超音波プローブおよび超音波トランスデューサ
【課題】超音波トランスデューサにおける圧電素子配列の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能な超音波トランスデューサおよび超音波プローブを提供する。
【解決手段】超音波トランスデューサおよび超音波プローブにおいて、第１プリント基板に対し第１の圧電体および第２圧電体が配置されると、第１プリント基板の第１電極リード及び第２電極リードが第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、第１プリント基板の面と、第１の圧電体および第２の圧電体の側面との間に生じる間隙を低減させる。
【解決手段】超音波トランスデューサおよび超音波プローブにおいて、第１プリント基板に対し第１の圧電体および第２圧電体が配置されると、第１プリント基板の第１電極リード及び第２電極リードが第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、第１プリント基板の面と、第１の圧電体および第２の圧電体の側面との間に生じる間隙を低減させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は超音波診断装置に用いられる超音波プローブに内蔵される超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブにより被検体の所望の診断部位の情報を取得するため、その部位に超音波を送波（送信）し、音響インピーダンスの異なる被検体内の組織境界から反射波を受信する。このようにして、超音波プローブにより超音波を走査して、被検体の体内組織の情報を得て画像化することにより診断を行うものである。この超音波プローブは、被検体等に超音波を送波し、反射波を受波するために、超音波トランスデューサを有している。
【０００３】
近年においては、超音波プローブにおける１次元アレイの超音波トランスデューサを回転・揺動して用いる方法、または圧電素子をマトリックス状に配列した２次元アレイの超音波トランスデューサを用いた電子走査式の超音波プローブによって、３次元で超音波画像収集・表示を行うシステムの検討が進んできている。３次元の超音波画像は、２次元画像において見逃されやすい部位の診断に有用であり、また、診断や計測に適した断層像を得ることができ、診断精度の向上が期待できる。
【０００４】
ただし、電子走査式の２次元アレイの超音波トランスデューサを使用する方法においては、圧電素子が２次元的に配列されることにより、圧電素子の素子数の増大（例えば、１０倍〜１００倍）をともなってしまう。圧電素子と超音波診断装置本体との間は、電気信号の処理、圧電素子に対しての電気信号の送受信等を行う中継基板を介して接続されており、この圧電素子数の増大によって、当該中継基板と圧電素子との電気的な接続を行う電極リード数は大幅に増加する。
【０００５】
この電極リード数の大幅な増加は、超音波プローブにおける圧電素子（圧電体）と、中継基板における送受信回路および超音波診断装置本体等との接続構造の複雑化を招く。接続構造が複雑化すると２次元アレイの超音波トランスデューサの実現を困難とするおそれが生じる。よって、２次元アレイ上に配列された圧電素子と後段の回路との接続、例えば電極リードと中継基板との接続構造や、圧電素子と電極リードとの接続構造を複雑化せずに、２次元アレイの超音波トランスデューサの実現を可能とする構成が必要となる。
【０００６】
この問題を解消するための各圧電素子と電極リードの接続構造の例として、例えば、圧電素子配列に対応する基板を積層して電極リードを引き出す構造を採用し、微細な圧電素子配列に対応する電極リードのピッチ幅が、リード中継基板の各層に形成されたパターン配線によって拡大され、中継回路となるＩＣ基板接続側に整列して引き出される構造が提案されている（例えば、特許文献１）。この構造によれば、超音波プローブにおける２次元アレイ状に配列された超音波トランスデューサの信号電極から、多数の電極リードを引き出すことが可能で、かつ圧電素子の音響特性の維持、ＩＣ等の実装等を容易に実現することができる。
【０００７】
しかしながら特許文献１に記載の超音波プローブは、信号電極等から引き出された電極リードのピッチを、超音波トランスデューサに接続した中継基板のパターン配線によって拡大するため、中継基板と超音波トランスデューサとの接続部分が大型化してしまうおそれがある。
【０００８】
そこで発明者等は、中継基板との接続構造の大型化を防止するとともに、上記超音波トランスデューサのように多数の電極リードを引き出し可能で、かつ圧電素子の音響特性の維持、ＩＣ等の実装を容易に実現することが可能な超音波トランスデューサを発案する。この超音波トランスデューサの構造の例を図８に示す。図８は、２次元アレイの超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット３００ａを示す概略分解斜視図である。なお、図８においては超音波トランスデューサの全体の図示を省略し、一部分のみの構造を示しているが、その他の部分も当該図に示す構造とほぼ同一であり、当該構造（超音波トランスデューサユニット３００ａ）が連続して積層されることにより超音波トランスデューサが形成されるものである。
【０００９】
図８に示すように、超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット３００ａにおける、プリント基板３３０の表裏面には２次元アレイの１列分の圧電体が配置される。すなわち、プリント基板３３０の表面（図８の左側の面）には、音響整合層３１０、第１積層圧電体（圧電素子）３１４、およびバッキング材（負荷材相）３１８の順に積層されたものが並列に配列され、かつプリント基板３３０の裏面には、音響整合層３２０、第２積層圧電体（圧電素子）３２４、およびバッキング材３２８（負荷材相）の順に積層されたものが、表面の第１積層圧電体等と同じように並列配置されて構成される。このプリント基板３３０の表面および裏面には導電性の電極リード３３１が並列配置され形成されている。
【００１０】
また図８に示すように、音響整合層とプリント基板３３０の両面における各積層圧電体（３１４・３２４）との間には、積層圧電体の各側面に露出されるように形成された前面電極３１２・３２２が配設される。この前面電極３１２・３２２の反対側、つまりバッキング材と積層圧電体との間には、当該各側面に露出されるように形成された背面電極３１６・３２６が配設される。さらに積層された圧電素子それぞれの間には、第１内部電極３１２ａ・３２２ａおよび第２内部電極３１６ａ・３２６ａが形成される。
【００１１】
またこの前面電極３１２・３２２および第１内部電極３１２ａ・３２２ａは、共に同種（正極または負極）の電極となるように構成されている。同様に背面電極３１６・３２６および第２内部電極３１６ａ・３２６ａも共に同種の電極、かつ前面電極・第１内部電極と異なる電極となるように構成されている。このように構成することにより、１つの圧電素子が異極の電極に挟まれることになり、当該圧電素子を電気信号で駆動可能となる。
【００１２】
また図８に示すように、導電性を有する金属薄膜３７０によって、プリント基板３３０と、当該プリント基板３３０の両面に配設された各積層圧電体（３１４・３２４）とが、スパッタ、蒸着など種々の方法で接着される。つまり、この金属薄膜３７０を用いることによって前面電極３１２・３２２等の各電極とプリント基板３３０側の各電極リード（配線パターン）との電気的な接続を強化するとともに、各積層圧電体とプリント基板との接着を行う。
【００１３】
図８に示すように、この金属薄膜３７０は積層圧電体３１４・３２４の側面における背面電極３１６・３２６から前面電極３１２・３２２までにわたって形成される。したがって、第１積層圧電体３１４の側面は、金属薄膜３７０が形成されたときに、前面電極３１２および第１内部電極３１２ａまたは、背面電極３１６および第２内部電極３１６ａのいずれかにのみ接触するように構成されている。同様に、第２積層圧電体３２４の側面は金属薄膜３７０が、前面電極３２２および第１内部電極３２２ａまたは、背面電極３２６および第２内部電極３２６ａのいずれかのみに接触するように構成されている。このようにすることで、積層圧電体における１つの圧電素子を異極の電極によって挟む構成とすることができる。
【００１４】
この第１積層圧電体３１４の側面および第２積層圧電体３２４の側面の構造について図９を参照して説明する。図９（Ａ）は、超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成される前の振動子ブロックを示す概略斜視図である。図９（Ｂ）は、超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成され、樹脂が充填された後の振動子ブロック側面を示す部分拡大図前である。図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）に示す絶縁樹脂充填後の振動子ブロックの側面に金属薄膜を形成する過程を示す概略斜視図である。図９（Ｄ）は、振動子ブロックに金属薄膜が形成された後の状態を示す概略斜視図である。
【００１５】
超音波トランスデューサでは次のように、超音波トランスデューサユニット３００ａ（図８）を形成する。すなわち、まず１つの圧電素子は、その両面から異極の電極に挟まれるようにするために、図９（Ａ）に示す分割前の超音波トランスデューサにおいて、第１積層圧電体３１４の側面（図の右側の側面）に露出した金属薄膜３７０と接触させない電極の部分を、図９（Ｂ）に示すように、第１積層圧電体３１４ごと削って圧電体の積層方向と直交する溝を形成する。
【００１６】
つまり、まず第１積層圧電体３１４の側面（図の右側の面）において、前面電極３１２が形成されている端縁において、圧電素子の積層方向と直交する溝を形成する。さらに当該側面において第１内部電極３１２ａが設けられている圧電素子の境界部分において、圧電素子の積層方向と直交する溝を形成する。これらの溝に絶縁樹脂３１１・３１５を充填する。さらに絶縁樹脂３１１・３１５が形成された側面に対して反対側となる側面では、背面電極３１６が形成されている端縁、および第２内部電極３１６ａが設けられている圧電素子の境界部分において、圧電素子の積層方向と直交する溝を形成し、その溝に絶縁樹脂３１７・３１３を充填する。このように形成した溝に絶縁樹脂３１１・３１５・３１３・３１７を充填させることで、溝が形成されている部分に設けられている電極および金属薄膜を電気的に結合させないように構成することができる。
【００１７】
さらに図９（Ｂ）に示す絶縁処理後の圧電素子の側面は、例えば当該溝上で絶縁樹脂（３１１等）を硬化させた後、当該溝からあふれた絶縁樹脂３１１等を研削し、かつ第１積層圧電体３１４側面の表面研磨を行って絶縁樹脂の表面の平坦化を行うことによって形成される。
【００１８】
