WO2014076973A1 - 超音波探触子 - Google Patents

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WO2014076973A1
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case
ultrasonic probe
signal processing
processing circuit
electric signal
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PCT/JP2013/006774
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藤井　清
右田　学
杉ノ内　剛彦
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
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    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements

Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic probe that can be used by being connected to an ultrasonic diagnostic apparatus main body.
  • Ultrasound diagnostic apparatuses that transmit ultrasonic waves to a subject and receive reflected ultrasonic waves to obtain a tomographic image of the subject are mainly used in medical settings.
  • the ultrasonic probe is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via a connector and a cable, and converts an electrical signal from the ultrasonic diagnostic apparatus main body into ultrasonic waves.
  • the ultrasonic probe transmits an ultrasonic signal to the subject in contact with the subject, receives the ultrasonic signal reflected from the subject, and converts it into an electrical signal.
  • the element portion of the ultrasonic probe is composed of a piezoelectric element and, for example, an acoustic matching layer, an acoustic lens, a backing material, and the like, and converts an electric signal and an ultrasonic signal.
  • the element part of the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus main body are connected via a cable or a connector.
  • the element unit is required to exchange much more signals than before. In order to exchange such a large number of signals between the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus main body via a cable, for example, several thousand cables are required.
  • a sub-beamformer circuit is arranged inside the ultrasonic probe, not in the ultrasonic diagnostic apparatus main body. This reduces the number of cables or connectors that send and receive signals.
  • an amplifier or a switch circuit is arranged at a location closer to the element portion of the ultrasonic probe for the purpose of improving the performance of the ultrasonic probe.
  • the contact part of the ultrasonic probe with the subject and the contact part of the operator are generated by the heat generated by the power applied to the element part of the ultrasonic probe and the circuit part arranged in the vicinity of the element part. Temperature tends to rise due to heat generation. Therefore, there is a restriction on the temperature of these contact portions from the viewpoint of safety.
  • the temperature of the element portion or the casing of the ultrasonic probe rises due to heat generated by the power consumption of the built-in circuit. Arise.
  • an ultrasonic probe disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
  • a circuit board 101 is accommodated in a case 100 as shown in FIG.
  • a heat transfer plate 102 made of a material having a high heat transfer coefficient is connected to the circuit board 101.
  • the heat transfer plate 102 and the shield case 103 are connected to a metal member 105 for electromagnetic shielding that covers the periphery of the cable 104 that transmits and receives signals.
  • the circuit board 101 is provided with a heat spreader (not shown) for transferring and dispersing heat and connected to the heat transfer plate 102. With such a configuration, heat generated in the circuit board 101 is radiated.
  • the element case 106 housed in the case 100 and the shield case 103 connected to the heat transfer plate 102 are connected to the electromagnetic shielding metal member 105 and the circuit board.
  • the gap between 101 and the shield case 103 is covered with hard urethane foam having high heat insulation. With such a configuration, the heat of the circuit board 101 is suppressed from being transferred to the element portion 106.
  • the element unit 106 is connected to the electromagnetic shielding metal member 105 or the electromagnetic shielding member in the vicinity of the cable 104 via the shielding case 103. Further, the circuit board 101 is connected to the electromagnetic shielding metal member 105 via the heat spreader and the heat transfer plate 102, so that the heat generated from the circuit unit 101 is dissipated. In such a configuration, air convection occurs in the space existing between the case 100 and the shield case 103 due to heat collected in the electromagnetic shield metal member 105 or the shield case 103 near the cable 104. In particular, when the element portion 106 is held in an upward state, the heat generated from the circuit portion 101 is transferred to the element portion 106, which raises a problem that the temperature of the element portion 106 increases.
  • the disclosed technique is an ultrasonic probe having an element unit that converts electrical signals and ultrasonic waves to each other and a circuit unit such as an electric signal processing circuit that is electrically connected to the element unit, It is an object of the present invention to provide an ultrasonic probe capable of suppressing heat generated in a circuit part from being transmitted to an element part.
  • the disclosed technology is an ultrasonic probe that can be connected to the ultrasonic diagnostic apparatus body, An element part for mutually converting an electric signal and an ultrasonic wave; An electrical signal processing circuit electrically connected to the element portion; A case for housing the element portion and the electric signal processing circuit; An element part substrate for electrically connecting the element part and the electric signal processing circuit; It is arranged so as to be in contact with the case, and includes a partition part that separates the element part and the electric signal processing circuit, A first material having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the substance forming the inner wall surface of the case is filled in the space on the element portion side separated by the partition portion in the case.
  • the electric signal processing circuit may be in contact with gas.
  • a circuit board on which the electric signal processing circuit is mounted A cable for electrically connecting the electrical signal processing circuit and the ultrasonic diagnostic apparatus main body to transmit a signal; And at least one arm connected to the cable and supporting the circuit board, The arm may have a higher thermal conductivity than the first material.
  • the arm is made of a conductive material
  • the circuit unit substrate may be configured to have a ground electrode of an electric signal processing circuit at a contact portion with the arm.
  • the cable may be configured to be connected to the arm via a cable clamp.
  • positioned so that a cable may be enclosed may be connected to the cable clamp.
  • the cable clamp and the arm may be formed integrally.
  • the arm is made of metal, A configuration in which an oxidation treatment or a thermal radiation coating is applied to the surface on the cable clamp side of the center in the longitudinal direction of the arm may be employed.
  • a heat sink is a structure provided with the 1st heat sink arrange
  • the case has at least a first part and a second part, A configuration in which the first component and the second component are joined may be employed.
  • first component and the second component may each cover the element portion to the electric signal processing circuit.
  • the structure currently formed integrally with the 1st component may be sufficient as a partition part.
  • a hole is formed in the part located between a partition part and an element part among cases, A configuration in which the opening on the element portion side of the hole is sealed with the first material in a state where the space on the element portion side in the case is filled with the first material may be employed.
  • the first component houses the element part
  • the second part houses the electrical signal processing circuit
  • the first component and the second component may be configured to be joined between the element portion and the electric signal processing circuit.
  • the structure currently formed on the plane of the joint surface of a 1st component and a 2nd component may be sufficient as a partition part.
  • the partition part is formed with a first hole through which the element part substrate passes and a second hole different from the first hole, A configuration in which the opening on the element portion side of the second hole is sealed with the first material in a state where the space on the element portion side in the case is filled with the first material may be employed.
  • interposed into the 1st component and the 2nd component may be sufficient in the joint surface of a 1st component and a 2nd component.
  • the structure which consists of at least 2 or more partition plates may be sufficient as a partition part.
  • a space between at least two partition plates is filled with the first material, and the space between the element portion and the partition plate is more thermally conductive than the first material.
  • the structure filled with the 2nd material with a high rate may be sufficient.
  • the first component may have a higher thermal conductivity than the partition portion.
  • the inner wall surface of the case may have a structure in which a graphite layer is formed.
  • the ultrasonic probe according to the disclosed technique can suppress heat generated in a circuit unit such as an electric signal processing circuit from being transmitted to the element unit.
  • FIG. 1 A cross-sectional view showing an example of the ultrasonic probe P in the first embodiment
  • Figure 3D diagram showing an example of disassembling each component of the ultrasound probe P in the first embodiment
  • FIG. 1 A cross-sectional view showing an example of the ultrasonic probe T in Modification 1 of the second embodiment, (b) as viewed from the AA ′ cross section of the ultrasonic probe T in FIG.
  • Cross section showing an example A cross-sectional view showing an example of an ultrasonic probe U in Modification 2 of the second embodiment, (b) as viewed from the AA ′ cross section of the ultrasonic probe U in FIG.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the first embodiment of the ultrasonic probe P of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe P in FIG. 1A and 1B show an example of an ultrasonic probe according to the disclosed technique.
  • the element part 1 is a part which converts an electrical signal and an ultrasonic signal.
  • the element unit 1 is connected to the element unit substrate 2 and is electrically connected to the electric signal processing circuit 3 through the element unit substrate 2.
  • the electric signal processing circuit 3 is electrically connected to a cable 4 and is electrically connected to an ultrasonic diagnostic apparatus main body (not shown) via the cable 4 and a connector (not shown). Thereby, one end of the ultrasonic probe P can be connected to an ultrasonic diagnostic apparatus main body (not shown) via the cable 4 or the like.
  • the cable 4 includes a signal line 5 and a cable shield 6 that covers the outer surface of the signal line 5.
  • the signal line 5 electrically connects the electrical signal processing circuit 3 and the ultrasonic diagnostic apparatus main body to each other.
  • a transmission signal from the ultrasonic diagnostic apparatus main body is transmitted to the element unit 1 via the electric signal processing circuit 3.
  • ultrasonic waves are transmitted from the element unit 1 to the subject.
  • the transmitted ultrasonic wave is reflected by the subject.
  • the element unit 1 converts the ultrasonic wave reflected from the subject into an electric signal.
  • the electric signal processing circuit 3 performs signal processing of the electric signal.
  • the electrical signal processed by the electrical signal processing circuit 3 is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus body via the cable 4.
  • the element unit 1 includes at least a piezoelectric element.
  • the element unit 1 further includes an acoustic matching layer, a backing material 7, an acoustic lens, and the like.
  • the element unit 1 of the ultrasonic probe P a part of the energy of the transmission signal from the ultrasonic diagnostic apparatus main body becomes heat, so that the temperature of the element unit 1 rises.
  • the electric signal processing circuit 3 is mounted on the circuit unit substrate 8.
  • the electrical signal processing circuit 3 includes a transmission drive circuit, a changeover switch, a reception signal amplification circuit, a circuit that delays and adds reception signals, and the like.
  • a circuit that performs signal processing of a transmission signal from the ultrasonic diagnostic apparatus body or a circuit that performs signal processing of a reception signal from the element unit 1 is integrated.
  • the electric signal processing circuit 3 generates heat in the process of transmitting and receiving signals in these circuits.
  • the case 9 houses the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3.
  • “Accommodating” includes a case where the element unit 1 as an object is partially accommodated as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the case 9 is divided into two upper and lower parts (a first part and a second part).
  • Each component of the case 9 is bonded with an adhesive or the like so as to cover both the element portion 1 and the electric signal processing circuit 3. That is, the components of the case 9 are joined so as to cover from the element unit 1 to the electric signal processing circuit 3.
  • components such as the element unit 1, the element unit substrate 2, and the electric signal processing circuit 3 are accommodated in the case 9.
  • the case 9 is preferably made of an insulating and high thermal conductivity material.
  • the case 9 is formed, for example, by mixing a filler such as silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride into a resin such as PBT resin, PPS resin, nylon resin, or phenol resin. These materials have a high thermal conductivity of 2 to 15 W / m ⁇ K and an insulating property. By using such a high thermal conductivity material as the material for the case 9, heat can be dispersed throughout the case 9. Thereby, it can suppress that only the specific part of case 9 becomes high temperature.
  • the case 9 may be formed with a layer of a material having high thermal conductivity on the inner surface.
  • a material having high thermal conductivity As a specific example, graphite may be applied to the inner surface of the case 9 as a highly heat conductive material.
  • a layer of a high thermal conductivity material may be formed on the electric signal processing circuit 3 side, and a high thermal conductivity material layer may not be formed on the element portion 1 side.
  • the partition portion 10 is integrally formed with one part of the case 9.
  • the partition portion 10 formed separately from the case 9 is not limited to this case, and is formed inside the case 9. It may be provided.
  • the outer surface of the case 9 is not separated by the partition part 10 and covers from the element part 1 to the electric signal processing circuit 3.
  • the partition part 10 is arrange
  • a through hole 11 is provided in the partition 10, and the element substrate 2 passes through the through hole 11.
  • substrate 2 is comprised by glass or an epoxy resin, for example. It is preferable that the size of the through hole 11 is generally such that the partition portion 10 and the element substrate 2 are in contact with each other. However, the size of the through hole 11 is not limited to this, and heat transfer by air convection through the through hole 11 can be ignored. There may be a gap.
  • the through hole 11 may be formed by providing the partition portion 10 in both of the components of the case 9 and providing a notch in the portion of the partition portion 10 through which the element portion substrate 2 passes.
  • the partition 10 may be formed integrally with the case 9 by the same material as the case 9.
  • the partition part 10 and the case 9 are joined without a gap. Thereby, convection of air can be prevented between the space on the element part 1 side in the case 9 and the space on the electric signal processing circuit 3 side.
  • the space on the element portion 1 side in the case 9 separated by the partition portion 10 is filled with hard urethane foam or the like as the heat insulating material 12 (first material 12) having low thermal conductivity.
  • the space on the element part 1 side separated by the partition part 10 is a space in the case 9 surrounded by the element part 1 and the partition part 10, and more specifically, the backing material 7 of the element part 1.
  • the heat insulating material 12 may be air as long as it has a thermal conductivity lower than that of at least the inner surface of the case 9, and may be air, but the heat insulating material 12 may be a solid material. More preferred.
  • thermo conductivity of the heat insulating material 12 on the element unit 1 side is lower than the thermal conductivity of the inner surface of the case 9, heat is generated between the space on the electric signal processing circuit 3 side in the case 9 and the element unit 1. Is difficult to communicate. Thereby, it is possible to suppress the heat generated from the electric signal processing circuit 3 from being transmitted to the element unit 1.
  • the heat insulating material 12 may not be filled in the entire space on the element part 1 side separated by the partition part 10, but is filled so as to be in close contact with both the partition part 10 and the element part 1. Is preferred.
  • a pre-molded heat insulating material 12 may be installed.
  • one part of the case 9 may be provided with a hole 13 communicating with the space between the element part 1 and the partition part 10, and the heat insulating material 12 may be injected from the hole 13. That is, after fitting the upper and lower parts of the case 9, the heat insulating material 12 is injected from the hole 13, and after the heat insulating material 12 is injected, the cover 13 is sealed so as to cover the hole 13.
  • the hole 13 is sealed with the lid 14 in a state where the space on the element portion 1 side in the case 9 is filled with the heat insulating material 12. That is, at least the opening on the element part 1 side of the hole 13 is sealed with the heat insulating material 12.
  • the lid 14 may be constituted by the heat insulating material 12.
  • FIG. 2 is a three-dimensional view of the components of the ultrasonic probe P according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows components and the like inside the ultrasonic probe P in a state where the one side (upper side) of the case 9 is separated in the first embodiment of the ultrasonic probe P.
  • each component is housed in the case 9, and after joining the case 9, as shown in FIG. 4, the element portion 1 and the partition portion 10 in the case 9.
  • a heat insulating material 12 is injected into a hole 13 provided at a position corresponding to the space between the two. The hole 13 is then sealed with a lid 14.
  • the space on the side of the electric signal processing circuit 3 in the case 9 separated by the partition part 10 is a space on the side of the electric signal processing circuit 3 surrounded by the partition part 10 and the case 9, and this space includes a gas such as air. Is filled. That is, gas is in contact with the electric signal processing circuit 3.
  • a cable clamp 15 that sandwiches the cable shield 6 that is a part of the cable 4 is disposed inside the case 9.
  • the cable clamp 15 is composed of at least two parts, upper and lower.
  • the cable clamp 15 sandwiches the cable shield 6 so that the fastening surfaces 16 of the two parts of the cable clamp 15 face each other.
  • the screw 17 penetrates both parts of the cable clamp 15, so that the cable clamp 15 is fixed together with the cable 4.
  • 1 illustrates a case where the shape of the strain relief 15 is T-shaped when viewed from above, but FIG. 2 illustrates a case where the shape of the strain relief 15 is rectangular when viewed from above.
  • At least one arm 18 is connected to the cable clamp 15.
  • the arm 18 is also connected to the circuit board 8.
  • the arm 18 supports the cable clamp 15 and the circuit board 8.
  • the circuit board 8 and the arm 18 are fixed to each other by screws.
  • the two arms are connected to the cable clamp 15, but may be one or three or more.
  • the arm 18 may be integrally formed with the cable clamp 15 as a part of the cable clamp 15. That is, the cable clamp 15 and the arm 18 may be formed from a series of one member.
  • the cable clamp 15 and the arm 18 may be manufactured by integral molding using metal die casting such as aluminum die casting. Thereby, the complicated shape suitable for fixation of the cable 4 and heat dissipation from the electric signal processing circuit 3 can be realized at low cost.
  • the cable clamp 15 When the arm 18 is formed integrally with the cable clamp 15 as a part of the cable clamp 15, the cable clamp 15 has a portion (lower portion) following the arm 18 as shown in FIG. Then, the cable shield 6 is sandwiched in the vertical direction at a portion (upper portion) facing the portion. Thereby, the heat of the circuit unit substrate 8 can be efficiently transferred to the cable shield 6 via the arm 18.
