WO2005030055A1

WO2005030055A1 - 超音波探触子

Info

Publication number: WO2005030055A1
Application number: PCT/JP2004/014770
Authority: WO
Inventors: Koetsu Saito; Junichi Takeda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2005-04-07
Also published as: EP1671588A4; CN100563577C; US7755255B2; EP1671588B1; EP1671588A1; CN1859871A; JP4624659B2; US20070276248A1; JP2005103078A

Abstract

　放熱効果を高めることができ、ひいては超音波診断装置の送信電圧も高めて診断深さをより深くする技術が開示され、この技術によれば、超音波探触子は、Ｘ方向に長く、Ｙ方向に複数配列され、Ｚ方向（診断深さ方向）に超音波を送受信する圧電素子１と、個々の圧電素子の前面、背面にそれぞれ設けられた複数の接地電極２、信号用電極３と、個々の信号用電極からそれぞれ信号を取り出す複数の信号用電気端子４と、圧電素子を信号用電極を介して機械的に保持し、かつ必要に応じて不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材５と、背面負荷材内に埋め込まれて圧電素子から発生した熱を積極的に伝達するシート状の複数の熱伝導材６と、背面負荷材の背面側で熱伝導材に連結されて熱伝導材で伝達した熱を放熱する放熱ブロック７とを有する。

Description

明細書超音波探触子技術分野

本発明は、超音波診断装置などに用いる超音波探触子に関する。背景技術

従来の超音波探触子としては、図 8に示すように、超音波を送受信するための複数個の圧電素子 2 1が図面と直交方向に配列され、個々の圧電素子 2 1の前面、背面には、それぞれ接地電極 2、信号用電極 2 2が設けられている（例えば下記の特許文献 1参照）。接地電極 2の前面には、被検体（生体）に超音波を効率よく送受信するための音響整合層 2 4が設けられている。音響整合層 2 4とは反対側の圧電素子 2 1の背面には、圧電素子 2 1から送信した不要な超音波を減衰させ、かつ圧電素子 2 1 を信号用電極 2 2を介して機械的に保持する機能を有する背面負荷材 2 5が設けられている。接地電極 2は接地用電気端子 2 3に連結され、接地用電気端子 2 3は熱伝導材 2 6を経由して伝熱線 2 7に接続された構成となっている。

この超音波探触子は、超音波診断装置などの本体から不図示の信号用電気端子、接地用電気端子 2 3を介してそれぞれ信号用電極 2 2、接地電極 2に電気信号を印加することにより、圧電素子 2 1が機械振動して超音波を送信し、生体のような被検体から反射してきた超音波を圧電素子 2 1で受信する。生体を被検体とする超音波診断装置用超音波探触子は、生体内に直接接触して生体に超音波を送信し、生体内から反射してきた反射波を再び超音波探触子で受信して、その信号を本体で処理してモニター上に診断画像を表示して診断するものに用いられるセンサである。

このような超音波診断装置用超音波探触子は、生体に悪影響を与えないように、生体に接触する超音波探触子の表面温度を生体に影響が無いような温度にしなければならない。超音波探触子の表面温度は、生体に接触していない、つまり使用していない状態において、本体から送信信号を送り続けている状態で発熱し温度が上昇する。この主原因は、圧電素子 2 1の誘電損失によるものと、探触子内の圧電素子 2 1、音響整合層 2 4、音響レンズ間の多重反射によるものと想定されている。このように超音波探触子の表面温度は、本体の送信信号と比例関係にあり、送信信号を低く抑えて調整し温度上昇しないように制限しているのが実態である。一方、送信信号レベルと生体を診断する深さとは比例関係にあり、送信信号を低く抑えることは、診断深さも浅くなるという短所にもなる。したがって、送信信号を高く（診断深さを深く）、しかも超音波探触子の表面温度も低くできるようにすることは極めて重要なことである。