また第１積層圧電体３１４側面の表面研磨工程が終了すると、図９（Ｃ）に示すように当該側面に金属薄膜３７０を形成し、図９（Ｄ）に示すような振動子ブロックを形成する。その後、この振動子ブロックを分割することによって、２次元アレイの超音波トランスデューサにおける１列分を形成する。また当該プリント基板３３０の裏面には第１積層圧電体３１４とほぼ同じ工程で、図８に示すような、当該第１積層圧電体３１４とほぼ同じ構造の第２積層圧電体３２４を形成する。その後、図８に示すようにプリント基板３３０の表面と第１積層圧電体３１４との接着を行い、これによって超音波トランスデューサユニット３００ａを形成する。
【００１９】
積層圧電体の側面を上記のように構成することによって、金属薄膜３７０は積層圧電体の側面に露出した同種の電極（正極または負極）のみに接触する。したがって当該金属薄膜３７０に接するプリント基板３３０の電極リード３３１にも当該同種の電極のみを接続させることができる。
【００２０】
以上説明した超音波トランスデューサは、プリント基板３３０の表面だけでなく裏面にも電極リード３３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電素子を配列する構成と比較して、２列の圧電素子に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができ、超音波トランスデューサと後段電子回路との接続構造を単純化し、かつ当該接続部分の小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００１−２９２４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
また上記説明したように、図８および図９に記載の超音波プローブの製造工程では、積層圧電体の側面に形成した溝に対し絶縁樹脂３１１等を充填し、充填した絶縁樹脂３１１等が硬化した後、あふれた樹脂の研削、当該側面の表面研磨を必要とする。しかし振動子ブロックは非常に薄い（例えば０．２ｍｍ程度）ため、この研削作業、表面研磨作業は非常に煩雑である。
【００２３】
さらに、振動子ブロックが薄いため、この研削作業と研磨作業によって振動子ブロックの厚さにバラつきが出てしまうおそれが生じうる。さらに表面が平坦にならないおそれが生じうる。図８に示すような超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサユニット３００ａを積み重ねて形成されるものであるから、振動子ブロックの厚さのバラつきや、表面の凹凸によって、振動子ブロックを積み重ねたときに、２次元状に配列される圧電体の位置精度が悪くなってしまう。超音波プローブの超音波トランスデューサにおける積層圧電体が本来の位置からずれてしまうと、超音波トランスデューサから放射される超音波ビームに悪影響を与えるおそれがある。
【００２４】
すなわち、超音波トランスデューサの各積層圧電体を駆動したときに、位置がずれた積層圧電体それぞれから放射される超音波が、超音波トランスデューサ全体から放射される超音波ビームの形状や、放射方向にずれを生じさせてしまうおそれがある。結果として、超音波診断装置によって生成される超音波画像に支障をきたすおそれもある。従来の超音波トランスデューサはこのような第１の問題を有する。
【００２５】
また、上記説明したような超音波トランスデューサでは、圧電体とプリント基板との間に、電極リードが介在することになる。また、このような２次元アレイの超音波トランスデューサを形成する際には、プリント基板上に圧電体を並列配置した後、当該並列配置された１列分の超音波トランスデューサを複数積層することにより超音波トランスデューサの２次元配列を形成する工程を経る。
【００２６】
しかしながら、平面状の圧電体側面を平板状のプリント基板に配置するときに、電極リードが介在してしまうため、電極リードの厚さの分だけ圧電体側面とプリント基板の面が密着しない。すなわち、プリント基板上に圧電体を並列配置する際、また１列分の超音波トランスデューサを複数積層する際に、プリント基板に対して圧電体の位置がずれてしまうおそれがある。また、圧電体は電極リードに対してもずれてしまうおそれがある。
【００２７】
当該位置ずれが生じてしまうと、超音波トランスデューサの各圧電体を駆動したときに、位置がずれた圧電体それぞれから放射される超音波が、超音波トランスデューサ全体から放射される超音波ビームの形状や、超音波の放射方向にずれを生じさせてしまうおそれがある。結果として、超音波診断装置によって生成される超音波画像に支障をきたすおそれもある。このように図８に示すような超音波トランスデューサにおいては上記のような第２の問題があった。
【００２８】
この発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、超音波トランスデューサにおける圧電素子配列の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能な超音波トランスデューサおよび超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
実施形態にかかる超音波トランスデューサは、第１プリント基板と、複数の第１の圧電体と、複数の第２の圧電体と、複数の第１電極リードと、複数の第２電極リードとを備える。第１の圧電体における超音波放射方向側の前面には前面電極が形成される。また第１の圧電体における前面と反対側の背面には背面電極が形成される。また、第１の圧電体は、第１の凹溝を有する。第１の凹溝は、第１の圧電体の前面および背面と直交する第１の側面における当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成される。また第１の圧電体の第１の側面に対し反対側となる第２の側面において第２の凹溝を有する。第２の凹溝は、当該第２の側面において前面電極側の端縁から背面電極側の端縁へ向かって形成される。また、第１の圧電体は前面および背面が前記第１プリント基板の表面に直交し当該第１の側面または第２の側面が当該表面に対向するように並列に配置される。第２の圧電体は、前記第１の圧電体と同一の構造である。また第２の圧電体は、その前面および背面が前記第１のプリント基板の前記表面に対し反対側となる裏面に直交する。さらに第２の圧電体は、前記第１の凹溝または第２の凹溝が第１プリント基板の裏面に対向するように並列に配置される。第１電極リードは、前記第１プリント基板の前記表面上に形成される。また、第１電極リードは前記第１の圧電体の第１の凹溝または第２の凹溝に収納される。また、第１電極リードは第１の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される。第２電極リードは、前記第１プリント基板の前記裏面上に形成される。また、第２電極リードは前記第２の圧電体の前記第１の凹溝または第２の凹溝に収納される。また、第２電極リードは該第２の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１および７に記載の発明によれば、超音波プローブにおける超音波トランスデューサにおいて、プリント基板の表裏面に圧電素子をそれぞれ配列しているので、２次元アレイの超音波トランスデューサの２列分の圧電素子を１枚のプリント基板で配線することができる。したがって、超音波プローブにおける超音波トランスデューサにおいて後段電子回路との接続構造を単純化することが可能となる。さらに超音波トランスデューサに対して送受信する電気信号の処理を容易にすることが可能となる。
【００３１】
さらに請求項１に記載の超音波トランスデューサによれば、第１プリント基板に対し第１の圧電体および第２圧電体が配置されると、第１プリント基板の第１電極リード及び第２電極リードが第１の凹溝または第２の凹溝に収納される超音波トランスデューサを有する。したがって、第１プリント基板の面と、第１の圧電体および第２の圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができる。その結果、第１プリント基板の面と第１の圧電体および第２の圧電体の側面とを密着または近接させることが可能となり、第１プリント基板に対して第１の圧電体および第２の圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。
【００３２】
また、請求項７に記載の超音波プローブによれば、第１プリント基板に対し第１の圧電体および第２圧電体が配置されると、第１プリント基板の第１電極リード及び第２電極リードが第１の凹溝または第２の凹溝に収納される超音波トランスデューサを有する。したがって、第１プリント基板の面と、第１の圧電体および第２の圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができる。その結果、第１プリント基板の面と第１の圧電体および第２の圧電体の側面とを密着または近接させることが可能となり、第１プリント基板に対して第１の圧電体および第２の圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ）この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサを側方から見た状態を示す概略斜視図である。 （Ｂ）この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニットの構成を示す概略分解斜視図である。
【図２】（Ａ）この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程において、圧電体ブロックに金属薄膜が形成される過程を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図２（Ａ）の圧電体ブロックの側面に金属薄膜が形成された状態を示す概略斜視図である。 （Ｃ）図２（Ｂ）の圧電体ブロックの側面に溝が形成された状態を示す概略斜視図である。 （Ｄ）図２（Ｃ）の概略部分拡大図である。
【図３】（Ａ）図２（Ｂ）の圧電体ブロックがプリント基板に配置される過程を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図３（Ａ）における超音波トランスデューサユニットを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。
【図４】超音波トランスデューサの接続方法の一例であり、本実施形態における超音波トランスデューサとＩＣ基板とを接続する機構および、ＩＣ基板上のＩＣと超音波診断装置本体に接続されるケーブルとを接続する機構を示す概略斜視図である。
【図５】（Ａ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサを側方から見た状態を示す概略斜視図である。 （Ｂ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニットの構成を示す概略分解斜視図である。
