電
素子１の幅を３．３ｍｍとした。

【００７０】圧電素子１の長さは、送液チューブ変形後
の気泡長を求めこれと実質的に同一の長さを計測し圧電
素子１の長さを７ｍｍとした。また、圧電素子１の凹状
の溝２は電極面が設けられていない領域の幅ｂと、溝２
の深さａと、圧電素子１の厚さｔの関係式（ａ＋ｂ＞
ｔ）から、ａは１ｍｍ以上の深さが必要であり、ａは
１．４ｍｍとした。（ここで、ａは溝の深さ、ｂは圧電
素子の側面まで延設された一方の電極と、他方の電極と
の距離である。また、ｔは、これらの電極の厚さであ
る）。この圧電素子１は、分極電圧は６ＫＶを約７０℃
の液槽中で約２０分間印加し、分極操作を行った。

【００７１】圧電素子１の仕切板７への接着は、接着剤
１２として一液性ＲＴＶ接着剤（ＫＥ４５−Ｗ：信越シ
リコーン（株）を用い、電極面４のほぼ全面に薄くヘラ
で、気泡等が実質的に存在しないように一様に塗布し、
仕切板７背面のチューブ装着位置とほぼ同一の部分に凹
部２がチューブ８の上位位置になるようにして接着し
た。接着は、固定治具で圧力をほぼ均一に加圧（０．５
ｋｇｆ／ｍｍ²程度）してほぼ一昼夜放置して固定し
た。放置後固定治具より外し、ポンプに装着し超音波気
泡検出器とした。

【００７２】図１０は、仕切板７へ圧電素子１を接着剤
１２で固定した状態を示す断面図である。

【００７３】図１１は、図９に示す実施例６の圧電素子
を気泡検出器として使用するために組立て、可撓性の送
液チューブ８を挟んだ状態を上から見た図（図１１
（ａ））、図９に示す実施例６の圧電素子を気泡検出器
として使用するために組立て、可撓性の送液チューブ８
を挟んだ状態を正面から見た図（図１１（ｂ））であ
る。

【００７４】実施例６の超音波センサ素子１００と仕切
板７からなる超音波気泡検出器１０を備えた装置の送液
制御機構、警報監視回路、警報等の報知機構は、図５と
同様である。

【００７５】実施例１と同様の回路で駆動し、実施例１
と同様に評価したところ実施例１とほぼ同様の出力を得
た。

【００７６】（実施例７）超音波気泡検出器１０の送信
側にＰＺＴ圧電素子１を実施例６と同様に加工し送信部
とし、一方、受信側にＰＴ圧電素子１を同様に加工して
受信部とした。

【００７７】圧電素子１も構成は、実施例６と同様に
し、ＰＺＴは６ＫＶで７０度の液槽で２０分間分極し、
ＰＴは周波数定数を測定し、周波数定数Ｎｔ＝２２４０
Ｈｚ／ｍより圧電素子の厚さｔを２．２４ｍｍと求め設
計した。凹部（溝）の深さは実施例１の計算式よりａは
１．２４ｍｍ以上の深さが必要であり、ａはＰＺＴ同様
１．４ｍｍとして加工した。分極電圧は厚さ当たり４．
５ＫＶの分極電圧を印加するため１０ＫＶの電圧を、約
１００℃の液槽中でほぼ３０分間分極処理し受信部とし
た。これ以外は実施例１と同様の超音波気泡検出器１０
を形成し、実施例１と同様の回路で駆動し、実施例１と
同様に評価したところ実施例１とほぼ同様の出力を得
た。

【００７８】（実施例８）超音波気泡検出器１０の送信
側にＰＺＴ−ＰＮＮ（Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃）複
合ペロブスカイト圧電素子１を図１のように加工し、送
信部とした。受信側にＰＺＴ圧電素子１を実施例６と同
様に加工して受信部とした。

