(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-14
(45)【発行日】2023-12-22
(54)【発明の名称】超音波振動子
(51)【国際特許分類】
A61B 8/12 20060101AFI20231215BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20231215BHJP
【ＦＩ】
A61B8/12
H04R17/00 330C
H04R17/00 330H
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021509403
(86)(22)【出願日】2020-03-23
(86)【国際出願番号】 JP2020012778
(87)【国際公開番号】W WO2020196428
(87)【国際公開日】2020-10-01
【審査請求日】2022-11-14
(31)【優先権主張番号】P 2019058608
(32)【優先日】2019-03-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000109543
【氏名又は名称】テルモ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100186015
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 靖之
(72)【発明者】
【氏名】井口 陽
【審査官】後藤 昌夫
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００８／０５６６１１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２０６７８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５３６０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５２７８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１５２７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－１９１８３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５
Ａ６１Ｂ １／００
Ａ６１Ｂ １／３１３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電素子と、前記圧電素子を支持する支持部材と、を備える超音波振動子であって、前記圧電素子は、
扁平状の圧電体と、
前記圧電体の厚み方向の少なくとも一方側に積層されている第１電極と、
前記圧電体の前記厚み方向の少なくとも他方側に積層されている第２電極と、からなり、
前記支持部材は、
前記圧電素子の前記第１電極と接続されている第１端子と、
前記圧電素子の前記第２電極に接続されている第２端子と、を備え、
前記第１端子及び前記第２端子は、前記厚み方向で前記圧電素子と重ならない部分を備え、
前記支持部材は、前記厚み方向の前記他方側で前記圧電素子に積層され、前記厚み方向と直交する方向において前記圧電素子よりも外側まで延在している支持本体部を備え、
前記第１端子及び前記第２端子は前記支持本体部に支持されている、超音波振動子。
【請求項2】
前記圧電素子の前記第１電極は、前記圧電体の前記厚み方向の前記一方側に位置する表面電極層と、
前記圧電体の前記厚み方向の前記他方側に位置する裏面電極層と、
前記表面電極層及び前記裏面電極層を連結する連結導電部と、を備える、請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項3】
前記第１端子は、前記圧電素子と前記支持本体部との間で、前記第１電極の前記裏面電極層に接続されている、請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項4】
前記第２端子は、前記圧電素子と前記支持本体部との間で、前記第２電極に接続されている、請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波振動子。
【請求項5】
前記圧電素子は、前記厚み方向で前記第１端子と重なる部分及び前記第２端子と重なる部分から成る第１部分と、
前記第１部分を除く第２部分と、を備え、
前記第２部分の前記厚み方向の前記他方側の全域は、前記支持本体部に覆われている、請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は超音波振動子に関する。
【背景技術】
【0002】
超音波振動子を含む超音波探触子は、医療用超音波診断装置の超音波の送受信器として利用されている。最近では、カテーテルに超音波探触子を装填して、カテーテルを体内に挿入した状態で超音波診断をすることが行なわれている。
【0003】
特許文献１には、頂部主表面及び底部主表面を有するアクティブトランスジューサエレメントと、頂部主表面上に形成される頂部電極と、底部主表面上に形成される底部電極と、底部電極を覆う導電性バッキングエレメントと、頂部電極に電気的に接続されている第１リードと、導電性バッキングエレメントに電気的に接続される第２リードと、を備える超音波探触子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００６－１９８４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