【図６】（Ａ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程において、圧電体ブロックに凹溝や金属薄膜が形成される前の状態を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図６（Ａ）の圧電体ブロックに対しに凹溝が形成され、金属薄膜が形成される過程を示す概略斜視図である。 （Ｃ）図６（Ａ）・（Ｂ）の工程を経て、圧電体ブロックに金属薄膜が形成された状態を示す概略斜視図である。 （Ｄ）図６（Ｃ）の概略部分拡大図である。
【図７】（Ａ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程において、金属薄膜が形成された圧電体ブロックをプリント基板の表裏面に配置する過程を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図７（Ａ）における超音波トランスデューサユニットを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。
【図８】２次元アレイの超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニットを示す概略分解斜視図である。
【図９】（Ａ）超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成される前の振動子ブロックを示す概略斜視図である。 （Ｂ）超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成され、樹脂が充填された後の振動子ブロック側面を示す部分拡大図である。 （Ｃ）図９（Ｂ）に示す絶縁樹脂充填後の振動子ブロックの側面に金属薄膜を形成する過程を示す概略斜視図である。 （Ｄ）振動子ブロックに金属薄膜が形成された後の状態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［第１実施形態］
以下、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサおよび超音波プローブにつき、図１〜４を参照して説明する。
【００３５】
図１（Ａ）は、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００を側方から見た状態を示す概略斜視図である。また、図１（Ｂ）は、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット１００ａの構成を示す概略分解斜視図である。これらの図１（Ａ）・（Ｂ）は、本発明による製造方法で製造された超音波トランスデューサの全体図の一例および分解図の一例を示すものである。以下、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサの構成について説明する。
【００３６】
（超音波トランスデューサの概略構成）
図１（Ａ）に示すように、この実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、圧電素子が３層に積層された第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４を有する。
また図１（Ａ）に示すように超音波トランスデューサ１００では、第１積層圧電体１１４における圧電素子の積層方向に隣接して音響整合層１１０が設けられている。また第１積層圧電体１１４における音響整合層１１０側と反対側にはバッキング材１１８（負荷材相）が設けられている。この音響整合層１１０、第１積層圧電体１１４およびバッキング材１１８によって圧電体ブロック１０１を構成する。同様に第２積層圧電体１２４の積層方向に隣接して音響整合層１２０が設けられ、音響整合層１２０の反対側にはバッキング材１２８が設けられている。この音響整合層１２０、第２積層圧電体１２４およびバッキング材１２８によって圧電体ブロック１０２を構成する。また、プリント基板１３０の表裏面には配線パターンで形成された電極リード１３１が形成されている。
【００３７】
図１（Ｂ）に示すように、圧電体ブロック１０１は、プリント基板１３０の一面（図１（Ａ）における左側の面／以下「表面」という）に並列に形成された複数の電極リード（不図示）上にそれぞれ並列配置される。また図１（Ｂ）に示すように、圧電体ブロック１０２は、プリント基板１３０の表面に対し反対側となる裏面（図１（Ａ）における右側の面）において並列に形成された複数の電極リード１３１上にそれぞれ並列配置される。これらの圧電体ブロックにおける、第１積層圧電体１１４と第２積層圧電体１２４は、プリント基板１３０に対して同方向に配置される。なお、電極リード１３１は、本発明にかかる「配線パターン」の一例に該当する。
【００３８】
また、第１積層圧電体１１４とプリント基板１３０、および第２積層圧電体１２４とプリント基板１３０とは金属薄膜１７０によって接続される。このようにプリント基板１３０の表裏面に対して積層圧電体（１１４・１２４）が配置、接続されることにより、超音波トランスデューサ１００を構成する超音波トランスデューサユニット１００ａが形成される。
【００３９】
超音波トランスデューサユニット１００ａそれぞれは、さらにプリント基板１３０の表裏面に配置され、第１積層圧電体１１４から第２積層圧電体１２４へ向かう方向（または第２積層圧電体１２４から第１積層圧電体１１４へ向かう方向）に重ね合わせられる。このように、プリント基板１３０を介して重ね合わせられる超音波トランスデューサユニット１００ａの方向はすべて同じ方向となる。このようにして積層圧電体が２次元状に配列され、図１（Ａ）に示すような超音波トランスデューサ１００が構成される。なお、超音波トランスデューサユニット１００ａにおけるプリント基板１３０は、本発明にかかる「第１プリント基板」の一例に該当し、超音波トランスデューサユニット１００ａ間に配置されるプリント基板１３０は、本発明にかかる「第２プリント基板」の一例に該当する。
【００４０】
（積層圧電体における側面および各電極の構成）
図１（Ｂ）に示すように、第１積層圧電体１１４においては、音響整合層１１０と隣接する前面において前面電極１１２が設けられる。さらに当該前面に対し反対側となる背面において背面電極１１６が設けられる。さらに第１積層圧電体１１４において積層される各圧電素子間には内部電極が設けられる。すなわち、３層に積層された圧電素子のうち、背面側の圧電素子と中間の圧電素子との間には前面電極１１２に対応して駆動される第１内部電極１１２ａが設けられ、前面側の圧電素子と中間の圧電素子との間には背面電極１１６に対応して駆動される第２内部電極１１６ａが設けられる。
【００４１】
また第１積層圧電体１１４は、前面に直交するとともに背面に直交し、かつ金属薄膜１７０が設けられる側面、つまりプリント基板１３０の表面に対向する第１の側面（図１における右側の面）において背面電極１１６および第２内部電極１１６ａが露出するように構成されている。また第１積層圧電体１１４はその第１の側面に対し反対側となる第２の側面において前面電極１１２および第１内部電極１１２ａが露出するように構成されている。
【００４２】
すなわち、第１積層圧電体１１４の第１の側面においては、電極リード１３１が前面電極１１２および第１内部電極１１２ａに電気的に結合しないように、溝１１１・１１５が形成される。この溝１１１の位置は第１積層圧電体１１４の第１の側面における、第１積層圧電体１１４と音響整合層１１０との境界上（前面電極１１２上）となる。つまり、この溝１１１は、圧電素子の積層方向と直交し、前面電極１１２に隣接する圧電素子の端縁（１辺）に沿って形成される。また溝１１５の位置は第１積層圧電体１１４の背面側の圧電素子と中間の圧電素子の境界上（第１内部電極１１２ａ上）となる。またこの溝１１５は溝１１１と略平行となる。
【００４３】
さらに第１積層圧電体１１４の第２の側面においては、プリント基板１３０の電極リードが背面電極１１６および第２内部電極１１６ａに電気的に結合しないよう、溝１１３・１１７が形成される。溝１１７は、第１積層圧電体１１４の第１の側面において背面電極１１６側の端縁に沿って形成され。溝１１３は、中間の圧電素子と前面側の圧電素子の境界上（第２内部電極１１６ａ上）に沿って形成される。
【００４４】
このように、第１積層圧電体１１４の第１の側面および第２の側面における溝は、圧電素子の積層方向の順に電極１つ置きに形成される。
【００４５】
当該第１積層圧電体１１４に対し、第２積層圧電体１２４では、図１（Ｂ）に示すように第１の側面（図１における右側の面）および第２の側面（図１における左側の面）において溝が形成される位置が逆になる。つまり、第２積層圧電体１２４の第２の側面は、表面に第１積層圧電体１１４が配置されたプリント基板１３０の裏面に対向しているため、当該第２の側面では、背面電極１１６および第２内部電極１１６ａが露出している。さらに反対側の第１の側面においては前面電極１１２および第１内部電極１１２ａが露出するように構成されている。
【００４６】
すなわち、第２積層圧電体１２４の第２の側面における前面電極１２２に隣接した圧電素子の端縁に、溝１２１が設けられる。この溝１２１は金属薄膜１７０と前面電極１２２とを電気的結合を妨げるものである。また第２積層圧電体１２４の第２の側面における中間の圧電素子と背面側の圧電素子との境界に溝１２５が設けられる。この溝１２５は、金属薄膜１７０と第１内部電極１２２ａとを絶縁するものである。
【００４７】
さらに第２積層圧電体１２４の第１の側面においては、背面電極１２６側の端縁に溝１２７が形成され、中間の圧電素子と前面側の圧電素子の境界には溝１２３が形成される。溝１２３・１２７は、電極リード１３１が背面電極１２６および第２内部電極１２６ａに電気的に結合しないようにするものである。
【００４８】
このように、第２積層圧電体１２４の第１の側面および第２の側面における溝も、第１積層圧電体１１４における溝１１１・１１５・１１３・１１７と同様、圧電素子の積層方向の順に電極１つおきに形成される。
【００４９】
なお、金属薄膜１７０ごと削られて積層圧電体の側面に形成される、金属薄膜１７０の間隙および溝１１１・１２１は、本発明にかかる「第１の溝」の一例に該当する。金属薄膜１７０ごと削られて積層圧電体の側面に形成される、金属薄膜１７０の間隙および溝１１７・１２７は、本発明にかかる「第２の溝」の一例に該当する。同様に積層圧電体の側面に形成される、金属薄膜１７０の間隙および溝１１５は、本発明にかかる「第３の溝」の一例に該当し、金属薄膜１７０の間隙および溝１１３は、本発明にかかる「第４の溝」の一例に該当する。
【００５０】
以上のように、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４において電極リード１３１上に配置される第１の側面および第２の側面に金属薄膜１７０ごと電極１つおきに
