超音波振動子及び超音波診断装置
【課題】超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持する超音波振動子及び超音波診断装置を提供する。
【解決手段】本発明の超音波振動子は、超音波トランスデューサ、前記超音波トランスデューサの超音波放射面とは反対側の面に配設された弾性体、前記超音波トランスデューサを、間に前記弾性体を介在させた状態で載置する支持面を有する基台部、及び前記超音波トランスデューサを、前記基台部に向かって押圧する押圧部、を有する。
【解決手段】本発明の超音波振動子は、超音波トランスデューサ、前記超音波トランスデューサの超音波放射面とは反対側の面に配設された弾性体、前記超音波トランスデューサを、間に前記弾性体を介在させた状態で載置する支持面を有する基台部、及び前記超音波トランスデューサを、前記基台部に向かって押圧する押圧部、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサを備え、これを所定の位置に固定してなる超音波振動子及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野や構造物の非破壊検査の分野では、超音波トランスデューサを有してなる超音波振動子を備え、超音波を用いて被検体の内部を診断する超音波診断装置が用いられている。
【０００３】
従来の超音波振動子では、例えば特開２００９−１９４９３４号公報に開示されているように、超音波トランスデューサを、接着剤によって所定の位置に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００９−１９４９３４号公報に開示されているように、超音波トランスデューサを接着剤によって固定する超音波振動子の場合、接着剤の塗布が均一でない場合には、超音波トランスデューサが所定の姿勢に対して傾いて固定されてしまう可能性がある。また、接着剤の硬化に伴う体積の変化によって、超音波トランスデューサに内部応力や歪みが生じる可能性がある。超音波トランスデューサに内部応力や歪みが生じると、超音波の放射方向が所望の方向からずれてしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持する超音波振動子及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る超音波振動子は、超音波トランスデューサ、前記超音波トランスデューサの超音波放射面とは反対側の面に配設された弾性体、前記超音波トランスデューサを、間に前記弾性体を介在させた状態で載置する支持面を有する基台部、及び前記超音波トランスデューサを、前記基台部に向かって押圧する押圧部、を有する。また、本発明に係る超音波診断装置は、前記超音波振動子を具備してなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持する超音波振動子及び超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の超音波振動子の斜視図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】超音波トランスデューサを組み付ける方法を示す図である。
【図４】第１の実施形態の変形例を示す図である。
【図５】超音波診断装置の構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図７】第３の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図８】第３の実施形態の超音波振動子を超音波放射面に直交する方向から見た図である。
【図９】第３の実施形態の超音波振動子の第１の変形例を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施形態の超音波振動子の第１の変形例において、超音波トランスデューサを組み付ける方法を示す図である。
【図１１】第３の実施形態の超音波振動子の第２の変形例を示す斜視図である。
【図１２】第４の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図１３】第５の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図１４】第５の実施形態の超音波振動子の第１の変形例を示す斜視図である。
【図１５】第５の実施形態の超音波振動子の第２の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態の超音波振動子１は、図１に示すように、超音波トランスデューサ１０、弾性体２０、基台部２及び押圧部３を具備して構成されている。
【００１２】
超音波トランスデューサ１０は、電気信号と超音波とを相互に変換する構成を有している。超音波トランスデューサ１０の構成は、電気信号と超音波とを相互に変換可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば圧電セラミクス等の圧電素子や電歪素子、又は静電容量型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ；Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）等が適用され得る。
【００１３】
本実施形態では一例として、超音波トランスデューサ１０は、圧電素子１１を有して構成されるものとする。なお、超音波トランスデューサ１０は、単一の圧電素子からなる形態であってもよいし、複数の圧電素子が間に樹脂を挟んで配列されてなる複合圧電体と称される形態であってもよい。圧電素子１１を有してなる超音波トランスデューサ１０は、周知の技術であるため、その詳細な構成の説明を省略するものとする。
【００１４】
超音波トランスデューサ１０は、圧電素子１１が振動することによって、超音波放射面１０ａから超音波を放射する。超音波トランスデューサ１０は、超音波放射面１０ａに直交する方向から見た場合に、略矩形状の外形を有している。
【００１５】
より具体的に、本実施形態の超音波トランスデューサ１０は、図２に示すように、圧電素子１１と、圧電素子１１を挟んで互いに対向する一対の電極である第１電極１２及び第２電極１３を有して構成されている。
【００１６】
圧電素子１１は、電界の強度に応じて所定の方向に歪みを生じる材料からなる。本実施形態では、圧電素子１１は、超音波放射面１０ａに略直交する方向に沿う方向の電界の強度に応じて、超音波放射面１０ａに略直交する方向の歪みを生じる。
【００１７】
第１電極１２及び第２電極１３は、例えば金属等の導電性の材料からなる薄膜である。第１電極１２及び第２電極１３は、圧電素子１１に対して、超音波放射面１０ａに略直交する方向に沿う方向の電界を印加するように配設されている。具体的には、第１電極１２は、圧電素子１１の超音波放射面１０ａ側の面上に設けられており、第２電極１３は、圧電素子１１の超音波放射面１０ａとは反対側の面上に設けられている。
【００１８】
なお、第１電極１２及び第２電極１３を構成する材料は特に限定されるものではなく、またこれらは同一の材料によって構成される形態であってもよいし、異なる材料によって構成される形態であってもよい。第１電極１２及び第２電極１３を金属によって構成する場合、その材料としては、例えばＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｒｕ、ＡｌまたはＴｉ等の金属またはこれらを含む合金が挙げられる。第１電極１２及び第２電極１３が金属からなる場合、物理蒸着法や化学蒸着法等の公知の技術により圧電素子１１の表面上に形成される。
【００１９】
以上のような構成を有する超音波トランスデューサ１０は、第１電極１２及び第２電極１３間に与えられる電気信号に応じて振動し、超音波を発生する。
【００２０】
超音波トランスデューサ１０の第２電極１３上には、弾性体２０が接合されている。弾性体２０は、弾性を有する部材であり、超音波トランスデューサ１０が発生する超音波を減衰する能力を有する材料からなる。弾性体２０を構成する材料は特に限定されるものではないが、ゴム系材料、エラストマー材料やゲル状の物質にフィラーを混合したもの等が挙げられる。
【００２１】
弾性体２０を構成する材料としては、例えば、ゲル状のエポキシ樹脂にシリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）またはジルコニア（ＺｒＯ２）等を混合したもの、クロロプレンゴムまたはシリコーンゴムにガラスビーズ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）またはタングステン粉末等を混合したものがある。
【００２２】
弾性体２０は、超音波トランスデューサ１０の第２電極１３が設けられている面から放出される超音波を減衰し、吸収する。弾性体２０は、一般にバッキング材と称される部材である。
【００２３】
したがって本実施形態においては、超音波トランスデューサ１０が発生する超音波は、第１電極１２が設けられた超音波放射面１０ａからのみ放射される。言い換えれば、弾性体２０は、超音波トランスデューサ１０の超音波放射面１０ａとは反対側の面上に配設されている。