カテーテルに装填される超音波探触子では、患者負担を軽減するため、及び、血管深部などのより細径な体腔への挿入性を高めるため、小型化の要求が高い。
【0006】
超音波探触子の小型化は、圧電体及び一対の電極からなる圧電素子を含む超音波振動子を小型化することで実現できる。しかしながら、超音波振動子を小型化すると、圧電素子も小さくなる。そのため、圧電素子の電極も小さくなり、圧電素子と外部電源とを接続する電気信号線を、圧電素子の電極に接続する作業が困難になる。
【0007】
本開示は、圧電素子に対して電気信号線を接続することが容易となる構成を備える超音波振動子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】
【0008】
本開示の第１の態様としての超音波振動子は、圧電素子と、前記圧電素子を支持する支持部材と、を備える超音波振動子であって、前記圧電素子は、扁平状の圧電体と、前記圧電体の厚み方向の少なくとも一方側に積層されている第１電極と、前記圧電体の前記厚み方向の少なくとも他方側に積層されている第２電極と、からなり、前記支持部材は、前記圧電素子の前記第１電極と接続されている第１端子と、前記圧電素子の前記第２電極に接続されている第２端子と、を備え、前記第１端子及び前記第２端子は、前記厚み方向で前記圧電素子と重ならない部分を備える。
【0009】
本開示の１つの実施形態として、前記支持部材は、前記厚み方向の前記他方側で前記圧電素子に積層され、前記厚み方向と直交する方向において前記圧電素子よりも外側まで延在している支持本体部を備え、前記第１端子及び前記第２端子は前記支持本体部に支持されている。
【0010】
本開示の１つの実施形態として、前記圧電素子の前記第１電極は、前記圧電体の前記厚み方向の前記一方側に位置する表面電極層と、前記圧電体の前記厚み方向の前記他方側に位置する裏面電極層と、前記表面電極層及び前記裏面電極層を連結する連結導電部と、を備える。
【0011】
本開示の１つの実施形態として、前記第１端子は、前記圧電素子と前記支持本体部との間で、前記第１電極の前記裏面電極層に接続されている。
【0012】
本開示の１つの実施形態として、前記第２端子は、前記圧電素子と前記支持本体部との間で、前記第２電極に接続されている。
【0013】
本開示の１つの実施形態として、前記圧電素子は、前記厚み方向で前記第１端子と重なる部分及び前記第２端子と重なる部分から成る第１部分と、前記第１部分を除く第２部分と、を備え、前記第２部分の前記厚み方向の前記他方側の全域は、前記支持本体部に覆われている。
【発明の効果】
【0014】
本開示によれば、圧電素子に対して電気信号線を接続することが容易となる構成を備える超音波振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本開示の一実施形態としての超音波振動子を含む画像診断用カテーテルと、外部装置と、が接続された状態を示す図である。
【図7】電気信号線を第１端子に接続する工程の概要を示す図である。
【図8】本開示の一実施形態としての超音波振動子を含む画像診断用カテーテルの一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本開示に係る超音波振動子の実施形態について図面を参照して説明する。各図において共通する部材・部位には同一の符号を付している。
【0017】
まず、本開示に係る超音波振動子を適用可能な画像診断装置の一例を説明する。図１は、一実施形態としての超音波振動子１１を備える画像診断装置１００を示す図である。
【0018】
画像診断装置１００は、画像診断用カテーテル１１０と、外部装置１２０と、を備える。図１では、画像診断用カテーテル１１０が外部装置１２０に接続されている状態を示している。図２は、画像診断用カテーテル１１０の先端部における長手方向Ａに平行な断面を示す断面図である。図３は、超音波振動子１１を示す図である。図３では、説明の便宜上、超音波振動子１１に接続される電気信号線１４の位置を二点鎖線により示している。図４は、図３に示す超音波振動子１１における圧電素子１の裏面を示す図である。図５は、図３に示す超音波振動子１１の分解斜視図である。図５においても、説明の便宜上、超音波振動子１１に接続される電気信号線１４の位置を二点鎖線により示している。また、図５では、説明の便宜上、圧電素子１の第１電極５の裏面電極層５ｂの位置、及び、第２電極６の位置を破線により示している。図６は、図３に示す超音波振動子１１において、圧電素子１と支持部材２との厚み方向Ｂの重なる領域を示す図である。
【0019】
＜画像診断用カテーテル１１０＞
画像診断用カテーテル１１０は、血管内超音波診断法（Intravascular Ultrasound、略称「ＩＶＵＳ」）に適用される。図１に示すように、画像診断用カテーテル１１０は、外部装置１２０に接続されることによって駆動される。より具体的に、本実施形態の画像診断用カテーテル１１０は、外部装置１２０の駆動ユニット１２０ａに接続されている。
画像診断用カテーテル１１０は、血管内超音波診断法（Intravascular Ultrasound、略称「ＩＶＵＳ」）に適用される。図１に示すように、画像診断用カテーテル１１０は、外部装置１２０に接続されることによって駆動される。より具体的に、本実施形態の画像診断用カテーテル１１０は、外部装置１２０の駆動ユニット１２０ａに接続されている。
【0020】
以下、説明の便宜上、画像診断用カテーテル１１０において、画像診断用カテーテル１１０の長手方向Ａで生体内に挿入される側を「先端側」と記載し、その反対側を「基端側」と記載する。また、画像診断用カテーテル１１０の基端側から先端側に向かう方向を単に「挿入方向Ａ１」と記載する場合がある。また、画像診断用カテーテル１１０の先端側から基端側に向かう方向を単に「抜去方向Ａ２」と記載する場合がある。
