專利名稱：超聲波探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波診斷裝置等中使用的超聲波探頭。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的超聲波探頭，如圖8所示，在和圖面正交的方向上排列多個用來收發(fā)超聲波的壓電元件21，在各壓電元件21的前面、背面分別設(shè)置接地電極2、信號用電極22(例如，參照下述專利文獻1)。在接地電極2的前面，設(shè)置用來向被檢測體(生物體)有效地收發(fā)超聲波的聲匹配層24。在和聲匹配層24相反一側(cè)的壓電元件21的背面，設(shè)置具有使從壓電元件21發(fā)送的不需要的超聲波衰減且經(jīng)由信號用電極22將壓電元件21機械保持的功能的背面負載部件25。接地電極2與接地用電端子23連接，接地用電端子23經(jīng)由熱傳導(dǎo)部件26與傳熱線27連接。
該超聲波探頭從超聲波診斷裝置等主體經(jīng)未圖示的信號用電端子、接地用電端子23分別向信號用電極22、接地電極2施加電信號，由此，壓電元件21產(chǎn)生機械振動，發(fā)送超聲波，壓電元件21接收從像生物體那樣的被檢測體反射來的超聲波。將生物體作為被檢測體的超聲波診斷裝置用超聲波探頭是診斷用的傳感器，該探頭與生物體直接接觸，向生物體發(fā)送超聲波，再用超聲波探頭接收從生物體內(nèi)反射來的反射波，主體對該信號進行處理，在監(jiān)視器上顯示診斷圖像。
這樣的超聲波診斷裝置用超聲波探頭必須使與生物體接觸的超聲波探頭的表面溫度成為對生物體沒有影響的溫度，以便不對生物體產(chǎn)生壞影響。超聲波探頭的表面溫度在不和生物體接觸、即在未使用的狀態(tài)下，當(dāng)從主體持續(xù)送出發(fā)送信號時，會發(fā)熱，溫度上升。其主要原因一般認為是由于壓電元件21的介電損耗和探頭內(nèi)的壓電元件21、聲匹配層24、音響透鏡間的多重反射。這樣，超聲波探頭的表面溫度與主體的發(fā)送信號成比例，需要將發(fā)送信號抑制在較低的水平進行調(diào)整來限制溫度上升。另一方面，發(fā)送信號電平和診斷生物體的深度成比例，將發(fā)送信號抑制在較低的水平存在診斷深度也變淺的缺點。因此，既能提高發(fā)送信號(使診斷深度深)又能降低超聲波探頭的表面溫度極為重要。
這樣，用于超聲波診斷裝置中的超聲波探頭因與生物體直接或間接接觸，所以，為了確保安全性，必須限制探頭的表面溫度來進行管理。因此，需要調(diào)整從超聲波診斷裝置主體發(fā)送的電壓，使超聲波探頭的表面溫度在規(guī)定溫度以下。另一方面，對超聲波診斷裝置的診斷區(qū)域、特別是在深度方向進行擴大有很強的要求。上述發(fā)送電壓和深度方向的擴大也成比例，若發(fā)送電壓高，則診斷深度也深，希望盡量提高發(fā)送電壓。因此，最近進行了很多降低超聲波探頭的表面溫度的嘗試。圖8所示的結(jié)構(gòu)是其中之一，是通過從壓電元件21的接地電極2取出的接地用電端子23來散熱的結(jié)構(gòu)。
專利文獻1特開平5-244690號公報(圖1)但是，上述現(xiàn)有的超聲波探頭結(jié)構(gòu)中的散熱是通過壓電元件21的接地用電端子23的一部分進行散熱，存在不能說散熱是充分的的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有例的問題而提出的，其目的在于提供一種超聲波探頭，其能提高散熱效果，進而還能提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓且能夠進一步加深診斷深度。
為了達到上述目的，本發(fā)明的超聲波探頭成為下述結(jié)構(gòu)，即具有壓電元件，收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述壓電元件的背面；以及熱傳導(dǎo)材料，設(shè)在上述背面負載部件的內(nèi)部或一部分上，并且熱傳導(dǎo)率比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在上述背面負載部件的內(nèi)部或一部分上的、熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