【００７９】圧電素子１は、形状を実施例１と同一に
し、ＰＺＴーＰＮＮは周波数定数を測定し、周波数Ｎｔ
＝１９５０Ｈｚ／ｍより圧電素子１の厚さｔを１．９５
ｍｍと求め設計した。凹部（溝）の深さは実施例１の計
算式よりａは０．９５ｍｍ以上の深さが必要でありａは
１．２ｍｍの深さまで加工した。分極電圧は厚さ当たり
ＰＺＴ同様６ＫＶで７０度の液槽で２０分間分極した。
送信側はＰＺＴを実施例１と同一にし、ＰＺＴは６ＫＶ
で約７０℃の液槽で２０分間分極した。これ以外は実施
例１と同様の超音波気泡検出器１０を形成し、実施例１
と同様の回路で駆動し、実施例１と同様に評価したとこ
ろ実施例１とほぼ同様の出力を得た。

【００８０】（実施例９）実施例６の圧電素子１の組合
せで、仕切板７にＡＢＳ樹脂を使い、接着剤１２に変成
シリコーンポリマーとエポキシ樹脂を主成分とする接着
剤（商品名：ボンドＭＯＳ７）を用いて圧電素子１のウ
ラ電極（電極面４）に均一に塗布し、接着してほぼ２４
時間室温放置し硬化接着した。これ以外は実施例１と同
様の超音波気泡検出器１０を形成し、実施例１と同様の
回路で駆動し、実施例１と同様に評価したところ実施例
１とほぼ同様の出力を得た。

【００８１】（実施例１０）実施例７の圧電素子１の組
合わせで、仕切板７にノリル樹脂を使い、接着剤１２に
アクリル樹脂系を主成分とする接触硬化型接着剤（商品
名：ＳＧＡ−６０）を用いて圧電素子ウラ電極に均一に
塗布し、接着してほぼ２４時間室温放置し硬化接着し
た。これ以外は実施例１と同様の超音波気泡検出器１０
を形成し、実施例１と同様の回路で駆動し、サンプル数
２０セットで実施例１と同様に評価した性能を調べたと
ころ実施例１とほぼ同様の出力を得た。

【００８２】また、２０セットの超音波気泡検出器１０
を作り性能のばらつきを調べたところ気泡長５ｍｍのも
のを検出する出力電圧は０．５Ｖ±０．１Ｖであった。

【００８３】（実施例１１）図１２は、本発明の他の実
施例を示すで、その斜視図（図１２（ａ））、その断面
図（図１２（ｂ））である。

【００８４】図１２において、実施例１と同一の構成に
ついては、同一の参照番号を付している。

【００８５】図１２において、気泡検出用超音波センサ
素子１００は、圧電素子１を挟んで対向する表面３，裏
面４の２つの電極面からなり、一方の電極面（裏面）４
は、セラミック圧電素子１の側面のほぼ全体にまで延設
された電極面５を有している。セラミック圧電素子１
は、厚み方向に分極され、セラミック圧電素子１の裏電
極面４に、一液型ＲＴＶ系接着剤（主成分：シリコーン
ゴム）、１液または２液型のエポキシ樹脂系接着剤（主
成分：エポキシ樹脂ポリアミドアミン、変成シリコンポ
リマー）、接触硬化型アクリル系接着剤（変性アクリル
アミン系化合物）等から選ばれる接着剤１２を介して仕
切板７に加圧接着して、その圧電素子の、仕切板７に接
着されない電極面（表面）３の両端３ａ，３ａに、か
つ、圧電素子の端部から所定距離ｂ離間して、実質的に
平行に幅ｗ、深さａ、長さが圧電素子１の長さＬと実質
的に同一の凹部（溝）２，２を設ける構造を有するもの
である。

【００８６】この２つの凹部２，２は、圧電素子１を分
極させる際に、圧電素子１が横方向に分極されるのを実
質的に阻止または防止し、圧電素子１が厚さ方向に分極
されるようにするためのものである。

【００８７】この凹部２に、一液型ＲＴＶ系接着剤（主
成分：シリコーンゴム）、１液または２液型のエポキシ
樹脂系接着剤（主成分：エポキシ樹脂ポリアミドアミ
ン、変成シリコンポリマー）、接触硬化型アクリル系接
着剤（変性アクリルアミン系化合物）等から選ばれる充
填剤２ａをスキージにより練り込み、室温で約２０時間
放置することにより硬化させ、電気絶縁性を改善しても
よい。