【0021】
図１に示すように、画像診断用カテーテル１１０は、挿入部１１０ａと、操作部１１０ｂと、を備える。挿入部１１０ａは、画像診断用カテーテル１１０のうち、生体内に挿入されて使用される部位である。操作部１１０ｂは、画像診断用カテーテル１１０のうち、挿入部１１０ａが生体内に挿入されている状態で、生体外で操作される部位である。本実施形態の画像診断用カテーテル１１０では、後述する先端側コネクタ４２（図１参照）よりも先端側の部分が挿入部１１０ａであり、先端側コネクタ４２から基端側の部分が操作部１１０ｂである。
【0022】
【0023】
図１に示すように、操作部１１０ｂは、内管部材３０と、外管部材４０と、を備える。内管部材３０は、超音波探触子１０の基端側の端部を保持している。外管部材４０は、シース２０の基端側の端部を保持している。詳細は後述するが、内管部材３０が外管部材４０内を中心軸方向に移動することで、超音波探触子１０がシース２０内を長手方向Ａに移動することができる。また、詳細は後述するが、超音波探触子１０の一部である駆動シャフト１３及び電気信号線１４は、内管部材３０及び外管部材４０の内部を通じて、長手方向Ａにおいて、挿入部１１０ａの領域のみならず、操作部１１０ｂの領域に亘って延在している。つまり、本実施形態の操作部１１０ｂは、内管部材３０及び外管部材４０に加えて、超音波探触子１０により一部が構成されている。
【0024】
［超音波探触子１０］
図２に示すように、超音波探触子１０は、超音波振動子１１と、ハウジング１２と、駆動シャフト１３と、電気信号線１４と、を備える。
図２に示すように、超音波探触子１０は、超音波振動子１１と、ハウジング１２と、駆動シャフト１３と、電気信号線１４と、を備える。
【0025】
図３に示すように、超音波振動子１１は、圧電素子１と、支持部材２と、音響整合部材３と、を備える。具体的に、圧電素子１は、扁平状の圧電体４と、この圧電体４の厚み方向Ｂの少なくとも一方側に積層されている第１電極５と、圧電体４の厚み方向Ｂの少なくとも他方側に積層されている第２電極６と、からなる。以下、説明の便宜上、少なくとも第１電極５の一部が設けられている、圧電体４の厚み方向Ｂの一方側を「圧電素子１の表面側」と記載する。また、説明の便宜上、少なくとも第２電極６の一部が設けられている、圧電体４の厚み方向Ｂの他方側を「圧電素子１の裏面側」と記載する。圧電素子１の表面側とは、超音波の送受信を行う側である。また、圧電素子１の裏面側とは、超音波の送受信を行う側とは反対側である。
【0026】
圧電素子１の圧電体４は、例えば、圧電セラミックシートにより構成される。圧電セラミックシートの材料としては、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウムなどの圧電セラミック材料が挙げられる。圧電体４は、圧電セラミック材料ではなく、水晶により形成されていてもよい。
【0027】
圧電素子１の第１電極５及び第２電極６は、例えば、マスク材を用いたイオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法により、圧電体４の厚み方向Ｂの両面それぞれに電極層として積層させることで形成できる。第１電極５及び第２電極６の材料としては、例えば、銀、クロム、銅、ニッケル、金などの金属や、これら金属の積層体などが挙げられる。
【0028】
【0029】
これに対して、図３、図４に示すように、本実施形態の第１電極５は折返し電極により構成されている。具体的に、本実施形態の第１電極５は、表面電極層５ａと、裏面電極層５ｂと、連結導電部５ｃと、を備える。表面電極層５ａは、圧電素子１の表面側に位置する。裏面電極層５ｂは、圧電素子１の裏面側に位置する。連結導電部５ｃは、表面電極層５ａ及び裏面電極層５ｂを連結している。換言すれば、本実施形態の第１電極５は、圧電素子１の表面側から裏面側に亘って形成されている。第１電極５を折返し電極とすることで、圧電素子１の裏面側に、第１電極５の裏面電極層５ｂ、及び、第２電極６、を共に配置できる。これにより、第１電極及び第２電極それぞれが圧電素子の別々の面のみに配置されている場合と比較して、電気信号線１４と第１電極５及び第２電極６との接続作業を圧電素子１の片面側のみで行うことができるようになる。
【0030】
また、図６に示すように、圧電素子１は、厚み方向Ｂで、後述する支持部材２の第１端子７と重なる部分及び第２端子８と重なる部分から成る第１部分１ａと、厚み方向Ｂで、第１部分１ａを除く第２部分１ｂと、を備える。この詳細は後述する。
【0031】
また、図６に示すように、超音波振動子１１を厚み方向Ｂで見た平面視において、圧電素子１の外形は、長方形とするよりも、本実施形態のように正方形とすることが好ましい。このようにすることで、超音波の直進性を高めることができる。したがって、図６に示すように、圧電素子１の縦（図６の上下方向）及び横（図６の左右方向）の長さを略等しくすることが好ましい。更に、血管内で使用される小型の超音波振動子１１の場合には、超音波の出力を高めることが好ましい。そのため、圧電素子１の主に振動する部分である第２部分１ｂを大きく確保することが好ましい。以上のことから、圧電素子１は、図６に示す平面視で正方形の外形であり、かつ、圧電素子１の第２部分１ｂの面積は、圧電素子１の第１部分１ａの面積よりも大きいことが好ましい。
【0032】