溝を形成することにより、積層圧電体における１つの圧電素子を異極の電極によって挟む構成とすることができ、積層圧電体における各側面の電極に電気信号を印加することにより、超音波トランスデューサ１００として駆動することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の表面だけでなく裏面にも電極リード１３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電体を配列する構成と比較して、２列の圧電体に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができる。結果として超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００（図４参照）とを接続する、プリント基板１３０と中継基板２０１との接続構造を単純化することが可能となる。さらに当該プリント基板１３０と中継基板２０１との接続部分の小型化を図ることができる。
【００５２】
（製造工程）
次に、図１〜３を参照して第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程について説明する。図２（Ａ）は、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程において、圧電体ブロックに金属薄膜１７０が形成される過程を示す概略斜視図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の圧電体ブロックの側面に金属薄膜が形成された状態を示す概略斜視図である。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の圧電体ブロックの側面に溝が形成された状態を示す概略斜視図である。図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）の概略部分拡大図である。また、図３（Ａ）は、図２（Ｂ）の圧電体ブロックがプリント基板１３０に配置される過程を示す概略斜視図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）における超音波トランスデューサユニット１００ａを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサ１００を示す概略斜視図である。
【００５３】
（ステップ１）
まず圧電素子を３層に積層するとともに当該圧電素子間には内部電極を設け、分割前の積層圧電体を形成する。この積層圧電体の前面に前面電極を、背面に背面電極を形成する。さらに当該積層圧電体に対し、前面に音極整合層を、背面にバッキング材を設けることにより、図２（Ａ）に示すような。圧電体ブロック１０１・１０２を形成する。この圧電体ブロックは完成時の超音波トランスデューサ１００の積層圧電体それぞれの厚さと同じ厚さであり、かつ図１（Ａ）に示すような完成時の超音波トランスデューサ１００において２次元的に配列される積層圧電体の１列分と同じ長さを有する。この長さの方向は圧電素子の積層方向と直交する方向である。さらに、図２（Ｂ）に示すようにこの圧電体ブロックにおける積層圧電体の前面および背面に対し直交する第１の側面および当該第１の側面の反対側となる第２の側面に対し、金属薄膜１７０を形成する。なお、この圧電体ブロックは、この後の工程で音響整合層１１０・１２０側から分割され、２次元アレイの超音波トランスデューサ１００における１列分の積層圧電体を構成するものである。また、第１の側面および第２の側面に対して金属薄膜１７０が形成された時点においては、第１の側面においても第２の側面においても金属薄膜１７０がこれらの側面に露出した各電極すべてに接触している。また、この金属薄膜１７０を形成する工程は、本発明における「第１の工程」の一例に該当する。
【００５４】
（ステップ２）
図２（Ｂ）のように圧電体ブロックに対し金属薄膜１７０が形成された後、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すように、圧電体ブロックにおける第１の側面および第２の側面において所定の位置に溝が形成される。すなわち、溝（１１１・１１５・１１３・１１７）それぞれは以下のようにして形成される。図２（Ｂ）に示すような金属薄膜１７０が積層圧電体の側面に形成された時点においては、第１積層圧電体１１４の第１の側面（図２（Ｂ）における右側の面）には前面電極１１２が露出している。この前面電極１１２が露出している部分、つまり第１の側面における音響整合層１１０と第１積層圧電体１１４との境界を、圧電素子の積層方向に対し、直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すような溝１１１が形成される。さらに当該第１積層圧電体１１４の第１の側面では、背面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１１１と平行な溝１１５が形成される。これに対し、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すように第１積層圧電体１１４の第２の側面（図２（Ｂ）における左側の面）ではバッキング材１１８と第１積層圧電体１１４との境界を、圧電素子の積層方向に対し直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すような第１積層圧電体１１４における第２の側面に溝１１７を形成する。さらに当該第１積層圧電体１１４における第２の側面では、前面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１１７と平行な溝１１３が形成される。
【００５５】
（ステップ３）
また、第２積層圧電体１２４にかかる圧電体ブロックに金属薄膜１７０が形成された後、当該圧電体ブロックにおいても溝が形成される。ただし、第２積層圧電体１２４においては、第１の側面（図２（Ｂ）における右側の面）と第２の側面における溝の位置が第１積層圧電体１１４と対称な位置となる。すなわち、第２積層圧電体１２４の第２の側面において、前面電極１２２が露出している音響整合層１２０と第２積層圧電体１２４との境界を、圧電素子の積層方向に対し直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、溝１２１が形成される。さらに、当該第２積層圧電体１２４における第２の側面では、背面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１２１と平行な溝１２５が形成される。また当該第２の側面に対し第２積層圧電体１２４における第１の側面においては、バッキング材１２８と第２積層圧電体１２４との境界を、圧電素子の積層方向に対し直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、溝１２７が形成される。さらに当該第２積層圧電体１２４における第１の側面では、前面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１２７と平行な溝１２３が形成される。
【００５６】
（ステップ４）
第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４における第１の側面および第２の側面に対し溝がそれぞれ形成された後、圧電体ブロック１０１と、圧電体ブロック１０２とは、図３（Ａ）に示すように、プリント基板１３０の電極リード１３１上にそれぞれ配置される。すなわち、表裏面に電極リード１３１が形成されたプリント基板１３０の表面（図３（Ａ）の左側の面）に対し、圧電体ブロック１０１を配置する。このときプリント基板１３０の電極リード１３１の位置と第１積層圧電体１１４の第１の側面（図３（Ａ）の右側の面）の位置とを合わせるように配置する。さらにプリント基板１３０の裏面には、圧電体ブロック１０２が配置される。当該圧電体ブロック１０２においても、裏面の電極リード１３１の位置と第２積層圧電体１２４の第２の側面（図３（Ａ）の左側の面）の位置とを合わせるように配置する。このように、プリント基板１３０の表裏面に対して圧電体ブロック１０１・１０２をそれぞれ配置することにより、超音波トランスデューサユニット１００ａを形成する。
【００５７】
（ステップ５）
超音波トランスデューサユニット１００ａが複数形成された後、これらはさらに、プリント基板１３０を介して積層される。すなわち、図３（Ａ）のようにして超音波トランスデューサユニット１００ａが形成された後、プリント基板１３０の表裏面に形成された圧電体ブロック１０１・１０２における、プリント基板１３０と接していない側面に対してプリント基板１３０を配置する。例えば超音波トランスデューサユニット１００ａにおける第１積層圧電体１１４では、第１の側面の反対側の第２の側面に対し新たにプリント基板１３０を配置する。第２積層圧電体においては第２の側面の反対側の第１の側面に対し新たにプリント基板１３０を配置する。このときも第１積層圧電体１１４の第２の側面の位置、第２積層圧電体の第１の側面の位置と、当該各プリント基板１３０の電極リード１３１の位置とを合わせるように配置する。このように、一方の超音波トランスデューサユニット１００ａの圧電体ブロックにおいて、空いている両側面にプリント基板１３０を配置した後、他方の超音波トランスデューサユニット１００ａを積層していく。このとき、隣り合う超音波トランスデューサユニット１００ａの音響整合層１１０・１２０の向きは同じ方向となる。このようにして超音波トランスデューサユニット１００ａが積層されていき、分割前の超音波トランスデューサ１００が形成される。
【００５８】
（ステップ６）
超音波トランスデューサ１００が形成された後、図１（Ａ）に示すように。音響整合層１１０・１２０側から、超音波トランスデューサユニット１００ａの積層方向と平行で、かつ圧電体側面の溝（１１１等）の方向と直交する方向に超音波トランスデューサ１００を分割してバッキング材１１８・１２８まで至る溝を形成する。当該分割によってできた溝に絶縁樹脂を充填して、図１（Ａ）に示すような積層圧電体を２次元的に配列した超音波トランスデューサ１００が形成される。なお、当該分割溝が、バッキング材１１８・１２８まで至るように形成されるのは、圧電体ブロックにおける積層圧電体を確実に分割するためである。
【００５９】