【００８８】圧電素子１としては、セラミック系のＰＺ
Ｔ（ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃）、またはＰＺＴを主成
分とし、ＰｂをＢａ，Ｓｒ，Ｃａで置換したもの、また
は、ＰＺＴに第３成分を添加した、Ｐｂ（Ｓｂ_1/2Ｎｂ
_1/2）Ｏ３，Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，Ｐｂ（Ｃｏ
_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃等の複合
ペロブスカイト形化合物、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ₃ に微量添
加物を入れたもの）が用いられる。また、高分子系のポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＦ）樹脂等を用いることもで
きる。

【００８９】仕切板７としては硬質ポリ塩化ビニル樹
脂、ＡＢＳ樹脂、スチロール樹脂、アリル樹脂等の比較
的剛性の高い合成樹脂等が用いられる。

【００９０】仕切板７の間隔は、図１１に示すように仕
切板７間に送液チューブ８の幅（チューブ外径）よりも
実質的に狭い仕切板７と同じ材質からなるスペーサ（不
図示）が挿入されており、仕切板７の間隔を一定に保持
している。仕切板７の距離は挿入されるチューブの変形
により、仕切板７に接触するチューブの幅と圧電素子１
のオモテ電極幅が略同一になる寸法に形成されており、
例えば、外径４ｍｍ，内径３ｍｍの軟質塩化ビニル樹脂
製の送液チューブ８では略間隔を２．３ｍｍに設計され
る。

【００９１】圧電素子１は、振動周波数を１ＭＨｚの周
波数で設計したが、送・受信用圧電素子１ａ，１ｂに誘
電率２，０００のＰＺＴを使用した。圧電素子１の厚さ
は、圧電素子１の周波数定数を測定し、厚さ１ｍ当たり
の振動周波数を求め（Ｎｔ＝２０００Ｈｚ／ｍ）、振動
周波数１ＭＨｚの圧電素子厚さを計算した。この結果、
圧電素子の厚さを２ｍｍとした。また、寸法は、送液チ
ューブの変形後の密着幅と略同一に設計しており、圧電
素子１の幅を３．３ｍｍとした。

【００９２】圧電素子１の長さは、送液チューブ変形後
の気泡長を求めこれと実質的に同一の長さを計測し圧電
素子１の長さを７ｍｍとした。また、圧電素子１の凹状
の溝２は電極面が設けられていない領域の幅ｂと、溝２
の深さａと、圧電素子１の厚さｔの関係式（ａ＋ｂ＞
ｔ）から、ａは１ｍｍ以上の深さが必要であり、ａは
１．４ｍｍとした。（ここで、ａは溝の深さ、ｂは圧電
素子の側面まで延設された一方の電極と、他方の電極と
の距離である。また、ｔは、これらの電極の厚さであ
る）。この圧電素子１は、分極電圧は６ＫＶを約７０℃
の液槽中で約２０分間印加し、分極操作を行った。

【００９３】圧電素子１の仕切板７への接着は、接着剤
１２として一液性ＲＴＶ接着剤（ＫＥ４５−Ｗ：信越シ
リコーン（株）を用い、電極面４のほぼ全面に薄くヘラ
で、気泡等が実質的に存在しないように一様に塗布し、
仕切板７背面のチューブ装着位置とほぼ同一の部分に凹
部２がチューブ８の上位位置になるようにして接着し
た。接着は、固定治具で圧力をほぼ均一に加圧（０．５
ｋｇｆ／ｍｍ²程度）してほぼ一昼夜放置して固定し
た。放置後固定治具より外し、ポンプに装着し超音波気
泡検出器とした。