此外，本發(fā)明的超聲波探頭成為下述結(jié)構(gòu)，即具有多個壓電元件，排列在一個方向上，收發(fā)超聲波；
背面負載部件，設(shè)在上述多個壓電元件的背面上；以及1個或多個片狀的熱傳導(dǎo)材料，在上述背面負載部件的內(nèi)部沿深度方向和上述壓電元件的排列方向平行設(shè)置，熱傳導(dǎo)率比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在背面負載部件的內(nèi)部的熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)是上述熱傳導(dǎo)材料的上述壓電元件側(cè)的端部是相對于上述壓電元件的上述背面負載部件側(cè)的面傾斜的形狀。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在上述背面負載部件的內(nèi)部的熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)是上述熱傳導(dǎo)材料的上述壓電元件側(cè)的端部的傾斜面與和上述壓電元件的背面垂直的方向的夾角為40度或以下的角度、或者為從90度減去超聲波的臨界角的角度。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在上述背面負載部件的內(nèi)部的熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)還設(shè)有散熱塊，連接在上述熱傳導(dǎo)材料上，熱傳導(dǎo)率比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并通過散熱塊進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)是上述散熱塊設(shè)在上述背面負載部件的背面上，上述熱傳導(dǎo)材料進而設(shè)在上述散熱塊和上述背面負載部件之間。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在上述背面負載部件的內(nèi)部或一部分上的、熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并通過散熱塊進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)具備多個壓電元件，在一個方向上被分割槽分割并收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述多個壓電元件的背面上；以及塊狀的熱傳導(dǎo)材料，設(shè)在上述背面負載部件的背面上，比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大，在上述背面負載部件上以不到達上述熱傳導(dǎo)材料的深度形成上述分割槽。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在上述背面負載部件的背面的熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的成為下述結(jié)構(gòu)，即具備多個壓電元件，在一個方向上被分割槽分割并收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述多個壓電元件的背面上；以及塊狀的熱傳導(dǎo)材料，設(shè)在上述背面負載部件的背面上，比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大，以到達上述熱傳導(dǎo)材料的深度形成上述分割槽，在通過上述分割槽在上述熱傳導(dǎo)材料的表面形成的凹凸面上，形成上述背面負載部件。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用設(shè)在上述背面負載部件的背面的熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