本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、積層圧電体の側面に金属薄膜１７０を設けた後、金属薄膜１７０ごと各電極部分に、プリント基板１３０の電極リード１３１と当該各電極とを絶縁する溝を形成する。さらに当該溝を形成してからプリント基板１３０の表裏面に当該積層圧電体を配置する。したがって、超音波トランスデューサ１００の製造工程においては、電極リード１３１と各電極を絶縁させるために、積層圧電体の側面を部分的に研磨するというような工程が不要である。結果として、積層圧電体の研磨工程という煩雑な工程を省略することができる。さらに当該研磨工程を省略することにより、積層圧電体の側面の平坦度を確保することができる。この結果、超音波トランスデューサユニット１００ａを積み重ねたときの、超音波トランスデューサ１００の積層圧電体の２次元アレイの配列における各積層圧電体の位置精度を確保することができる。このように各積層圧電体の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【００６０】
なお以上においては、本実施形態における超音波トランスデューサ１００の製造工程を、上記ステップ２、ステップ３の順で記載したが、これらの工程の順は逆であってもよく、また同時に行われてもよい。また、ステップ５においては超音波トランスデューサユニット１００ａを積層していくことにより超音波トランスデューサ１００を形成しているが、この実施形態に限られず、プリント基板１３０と圧電体ブロック１０１・１０２を交互に積層していくような工程であってもよい。また、本実施形態において溝１１１・１２１・１１７・１２７を形成するステップ２・３は、本発明の「第１の工程」および「第２の工程」の一例に該当する。
【００６１】
また、本実施形態において溝１１１・１２１・１１７・１２７を形成するステップ２・３は、本発明の「第１の工程」および「第２の工程」の一例に該当する。また、ステップ４において積層圧電体を、プリント基板１３０の電極リード１３１の位置と第１積層圧電体１１４の第１の側面の位置とを合わせるように配置する工程は、本発明の「第４の工程」の一例に該当する。また、超音波トランスデューサユニット１００ａを積層していき、超音波トランスデューサ１００を形成する工程は、本発明における「第５の工程」および「第６の工程」の一例に該当する。
【００６２】
（超音波トランスデューサとＩＣ基板との接続）
次に図４を用いて本実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００との接続構成の一例について説明する。図４は、超音波トランスデューサ１００の接続方法の一例であり、本実施形態における超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００とを接続する機構および、ＩＣ基板２００上のＩＣ２０５と超音波診断装置本体に接続されるケーブルとを接続する機構を示す概略斜視図である。
【００６３】
図４に示すように、超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００とは中継基板２０１を介して接続される。すなわち、各プリント基板１３０それぞれにおける超音波照射方向側の一端と相対する他端が、中継基板２０１と接続されることにより、当該接続されたプリント基板１３０の両面に配列された複数の電極リード１３１が中継基板２０１を介し、ＩＣ基板２００上のＩＣ２０５と接続される。
【００６４】
この中継基板２０１は、例えば、超音波トランスデューサ１００に対向する側の面に中継パッドが電極リード１３１それぞれの位置に応じて配設され、超音波トランスデューサ１００の電極リード１３１のそれぞれと接続される。このとき超音波トランスデューサ１００側のプリント基板１３０の端面に電極パッドを設け、電極パッドと中継パッドを接続してもよい。また、中継基板２０１としては、樹脂やセラミクスなどからなる平板形状の基板を用いることが望ましい。
【００６５】
また、図４に示すように、ＩＣ基板２００は超音波診断装置本体と電気的に接続を行うケーブル（共に図示せず）を介して接続され、ＩＣ基板２００と当該ケーブルとはケーブル接続基板２１０によって接続される。当該ケーブル接続基板２１０の一端は、ＩＣ基板２００における信号リード（図示せず）が設けられた一端とは反対側の一端に接続されている。
【００６６】
コネクタ２１１は、ケーブル接続基板２１０の他端及び前記ケーブルの一端にそれぞれ設けられている。このコネクタ２１１によって、ケーブル接続基板２１０と超音波診断装置本体に接続されるケーブルとが接続される。図４における超音波トランスデューサ１００、中継基板２０１、ＩＣ基板２００、ＩＣ２０５、ケーブル接続基板２１０およびコネクタ２１１は、超音波プローブ２２０を構成する。
【００６７】
図４に示すように、超音波トランスデューサ１００と超音波診断装置本体との間に設けられたＩＣ基板２００にはＩＣ２０５が形成されており、ＩＣ２０５は中継基板２０１などを介してプリント基板１３０の電極リード１３１と接続されている。このＩＣ２０５は、前面電極１１２・１２２および第１内部電極１１２ａ・１２２ａに同種の電極となる信号を印加し、かつ背面電極１１６・１２６および第２内部電極１１６ａ・１２６ａに同種の電極となる電気信号を印加して、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４を駆動させる。このようにしてＩＣ２０５は超音波トランスデューサ１００に超音波ビームを送波させる。
【００６８】
またＩＣ２０５は、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４が受波した信号の処理を行う。このような構成により、超音波トランスデューサ１００を内蔵する超音波プローブでは、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４が受波した反射波を信号に変換し、当該信号をＩＣ基板２００上の各ＩＣ２０５に送信し、ＩＣ２０５が受信した当該信号を処理する。さらにＩＣ２０５はケーブル接続基板２１０を介して超音波診断装置本体に当該処理した信号を送信する。なお、本実施形態ではＩＣ２０５を用いているが、ＡＳＩＣ、その他の手段を含む。
【００６９】
（作用・効果）
以上説明した第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の作用及び効果について説明する。
【００７０】
第１実施形態の超音波トランスデューサ１００では、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４における第１の側面および第２の側面それぞれに、金属薄膜１７０を設ける。また当該側面において各電極部分を金属薄膜１７０ごと削ることによって溝１１１等の各溝が圧電素子の積層方向と直交する方向に形成される。これらの工程を経て、各電極と電極リード１３１とを絶縁する溝が形成される。また当該溝１１１等が形成されてから電極リード１３１上に積層圧電体が配置される。このような超音波トランスデューサ１００における積層圧電体の側面では、溝が形成されている部分において電極（１１２等）と電極リード１３１とが非接触であって絶縁されており、その他の部分は電極リード１３１に接触しているため特に電極（１１２等）の部分において電極リード１３１と導通している。
【００７１】
したがって、当該超音波トランスデューサ１００の製造工程においては、プリント基板１３０の電極リード１３１と、前面電極１１２・１２２、第１内部電極１１２ａ・１２２ａ、第２内部電極１１６ａ・１２６ａまたは背面電極１１６・１２６とを絶縁させるために、第１の側面および第２の側面の各電極部分に絶縁樹脂を設け、当該絶縁樹脂を硬化させてから、硬化した樹脂を部分的に研磨して取り除くというような工程が不要である。結果として、超音波トランスデューサ１００の製造工程から積層圧電体の側面の表面研磨という工程を省略し、当該製造工程の煩雑さを解消することが可能となる。なおかつ、当該表面研磨の工程が省略されているため、当該研磨工程に起因して積層圧電体側面の平坦度に支障をきたすという事態を解消し、当該平坦度を確保することが可能となる。
【００７２】
積層圧電体側面の平坦度が確保されると、超音波トランスデューサユニット１００ａを積み重ねたときの、超音波トランスデューサ１００における２次元アレイの配列や各積層圧電体の位置精度を確保することができる。このように各積層圧電体の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【００７３】
また、以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の表面だけでなく裏面にも電極リード１３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電体を配列する構成と比較して、２列の圧電体に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができる。結果として超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００（図４参照）とを接続する、プリント基板１３０と中継基板２０１との接続構造を単純化することが可能となる。さらに当該プリント基板１３０と中継基板２０１との接続部分の小型化を図ることができる。
【００７４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサについて図５〜図７を参照して説明する。図５（Ａ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００を側方から見た状態を示す概略斜視図である。また、図５（Ｂ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット１００ａの構成を示す概略分解斜視図である。
【００７５】
以下、第２実施形態の概要を説明する。図８に示すような、プリント基板上に圧電体を配置することにより構成される超音波トランスデューサでは、プリント基板の少なくとも表面に当該電極リードが配置されるものがある。このような超音波トランスデューサのプリント基板上には、略直線状の電極リードが並列に配置される。またこの電極リード上に当該超音波トランスデューサの圧電体を配置する。
【００７６】
したがって、上記説明したような超音波トランスデューサでは、圧電体とプリント基板との間に、電極リードが介在することになる。また、このような２次元アレイの超音波トランスデューサを形成する際には、プリント基板上に圧電体を並列配置した後、当該並列配置された１列分の超音波トランスデューサを複数積層することにより超音波トランスデューサの２次元配列を形成する工程を経る。
【００７７】
しかしながら、平面状の圧電体側面を平板状のプリント基板に配置するときに、電極リードが介在してしまうため、電極リードの厚さの分だけ圧電体側面とプリント基板の面が密着しない。すなわち、プリント基板上に圧電体を並列配置する際、また１列分の超音波トランスデューサを複数積層する際に、プリント基板に対して圧電体の位置がずれてしまうおそれがある。また、圧電体は電極リードに対してもずれてしまうおそれがある。
【００７８】