【００２４】
基台部２及び押圧部３は、超音波トランスデューサ１０を保持するためのものである。基台部２は、超音波振動子１を超音波診断装置に固定するための部位でもある。図示しないが、基台部２は、嵌め合い、接着剤またはネジ等の公知の方法によって超音波診断装置側の部材と結合するための構成が設けられている。
【００２５】
基台部２は、超音波トランスデューサ１０を載置する支持面２ａを有している。超音波トランスデューサ１０は、超音波放射面１０ａとは反対側の面（第２電極１３が設けられた面）が、支持面２ａに対向する状態で、支持面２ａ上に載置される。
【００２６】
上述したように、超音波トランスデューサ１０の超音波放射面１０ａとは反対側の面上には、弾性体２０が配設されていることから、基台部２と超音波トランスデューサ１０との間には、弾性体２０が介在する。
【００２７】
押圧部３は、超音波トランスデューサ１０を、基台部２に向かって押圧することによって、超音波トランスデューサ１０を支持面２ａ上の所定の位置に位置決めして固定する部材である。
【００２８】
本実施形態の押圧部３は、超音波放射面１０ａに直交する方向から見た場合における超音波トランスデューサ１０の外縁部に接して、超音波トランスデューサ１０を基台部２に向かって押圧する。
【００２９】
より具体的に、本実施形態の押圧部３は、基台部２の支持面２ａから突出するように設けられた一対の凸条部３ａからなる。一対の凸条部３ａは、所定の距離だけ離間して略平行に配設されている。図２に示すように、一対の略平行な凸条部３ａの互いに対向する面には、斜面部３ｂが形成されている。
【００３０】
一対の凸条部３ａのそれぞれに形成された斜面部３ｂは、基台部２の支持面２ａから離れるほど、互いに近づくように支持面２ａの法線に対して所定の角度で傾斜している。言い換えれば、一対の略平行な凸条部３ａの互いに対向する面に設けられた斜面部３ｂは、支持面２ａから離れるほど互いの距離が短くなるように内側に向かって傾斜している。すなわち、一対の略平行な凸条部３ａの互いに対向する面に設けられた斜面部３ｂは、支持面２ａに直交する方向に沿って支持面２ａ側から見た場合に、表面が見えるように傾斜している。
【００３１】
一対の斜面部３ｂは、超音波放射面１０ａに直交する方向から見た場合に略矩形状である超音波トランスデューサ１０の外形に設けられた直線状の一対の平行な辺１０ｂに沿うように、超音波トランスデューサ１０の外縁部に接する。
【００３２】
本実施形態では、押圧部３の一対の斜面部３ｂが支持面２ａに向かって傾斜していることから、一対の斜面部３ｂは、一対の平行な辺１０ｂが超音波放射面１０ａと交差する位置の稜線に接する。なお、本実施形態では、一対の斜面部３ｂは、超音波トランスデューサ１０の長辺の稜線に接するように図示しているが、一対の斜面部３ｂは超音波トランスデューサ１０の短辺の稜線に接する形態であってもよい。
【００３３】
本実施形態の超音波振動子１では、超音波トランスデューサ１０が一対の平行な辺１０ｂの稜線の部分が、一対の斜面部３ｂによって挟持された状態となることから、超音波トランスデューサ１０は基台部２に対して所定の位置に正確に位置決めされる。
【００３４】
なお、以上に説明した基台部２及び押圧部３は、図面上においては異なる部材として示しているが、基台部２及び押圧部３は一体に形成されるものであってもよい。また、基台部２及び押圧部３を形成する方法は、特に限定されるものではない。例えば、基台部２及び押圧部３は一体成型によって作成することも可能であるし、切削、放電加工またはエッチング等の機械的もしくは化学的な除去加工によって作成することも可能である。
【００３５】
また、基台部２及び押圧部３を構成する材料は特に限定されるものではない。基台部２及び押圧部３は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等によって形成することができる。
【００３６】
図２の断面図に示すように、本実施形態では、押圧部３は、超音波トランスデューサ１０の略平行な一対の稜線に接して、超音波トランスデューサ１０を基台部２の支持面２ａに向かって押圧する。上述したように、基台部２の支持面２ａと超音波トランスデューサ１０との間には、弾性体２０が介在していることから、超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０は、支持面２ａと一対の斜面部３ｂとによって囲まれた空間内に、遊びの無い状態で収容される。したがって、本実施形態の超音波振動子１においては、超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０は、基台部２及び押圧部３との間の摩擦力によって基台部２に固定される。
【００３７】
本実施形態において超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を基台部２に固定する作業は、図３に示すように、支持面２ａと一対の斜面部３ｂの間に、凸条部３ａの延在方向に沿って超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を挿入することによって行われる。
【００３８】
以上に説明したように、本実施形態の超音波振動子１は、超音波トランスデューサ１０と基台部２との間に弾性体２０を介在させた状態で、押圧部３によって超音波トランスデューサ１０を基台部２に向かって押圧することにより生じる摩擦力によって、超音波トランスデューサ１０を基台部２に対して固定する構成を有している。
【００３９】
本実施形態の超音波振動子１は、接着剤を用いることなく、超音波トランスデューサ１０を保持する構成を有することから、従来のように接着剤の塗布量のばらつきや体積変化に伴う超音波トランスデューサの位置ずれや変形が生じることが無く、超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態では、圧電素子１１を有してなる超音波トランスデューサ１０を押圧部３によって押圧しているが、超音波トランスデューサ１０は稜線のみにおいて押圧部３に接触しているため、超音波トランスデューサ１０と押圧部３との接触面積を小さくすることができ、超音波トランスデューサ１０が電気信号と超音波とを変換する際の効率の低下を抑えることができる。
【００４１】
以上に説明した本実施形態の超音波振動子１では、超音波トランスデューサ１０及び弾性体を、支持面２ａと一対の斜面部３ｂの間に凸条部３ａの両端のどちらからでも挿入することが可能であるが、例えば図４に示すように、超音波振動子１は、凸条部３ａの一方の端部の近傍に、支持面２ａから突出する凸部２ｂを設けて、凸条部３ａの他方の端部側からのみ超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を挿入可能とする構成であってもよい。この場合、凸条部３ａの他方の端部側から挿入された超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を凸部２ｂに当て付くまで挿入することによって、超音波トランスデューサ１０を、基台部２に対してより正確に位置決めして固定することができる。
【００４２】
次に、本実施形態の超音波振動子１を備える超音波診断装置３０の構成について説明する。図５に示す本実施形態の超音波診断装置３０は、内視鏡４０と共に用いられることによって人体等の被検体内部の診断を行うための装置であり、一般に超音波プローブと称される。
【００４３】
本実施形態の超音波診断装置３０は、その少なくとも一部が、詳しくは図示しない被検体の体内に挿入される内視鏡４０の挿入部に設けられた管路４０ａに挿通可能な挿入部として構成されており、かつ該管路４０ａの先端側開口を介して被検体の体内に突没可能に構成されている。
【００４４】
超音波診断装置３０の挿入部は、先端が閉じた筒形状であるシース３２と、該シース３２内に回動自在に挿通されたフレキシブルシャフト３４と、該フレキシブルシャフト３４の先端に固定されたハウジング３３とを具備している。ハウジング３３には、上述した超音波振動子１が基台部２を介して固定されている。また、シース２内には、例えば水または油等の超音波伝達媒体３９が充填されている。
【００４５】
フレキシブルシャフト３４は、基端側において図示しない制御装置に設けられた電動モータ等の回転駆動機構に接続されており、該回転駆動機構の駆動力をハウジング３３に伝達する。ハウジング３３はシース３２内において回動する。
【００４６】
該ハウジング３３に固定された超音波振動子１は、フレキシブルシャフト３４内に配設された図示しない同軸ケーブルを介して制御装置に電気的に接続されている。制御装置は、回転駆動機構によって超音波振動子１を回線駆動子ながら、超音波振動子１によって超音波の送受信を行うことによって、被検体の超音波断層像を生成し、表示する。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、押圧部の構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００４８】