  • the screw 17 presses the cable clamp 15 so that the cable clamp 15 sandwiches the cable shield 6. You may adhere to. Adhesion in this case may be performed using an adhesive having high thermal conductivity or high conductivity. Further, the cable shield 6 may not be sandwiched by the cable clamp 15. That is, the cable shield 6 may be bonded and fixed to a part of the cable clamp 15 using an adhesive having high thermal conductivity or high conductivity without providing the screw 17 for press-contacting the cable clamp 15.
  • the arm 18 is made of a material having a higher thermal conductivity than the heat insulating material 12. By adopting such a material, heat generated on the electric signal processing circuit 3 side can be transferred to the cable shield 6 through the arm 18 while suppressing transfer of heat to the element portion 1.
  • the material of the cable clamp 15 and the arm 18 is preferably a metal material such as gold, silver, or copper.
  • metal materials aluminum having a low electrical resistivity, a high thermal conductivity, a light weight and a low price is more preferable.
  • the ground electrode of the electric signal processing circuit 3 may be disposed at the contact portion with the arm 18 in the circuit unit substrate 8. According to such an arrangement, in addition to fixing the cable 4 by sandwiching the cable shield 6 by the cable clamp 15, the ground electrode of the electric signal processing circuit 3 is electrically connected to the cable shield 6 which is a relatively thick wire. Can be connected. Thereby, the ground impedance of the electric signal processing circuit 3 can be reduced. By reducing the ground impedance, the electric signal processing circuit 3 can reduce the influence of the electromagnetic wave noise from the outside, or can reduce the electromagnetic wave noise emitted to the outside.
  • the heat generated in the electric signal processing circuit 3 is transmitted to the cable shield 6 through the wide ground electrode formed on the circuit unit substrate 8 and the arm 18 in direct contact with the ground electrode.
  • the emissivity varies greatly depending on the state of the surface of the arm 18.
  • the emissivity of a non-oxidized surface having a wavelength of about 1.6 ⁇ m is 0.09, whereas when the surface aluminum is oxidized to form an oxidized surface, the emissivity is 0. 4 (4 times or more).
  • the emissivity can be similarly improved by applying a heat radiation paint (heat radiation paint) to the surface of the arm 18.
  • the surface of the cable clamp 15 connected to the arm 18 made of aluminum may be oxidized. By subjecting the surface of the cable clamp 15 to oxidation, the heat of the electric signal processing circuit 3 can be efficiently radiated.
  • the oxidation treatment may be performed on the entire surface of the arm 18 and the cable clamp 15. Or you may apply an oxidation process or application
  • FIG. The surface on the cable clamp 15 side from the center in the longitudinal direction of the arm 18 is subjected to oxidation treatment or heat radiation coating, and the surface on the end side opposite to the cable clamp 15 from the center in the longitudinal direction of the arm 18 is oxidized. It is good also as a structure which does not give a process or application
  • the cable clamp 15 and the arm 18 may be formed of a resin mixed with carbon or a metal filler.
  • a resin mixed with carbon or a metal filler In this case, a complicated shape suitable for fixing the cable 4 and radiating heat from the electric signal processing circuit 3 can be manufactured at low cost by resin molding.
  • carbon carbon black, carbon fiber, graphite, carbon graphite, or the like can be used.
  • metal filler fine powders such as silver, copper and nickel, metal oxides such as zinc oxide and tin oxide, or metal fibers of aluminum or stainless steel can be used.
  • the resin polyolefin, polyester, phenol, nylon, or the like can be used.
  • a conductive resin containing such a carbon or metal filler has a low electrical resistance and a high thermal conductivity as compared with a general resin. Therefore, heat radiation from the electric signal processing circuit 3 and reduction of ground impedance are reduced. It is a suitable material.
  • a heat dissipating grease having a higher thermal conductivity than that of the circuit unit substrate 8 may be applied to a portion where the circuit unit substrate 8 and the arm 18 are in contact with each other. Thereby, the heat transfer efficiency from the electric signal processing circuit 3 to the arm 18 can be further improved.
  • the heat dissipation grease for example, silicon grease having a thermal conductivity of about 3 W / m ⁇ K can be used.
  • the ground impedance of the electric signal processing circuit 3 can be reduced, so that electromagnetic wave noise and radiation noise from the outside can be reduced. Can do.
  • carbon or a metal filler may be mixed.
  • metal filler fine powder such as silver, copper or nickel, metal oxide such as zinc oxide or tin oxide, or metal fiber of aluminum or stainless steel can be used.
  • metal oxide such as zinc oxide or tin oxide
  • carbon carbon black, carbon fiber, graphite, carbon graphite, or the like can be used.
  • a strain relief 19 that penetrates the cable 4 is provided at a location where the case 9 and the cable 4 are connected. Specifically, a strain relief 19 that penetrates the cable 4 outside the case 9 and contacts the case 9 is provided. The strain relief 19 is provided to prevent disconnection due to a sharp bend of the cable 4.
  • the cable clamp 15 is connected to a heat radiating plate 24 in the case described later, and the heat radiating plate 24 in the case is further connected to a screw portion 20 extending toward the outside of the case 9.
  • a radiation plate 21 (second heat radiating plate 21) is screwed into the screw portion 20.
  • the heat radiating plate 21 is one or more disc-shaped plates that are insert-molded in the strain relief 19 and is made of a metal such as aluminum.
  • a screw hole that is screwed into the screw portion 20 is formed at the center of the heat radiating plate 21.
  • the heat radiating plate 21 has three disc shapes. According to such a structure, the screw part 20 and the heat sink 21 are connected by rotating the heat sink 21 together with the strain relief 19 and screwing it into the screw part 20.
  • a high heat conductive grease or a high heat conductive adhesive may be applied to the connecting portion by the screw.
  • the method is not limited to such a method using screws, and the cable clamp 15 and the heat radiating plate 21 may be connected using other methods.
  • the cable clamp 15, the heat sink 24 in the case, and the screw part 20 may be integrally formed.
  • the part in which the cable clamp 15, the heat dissipation plate 24 in the case, and the screw portion 20 are integrally formed is composed of two parts, upper and lower, to sandwich the cable 4, and these two parts are fixed with screws 17.
  • Such a configuration in which the components are integrally formed is preferable because the heat conduction efficiency is improved as compared with the case where the components are formed separately and then connected.
  • the cross-sectional area of the strain relief 19 that covers the heat sink 21 gradually decreases in the axial direction of the cable 4 from the connecting portion (contact portion) with the cable clamp 15 toward the ultrasonic diagnostic apparatus main body.
  • Such a shape of the strain relief 19 prevents the cable 4 from being sharply bent. Thereby, disconnection of the signal line 5 of the cable 4 and the cable shield 6 can be prevented.
  • the periphery of the heat sink 21 made of a metal such as aluminum may be covered with a strain relief 19 made of a non-conductive elastomer having a high thermal conductivity. Thereby, the electrical insulation of the ultrasonic probe P is ensured.
  • the emissivity of the elastomer is about 0.95, which is much higher than the emissivity of metals such as aluminum. Therefore, by covering the heat sink 21 with the strain relief 19 made of elastomer, more efficient heat dissipation can be achieved. Can be realized.
  • the arm 18 and the cable clamp 15 may be manufactured as separate parts, but this is not a limitation.
  • the arm 18 and the cable clamp 15 may be divided. According to such a method, the screw portion 20 can be processed before the arm 18 and the cable clamp 15 are divided.
  • the cable 4 sandwiched between the cable clamps 15 can be firmly fixed by screwing the strain relief 19 with the heat sink 21 inserted into the screw portion 20.
  • a groove 23 extending in a direction perpendicular to the direction in which the cable clamp 15 sandwiches the cable 4 (the axial direction of the cable 4) may be formed in the screw portion 20.
  • the screw portion 20 is divided into a plurality of regions (for example, three divisions or four divisions).
  • the strain relief 19 when the strain relief 19 is screwed into the screw portion 20, the cable 4 can be tightened from a plurality of directions (for example, three directions or four directions), so that the cable 4 can be fixed more firmly.
  • the tip of the threaded portion 20 is thin and tapered, it is advantageous when the strain relief 19 is screwed into the threaded portion 20 and the cable 4 is tightened.
  • the in-case heat radiation plate 24 (first heat radiation plate 24) may be formed so as to be sandwiched between the two components of the case 9 at the joint portion of the case 9 components.
  • the in-case heat sink 24 is in contact with the cable clamp 15 and the heat sink 21.
  • the in-case heat radiating plate 24 is made of, for example, a metal material such as aluminum. Furthermore, you may arrange
  • the heat sink 24 in the case and the heat sink 21 constitute a heat sink that surrounds the cable 4 and is connected to the cable clamp 15.
  • the heat of the cable clamp 15 can be more transferred to the heat radiating plate 21 via the in-case heat radiating plate 24, so that the heat generated in the electric signal processing circuit 3 compared to the case without the in-case heat radiating plate 24.
  • the heat transfer efficiency to the heat sink 21 can be increased. As a result, the efficiency of heat radiation to the outside via the heat sink 21 on the strain relief 19 side can be improved.
  • the recess 22 formed in the case 9 and the recess 22 formed in the strain relief 19 are positioned so as to face each other.
  • the recess 22 functions as a space for storing the adhesive.
  • excess adhesive is stored in the recess 22.
  • grease or adhesive having higher thermal conductivity than the cable clamp 15 may be applied to the contact surface of the cable clamp 15 with the cable 4.
  • the heat transfer efficiency from the cable clamp 15 to the cable shield 6 is improved, and the cable 4 can be more reliably fixed with the adhesive.
  • the grease having high thermal conductivity for example, silicon grease having a thermal conductivity of about 3 W / m ⁇ K can be used.
  • it is preferable that such grease or adhesive has conductivity.
  • carbon or a metal filler may be mixed.
  • the metal filler include fine powders such as silver, copper, and nickel, metal oxides such as zinc oxide and tin oxide, and metal fibers of aluminum or stainless steel.
  • Examples of carbon include carbon black, carbon fiber, graphite, and carbon graphite.
  • FIG. 5 is an exploded view of the ultrasonic probe X used in the simulation.
  • the ultrasonic probe X includes an element unit 1, an element unit substrate 2, an electric signal processing circuit 3, a signal line 5, a cable shield 6, a backing material 7, a circuit unit substrate 8, and a case 9.
  • the cable clamp 15 and the strain relief 19 are provided.
  • the ultrasonic probe X shown in FIG. 5 is common to the ultrasonic probe P shown in FIG. Although the structure of the electric signal processing circuit 3 and the shape of the cable clamp 15 are different, the basic configuration is almost common, and the ultrasonic probe X shown in FIG. For simplicity, the electromagnetic shielding member is omitted.
  • the element unit 1 is electrically connected to the electric signal processing circuit 3 via the element unit substrate 2.
  • the electric signal processing circuit 3 is electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the signal line 5.
  • FIG. 5 shows a state before the two components of the case 9 are joined. However, in the simulation, the element unit 1, the electric signal processing circuit 3, the cable shield 6, the cable clamp 15 and the like are included. Two parts of the case 9 are joined to each other.
  • FIG. 6A shows a simulation result when the element portion 1 of the ultrasonic probe X1 is held upward with respect to the ground.
  • FIG. 6B shows a simulation result when the element portion 1 of the ultrasonic probe X1 is held downward with respect to the ground.
  • the ultrasound probe X1 is oriented in any orientation.
  • the ultrasonic probe X1 when not in use is stored in a probe holder (not shown) of the ultrasonic diagnostic apparatus main body with the element unit 1 facing upward, for example.
  • the temperature of the element unit 1 rises. Since the temperature of the element unit 1 is restricted, when the temperature of the element unit 1 rises, the voltage that can be applied to the element unit 1 is limited. As a result, the output of the transmission voltage to the ultrasound probe X1 cannot be increased to a necessary ultrasound output value, and the sensitivity of the ultrasound diagnostic apparatus is reduced. From the simulation results, the present inventors have found that the propagation of heat due to the convection of air in the case 9 leads to a serious temperature rise of the element unit 1 particularly when the element unit 1 is held upward. .
  • FIG. 7A shows a simulation result (result shown in FIG. 6A) when air is filled in the entire space in the case 9 as a comparison target.
  • FIG. 7B shows a simulation result when the entire space in the case 9 is filled with a heat insulating material other than air, specifically, a hard urethane foam.
  • the maximum surface temperature of the element unit 1 is 44.8 ° C.
  • the front of the case 9 (the electric signal processing circuit 3 is disposed).
  • the maximum surface temperature of the side surface) is 42.4 ° C.
  • the maximum surface temperature of the side surface of the case 9 is 45.8 ° C.
  • FIG. 7B when the space inside the case 9 is filled with a heat insulating material other than air, the maximum surface temperature of the element portion 1 is 50.9 ° C., and the maximum surface temperature of the front surface of the case 9 is 45.
  • the maximum surface temperature of the side surface of the case 9 is 49.3 ° C.
  • the surface of the element portion 1 and the case 9 when the entire space in the case 9 is filled with a heat insulating material other than air is more than when the entire space in the case 9 is filled with air. It turns out that temperature becomes high. Thus, even if the entire interior of the case 9 is filled with a heat insulating material other than air, there is no effect of reducing the surface temperature of the element portion 1 and the case 9 of the electric signal processing circuit 3, and the surface temperature of a specific part increases. You can see that
  • the heat generation state of the ultrasonic probe X3 provided with the partition portion 10 that partitions the space in the case 9 will be described with reference to FIG.
  • the partition portion that is disposed between the element portion 1 and the electric signal processing circuit 3 so as to spatially separate the element portion 1 and the electric signal processing circuit 3 and contact the case 9 10 is provided.
  • the space on the element part 1 side is filled with a heat insulating material other than air, specifically, hard urethane foam, and the space on the electric signal processing circuit 3 side is filled with air. Filled.
  • FIG. 8 shows the state in which the element unit 1 is held upward with respect to the ground in the ultrasonic probe X3, no power is applied to the element unit 1, and the power consumption of the electric signal processing circuit 3 is 3W.
  • the simulation result which calculated the surface temperature of each site
  • the maximum surface temperature of the element part 1 is 35.7 degreeC. This is lower than the temperature (44.8 ° C.) when all the spaces in the case 9 described with reference to FIG. 7A are filled with air.
  • the maximum surface temperature of the front surface of the case 9 is 44.8 ° C.
  • the maximum surface temperature of the side surface of the case 9 is 45.2 ° C.
  • FIG. 9 shows the state in which the element unit 1 is held upward with respect to the ground in the ultrasonic probe X4, no power is applied to the element unit 1, and the power consumption of the electric signal processing circuit 3 is 3W. It is the simulation result which calculated the surface temperature of each part in the case of. As shown in FIG. 9, the maximum surface temperature of the element unit 1 is 35.7 ° C., the maximum surface temperature of the front surface of the case 9 is 44.0 ° C., and the maximum surface temperature of the side surface of the case 9 is 43.5 ° C. The maximum surface temperature (35.7 ° C.) of the element portion 1 in FIG. 9 is lower than the temperature (44.8 ° C.) described with reference to FIG.
  • the maximum surface temperature (44.0 ° C.) in front of the case 9 in FIG. 9 is also lower than the temperature (44.8 ° C.) when the arm 18 described with reference to FIG. 8 is not provided.
  • the heat generated from the electric signal processing circuit 3 is efficiently transferred to the strain relief 19 through the arm 18 and the cable clamp 15 by connecting the circuit board 8 to the arm 18. Can be heated. Thereby, not only the surface temperature of the element unit 1 but also the surface temperature of the front surface of the case 9 can be lowered.
  • FIG. 10A shows a simulation result (result shown in FIG. 6A) when a modified PPE resin is used as the material of the case 9 as a comparison target.
  • FIG. 10B shows a simulation result when a non-conductive high thermal conductivity PBT in which a boron nitride filler is mixed into the PBT resin is used as the material of the case 9. As shown in FIG.
  • FIG. 11 shows the state in which the element unit 1 is held upward with respect to the ground in the ultrasonic probe X6, power is not applied to the element unit 1, and the power consumption of the electric signal processing circuit 3 is 3W. It is the simulation result which calculated the surface temperature of each part in the case of. As shown in FIG.
  • the maximum surface temperature of the element portion 1 is 35.5 ° C.
  • the maximum surface temperature of the front surface of the case 9 is 41.8 ° C.
  • the maximum surface temperature of the side surface of the case 9 is 44.2 ° C. Therefore, compared with the case of the ultrasonic probe X1 shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), even when the element unit 1 is held upward with respect to the ground, the element unit 1 It can be seen that the surface temperature of both the case 9 and the case 9 can be lowered.