進而，本發(fā)明的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)是作為上述熱傳導(dǎo)材料，使用將高分子薄膜石墨化后的高取向性的PGS石墨片、石墨、碳納米管、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鈹、銅和鋁中的任一種材料。
按照該結(jié)構(gòu)，可以利用熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來吸收壓電元件產(chǎn)生的熱并進行散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度。因此，由于還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，所以能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。
若按照本發(fā)明，由于可以利用熱傳導(dǎo)率比背面負載部件大的材料來對壓電元件發(fā)出的熱進行吸熱和散熱，可以降低超聲波探頭的表面溫度，所以，能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，因此能夠得到可進一步加深診斷深度的超聲波探頭。


圖1是本發(fā)明的第1實施方式的超聲波探頭的概略立體圖。
圖2是本發(fā)明的第1實施方式的超聲波探頭的概略平面圖。
圖3是本發(fā)明的第2實施方式的超聲波探頭的概略剖面圖。
圖4是將圖3的A部分放大的圖。
圖5是本發(fā)明的第3實施方式的超聲波探頭的概略剖面圖。
圖6是本發(fā)明的第4實施方式的超聲波探頭的概略剖面圖。
圖7是本發(fā)明的第5實施方式的超聲波探頭的概略剖面圖。
圖8是現(xiàn)有的超聲波探頭的概略剖面圖。
具體實施例方式
<第1實施方式>
下面，使用

本發(fā)明的實施方式的超聲波探頭。圖1、圖2示出本發(fā)明的第1實施方式的超聲波探頭。圖1表示立體圖，圖2表示從上部觀察圖1的圖。
在圖1、圖2中，第1實施方式的超聲波探頭的結(jié)構(gòu)包括壓電元件1，其在X方向上為長邊，在Y方向上配列有多個，在Z方向上(診斷深度方向)收發(fā)超聲波；多個接地電極2、信號用電極3，分別設(shè)置在各壓電元件1的前面、背面；多個信號用電端子4，分別從各信號電極3取出信號；背面負載部件5，經(jīng)由信號用電極3將壓電元件1機械保持且具有根據(jù)需要使不需要的超聲波信號衰減的功能；多個(圖1，2為3枚)片狀的熱傳導(dǎo)部件6，埋入背面負載部件5內(nèi)并將從壓電元件1產(chǎn)生的熱積極地傳遞出去；以及散熱塊7，在背面負載部件5的背面?zhèn)扰c熱傳導(dǎo)部件6連接并將熱傳導(dǎo)部件6傳遞過來的熱散發(fā)出去。散熱塊7和熱傳導(dǎo)部件6接觸或粘接在一起，以便可以與熱傳導(dǎo)部件6進行熱傳送。壓電元件1使用PZT等系列的壓電陶瓷和單結(jié)晶等。接地電極2和信號用電極3通過蒸鍍、濺射金或銀或者燒結(jié)銀等，分別在壓電元件1的前面和背面形成。
此外，為了有效地收發(fā)超聲波，也可以在必要時經(jīng)接地電極2在壓電元件1的前面?zhèn)仍O(shè)置1層或以上的聲匹配層(未圖示)，進而，在該聲匹配層的前面設(shè)置使超聲波束會聚的聲透鏡。
此外，從壓電元件1發(fā)送來的超聲波也會在背面負載部件5和熱傳導(dǎo)部件6中傳播，但因在背面負載部件5和熱傳導(dǎo)部件6中傳播的是不需要的超聲波，所以，在本發(fā)明中，在背面負載部件5內(nèi)進行吸收或散射使其衰減，不讓它再返回壓電元件1中。此外，利用在背面負載部件5的內(nèi)部向深度方向延伸且沿壓電元件1的排列方向平行設(shè)置的多個片狀熱傳導(dǎo)部件6，使超聲波在背面負載部件5中散射，以便不返回壓電元件1。