上述した第１の実施形態の超音波振動子１では、超音波トランスデューサ１０は、平行な辺１０ｂの稜線が、押圧部３の一対の斜面部３ｂにより支持面２ａに向かって押圧されることによって、基台部２に対して固定される構成を有している。
【００４９】
一方、本実施形態の超音波振動子１では、図６に示すように、押圧部３は、超音波放射面１０ａの外縁部に接する当接片３ｃを有して構成されている。当接片３ｃは、超音波放射面１０ａの外縁部に接して、超音波トランスデューサ１０を基台部２に向かって押圧する。
【００５０】
第１の実施形態では、押圧部３と超音波トランスデューサ１０との接触箇所の形状が略線状であるが、本実施形態では面状となる。すなわち、本実施形態では、押圧部３と超音波トランスデューサ１０との接触面積が第１の実施形態よりも大きいため、両者間の摩擦力がより大きくなり、より強固に超音波トランスデューサ１０を基台部２に固定することができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、超音波トランスデューサの構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００５２】
本実施形態の超音波振動子１が具備する超音波トランスデューサ５０は、一般に静電容量型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ）と称される形態のものである。静電容量型超音波トランスデューサは周知の技術であるため、その詳細な説明は省略するものとする。
【００５３】
図７に示すように、超音波トランスデューサ５０は、基板５１と、基板５１上に形成された第２電極５６と、第２電極５６上に形成された空隙部５２と、空隙部５２上に形成され第１電極５５を有してなる振動膜５３と、を有して構成されている。
【００５４】
基板５１を構成する材料は、特に限定されるものではなく、導電性を有する材料によって構成されてもよいし、電気絶縁性を有する材料によって構成されてもよい。本実施形態では一例として、基板５１は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、石英、サファイヤ、水晶、アルミナ、ジルコニア、ガラス、又は樹脂等の公知の電気絶縁性材料により構成されるものとする。
【００５５】
第１電極５５及び第２電極５６は、基板５１上において、間に空隙部５２を挟んだ状態で略平行に配設された導電性の材料からなる薄膜である。空隙部５２は、第１電極５５及び第２電極５６の間に所定の高さの電気絶縁性の材料からなるスペーサ５４を介在させることによって形成されている。そして、第１電極５５の空隙部５２上に位置する領域が振動膜５３として機能する。第１電極５５及び第２電極５６は、例えばＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｒｕ、ＡｌまたはＴｉ等の金属またはこれらを含む合金からなる薄膜である。なお、第１電極５５及び第２電極５６の表面上には、酸化や短絡を防止するために、電気絶縁性の材料からなる保護膜が形成されていてもよい。
【００５６】
超音波トランスデューサ５０は、第１電極５５及び第２電極５６間に与えられる電気信号に伴って振動膜５３が振動して超音波を発生する。すなわち本実施形態の超音波トランスデューサ５０における超音波放射面５０ａは、第１電極５５が設けられた側の面となる。
【００５７】
また、図８に示すように、超音波トランスデューサ５０を超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合、超音波放射面５０ａ内には複数の振動膜５３が配列されている。本実施形態の超音波トランスデューサ５０は、この複数の振動膜５３が設けられた領域において超音波の放射及び受信を行う。以下では、超音波放射面５０ａにおける、複数の振動膜５３が設けられた領域をアクティブ領域５０ｂと称するものとする。
【００５８】
アクティブ領域５０ｂは超音波放射面５０ａよりも小さい略矩形状の領域であり、アクティブ領域５０ｂの外側、すなわち超音波放射面５０ａの外縁部には、振動膜５３が設けられていない非アクティブ領域が形成されている。なお、図８では振動膜５３は略円形状であるように示しているが、振動膜５３は、四角形や六角形等の多角形状であってもよい。以上に説明した超音波トランスデューサ５０は、例えば半導体製造プロセスを用いたマイクロマシン製造技術によって形成される。
【００５９】
超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａとは反対側の面上には、第１の実施形態と同様に、弾性体２０が接合されている。超音波トランスデューサ５０ａは、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に略矩形状の外形であり、外形に略平行な一対の辺５０ｅを有する。また、超音波トランスデューサ５０を、基台部２に対して固定する構成は、第１の実施形態と同様である。すなわち、押圧部３の一対の斜面部３ｂが、一対の平行な辺５０ｅが超音波放射面５０ａと交差する位置の稜線に接することで、超音波トランスデューサ５０は支持面２ａに向かって押圧され、固定される。したがって、本実施形態の超音波振動子１及びこれを備える超音波診断装置３０の効果は、第１の実施形態と同様である。
【００６０】
また、図７及び図８に示すように、本実施形態では、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、押圧部３が、超音波トランスデューサ５０のアクティブ領域５０ｂに重ならないように配設されている。言い換えれば、本実施形態では、押圧部３は、超音波トランスデューサ５０の非アクティブ領域上のみに張り出した状態で、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧している。
【００６１】
静電容量型の超音波トランスデューサ５０は、圧電素子のように全体が振動するのではなく、振動膜５３のみが振動することによって超音波の放射及び受信を行う。このため、本実施形態の超音波トランスデューサ５０では、アクティブ領域５０ｂから、超音波放射面５０ａの法線方向に超音波が放射される。
【００６２】
本実施形態では、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、押圧部３がアクティブ領域５０ｂに重ならないように配設されていることから、押圧部３が放射される超音波を遮ってしまうことがない。
【００６３】
以上に説明した本実施形態の超音波振動子１の変形例を以下に説明する。
【００６４】
超音波トランスデューサ５０は、薄く形成することによって湾曲させることが可能である。このため、例えば図９に示す第１の変形例のように、基台部２の支持面２ａを所定の曲率で凹形の曲面に形成し、かつ支持面２ａに沿って押圧部３を形成すれば、超音波放射面５０ａを凹形に所定の曲率に湾曲させた状態で、超音波トランスデューサ５０を保持することができる。
【００６５】
支持面２ａ及び押圧部３が湾曲している場合であっても、図１０に示すように、支持面２ａと押圧部３の間に、押圧部３の延在方向に沿って超音波トランスデューサ５０及び弾性体２０（図示せず）を挿入することが可能である。
【００６６】
このような、超音波放射面５０ａが内側に向かって凹形となるように超音波トランスデューサ５０を湾曲させた状態で保持する超音波振動子１によれば、音響レンズを用いることなく放射される超音波を所定の位置に収束させることができる。
【００６７】
また、例えば図１１に示す第２の変形例のように、基台部２の支持面２ａを所定の曲率で凸形の曲面に形成し、かつ支持面２ａに沿って押圧部３を形成すれば、超音波放射面５０ａを凸形に所定の曲率に湾曲させた状態で、超音波トランスデューサ５０を保持することができる。
【００６８】
このような、超音波放射面５０ａが外側に向かって凸形となるように超音波トランスデューサ５０を湾曲させた状態で保持する超音波振動子１によれば、音響レンズを用いることなく放射される超音波を発散させることができる。
【００６９】
以上に説明したように、本発明では、超音波トランスデューサ５０を湾曲させた状態で保持することによって、超音波の放射方向を音響レンズ等の付加物を用いることなく制御することができる。なお、支持面２ａの曲率は一定である必要はなく、超音波の収束や発散の具合に応じて、楕円や双曲線のように途中で曲率が変化する形態であってもよい。その他の効果は、上述した実施形態と同様である。
【００７０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第３の実施形態に対して、超音波トランスデューサ及び押圧部の構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第３の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００７１】
図１２に示すように、本実施形態の超音波トランスデューサ５０は、押圧部３の一対の凸条部３ａに沿う一対の辺の側面部に、斜面部５０ｃが形成されている。本実施形態では、超音波トランスデューサ５０の長辺の側面部に斜面部５０ｃが形成されている。
【００７２】