  • the heat insulating material 12 and the case 9 are brought into contact with each other.
  • the partition 10 thus formed separates the space in the case 9 into a space on the element portion 1 side and a space on the electric signal processing circuit 3 side. Thereby, air convection between the space on the element part 1 side and the space on the electric signal processing circuit 3 side in the case 9 can be eliminated, and heat transfer from the electric signal processing circuit 3 to the element part 1 can be suppressed. .
  • a heat insulating layer (heat insulating material 12) is formed between the partition portion 10 and the element portion 1 in the case, or a heat insulating medium (heat insulating material 12) is filled.
  • the heat generated in the electric signal processing circuit 3 is efficiently transmitted to the cable 4 and the strain relief 19 via the arm 18 that supports the cable clamp 15.
  • the heat generated in the electric signal processing circuit 3 is transferred to the portion of the case 9 that covers the electric signal processing circuit 3 by air convection in the space on the electric signal processing circuit 3 side in the case 9. . Thereby, the heat of the electric signal processing circuit 3 can be radiated.
  • the ultrasonic probes X3, X4, and X6 (and the ultrasonic probe P) that can be connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body include an element unit 1 that converts electrical signals and ultrasonic waves to each other, and an element unit. 1, an electrical signal processing circuit 3 electrically connected to 1, a case 9 that houses the element unit 1 and the electrical signal processing circuit 3, and an element unit substrate that electrically connects the element unit 1 and the electrical signal processing circuit 3. 2 and a partition portion 10 that is arranged in contact with the case 9 and separates the element portion 1 and the electric signal processing circuit 3, and is a space on the element portion 1 side in the case 9 and separated by the partition portion 10.
  • a first material (heat insulating material 12) having a thermal conductivity lower than that of the substance forming the inner wall surface of the case 9 is filled. Thereby, the heat generated from the electric signal processing circuit 3 as a heat source can be efficiently radiated and heat transfer to the element unit 1 can be suppressed. If it has at least these structures, the objective of this indication technique mentioned above can be achieved.
  • the first embodiment it is possible to suppress heat generated in the electric signal processing circuit 3 and the like from being transferred to the element unit 1 by air convection, particularly in a state where the element unit 1 is held upward. Thereby, since the temperature rise of the element part 1 can be reduced, the sensitivity fall of the ultrasonic probe by the restriction
  • FIG. 12A is a cross-sectional view of the ultrasonic probe Q according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe Q taken along the line AA ′ in FIG.
  • the same reference numerals are used for the same configuration of the ultrasonic probe as described in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • a partition plate 25 made of a plurality of flat plates is formed as the partition portion 10 so as to be in contact with the case 9 with a predetermined interval.
  • the space between the plurality of partition plates 25 and the space between the partition plates 25 and the element unit 1 are filled with air, respectively.
  • one part of the case 9 divided into two parts, upper and lower, is provided with a continuous partition part composed of a plurality of partition plates 25 that spatially separate the element part 1 and the electric signal processing circuit 3.
  • the partition plate 25 is formed integrally with one part of the case 9, but it may be arranged inside the case 9 after the partition plate 25 is formed individually.
  • the outer surface of the case 9 is not separated by the partition plate 25 and covers from the element portion 1 to the electric signal processing circuit 3.
  • the partition plate 25 is disposed so as to be in contact with the case 9, and the element part substrate 2 passes therethrough.
  • the element part substrate 2 passes through the through holes 11 provided in the respective partition plates 25.
  • the size of the through hole 11 is preferably such that the partition plate 25 and the element part substrate 2 are in contact with each other.
  • the partition plate 25 is not formed on one part of the case 9, but the partition plate 25 may be provided on both sides of the upper and lower parts of the case 9.
  • the through holes 11 through which the element substrate 2 penetrates may be formed by providing notches in the upper and lower partition plates 25.
  • the partition plate 25 may be formed integrally with the case 9 using the same material as the case 9. By forming the partition plate 25 integrally with the case 9, the partition plate 25 and the case 9 are joined without a gap. Thereby, the convection of the air between the space by the side of the element part 1 in the case 9 and the space by the side of the electric signal processing circuit 3 can be prevented.
  • partition plates 25 are formed, but at least two partition plates 25 may be provided.
  • the space in the case 9 is partitioned by the partition plate 25 and an air layer is provided in each of the partitioned spaces, so that the electrical signal processing can be performed without arranging a heat insulating material other than air in the case 9. Heat transfer from the circuit 3 to the element unit 1 can be prevented.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view of an ultrasonic probe R according to Modification 2 of the first embodiment.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe R taken along the line AA ′ in FIG.
  • the same reference numerals are used for the same configuration of the ultrasonic probe as described in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • a partition plate 26 composed of two flat plates arranged so as to be in contact with the case 9 with a predetermined interval is used as the partition portion 10. Further, a heat insulating material 27 other than air is filled between the two partition plates 26 so as to contact the facing surface of the partition plate 26 and the case 9. In addition, the space between the element portion 1 and the partition plate 26 is filled with a high thermal conductive material 28 having a thermal conductivity higher than that of the heat insulating material 27. That is, the space on the element portion 1 side in the case 9 partitioned by the partition plate 26 is filled with the heat insulating material 27 and the high heat conductive material 28.
  • partition plates 26 for spatially separating the element portion 1 and the electric signal processing circuit 3 are provided in one part of the case 9 divided into two parts, upper and lower.
  • the partition plate 26 is formed integrally with one part of the case 9, but it may be arranged inside the case 9 after the partition plate 26 is individually formed.
  • the outer surface of the case 9 is not separated by the partition plate 26 and covers from the element portion 1 to the electric signal processing circuit 3.
  • the partition plate 26 is disposed so as to be in contact with the case 9, and the element substrate 2 passes therethrough.
  • the element part substrate 2 passes through each through hole 11 provided in the partition plate 26.
  • the size of the through hole 11 is preferably such that the partition plate 26 and the element part substrate 2 are in contact with each other.
  • the partition plate 26 is not formed on one part of the case 9, but the partition plate 26 may be provided on both sides of the upper and lower two parts of the case 9.
  • the through holes 11 through which the element substrate 2 penetrates may be formed by providing notches in the upper and lower partition plates 26.
  • the partition plate 26 may be formed integrally with the case 9 using the same material as the case 9. By forming the partition plate 26 integrally with the case 9, the partition plate 26 and the case 9 are joined without a gap. Thereby, the convection of the air between the space by the side of the element part 1 in the case 9 and the space by the side of the electric signal processing circuit 3 can be prevented.
  • the heat insulating material 27 may be, for example, hard urethane foam, expanded polystyrene foam, glass wool, rock wool, air, wood, or the like.
  • the high thermal conductive material 28 is a material in which a filler such as silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride is mixed in a resin such as PBT resin, PPS resin, nylon resin, or phenol resin. Also good.
  • each component of the ultrasonic probe R is housed in the case 9, and after the case 9 is joined, the heat insulating material is inserted from the hole provided in the case 9.
  • 27 and high heat conductive material 28 may be injected and sealed with a lid.
  • the hole of the case 9 communicates with a space in the case 9 where the heat insulating material 27 and the high thermal conductive material 28 are disposed.
  • the heat insulating material 27 is disposed between the partition plates 26, and the high heat conductive material 28 is disposed in the space between the element unit 1 and the partition plate 26. According to such an arrangement, the heat insulating material 27 suppresses heat generated in the electric signal processing circuit 3 from being transferred to the element unit 1. In addition, the heat generated in the element unit 1 can be dissipated by being transmitted to the case 9 through the high thermal conductive material 28. As a result, an increase in the surface temperature of the element unit 1 can be reduced, so that a decrease in sensitivity of the ultrasonic probe R due to the limitation of the ultrasonic output related to the regulation of the surface temperature of the element unit 1 can be reduced. .
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of the second embodiment of the ultrasonic probe according to the present disclosure.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe S taken along the line AA ′ in FIG.
  • the same reference numerals are used for the same configuration of the ultrasonic probe as described in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • One end of the ultrasonic probe S can be connected to an ultrasonic diagnostic apparatus main body (shown) via the cable 4.
  • the difference between the second embodiment and the first embodiment is the structure of the case 9. Specifically, in the first embodiment, the case 9 is divided into two upper and lower parts, whereas in the second embodiment, the element part case 29 (first part 29) for housing the element part 1 is used. ) And a circuit unit case 30 (second component 30) for housing the electric signal processing circuit 3.
  • the element part case 29 covering the element part 1 and the circuit part case 30 covering the electric signal processing circuit 3 are joined with an adhesive or the like, whereby the element part 1, the element part substrate 2, the electric signal processing in the case 9. Components such as the circuit 3 are accommodated. In this way, the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3 are accommodated in the case 9.
  • the case 9 is preferably formed of a material having insulating properties and high thermal conductivity (insulating high thermal conductivity material).
  • insulating high thermal conductivity material examples include a material such as PBT resin, PPS resin, nylon resin, and phenol resin mixed with a filler such as silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, and aluminum nitride. is there. These materials have a high thermal conductivity of 2 to 15 W / m ⁇ K and have insulating properties.
  • the case 9 may be formed with a layer of a material having high thermal conductivity on the inner surface.
  • graphite may be applied to the inner surface of the case 9 as a highly heat conductive material.
  • a configuration may be adopted in which a layer of a high thermal conductivity material is formed on the inner surface of the circuit unit case 30 and a layer of a high thermal conductivity material is not formed on the inner surface of the element unit case 29. Such a configuration is desirable because the heat dissipated from the electric signal processing circuit unit 3 is dispersed and the heat distribution to the element unit 1 side can be suppressed.
  • An element case lid 31 that spatially separates the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3 is provided between the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3 in the case 9.
  • the element case lid 31 corresponds to the partition portion 10 in the first embodiment.
  • the element case lid 31 is disposed so as to be in contact with the case 9, and the element part substrate 2 passes therethrough.
  • the element part substrate 2 passes through the through hole 11 provided in the element case lid 31.
  • the size of the through hole 11 is preferably such that the element case lid 31 and the element part substrate 2 are in contact with each other.
  • the element case cover 31 covers the opening of the element part case 29 (the opening of the element part case 29 on the electric signal processing circuit 3 side).
  • the element case lid 31 is formed on a plane including the joint surface between the element case 29 and the circuit case 30. That is, the element part case 29 and the circuit part case 30 are joined to each other at a position in contact with the element case cover 31.
  • the element case lid 31 may be formed of, for example, a modified PPE resin.
  • the element case lid 31 may be formed of the same material as the case 9.
  • the space on the element part 1 side separated by the element case lid 31 is filled with hard urethane foam or the like as the heat insulating material 12 (first material 12) having low thermal conductivity.
  • the space on the element portion 1 side separated by the element case lid 31 is a space in the case 9 surrounded by the element portion 1, the element case lid 31, and the element portion case 29, and more specifically, the element portion 1. This is a space in the case 9 surrounded by the backing material 7 of the part 1, the element case lid 31 and the element part case 29.
  • the thermal conductivity of the heat insulating material 12 may be air as long as it has a lower thermal conductivity than the thermal conductivity of at least the inner surface of the element case 29, and may be air, but the heat insulating material 12 Is more preferably a solid material.
  • thermo conductivity of the heat insulating material 12 on the element part 1 side is lower than the thermal conductivity of the inner surface of the element part case 29, the space on the electric signal processing circuit 3 side in the case 9 and the element part 1 It becomes difficult to transmit heat. Thereby, it is possible to suppress the heat generated from the electric signal processing circuit 3 from being transmitted to the element unit 1.
  • the heat insulating material 12 may fill the gap between the element case lid 31 and the element part substrate 2.
  • the heat insulating material 12 is preferably filled so as to be in close contact with both the element case lid 31 and the element portion 1.
  • the element case cover 31 and the element part case 29 the pre-molded heat insulating material 12 is installed in the element part case 29, and then the element case cover 31 may cover the opening of the element case 29.
  • the hole 13 may be provided in the element case lid 31 and the heat insulating material 12 may be injected from the hole 13. That is, after covering the opening of the element part case 29 with the element case cover 31, the heat insulating material 12 is injected from the hole 13, and after the heat insulating material 12 is injected, the hole 14 is sealed with the cover 14.
  • the heat insulating material 12 can be reliably filled in the space surrounded by the element part 1, the element case lid 31, and the element part case 29 without a gap.
  • the hole 13 is sealed with the lid 14 in a state where the space on the element portion 1 side in the case 9 is filled with the heat insulating material 12. That is, at least the opening on the element part 1 side of the hole 13 is sealed with the heat insulating material 12.
  • FIG. 15 three-dimensionally shows a state where the element unit case 29 and the circuit unit case 30 are separated from each other in the ultrasonic probe S according to the second embodiment.
  • FIG. 16 shows a state in which the heat insulating material 12 is injected from the hole 13.
  • the heat insulating material is provided in the hole 13 of the element case lid 31 provided in advance. 12 is injected. After injecting the heat insulating material 12, the hole 13 is sealed with a lid 14. Then, the element part board
  • the space on the electric signal processing circuit 3 side surrounded by the element case lid 31 and the circuit unit case 30 is filled with a gas such as air. That is, gas is in contact with the electric signal processing circuit 3.
  • the circuit unit case 30 has a box shape opened to the element unit 1 side, but the shape of the circuit unit case 30 is not limited thereto.
  • the circuit unit case 30 may be composed of two upper and lower parts, and the electric signal processing circuit 3 may be sandwiched from above and below by these parts.
  • the in-case heat radiation plate 24 sandwiched between the two components of the circuit unit case 30 can be easily arranged. The heat generated from the signal processing circuit 3 can be radiated more efficiently.
  • the ultrasound probe S according to the second embodiment of the present disclosure technique is configured so that the element portion 1 and the electric signal processing are performed by the element case lid 31 formed so as to be in contact with the heat insulating material 12 and the case 9.
  • the circuit 3 is spatially separated. As a result, air convection between the space on the element unit 1 side and the space on the electric signal processing circuit 3 side in the case 9 can be eliminated, and heat transfer from the electric signal processing circuit 3 to the element unit 1 can be prevented. Can be suppressed.
  • the heat generated in the electric signal processing circuit 3 is efficiently transferred to the cable 4 and the strain relief 19 via the arm 18 that supports the cable clamp 15.
  • the ultrasonic probe S that can be connected to the ultrasonic diagnostic apparatus body includes an element unit 1 that mutually converts an electric signal and an ultrasonic wave, and an electric signal processing circuit 3 that is electrically connected to the element unit 1.
  • a case 9 that houses the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3, an element unit substrate 2 that electrically connects the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3, and a case 9.
  • the first material (the heat insulating material 12) having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity is filled. Thereby, the heat generated from the electric signal processing circuit 3 as a heat source can be efficiently radiated and heat transfer to the element unit 1 can be suppressed. If it has at least these structures, the objective of this indication technique mentioned above can be achieved.
  • the second embodiment it is possible to suppress heat generated in the electric signal processing circuit 3 or the like from being transferred to the element unit 1 by air convection, particularly in a state where the element unit 1 is held upward.
  • the temperature rise of the element part 1 can be reduced, the sensitivity fall of the ultrasonic probe by the restriction
  • FIG. 17A is a cross-sectional view of an ultrasonic probe T according to Modification 1 of the second embodiment.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe T taken along the line AA ′ in FIG.
  • the same reference numerals are used for the same ultrasonic probe configurations as those described in the first embodiment and the second embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • three partition plates 32 are further provided on the element portion 1 side of the element case cover 31 with respect to the element case cover 31 and at a predetermined interval from each other. It has been.
  • the respective partition plates 32 and the element case lid 31 are connected to each other by being penetrated by the connecting portion 34.
  • Each partition plate 32 is disposed so as to be in contact with the element portion case 29, similarly to the element case lid 31.
  • the space between the partition plates 32, the space between the partition plate 32 and the element case lid 31, and the space between the partition plate 32 and the element portion 1 are filled with air to form an air layer. Yes.
  • an element case lid 31 that spatially separates the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3 is provided between the element unit 1 and the electric signal processing circuit 3 in the case 9.
  • Three partition plates 32 made of flat plates arranged at predetermined intervals from each other are further provided on the element portion 1 side of the element case lid 31.
  • Each partition plate 32 and element case lid 31 are connected by a connecting portion 34.
  • Each partition plate 32 is disposed in contact with the element portion case 29, and the element portion substrate 2 passes through each partition plate 32 and the element case lid 31.
  • the element part substrate 2 passes through the through holes 11 provided in the vicinity of the center of each element case lid 31 and the partition plate 32.