このように超音波診断装置に用いる超音波探触子は、生体に直接若しくは間接的に接触するものであるため、安全性を確保するために、探触子の表面温度は規制されており管理されなければならない。そのため、超音波診断装置本体から送信する電圧を調整して規制温度以下になるように低く設定して管理している。一方、超音波診断装置の診断領域、特に深さ方向を拡大したいという強い要求もある。前述の送信電圧と深さ方向の拡大は比例関係にあり、送信電圧を高くすれば診断深さも深くできるということであり、できるだけ送信電圧を高くすることが望ましい。このようなことから超音波探触子の表面温度を低減させる試みが、最近多く試みられている。図 8に示した構造はその 1つであり、圧電素子 2 1の接地電極 2から取り出している接地用電気端子 2 3で熱を放熱する構成となっている。

特許文献 1 ：特開平 5— 2 4 4 6 9 0号公報（図 1 )

しかしながら、上記従来の超音波探触子の構成における放熱は、圧電素子 2 1の接地用電気端子 2 3の一部からの放熱であり、必ずしも十分と言えるものではないという問題がある。発明の開示

本発明は上記従来例の問題点に鑑み、放熱効果を高めることができ、ひいては超音波診断装置の送信電圧も高めて診断深さをより深くすることができる超音波探触子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子と、 .

前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記背面負荷材の内部若しくは一部に設けられ、かつ、熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい熱伝導材料とを有する構成とした。

この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部若しくは一部に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。また、本発明の超音波探触子は、一方向に配列された超音波を送受信する複数の圧電素子と、

前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記背面負荷材の内部に深さ方向及び前記圧電素子の配列方向に沿つて平行に設けられた、熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい 1つ又は複数のシート状の熱伝導材料とを有する構成とした。この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがつて、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。

さらに本発明の超音波探触子は、前記熱伝導材料の前記圧電素子側の端部が前記圧電素子の前記背面負荷材側の面に対して傾斜している形状である構成とした。

この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部に設けられた熱伝導率が背面負荷材ょり大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがつて、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。

さらに本発明の超音波探触子は、前記熱伝導材料の前記圧電素子側の端部の傾斜面が前記圧電素子の背面に垂直な方向に対してなす角度は 4 0度以下であるか、又は 9 0度から超音波の臨界角度を差し引いた角度である構成とした。

さらに本発明の超音波探触子は、前記熱伝導材料に接続され、熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい放熱ブロックを更に設けた構成とした。

この構成により、圧電素子が発した熱を、熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱ブロックを介して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。

さらに本発明の超音波探触子は、前記放熱ブロックが前記背面負荷材の背面に設けられ、前記熱伝導材料が更に前記放熱ブロックと前記背面負荷材の間に設けられている構成とした。

この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の内部若しくは一部と背面に設けられた熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱ブロックを介して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。

さらに本発明の超音波探触子は、一方向に分割溝により分割されて超音波を送受信する複数の圧電素子と、

前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記背面負荷材の背面に設けられ、前記背面負荷材の熱伝導率より大きいブロック状の熱伝導材料とを備え、

前記分割溝を前記熱伝導材料に到達しない深さで前記背面負荷材に形成した構成とした。

この構成により、圧電素子が発した熱を、背面負荷材の背面に設けられた熱伝導率が背面負荷材ょり大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがつて、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。

前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記分割溝を前記熱伝導材料に到達する深さで形成して前記分割溝により前記熱伝導材料の表面に形成された凹凸面上に前記背面負荷材を形成した構成とした。

さらに本発明の超音波探触子は、前記熱伝導材料として、高分子フィリレムをグラフアイ 1、化した高配行性の P G Sグラフアイ卜シート、ダラファイト、カーボンナノチューブ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、炭化珪素、酸化ベリリウム、銅及びアルミニウムのいずれかの材料を用いる構成とした。

この構成により、圧電素子が発した熱を、熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができる。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる超音波探触子を得ることができる。

本発明によれば、圧電素子が発した熱を、熱伝導率が背面負荷材より大きい材料により吸熱して放熱することができ、超音波探触子表面の温度を低減させることができるので、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態における超音波探触子の概略斜視図、