図３に示すように、支持部材２は、圧電素子１を支持する。また、図３、図５に示すように、支持部材２は、圧電素子１の第１電極５と接続されている第１端子７と、圧電素子１の第２電極６に接続されている第２端子８と、を備える。また、図３に示すように、第１端子７及び第２端子８は、厚み方向Ｂで圧電素子１と重ならない部分を備える。このような第１端子７及び第２端子８を備えることで、圧電素子１の第１電極５及び第２電極６との電気接点を、圧電素子１の外側に引き出すことができる。そのため、例えば小型化された圧電素子１など、電気信号線１４を圧電素子１の第１電極５及び第２電極６に直接接続することが困難な場合であっても、上述の第１端子７及び第２端子８を利用することで、圧電素子１に対して電気信号線１４を電気的に接続することが容易となる。
【0033】
図３に示すように、本実施形態の支持部材２は、圧電素子１の裏面側から圧電素子１を支持している。換言すれば、支持部材２は、圧電素子１の裏面側を覆うように、圧電素子１の裏面側に積層されている。
【0034】
第１端子７及び第２端子８の材料としては、例えば、銀、クロム、銅、ニッケル、金などの金属や、これら金属の積層体などが挙げられる。
【0035】
より具体的に、本実施形態の支持部材２は、圧電素子１の裏面側に積層されている支持本体部９を備える。支持本体部９は、圧電素子１の少なくとも圧電体４の裏面側の全域を覆っている。本実施形態の支持本体部９は、圧電素子１の裏面側の全域を覆っている。より具体的に、本実施形態の支持本体部９は、圧電素子１の厚み方向Ｂと直交する方向Ｃ（以下、「面内方向Ｃ」と記載する。）において圧電素子１よりも外側まで延在している。本実施形態の第１端子７及び第２端子８は、支持本体部９に支持されている。
【0036】
支持部材２の支持本体部９は、例えば、ゴムや、タングステン粉末などの金属粉末を分散させたエポキシ樹脂など、により構成される吸音体である。支持部材２の支持本体部９により、ノイズとなる圧電素子１からの超音波を吸収することができる。つまり、本実施形態の支持部材２は、圧電素子１の超音波を吸収する吸音層を構成している。
【0037】
支持部材２としての吸音層は、支持本体部９を形成するシート材上に、第１端子７及び第２端子８を予め配設しておき、このシート材を圧電素子１に張り合わせる方法などによって形成することができる。第１端子７及び第２端子８は、例えば、マスク材を用いたイオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法により、支持本体部９を形成するシート材に積層させて形成してもよく、その製法は特に限定されない。第１端子７及び第２端子８を形成する端子部材を支持本体部９に接着等して接合してもよい。
【0038】
図３～図５に示すように、本実施形態の第１端子７は、圧電素子１と支持本体部９との間で、第１電極５の裏面電極層５ｂに接続されている。換言すれば、本実施形態の圧電素子１及び支持部材２は、第１電極５の裏面電極層５ｂと第１端子７とが対向するように積層されている。また、本実施形態の第１端子７は、圧電素子１と支持本体部９との間の位置から、面内方向Ｃにおいて圧電素子１よりも外側まで延在している。換言すれば、第１端子７は、支持本体部９の厚み方向Ｂの圧電素子１側の面（以下、「支持本体部９の上面」と記載する。）上で、厚み方向Ｂで圧電素子１と重ならない位置まで引き出されている。
【0039】
図３～図５に示すように、本実施形態の第２端子８は、圧電素子１と支持本体部９との間で、第２電極６に接続されている。換言すれば、本実施形態の圧電素子１及び支持部材２は、第２電極６と第２端子８とが対向するように積層されている。また、本実施形態の第２端子８は、圧電素子１と支持本体部９との間の位置から、面内方向Ｃにおいて圧電素子１よりも外側まで延在している。換言すれば、第２端子８は、支持本体部９の上面上で、厚み方向Ｂで圧電素子１と重ならない位置まで引き出されている。
【0040】
このように、圧電素子１の第１電極５及び第２電極６は、圧電素子１の裏面側で、支持部材２の第１端子７及び第２端子８に接続される。そのため、超音波の送受信を行う圧電素子１の表面側で、電気信号線１４の接続箇所を確保しなくてよく、電気信号線１４の接続に際して、超音波振動子１１のうち超音波の送受信を行う圧電素子１の表面側の部分が破損することを抑制できる。また、第１端子７及び第２端子８を、圧電素子１と支持本体部９との間の位置から、面内方向Ｃにおいて圧電素子１よりも外側まで延在させることで、第１端子７及び第２端子８は、圧電素子１の表面側から視認可能な状態となる。そのため、電気信号線１４を第１端子７及び第２端子８に接続する作業を、接続箇所を目視等で監視しながら、実行することができる。これにより、接続不良による不良品の発生を抑制できる。
【0041】
また、本実施形態の第１端子７及び第２端子８は、画像診断用カテーテル１１０において、厚み方向Ｂで圧電素子１と重なる位置から、長手方向Ａの基端側に向かって引き出されている。そのため、本実施形態の第１端子７及び第２端子８のうち、厚み方向Ｂで圧電素子１と重ならない部分は、圧電素子１に対して基端側に設けられている。これにより、図２に示すように、本実施形態の第１端子７及び第２端子８は、駆動シャフト１３の先端からハウジング１２内に延在する電気信号線１４の先端部１４ａと、容易に接続することができる。
【0042】
更に、図３に示すように、本実施形態の第１端子７及び第２端子８は、支持部材２の面内方向Ｃの周縁まで延在している。より具体的に、本実施形態の第１端子７及び第２端子８は、支持本体部９の面内方向Ｃの端面と面一となる位置まで延在している。このようにすることで、超音波振動子１１の外部から電気信号線１４を、より容易に第１端子７及び第２端子８に接続することができる。
【0043】