斜面部５０ｃは、押圧部３の一対の斜面部３ｂと略平行な角度で傾斜している。すなわち超音波トランスデューサ５０の両側面に形成された一対の斜面部５０ｃは、基板５１から超音波放射面５０ａに向かうにつれて互いに近づくように傾斜している。言い換えれば、超音波トランスデューサ５０の側面部に形成された一対の斜面部５０ｃは、超音波放射面５０ａと略同一方向を向く平面部である。
【００７３】
押圧部３は、超音波トランスデューサ５０の両側面に形成された一対の斜面部５０ｃに当接することによって、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧する構成を有している。具体的には、押圧部３の一対の斜面部３ｂが、超音波トランスデューサ５０の両側面に形成された一対の斜面部５０ｃに当接して押圧する。
【００７４】
この構成では、一対の斜面部３ｂが設けられた凸条部３ａの支持面２ａからの高さは、超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも低くすることができる。すなわち本実施形態では、押圧部３が、超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも超音波の放射方向に突出することなく、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧し、保持することができる。
【００７５】
このため、超音波トランスデューサ５０によって送受信される超音波が、押圧部３によって遮られることが無くなる。また、押圧部３が超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも突出しないため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００７６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、第３の実施形態に対して、超音波トランスデューサ及び押圧部の構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第３の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００７７】
図１３に示すように、本実施形態の超音波トランスデューサ５０は、押圧部３の一対の凸条部３ａに沿う一対の辺の側面部に、支持面２ａとは略反対側を向いた平面部５０ｄが形成されている。言い換えれば、平面部５０ｄは、超音波放射面５０ａと略同方向を向いた面である。一方、押圧部３には、平面部５０ｄに接する当接片３ｄが形成されている。本実施形態では、当接片３ｄが、平面部５０ｄを基台部２に向かって押圧することにより、超音波トランスデューサ５０が基台部２に対して固定される。
【００７８】
本実施形態では、押圧部３が、超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも超音波の放射方向に突出することなく、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧し、保持することができる。
【００７９】
このため、超音波トランスデューサ５０によって送受信される超音波が、押圧部３によって遮られることが無くなる。また、押圧部３が超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも突出しないため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００８０】
以上に説明した本実施形態では、平面部５０ｄが、超音波トランスデューサ５０の側面から突出する凸部に形成されている。すなわち、平面部５０ｄは、超音波トランスデューサ５０を超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、超音波放射面５０ａよりも外側に突出している。
【００８１】
本発明における平面部５０ｄは、本実施形態に限られるものではない。例えば図１４に示すように、平面部５０ｄは、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、超音波放射面５０ａと重なる位置に設けられる形態であってもよい。具体的に図１４に示す第１の変形例においては、平面部５０ｄは、超音波トランスデューサ５０の側面部に彫設された凹形状の溝部内に形成されている。
【００８２】
図１４に示す第１の変形例のように、平面部５０ｄを、超音波トランスデューサ５０の側面部に彫設された凹形状の溝部内に形成すれば、押圧部３の当接片３ｄを溝部内に配置することができるため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００８３】
なお、側面部に彫設された凹形状の溝部は、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、アクティブ領域５０ｂと重ならない深さであることが音響特性上好ましい。
【００８４】
また、図１５に示す変形例においては、平面部５０ｄは、超音波トランスデューサ５０の基板５１に、超音波放射面５０ａとは反対側の面から彫設された略Ｔ字形状の溝部内に形成されている。押圧部３は、基台部２の支持面２ａから溝部内に突出する凸条部からなり、平面部５０ｄを基台部２に向かって押圧する当接片３ｄが鉤状に側方に突出している。
【００８５】
図１５に示す第１の変形例のように、平面部５０ｄを、超音波トランスデューサ５０の内部に形成すれば、押圧部３を超音波トランスデューサ５０の外部に突出させる必要がないため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００８６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波振動子及び超音波診断装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１ 超音波振動子、
２ 基台部、
２ａ 支持面、
２ｂ 凸部、
３ 押圧部、
３ａ 凸条部、
３ｂ 斜面部、
３ｃ 当接片、
３ｄ 当接片、
１０ 超音波トランスデューサ、
１０ａ 超音波放射面、
１０ｂ 一対の平行な辺、
１１ 圧電素子、
１２ 第１電極、
１３ 第２電極、
２０ 弾性体、
３０ 超音波診断装置、
３２ シース、
３３ ハウジング、
３４ フレキシブルシャフト、
３９ 超音波伝達媒体、
４０ 内視鏡、
４０ａ 管路、
５０ 超音波トランスデューサ、
５０ａ 超音波放射面、
５０ｂ アクティブ領域、
５０ｃ 斜面部、
５０ｄ 平面部、
５１ 基板、
５２ 空隙部、
５３ 振動膜、
５４ スペーサ、
５５ 第１電極、
５６ 第２電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサを備え、これを所定の位置に固定してなる超音波振動子及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野や構造物の非破壊検査の分野では、超音波トランスデューサを有してなる超音波振動子を備え、超音波を用いて被検体の内部を診断する超音波診断装置が用いられている。
【０００３】
従来の超音波振動子では、例えば特開２００９−１９４９３４号公報に開示されているように、超音波トランスデューサを、接着剤によって所定の位置に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００９−１９４９３４号公報に開示されているように、超音波トランスデューサを接着剤によって固定する超音波振動子の場合、接着剤の塗布が均一でない場合には、超音波トランスデューサが所定の姿勢に対して傾いて固定されてしまう可能性がある。また、接着剤の硬化に伴う体積の変化によって、超音波トランスデューサに内部応力や歪みが生じる可能性がある。超音波トランスデューサに内部応力や歪みが生じると、超音波の放射方向が所望の方向からずれてしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持する超音波振動子及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る超音波振動子は、超音波トランスデューサ、前記超音波トランスデューサの超音波放射面とは反対側の面に配設された弾性体、前記超音波トランスデューサを、間に前記弾性体を介在させた状態で載置する支持面を有する基台部、及び前記超音波トランスデューサを、前記基台部に向かって押圧する押圧部、を有する。また、本発明に係る超音波診断装置は、前記超音波振動子を具備してなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持する超音波振動子及び超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の超音波振動子の斜視図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】超音波トランスデューサを組み付ける方法を示す図である。
【図４】第１の実施形態の変形例を示す図である。