図 2は、本発明の第 1の実施の形態における超音波探触子の概略平面図、

図 3は、本発明の第 2の実施の形態における超音波探触子の概略断面図、

図 4は、図 3の A部を拡大した図、

図 5は、本発明の第 3の実施の形態における超音波探触子の概略断面図、

図 6は、本発明の第 4の実施の形態における超音波探触子の概略断面図、

図 7は、本発明の第 5の実施の形態における超音波探触子の概略断面図、

図 8は、従来の超音波探触子の概略断面図である。発明を実施するための最良の形態

<第 1の実施の形態 >

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。本発明の第 1の実施の形態の超音波探触子を図 1、図 2に示す。図 1は斜視図、図 2は図 1を上部から見た図を示している。

図 1、図 2において、第 1の実施の形態の超音波探触子は、 X方向に長く、 Y方向に複数配列され、 Z方向（診断深さ方向）に超音波を送受信する圧電素子 1と、個々の圧電素子 1の前面、背面にそれぞれ設けられた複数の接地電極 2、信号用電極 3と、個々の信号電極 3からそれぞれ信号を取り出す複数の信号用電気端子 4と、圧電素子 1を信号用電極 3を介して機械的に保持し、かつ必要に応じて不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材 5と、背面負荷材 5内に埋め込まれて圧電素子 1から発生した熱を積極的に伝達するシート状の複数（図 1、図 2では 3枚）の熱伝導材 6と、背面負荷材 5の背面側で熱伝導材 6に連結されて熱伝導材 6で伝達した熱を放熱する放熱ブロック 7とを有する構成である。放熱ブロック 7は熱伝導材 6と熱的に伝達できるように接触若しくは接着されている。圧電素子 1は P Z T系などの圧電セラミツク、単結晶などが用いられる。接地電極 2、信号用電極 3は金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀を焼き付けなどして圧電素子 1の前面、背面にそれぞれ形成される。

また、図示しないが圧電素子 1の前面側には必要に応じて、接地電極 2を介して超音波を効率良く送受信するために 1層以上の音響整合層を設け、更にこの音響整合層の前面には超音波ビームを収束させる音響レンズを設けた構成にしてもよい。

また、圧電素子 1から送信された超音波は、背面負荷材 5及び熱伝導材 6にも伝搬するが、背面負荷材 5及び熱伝導材 6に伝搬した超音波は不要なものであるので、本発明では、背面負荷材 5内で吸収若しくは散乱により減衰するようにして再び圧電素子 1に戻らないようにしている。また、背面負荷材 5の内部において深さ方向に伸びるように、かつ圧電素子 1の配列方向に沿って平行に設けた複数のシ一ト状の熱伝導材 6により、超音波が圧電素子 1に戻らないように背面負荷材 5に散乱させる構造にしている。

図 1、図 2では背面負荷材 5の内部に熱伝導材 6が 3枚入った構成にしている。この熱伝導材 6を背面負荷材 5の内部若しくは一部に設ける枚数は 1枚以上複数枚設けてもよいが、圧電素子 1からの超音波を熱伝導材 6が反射して悪影響のない程度の枚数にすることが必要となる。また、図 1、図 2では、熱伝導材 6は圧電素子 1の配列方向 Yと同じ方向に連続してつながるように、またそれに直交する方向 Xには分離している構成としている。これは個々の圧電素子 1から発熱する熱を均一に吸熱することが容易な構造にするためである。このほか、圧電素子 1 の配列方向 Yと直交する方向 Xにも熱伝導材 6を設けてもよいが、その場合には圧電素子 1の配列する数と同じか又は圧電素子 1を 1個飛び若しくは数個飛びの間隔で熱伝導材 6を設けるようにすることが必要である。更に他の方法として多数の針状の熱伝導材 6を背面負荷材 5の内部に 2次元に配列して設けた構成にしてもよい。