また、本実施形態の支持部材２では、圧電素子１の裏面と対向する支持本体部９の上面に２つの溝部９ａが区画されている。本実施形態の溝部９ａの横断面は矩形状であるが、例えば、Ｖ字形状、円弧形状など、別の横断面形状であってもよい。本実施形態の第１端子７及び第２端子８は、支持本体部９の溝部９ａ内に配置されている。また、圧電素子１の裏面と対向する第１端子７の上面及び第２端子８の上面は、支持本体部９の上面と面一になるように配置されている。これにより、圧電素子１及び支持部材２を積層することで、圧電素子１の第１電極５及び第２電極６と、支持部材２の第１端子７及び第２端子８と、を接触させること可能になると共に、圧電素子１の支持部材２上での位置安定性を向上させることができる。圧電素子１の第１電極５及び第２電極６と、支持部材２の第１端子７及び第２端子８と、は導電性接着剤等を用いて接続される。
【0044】
但し、圧電素子１の裏面と対向する第１端子７の上面及び第２端子８の上面は、支持本体部９の上面よりも突出せず、溝部９ａ内に配置されていてもよい。このような場合は、圧電素子１の第１電極５及び第２電極６と、支持部材２の第１端子７及び第２端子８と、の間を、上述の導電性接着剤等の導電材で充填すればよい。このようにすることで、第１端子７の上面、第２端子８の上面、及び、支持本体部９の上面を面一とすることによる上述の効果と同様の効果を得ることができる。
【0045】
更に、図３、図５に示すように、本実施形態の第１端子７は、電気信号線１４を収容する溝部７ａを区画している。第１端子７がこのような溝部７ａを区画していることで、電気信号線１４を溝部７ａ内に位置決めした状態で、電気信号線１４を第１端子７に接続することができる。そのため、電気信号線１４と第１端子７との接続作業の効率が向上する。
【0046】
また、図３、図５に示すように、本実施形態の第２端子８についても、電気信号線１４を収容する溝部８ａを区画している。第２端子８がこのような溝部８ａを区画していることで、電気信号線１４を溝部８ａ内に位置決めした状態で、電気信号線１４を第２端子８に接続することができる。そのため、電気信号線１４と第２端子８との接続作業の効率が向上する。
【0047】
このように、第１端子７及び第２端子８に溝部（本実施形態では溝部７ａ、８ａ）を設けることで、電気信号線１４を各端子（本実施形態では第１端子７、第２端子８）に接続し易くなる。本実施形態の溝部７ａ及び溝部８ａの横断面形状は矩形状であるが、例えば、Ｖ字形状、円弧形状などの横断面形状を有する溝部としてもよい。また、溝部７ａ及び溝部８ａについても、支持本体部９の面内方向Ｃの端面と面一となる位置まで延在していることが好ましい。このようにすることで、電気信号線１４を、より位置決めし易くなる。
【0048】
ここで、電気信号線１４を第１端子７に接続する方法の一例を説明する。図７は、電気信号線１４を第１端子７に接続する工程の概要を示す図である。まず、電気信号線１４の端部に、被覆材が除去された導線からなる接続部１４ａを形成する。また、第１端子７の溝部７ａにハンダペースト２０５を充填する。ハンダペースト２０５に代えて、予備はんだを溝部７ａに充填してもよい。この状態で、電気信号線１４の接続部１４ａを、第１端子７の溝部７ａに充填されているハンダペースト２０５上に配置する。溝部７ａに充填されているハンダペースト２０５内に埋没させてもよい。ハンダペースト２０５との間に接続部１４ａを挟み込むように、予備はんだやハンダペーストを更に塗布してもよい。次に、熱風で加熱することで、ハンダペースト２０５や予備はんだを溶融させ、接続部１４ａを溝部７ａ内で、第１端子７に接続する。このようにして、電気信号線１４を第１端子７に接続することができる。
【0049】
ここでは電気信号線１４と第１端子７との接続方法を示したが、電気信号線１４と第２端子８との接続方法についても同様である。
【0050】
また、上述したように、圧電素子１は、厚み方向Ｂで第１端子７と重なる部分及び第２端子８と重なる部分から成る第１部分１ａと、第１部分１ａを除く第２部分１ｂと、を備える（図６参照）。図６に示すように、本実施形態では、圧電素子１の第２部分１ｂの裏面側の全域は、支持本体部９に覆われている。このような構成とすることで、圧電素子１の主に振動する部分である第２部分１ｂの裏面全域に支持本体部９が配置される。そのため、ノイズとなる圧電素子１からの超音波を、支持本体部９により、より確実に吸収することができる。
【0051】
図３に示すように、音響整合部材３は、圧電素子１の表面側の一部を覆うように積層されている。より具体的に、本実施形態の音響整合部材３は、圧電素子１の第２部分１ｂの表面側の大部分（例えば８０％以上）を覆うように積層されているが、この構成に限られず、圧電素子１の第２部分１ｂの表面側の全域を覆うように積層されていてもよい。また、圧電素子１の第１部分１ａ及び第２部分１ｂの両方の表面側を覆うように積層されていてもよく、圧電素子１の表面側の全域を覆うように積層されていてもよい。
【0052】
音響整合部材３を設けることにより、被検体への超音波の伝播効率を高めることができる。つまり、本実施形態の音響整合部材３は、超音波の伝播効率を高める音響整合層を構成している。
【0053】
音響整合部材３としての音響整合層は、音響整合層を形成するシート材を圧電素子１に張り合わせる方法、音響整合層を形成する液状の音響整合性材料を塗布して硬化させる方法、などによって形成することができる。音響整合部材３の材料としては、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂材料が挙げられる。また、音響整合部材３は、樹脂材料から構成された樹脂層の積層体により構成されていてもよい。
【0054】
図２に示すように、ハウジング１２は、超音波振動子１１を内部に収容している。ハウジング１２の基端側は、駆動シャフト１３に接続されている。ハウジング１２は、軸方向の両端部が閉鎖されている円筒状の金属パイプの周壁の一部に開口部１２ａが設けられた形状をしており、金属塊からの削り出しやＭＩＭ（金属粉末射出成形）等により形成される。