【図５】超音波診断装置の構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図７】第３の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図８】第３の実施形態の超音波振動子を超音波放射面に直交する方向から見た図である。
【図９】第３の実施形態の超音波振動子の第１の変形例を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施形態の超音波振動子の第１の変形例において、超音波トランスデューサを組み付ける方法を示す図である。
【図１１】第３の実施形態の超音波振動子の第２の変形例を示す斜視図である。
【図１２】第４の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図１３】第５の実施形態の超音波振動子の断面図である。
【図１４】第５の実施形態の超音波振動子の第１の変形例を示す斜視図である。
【図１５】第５の実施形態の超音波振動子の第２の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態の超音波振動子１は、図１に示すように、超音波トランスデューサ１０、弾性体２０、基台部２及び押圧部３を具備して構成されている。
【００１２】
超音波トランスデューサ１０は、電気信号と超音波とを相互に変換する構成を有している。超音波トランスデューサ１０の構成は、電気信号と超音波とを相互に変換可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば圧電セラミクス等の圧電素子や電歪素子、又は静電容量型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ；Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）等が適用され得る。
【００１３】
本実施形態では一例として、超音波トランスデューサ１０は、圧電素子１１を有して構成されるものとする。なお、超音波トランスデューサ１０は、単一の圧電素子からなる形態であってもよいし、複数の圧電素子が間に樹脂を挟んで配列されてなる複合圧電体と称される形態であってもよい。圧電素子１１を有してなる超音波トランスデューサ１０は、周知の技術であるため、その詳細な構成の説明を省略するものとする。
【００１４】
超音波トランスデューサ１０は、圧電素子１１が振動することによって、超音波放射面１０ａから超音波を放射する。超音波トランスデューサ１０は、超音波放射面１０ａに直交する方向から見た場合に、略矩形状の外形を有している。
【００１５】
より具体的に、本実施形態の超音波トランスデューサ１０は、図２に示すように、圧電素子１１と、圧電素子１１を挟んで互いに対向する一対の電極である第１電極１２及び第２電極１３を有して構成されている。
【００１６】
圧電素子１１は、電界の強度に応じて所定の方向に歪みを生じる材料からなる。本実施形態では、圧電素子１１は、超音波放射面１０ａに略直交する方向に沿う方向の電界の強度に応じて、超音波放射面１０ａに略直交する方向の歪みを生じる。
【００１７】
第１電極１２及び第２電極１３は、例えば金属等の導電性の材料からなる薄膜である。第１電極１２及び第２電極１３は、圧電素子１１に対して、超音波放射面１０ａに略直交する方向に沿う方向の電界を印加するように配設されている。具体的には、第１電極１２は、圧電素子１１の超音波放射面１０ａ側の面上に設けられており、第２電極１３は、圧電素子１１の超音波放射面１０ａとは反対側の面上に設けられている。
【００１８】
なお、第１電極１２及び第２電極１３を構成する材料は特に限定されるものではなく、またこれらは同一の材料によって構成される形態であってもよいし、異なる材料によって構成される形態であってもよい。第１電極１２及び第２電極１３を金属によって構成する場合、その材料としては、例えばＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｒｕ、ＡｌまたはＴｉ等の金属またはこれらを含む合金が挙げられる。第１電極１２及び第２電極１３が金属からなる場合、物理蒸着法や化学蒸着法等の公知の技術により圧電素子１１の表面上に形成される。
【００１９】
以上のような構成を有する超音波トランスデューサ１０は、第１電極１２及び第２電極１３間に与えられる電気信号に応じて振動し、超音波を発生する。
【００２０】
超音波トランスデューサ１０の第２電極１３上には、弾性体２０が接合されている。弾性体２０は、弾性を有する部材であり、超音波トランスデューサ１０が発生する超音波を減衰する能力を有する材料からなる。弾性体２０を構成する材料は特に限定されるものではないが、ゴム系材料、エラストマー材料やゲル状の物質にフィラーを混合したもの等が挙げられる。
【００２１】
弾性体２０を構成する材料としては、例えば、ゲル状のエポキシ樹脂にシリカ（ＳｉＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）またはジルコニア（ＺｒＯ２）等を混合したもの、クロロプレンゴムまたはシリコーンゴムにガラスビーズ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）またはタングステン粉末等を混合したものがある。
【００２２】
弾性体２０は、超音波トランスデューサ１０の第２電極１３が設けられている面から放出される超音波を減衰し、吸収する。弾性体２０は、一般にバッキング材と称される部材である。
【００２３】
したがって本実施形態においては、超音波トランスデューサ１０が発生する超音波は、第１電極１２が設けられた超音波放射面１０ａからのみ放射される。言い換えれば、弾性体２０は、超音波トランスデューサ１０の超音波放射面１０ａとは反対側の面上に配設されている。
【００２４】
基台部２及び押圧部３は、超音波トランスデューサ１０を保持するためのものである。基台部２は、超音波振動子１を超音波診断装置に固定するための部位でもある。図示しないが、基台部２は、嵌め合い、接着剤またはネジ等の公知の方法によって超音波診断装置側の部材と結合するための構成が設けられている。
【００２５】
基台部２は、超音波トランスデューサ１０を載置する支持面２ａを有している。超音波トランスデューサ１０は、超音波放射面１０ａとは反対側の面（第２電極１３が設けられた面）が、支持面２ａに対向する状態で、支持面２ａ上に載置される。
【００２６】
上述したように、超音波トランスデューサ１０の超音波放射面１０ａとは反対側の面上には、弾性体２０が配設されていることから、基台部２と超音波トランスデューサ１０との間には、弾性体２０が介在する。
【００２７】
押圧部３は、超音波トランスデューサ１０を、基台部２に向かって押圧することによって、超音波トランスデューサ１０を支持面２ａ上の所定の位置に位置決めして固定する部材である。
【００２８】
本実施形態の押圧部３は、超音波放射面１０ａに直交する方向から見た場合における超音波トランスデューサ１０の外縁部に接して、超音波トランスデューサ１０を基台部２に向かって押圧する。
【００２９】
より具体的に、本実施形態の押圧部３は、基台部２の支持面２ａから突出するように設けられた一対の凸条部３ａからなる。一対の凸条部３ａは、所定の距離だけ離間して略平行に配設されている。図２に示すように、一対の略平行な凸条部３ａの互いに対向する面には、斜面部３ｂが形成されている。
【００３０】
一対の凸条部３ａのそれぞれに形成された斜面部３ｂは、基台部２の支持面２ａから離れるほど、互いに近づくように支持面２ａの法線に対して所定の角度で傾斜している。言い換えれば、一対の略平行な凸条部３ａの互いに対向する面に設けられた斜面部３ｂは、支持面２ａから離れるほど互いの距離が短くなるように内側に向かって傾斜している。すなわち、一対の略平行な凸条部３ａの互いに対向する面に設けられた斜面部３ｂは、支持面２ａに直交する方向に沿って支持面２ａ側から見た場合に、表面が見えるように傾斜している。
【００３１】
一対の斜面部３ｂは、超音波放射面１０ａに直交する方向から見た場合に略矩形状である超音波トランスデューサ１０の外形に設けられた直線状の一対の平行な辺１０ｂに沿うように、超音波トランスデューサ１０の外縁部に接する。
【００３２】
本実施形態では、押圧部３の一対の斜面部３ｂが支持面２ａに向かって傾斜していることから、一対の斜面部３ｂは、一対の平行な辺１０ｂが超音波放射面１０ａと交差する位置の稜線に接する。なお、本実施形態では、一対の斜面部３ｂは、超音波トランスデューサ１０の長辺の稜線に接するように図示しているが、一対の斜面部３ｂは超音波トランスデューサ１０の短辺の稜線に接する形態であってもよい。
【００３３】
本実施形態の超音波振動子１では、超音波トランスデューサ１０が一対の平行な辺１０ｂの稜線の部分が、一対の斜面部３ｂによって挟持された状態となることから、超音波トランスデューサ１０は基台部２に対して所定の位置に正確に位置決めされる。
【００３４】