熱伝導材 6は、熱伝導率が少なくとも背面負荷材 5の値より大きい値のものが望ましい。通常、背面負荷材 5としてはフェライト粉を充填した合成ゴムや、エポキシ樹脂若しくはウレタンゴムなどの高分子にタンダステンやアルミナ若しくは減衰を大きくするために、ガラスや高分子の中空体を充填したものが用いられており、これらは減衰の大きい材料を得る目的で作られているものであり、熱伝導率は何ら考慮されていなレ^ したがって、熱伝導率は極めて小さい値の l WZmK前後であり、熱を伝導するには不向きな材料であるため、放熱するという効果は小さレ熱伝導材 6は少なくとも背面負荷材 5より大きい熱伝導率の材料を用いれば効果がある。さらに、より放熱の効果を向上させるには背面負荷材 5の熱伝導率の 1 0倍以上ある材料を用いるようにすればよい。熱伝導材 6の材料としては、高分子フィルムをグラフアイト化した高配行性の P G Sグラフアイトシート、グラフアイト、カーボンナノチューブ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、炭化珪素、酸化ベリリウム、銅及びアルミニウムなどのような熱伝導率の高い（6 0〜 6 0 0 W/m K) 材料を用いるのが望ましい。更に熱伝導材 6は、圧電素子 1の信号用電極 3と直接接触する構成の場合には、電気的に絶縁できる材料を用いるが、信号用電極 3と熱伝導材 6が電気的に絶縁できる構成、例えば信号用電極 3と熱伝導材 6の間にエポキシ樹脂のような絶縁性の接着剤を薄く設けるような構成、あるいはポリイミドフィルムのような絶縁層を設けることによって、熱伝導材 6は電気的な導電性あるいは絶縁性を有したどちらの材料を用いても実現できる。

また、熱伝導材 6で吸熱した熱を放熱ブロック 7に伝達して放熱するが、この放熱ブロック 7としては、熱伝導材 6と同じ材料を用いてもよレ^ また、熱伝導材 6と放熱ブロック 7がー体の構成でもよく、また接着して構成してもよい。

また、熱伝導材 6は放熱ブロック 7に対して、背面負荷材 5の背面から熱が伝達できる構成にしているが、熱伝導材 6を背面負荷材 5の側面に延伸して、この延伸した熱伝導材 6と放熱ブロック 7と接続してもよレ^この場合の放熱プロック 7は背面負荷材 5の背面である必要はなく、背面負荷材 5の側面あるいは離した場所に設けた構成にしても同様の効果が得られる。

以上のような構成にすると、圧電素子 1で発熱した熱及び超音波の多重反射により発熱した熱は、背面負荷材 5の内部若しくは一部に設けた熱伝導材 6で熱が伝達できるように接続した放熱プロック 7によって吸熱して放熱できるため、超音波探触子の表面温度を低減できるという効果を有する。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる。

なお、第 1の実施の形態では、圧電素子 1の配列方向 Yと同じ方向に背面負荷材 5の内部に熱伝導材 6を 3枚設けた構成の場合について説明したが、このほか熱伝導材 6が圧電素子 1の配列方向 Yと直交する方向 Xに設けた構成若しくは針状の熱伝導材 6を 1枚以上の複数個設けた構成にしても同様の効果が得られる。また、第 1の実施の形態では、圧電素子 1は複数個配列したいわゆるアレイ型にした場合について説明した力このほか圧電素子 1を単体若しくは 2次元に配列したアレイ型の場合においても同様の効果が得られる。

ぐ第 2の実施の形態 >

次に、本発明の第 2の実施の形態の超音波探触子を図 3、図 4に示す。なお図 4は図 3の A部を拡大した図を示す。図 3、図 4の構成は、第 1 の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第 2の実施の形態の特徴を説明する。第 2の実施の形態では、熱伝導材 6の圧電素子 1側の端部（先端部）が圧電素子 1の背面負荷材 5側の面に対して傾斜している形状であることを特徴とする。

このような構成では、圧電素子 1の表面、背面にそれぞれ設けた信号用電極 3と接地電極 2 (図 1参照）に印加した電圧により圧電素子 1が機械振動し、接地電極 2側と信号用電極 3側の両側に超音波が発生するので、発生した超音波は背面負荷材 5にも伝播して熱伝導材 6の部分にも伝播し、図 4に示す超音波 8のように熱伝導材 6の先端の傾斜面から反射し、さらに熱伝導材 6の先端の傾斜面から反射した超音波 8は、背面負荷材 5内を再び伝播していく。