在圖1、圖2中，在背面負載部件5的內(nèi)部有3片熱傳導(dǎo)部件6。設(shè)在背面負載部件5的內(nèi)部或一部分上的該熱傳導(dǎo)部件6的片數(shù)可以是1片或以上的多片，但是，其必須成為熱傳導(dǎo)部件6反射來自壓電元件1的超聲波而不會有負面影響的程度的片數(shù)。
此外，在圖1、圖2中，熱傳導(dǎo)部件6的結(jié)構(gòu)是在和壓電元件1的排列方向Y相同的方向上連續(xù)連結(jié)，而在與此正交的方向X上分離。這是因為這樣的結(jié)構(gòu)容易均一地吸收從各壓電元件1發(fā)出的熱。此外，也可以在和壓電元件1的排列方向Y正交的方向X上設(shè)置熱傳導(dǎo)部件6，這時，有必要使熱傳導(dǎo)部件的數(shù)量和排列的壓電元件1的數(shù)量相同，或者每隔1個壓電元件1或每隔幾個壓電元件1設(shè)置1個熱傳導(dǎo)部件6。進而，作為其他的方法，也可以是在背面負載部件5的內(nèi)部按2維方式排列設(shè)置多個針狀熱傳導(dǎo)部件6。
希望熱傳導(dǎo)部件6的熱傳導(dǎo)率至少比背面負載部件5的值大。通常，背面負載部件5使用充填了鐵氧體粉的合成橡膠，或者在環(huán)氧樹脂或聚氨酯橡膠等高分子中充填了鎢或氧化鋁或者為了加大衰減而充填玻璃或高分子的中空體的材料，它們是以獲得衰減大的材料為目的而制作的材料，沒有考慮熱傳導(dǎo)率。因此，熱傳導(dǎo)率是1W/mK前后的極小的值，是不適合傳導(dǎo)熱的材料，所以，散熱效果小。熱傳導(dǎo)部件6若使用熱傳導(dǎo)率至少比背面負載部件5高的材料，則也是有效果的。進而，為了進一步提高散熱效果，可以使用熱傳導(dǎo)率是背面負載部件5的10倍或更高的材料。作為熱傳導(dǎo)部件6的材料，最好使用將高分子薄膜石墨化后的高取向性的PGS石墨片、石墨、碳納米管、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鈹、銅和鋁等熱傳導(dǎo)率大(60～600W/mK)的材料。
進而，當(dāng)熱傳導(dǎo)部件6是和壓電元件1的信號用電極3直接接觸的結(jié)構(gòu)時，可以使用電絕緣材料，但是，當(dāng)信號用電極3和熱傳導(dǎo)部件6是電絕緣的結(jié)構(gòu)、例如在信號用電極3和熱傳導(dǎo)部件6之間設(shè)置薄薄的像環(huán)氧樹脂那樣的絕緣性粘接劑時，或者，通過設(shè)置像聚酰亞胺薄膜那樣的絕緣層，則無論是具有導(dǎo)電性還是絕緣性的材料，熱傳導(dǎo)部件6都可以使用。
此外，雖然熱傳導(dǎo)部件6吸收的熱傳遞到散熱塊7進行散熱，但是作為該散熱塊7，可以使用和熱傳導(dǎo)部件6相同的材料。此外，熱傳導(dǎo)部件6和散熱塊7可以一體構(gòu)成，也可以是粘接在一起的結(jié)構(gòu)。
此外，雖然熱傳導(dǎo)部件6是能夠從背面負載部件5的背面向散熱塊7傳遞熱的結(jié)構(gòu)，但是，也可以使熱傳導(dǎo)部件6延伸至背面負載部件5的側(cè)面，再使該延伸的熱傳導(dǎo)部件6和散熱塊7連接。這時的散熱塊7不必在背面負載部件5的背面，設(shè)在背面負載部件5的側(cè)面或分開，也可以得到同樣的效果。
若按照上述結(jié)構(gòu)，因壓電元件1產(chǎn)生的熱和因超聲波的多重反射產(chǎn)生的熱可以通過連接成能夠利用設(shè)在背面負載部件5的內(nèi)部或一部分上的熱傳導(dǎo)部件6傳遞熱的散熱塊7吸收再散發(fā)出去，故具有能夠降低超聲波探頭的表面溫度的效果。因此，因還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，故可以使診斷深度更深。
再有，在第1實施方式中，說明了在和壓電元件1的排列方向Y相同的方向上，在背面負載部件5的內(nèi)部設(shè)置3枚熱傳導(dǎo)部件6的結(jié)構(gòu)的情況，除此之外，若是在和壓電元件1的排列方向Y正交的方向X上設(shè)置熱傳導(dǎo)部件6的結(jié)構(gòu)，或者是設(shè)置1枚或更多的多個針狀熱傳導(dǎo)部件6的結(jié)構(gòu)，也可以得到同樣的效果。此外，在第1實施方式中，說明了排列多個壓電元件1的所謂陣列型壓電元件的情況，除此之外，若是單個壓電元件1或呈2維排列的陣列型的情況，也可以得到同樣的效果。