【００９４】図１３は、仕切板７へ圧電素子１を接着剤
１２で固定した状態を示す断面図である。

【００９５】図１４は、図１２に示す実施例１１の圧電
素子１を気泡検出器として使用するために組立て、可撓
性の送液チューブ８を挟んだ状態を上から見た図（図１
４（ａ）、図１２に示す実施例６の圧電素子を気泡検出
器として使用するために組立て、可撓性の送液チューブ
８を挟んだ状態を正面から見た図（図１４（ｂ））であ
る。

【００９６】実施例１１の超音波センサ素子１００と仕
切板７からなる超音波気泡検出器１０を備えた装置の送
液制御機構、警報監視回路、警報等の報知機構は、図５
と同様である。

【００９７】実施例１と同様の回路で駆動し、実施例１
と同様に評価したところ実施例１とほぼ同様の出力を得
た。

【００９８】（実施例１２）超音波気泡検出器１０の送
信側にＰＺＴ圧電素子１を実施例６と同様に加工し送信
部とし、一方、受信側にＰＴ圧電素子１を同様に加工し
て受信部とした。

【００９９】圧電素子１も構成は、実施例６と同様に
し、ＰＺＴは６ＫＶで７０度の液槽で２０分間分極し、
ＰＴは周波数定数を測定し、周波数定数Ｎｔ＝２２４０
Ｈｚ／ｍより圧電素子の厚さｔを２．２４ｍｍと求め設
計した。凹部（溝）の深さは実施例１の計算式よりａは
１．２４ｍｍ以上の深さが必要であり、ａはＰＺＴ同様
１．４ｍｍとして加工した。分極電圧は厚さ当たり４．
５ＫＶの分極電圧を印加するため１０ＫＶの電圧を、約
１００℃の液槽中でほぼ３０分間分極処理し受信部とし
た。これ以外は実施例１と同様の超音波気泡検出器１０
を形成し、実施例１と同様の回路で駆動し、実施例１と
同様に評価したところ実施例１とほぼ同様の出力を得
た。

【０１００】（実施例１３）超音波気泡検出器１０の送
信側にＰＺＴ−ＰＮＮ（Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃）
複合ペロブスカイト圧電素子１を図１のように加工し、
送信部とした。受信側にＰＺＴ圧電素子１を実施例６と
同様に加工して受信部とした。

【０１０１】圧電素子１は、形状を実施例１と同一に
し、ＰＺＴーＰＮＮは周波数定数を測定し、周波数Ｎｔ
＝１９５０Ｈｚ／ｍより圧電素子１の厚さｔを１．９５
ｍｍと求め設計した。凹部（溝）の深さは実施例１の計
算式よりａは０．９５ｍｍ以上の深さが必要でありａは
１．２ｍｍの深さまで加工した。分極電圧は厚さ当たり
ＰＺＴ同様６ＫＶで７０度の液槽で２０分間分極した。
送信側はＰＺＴを実施例１と同一にし、ＰＺＴは６ＫＶ
で約７０℃の液槽で２０分間分極した。これ以外は実施
例１と同様の超音波気泡検出器１０を形成し、実施例１
と同様の回路で駆動し、実施例１と同様に評価したとこ
ろ実施例１とほぼ同様の出力を得た。

【０１０２】（実施例１４）実施例１１の圧電素子１の
組合せで、仕切板７にＡＢＳ樹脂を使い、接着剤１２に
変成シリコーンポリマーとエポキシ樹脂を主成分とする
接着剤（商品名：ボンドＭＯＳ７）を用いて圧電素子１
のウラ電極（電極面４）に均一に塗布し、接着してほぼ
２４時間室温放置し硬化接着した。これ以外は実施例１
と同様の超音波気泡検出器１０を形成し、実施例１と同
様の回路で駆動し、実施例１と同様に評価したところ実
施例１とほぼ同様の出力を得た。

【０１０３】（実施例１５）実施例１２の圧電素子１の
組合わせで、仕切板７にノリル樹脂を使い、接着剤１２
にアクリル樹脂系を主成分とする接触硬化型接着剤（商
品名：ＳＧＡ−６０）を用いて圧電素子ウラ電極に均一
に塗布し、接着してほぼ２４時間室温放置し硬化接着し
た。これ以外は実施例１と同様の超音波気泡検出器１０
を形成し、実施例１と同様の回路で駆動し、サンプル数
２０セットで実施例１と同様に評価した性能を調べたと
ころ実施例１とほぼ同様の出力を得た。