当該位置ずれが生じてしまうと、超音波トランスデューサの各圧電体を駆動したときに、位置がずれた圧電体それぞれから放射される超音波が、超音波トランスデューサ全体から放射される超音波ビームの形状や、超音波の放射方向にずれを生じさせてしまうおそれがある。結果として、超音波診断装置によって生成される超音波画像に支障をきたすおそれもある。このように図８に示すような超音波トランスデューサにおいては上記のような課題があった。
【００７９】
第２実施形態にかかる超音波トランスデューサは、以上の問題点に鑑みてなされたものである。その概要は、圧電体の前面および背面に対し直交し、プリント基板と対向する圧電体の側面において、電極リードが収容される大きさの溝が超音波の放射方向に形成された超音波トランスデューサである。この超音波トランスデューサは圧電体をプリント基板上に配置した際、プリント基板上の電極リードが当該溝に収容される。
【００８０】
つまり、プリント基板の面と圧電体の当該側面との間に生じる電極リード分の隙間が、大幅に低減される。その結果、プリント基板の面と圧電体の当該側面とを密着または近接させることにより、プリント基板に対して圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。さらに電極リードが当該溝に収容されているので、プリント基板に対して圧電体がずれるような方向に力が加わっても、当該位置ずれを回避することが可能となる。なおかつこのような位置ずれを防止する結果として、超音波トランスデューサにおける圧電素子配列の位置精度が確保され、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【００８１】
以下、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサの構成について説明する。
【００８２】
図５（Ａ）に示すように、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、第１実施形態と同様に、圧電素子が３層に積層された積層圧電体１１４・１２４を有し、かつ積層圧電体の積層方向における前面に音響整合層１１０・１２０が設けられ、前面に対し反対側となる背面にバッキング材１１８・１２８が設けられている。この音響整合層１１０、第１積層圧電体１１４およびバッキング材１１８は圧電体ブロック１０１を構成する。また音響整合層１２０、第２積層圧電体１２４およびバッキング材１２８は圧電体ブロック１０２を構成する。さらに当該積層圧電体の前面に前面電極１１２・１２２が、背面に背面電極１１６・１２６が設けられている。また積層圧電体における圧電素子間には各内部電極１１２ａ・１２２ａ・１１６ａ・１２６ａが設けられている。これら超音波トランスデューサ各部の機能、および各部の位置関係については、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサと同様であるため、説明を割愛する。
【００８３】
また図５（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同じく、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００における圧電体ブロック１０１・１０２は、プリント基板１３０の表裏面に並列に形成された複数の電極リード１３１上にそれぞれ並列配置される。第１積層圧電体１１４と第２積層圧電体１２４のプリント基板１３０に対する配置方向は同方向となる。
【００８４】
また、図５（Ｂ）に示すように第１積層圧電体１１４とプリント基板１３０、および第２積層圧電体１２４とプリント基板１３０とは金属薄膜１７０によって接続される。このようにプリント基板１３０の表裏面に対して積層圧電体が配置、接続されることにより、超音波トランスデューサ１００を構成する超音波トランスデューサユニット１００ａが形成される。
【００８５】
超音波トランスデューサユニット１００ａそれぞれは、さらにプリント基板１３０の表裏面に配置され、積層圧電体における圧電素子の積層方向と直交する方向に積層される。このようにプリント基板１３０を介して積層される超音波トランスデューサユニット１００ａの方向はすべて同じ方向となる。このようにして積層圧電体が２次元状に配列され図５（Ａ）に示すような超音波トランスデューサ１００が構成される。
【００８６】
なお、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、積層圧電体を有する構成となっているが、本発明の超音波トランスデューサにおいては圧電素子１層の圧電体を用いることも可能である。また、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００においてはプリント基板１３０の表裏面に電極リード１３１が設けられているが、電極リード１３１は表裏面のうち、いずれか一面に設けられていればよい。また、第１積層圧電体１１４と第２積層圧電体１２４は同一の構造であってもよい。
【００８７】
（積層圧電体における側面の構成）
次に、図５（Ｂ）を用いて第２実施形態にかかる積層圧電体１１４・１２４およびバッキング材１１８・１２８の側面の構成について説明する。図５（Ｂ）に示すように、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の第１積層圧電体１１４には、前面および背面に直交し、プリント基板１３０表面に対向し、かつ電極リード１３１上に配置される第１の側面には、凹形状の凹溝１１９が設けられている。この凹溝１１９は、圧電体ブロック１０１において第１積層圧電体１１４の当該第１の側面における前面電極１１２から背面電極１１６を通過して、バッキング材１２８における後段電子回路側（中継基板側）まで至る。また凹溝１１９の幅（第１積層圧電体の積層方向と直交する方向の長さ）は、電極リード１３１の幅とほぼ同じ長さか、または電極リード１３１の幅よりやや長くなるように形成される。このように凹溝１１９を構成することにより、第１積層圧電体１１４をプリント基板１３０上に配置する際、電極リード１３１が当該凹溝１１９に収容される。
【００８８】
また、この凹溝１１９の深さ（第１積層圧電体１１４の第１の側面から、凹溝１１９底面までの長さ）は、電極リード１３１がプリント基板１３０から突出する高さよりやや浅く形成されることが望ましい。これは第１積層圧電体１１４における第１の側面を、プリント基板１３０の面に配置する際、プリント基板１３０と第１積層圧電体１１４とを接触させようとする力を、電極リード１３１の部分に集中させやすくするためである。このように凹溝１１９を構成することで、電極リード１３１と積層圧電体における各電極（前面電極１１２等）との電気的な接続が確実となる。
【００８９】
また、この凹溝１１９の形状は、電極リード１３１の形状に対応した形状となるように構成することが望ましい。すなわちこのように構成することで、第１積層圧電体１１４における第１の側面をプリント基板１３０の面に配置する際に生じやすくなる、圧電素子の積層方向と直交する方向の積層圧電体の位置ずれを防止することが可能となる。
【００９０】
また、第１積層圧電体１１４の第１の側面と同様に、第２の側面においても凹溝１１９が設けられる。さらに図５（Ｂ）に示すように、圧電体ブロック１０２における第２積層圧電体１２４の第１の側面および第２の側面においても、第１積層圧電体１１４の凹溝１１９と同様に、バッキング材１２８まで至るように形成された、凹溝１２９が形成される。なお、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサにおいても第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４の側面における、金属薄膜１７０と各電極の絶縁処理を、第１実施形態と同様に構成することも可能である。ただしこの場合、各凹溝１１９の深さは、溝１１１・１１３・１１５・１１７の深さより、浅く形成される。また各凹溝１２９の深さは、溝１２１・１２３・１２５・１２７の深さより、浅く形成される。凹溝の方が深い場合、金属薄膜１７０が、絶縁しようとする積層圧電体の各電極に対して接触してしまうからである。
【００９１】
（製造工程）
次に、図５〜図７を用いて本実施形態における超音波トランスデューサ１００の製造工程の概略について説明する。図６（Ａ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程において、圧電体ブロックに凹溝１１９や金属薄膜１７０が形成される前の状態を示す概略斜視図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の圧電体ブロックに対しに凹溝１１９が形成され、金属薄膜１７０が形成される過程を示す概略斜視図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）・（Ｂ）の工程を経て、圧電体ブロックに金属薄膜１７０が形成された状態を示す概略斜視図である。図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）の概略部分拡大図である。図７（Ａ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程において、金属薄膜１７０が形成された圧電体ブロックをプリント基板１３０の表裏面に配置する過程を示す概略斜視図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における超音波トランスデューサユニット１００ａを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサ１００を示す概略斜視図である。
【００９２】
なお、圧電体ブロックを形成するまでの工程は、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程と同一であるため、説明を割愛する。
【００９３】
（ステップ１）
図６（Ｂ）に示すように、まず図６（Ａ）のような凹溝が形成される前の圧電体ブロック１０１・１０２の第１の側面および第２の側面に対し、前面電極が形成されている部分から、バッキング材における積層圧電体との境界部分と反対側の端部まで、凹溝１１９・１２９を形成する。またこの凹溝は積層圧電体における圧電素子の積層方向とほぼ同じ方向に形成される。
【００９４】
（ステップ２）
次に、図６（Ｂ）に示すように凹溝が形成された圧電体ブロックにおける積層圧電体の第１の側面および第２の側面に対し、金属薄膜１７０を形成する。なお、この圧電体ブロックは、この後の工程で分割され、２次元アレイの超音波トランスデューサ１００における１列分の積層圧電体を構成するものである。
【００９５】
（ステップ３）