<第2實施方式>
其次，圖3、圖4示出本發(fā)明的第2實施方式的超聲波探頭。再有，圖4是將圖3的A部分放大的圖。圖3、圖4的結(jié)構(gòu)因和第1實施方式中說明了的結(jié)構(gòu)和動作一樣，故不再重復(fù)，這里只說明第2實施方式的特征。第2實施方式的特征在于是熱傳導(dǎo)材料6的壓電元件1側(cè)的端部(頂端部)相對壓電元件1的背面負載部件5側(cè)的面傾斜的形狀。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，利用對分別設(shè)在壓電元件1的表面、背面的信號用電極3和接地電極2(參照圖1)施加的電壓來使壓電元件1產(chǎn)生機械振動，在接地電極2側(cè)和信號用電極3側(cè)兩側(cè)發(fā)生超聲波，所以，發(fā)生的超聲波既向背面負載部件5傳播，又向熱傳導(dǎo)部件6的部分傳播，像圖4所示的超聲波8那樣，從熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面反射，進而從熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面反射的超聲波8再次在背面負載部件5內(nèi)傳播。
因此，若熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面的角度(相對從壓電元件1發(fā)出的超聲波8向背面負載部件5的深度方向傳播的方向(壓電元件1的背面的垂直方向)的角度)是45度左右或更大，則超聲波8以45度附近的角度向鄰接的熱傳導(dǎo)部件6的方向傳播并再次發(fā)生反射，超聲波8有返回壓電元件1的可能，會使超聲波圖像的分辨力降低。此外，若是45度或以上的角度，同樣，成為超聲波8返回壓電元件1的路徑。因再返回到這些壓電元件1的超聲波8是不需要的超聲波，故超聲波圖像中包含噪聲，使分辨力降低，有時在診斷上有可能造成誤診，因此，所需要的超聲波一定不能回到壓電元件1。
因此，原理上講，若熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面的角度為45度或以下，則反射的超聲波8就不會返回壓電元件1，但是，因超聲波8具有擴散的性質(zhì)，故當(dāng)擴散時，即使在45度或以下的情況下超聲波8有時也會返回壓電元件1。因此，考慮超聲波8的擴散，將熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面的角度設(shè)為40度或更低。通過設(shè)定該角度，形成超聲波8不會返回壓電元件1的結(jié)構(gòu)。圖3、圖4示出熱傳導(dǎo)部件6在兩側(cè)(±X方向)設(shè)置傾斜的結(jié)構(gòu)。
另一方面，當(dāng)超聲波8向背面負載部件5傳播再入射到熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面時，一部分超聲波在熱傳導(dǎo)部件6內(nèi)傳播，其余的超聲波反射后向背面負載部件5傳播。但是，雖然這是已知的事實，但當(dāng)熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面的角度為某一角度或更大時，在背面負載部件5中傳播來的超聲波8不會進入熱傳導(dǎo)部件6內(nèi)，即，從熱傳導(dǎo)部件6的傾斜面進行全反射的所謂臨界角成立。熱傳導(dǎo)部件6和背面負載部件5不同，因超聲波的衰減系數(shù)不太大，故在熱傳導(dǎo)部件6內(nèi)部傳播的超聲波有可能再返回壓電元件1。因此，如果可能，希望是不使超聲波在熱傳導(dǎo)部件6的內(nèi)部傳播的結(jié)構(gòu)。