なお、以上に説明した基台部２及び押圧部３は、図面上においては異なる部材として示しているが、基台部２及び押圧部３は一体に形成されるものであってもよい。また、基台部２及び押圧部３を形成する方法は、特に限定されるものではない。例えば、基台部２及び押圧部３は一体成型によって作成することも可能であるし、切削、放電加工またはエッチング等の機械的もしくは化学的な除去加工によって作成することも可能である。
【００３５】
また、基台部２及び押圧部３を構成する材料は特に限定されるものではない。基台部２及び押圧部３は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等によって形成することができる。
【００３６】
図２の断面図に示すように、本実施形態では、押圧部３は、超音波トランスデューサ１０の略平行な一対の稜線に接して、超音波トランスデューサ１０を基台部２の支持面２ａに向かって押圧する。上述したように、基台部２の支持面２ａと超音波トランスデューサ１０との間には、弾性体２０が介在していることから、超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０は、支持面２ａと一対の斜面部３ｂとによって囲まれた空間内に、遊びの無い状態で収容される。したがって、本実施形態の超音波振動子１においては、超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０は、基台部２及び押圧部３との間の摩擦力によって基台部２に固定される。
【００３７】
本実施形態において超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を基台部２に固定する作業は、図３に示すように、支持面２ａと一対の斜面部３ｂの間に、凸条部３ａの延在方向に沿って超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を挿入することによって行われる。
【００３８】
以上に説明したように、本実施形態の超音波振動子１は、超音波トランスデューサ１０と基台部２との間に弾性体２０を介在させた状態で、押圧部３によって超音波トランスデューサ１０を基台部２に向かって押圧することにより生じる摩擦力によって、超音波トランスデューサ１０を基台部２に対して固定する構成を有している。
【００３９】
本実施形態の超音波振動子１は、接着剤を用いることなく、超音波トランスデューサ１０を保持する構成を有することから、従来のように接着剤の塗布量のばらつきや体積変化に伴う超音波トランスデューサの位置ずれや変形が生じることが無く、超音波トランスデューサを所定の位置に正確に保持することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態では、圧電素子１１を有してなる超音波トランスデューサ１０を押圧部３によって押圧しているが、超音波トランスデューサ１０は稜線のみにおいて押圧部３に接触しているため、超音波トランスデューサ１０と押圧部３との接触面積を小さくすることができ、超音波トランスデューサ１０が電気信号と超音波とを変換する際の効率の低下を抑えることができる。
【００４１】
以上に説明した本実施形態の超音波振動子１では、超音波トランスデューサ１０及び弾性体を、支持面２ａと一対の斜面部３ｂの間に凸条部３ａの両端のどちらからでも挿入することが可能であるが、例えば図４に示すように、超音波振動子１は、凸条部３ａの一方の端部の近傍に、支持面２ａから突出する凸部２ｂを設けて、凸条部３ａの他方の端部側からのみ超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を挿入可能とする構成であってもよい。この場合、凸条部３ａの他方の端部側から挿入された超音波トランスデューサ１０及び弾性体２０を凸部２ｂに当て付くまで挿入することによって、超音波トランスデューサ１０を、基台部２に対してより正確に位置決めして固定することができる。
【００４２】
次に、本実施形態の超音波振動子１を備える超音波診断装置３０の構成について説明する。図５に示す本実施形態の超音波診断装置３０は、内視鏡４０と共に用いられることによって人体等の被検体内部の診断を行うための装置であり、一般に超音波プローブと称される。
【００４３】
本実施形態の超音波診断装置３０は、その少なくとも一部が、詳しくは図示しない被検体の体内に挿入される内視鏡４０の挿入部に設けられた管路４０ａに挿通可能な挿入部として構成されており、かつ該管路４０ａの先端側開口を介して被検体の体内に突没可能に構成されている。
【００４４】
超音波診断装置３０の挿入部は、先端が閉じた筒形状であるシース３２と、該シース３２内に回動自在に挿通されたフレキシブルシャフト３４と、該フレキシブルシャフト３４の先端に固定されたハウジング３３とを具備している。ハウジング３３には、上述した超音波振動子１が基台部２を介して固定されている。また、シース２内には、例えば水または油等の超音波伝達媒体３９が充填されている。
【００４５】
フレキシブルシャフト３４は、基端側において図示しない制御装置に設けられた電動モータ等の回転駆動機構に接続されており、該回転駆動機構の駆動力をハウジング３３に伝達する。ハウジング３３はシース３２内において回動する。
【００４６】
該ハウジング３３に固定された超音波振動子１は、フレキシブルシャフト３４内に配設された図示しない同軸ケーブルを介して制御装置に電気的に接続されている。制御装置は、回転駆動機構によって超音波振動子１を回線駆動子ながら、超音波振動子１によって超音波の送受信を行うことによって、被検体の超音波断層像を生成し、表示する。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、押圧部の構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００４８】
上述した第１の実施形態の超音波振動子１では、超音波トランスデューサ１０は、平行な辺１０ｂの稜線が、押圧部３の一対の斜面部３ｂにより支持面２ａに向かって押圧されることによって、基台部２に対して固定される構成を有している。
【００４９】
一方、本実施形態の超音波振動子１では、図６に示すように、押圧部３は、超音波放射面１０ａの外縁部に接する当接片３ｃを有して構成されている。当接片３ｃは、超音波放射面１０ａの外縁部に接して、超音波トランスデューサ１０を基台部２に向かって押圧する。
【００５０】
第１の実施形態では、押圧部３と超音波トランスデューサ１０との接触箇所の形状が略線状であるが、本実施形態では面状となる。すなわち、本実施形態では、押圧部３と超音波トランスデューサ１０との接触面積が第１の実施形態よりも大きいため、両者間の摩擦力がより大きくなり、より強固に超音波トランスデューサ１０を基台部２に固定することができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、超音波トランスデューサの構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００５２】
本実施形態の超音波振動子１が具備する超音波トランスデューサ５０は、一般に静電容量型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ）と称される形態のものである。静電容量型超音波トランスデューサは周知の技術であるため、その詳細な説明は省略するものとする。
【００５３】
図７に示すように、超音波トランスデューサ５０は、基板５１と、基板５１上に形成された第２電極５６と、第２電極５６上に形成された空隙部５２と、空隙部５２上に形成され第１電極５５を有してなる振動膜５３と、を有して構成されている。
【００５４】
基板５１を構成する材料は、特に限定されるものではなく、導電性を有する材料によって構成されてもよいし、電気絶縁性を有する材料によって構成されてもよい。本実施形態では一例として、基板５１は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、石英、サファイヤ、水晶、アルミナ、ジルコニア、ガラス、又は樹脂等の公知の電気絶縁性材料により構成されるものとする。
【００５５】
第１電極５５及び第２電極５６は、基板５１上において、間に空隙部５２を挟んだ状態で略平行に配設された導電性の材料からなる薄膜である。空隙部５２は、第１電極５５及び第２電極５６の間に所定の高さの電気絶縁性の材料からなるスペーサ５４を介在させることによって形成されている。そして、第１電極５５の空隙部５２上に位置する領域が振動膜５３として機能する。第１電極５５及び第２電極５６は、例えばＣｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｒｕ、ＡｌまたはＴｉ等の金属またはこれらを含む合金からなる薄膜である。なお、第１電極５５及び第２電極５６の表面上には、酸化や短絡を防止するために、電気絶縁性の材料からなる保護膜が形成されていてもよい。
【００５６】
超音波トランスデューサ５０は、第１電極５５及び第２電極５６間に与えられる電気信号に伴って振動膜５３が振動して超音波を発生する。すなわち本実施形態の超音波トランスデューサ５０における超音波放射面５０ａは、第１電極５５が設けられた側の面となる。
【００５７】