【0055】
より具体的に、本実施形態のハウジング１２は、上述した開口部１２ａよりも先端側に位置する先端壁部１２ｂと、上述した開口部１２ａよりも基端側に位置する基端壁部１２ｃと、を備える。本実施形態のハウジング１２の内部空間は、先端壁部１２ｂ及び基端壁部１２ｃにより軸方向の両端部が閉鎖されている。このように超音波振動子１１の先端側及び基端側でハウジング１２が閉鎖されていることで、超音波の誤検出を抑制し、画像診断の精度を向上させることができる。図２に示すように、駆動シャフト１３内を延在する電気信号線１４は、基端壁部１２ｃを貫通してハウジング１２内まで延在している。
【0056】
駆動シャフト１３は、可撓性を有する管体により構成されている。駆動シャフト１３の内部には、超音波振動子１１に接続される電気信号線１４が配置されている。駆動シャフト１３は、例えば、軸まわりの巻き方向が異なる多層のコイルによって構成される。コイルの材料としては、例えば、ステンレス、Ｎｉ－Ｔｉ（ニッケル・チタン）合金などが挙げられる。このような駆動シャフト１３にすることで、２本の電気信号線１４を二重らせん状のツイストペアケーブルにより構成しても、シールド性を高めて電気信号線１４から発生するノイズによる影響を軽減することができる。
【0057】
駆動シャフト１３は、内管部材３０及び外管部材４０の内部を通って、内管部材３０の基端部に位置する後述のハブ３２まで延在している。つまり、駆動シャフト１３は、長手方向Ａにおいて、挿入部１１０ａの先端部から操作部１１０ｂの基端部まで延在している。
【0058】
図２に示すように、電気信号線１４は、駆動シャフト１３内に延在しており、超音波振動子１１と外部装置１２０とを電気的に接続している。つまり、電気信号線１４は、駆動シャフト１３と同様、長手方向Ａにおいて、挿入部１１０ａの先端部から操作部１１０ｂの基端部まで延在している。電気信号線１４は複数（本実施形態では２本）設けられており、各電気信号線１４は、上述した支持部材２の第１端子７又は第２端子８を介して、上述した圧電素子１の第１電極５又は第２電極６に接続されている。複数の電気信号線１４は、例えば、２本の電気信号線１４が撚り合わされたツイストペアケーブルにより構成される。各電気信号線１４は、外径が０ｍｍより大きく０．１ｍｍ以下の、可撓性を有する柔軟な細線部材とすることができる。各電気信号線１４は、例えば、０ｍｍより大きく０．０５ｍｍ以下の導線と、絶縁材料により形成され、導線の周囲を被覆する被覆材と、により構成可能である。このような電気信号線１４は、被覆材が除去されて露出した導線により構成される接続部１４ａ（図３、図５参照）で、圧電素子１と接続される。
【0059】
本実施形態において、２本の電気信号線１４の接続部１４ａは、はんだ、導電性接着剤などを用いて、支持部材２の第１端子７及び第２端子８に接続される（図７参照）。これにより、２本の電気信号線１４は、支持部材２の第１端子７及び第２端子８を介して、圧電素子１の第１電極５及び第２電極６に電気的に接続される。より具体的に、２本の電気信号線１４は、ハウジング１２の基端壁部１２ｃよりも先端側で、支持部材２の第１端子７及び第２端子８に接続されている。
【0060】
［シース２０］
図２に示すように、シース２０は、第１中空部２１ａ及び第２中空部２１ｂを区画している。第１中空部２１ａには、超音波探触子１０が収容されている。超音波探触子１０は、第１中空部２１ａ内において、長手方向Ａに進退移動することができる。第２中空部２１ｂには、ガイドワイヤＷが挿通可能である。本実施形態では、第２中空部２１ｂを区画する管状のガイドワイヤ挿通部２０ｂが、第１中空部２１ａを区画する管状の本体部２０ａの先端部に対して、互いが平行な状態になるように位置している。本体部２０ａ及びガイドワイヤ挿通部２０ｂは、互いに異なる管部材を熱融着等によって接合することで形成可能であるが、このような形成方法に限られない。
図２に示すように、シース２０は、第１中空部２１ａ及び第２中空部２１ｂを区画している。第１中空部２１ａには、超音波探触子１０が収容されている。超音波探触子１０は、第１中空部２１ａ内において、長手方向Ａに進退移動することができる。第２中空部２１ｂには、ガイドワイヤＷが挿通可能である。本実施形態では、第２中空部２１ｂを区画する管状のガイドワイヤ挿通部２０ｂが、第１中空部２１ａを区画する管状の本体部２０ａの先端部に対して、互いが平行な状態になるように位置している。本体部２０ａ及びガイドワイヤ挿通部２０ｂは、互いに異なる管部材を熱融着等によって接合することで形成可能であるが、このような形成方法に限られない。
【0061】
本体部２０ａには、Ｘ線が不透過な材料で形成されるＸ線造影性を有するマーカ２２が設けられている。また、ガイドワイヤ挿通部２０ｂにおいても、Ｘ線造影性を有するマーカ２３が設けられている。マーカ２２及び２３は、例えば、白金、金、イリジウム、タングステン等のＸ線不透過性の高い金属コイルにより構成可能である。
【0062】
シース２０の長手方向Ａにおいて超音波振動子１１が移動する範囲には、超音波の透過性が他の部位に比べて高く形成された窓部２４が形成されている。より具体的に、本実施形態の窓部２４は、シース２０のうち本体部２０ａに形成されている。
【0063】
本体部２０ａの窓部２４、及び、ガイドワイヤ挿通部２０ｂは、可撓性を有する材料で形成され、その材料は特に限定されない。構成材料としては、例えば、ポリエチレン、スチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリブタジエン、トランスポリイソプレン、フッ素ゴム、塩素化ポリエチレン等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組合せたポリマーアロイ、ポリマーブレンド、積層体等も使用することができる。