  • the size of the through hole 11 is preferably such that each partition plate 32 and the element case lid 31 are in contact with the element part substrate 2, but not limited to this, air convection through the through hole 11. There may be a gap that allows negligible heat transfer. Furthermore, the through hole 11 through which the element part substrate 2 passes may be sealed with an adhesive or the like.
  • partition plates 32 are formed, but at least one partition plate 32 is sufficient.
  • the partition plate 32 may be formed of the same material as that of the element case lid 31, or may be formed of the same material as that of the element portion case 29.
  • the space in the case 9 is partitioned by the element case lid 31 and the partition plate 32, and an air layer is provided in each of the partitioned spaces. Thereby, it is possible to prevent heat transfer from the electric signal processing circuit 3 to the element unit 1 without arranging a heat insulating material other than air in the case 9.
  • FIG. 18A is a cross-sectional view of an ultrasonic probe U according to Modification 2 of the second embodiment.
  • FIG. 18B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe U taken along the line AA ′ in FIG.
  • the same reference numerals are used for the same ultrasonic probe configurations as those described in the first embodiment and the second embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • a single partition plate 33 made of a flat plate arranged at a predetermined interval with respect to the element case lid 31 is further provided on the element portion 1 side than the element case lid 31.
  • the partition plate 33 and the element case lid 31 are connected to each other by being penetrated by the connecting portion 34.
  • the partition plate 33 is disposed so as to contact the element case 29.
  • a heat insulating material 27 is disposed between the partition plate 33 and the element case lid 31.
  • the heat insulating material 27 is disposed so as to contact the opposing partition plate 33 and the surface of the element case lid 31 and the element portion case 29.
  • a high thermal conductive material 28 having a higher thermal conductivity than the thermal conductivity of the heat insulating material 27 is disposed.
  • the element substrate 2 penetrates the element case lid 31 and the partition plate 33.
  • the element part substrate 2 passes through the through hole 11 provided near the center of the partition plate 33 and the element case lid 31.
  • the size of the through hole 11 is preferably such that the element case lid 31 and the partition plate 33 are in contact with the element part substrate 2.
  • the partition plate 33 may be formed of the same material as that of the element case lid 31, or may be formed of the same material as that of the element portion case 29.
  • the connecting portion 34 when the element case lid 31 and the partition plate 33 are connected by the connecting portion 34, when the element case lid 31 covers the opening of the element case 29, the partition plate 33 connected to the element case lid 31 is also simultaneously connected to the element case. 29 can be stored at a constant interval.
  • the heat insulating material 27 may be, for example, hard urethane foam, expanded polystyrene foam, glass wool, rock wool, air, wood, or the like.
  • the high thermal conductive material 28 is a material in which a filler such as silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride is mixed in a resin such as PBT resin, PPS resin, nylon resin, or phenol resin. Also good.
  • the heat insulating material 27 and the high heat conductive material 28 are arranged in this order. Also good.
  • the heat insulating material 27 and the high thermal conductive material 28 may be arranged in the element portion case 29 using the holes 13 provided in the partition plate 33 and the element case lid 31. Specifically, after the element unit 1 is accommodated in the element unit case 29 and the partition plate 33 and the element case lid 31 are arranged so as to cover the opening of the element unit case 29, as shown in FIG.
  • the high thermal conductivity material 28 is injected into the space between the element unit 1 and the partition plate 33.
  • the injected high thermal conductive material 28 is cooled and solidified.
  • the heat insulating material 27 is injected into the space between the partition plate 33 and the element case lid 31 from the hole 13.
  • the heat insulating material 27 may be, for example, hard urethane foam, expanded polystyrene foam, glass wool, rock wool, air, wood, or the like.
  • the high thermal conductive material 28 is a material in which a filler such as silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride is mixed in a resin such as PBT resin, PPS resin, nylon resin, or phenol resin. Also good.
  • the heat insulating material 27 is disposed between the element case lid 31 and the partition plate 33, and the high heat conductive material 28 is disposed between the element portion 1 and the partition plate 33. According to such an arrangement, the heat insulating material 27 can suppress the heat generated in the electric signal processing circuit 3 from being transferred to the element unit 1. Furthermore, since the heat generated in the element portion 1 is transmitted to the element portion case 29 via the high heat conductive material 28 by the high heat conductive material 28, heat can be dissipated. As a result, an increase in the surface temperature of the element unit 1 can be reduced, so that a decrease in sensitivity of the ultrasonic probe due to the limitation of the ultrasonic output related to the regulation of the surface temperature of the element unit 1 can be reduced.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view of an ultrasonic probe V according to Modification 3 of the second embodiment.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view of the ultrasonic probe V taken along the line AA ′ in FIG.
  • the same reference numerals are used for the same ultrasonic probe configurations as those described in the first embodiment and the second embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • the element case lid 31 is sandwiched between the element case 29 and the circuit case 30. That is, the element case lid 31 is formed on a plane including the joint surface between the element case 29 and the circuit case 30. Thereby, the element part case 29 and the circuit part case 30 are connected via the element case cover 31 so as not to be in direct contact. That is, the element case lid 31 extends to the joint between the element case 29 and the circuit case 30.
  • the element case lid 31 is formed of a material (for example, modified PPE resin) having a thermal conductivity lower than that of the element case 29 and the circuit case 30.
  • the element case lid 31 having a low thermal conductivity is interposed between the element part case 29 and the circuit part case 30 formed of a material having a high thermal conductivity. 29 and circuit part case 30 do not contact directly. Therefore, heat transfer between the element unit case 29 and the circuit unit case 30 can be suppressed.
  • the temperature rise of the circuit unit case 30 becomes larger than the temperature increase of the element unit case 29.
  • the heat transfer from the circuit unit case 30 to the device unit case 29 can be suppressed by providing the device case lid 31, an increase in the surface temperature of the device unit 1 can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce a decrease in sensitivity of the ultrasonic probe due to the limitation of the ultrasonic output related to the regulation of the surface temperature of the element unit 1.
  • Modification 3 of the second embodiment can be appropriately combined with Modification 1 or Modification 2 of the second embodiment. That is, for example, the partition plate 32 (Modification 1) and the partition plate 33 (Modification 2) are arranged in contact with the inner wall of the element case 29, and the element case lid 31 is placed in the element as in Modification 3.
  • the element case 29 and the circuit unit case 30 may be joined so as to be sandwiched between the unit case 29 and the circuit unit case 30.
  • the disclosed technique prevents convection of air between the element unit 1 and a circuit unit (electric signal processing circuit 3) that is a heat source in the case of the ultrasonic probe, and efficiently uses heat from the circuit unit. Since it can dissipate heat well, it is particularly suitable for an ultrasonic probe having a circuit part as a heat generation source in a case.

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Abstract

　超音波診断装置本体に接続可能な超音波探触子は、電気信号と超音波とを相互に変換する素子部と、素子部に電気的に接続される電気信号処理回路と、素子部と電気信号処理回路を収納するケースと、素子部と電気信号処理回路とを電気的に接続する素子部基板と、ケースに接するように配置され、素子部と電気信号処理回路を分離する仕切り部とを備え、ケース内であって仕切り部で分離された素子部側の空間にケースの内壁面を形成する物質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する第１の材料が充填されることにより、電気信号処理回路などの回路部で発生する熱をより効率的に放熱することができる。