このため、熱伝導材 6の先端の傾斜面の角度（圧電素子 1から発信した超音波 8が背面負荷材 5の深さ方向に伝播する方向（圧電素子 1の背面の垂直方向）に対する角度）を 4 5度付近の角度以上にすると、超音波 8は 4 5度付近の角度では隣接する熱伝導材 6の方向に伝播して再び反射し、超音波 8は圧電素子 1に戻る可能性があり、超音波画像の分解能の低下を招く。また、 4 5度以上の角度にすると、同じように圧電素子 1に超音波 8が戻る経路となる。これらの圧電素子 1に再び戻った超音波 8は不要な超音波であるので、超音波画像にはノイズとなり分解能を低下させることになり、場合によっては診断上誤診になる可能性がある。したがって、かかる必要な超音波が必ず圧電素子 1に戻らないようにしなければならない。

そこで、熱伝導材 6の先端の傾斜面の角度は、原理的には 4 5度以下であれば反射した超音波 8は圧電素子 1に戻らないということになるが、しかし超音波 8は拡散するという性質があるので、この拡散した場合には 4 5度以下の場合でも超音波 8が圧電素子 1に戻る場合がある。そこで、熱伝導材 6の先端の傾斜面の角度は、超音波 8の拡散を考慮して 4 0度以下にする。この角度にすることにより圧電素子 1に超音波 8が戻らない構成にしている。図 3、図 4では熱伝導材 6は傾斜を両側（± X 方向）に設けた構成で示している。

一方、超音波 8は背面負荷材 5に伝播して熱伝導材 6の先端の傾斜面に入射すると、一部の超音波は熱伝導材 6内に伝播し、他の超音波は反射して背面負荷材 5に伝播することになる。しかしこれは既に知られていることであるが、熱伝導材 6の先端の傾斜面の角度がある角度以上になると、背面負荷材 5を伝播してきた超音波 8は熱伝導材 6内に入って行かない、つまり熱伝導材 6の傾斜面から全反射するいわゆる臨界角が成立する。熱伝導材 6は背面負荷材 5とは違って超音波の減衰係数があまり大きくないため、熱伝導材 6内に伝播した超音波は再び圧電素子 1 に戻る可能性が残っている。したがって、可能であれば熱伝導材 6の内部に超音波を伝播させないような構成にすることが望ましい。

例えば背面負荷材 5として一般的に知られているフェライト粉を充填したゴム材のいわゆるフェライトゴムを用い、また熱伝導材 6として一般的なグラフアイトを用いた場合について説明する。図 4において、超音波 8が圧電素子 1から発信して背面負荷材 5を伝播し熱伝導材 6の先端の傾斜面に入射したとき傾斜面の法線となす角度を s o とすると、超音波が傾斜面で全反射するときの角度を臨界角 0と呼び、臨界角 S は以下の式（1 ) で算出される。

臨界角 0

( C 1 / C 2 ) ( 1 )

C 1 ：背面負荷材 5 (フェライトゴム）の音速

C 2 ：熱伝導材 6 (グラフアイト）の音速

C 1ぐ C 2 (背面負荷材 5から熱伝導材 6への場合）

ここで、背面負荷材 5 (フェライトゴム）の音速 C 1は約 1 9 0 O mZ s、熱伝導材 6 (グラフアイト）の音速 C 2は約 3 2 0 O mZ sである。これらの音速 C l、 C 2から臨界角 0を計算すると 3 6 . 4度となる。この角度以上になると超音波 8のすベては熱伝導材 6の傾斜面から全反射して熱伝導材 6の内部には入らないということになる。ここで、図 4 でもわかるように、圧電素子 1から背面負荷材 5にほぼ垂直に伝播した超音波 8と熱伝導材 6の傾斜面の角度は、 9 0度一臨界角 0となっているので、熱伝導材 6の先端の傾斜面の角度は（9 0度一臨界角 0 ) 以下ということになる構成にすればよい。例として用いた背面負荷材 5と熱伝導材 6の材料以外の組み合わせでも、第 1の実施の形態で説明した材料を用いれば、背面負荷材 5の音速より熱伝導材 6の音速が速いので上式（1 ) が成立する。