第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４における第１の側面および第２の側面に対し金属薄膜１７０がそれぞれ形成された後、圧電体ブロック１０１および圧電体ブロック１０２は、図７（Ａ）に示すように、プリント基板１３０の電極リード１３１上に配置される。すなわち、表裏面に電極リード１３１が形成された、分割される前のプリント基板１３０に対し、表面（図７（Ａ）の左側の面）に圧電体ブロック１０１を配置する。このときプリント基板１３０の電極リード１３１の位置と第１積層圧電体１１４の第１の側面（図７（Ａ）の右側の面）の位置とを合わせるように配置する。さらにプリント基板１３０の裏面には、圧電体ブロック１０２が配置される。当該圧電体ブロック１０２においても、裏面の電極リード１３１の位置と第２積層圧電体１２４の第２の側面（図７（Ａ）の左側の面）の位置とを合わせるように配置する。このようにしてプリント基板１３０の表裏面に圧電体ブロックを形成して、分割前の超音波トランスデューサユニット１００ａを形成する。
【００９６】
（ステップ４）
超音波トランスデューサユニット１００ａが複数形成されると、第１実施形態と同様に、これらはさらにプリント基板１３０を介して積層される。このようにして超音波トランスデューサユニット１００ａが積層されていき、分割前の超音波トランスデューサ１００が形成される。
【００９７】
（ステップ５）
超音波トランスデューサ１００が形成された後、図５（Ａ）に示すように。音響整合層１１０・１２０側から、超音波トランスデューサユニット１００ａの積層方向と平行で、かつ圧電体側面の溝（１１１等）の方向と直交する方向に超音波トランスデューサ１００を分割する。当該分割によってできた溝に絶縁樹脂を充填して、図１（Ａ）に示す超音波トランスデューサ１００が形成される。
【００９８】
なお、第２実施形態における超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板との接続は、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサと同様であるため、説明を割愛する。
【００９９】
（作用・効果）
以上説明した第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブ（不図示）の作用及び効果について説明する。
【０１００】
第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブ２２０は、積層圧電体（１１４・１２４）の前面および背面に直交する第１の側面および第２の側面から、バッキング材（１１８・１２８）に連続して形成される凹溝（１１９・１２９）を備えている。この凹溝は、第１の側面における前面電極側の端縁から圧電素子の積層方向と同じ方向に形成され、かつ当該前面電極側端縁から背面電極を経由してバッキング材における後段電子回路側まで延伸するように形成される。さらにこの凹溝は、プリント基板１３０における電極リード１３１とほぼ同じ幅かやや大きい幅となるように形成される。
【０１０１】
したがって、プリント基板１３０に積層圧電体を配置する際、当該凹溝に電極リード１３１が収容される。すなわち、プリント基板１３０の面と圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができる。その結果、プリント基板１３０の面と積層圧電体の側面とを密着または近接させることが可能となり、プリント基板１３０に対して積層圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。
【０１０２】
さらに、電極リード１３１が凹溝（１１９・１２９）に収容されているので、プリント基板１３０に積層圧電体を配置する際、プリント基板１３０に対して積層圧電体がずれるような方向に力が加わっても、当該位置ずれを回避することが可能となる。なおかつこのような位置ずれを防止する結果として、超音波トランスデューサ１００における圧電素子配列の位置精度が確保され、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【０１０３】
また、以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の面と圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができるため、超音波トランスデューサユニット１００ａの積層方向における、積層厚さを薄くすることができ、超音波トランスデューサ１００および超音波プローブの小型化を図ることが可能となる。
【０１０４】
また、以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の表面だけでなく裏面にも電極リード１３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電体を配列する構成と比較して、２列の圧電体に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができる。結果として超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００（図４参照）とを接続する、プリント基板１３０と中継基板２０１との接続構造を単純化することが可能となる。さらに当該プリント基板１３０と中継基板２０１との接続部分の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００ 超音波トランスデューサ
１００ａ 超音波トランスデューサユニット
１０１・１０２ 圧電体ブロック
１１０・１２０ 音響整合層
１１１・１１３・１１５・１１７・１２１・１２３・１２５・１２７ 溝
１１２・１２２ 前面電極
１１２ａ・１２２ａ 第１内部電極
１１４ 第１積層圧電体
１２４ 第２積層圧電体
１１６・１２６ 背面電極
１１６ａ・１２６ａ 第２内部電極
１１８・１２８ バッキング材
１１９・１２９ 凹溝
１３０ プリント基板
１３１ 電極リード
２００ ＩＣ基板
２０１ 中継基板
２０５ ＩＣ
２１０ ケーブル接続基板
２２０ 超音波プローブ
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は超音波診断装置に用いられる超音波プローブに内蔵される超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブにより被検体の所望の診断部位の情報を取得するため、その部位に超音波を送波（送信）し、音響インピーダンスの異なる被検体内の組織境界から反射波を受信する。このようにして、超音波プローブにより超音波を走査して、被検体の体内組織の情報を得て画像化することにより診断を行うものである。この超音波プローブは、被検体等に超音波を送波し、反射波を受波するために、超音波トランスデューサを有している。
【０００３】
近年においては、超音波プローブにおける１次元アレイの超音波トランスデューサを回転・揺動して用いる方法、または圧電素子をマトリックス状に配列した２次元アレイの超音波トランスデューサを用いた電子走査式の超音波プローブによって、３次元で超音波画像収集・表示を行うシステムの検討が進んできている。３次元の超音波画像は、２次元画像において見逃されやすい部位の診断に有用であり、また、診断や計測に適した断層像を得ることができ、診断精度の向上が期待できる。
【０００４】
ただし、電子走査式の２次元アレイの超音波トランスデューサを使用する方法においては、圧電素子が２次元的に配列されることにより、圧電素子の素子数の増大（例えば、１０倍〜１００倍）をともなってしまう。圧電素子と超音波診断装置本体との間は、電気信号の処理、圧電素子に対しての電気信号の送受信等を行う中継基板を介して接続されており、この圧電素子数の増大によって、当該中継基板と圧電素子との電気的な接続を行う電極リード数は大幅に増加する。
【０００５】
この電極リード数の大幅な増加は、超音波プローブにおける圧電素子（圧電体）と、中継基板における送受信回路および超音波診断装置本体等との接続構造の複雑化を招く。接続構造が複雑化すると２次元アレイの超音波トランスデューサの実現を困難とするおそれが生じる。よって、２次元アレイ上に配列された圧電素子と後段の回路との接続、例えば電極リードと中継基板との接続構造や、圧電素子と電極リードとの接続構造を複雑化せずに、２次元アレイの超音波トランスデューサの実現を可能とする構成が必要となる。
【０００６】
この問題を解消するための各圧電素子と電極リードの接続構造の例として、例えば、圧電素子配列に対応する基板を積層して電極リードを引き出す構造を採用し、微細な圧電素子配列に対応する電極リードのピッチ幅が、リード中継基板の各層に形成されたパターン配線によって拡大され、中継回路となるＩＣ基板接続側に整列して引き出される構造が提案されている（例えば、特許文献１）。この構造によれば、超音波プローブにおける２次元アレイ状に配列された超音波トランスデューサの信号電極から、多数の電極リードを引き出すことが可能で、かつ圧電素子の音響特性の維持、ＩＣ等の実装等を容易に実現することができる。
【０００７】
しかしながら特許文献１に記載の超音波プローブは、信号電極等から引き出された電極リードのピッチを、超音波トランスデューサに接続した中継基板のパターン配線によって拡大するため、中継基板と超音波トランスデューサとの接続部分が大型化してしまうおそれがある。
【０００８】
そこで発明者等は、中継基板との接続構造の大型化を防止するとともに、上記超音波トランスデューサのように多数の電極リードを引き出し可能で、かつ圧電素子の音響特性の維持、ＩＣ等の実装を容易に実現することが可能な超音波トランスデューサを発案する。この超音波トランスデューサの構造の例を図８に示す。図８は、２次元アレイの超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット３００ａを示す概略分解斜視図である。なお、図８においては超音波トランスデューサの全体の図示を省略し、一部分のみの構造を示しているが、その他の部分も当該図に示す構造とほぼ同一であり、当該構造（超音波トランスデューサユニット３００ａ）が連続して積層されることにより超音波トランスデューサが形成されるものである。
【０００９】
図８に示すように、超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット３００ａにおける、プリント基板３３０の表裏面には２次元アレイの１列分の圧電体が配置される。すなわち、プリント基板３３０の表面（図８の左側の面）には、音響整合層３１０、第１積層圧電体（圧電素子）３１４、およびバッキング材（負荷材相）３１８の順に積層されたものが並列に配列され、かつプリント基板３３０の裏面には、音響整合層３２０、第２積層圧電体（圧電素子）３２４、およびバッキング材３２８（負荷材相）の順に積層されたものが、表面の第１積層圧電体等と同じように並列配置されて構成される。このプリント基板３３０の表面および裏面には導電性の電極リード３３１が並列配置され形成されている。
【００１０】