【０１０４】また、２０セットの超音波気泡検出器１０
を作り性能のばらつきを調べたところ気泡長５ｍｍのも
のを検出する出力電圧は０．５Ｖ±０．１Ｖであった。

【０１０５】実施例として、輸液ポンプの例を示した
が、上述の実施例に限定されるものでなく、シリンジポ
ンプ、人工肺を含む体外血液循環回路等の医療用装置に
も適用することができる。

【０１０６】なお、図１５は、人工肺を含む体外血液循
環回路を含む医療用装置の一例を示すもので、３０は体
外血液循環回路を制御する制御部を有する装置本体、３
１は人工肺、３５は血液を体外循環させる遠心ポンプ、
１０は超音波気泡検出器である。

【０１０７】超音波気泡検出器１０には、実施例１〜１
５に示した超音波センサ素子が適用でき、超音波気泡検
出器１０は、人工肺３１と遠心ポンプ３２との間に設け
られ、超音波気泡検出器１０により検出された出力信号
に基づいて、装置本体３０に設けられた制御部２４（図
５参照）により遠心ポンプ３２の駆動制御がなされる。

【０１０８】（比較例１）図１６に示すような、表面電
極（電極面３）の電極未印刷部分３ｂが実施例１と同じ
１ｍｍの溝部（凹部）を有しない構造の圧電素子１を使
い超音波気泡検出器を構成した。送信側にＰＺＴ圧電素
子を送信部とし、受信側にＰＴ圧電素子を受信部とし
た。

【０１０９】圧電素子は、溝部（凹部）を有しない構造
以外は形状を実施例１と同一にし、ＰＺＴは６ＫＶで約
７０℃の液槽で２０分間分極したところ圧電素子は側面
電極とオモテ面電極の間で縁面放電を起こし分極処理を
行うことができなかった。また、ＰＴは厚さｔを２．２
４ｍｍの圧電素子に１０ＫＶの電圧を、液槽温度１００
度の中で３０分間分極処理したところ同様に縁面放電を
起こし分極処理を行うことができなかった。

【０１１０】また、分極電圧を下げ、分極可能な限界を
調べたところ、ＰＺＴは２．５ＫＶでＰＴは３ＫＶであ
った。この圧電素子を使い気泡検出器を構成し、実施例
１と同一に構成して評価したところ気泡検出器の感度は
気泡長３．５ｍｍで出力電圧は０Ｖを示し、３．５ｍｍ
以上の気泡に対し応答を示さなかった。

【０１１１】（比較例２）図１７に示すような、表面電
極（電極面３）の電極未印刷部分３ｂが３ｍｍで溝部
（凹部）を有しない構造の圧電素子１を使い、超音波気
泡検出器を構成した。送信側にＰＺＴ圧電素子を送信セ
ンサとし、受信側にＰＴ圧電素子を受信センサとした。
圧電素子の幅寸法は表面電極幅に３ｍｍ加算した５．３
ｍｍの大きさでにした。

【０１１２】他の圧電素子１は、溝部（凹部）を有しな
い構造と電極未印刷部分３ｂを広げた以外は形状を実施
例１と同一にし、ＰＺＴは６ＫＶで７０度の液槽で２０
分間分極した。分極した圧電素子１は、試験サンプル２
０個のうち１５個が側面電極と表面電極の間で縁面放電
を起こし分極処理を行うことができなかった。

【０１１３】また、ＰＴは厚さｔを２．２４ｍｍの圧電
素子１に１０ＫＶの電圧を、約１００℃の液槽中で３０
分間分極処理したところ同様２０個のサンプルの中で１
８個が縁面放電を起こし分極処理を行うことができなか
った。