以上のような構成にすると、圧電素子 1で発熱した熱及び多重反射により発熱した熱は、背面負荷材 5の内部若しくは一部に設けた熱伝導材 6で熱が伝達できるようになり、しかも背面負荷材 5内の超音波 8が熱伝導材 6から反射しても再び圧電素子 1に戻らないようにしているため、分解能の劣化を防止することができ、更に超音波探触子の表面温度を低減できるという効果を有する。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さはより深くすることができる。なお、第 2の実施の形態では、熱伝導材 6の先端の傾斜面は両側（土 X方向）に設けた構成について説明したが、このほか、熱伝導材 6の傾斜は片側だけに設けても、若しくは円錐形状の構成にしても同様の効果が得られる。

<第 3の実施の形態 >

次に、本発明の第 3の実施の形態の超音波採触子を図 5に示す。図 5 の構成は、第 1の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第 3の実施の形態の特徴を説明する。第 3の実施の形態では、熱伝導材 1 6がさらに放熱ブロック 1 7と背面負荷材 1 5の間設けられている。

熱伝導材 1 6としては背面負荷材 1 5の熱伝導率より大きい材料を用い、熱伝導材 1 6で吸熱した熱を放熱ブロック 1 7で放熱するが、熱伝導材 6と放熱ブロック 1 7がー体で構成できる場合は問題ないが、材料によっては必ずしも一体にできない場合がある。例えば、熱伝導材 1 6 として極めて熱伝導率（6 0 0〜8 0 O WZm k ) が高い高分子フィルムをグラフアイト化した高配行性の P G Sグラフアイトシ一卜を用いた場合には、同じ材料で放熱ブロック 1 7は構成することができない。熱伝導材 1 6は、放熱ブロック 1 7と接触面積が小さくなるので熱伝導材 1 6から放熱ブロック 1 7に熱を伝える効率をもっと高めることにより、より放熱効果を上げるために、熱伝導材 1 6を背面負荷材 1 5の背面まで設ける構成にする。

このような構成は、熱伝導材 1 6の材料として前記のような高分子フイルムをグラフアイ卜化した高配行性 P G Sグラフアイ卜のシート状のものを用いれば容易に構成することができ、更に熱伝導材 1 6とは違う材料を用いて放熱ブロック 1 7を設ける。このような構成にすることにより熱伝導材 1 6と放熱ブロック 1 7の接触面積を大きくすることができるため、効果的な放熱を行うことができる。

また、圧電素子 1 1の両面に設けた信号用電極 1 3と接地電極 1 2に印加した電圧により圧電素子 1 1が機械振動し、両側 (接地電極 1 2側と信号用電極 1 3側）に超音波が発生するが、この発生した超音波 8は背面負荷材 1 5の内部で減衰し圧電素子 1 1には戻らないような構成にしている。また、背面負荷材 1 5の内部若しくは一部に熱伝導材 1 6を設けており、圧電素子 1 1から発熱した熱を吸熱して放熱する。

なお、第 3の実施の形態では、熱伝導材 1 6はシート状のものを設けた構成について説明したが、このほか、熱伝導材 1 6はブロックから加ェして図 5に示すような熱伝導材 1 6の形状にして設けても同様の効果が得られる。

ぐ第 4の実施の形態 >

次に、本発明の第 4の実施の形態の超音波探触子を図 6に示す。図 6 の構成は、図 1に示す圧電素子 1を X方向から見た断面図を示したものと同様である。第 1の実施の形態で説明した構成及び動作と同じであるのでここでは割愛し、第 4の実施の形態の特徴を説明する。

図 6では、両面に信号用電極 3と接地電極 2とを設けた圧電素子 1に対して信号用電極 3側に背面負荷材 5を設け、背面負荷材 5の背面にブロック状の熱伝導材 6を設け、圧電素子 1は機械加工などにより分割溝 9を設けて複数個に分割して配列する。これは一般にいわれているァレィ型タイプである。圧電素子 1を機械加工などにより分割するときは背面負荷材 5の一部の深さまで切り込みを入れるようにする。これは分割した圧電素子 1を個々に単独で振動させたときに背面負荷材 5を通して隣接する圧電素子 1に振動が伝わらないように、つまり、音響的なクロスト一クを低減させるために必要である。