【0064】
本体部２０ａの窓部２４よりも基端側は、窓部２４よりも剛性が高い材料によって補強された補強部を有する。補強部は、例えば、樹脂等の可撓性を有する管状部材に、ステンレス製などの金属素線を網目状に編組した補強材が配設されて形成される。上記管状部材は、窓部２４と同様の材料によって形成される。
【0065】
シース２０の外表面には、湿潤時に潤滑性を示す親水性潤滑被覆層を配置することが好ましい。
【0066】
シース２０の本体部２０ａの先端部には、第１中空部２１ａの内部と外部とを連通する連通孔２６が形成されている。プライミング時には、この連通孔２６を通じて、本体部２０ａ内の気体を排出することができる。
【0067】
［内管部材３０及び外管部材４０］
図１に示すように、内管部材３０は、内管３１と、ハブ３２と、を備える。内管３１は、外管部材４０内で進退移動可能に挿入されている。ハブ３２は、内管３１の基端側に設けられている。
図１に示すように、内管部材３０は、内管３１と、ハブ３２と、を備える。内管３１は、外管部材４０内で進退移動可能に挿入されている。ハブ３２は、内管３１の基端側に設けられている。
【0068】
図１に示すように、外管部材４０は、外管４１と、先端側コネクタ４２と、基端側コネクタ４３と、を備える。外管４１は、内管３１の径方向外側に位置し、外管４１内を内管３１が進退移動する。先端側コネクタ４２は、シース２０の本体部２０ａの基端部と、外管４１の先端部と、を接続している。基端側コネクタ４３は、外管４１の基端部に設けられ、内管３１を外管４１内に受容するように構成されている。
【0069】
上述した超音波探触子１０の駆動シャフト１３及び電気信号線１４は、シース２０の本体部２０ａ、この本体部２０ａの基端側に接続された外管部材４０、及び、この外管部材４０に一部が挿入されている内管部材３０の基端部に位置するハブ３２まで、延在している。
【0070】
上述した超音波探触子１０及び内管部材３０は、それぞれが一体的に長手方向Ａに進退移動するように互いに接続されている。そのため、例えば、内管部材３０が、挿入方向Ａ１に向かって押される操作がなされると、内管部材３０は、挿入方向Ａ１に向かって、外管部材４０内に押し込まれる。内管部材３０が挿入方向Ａ１に向かって外管部材４０内に押し込まれると、内管部材３０に接続されている超音波探触子１０がシース２０の本体部２０ａ内を挿入方向Ａ１に移動する。逆に、内管部材３０が、抜去方向Ａ２に向かって引かれる操作がなされると、内管部材３０は、外管部材４０内から抜去方向Ａ２に引き出される。内管部材３０が外管部材４０内から抜去方向Ａ２に引き出されると、内管部材３０に接続されている超音波探触子１０はシース２０の本体部２０ａ内を抜去方向Ａ２に移動する。
【0071】
内管部材３０が挿入方向Ａ１へ最も押し込まれたときには、内管部材３０の先端部は、外管部材４０の先端側コネクタ４２付近まで到達する。この際、超音波探触子１０の超音波振動子１１は、シース２０の本体部２０ａの先端付近に位置する。
【0072】
内管部材３０の先端部には、内管部材３０が外管部材４０よりも先端側に飛び出すことを防止すると共に、内管部材３０が最も基端側に引かれたときに外管部材４０の基端側に抜け落ちることを防止するストッパ部が設けられている。ストッパ部は、上記機能を実現できる構成であれば特に限定されず、例えば、所定の位置で外管部材４０と長手方向Ａにおいて突き当たる壁部などにより構成すればよい。
【0073】
内管部材３０のハブ３２の基端には、外部装置１２０と機械的および電気的に接続されるコネクタ部が設けられている。つまり、画像診断用カテーテル１１０は、内管部材３０のハブ３２に設けられたコネクタ部により、外部装置１２０と機械的および電気的に接続される。より具体的に、超音波探触子１０の電気信号線１４は、超音波振動子１１からハブ３２のコネクタ部まで延在しており、ハブ３２のコネクタ部が外部装置１２０に接続された状態で、超音波振動子１１と外部装置１２０とを電気的に接続する。超音波振動子１１における受信信号は、ハブ３２のコネクタ部を介して外部装置１２０に送信され、所定の処理を施されて画像として表示される。
【0074】
＜外部装置１２０＞
図１に示すように、外部装置１２０は、駆動シャフト１３を回転させるための動力源であるモータ１２１と、駆動シャフト１３を長手方向Ａに移動させるための動力源であるモータ１２２と、を有する。モータ１２２の回転運動は、モータ１２２に接続したボールネジ１２３によって軸方向の運動に変換される。
図１に示すように、外部装置１２０は、駆動シャフト１３を回転させるための動力源であるモータ１２１と、駆動シャフト１３を長手方向Ａに移動させるための動力源であるモータ１２２と、を有する。モータ１２２の回転運動は、モータ１２２に接続したボールネジ１２３によって軸方向の運動に変換される。
【0075】
より具体的に、本実施形態の外部装置１２０は、駆動ユニット１２０ａと、この駆動ユニット１２０ａに有線又は無線で電気的に接続されている制御装置１２０ｂと、この制御装置１２０ｂが画像診断用カテーテル１１０から受信した受信信号に基づいて生成した画像を表示可能なモニタ１２０ｃと、を備える。本実施形態の上述したモータ１２１、モータ１２２及びボールネジ１２３は、駆動ユニット１２０ａに設けられている。この駆動ユニット１２０ａの動作は、制御装置１２０ｂによって制御される。制御装置１２０ｂは、ＣＰＵ及びメモリを含むプロセッサにより構成することができる。
【0076】
外部装置１２０は、本実施形態で示す構成に限られず、例えば、キーボード等の外部入力部を更に備える構成であってもよい。
【0077】