Description

超音波探触子
　本開示技術は、超音波診断装置本体に接続して使用可能な超音波探触子に関する。
被検体に超音波を送信しその反射してくる超音波を受信して被検体の断層像を得る超音波診断装置は、主に医療現場などで用いられている。超音波探触子は、コネクタおよびケーブルを介して超音波診断装置本体に接続され、超音波診断装置本体からの電気信号を超音波に変換する。超音波探触子は、被検体に接触した状態にて、超音波信号を被検体に送信し、被検体から反射した超音波信号を受信して電気信号に変換する。
超音波探触子の素子部は、圧電素子と、例えば音響整合層、音響レンズ、バッキング材などで構成され、電気信号と超音波信号の変換を行っている。超音波探触子の素子部と超音波診断装置本体は、ケーブル又はコネクタを介して接続されている。近年では、マトリックスアレイ素子を用いた三次元表示などを実現するために、素子部は、以前よりはるかに多くの信号の授受が必要になっている。このような多くの信号を超音波探触子と超音波診断装置本体との間でケーブルを介して授受するためには、例えば数千本のケーブルが必要となる。このような場合、ケーブルが太くなることで使用性（使い勝手）が低下したり、ケーブル又はコネクタのコストが増大するおそれがある。そこで、実用化されているマトリックス超音波探触子では、超音波診断装置本体ではなく超音波探触子の内部に、サブビームフォーマー回路が配置される。これにより、信号を授受するケーブル又はコネクタの数が低減される。また、超音波探触子の性能を向上させる目的で、超音波探触子の素子部により近い場所にアンプ又はスイッチ回路が配置されるものもある。
一方、超音波探触子における被検体との接触部および操作者との接触部は、超音波探触子の素子部に印加される電力による発熱や、素子部の近傍に配置した回路部の発熱により、温度が上昇しやすい。よって、これらの接触部の温度に対しては安全性の観点から規制がある。また上述したとおり、超音波探触子の内部に回路が内蔵される場合、内蔵された回路の消費電力による発熱により、超音波探触子の素子部や筐体の温度が上昇するという課題が生じる。
　そこで例えば、特許文献１に開示される超音波探触子が提案されている。特許文献１の超音波探触子では、図２２に示すとおり、ケース１００内に回路基板１０１が収納される。回路基板１０１には、熱伝達率の高い材料で形成された熱伝達板１０２が接続される。熱伝達板１０２とシールドケース１０３は、信号を授受するケーブル１０４の周りを被覆した電磁シールド用金属部材１０５に接続される。回路基板１０１には、熱を伝達分散するヒートスプレッダ（図示せず）を設けて熱伝達板１０２に接続している。このような構成により、回路基板１０１で発生する熱を放熱している。また、特許文献１の超音波探触子では、ケース１００内に収納された素子部１０６及び熱伝達板１０２に接続されるシールドケース１０３が電磁シールド用金属部材１０５に接続されるとともに、回路基板１０１とシールドケース１０３の隙間は断熱性の高い硬質ウレタンフォームで覆われている。このような構成により、回路基板１０１の熱が素子部１０６に伝熱することを抑制する。
特開２００６－２５８９２号公報
しかしながら、特許文献１の超音波探触子によれば、回路部１０１の熱が素子部１０６に伝熱することを十分に抑制することができない。
特許文献１の超音波探触子では、素子部１０６は、シールドケース１０３を経由して、電磁シールド用金属部材１０５又はケーブル１０４近傍の電磁シールド部材に接続される。また回路基板１０１が、ヒートスプレッダと熱伝達板１０２を経由して、電磁シールド用金属部材１０５に接続されることで、回路部１０１から発生する熱が放熱される。このような構成では、電磁シールド用金属部材１０５又はケーブル１０４近傍のシールドケース１０３に集まった熱によって、ケース１００とシールドケース１０３の間に存在する空間において、空気の対流が生じる。特に、素子部１０６が上を向いた状態で保持される場合には、回路部１０１から発生した熱が素子部１０６に伝達されるため、素子部１０６の温度が上昇するという課題がある。
そこで本開示技術は、電気信号と超音波とを相互に変換する素子部と、素子部に電気的に接続される電気信号処理回路などの回路部とを有する超音波探触子であって、回路部で発生する熱が素子部に伝わることを抑制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。
　そしてこの目的を達成するために本開示技術は、超音波診断装置本体に接続可能な超音波探触子であって、
電気信号と超音波とを相互に変換する素子部と、
素子部に電気的に接続される電気信号処理回路と、
素子部と電気信号処理回路を収納するケースと、
素子部と電気信号処理回路とを電気的に接続する素子部基板と、
ケースに接するように配置され、素子部と電気信号処理回路を分離する仕切り部とを備え、
ケース内であって仕切り部で分離された素子部側の空間にケースの内壁面を形成する物質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する第１の材料が充填される。
また、電気信号処理回路は気体と接触している構成であってもよい。
　また、電気信号処理回路を実装した回路部基板と、
電気信号処理回路と超音波診断装置本体とを電気的に接続し信号を伝達するケーブルと、
ケーブルと接続し、回路部基板を支持する少なくとも１本以上のアームとを備え、
アームの熱伝導率は、第１の材料の熱伝導率よりも高い構成であってもよい。
　また、アームは導電材料からなり、
回路部基板は、アームとの接触部に電気信号処理回路のグラウンド電極を有する構成であってもよい。
　また、ケーブルを固定するケーブルクランプを備え、
ケーブルは、ケーブルクランプを介してアームと接続する構成であってもよい。
また、ケーブルクランプには、ケーブルを囲むように配置される放熱板が接続されている構成であってもよい。
また、ケーブルクランプとアームは一体的に形成される構成であってもよい。
　また、アームは金属からなり、
アームの長手方向における中央よりもケーブルクランプ側の表面に、酸化処理または熱放射塗料の塗布が施されている構成であってもよい。
　また、ケースの外側においてケーブルを貫通させるとともにケースに接触するストレインレリーフをさらに備え、
放熱板は、ケースとケーブルとの間に配置される第１の放熱板と、ストレインレリーフ内に配置されるとともに第１の放熱板に接触する第２の放熱板とを備える構成であってもよい。
　また、ケースは少なくとも第１の部品と第２の部品を有し、
第１の部品と第２の部品が接合されている構成であってもよい。
また、第１の部品及び第２の部品は、それぞれが素子部から電気信号処理回路までを覆う構成であってもよい。
また、仕切り部は、第１の部品と一体的に形成されている構成であってもよい。
また、ケースのうち、仕切り部と素子部の間に位置する部分には穴が形成され、
ケース内の素子部側の空間に第１の材料が充填された状態にて、穴の素子部側の開口は第１の材料によって封止されている構成であってもよい。
　また、第１の部品は素子部を収納し、
第２の部品は電気信号処理回路を収納し、
第１の部品と第２の部品は素子部と電気信号処理回路の間で接合されている構成であってもよい。
また、仕切り部は、第１の部品と第２の部品の接合面の平面上に形成されている構成であってもよい。
　また、仕切り部には、素子部基板が貫通する第１の穴と、第１の穴とは異なる第２の穴が形成され、
ケース内の素子部側の空間に第１の材料が充填された状態にて、第２の穴の素子部側の開口は第１の材料によって封止されている構成であってもよい。
また、第１の部品と第２の部品の接合面において、仕切り部は第１の部品と第２の部品に挟まれている構成であってもよい。
また、仕切り部は少なくとも２以上の仕切り板からなる構成であってもよい。
また、少なくとも２以上の仕切り板のうち、少なくとも２以上の仕切り板同士の間の空間に第１の材料が充填され、素子部と仕切り板との間の空間に第１の材料よりも熱伝導率の高い第２の材料が充填されている構成であってもよい。
また、第１の部品の熱伝導率は、仕切り部の熱伝導率よりも高い構成であってもよい。
また、ケースの内壁面はグラファイト層が形成されている構成であっても良い。
　本開示技術の超音波探触子は、電気信号処理回路などの回路部で発生する熱が素子部に伝わることを抑制することができる。
（ａ）第１の実施形態における超音波探触子Ｐの一例を示す断面図、（ｂ）図１（ａ）における超音波探触子ＰのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 第１の実施形態における超音波探触子Ｐの各構成部品を分解した一例を示す立体図 第１の実施形態における超音波探触子Ｐのケースの片側を分離し各構成部品を組み込んだ状態が見える一例を示す図 第１の実施形態における超音波探触子のケース内に断熱材を充填する方法の一例を示す図 電気信号処理回路から発生する熱の伝熱をシミュレーションするために用いた超音波探触子の説明図 （ａ）超音波探触子の素子部を地上に対して上方に向けて保持した場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図、（ｂ）超音波探触子の素子部を地上に対して下方に向けて保持した場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図 （ａ）分離された素子部と電気信号処理回路との間を空気とした場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図、（ｂ）ケース内の空間すべてを断熱材で充填させた場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図 ケース内の素子部と仕切り部の間に断熱材を充填させ、電気信号処理回路からケースの間の空間は空気とした場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図 ケース内の素子部と仕切り部の間に断熱材を充填させ、回路部基板をアームに接続した場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図 （ａ）ケースの材料として変性ＰＰＥ樹脂を用いた場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図、（ｂ）ケースの材料として非導電性高熱伝導ＰＢＴを用いた場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図 ケース内の素子部と仕切り部の間に断熱材を充填させ、回路部基板をアームに接続し、ケースの材料として非導電性高熱伝導ＰＢＴを用いた場合の超音波探触子の表面温度の計算結果を示す図 （ａ）第１の実施形態の変形例１における超音波探触子Ｑの一例を示す断面図、（ｂ）図１２（ａ）における超音波探触子ＱのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 （ａ）第１の実施形態の変形例２における超音波探触子Ｒの一例を示す断面図、（ｂ）図１３（ａ）における超音波探触子ＲのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 （ａ）第２の実施形態における超音波探触子Ｓの一例を示す断面図、（ｂ）図１４（ａ）における超音波探触子ＳのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 第２の実施形態における超音波探触子Ｓのケース９を分離して立体的に示した一例を示す図 第２の実施形態における超音波探触子のケース内に断熱材を充填する方法の一例を示した図 （ａ）第２の実施形態の変形例１における超音波探触子Ｔの一例を示す断面図、（ｂ）図１７（ａ）における超音波探触子ＴのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 （ａ）第２の実施形態の変形例２における超音波探触子Ｕの一例を示す断面図、（ｂ）図１８（ａ）における超音波探触子ＵのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 超音波探触子Ｕの一部の一例を説明する図 超音波探触子Ｕのケース内に断熱材を充填する方法の一例を示した図 （ａ）第２の実施形態の変形例３における超音波探触子Ｖの一例を示す断面図、（ｂ）図２１（ａ）における超音波探触子ＶのＡ－Ａ’断面から見た一例を示す断面図 従来例を示す図
　以下に、本開示技術に係る超音波探触子の第１、第２の実施の形態について、図面を用いて説明する。
　（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本開示技術の超音波探触子Ｐの第１の実施形態の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）における超音波探触子ＰのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。図１（ａ）、１（ｂ）は、本開示技術の超音波探触子の一例を示す。
素子部１は、電気信号と超音波信号を変換する部分である。素子部１は、素子部基板２と接続され、素子部基板２を介して電気信号処理回路３に電気的に接続される。電気信号処理回路３は、ケーブル４に電気的に接続され、ケーブル４およびコネクタ（図示せず）を介して、図示しない超音波診断装置本体に電気的に接続される。これにより、超音波探触子Ｐの一端は、ケーブル４などを介して、図示しない超音波診断装置本体に接続可能となる。
　ケーブル４は、信号線５と、信号線５の外表を覆うケーブルシールド６を含む。信号線５は、電気信号処理回路３と超音波診断装置本体を互いに電気的に接続している。超音波診断装置本体からの送信信号は、電気信号処理回路３を経由して、素子部１に伝達される。これにより、素子部１から被検体に超音波が送信される。送信された超音波は被検体にて反射される。素子部１は、被検体から反射された超音波を電気信号に変換する。電気信号処理回路３は、その電気信号の信号処理を行う。電気信号処理回路３によって処理された電気信号が、ケーブル４を経由して超音波診断装置本体に伝達される。これにより、超音波診断装置本体に接続されたディスプレイ（display）などに超音波診断画像が表示される。なお、素子部１は少なくとも圧電素子を含む。第１の実施形態では、素子部１はさらに、音響整合層、バッキング材７、音響レンズなどを含む。
ここで、超音波探触子Ｐの素子部１において、超音波診断装置本体からの送信信号のエネルギーの一部が熱となるため、素子部１の温度が上昇する。
電気信号処理回路３は、回路部基板８に実装されている。電気信号処理回路３は、送信用駆動回路、切り替えスイッチ、受信信号の増幅回路、受信信号を遅延加算する回路などから構成される。電気信号処理回路３では、超音波診断装置本体からの送信信号の信号処理を行う回路、又は、素子部１からの受信信号の信号処理を行う回路が集積化される。これらの回路における信号の授受の過程で電気信号処理回路３が発熱する。
ケース９は、素子部１及び電気信号処理回路３を収納する。「収納」には、図１（ａ）、１（ｂ）に示すように、対象物である素子部１を全体的ではなく部分的に収納する場合も含まれる。ケース９は、上下２つの部品（第１の部品と第２の部品）に分かれている。ケース９のそれぞれの部品は、素子部１及び電気信号処理回路３の両者を覆うように接着剤などで接合される。すなわち、ケース９のそれぞれの部品が、素子部１から電気信号処理回路３までを覆うように接合される。このような接合により、素子部１、素子部基板２、電気信号処理回路３などの構成部品がケース９に収納される。
ケース９は、絶縁性かつ高熱伝導性の材料が好ましい。ケース９は例えば、ＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などの樹脂に、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのフィラーを混入して形成される。これらの材料は、２～１５Ｗ／ｍ・Ｋという高い熱伝導率を有するとともに、絶縁性を有する。このような高熱伝導性材料をケース９の材料として用いることにより、ケース９全体に熱を分散させることができる。これにより、ケース９の特定の部分のみが高温となることを抑制することができる。また、ケース９は少なくとも内側（素子部１などを収納している側）の表面が高熱伝導性を有していれば、ケース９の外側の熱伝導性の高低に関わらず、ケース９の特定の部分のみが高温となることを抑制することができる。従って、ケース９は内側の表面に高熱伝導性の材料の層を形成しているものであってもよい。具体例として、ケース９の内側の表面に高熱伝導性の材料としてグラファイトを塗布していてもよい。ケース９の内側の表面のうち、電気信号処理回路３側に高熱伝導性の材料の層を形成し、素子部１側は高熱伝導性の材料層を形成しない構成としてもよい。このようにすることで、電気信号処理回路３から発生した熱をケース９に分散しつつ、素子部１側には熱の分散を防止することができる。
ケース９の一方の部品には、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離する仕切り部１０が設けられている。第１の実施形態では仕切り部１０がケース９の一方の部品と一体的に形成されているが、このような場合に限らず、ケース９とは別に形成した仕切り部１０をケース９の内側に設けてもよい。なお、ケース９の外表は、仕切り部１０によって分離されず、素子部１から電気信号処理回路３までを覆っている。仕切り部１０は、ケース９のもう一方の部品の内面に接するように配置される。
仕切り部１０には貫通穴１１が設けられており、貫通穴１１を通るように素子部基板２が貫通している。素子部基板２は例えば、ガラス又はエポキシ樹脂により構成される。貫通穴１１の大きさは概ね、仕切り部１０と素子部基板２が接触する大きさであることが好ましいが、これに限らず、貫通穴１１を介した空気の対流による伝熱が無視できる程度の隙間があってもよい。また、仕切り部１０をケース９のそれぞれの部品の両方に設けるとともに、素子部基板２が貫通する仕切り部１０の部分に切欠きを設けることで、貫通穴１１を形成しても良い。また、仕切り部１０は、ケース９と同じ材料によってケース９と一体的に形成されてもよい。仕切り部１０がケース９と一体的に形成されることで、仕切り部１０とケース９とが隙間なく接合される。これにより、ケース９内の素子部１側の空間と電気信号処理回路３側の空間との間において、空気の対流を防止することができる。
仕切り部１０で分離されたケース９内の素子部１側の空間には、熱伝導率の低い断熱材１２（第１の材料１２）として、硬質ウレタンフォームなどが充填されている。仕切り部１０で分離された素子部１側の空間とは、素子部１と仕切り部１０とで囲まれるケース９内の空間のことであり、より具体的には、素子部１のバッキング材７と仕切り部１０とで囲まれるケース９内の空間のことである。断熱材１２としては、ケース９の少なくとも内側の表面の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するものであれば良いため、空気であっても良いが、断熱材１２は固体材料であることがより好ましい。その他には、発泡ポリスチレンフォーム、グラスウール、ロックウール、木材などでも良い。素子部１側にある断熱材１２の熱伝導率がケース９の内側の表面の熱伝導率より低いことにより、ケース９内の電気信号処理回路３側の空間と素子部１との間で熱が伝わりにくくなる。これにより、電気信号処理回路３から発生する熱が素子部１へ伝わることを抑制することができる。
貫通穴１１の大きさが、仕切り部１０と素子部基板２が接触しない大きさである場合には、仕切り部１０と素子部基板２との間の隙間を断熱材１２によって埋めることが好ましい。また、断熱材１２は、仕切り部１０によって分離される素子部１側の空間の全てに充填されていなくても良いが、仕切り部１０及び素子部１の両方に密着するように充填されることが好ましい。このように断熱材１２を充填するとともに、ケース９に接触する仕切り部１０を形成することによって、電気信号処理回路３で発生する熱が素子部基板２やケース９を介して素子部１へ伝わることを抑制することができる。