また、図８に示すように、超音波トランスデューサ５０を超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合、超音波放射面５０ａ内には複数の振動膜５３が配列されている。本実施形態の超音波トランスデューサ５０は、この複数の振動膜５３が設けられた領域において超音波の放射及び受信を行う。以下では、超音波放射面５０ａにおける、複数の振動膜５３が設けられた領域をアクティブ領域５０ｂと称するものとする。
【００５８】
アクティブ領域５０ｂは超音波放射面５０ａよりも小さい略矩形状の領域であり、アクティブ領域５０ｂの外側、すなわち超音波放射面５０ａの外縁部には、振動膜５３が設けられていない非アクティブ領域が形成されている。なお、図８では振動膜５３は略円形状であるように示しているが、振動膜５３は、四角形や六角形等の多角形状であってもよい。以上に説明した超音波トランスデューサ５０は、例えば半導体製造プロセスを用いたマイクロマシン製造技術によって形成される。
【００５９】
超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａとは反対側の面上には、第１の実施形態と同様に、弾性体２０が接合されている。超音波トランスデューサ５０ａは、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に略矩形状の外形であり、外形に略平行な一対の辺５０ｅを有する。また、超音波トランスデューサ５０を、基台部２に対して固定する構成は、第１の実施形態と同様である。すなわち、押圧部３の一対の斜面部３ｂが、一対の平行な辺５０ｅが超音波放射面５０ａと交差する位置の稜線に接することで、超音波トランスデューサ５０は支持面２ａに向かって押圧され、固定される。したがって、本実施形態の超音波振動子１及びこれを備える超音波診断装置３０の効果は、第１の実施形態と同様である。
【００６０】
また、図７及び図８に示すように、本実施形態では、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、押圧部３が、超音波トランスデューサ５０のアクティブ領域５０ｂに重ならないように配設されている。言い換えれば、本実施形態では、押圧部３は、超音波トランスデューサ５０の非アクティブ領域上のみに張り出した状態で、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧している。
【００６１】
静電容量型の超音波トランスデューサ５０は、圧電素子のように全体が振動するのではなく、振動膜５３のみが振動することによって超音波の放射及び受信を行う。このため、本実施形態の超音波トランスデューサ５０では、アクティブ領域５０ｂから、超音波放射面５０ａの法線方向に超音波が放射される。
【００６２】
本実施形態では、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、押圧部３がアクティブ領域５０ｂに重ならないように配設されていることから、押圧部３が放射される超音波を遮ってしまうことがない。
【００６３】
以上に説明した本実施形態の超音波振動子１の変形例を以下に説明する。
【００６４】
超音波トランスデューサ５０は、薄く形成することによって湾曲させることが可能である。このため、例えば図９に示す第１の変形例のように、基台部２の支持面２ａを所定の曲率で凹形の曲面に形成し、かつ支持面２ａに沿って押圧部３を形成すれば、超音波放射面５０ａを凹形に所定の曲率に湾曲させた状態で、超音波トランスデューサ５０を保持することができる。
【００６５】
支持面２ａ及び押圧部３が湾曲している場合であっても、図１０に示すように、支持面２ａと押圧部３の間に、押圧部３の延在方向に沿って超音波トランスデューサ５０及び弾性体２０（図示せず）を挿入することが可能である。
【００６６】
このような、超音波放射面５０ａが内側に向かって凹形となるように超音波トランスデューサ５０を湾曲させた状態で保持する超音波振動子１によれば、音響レンズを用いることなく放射される超音波を所定の位置に収束させることができる。
【００６７】
また、例えば図１１に示す第２の変形例のように、基台部２の支持面２ａを所定の曲率で凸形の曲面に形成し、かつ支持面２ａに沿って押圧部３を形成すれば、超音波放射面５０ａを凸形に所定の曲率に湾曲させた状態で、超音波トランスデューサ５０を保持することができる。
【００６８】
このような、超音波放射面５０ａが外側に向かって凸形となるように超音波トランスデューサ５０を湾曲させた状態で保持する超音波振動子１によれば、音響レンズを用いることなく放射される超音波を発散させることができる。
【００６９】
以上に説明したように、本発明では、超音波トランスデューサ５０を湾曲させた状態で保持することによって、超音波の放射方向を音響レンズ等の付加物を用いることなく制御することができる。なお、支持面２ａの曲率は一定である必要はなく、超音波の収束や発散の具合に応じて、楕円や双曲線のように途中で曲率が変化する形態であってもよい。その他の効果は、上述した実施形態と同様である。
【００７０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第３の実施形態に対して、超音波トランスデューサ及び押圧部の構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第３の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００７１】
図１２に示すように、本実施形態の超音波トランスデューサ５０は、押圧部３の一対の凸条部３ａに沿う一対の辺の側面部に、斜面部５０ｃが形成されている。本実施形態では、超音波トランスデューサ５０の長辺の側面部に斜面部５０ｃが形成されている。
【００７２】
斜面部５０ｃは、押圧部３の一対の斜面部３ｂと略平行な角度で傾斜している。すなわち超音波トランスデューサ５０の両側面に形成された一対の斜面部５０ｃは、基板５１から超音波放射面５０ａに向かうにつれて互いに近づくように傾斜している。言い換えれば、超音波トランスデューサ５０の側面部に形成された一対の斜面部５０ｃは、超音波放射面５０ａと略同一方向を向く平面部である。
【００７３】
押圧部３は、超音波トランスデューサ５０の両側面に形成された一対の斜面部５０ｃに当接することによって、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧する構成を有している。具体的には、押圧部３の一対の斜面部３ｂが、超音波トランスデューサ５０の両側面に形成された一対の斜面部５０ｃに当接して押圧する。
【００７４】
この構成では、一対の斜面部３ｂが設けられた凸条部３ａの支持面２ａからの高さは、超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも低くすることができる。すなわち本実施形態では、押圧部３が、超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも超音波の放射方向に突出することなく、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧し、保持することができる。
【００７５】
このため、超音波トランスデューサ５０によって送受信される超音波が、押圧部３によって遮られることが無くなる。また、押圧部３が超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも突出しないため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００７６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、第３の実施形態に対して、超音波トランスデューサ及び押圧部の構成のみが異なる。よって以下ではこの相違点のみを説明するものとし、第３の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
【００７７】
図１３に示すように、本実施形態の超音波トランスデューサ５０は、押圧部３の一対の凸条部３ａに沿う一対の辺の側面部に、支持面２ａとは略反対側を向いた平面部５０ｄが形成されている。言い換えれば、平面部５０ｄは、超音波放射面５０ａと略同方向を向いた面である。一方、押圧部３には、平面部５０ｄに接する当接片３ｄが形成されている。本実施形態では、当接片３ｄが、平面部５０ｄを基台部２に向かって押圧することにより、超音波トランスデューサ５０が基台部２に対して固定される。
【００７８】
本実施形態では、押圧部３が、超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも超音波の放射方向に突出することなく、超音波トランスデューサ５０を基台部２に向かって押圧し、保持することができる。
【００７９】
このため、超音波トランスデューサ５０によって送受信される超音波が、押圧部３によって遮られることが無くなる。また、押圧部３が超音波トランスデューサ５０の超音波放射面５０ａよりも突出しないため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００８０】