【０１１４】また、分極処理を行ったうちの、ＰＺＴの
良品は５個とＰＴ良品２個で２セットの気泡検出器を作
り、実施例１と同一に構成して評価したところ気泡検出
器の感度は気泡長４ｍｍで出力電圧は比較例１同様に０
Ｖを示し、４ｍｍ以上の気泡に対し応答を示さなかっ
た。

【０１１５】また、電極未印刷部分（電極が設けられて
いない部分または領域）の未分極部分による影響と思わ
れる検出電圧の再現性が悪くなり、同一の試料を繰り返
して測定しても再現性誤差が３０％以上もあり実用上問
題がある。

【０１１６】なお、図８は、本願発明の実施例１〜５の
圧電素子を分極処理した時の分極電圧に対する圧電性能
を表す電気機械結合定数（Ｋｔ）の関係で実験に基づい
て表したものである。

【０１１７】（発明の効果）本発明は、圧電素子と、圧
電素子上に対向して設けられた１対の電極とからなる超
音波センサ素子であって、一方の電極は、圧電素子の側
面まで延設され、他方の電極は、一方の電極が延設され
た側面の端部から所定距離離間して設けられ、側面と該
他方の電極の端部との間に分極阻止部が形成されたこと
を特徴とする超音波センサ素子であるので、圧電素子の
対向する電極面間の絶縁耐圧が改善され、大きい分極電
圧を印加できるようになり、圧電素子の厚み方向への分
極処理が可能となる。

【０１１８】大きい分極電圧を印加できる結果、圧電体
の電気性能は向上し、液中を一定電圧で、より大きいレ
ベルの信号を出し、受信部では高感度で信号を受信でき
るので超音波気泡検出器として用いる場合において、通
液状態と気泡が入り空液状態を検出する信号の感度比が
より一層向上する。この結果、超音波センサ素子の小型
が図られ、チューブ内に混入する気泡をより精密に、よ
り正確に監視できるようになる。

【０１１９】また、分極処理を行う過程で耐圧不足によ
る絶縁破壊不良が無くなり製品の歩留まりが向上し、更
に分極電圧／圧電素子性能比が安定な領域で分極処理が
可能になったので製品の電気特性の安定性が向上し再現
良く製品を製作できるようになる。

【０１２０】本発明は、圧電素子と、圧電素子上に対向
して設けられた１対の電極とからなり、一方の電極は、
該圧電素子の側面まで延設され、他方の電極は、一方の
電極が延設された側面の端部から所定距離離間して設け
られ、側面と該他方の電極の端部との間に分極阻止部が
形成されたことを特徴とする超音波センサ素子と、この
超音波素子により検出された信号に基づいて医療用ポン
プの駆動制御を行う制御手段とを備えてなる医療用ポン
プシステムであるので、超音波センサ素子の小型が図ら
れ、チューブ内に混入する気泡をより精密に、より正確
に監視でき、医療用ポンプの駆動制御をより正確に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の実施例１に係わる圧電素子の斜視
図である。