ここで、断熱材１２を素子部１と仕切り部１０とケース９で囲まれる空間に配置するには、あらかじめ成型した断熱材１２を設置しても良い。あるいは、図４に示す通り、ケース９の片方の部品に、素子部１と仕切り部１０の間の空間に連通する穴１３を設けて、穴１３から断熱材１２を注入しても良い。すなわち、ケース９の上下の部品を嵌合させた後に、穴１３から断熱材１２を注入し、断熱材１２の注入後に、穴１３を覆うように蓋１４で封止する。これにより、素子部１と仕切り部１０とケース９で囲まれた空間に、確実に隙間無く、断熱材１２を充填することができる。このとき、ケース９内の素子部１側の空間に断熱材１２が充填された状態にて、穴１３は蓋１４によって封止されている。すなわち、少なくとも穴１３の素子部１側の開口が断熱材１２で封止されている。なお、断熱材１２によって蓋１４が構成されても良い。
図２は、超音波探触子Ｐの第１の実施形態の各構成部品を分解して立体的に示す。図３は、超音波探触子Ｐの第１の実施形態について、ケース９の片側（上側））を分離した状態で超音波探触子Ｐの内部にある各構成部品などを示す。図２、３に示す超音波探触子Ｐでは、各構成部品をケース９内に収納し、ケース９を接合した後に、図４に示すように、ケース９内の素子部１と仕切り部１０の間の空間に対応する位置に設けられた穴１３に断熱材１２を注入している。穴１３はその後、蓋１４により封止される。
仕切り部１０で分離されたケース９内の電気信号処理回路３側の空間は、仕切り部１０とケース９で囲まれる電気信号処理回路３側の空間であり、この空間には、空気などの気体が充填されている。すなわち、電気信号処理回路３には気体が接触している。
ケース９の内部には、ケーブル４の一部であるケーブルシールド６を挟み込むケーブルクランプ１５が配置されている。ケーブルクランプ１５は、少なくとも上下二つの部品で構成される。ケーブルクランプ１５の２つの部品における締結面１６が互いに向かい合うようにして、ケーブルクランプ１５がケーブルシールド６を挟み込む。このような状態で、ねじ１７がケーブルクランプ１５の両方の部品を貫通することで、ケーブルクランプ１５がケーブル４とともに固定される。なお、図１では、ストレインレリーフ１５の形状が上方視でＴ字形の場合を図示しているが、図２では、ストレインレリーフ１５の形状が上方視で長方形である場合を図示している。
ケーブルクランプ１５には、少なくとも１本以上のアーム１８が接続される。アーム１８は、回路部基板８にも接続される。すなわち、アーム１８はケーブルクランプ１５と回路部基板８を支持している。第１の実施形態では、回路部基板８とアーム１８は、ねじによって互いに固定されている。第１の実施形態では、２本のアームがケーブルクランプ１５に接続しているが、１本でも、３本以上であってもよい。なお、アーム１８は、ケーブルクランプ１５の一部として、ケーブルクランプ１５と一体的に形成されていてもよい。すなわち、ケーブルクランプ１５とアーム１８は一連の一つの部材から形成されてもよい。例えばアルミダイカストなどの金属ダイカストを用いて、ケーブルクランプ１５とアーム１８を一体成型により製作しても良い。これにより、ケーブル４の固定や電気信号処理回路３からの放熱に適した複雑な形状を安価に実現することができる。また、アーム１８がケーブルクランプ１５の一部としてケーブルクランプ１５と一体的に形成されている場合、図１（ｂ）に示すとおり、ケーブルクランプ１５は、アーム１８に続く部位（下側の部位）と、その部位に対向する部位（上側の部位）でケーブルシールド６を上下方向に挟む。これにより、回路部基板８の熱を、アーム１８を介して効率よくケーブルシールド６に伝熱することができる。
さらに、第１の実施形態のように、ねじ１７がケーブルクランプ１５を圧接することでケーブルクランプ１５がケーブルシールド６を挟む場合に限らず、ケーブルクランプ１５を設けずに、ケーブルシールド６をアーム１８に接着してもよい。この場合の接着は、高熱伝導性又は高導電性の接着剤を用いて行っても良い。また、ケーブルクランプ１５でケーブルシールド６を挟まなくても良い。すなわち、ケーブルクランプ１５を圧接するねじ１７を設けずに、高熱伝導性又は高導電性の接着剤を用いて、ケーブルシールド６をケーブルクランプ１５の一部に接着して固定してもよい。
なお、アーム１８は、断熱材１２よりも高い熱伝導率を有する材料で構成される。このような材料を採用することで、電気信号処理回路３側で発生する熱を素子部１に伝熱することを抑制しながら、アーム１８を通じてケーブルシールド６へ伝熱することができる。
例えば、ケーブルクランプ１５及びアーム１８の材料としては、金、銀、銅などの金属材料が好ましい。さらには、金属材料の中でも、電気抵抗率が低く、熱伝導率が高く、かつ軽量で安価なアルミなどがより好ましい。このような材料を採用するとともに、回路部基板８におけるアーム１８との接触部に、電気信号処理回路３のグラウンド電極を配置しても良い。このような配置によれば、ケーブルクランプ１５によってケーブルシールド６を挟み込んでケーブル４を固定することに加え、電気信号処理回路３のグラウンド電極を、比較的太い線材であるケーブルシールド６に電気的に接続することができる。これにより、電気信号処理回路３のグラウンドインピーダンスを小さくすることができる。グラウンドインピーダンスを小さくすることにより、電気信号処理回路３は、外部からの電磁波ノイズの影響を低減することができ、あるいは、外部に放出する電磁波ノイズを少なくすることができる。
また、電気信号処理回路３で発生する熱は、回路部基板８に形成される広いグラウンド電極及びグラウンド電極と直接接触するアーム１８を経由して、ケーブルシールド６に伝わる。このような構成により、電気信号処理回路３の熱をケーブルシールド６まで伝熱させることにより、放熱専用の熱伝達板、ヒートスプレッダ又は電磁シールド部材などを設けることなく、効率よく放熱することができる。
また、アーム１８を金属により形成した場合には、アーム１８の表面の状態によって放射率が大きく変わる。例えばアルミの場合には、波長約１．６μｍの非酸化面の放射率が０．０９であるのに対して、表面のアルミを酸化させて酸化面とした場合には、放射率は０．４となる（４倍以上）。また、表面の酸化処理以外にも、アーム１８の表面に熱放射塗料（放熱塗料）を塗布しても、同様に放射率を向上させることができる。また、アルミで形成されたアーム１８と接続されるケーブルクランプ１５の表面に酸化処理を施しても良い。ケーブルクランプ１５の表面に酸化処理を施すことで、電気信号処理回路３の熱を効率良く放熱することができる。酸化処理は、アーム１８及びケーブルクランプ１５の全面に施しても良い。あるいは、アーム１８のうち、ケーブルクランプ１５の配置されるケーブル４に近い部分にのみ酸化処理または放熱塗料の塗布を施しても良い。アーム１８の長手方向における中央よりもケーブルクランプ１５側の表面に酸化処理または放熱塗料の塗布を施し、アーム１８の長手方向において中央よりもケーブルクランプ１５とは反対側の端部側の表面は酸化処理または放熱塗料の塗布を施さない構成としてもよい。これにより、温度の上昇が比較的少ないケーブル４の近傍からの放熱を増加させることができるため、素子部１やケース９の温度上昇をさらに軽減することができる。あるいは、アーム１８の表面のうち、ケーブルクランプ１５に接触する部分にのみ酸化処理または放熱塗料の塗布を施しても良い。
さらに、ケーブルクランプ１５及びアーム１８は、カーボンまたは金属フィラーを配合した樹脂で形成されても良い。この場合、ケーブル４の固定や電気信号処理回路３からの放熱に適した複雑な形状を、樹脂成型により安価に製作することができる。カーボンとしては、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛、又は、カーボングラファイトなどを使用することができる。金属フィラーとしては、銀、銅、ニッケルなどの微粉末、酸化亜鉛若しくは酸化スズのような金属酸化物、又は、アルミ若しくはステンレスの金属繊維などを使用することができる。樹脂としては、ポリオレフィン、ポリエステル、フェノール、又はナイロンなどを使用することができる。このようなカーボンまたは金属フィラーが配合された導電性の樹脂は、電気抵抗が小さく、かつ熱伝導率も一般の樹脂と比較して高いため、電気信号処理回路３からの放熱やグラウンドインピーダンスの低減に好適な材料である。
さらに、回路部基板８とアーム１８が接触する箇所に、回路部基板８よりも熱伝導率の高い放熱用グリスを塗布してもよい。これにより、電気信号処理回路３からアーム１８への伝熱効率をさらに向上させることができる。放熱用グリスとしては例えば、３Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有するシリコングリスなどを利用することができる。また、放熱用グリスが、高い熱伝導率だけでなく導電性を有する場合には、電気信号処理回路３のグラウンドインピーダンスを低減することができるため、外部からの電磁波ノイズや放射ノイズを低減することができる。熱伝導率の高いグリスを導電性グリスとするためには、カーボン又は金属フィラーを混入させればよい。金属フィラーとしては、銀、銅若しくはニッケルなどの微粉末、酸化亜鉛若しくは酸化スズのような金属酸化物、又はアルミ若しくはステンレスの金属繊維などを使用することができる。カーボンとしては、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛又はカーボングラファイトなどを使用することができる。
また、ケース９とケーブル４が接続する箇所には、ケーブル４を貫通させるストレインレリーフ１９が設けられる。具体的には、ケース９の外側においてケーブル４を貫通させるとともにケースに９に接触するストレインレリーフ１９が設けられる。ストレインレリーフ１９は、ケーブル４の急峻な曲がりによる断線を防止するために設けられている。
　ケーブルクランプ１５は、後述するケース内放熱板２４と接続し、更にケース内放熱板２４はケース９の外側に向かって延びるねじ部２０と接続している。ねじ部２０には放射板２１（第２の放熱板２１）が螺合している。この放熱板２１は、ストレインレリーフ１９内にインサート成型された１つ以上の円板形状の板であり、アルミなどの金属で構成される。放熱板２１の中心には、ねじ部２０に螺合するねじ穴が形成されている。第１の実施形態では、放熱板２１は、３枚の円板形状を有する。このような構成によれば、放熱板２１をストレインレリーフ１９とともに回転させてねじ部２０内にねじ込むことで、ねじ部２０と放熱板２１が連結される。ねじによる連結部には、伝熱効率を向上させる目的で、高熱伝導グリス又は高熱伝導接着剤を塗布しても良い。ただし、このようなねじを用いた方法に限らず、他の方法を用いてケーブルクランプ１５と放熱板２１を連結しても良い。また、ケーブルクランプ１５、ケース内放熱板２４、及びねじ部２０は一体的に形成されていてもよい。このとき、ケーブルクランプ１５、ケース内放熱板２４、及びねじ部２０が一体形成された部品は、ケーブル４を挟み込むために上下二つの部品からなり、この二つの部品はねじ１７で固定される。このように一体形成する構成とすると、別部品で形成してから接続するよりも熱伝導効率がよくなり、好ましい。
放熱板２１を覆うストレインレリーフ１９の断面積は、ケーブル４の軸方向において、ケーブルクランプ１５との接続部（接触部）から超音波診断装置本体側に向かうにつれて、徐々に小さくなっている。このようなストレインレリーフ１９の形状により、ケーブル４の急峻な屈曲が妨げられる。これにより、ケーブル４の信号線５やケーブルシールド６の断線を防止することができる。さらに、例えばアルミなどの金属で製作された放熱板２１の周囲を、熱伝導率が高く非導電性のエラストマーからなるストレインレリーフ１９で覆っても良い。これにより、超音波探触子Ｐの電気的絶縁が確保される。同時に、エラストマーの放射率は約０．９５であり、アルミなどの金属の放射率よりもはるかに高いため、エラストマーからなるストレインレリーフ１９で放熱板２１を被覆することで、より効率的な放熱を実現することができる。
　アーム１８とケーブルクランプ１５は別々の部品として製作しても良いが、このような場合に限らない。例えば、機械加工、金属ダイカスト又は樹脂成型などによってアーム１８とケーブルクランプ１５を１つの部品として製作した後、アーム１８とケーブルクランプ１５を分割しても良い。このような方法によれば、アーム１８とケーブルクランプ１５を分割する前に、ねじ部２０を加工することができる。
また、放熱板２１がインサートされたストレインレリーフ１９をねじ部２０にねじ込んでいくことで、ケーブルクランプ１５に挟まれたケーブル４を強固に固定することができる。ねじ部２０に、ケーブルクランプ１５がケーブル４を挟み込む方向と直交する方向（ケーブル４の軸方向）に延びる溝２３を形成しても良い。少なくとも１つの溝２３を形成することで、ねじ部２０が複数の領域に分割される（例えば３分割や４分割）。これにより、ねじ部２０にストレインレリーフ１９をねじ込んで行く際に、ケーブル４を複数の方向（例えば３方向や４方向）から締め付けることができるため、より強固にケーブル４を固定することができる。また、ねじ部２０の先端を細くテーパー状にすると、ストレインレリーフ１９をねじ部２０にねじ込んでケーブル４を締め付ける際に有利である。
さらに、ケース９の部品の接合部において、ケース９の二つの部品に挟まれるようにケース内放熱板２４（第１の放熱板２４）を形成してもよい。ケース内放熱板２４は、ケーブルクランプ１５と放熱板２１に接触している。このような構成とすることで、ケーブルクランプ１５の熱がケース内放熱板２４に伝わるため、放熱性を向上させることができる。ケース内放熱板２４は例えば、アルミなどの金属材料で構成される。さらに、図１（ａ）、１（ｂ）に示すように、ケース内放熱板２４と放熱板２１を接触させるように配置しても良い。ケース内放熱板２４と放熱板２１により、ケーブル４を囲むとともにケーブルクランプ１５に接続される放熱板が構成される。これにより、ケーブルクランプ１５の熱を、ケース内放熱板２４を介して放熱板２１により多く伝えることができるため、ケース内放熱板２４がない場合に比べて、電気信号処理回路３で発生した熱の放熱板２１への伝熱効率を上げることができる。結果として、ストレインレリーフ１９側の放熱板２１を経由した外部への放熱効率を向上させることができる。
また、ケース９とストレインレリーフ１９における互いの接続部分に窪み２２を形成してもよい。図１（ａ）、１（ｂ）では、ケース９に形成される窪み２２と、ストレインレリーフ１９に形成する窪み２２はそれぞれ向かいあうように位置している。ケース９とストレインレリーフ１９の間に接着剤を塗布して両者を接着する際に、窪み２２は接着剤を貯留する空間として機能する。これにより、余剰な接着剤が窪み２２に貯留されることとなる。窪み２２に接着剤が貯留されて硬化することで、ストレインレリーフ１９とケース９との間の隙間から水が浸入する際に、窪み２２を設けない場合に比べて、ケース９内に到達するまでの水の流入経路が長くなる。これにより、外部からの水分の流入をより確実に防止することができるので、より確実に電気的絶縁性を確保できる。
また、ケーブルクランプ１５におけるケーブルシールド６との接触面に凹凸を設けてもよい。このような凹凸を設けることで、ケーブル４をより強固に固定することができる。同時に、ケーブルクランプ１５からケーブルシールド６への伝熱面積が広がるため、放熱のための伝熱効果をより向上させることができる。
さらに、ケーブルクランプ１５におけるケーブル４との接触面に、ケーブルクランプ１５よりも熱伝導率の高いグリス又は接着剤を塗布してもよい。このようなグリス又は接着剤を塗布することで、ケーブルクランプ１５からケーブルシールド６への伝熱効率が向上するとともに、接着剤であればケーブル４をより確実に固定することが出来る。熱伝導率の高いグリスとしては例えば、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ程度のシリコングリスなどが利用できる。また、このようなグリス又は接着剤は、導電性を有することが好ましい。ケーブルクランプ１５に導電性のグリス又は接着剤を塗布することで、電気信号処理回路３のグラウンドを低インピーダンスでケーブル４へ電気的に接続することができる。これにより、外部からの電磁波ノイズの影響や、外部に放出する電磁波ノイズを低減することができる。熱伝導率の高いグリス又は接着剤を導電性とするためには、カーボン又は金属フィラーを混入させればよい。金属フィラーとしては例えば、銀、銅、ニッケルなどの微粉末、酸化亜鉛若しくは酸化スズのような金属酸化物、アルミ若しくはステンレスの金属繊維などがある。カーボンとしては例えば、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛、カーボングラファイトなどがある。
ここで、本開示技術の効果を説明するため、超音波探触子の発熱状態をシミュレーションした結果について、図５～図１１を用いて説明する。
図５は、シミュレーションで用いる超音波探触子Ｘの分解図である。超音波探触子Ｘは、素子部１と、素子部基板２と、電気信号処理回路３と、信号線５と、ケーブルシールド６と、バッキング材７と、回路部基板８と、ケース９と、ケーブルクランプ１５と、ストレインレリーフ１９とを備える。これらの構成を備える点で、図５に示す超音波探触子Ｘは図１－３に示す超音波探触子Ｐと共通する。電気信号処理回路３の構造やケーブルクランプ１５の形状が異なるが、基本的な構成は概ね共通しており、図５に示す超音波探触子Ｘでも図１－３と同様の符号を用いる。簡略化のため、電磁シールド部材は省略されている。素子部１は、素子部基板２を介して電気信号処理回路３に電気的に接続される。電気信号処理回路３は、信号線５を介して超音波診断装置本体へ電気的に接続される。図５では、ケース９の２つの部品が接合される前の状態を示しているが、シミュレーション時においては、素子部１、電気信号処理回路３、ケーブルシールド６、ケーブルクランプ１５などを内包するようにケース９の２つの部品が接合されている。
まずは、超音波探触子Ｘにケース９内の空間を仕切る仕切り部を設けなかった超音波探触子Ｘ１のシミュレーション結果について、図６、７を用いて説明する。
図６（ａ）、６（ｂ）は、超音波探触子Ｘ１を用いて、素子部１には電力を印加せず、電気信号処理回路３の消費電力を３Ｗとした場合の各部位の表面温度を計算したシミュレーション結果を示す。図６（ａ）、６（ｂ）では、ケース９内の全体に空気が充填されている場合のシミュレーション結果を示す。なお、図６（ａ）は、超音波探触子Ｘ１の素子部１を地上に対して上方に向けて保持した場合のシミュレーション結果を示す。図６（ｂ）は、超音波探触子Ｘ１の素子部１を地上に対して下方に向けて保持した場合のシミュレーション結果を示す。
図６（ａ）に示すとおり、超音波探触子Ｘ１の素子部１を上方に向けて保持した場合、素子部１の温度は、電気信号処理回路３の熱の伝播により４４．８℃まで上昇している。さらに、ケース９の側面の温度は、ケース９の内部の空気の対流により４５．８℃まで上昇している。一方、図６（ｂ）に示すとおり、超音波探触子Ｘ１の素子部１を下方に向けて保持した場合、素子部１の温度は３８．２℃程度であるが、ケース９の側面の温度は、ケース９内部の空気の対流により４２．８℃まで上昇している。
使用時において、超音波探触子Ｘ１はあらゆる向きに向けられる。一方で、不使用時における超音波探触子Ｘ１は例えば、素子部１を上方に向けた状態にて、超音波診断装置本体のプローブホルダー（図示せず）に収納される。このような状況では、電気信号処理回路３で発生する熱が、ケース９内の空気の対流により素子部１に伝熱されるため、素子部１の温度が上昇してしまう。素子部１には温度規制があるため、素子部１の温度が上昇すると、素子部１に印加できる電圧が制限される。これにより、超音波探触子Ｘ１への送信電圧の出力を必要な超音波出力値まで上昇させることができず、超音波診断装置の感度が低下するという問題が発生する。本シミュレーション結果により、本発明者らは、特に素子部１を上方に向けて保持した場合にケース９内の空気の対流による熱の伝播が素子部１の深刻な温度上昇につながることを突き止めた。
次に、超音波探触子Ｘにおいてケース９内の空間を仕切る仕切り部を設けずに、ケース９内の全てに空気以外の断熱材を充填させた超音波探触子Ｘ２の発熱状態について説明する。
図７（ａ）、７（ｂ）は、超音波探触子Ｘ１、Ｘ２をそれぞれ用いて、素子部１を上方に向けて保持した状態で、素子部１には電力を印加せず、電気信号処理回路３の消費電力を３Ｗとした場合の各部位の表面温度を計算したシミュレーション結果を示す。なお、図７（ａ）は、比較対象として、ケース９内の空間の全てに空気を充填した場合のシミュレーション結果（図６（ａ）に示した結果）を示す。図７（ｂ）は、ケース９内の空間の全てに空気以外の断熱材、具体的には硬質ウレタンフォームを充填した場合のシミュレーション結果を示す。