以上に説明した本実施形態では、平面部５０ｄが、超音波トランスデューサ５０の側面から突出する凸部に形成されている。すなわち、平面部５０ｄは、超音波トランスデューサ５０を超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、超音波放射面５０ａよりも外側に突出している。
【００８１】
本発明における平面部５０ｄは、本実施形態に限られるものではない。例えば図１４に示すように、平面部５０ｄは、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、超音波放射面５０ａと重なる位置に設けられる形態であってもよい。具体的に図１４に示す第１の変形例においては、平面部５０ｄは、超音波トランスデューサ５０の側面部に彫設された凹形状の溝部内に形成されている。
【００８２】
図１４に示す第１の変形例のように、平面部５０ｄを、超音波トランスデューサ５０の側面部に彫設された凹形状の溝部内に形成すれば、押圧部３の当接片３ｄを溝部内に配置することができるため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００８３】
なお、側面部に彫設された凹形状の溝部は、超音波放射面５０ａに直交する方向から見た場合に、アクティブ領域５０ｂと重ならない深さであることが音響特性上好ましい。
【００８４】
また、図１５に示す変形例においては、平面部５０ｄは、超音波トランスデューサ５０の基板５１に、超音波放射面５０ａとは反対側の面から彫設された略Ｔ字形状の溝部内に形成されている。押圧部３は、基台部２の支持面２ａから溝部内に突出する凸条部からなり、平面部５０ｄを基台部２に向かって押圧する当接片３ｄが鉤状に側方に突出している。
【００８５】
図１５に示す第１の変形例のように、平面部５０ｄを、超音波トランスデューサ５０の内部に形成すれば、押圧部３を超音波トランスデューサ５０の外部に突出させる必要がないため、超音波振動子１を小型化することができる。
【００８６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波振動子及び超音波診断装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１ 超音波振動子、
２ 基台部、
２ａ 支持面、
２ｂ 凸部、
３ 押圧部、
３ａ 凸条部、
３ｂ 斜面部、
３ｃ 当接片、
３ｄ 当接片、
１０ 超音波トランスデューサ、
１０ａ 超音波放射面、
１０ｂ 一対の平行な辺、
１１ 圧電素子、
１２ 第１電極、
１３ 第２電極、
２０ 弾性体、
３０ 超音波診断装置、
３２ シース、
３３ ハウジング、
３４ フレキシブルシャフト、
３９ 超音波伝達媒体、
４０ 内視鏡、
４０ａ 管路、
５０ 超音波トランスデューサ、
５０ａ 超音波放射面、
５０ｂ アクティブ領域、
５０ｃ 斜面部、
５０ｄ 平面部、
５１ 基板、
５２ 空隙部、
５３ 振動膜、
５４ スペーサ、
５５ 第１電極、
５６ 第２電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサ、
前記超音波トランスデューサの超音波放射面とは反対側の面に配設された弾性体、
前記超音波トランスデューサを、間に前記弾性体を介在させた状態で載置する支持面を有する基台部、及び
前記超音波トランスデューサを、前記基台部に向かって押圧する押圧部、
を有することを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記押圧部は、前記超音波トランスデューサの外縁部に接することで、前記超音波トランスデューサを前記基台部に対して所定の位置に位置決めして固定することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサは、前記超音波放射面に直交する方向から見た場合に、外形に直線状の一対の平行な辺を有しており、
前記押圧部は、前記支持面から突出し、前記超音波トランスデューサの前記一対の平行な辺に沿って延在する一対の平行な凸条部を有してなり、前記一対の平行な凸条部の間に前記一対の平行な辺を挟持することによって、前記超音波トランスデューサを前記基台部に対して位置決めすることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記一対の平行な凸条部は、それぞれの互いに対向する面に、前記支持面から離れるほど互いに近づく斜面部が形成されており、
前記押圧部は、前記一対の平行な凸条部の斜面部が、前記超音波トランスデューサの前記一対の平行な辺における前記超音波放射面側の稜線に接することを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記超音波トランスデューサは、前記超音波放射面に直交する方向から見た場合に、外形に設けられた直線状の一対の平行な辺と、前記一対の平行な辺に沿って設けられた前記超音波放射面と同一方向を向く平面部とを有し、
前記押圧部は、前記平面部に当接することを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記支持面は曲面であって、
前記押圧部は、前記超音波トランスデューサが前記支持面に沿って湾曲するように、前記超音波トランスデューサを基台部に向かって押圧することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記超音波トランスデューサは、静電容量型超音波トランスデューサであって、
前記押圧部は、前記超音波放射面に直交する方向から見た場合に、前記超音波トランスデューサのアクティブ領域に重ならない位置に配設されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波振動子を具備してなる超音波診断装置。
【請求項１】
超音波トランスデューサ、
前記超音波トランスデューサの超音波放射面とは反対側の面に配設された弾性体、
前記超音波トランスデューサを、間に前記弾性体を介在させた状態で載置する支持面を有する基台部、及び
前記超音波トランスデューサを、前記基台部に向かって押圧する押圧部、
を有することを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記押圧部は、前記超音波トランスデューサの外縁部に接することで、前記超音波トランスデューサを前記基台部に対して所定の位置に位置決めして固定することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサは、前記超音波放射面に直交する方向から見た場合に、外形に直線状の一対の平行な辺を有しており、
前記押圧部は、前記支持面から突出し、前記超音波トランスデューサの前記一対の平行な辺に沿って延在する一対の平行な凸条部を有してなり、前記一対の平行な凸条部の間に前記一対の平行な辺を挟持することによって、前記超音波トランスデューサを前記基台部に対して位置決めすることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記一対の平行な凸条部は、それぞれの互いに対向する面に、前記支持面から離れるほど互いに近づく斜面部が形成されており、
前記押圧部は、前記一対の平行な凸条部の斜面部が、前記超音波トランスデューサの前記一対の平行な辺における前記超音波放射面側の稜線に接することを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記超音波トランスデューサは、前記超音波放射面に直交する方向から見た場合に、外形に設けられた直線状の一対の平行な辺と、前記一対の平行な辺に沿って設けられた前記超音波放射面と同一方向を向く平面部とを有し、
前記押圧部は、前記平面部に当接することを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記支持面は曲面であって、
前記押圧部は、前記超音波トランスデューサが前記支持面に沿って湾曲するように、前記超音波トランスデューサを基台部に向かって押圧することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記超音波トランスデューサは、静電容量型超音波トランスデューサであって、
前記押圧部は、前記超音波放射面に直交する方向から見た場合に、前記超音波トランスデューサのアクティブ領域に重ならない位置に配設されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波振動子を具備してなる超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２５７０５８（Ｐ２０１２−２５７０５８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８６１６（Ｐ２０１１−１２８６１６）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
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