例如，作為背面負載部件5，使用普遍知道的充填了鐵氧體粉的橡膠材料，即所謂鐵氧體橡膠，此外，作為熱傳導(dǎo)部件6，說明使用普通石墨的情況。在圖4中，當(dāng)超聲波8從壓電元件1發(fā)出，在背面負載部件5中傳播，并入射到熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面時，若設(shè)與傾斜面的法線的夾角為θ0，則將超聲波在傾斜面全反射時的角度θ0稱作臨界角θ，則臨界角θ可由下式(1)算出。
臨界角θ＝sin-1(C1/C2) (1)C1背面負載部件5(鐵氧體橡膠)的音速C2熱傳導(dǎo)部件6(石墨)的音速C1＜C2(從背面負載部件5向熱傳導(dǎo)部件6傳播時)這里，背面負載部件5的(鐵氧體橡膠)的音速C1約為1900m/s，熱傳導(dǎo)部件6(石墨)的音速C2約為3200m/s。若根據(jù)該音速C1、C2計算臨界角θ，則為36.4度。若為該角度或更大角度，則所有的超聲波8從熱傳導(dǎo)部件6的傾斜面全反射，不會進入熱傳導(dǎo)部件6的內(nèi)部。這里，由圖4可知，從壓電元件1到背面負載部件5大致垂直傳播的超聲波8和熱傳導(dǎo)部件6的傾斜面的角度變成90度-臨界角θ，所以，可以是熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面的角度為(90度-臨界角θ)或以下的結(jié)構(gòu)。即使是作為例子使用的背面負載部件5和熱傳導(dǎo)部件6的材料之外的組合，若使用在第1實施方式中已說明的材料，因熱傳導(dǎo)部件6的音速比背面負載部件5的音速快，故上式(1)成立。
若按照以上那樣的結(jié)構(gòu)，因壓電元件1產(chǎn)生的熱和因多重反射產(chǎn)生的熱可以通過設(shè)在背面負載部件5的內(nèi)部或一部分上的熱傳導(dǎo)部件6來傳遞熱，而且，背面負載部件5內(nèi)的超聲波8即使從熱傳導(dǎo)部件6反射也不會再返回壓電元件1，故可以防止分辨力的降低，進而具有能夠降低超聲波探頭的表面溫度的效果。因此，因還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，故可以使診斷深度更深。
再有，雖然在第2實施方式中，說明了熱傳導(dǎo)部件6的頂端的傾斜面設(shè)在兩側(cè)(±X方向)的結(jié)構(gòu)，但是除此之外，即使只在一側(cè)設(shè)置熱傳導(dǎo)部件6的傾斜，或者是圓錐形狀的結(jié)構(gòu)，也可以得到同樣的效果。
<第3實施方式>
其次，圖5示出本發(fā)明的第3實施方式的超聲波探頭。圖5的結(jié)構(gòu)因和第1實施方式中說明了的結(jié)構(gòu)和動作一樣，故不再重復(fù)，這里只說明第3實施方式的特征。第3實施方式的特征在于進而在散熱塊17和背面負載部件15之間設(shè)置熱傳導(dǎo)部件16。
作為熱傳導(dǎo)部件16，使用熱傳導(dǎo)率比背面負載部件15大的材料，在熱傳導(dǎo)部件16吸收的熱經(jīng)散熱塊17散發(fā)，雖然當(dāng)熱傳導(dǎo)部件16和散熱塊17一體構(gòu)成時不會有問題，但是有時因材料的關(guān)系不一定能夠一體構(gòu)成。例如，作為熱傳導(dǎo)部件16，當(dāng)使用將熱傳導(dǎo)率(600～800W/mK)極高的高分子薄膜石墨化的高取向性的PGS石墨片時，則不能用同樣的材料構(gòu)成散熱塊17。熱傳導(dǎo)部件16因為和散熱塊17的接觸面積小，所以，為了通過提高從熱傳導(dǎo)部件16向散熱塊17的熱傳遞效率來進一步提高散熱效果，采用將熱傳導(dǎo)部件16一直設(shè)置到背面負載部件15的背面的結(jié)構(gòu)。
這樣的結(jié)構(gòu)如果使用將上述那樣的高分子薄膜石墨化的高取向性的PGS石墨片作為熱傳導(dǎo)部件16的材料，則可以很容易構(gòu)成，進而，使用和熱傳導(dǎo)部件16不同的材料設(shè)置散熱塊17。通過這樣的結(jié)構(gòu)，因可以加大熱傳導(dǎo)部件16和散熱塊17的接觸面積，故可以有效地進行散熱。