一方、背面負荷材 5の背面に設けたブロック状の熱伝導材 6は、圧電素子 1の配列方向に連続してつながつている構成にしており、これは可能な限り熱を吸熱して放熱しやすいようにしているためである。このように熱伝導材 6をブロック構成にしたときに背面負荷材 5への分割溝 9 の深さの部分に熱伝導材 6が存在すると、前述のように隣接する別の圧電素子 1に背面負荷材 5と熱伝導材 6を経由して振動が伝播してしまい音響的なクロストークが大きくなる。特に熱伝導材 6は音響的には伝播しゃすく、減衰の小さい材料が用いられているので、圧電素子 1の分割溝 9にかからない深さに設ける構成にすることにより音響的なクロストークを防止することができる。ここで説明した背面負荷材 5と熱伝導材 6は、第 1の実施の形態で説明したものと同じ材料を用いる。

以上のような構成にすると、複数個配列した圧電素子 1で発熱した熱及び多重反射により発熱した熱は、背面負荷材 5の内部若しくは一部に設けた熱伝導材 6で伝導できるようになり、しかも熱伝導材 6による音響的なクロストークの影響を少なくする構成にすることにより分解能の劣化を防止することができ、更に超音波探触子の表面温度を低減できるという効果を有する。したがって、超音波診断装置の送信電圧も高めることができるため、診断深さをより深くすることができる。

<第 5の実施の形態 >

また、第 5の実施の形態として、図 7に示すように分割溝 9をブロック状の熱伝導材 6に到達する深さで形成して分割溝 9により熱伝導材 6 の表面に形成された凹凸面上に背面負荷材 5を形成した構成にしても上述のような効果は得られる。

ぐ第 6の実施の形態 >

なお、上述の実施の形態では、圧電素子 1を 1次元に配列した構成について説明したが、このほか、圧電素子 1を 2次元に配列した構成にしても同様の効果が得られる。産業上の利用可能性

本発明の超音波探触子は、超音波診断装置の他、超音波断層画像を得る他の装置に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 超音波を送受信する圧電素子と、

前記圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記背面負荷材の内部若しくは一部に設けられ、かつ、熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい熱伝導材料とを、

有する超音波探触子。

2 . 一方向に配列された超音波を送受信する複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記背面負荷材の内部に深さ方向及び前記圧電素子の配列方向に沿つて平行に設けられた、熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい 1つ又は複数のシート状の熱伝導材料とを、

有する超音波探触子。

3 . 前記熱伝導材料の前記圧電素子側の端部が前記圧電素子の前記背面負荷材側の面に対して傾斜している形状であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の超音波探触子。

4 . 前記熱伝導材料の前記圧電素子側の端部の傾斜面が前記圧電素子の背面に垂直な方向に対してなす角度は 4 0度以下であるか、又は 9 0度から超音波の臨界角度を差し引いた角度である請求項 3に記載の超音波探触子。

5 . 前記熱伝導材料に接続され、熱伝導率が前記背面負荷材の熱伝導率より大きい放熱ブロックを更に設けた請求項 1に記載の超音波探触子。

6 . 前記放熱ブロックが前記背面負荷材の背面に設けられ、前記熱伝導材料が更に前記放熱ブロックと前記背面負荷材の間に設けられている請求項 5に記載の超音波探触子。

7 . 一方向に分割溝により分割されて超音波を送受信する複数の圧電素子と、

前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記分割溝を前記熱伝導材料に到達しない深さで前記背面負荷材に形成した超音波探触子。

8 . 一方向に分割溝により分割されて超音波を送受信する複数の圧電素子と、

前記複数の圧電素子の背面に設けられた背面負荷材と、

前記分割溝を前記熱伝導材料に到達する深さで形成して前記分割溝により前記熱伝導材料の表面に形成された凹凸面上に前記背面負荷材を形成した超音波探触子。

9 . 前記熱伝導材料として、高分子フィルムをグラフアイト化した高配行性の P G Sグラフアイトシート、グラフアイト、カーボンナノチューブ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、炭化珪素、酸化べリリゥム、銅及びアルミニウムのいずれかの材料を用いた請求項 1、 7 8のいずれか 1つに記載の超音波探触子。