【図２】 図１の圧電素子の断面図である。

【図３】 図１の圧電素子を用いた超音波気泡検出器を
示す図である。

【図４】 図３の超音波気泡検出器をチューブに装着し
た状態を上から見た図及び超音波気泡検出器をチューブ
に装着した状態を横から見た図である。

【図５】 本願発明の実施例の圧電素子を使った気泡検
出器を構成するブロック図である。

【図６】 本願発明の実施例の圧電素子を使った超音波
気泡検出器を内蔵する輸液ポンプの実装図である。

【図７】 本願発明の実施例の圧電素子を使った超音波
気泡検出器のチューブ内の液体中に存在する気泡長に対
する受信部の出力−電圧特性図である。

【図８】 本願発明の実施例の圧電素子を分極処理した
時の分極電圧に対する圧電性能を表す電気機械結合定数
（Ｋｔ）の関係で実験に基づいて表したものである。

【図９】 本願発明の実施例６に係わる圧電素子の斜視
図及び断面図である。

【図１０】 図９の圧電素子を用いた超音波気泡検出器
を示す図である。

【図１１】 図９の超音波気泡検出器をチューブに装着
した状態を上から見た図及びチューブに装着した状態を
横から見た図である。

【図１２】 本願発明の実施例１１に係わる圧電素子の
斜視図及び断面図である。

【図１３】 図１２の圧電素子を用いた超音波気泡検出
器を示す図である。

【図１４】 図１２の超音波気泡検出器をチューブに装
着した状態を上から見た図及びチューブに装着した状態
を横から見た図である。

【図１５】 本願発明の実施例の圧電素子を適用した医
療用ポンプシステムを示す図である。

【図１６】 従来の構造の圧電素子の断面である。

【図１７】 従来の構造の圧電素子の断面である。

【符号の説明】 １…圧電体 ２…凹部 ３，４…電極 ３ａ…電極端部 ３ｂ…電極未印刷部 ５…側面電極 ６…圧電素子 ７…仕切板 ８…送液チューブ ９…薬液 ９ａ…気泡 １０…超音波気泡検出器 １１…リード線 １２…接着剤 １３…薬液バッグ １４…送液チューブ １５…医療用ポンプ １７…送信用圧電素子 １８…受信用圧電素子 １９…送液停止シャッター ２４…制御回路 ３０…装置本体 ３１…人工肺 ３５…遠心ポンプ １００…超音波センサ素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 29/24

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と、該圧電素子上に対向して設
   けられた１対の電極とからなる超音波センサ素子であっ
   て、 一方の電極は、該圧電素子の側面まで延設され、他方の
   電極は、該一方の電極が延設された側面の端部から所定
   距離離間して設けられ、 該側面と該他方の電極の端部との間に分極阻止部が形成
   されたことを特徴とする超音波センサ素子。
2. 【請求項２】 該分極阻止部は、少なくとも１つの凹部
   により形成されてなるものであることを特徴とする請求
   項１記載の超音波センサ素子。
3. 【請求項３】 該分極阻止部は、ほぼ平行して形成され
   た２つの凹部により形成されてなるものであることを特
   徴とする請求項１記載の超音波センサ素子。
4. 【請求項４】 該凹部は、電気絶縁性材料で充填されて
   なることを特徴とするにより形成されてなるものである
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の超音波セン
   サ素子。
5. 【請求項５】 該超音波センサ素子が、チューブ内の気
   泡を検出するための気泡検出用である超音波センサ素
   子。
6. 【請求項６】 圧電素子と、該圧電素子上に対向して設
   けられた１対の電極とからなり、一方の電極は、該圧電
   素子の側面まで延設され、他方の電極は、該一方の電極
   が延設された側面の端部から所定距離離間して設けら
   れ、該側面と該他方の電極の端部との間に分極阻止部が
   形成された超音波センサ素子と、 該超音波センサ素子により検出された信号に基づいて医
   療用ポンプの駆動制御を行う制御手段とを備えてなるこ
   とを特徴とする医療用ポンプシステム。
7. 【請求項７】 該超音波センサ素子が、チューブ内の気
   泡を検出するための気泡検出用である請求項６記載の医
   療用ポンプシステム。
8. 【請求項８】 該分極阻止部は、少なくとも１つの凹部
   により形成されてなるものであることを特徴とする請求
   項６記載の医療用ポンプシステム。
9. 【請求項９】 該分極阻止部は、ほぼ平行して形成され
   た２つの凹部により形成されてなるものであることを特
   徴とする請求項６記載の医療用ポンプシステム。
10. 【請求項１０】 該凹部は、電気絶縁性材料で充填され
    てなることを特徴とするにより形成されてなるものであ
    ることを特徴とする請求項８または９に記載の医療用ポ
    ンプシステム。
11. 【請求項１１】 該医療用ポンプが、蠕動式ポンプ，ロ
    ーラポンプ，シリンジポンプ，遠心ポンプ，ダイアフラ
    ム型ポンプのいずれかから選択されたものであることを
    特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の医療
    用ポンプシステム。
12. 【請求項１２】 該医療用ポンプシステムが、人工肺を
    含む体外循環血液回路であることを特徴とする請求項６
    ないし１１のいずれかに記載の医療用ポンプシステム。