此外，可以是這樣的結(jié)構(gòu)，即通過對分別設(shè)在壓電元件11的兩面的信號用電極13和接地電極12施加的電壓，使壓電元件11產(chǎn)生機械振動，在兩側(cè)(接地電極12側(cè)和信號用電極13側(cè))發(fā)生超聲波，但該發(fā)生的超聲波8在背面負載部件15內(nèi)部衰減，不再返回壓電元件11。此外，在背面負載部件15的內(nèi)部或一部分上設(shè)置熱傳導(dǎo)部件16，吸收從壓電元件11發(fā)出的熱再散發(fā)出去。
再有，雖然在第3實施方式中，說明了熱傳導(dǎo)部件16是使用片狀材料的結(jié)構(gòu)，但是除此之外，即使熱傳導(dǎo)部件16是將塊狀原料加工后形成圖5所示那樣的形狀，也可以得到同樣的效果。
<第4實施方式>
其次，圖6示出本發(fā)明的第4實施方式的超聲波探頭。圖6的結(jié)構(gòu)和圖1所示的從X方向看壓電元件1的剖面圖所示的結(jié)構(gòu)一樣。因和第1實施方式中說明了的結(jié)構(gòu)和動作相同，故不再重復(fù)，這里只說明第4實施方式的特征。
在圖6中，對兩面設(shè)有信號用電極3和接地電極2的壓電元件1，在信號用電極3側(cè)設(shè)置背面負載部件5，在背面負載部件5的背面設(shè)置塊狀的熱傳導(dǎo)部件6，壓電元件1利用由機械加工等設(shè)置分割槽9，將壓電元件1分成多個進行排列。這是一般所謂的陣列型。利用機械加工等分割壓電元件1時，可以切入到背面負載部件5的一部分的深度。這是為了使分割后的壓電元件1各自單獨振動時不會通過背面負載部件5將振動傳遞到相鄰的壓電元件1、即為了減小串?dāng)_所必須的。
另一方面，構(gòu)成為使設(shè)在背面負載部件5的背面的塊狀的熱傳導(dǎo)部件6在壓電元件1的排列方向上連續(xù)連結(jié)在一起，這是為了盡可能容易地進行吸熱和散熱。這樣，若當(dāng)將熱傳導(dǎo)部件6作為塊狀結(jié)構(gòu)時在向背面負載部件5的分割槽9的深度部分存在熱傳導(dǎo)部件6，如前所述，振動經(jīng)由背面負載部件5和熱傳導(dǎo)部件6，向相鄰的別的壓電元件1傳播，串?dāng)_加大。特別是，熱傳導(dǎo)部件6使用聲響容易傳播、衰減小的材料，所以，通過采用將熱傳導(dǎo)部件6設(shè)在夠不到壓電元件1的分割槽9的深度上的結(jié)構(gòu)，可以防止串?dāng)_。這里說明的背面負載部件5和熱傳導(dǎo)部件6使用和第1實施方式相同的材料。
若按照以上結(jié)構(gòu)，由多個排列在一起的壓電元件1產(chǎn)生的熱和因多重反射而產(chǎn)生的熱可以通過設(shè)在背面負載部件5的內(nèi)部或一部分上的熱傳導(dǎo)部件6傳導(dǎo)，而且，通過減小因熱傳導(dǎo)部件6而產(chǎn)生的音響的串?dāng)_的影響，可以防止分辨力的降低，進而，具有能夠降低超聲波探頭的表面溫度的效果。因此，因還能夠提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓，故可以使診斷深度更深。
<第5實施方式>
此外，作為第5實施方式，即使像圖7所示那樣，以到達塊狀的熱傳導(dǎo)部件6的深度形成分割槽9，在利用分割槽9在熱傳導(dǎo)部件6的表面形成的凹凸面上，形成背面負載部件5，上述結(jié)構(gòu)也可以得到上述效果。
<第6實施方式>
再有，雖然在上述實施方式中，說明了一維排列壓電元件1的結(jié)構(gòu)，但除此之外，采用使壓電元件1呈2維排列的結(jié)構(gòu)也可以得到同樣的效果。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的超聲波探頭除了超聲波診斷裝置之外，還可以應(yīng)用于能得到超聲波斷層圖像的其它裝置。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探頭，其具有壓電元件，收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述壓電元件的背面；以及熱傳導(dǎo)材料，設(shè)在上述背面負載部件的內(nèi)部或一部分上，并且熱傳導(dǎo)率比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大。