図７（ａ）に示すとおり、ケース９内の空間の全てに空気を充填した場合には、素子部１の最高表面温度は４４．８℃、ケース９の正面（電気信号処理回路３が配置される側の面）の最高表面温度は４２．４℃、ケース９の側面の最高表面温度は４５．８℃である。図７（ｂ）に示すとおり、ケース９内の空間の全てに空気以外の断熱材を充填した場合、素子部１の最高表面温度は５０．９℃、ケース９の正面の最高表面温度は４５．２℃、ケース９の側面の最高表面温度は４９．３℃である。これらの結果より、ケース９内の空間の全てに空気以外の断熱材を充填した場合の方が、ケース９内の空間の全てに空気を充填した場合よりも、素子部１およびケース９の表面温度が高くなることがわかる。これより、ケース９の内部全体を空気以外の断熱材で埋め尽くしても、電気信号処理回路３の素子部１及びケース９の表面温度を低下させる効果はなく、特定の部位の表面温度が上昇してしまうことがわかる。
次に、超音波探触子Ｘにおいて、ケース９内の空間を仕切る仕切り部１０を設けた超音波探触子Ｘ３の発熱状態について図８を用いて説明する。超音波探触子Ｘ３においては、素子部１と電気信号処理回路３の間に、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離し、かつケース９に接するように配置される仕切り部１０が設けられる。また、分離されたケース９内の空間のうち、素子部１側の空間には空気以外の断熱材、具体的には硬質ウレタンフォームを充填させ、電気信号処理回路３側の空間には空気を充填している。
図８は、超音波探触子Ｘ３において、素子部１を地上に対して上方に向けて保持した状態で、素子部１には電力を印加せず、電気信号処理回路３の消費電力を３Ｗとした場合の各部位の表面温度を計算したシミュレーション結果を示す。図８に示すとおり、素子部１の最高表面温度は３５．７℃である。これは、図７（ａ）を用いて説明したケース９内の空間の全てに空気を充填した場合の温度（４４．８℃）よりも低い。図８に示すとおり、ケース９の正面の最高表面温度は４４．８℃、ケース９の側面の最高表面温度は４５．２℃である。
さらに、図８で用いた超音波探触子Ｘ３において、回路部基板８をアーム１８に接続させた場合の超音波探触子Ｘ４の発熱状態について、図９を用いて説明する。図９では、ケーブルクランプ１５と回路部基板８をともにアーム１８に接続させた超音波探触子Ｘ４を用いる。
図９は、超音波探触子Ｘ４において、素子部１を地上に対して上方に向けて保持した状態で、素子部１には電力を印加せず、電気信号処理回路３の消費電力を３Ｗとした場合の各部位の表面温度を計算したシミュレーション結果である。図９に示すとおり、素子部１の最高表面温度は３５．７℃、ケース９の正面の最高表面温度は４４．０℃、ケース９の側面の最高表面温度は４３．５℃である。図９における素子部１の最高表面温度（３５．７℃）は、図７（ａ）を用いて説明した場合の温度（４４．８℃）よりも低い。さらに、図９におけるケース９の正面の最高表面温度（４４．０℃）も、図８を用いて説明したアーム１８が設けられていない場合の温度（４４．８℃）よりも低いことがわかる。図９に示す超音波探触子Ｘ４では、回路部基板８をアーム１８に接続することで、電気信号処理回路３から発生する熱をアーム１８とケーブルクランプ１５を通じて、ストレインレリーフ１９に効率よく伝熱することができる。これにより、素子部１の表面温度だけでなく、ケース９の正面の表面温度も低下させることができる。
次に、図６で用いた超音波探触子Ｘ１において、ケース９の材料として非導電性の高熱伝導ＰＢＴを用いた場合の超音波探触子Ｘ５の発熱状態について、図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）、１０（ｂ）は、超音波探触子Ｘ１、Ｘ５において、素子部１を地上に対して上方に向けて保持した状態で、素子部１には電力を印加せず、電気信号処理回路３の消費電力を３Ｗとした場合の各部位の表面温度を計算したシミュレーション結果を示す。図１０（ａ）は、比較対象として、ケース９の材料として変性ＰＰＥ樹脂を用いた場合のシミュレーション結果（図６（ａ）に示す結果）である。図１０（ｂ）は、ケース９の材料として、ＰＢＴ樹脂に窒化ホウ素のフィラーを混入した非導電性の高熱伝導ＰＢＴを用いた場合のシミュレーション結果である。図１０（ａ）に示すように、ケース９の材料として変性ＰＰＥ樹脂を用いた場合、素子部１の最高表面温度は４４．８℃、ケース９の正面の最高表面温度は４２．４℃、ケース９の側面の最高表面温度は４５．８℃である。一方で、図１０（ｂ）に示すように、ケース９の材料として非導電性の高熱伝導ＰＢＴを用いた場合、素子部１の最高表面温度は４２．１℃、ケース９の正面の最高表面温度は４１．０℃、ケース９の側面の最高表面温度は４３．９℃である。これらの結果より、図１０（ｂ）に示すように、ケース９の材料として熱伝導率の高い樹脂を使用することによって、素子部１や電気信号処理回路３からケース９へ伝熱される熱が効率的に拡散されて、素子部１やケース９の表面温度が低下することがわかる。
　次に、図９に示した超音波探触子Ｘ４において、ケース９の材料として、非導電性の高熱伝道ＰＢＴを用いた超音波探触子Ｘ６の発熱状態について、図１１を用いて説明する。図１１は、超音波探触子Ｘ６において、素子部１を地上に対して上方に向けて保持した状態で、素子部１には電力を印加せず、電気信号処理回路３の消費電力を３Ｗとした場合の各部位の表面温度を計算したシミュレーション結果である。図１１に示すとおり、素子部１の最高表面温度は３５．５℃、ケース９の正面の最高表面温度は４１．８℃、ケース９の側面の最高表面温度は４４．２℃である。したがって、図６（ａ）、６（ｂ）に示した超音波探触子Ｘ１の場合と比べて、素子部１が地上に対して上向きに保持されている場合であっても、素子部１及びケース９のいずれの表面温度も低下させることができることがわかる。
以上に説明したとおり、本開示技術の第１の実施形態に係る超音波探触子Ｘ３、Ｘ４、Ｘ６（図８、９、１１）によれば、断熱材１２とケース９に接触するように形成された仕切り部１０により、ケース９内の空間を素子部１側の空間と電気信号処理回路３を側の空間に分離する。これにより、ケース９内の素子部１側の空間と電気信号処理回路３側の空間の間における空気の対流を無くし、電気信号処理回路３から素子部１への伝熱を抑制することができる。すなわち、ケース内の仕切り部１０と素子部１の間に断熱層（断熱材１２）が形成されている、あるいは断熱媒体（断熱材１２）が充填されているといえる。また、図９などを用いて説明したように、電気信号処理回路３で発生する熱は、ケーブルクランプ１５を支持するアーム１８を経由して、ケーブル４やストレインレリーフ１９に効率よく伝わる。さらに、電気信号処理回路３で発生する熱は、ケース９内の電気信号処理回路３側の空間における空気の対流により、ケース９のうち電気信号処理回路３を覆っている部分などに伝熱される。これにより、電気信号処理回路３の熱を放熱することができる。
　すなわち、超音波診断装置本体に接続可能な超音波探触子Ｘ３、Ｘ４、Ｘ６（および超音波探触子Ｐ）は、電気信号と超音波とを相互に変換する素子部１と、素子部１に電気的に接続される電気信号処理回路３と、素子部１と電気信号処理回路３を収納するケース９と、素子部１と電気信号処理回路３とを電気的に接続する素子部基板２と、ケース９に接するように配置され、素子部１と電気信号処理回路３を分離する仕切り部１０とを備え、ケース９内であって仕切り部１０で分離された素子部１側の空間にケース９の内壁面を形成する物質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する第１の材料（断熱材１２）が充填される。これにより、熱源である電気信号処理回路３から発生する熱を効率よく放熱することができるとともに、素子部１への伝熱を抑制することができる。少なくともこれらの構成を有していれば、前述した本開示技術の目的を達成することができる。
　第１の実施形態では、特に素子部１を上向きに保持した状態において、電気信号処理回路３などで生じる熱が空気の対流によって素子部１へ伝熱することを抑制することができる。これにより、素子部１の温度上昇を軽減することができるため、素子部１の表面温度の規制に関連する超音波出力の制限による超音波探触子の感度低下を軽減することができる。
　（第１の実施形態の変形例１）
図１２（ａ）は、第１の実施形態の変形例１にかかる超音波探触子Ｑの断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における超音波探触子ＱのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。ここで、第１の実施形態において説明したものと同じ超音波探触子の構成には、同じ符号を用いてその詳細な説明を省略する。
　第１の実施形態の変形例１では、仕切り部１０として、所定の間隔をあけてケース９に接触するように配置される複数の平板からなる仕切り板２５が形成される。なお、複数の仕切り板２５同士の間の空間や、仕切り板２５と素子部１との間の空間には、それぞれ空気が充填されている。
　より詳細に説明すると、上下２つの部品に分かれたケース９の一方の部品に、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離する複数の仕切り板２５からなる連続仕切り部が設けられている。ここでは、仕切り板２５がケース９の一方の部品と一体的に形成されているが、仕切り板２５を個別に形成した後にケース９の内側に配置してもよい。ケース９の外表は、仕切り板２５によって分離されず、素子部１から電気信号処理回路３までを覆っている。仕切り板２５は、ケース９に接するように配置され、素子部基板２が貫通している。素子部基板２は、それぞれの仕切り板２５に設けられた貫通穴１１を貫通している。この貫通穴１１の大きさは、仕切り板２５と素子部基板２が接触する大きさであることが好ましい。また、仕切り板２５がケース９の一方の部品に形成されるのではなく、ケース９の上下２つの部品の両側に仕切り板２５を設けても良い。この場合、上下それぞれの仕切り板２５に切り欠きを設けることで、素子部基板２が貫通する貫通穴１１を形成しても良い。また、仕切り板２５は、ケース９と同じ材料で、ケース９と一体的に形成されていてもよい。仕切り板２５がケース９と一体的に形成されることで、仕切り板２５とケース９とが隙間なく接合される。これにより、ケース９内の素子部１側の空間と電気信号処理回路３側の空間との間の空気の対流を防止することができる。
　なお、図１２では、４枚の仕切り板２５が形成されているが、少なくとも２枚以上の仕切り板２５があれば良い。
　このように、ケース９内の空間を仕切り板２５によって仕切るとともに、仕切られた空間のそれぞれに空気層を設けることによって、ケース９内に空気以外の断熱材を配置しなくても、電気信号処理回路３から素子部１への伝熱を防止することが可能となる。
　（第１の実施形態の変形例２）
図１３（ａ）は、第１の実施形態の変形例２にかかる超音波探触子Ｒの断面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における超音波探触子ＲのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。ここで、第１の実施形態において説明したものと同じ超音波探触子の構成には、同じ符号を用いてその詳細な説明を省略する。
　第１の実施形態の変形例２では、仕切り部１０として、所定の間隔をあけてケース９に接するように配置される２つの平板からなる仕切り板２６が用いられる。さらに、２つの仕切り板２６の間には空気以外の断熱材２７が、仕切り板２６の対向する面とケース９に接するように充填されている。また、素子部１と仕切り板２６との間の空間には、断熱材２７の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導材料２８が充填されている。すなわち、仕切り板２６によって仕切られるケース９内の素子部１側の空間には、断熱材２７と高熱伝導材料２８が充填されている。
　より詳細に説明すると、上下２つの部品に分かれたケース９の一方の部品に、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離する２つの仕切り板２６が設けられている。ここでは、仕切り板２６がケース９の一方の部品と一体的に形成されているが、仕切り板２６を個別に形成した後にケース９の内側に配置してもよい。なお、ケース９の外表は、仕切り板２６によって分離されず、素子部１から電気信号処理回路３までを覆っている。仕切り板２６は、ケース９に接するように配置され、素子部基板２が貫通している。素子部基板２は、仕切り板２６に設けられたそれぞれの貫通穴１１を貫通している。この貫通穴１１の大きさは、仕切り板２６と素子部基板２が接触する大きさであることが好ましい。また、仕切り板２６がケース９の一方の部品に形成されるのではなく、ケース９の上下２つの部品の両側に仕切り板２６を設けても良い。この場合、上下それぞれの仕切り板２６に切り欠きを設けることで、素子部基板２が貫通する貫通穴１１を形成しても良い。仕切り板２６は、ケース９と同じ材料で、ケース９と一体的に形成されていてもよい。仕切り板２６がケース９と一体的に形成されることで、仕切り板２６とケース９とが隙間なく接合される。これにより、ケース９内の素子部１側の空間と電気信号処理回路３側の空間との間の空気の対流を防止することができる。
　なお、断熱材２７は例えば、硬質ウレタンフォーム、発泡ポリスチレンフォーム、グラスウール、ロックウール、空気、木材などであっても良い。高熱伝導材料２８は例えば、ＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などの樹脂に、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのフィラーを混入したものであっても良い。
　断熱材２７及び高熱伝導材料２８を充填する際には、超音波探触子Ｒの各構成部品をケース９内に収納し、ケース９を接合した後に、ケース９に設けられた穴から断熱材２７及び高熱伝導材料２８のそれぞれの材料を注入し、蓋で封止してもよい。ケース９の穴は、ケース９内の断熱材２７及び高熱伝導材料２８が配置される空間に連通する。このようにケース９に穴を形成し、その穴から断熱材２７及び高熱伝導材料２８の材料を注入することで、より確実に隙間無く、ケース９内に断熱材２７及び高熱伝導材料２８を充填する事が出来る。
第１の実施形態の変形例２では、仕切り板２６同士の間に断熱材２７を配置し、素子部１と仕切り板２６との間の空間に高熱伝導材料２８を配置する。このような配置によれば、断熱材２７により、電気信号処理回路３で発生する熱が素子部１へ伝熱することが抑制される。また、素子部１で発生する熱は、高熱伝導材料２８を介してケース９へ伝わることで放熱することができる。これにより、素子部１の表面温度上昇を軽減することができるため、素子部１の表面温度の規制に関連する超音波出力の制限による超音波探触子Ｒの感度低下を軽減することができる。
　（第２の実施形態）
図１４（ａ）は、本開示技術の超音波探触子の第２の実施形態の断面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における超音波探触子ＳのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。ここで、第１の実施形態において説明したものと同じ超音波探触子の構成には、同じ符号を用いてその詳細な説明を省略する。超音波探触子Ｓの一端は、ケーブル４を介して超音波診断装置本体（図示）に接続可能である。
　第２の実施形態と第１の実施形態で異なる点はケース９の構造である。具体的には、第１の実施形態ではケース９が上下二つの部品に分かれているのに対して、第２の実施形態では、素子部１を収納する素子部ケース２９（第１の部品２９）と、電気信号処理回路３を収納する回路部ケース３０（第２の部品３０）とに分かれている。
素子部１を覆う素子部ケース２９と、電気信号処理回路３を覆う回路部ケース３０が、接着剤などで接合されることにより、ケース９内に素子部１、素子部基板２、電気信号処理回路３などの構成部品が収納される。このようにして、素子部１や電気信号処理回路３がケース９に収納される。
ケース９は、絶縁性および高熱伝導性を有する材料（絶縁性の高熱伝導材料）で形成されることが好ましい。そのような材料としては例えば、ＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などの樹脂に、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのフィラーを混入したものなどがある。これらの材料は、２～１５Ｗ／ｍ・Ｋという高い熱伝導率を有し、かつ絶縁性を有する。ケース９の材料として高熱伝導材料を用いることにより、ケース９全体に熱を分散させることができるため、ケース９の特定の部分のみが高温となることを抑制することができる。また、ケース９は少なくとも内側（素子部１などを収納している側）の表面が高熱伝導性を有していれば、ケース９の外側の熱伝導性の高低に関わらず、ケース９の特定の部分のみが高温となることを抑制することができる。従って、ケース９は内側の表面に高熱伝導性の材料の層を形成しているものであってもよい。具体例として、ケース９の内側の表面に高熱伝導性の材料としてグラファイトを塗布していてもよい。特に回路部ケース３０の内側の表面に高熱伝導性の材料の層を形成し、素子部ケース２９の内側の表面には高熱伝導性の材料の層を形成しないような構成としても良い。このような構成により、電気信号処理回路部３から放熱される熱が分散され、且つ素子部１側への熱の分散は抑制できるため望ましい。
ケース９内の、素子部１と電気信号処理回路３の間には、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離する素子ケース蓋３１が設けられている。素子ケース蓋３１は、第１の実施形態における仕切り部１０に対応する。素子ケース蓋３１は、ケース９に接するように配置され、素子部基板２が貫通している。素子部基板２は、素子ケース蓋３１に設けられた貫通穴１１を貫通している。この貫通穴１１の大きさは、素子ケース蓋３１と素子部基板２が接触する大きさにであることが好ましい。この素子ケース蓋３１は、素子部ケース２９の開口（素子部ケース２９の電気信号処理回路３側の開口）を覆う。さらに、素子ケース蓋３１は、素子部ケース２９と回路部ケース３０の接合面を含む平面上に形成されている。すなわち、素子部ケース２９と回路部ケース３０は、素子ケース蓋３１と接触する位置で互いに接合されている。素子ケース蓋３１は例えば、変性ＰＰＥ樹脂で形成されてもよい。また素子ケース蓋３１はケース９と同じ材料で形成されてもよい。
素子ケース蓋３１で分離された素子部１側の空間には、熱伝導率の低い断熱材１２（第１の材料１２）として、硬質ウレタンフォームなどが充填されている。素子ケース蓋３１で分離された素子部１側の空間とは、素子部１と素子ケース蓋３１と素子部ケース２９で囲まれるケース９内の空間のことであり、より具体的には、素子部１のバッキング材７と素子ケース蓋３１と素子部ケース２９とで囲まれるケース９内の空間のことである。なお、断熱材１２の熱伝導率は、素子部ケース２９の少なくとも内側の表面の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するものであれば良いため、空気であっても良いが、断熱材１２は固体材料であることがより好ましい。その他には例えば、発泡ポリスチレンフォーム、グラスウール、ロックウール、木材などでもよい。素子部１側にある断熱材１２の熱伝導率が素子部ケース２９の内側の表面の熱伝導率より低いことにより、ケース９内の電気信号処理回路３側の空間と素子部１との間で熱が伝わりにくくなる。これにより、電気信号処理回路３から発生する熱が素子部１へ伝わることを抑制することができる。
貫通穴１１の大きさが、素子ケース蓋３１と素子部基板２が接触しない大きさである場合には、断熱材１２によって素子ケース蓋３１と素子部基板２との間の隙間を埋めることが好ましい。また、断熱材１２は、素子ケース蓋３１及び素子部１の両方に密着するように充填されることが好ましい。このように断熱材１２を充填するとともに、ケース９に接触する素子ケース蓋３１を形成することによって、電気信号処理回路３で発生する熱が素子部基板２やケース９を介して素子部１へ伝わることを抑制することができる。