本開示に係る超音波振動子は上述した実施形態で特定される具体的な構成に限られず、請求の範囲の記載を逸脱しない限り、種々の変形・変更が可能である。本実施形態の超音波振動子１１では、第１電極５が折返し電極により構成されているが、第１電極５及び第２電極６がいずれも折返し電極ではなく、それぞれ片面のみに積層されている構成であってもよい。また、第１電極５に代えて、第２電極６が折返し電極により構成されていてもよい。但し、本実施形態のように、第１電極５を折返し電極として構成することで、圧電素子１の第１電極５及び第２電極６は、圧電素子１の裏面側で、支持部材２の第１端子７及び第２端子８に接続される。そのため、上述したように、超音波の送受信を行う圧電素子１の表面側で、電気信号線１４の接続箇所を確保しなくてよく、電気信号線１４の接続に際して、超音波振動子１１のうち超音波の送受信を行う圧電素子１の表面側の部分が破損することを抑制できる。
【0078】
また、本開示に係る超音波振動子が適用可能な超音波探触子についても、上述した実施形態で示す超音波探触子１０の構成に限られない。上述した実施形態の超音波探触子１０は、イメージングコアとして、血管内超音波診断を可能とする超音波振動子１１のみを備える構成であるが、この構成に限られず、例えば、光干渉断層診断（Optical CoherenceTomography、略称「ＯＣＴ」）を可能とする光送受信部を更に備える構成であってもよい。図８は、超音波振動子１１及び光送受信部３０１を備える超音波探触子３１０、を備える画像診断用カテーテル４１０の一部を示す断面図である。図８に示す超音波探触子３１０は、上述の超音波探触子１０と比較して、光干渉断層診断を可能とする構成が付加されている点で異なっている。
【0079】
具体的に、図８に示す超音波探触子３１０では、ハウジング１２内に超音波振動子１１に加えて光送受信部３０１が配置されている。この光送受信部３０１は、駆動シャフト１３内に延在する光信号線３０２としての光ファイバケーブルから伝送される光（測定光）を連続的に生体管腔内に送信すると共に、生体管腔内の生体組織からの反射光を連続的に受信する。光送受信部３０１は、受信した反射光を、光信号線３０２を通じて外部装置１２０（図１参照）に送信する。外部装置１２０の制御装置１２０ｂ（図１参照）は、測定により得られた反射光と、光源からの光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで干渉光データを生成する。また、外部装置１２０の制御装置１２０ｂは、生成された干渉光データに基づいて光断層画像を生成し、モニタ１２０ｃ（図１参照）に表示させる。
【0080】
図８に示すように、駆動シャフト１３内において、複数の電気信号線１４は、光信号線３０２の周りに螺旋状に巻き付いており、複数の電気信号線１４同士は平行に延在している。より具体的に、図８に示す２本の電気信号線１４は、長手方向Ａに延在する光信号線３０２としての光ファイバケーブルの周囲を二重らせん状に延在している。
【産業上の利用可能性】
【0081】
本開示は超音波振動子に関する。
【符号の説明】
【0082】
１：圧電素子
１ａ：第１部分
１ｂ：第２部分
２：支持部材
３：音響整合部材
４：圧電体
５：第１電極
５ａ：表面電極層
５ｂ：裏面電極層
５ｃ：連結導電部
６：第２電極
７：第１端子
７ａ：溝部
８：第２端子
８ａ：溝部
９：支持本体部
９ａ：溝部
１０、３１０：超音波探触子
１１：超音波振動子
１２：ハウジング
１２ａ：開口部
１２ｂ：先端壁部
１２ｃ：基端壁部
１３：駆動シャフト
１４：電気信号線
１４ａ：接続部
２０：シース
２０ａ：本体部
２０ｂ：ガイドワイヤ挿通部
２１ａ：第１中空部
２１ｂ：第２中空部
２２、２３：マーカ
２４：窓部
２６：連通孔
３０：内管部材
３１：内管
３２：ハブ
４０：外管部材
４１：外管
４２：先端側コネクタ
４３：基端側コネクタ
１００：画像診断装置
１１０、４１０：画像診断用カテーテル
１１０ａ：挿入部
１１０ｂ：操作部
１２０：外部装置
１２０ａ：駆動ユニット
１２０ｂ：制御装置
１２０ｃ：モニタ
１２１：モータ
１２２：モータ
１２３：ボールネジ
２０５：ハンダペースト
３０１：光送受信部
３０２：光信号線
Ａ：画像診断用カテーテルの長手方向
Ａ１：挿入方向
Ａ２：抜去方向
Ｂ：圧電素子の厚み方向
Ｃ：面内方向（圧電素子の厚み方向と直交する方向）
Ｗ：ガイドワイヤ
１ａ：第１部分
１ｂ：第２部分
２：支持部材
３：音響整合部材
４：圧電体
５：第１電極
５ａ：表面電極層
５ｂ：裏面電極層
５ｃ：連結導電部
６：第２電極
７：第１端子
７ａ：溝部
８：第２端子
８ａ：溝部
９：支持本体部
９ａ：溝部
１０、３１０：超音波探触子
１１：超音波振動子
１２：ハウジング
１２ａ：開口部
１２ｂ：先端壁部
１２ｃ：基端壁部
１３：駆動シャフト
１４：電気信号線
１４ａ：接続部
２０：シース
２０ａ：本体部
２０ｂ：ガイドワイヤ挿通部
２１ａ：第１中空部
２１ｂ：第２中空部
２２、２３：マーカ
２４：窓部
２６：連通孔
３０：内管部材
３１：内管
３２：ハブ
４０：外管部材
４１：外管
４２：先端側コネクタ
４３：基端側コネクタ
１００：画像診断装置
１１０、４１０：画像診断用カテーテル
１１０ａ：挿入部
１１０ｂ：操作部
１２０：外部装置
１２０ａ：駆動ユニット
１２０ｂ：制御装置
１２０ｃ：モニタ
１２１：モータ
１２２：モータ
１２３：ボールネジ
２０５：ハンダペースト
３０１：光送受信部
３０２：光信号線
Ａ：画像診断用カテーテルの長手方向
Ａ１：挿入方向
Ａ２：抜去方向
Ｂ：圧電素子の厚み方向
Ｃ：面内方向（圧電素子の厚み方向と直交する方向）
Ｗ：ガイドワイヤ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】