2.一種超聲波探頭，其具有多個壓電元件，排列在一個方向上，收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述多個壓電元件的背面上；以及1個或多個片狀的熱傳導(dǎo)材料，在上述背面負載部件的內(nèi)部沿深度方向和上述壓電元件的排列方向平行設(shè)置，熱傳導(dǎo)率比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大。
3.如權(quán)利要求1或2記載的超聲波探頭，其特征在于，上述熱傳導(dǎo)材料的上述壓電元件側(cè)的端部是相對于上述壓電元件的上述背面負載部件側(cè)的面傾斜的形狀。
4.如權(quán)利要求3記載的超聲波探頭，其中，上述熱傳導(dǎo)材料的上述壓電元件側(cè)的端部的傾斜面與和上述壓電元件的背面垂直的方向的夾角為40度或以下的角度、或者為從90度減去超聲波的臨界角的角度。
5.如權(quán)利要求1記載的超聲波探頭，其還設(shè)有散熱塊，連接在上述熱傳導(dǎo)材料上，熱傳導(dǎo)率比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大。
6.如權(quán)利要求5記載的超聲波探頭，其中，上述散熱塊設(shè)在上述背面負載部件的背面上，上述熱傳導(dǎo)材料進而設(shè)在上述散熱塊和上述背面負載部件之問。
7.一種超聲波探頭，其具備多個壓電元件，在一個方向上被分割槽分割并收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述多個壓電元件的背面上；以及塊狀的熱傳導(dǎo)材料，設(shè)在上述背面負載部件的背面上，比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大，在上述背面負載部件上以不到達上述熱傳導(dǎo)材料的深度形成上述分割槽。
8.一種超聲波探頭，其具備多個壓電元件，在一個方向上被分割槽分割并收發(fā)超聲波；背面負載部件，設(shè)在上述多個壓電元件的背面上；以及塊狀的熱傳導(dǎo)材料，設(shè)在上述背面負載部件的背面上，比上述背面負載部件的熱傳導(dǎo)率大，以到達上述熱傳導(dǎo)材料的深度形成上述分割槽，在通過上述分割槽在上述熱傳導(dǎo)材料的表面形成的凹凸面上，形成上述背面負載部件。
9.如權(quán)利要求1、7、8的任何一項記載的超聲波探頭，其中，作為上述熱傳導(dǎo)材料，使用將高分子薄膜石墨化后的高取向性的PGS石墨片、石墨、碳納米管、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鈹、銅和鋁中的任一種材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能夠提高散熱效果進而還能提高超聲波診斷裝置的發(fā)送電壓并加深診斷深度的技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)，超聲波探頭具有壓電元件(1)，在X方向上是長邊，在Y方向上排列多個，在Z方向(診斷深度方向)上收發(fā)超聲波；多個接地電極(2)、信號用電極(3)，分別設(shè)置在各個壓電元件的前面和背面；多個信號用電端子(4)，從各個信號用電極分別取出信號；背面負載部件(5)，經(jīng)由信號用電極將壓電元件機械保持且具有根據(jù)需要使不需要的超聲波信號衰減的功能；片狀的多個熱傳導(dǎo)部件(6)，埋入背面負載部件內(nèi)并將從壓電元件產(chǎn)生的熱積極地進行傳遞；散熱塊(7)，在背面負載部件的背面?zhèn)扰c熱傳導(dǎo)部件連接并將熱傳導(dǎo)部件傳遞過來的熱散發(fā)出去。
文檔編號G01N29/24GK1859871SQ200480028399
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者齊藤孝悅, 武田潤一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社