ここで、断熱材１２を素子部１と素子ケース蓋３１と素子部ケース２９で囲まれる空間に配置するには、あらかじめ成型した断熱材１２を素子部ケース２９内に設置した後、素子ケース蓋３１により素子部ケース２９の開口を覆っても良い。あるいは、素子ケース蓋３１に穴１３を設けて、穴１３から断熱材１２を注入しても良い。すなわち、素子ケース蓋３１により素子部ケース２９の開口を覆った後に、穴１３から断熱材１２を注入し、断熱材１２の注入後に、穴１３を覆うように蓋１４で封止する。これにより、素子部１と素子ケース蓋３１と素子部ケース２９で囲まれた空間に、確実に隙間無く、断熱材１２を充填することができる。このとき、ケース９内の素子部１側の空間に断熱材１２が充填された状態にて、穴１３は蓋１４によって封止されている。すなわち、少なくとも穴１３の素子部１側の開口が断熱材１２で封止されている。
図１５は、第２の実施形態にかかる超音波探触子Ｓにおいて、素子部ケース２９と回路部ケース３０が離れた状態を立体的に示す。図１６は、穴１３から断熱材１２を注入している状態を示す。図１６に示すように、素子部１を素子部ケース２９に収納し、素子ケース蓋３１で素子部ケース２９の開口を覆った後に、予め設けられていた素子ケース蓋３１の穴１３に断熱材１２を注入する。断熱材１２の注入後、穴１３を蓋１４により封止する。その後、素子部基板２と電気信号処理回路３が電気的に接続され、素子部ケース２９と回路部ケース３０が接合される。
ケース９内において素子ケース蓋３１で分離された空間のうち、素子ケース蓋３１と回路部ケース３０で囲まれる電気信号処理回路３側の空間には、空気などの気体が充填されている。すなわち、電気信号処理回路３には気体が接触している。
なお、図１５では、回路部ケース３０は、素子部１側に開口した箱型の形状を有しているが、回路部ケース３０の形状はこれに限らない。例えば、第１の実施形態のケース９のように、回路部ケース３０を上下２つの部品で構成し、それらの部品によって電気信号処理回路３を上下から挟んでも良い。このような構成の場合には、第１の実施形態に関連して説明したように、回路部ケース３０の２つの部品に挟まれるケース内放熱板２４を容易に配置することができるため、電気信号処理回路３から発生する熱をより効率的に放熱することができる。
以上のとおり、本開示技術の第２の実施形態に係る超音波探触子Ｓは、断熱材１２とケース９に接触するように形成された素子ケース蓋３１により、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離する。これにより、ケース９内での素子部１側の空間と電気信号処理回路３側の空間との間の空気の対流を無くすことができ、電気信号処理回路３から素子部１への伝熱を抑制することができる。また、電気信号処理回路３で発生する熱は、ケーブルクランプ１５を支持するアーム１８を経由して、ケーブル４やストレインレリーフ１９に効率よく伝熱される。
すなわち、超音波診断装置本体に接続可能な超音波探触子Ｓは、電気信号と超音波とを相互に変換する素子部１と、素子部１に電気的に接続される電気信号処理回路３と、素子部１と電気信号処理回路３を収納するケース９と、素子部１と電気信号処理回路３とを電気的に接続する素子部基板２と、ケース９に接するように配置され、素子部１と電気信号処理回路３を分離する素子ケース蓋３１とを備え、ケース９内であって素子ケース蓋３１で分離された素子部１側の空間にケース９の内壁面を形成する物質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する第１の材料（断熱材１２）が充填される。これにより、熱源である電気信号処理回路３から発生する熱を効率よく放熱することができるとともに、素子部１への伝熱を抑制することができる。少なくともこれらの構成を有していれば、前述した本開示技術の目的を達成することができる。
　本実施の形態２では、特に素子部１を上向きに保持した状態において、電気信号処理回路３などで生じる熱が空気の対流によって素子部１へ伝熱することを抑制することができる。これにより、素子部１の温度上昇を軽減することができるため、素子部１の表面温度の規制に関連する超音波出力の制限による超音波探触子の感度低下を軽減することができる。
　（第２の実施形態の変形例１）
図１７（ａ）は、第２の実施形態の変形例１にかかる超音波探触子Ｔの断面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）における超音波探触子ＴのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したものと同じ超音波探触子の構成には、同じ符号を用いてその詳細な説明を省略する。
　第２の実施形態の変形例１では、素子ケース蓋３１よりも素子部１側に、素子ケース蓋３１に対しておよび互いに所定の間隔をあけて配置される３枚の仕切り板３２がさらに設けられている。それぞれの仕切り板３２と素子ケース蓋３１は連結部３４によって貫通されることで互いに連結されている。それぞれの仕切り板３２は、素子ケース蓋３１と同様に、素子部ケース２９に接するように配置される。なお、仕切り板３２同士の間の空間、仕切り板３２と素子ケース蓋３１の間の空間、および仕切り板３２と素子部１との間の空間には、空気が充填され、空気層となっている。
　より詳細に説明すると、ケース９内の、素子部１と電気信号処理回路３の間には、素子部１と電気信号処理回路３を空間的に分離する素子ケース蓋３１が設けられている。素子ケース蓋３１よりも素子部１側に、互いに所定の間隔をあけて配置される平板からなる３枚の仕切り板３２がさらに設けられている。それぞれの仕切り板３２と素子ケース蓋３１が連結部３４により連結される。それぞれの仕切り板３２は素子部ケース２９に接するように配置され、素子部基板２がそれぞれの仕切り板３２と素子ケース蓋３１を貫通している。素子部基板２は、それぞれの素子ケース蓋３１及び仕切り板３２の中央付近に設けられた貫通穴１１を貫通している。この貫通穴１１の大きさは、それぞれの仕切り板３２および素子ケース蓋３１が素子部基板２と接触する大きさであることが好ましいが、これに限らず、貫通穴１１を介した空気の対流による伝熱が無視できる程度の隙間があってもよい。さらに、素子部基板２が貫通した貫通穴１１を接着剤などで封止してもよい。
ここでは、仕切り板３２は３枚形成されているが、少なくとも１枚以上あれば良い。仕切り板３２は例えば、素子ケース蓋３１と同じ材料で形成されていても良く、あるいは素子部ケース２９と同じ材料で形成されていてもよい。素子ケース蓋３１と仕切り板３２を連結部３４で連結することで、素子ケース蓋３１で素子部ケース２９の開口を覆うときに、素子ケース蓋３１に連結された仕切り板３２も同時に素子部ケース２９内に一定の間隔を保って収納することができる。
このように、ケース９内の空間を素子ケース蓋３１と仕切り板３２によって仕切るとともに、仕切られた空間のそれぞれに空気層を設けている。これにより、ケース９内に空気以外の断熱材を配置しなくても、電気信号処理回路３から素子部１への伝熱を防止することが可能となる。
　（第２の実施形態の変形例２）
図１８（ａ）は、第２の実施形態の変形例２にかかる超音波探触子Ｕの断面図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）における超音波探触子ＵのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したものと同じ超音波探触子の構成には、同じ符号を用いてその詳細な説明を省略する。
　第２の実施形態の変形例２では、素子ケース蓋３１よりも素子部１側に、素子ケース蓋３１に対して所定の間隔をあけて配置される平板からなる１枚の仕切り板３３がさらに設けられる。仕切り板３３と素子ケース蓋３１は、連結部３４により貫通されることで互いに連結されている。仕切り板３３は、素子ケース蓋３１と同様に、素子部ケース２９に接するように配置される。さらに、仕切り板３３と素子ケース蓋３１の間には断熱材２７が配置されている。断熱材２７は、対向する仕切り板３３及び素子ケース蓋３１の面と素子部ケース２９に接するように配置されている。また、素子部１と仕切り板３３との間の空間には、断熱材２７の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導材料２８が配置されている。
　より詳細に説明すると、素子ケース蓋３１と仕切り板３３には素子部基板２が貫通している。素子部基板２は、仕切り板３３及び素子ケース蓋３１の中央付近に設けられた貫通穴１１を貫通している。貫通穴１１の大きさは、素子ケース蓋３１および仕切り板３３が素子部基板２に接触する大きさであることが好ましい。
仕切り板３３は例えば、素子ケース蓋３１と同じ材料で形成されていても良く、あるいは素子部ケース２９と同じ材料で形成されていてもよい。素子ケース蓋３１と仕切り板３３を連結部３４で連結することで、素子ケース蓋３１で素子部ケース２９の開口を覆うときに、素子ケース蓋３１に連結された仕切り板３３も同時に素子部ケース２９内に一定の間隔を保って収納することができる。
　なお、断熱材２７は例えば、硬質ウレタンフォーム、発泡ポリスチレンフォーム、グラスウール、ロックウール、空気、木材などであっても良い。高熱伝導材料２８は例えば、ＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などの樹脂に、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのフィラーを混入したものであっても良い。
　断熱材２７及び高熱伝導材料２８を配置するには、素子部ケース２９内に素子部１を収納した後、高熱伝導材料２８、仕切り板３３、断熱材２７、素子ケース蓋３１を順に配置してもよい。あるいは、図１９に示すように、仕切り板３３及び素子ケース蓋３１に設けた穴１３を利用して、素子部ケース２９内に断熱材２７及び高熱伝導材料２８を配置しても良い。具体的には、素子部１を素子部ケース２９内に収納し、素子部ケース２９の開口を覆うように仕切り板３３及び素子ケース蓋３１を配置した後、図２０に示すように、穴１３から、素子部１と仕切り板３３の間の空間に高熱伝導材料２８を注入する。注入された高熱伝導材料２８は冷却されて固形化する。次に、穴１３から、仕切り板３３と素子ケース蓋３１の間の空間に断熱材２７を注入する。このような方法により高熱伝導材料２８及び断熱材２７を配置することで、素子部１と仕切り板３３と素子部ケース２９に囲われた空間に、より確実に隙間なく高熱伝導材料２８を充填することができる。また、仕切り板３３と素子ケース蓋３１と素子部ケース２９に囲われた空間に、より確実に隙間なく断熱材２７を充填することができる。さらに、仕切り板３３と素子ケース蓋３１に形成された穴１３のそれぞれを蓋により封止していてもよい。その後、素子部ケース２９と回路部ケース３０が接合される。
　なお、断熱材２７は例えば、硬質ウレタンフォーム、発泡ポリスチレンフォーム、グラスウール、ロックウール、空気、木材などであっても良い。高熱伝導材料２８は例えば、ＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などの樹脂に、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのフィラーを混入したものであっても良い。
第２の実施形態の変形例２によれば、素子ケース蓋３１と仕切り板３３の間に断熱材２７を配置するとともに、素子部１と仕切り板３３の間に高熱伝導材料２８を配置する。このような配置によれば、断熱材２７により、電気信号処理回路３で発生する熱が素子部１へ伝熱することを抑制することができる。さらに、高熱伝導材料２８により、素子部１で発生する熱が高熱伝導材料２８を経由して素子部ケース２９へ伝わるため、放熱することができる。これにより、素子部１の表面温度上昇を軽減することができるため、素子部１の表面温度の規制に関連する超音波出力の制限による超音波探触子の感度低下を軽減することができる。
（第２の実施形態の変形例３）
図２１（ａ）は、第２の実施形態の変形例３にかかる超音波探触子Ｖの断面図である。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）における超音波探触子ＶのＡ－Ａ’断面から見た断面図である。ここで、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したものと同じ超音波探触子の構成には、同じ符号を用いてその詳細な説明を省略する。
　第２の実施形態の変形例３では、素子ケース蓋３１が素子部ケース２９と回路部ケース３０に挟まれている。すなわち、素子ケース蓋３１は、素子部ケース２９と回路部ケース３０の接合面を含む平面に形成されている。これにより、素子部ケース２９と回路部ケース３０は直接接触しないように、素子ケース蓋３１を介して接続されている。すなわち、素子部ケース２９と回路部ケース３０の接合部まで素子ケース蓋３１が延伸している。素子ケース蓋３１は、素子部ケース２９及び回路部ケース３０の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料（例えば変性ＰＰＥ樹脂）などで形成される。
　このような構成によれば、熱伝導率の高い材料で形成される素子部ケース２９と回路部ケース３０の間には、熱伝導率の低い素子ケース蓋３１が介在しており、素子部ケース２９と回路部ケース３０は直接接触しない。そのため、素子部ケース２９と回路部ケース３０の間の伝熱を抑制することができる。特に、電気信号処理回路３の消費電力が大きくなれば、回路部ケース３０の温度上昇が素子部ケース２９の温度上昇より大きくなる。このような場合に、素子ケース蓋３１を設けることで、回路部ケース３０から素子部ケース２９への伝熱を抑制することができれば、素子部１の表面温度上昇を軽減することができる。よって、素子部１の表面温度の規制に関連する超音波出力の制限による超音波探触子の感度低下を軽減することができる。
　なお、第２の実施形態の変形例３には、第２の実施形態の変形例１あるいは変形例２を適宜、組み合わせることができる。すなわち、例えば、仕切り板３２（変形例１）及び仕切り板３３（変形例２）を素子部ケース２９の内壁に接触するように配置するとともに、変形例３のように、素子ケース蓋３１を素子部ケース２９と回路部ケース３０の間に挟むように配置して、素子部ケース２９と回路部ケース３０が接合されてもよい。
　本開示技術は、超音波探触子のケース内において、素子部１と発熱源である回路部（電気信号処理回路３）との間における空気の対流を防止し、回路部からの熱を効率よく放熱することができるため、特にケース内に発熱源である回路部を有する超音波探触子に好適である。

Claims (21)

  1. 超音波診断装置本体に接続可能な超音波探触子であって、
    電気信号と超音波とを相互に変換する素子部と、
    前記素子部に電気的に接続される電気信号処理回路と、
    前記素子部と前記電気信号処理回路を収納するケースと、
    前記素子部と前記電気信号処理回路とを電気的に接続する素子部基板と、
    前記ケースに接するように配置され、前記素子部と前記電気信号処理回路を分離する仕切り部とを備え、
    前記ケース内であって前記仕切り部で分離された素子部側の空間に前記ケースの内壁面を形成する物質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する第１の材料が充填された超音波探触子。
  2. 前記電気信号処理回路は気体と接触している請求項１に記載の超音波探触子。
  3. 前記電気信号処理回路を実装した回路部基板と、
    前記電気信号処理回路と前記超音波診断装置本体とを電気的に接続し信号を伝達するケーブルと、
    前記ケーブルと接続し、前記回路部基板を支持する少なくとも１本以上のアームとを備え、
    前記アームの熱伝導率は、前記第１の材料の熱伝導率よりも高い請求項１又は２に記載の超音波探触子。
  4. 前記アームは導電材料からなり、
    前記回路部基板は、前記アームとの接触部に前記電気信号処理回路のグラウンド電極を有する請求項３に記載の超音波探触子。
  5. 前記ケーブルを固定するケーブルクランプを備え、
    前記ケーブルは、前記ケーブルクランプを介して前記アームと接続する請求項３又は４に記載の超音波探触子。
  6. 前記ケーブルクランプには、前記ケーブルを囲むように配置される放熱板が接続されている請求項５に記載の超音波探触子。
  7. 前記ケーブルクランプと前記アームは一体的に形成される請求項５又は６に記載の超音波探触子。
  8. 前記アームは金属からなり、
    前記アームの長手方向における中央よりも前記ケーブルクランプ側の表面に、酸化処理または熱放射塗料の塗布が施されている請求項５から７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  9. 前記ケースの外側において前記ケーブルを貫通させるとともに前記ケースに接触するストレインレリーフをさらに備え、
    前記放熱板は、前記ケースと前記ケーブルとの間に配置される第１の放熱板と、前記ストレインレリーフ内に配置されるとともに前記第１の放熱板に接触する第２の放熱板とを備える請求項５から８のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  10. 前記ケースは少なくとも第１の部品と第２の部品を有し、
    前記第１の部品と前記第２の部品が接合されている請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  11. 前記第１の部品及び前記第２の部品は、それぞれが前記素子部から前記電気信号処理回路までを覆う請求項１０に記載の超音波探触子。
  12. 前記仕切り部は、前記第１の部品と一体的に形成されている請求項１０又は１１のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  13. 前記ケースのうち、前記仕切り部と前記素子部の間に位置する部分には穴が形成され、
    前記ケース内の前記素子部側の空間に前記第１の材料が充填された状態にて、前記穴の前記素子部側の開口は前記第１の材料によって封止されている請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  14. 前記第１の部品は前記素子部を収納し、
    前記第２の部品は前記電気信号処理回路を収納し、
    前記第１の部品と前記第２の部品は前記素子部と前記電気信号処理回路の間で接合されている請求項１０に記載の超音波探触子。
  15. 前記仕切り部は、前記第１の部品と前記第２の部品の接合面の平面上に形成されている請求項１４に記載の超音波探触子。
  16. 前記仕切り部には、前記素子部基板が貫通する第１の穴と、第１の穴とは異なる第２の穴が形成され、
    前記ケース内の前記素子部側の空間に前記第１の材料が充填された状態にて、前記第２の穴の前記素子部側の開口は前記第１の材料によって封止されている請求項１４又は１５に記載の超音波探触子。
  17. 前記第１の部品と前記第２の部品の接合面において、前記仕切り部は前記第１の部品と前記第２の部品に挟まれている請求項１４から１６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  18. 前記仕切り部は少なくとも２以上の仕切り板からなる請求項１から１７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  19. 前記少なくとも２以上の仕切り板のうち、前記少なくとも２以上の仕切り板同士の間の空間に前記第１の材料が充填され、前記素子部と前記仕切り板との間の空間に前記第１の材料よりも熱伝導率の高い第２の材料が充填されている請求項１８に記載の超音波探触子。
  20. 前記第１の部品の熱伝導率は、前記仕切り部の熱伝導率よりも高い請求項１０から１９のいずれか１項に記載の超音波探触子。
  21. 前記ケースの内壁面はグラファイト層が形成されている請求項１から２０のいずれか１項に記載の超音波探触子。
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