また図８に示すように、音響整合層とプリント基板３３０の両面における各積層圧電体（３１４・３２４）との間には、積層圧電体の各側面に露出されるように形成された前面電極３１２・３２２が配設される。この前面電極３１２・３２２の反対側、つまりバッキング材と積層圧電体との間には、当該各側面に露出されるように形成された背面電極３１６・３２６が配設される。さらに積層された圧電素子それぞれの間には、第１内部電極３１２ａ・３２２ａおよび第２内部電極３１６ａ・３２６ａが形成される。
【００１１】
またこの前面電極３１２・３２２および第１内部電極３１２ａ・３２２ａは、共に同種（正極または負極）の電極となるように構成されている。同様に背面電極３１６・３２６および第２内部電極３１６ａ・３２６ａも共に同種の電極、かつ前面電極・第１内部電極と異なる電極となるように構成されている。このように構成することにより、１つの圧電素子が異極の電極に挟まれることになり、当該圧電素子を電気信号で駆動可能となる。
【００１２】
また図８に示すように、導電性を有する金属薄膜３７０によって、プリント基板３３０と、当該プリント基板３３０の両面に配設された各積層圧電体（３１４・３２４）とが、スパッタ、蒸着など種々の方法で接着される。つまり、この金属薄膜３７０を用いることによって前面電極３１２・３２２等の各電極とプリント基板３３０側の各電極リード（配線パターン）との電気的な接続を強化するとともに、各積層圧電体とプリント基板との接着を行う。
【００１３】
図８に示すように、この金属薄膜３７０は積層圧電体３１４・３２４の側面における背面電極３１６・３２６から前面電極３１２・３２２までにわたって形成される。したがって、第１積層圧電体３１４の側面は、金属薄膜３７０が形成されたときに、前面電極３１２および第１内部電極３１２ａまたは、背面電極３１６および第２内部電極３１６ａのいずれかにのみ接触するように構成されている。同様に、第２積層圧電体３２４の側面は金属薄膜３７０が、前面電極３２２および第１内部電極３２２ａまたは、背面電極３２６および第２内部電極３２６ａのいずれかのみに接触するように構成されている。このようにすることで、積層圧電体における１つの圧電素子を異極の電極によって挟む構成とすることができる。
【００１４】
この第１積層圧電体３１４の側面および第２積層圧電体３２４の側面の構造について図９を参照して説明する。図９（Ａ）は、超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成される前の振動子ブロックを示す概略斜視図である。図９（Ｂ）は、超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成され、樹脂が充填された後の振動子ブロック側面を示す部分拡大図前である。図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）に示す絶縁樹脂充填後の振動子ブロックの側面に金属薄膜を形成する過程を示す概略斜視図である。図９（Ｄ）は、振動子ブロックに金属薄膜が形成された後の状態を示す概略斜視図である。
【００１５】
超音波トランスデューサでは次のように、超音波トランスデューサユニット３００ａ（図８）を形成する。すなわち、まず１つの圧電素子は、その両面から異極の電極に挟まれるようにするために、図９（Ａ）に示す分割前の超音波トランスデューサにおいて、第１積層圧電体３１４の側面（図の右側の側面）に露出した金属薄膜３７０と接触させない電極の部分を、図９（Ｂ）に示すように、第１積層圧電体３１４ごと削って圧電体の積層方向と直交する溝を形成する。
【００１６】
つまり、まず第１積層圧電体３１４の側面（図の右側の面）において、前面電極３１２が形成されている端縁において、圧電素子の積層方向と直交する溝を形成する。さらに当該側面において第１内部電極３１２ａが設けられている圧電素子の境界部分において、圧電素子の積層方向と直交する溝を形成する。これらの溝に絶縁樹脂３１１・３１５を充填する。さらに絶縁樹脂３１１・３１５が形成された側面に対して反対側となる側面では、背面電極３１６が形成されている端縁、および第２内部電極３１６ａが設けられている圧電素子の境界部分において、圧電素子の積層方向と直交する溝を形成し、その溝に絶縁樹脂３１７・３１３を充填する。このように形成した溝に絶縁樹脂３１１・３１５・３１３・３１７を充填させることで、溝が形成されている部分に設けられている電極および金属薄膜を電気的に結合させないように構成することができる。
【００１７】
さらに図９（Ｂ）に示す絶縁処理後の圧電素子の側面は、例えば当該溝上で絶縁樹脂（３１１等）を硬化させた後、当該溝からあふれた絶縁樹脂３１１等を研削し、かつ第１積層圧電体３１４側面の表面研磨を行って絶縁樹脂の表面の平坦化を行うことによって形成される。
【００１８】
また第１積層圧電体３１４側面の表面研磨工程が終了すると、図９（Ｃ）に示すように当該側面に金属薄膜３７０を形成し、図９（Ｄ）に示すような振動子ブロックを形成する。その後、この振動子ブロックを分割することによって、２次元アレイの超音波トランスデューサにおける１列分を形成する。また当該プリント基板３３０の裏面には第１積層圧電体３１４とほぼ同じ工程で、図８に示すような、当該第１積層圧電体３１４とほぼ同じ構造の第２積層圧電体３２４を形成する。その後、図８に示すようにプリント基板３３０の表面と第１積層圧電体３１４との接着を行い、これによって超音波トランスデューサユニット３００ａを形成する。
【００１９】
積層圧電体の側面を上記のように構成することによって、金属薄膜３７０は積層圧電体の側面に露出した同種の電極（正極または負極）のみに接触する。したがって当該金属薄膜３７０に接するプリント基板３３０の電極リード３３１にも当該同種の電極のみを接続させることができる。
【００２０】
以上説明した超音波トランスデューサは、プリント基板３３０の表面だけでなく裏面にも電極リード３３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電素子を配列する構成と比較して、２列の圧電素子に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができ、超音波トランスデューサと後段電子回路との接続構造を単純化し、かつ当該接続部分の小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００１−２９２４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
また上記説明したように、図８および図９に記載の超音波プローブの製造工程では、積層圧電体の側面に形成した溝に対し絶縁樹脂３１１等を充填し、充填した絶縁樹脂３１１等が硬化した後、あふれた樹脂の研削、当該側面の表面研磨を必要とする。しかし振動子ブロックは非常に薄い（例えば０．２ｍｍ程度）ため、この研削作業、表面研磨作業は非常に煩雑である。
【００２３】
さらに、振動子ブロックが薄いため、この研削作業と研磨作業によって振動子ブロックの厚さにバラつきが出てしまうおそれが生じうる。さらに表面が平坦にならないおそれが生じうる。図８に示すような超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサユニット３００ａを積み重ねて形成されるものであるから、振動子ブロックの厚さのバラつきや、表面の凹凸によって、振動子ブロックを積み重ねたときに、２次元状に配列される圧電体の位置精度が悪くなってしまう。超音波プローブの超音波トランスデューサにおける積層圧電体が本来の位置からずれてしまうと、超音波トランスデューサから放射される超音波ビームに悪影響を与えるおそれがある。
【００２４】
すなわち、超音波トランスデューサの各積層圧電体を駆動したときに、位置がずれた積層圧電体それぞれから放射される超音波が、超音波トランスデューサ全体から放射される超音波ビームの形状や、放射方向にずれを生じさせてしまうおそれがある。結果として、超音波診断装置によって生成される超音波画像に支障をきたすおそれもある。従来の超音波トランスデューサはこのような第１の問題を有する。
【００２５】
また、上記説明したような超音波トランスデューサでは、圧電体とプリント基板との間に、電極リードが介在することになる。また、このような２次元アレイの超音波トランスデューサを形成する際には、プリント基板上に圧電体を並列配置した後、当該並列配置された１列分の超音波トランスデューサを複数積層することにより超音波トランスデューサの２次元配列を形成する工程を経る。
【００２６】
しかしながら、平面状の圧電体側面を平板状のプリント基板に配置するときに、電極リードが介在してしまうため、電極リードの厚さの分だけ圧電体側面とプリント基板の面が密着しない。すなわち、プリント基板上に圧電体を並列配置する際、また１列分の超音波トランスデューサを複数積層する際に、プリント基板に対して圧電体の位置がずれてしまうおそれがある。また、圧電体は電極リードに対してもずれてしまうおそれがある。
【００２７】
当該位置ずれが生じてしまうと、超音波トランスデューサの各圧電体を駆動したときに、位置がずれた圧電体それぞれから放射される超音波が、超音波トランスデューサ全体から放射される超音波ビームの形状や、超音波の放射方向にずれを生じさせてしまうおそれがある。結果として、超音波診断装置によって生成される超音波画像に支障をきたすおそれもある。このように図８に示すような超音波トランスデューサにおいては上記のような第２の問題があった。
【００２８】
この発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、超音波トランスデューサにおける圧電素子配列の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能な超音波トランスデューサおよび超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
実施形態にかかる超音波トランスデューサは、第１プリント基板と、複数の第１の圧電体と、複数の第２の圧電体と、複数の第１電極リードと、複数の第２電極リードとを備える。第１の圧電体における超音波放射方向側の前面には前面電極が形成される。また第１の圧電体における前面と反対側の背面には背面電極が形成される。また、第１の圧電体は、第１の凹溝を有する。第１の凹溝は、第１の圧電体の前面および背面と直交する第１の側面における当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成される。また第１の圧電体の第１の側面に対し反対側となる第２の側面において第２の凹溝を有する。第２の凹溝は、当該第２の側面において前面電極側の端縁から背面電極側の端縁へ向かって形成される。また、第１の圧電体は前面および背面が前記第１プリント基板の表面に直交し当該第１の側面または第２の側面が当該表面に対向するように並列に配置される。第２の圧電体は、前記第１の圧電体と同一の構造である。また第２の圧電体は、その前面および背面が前記第１のプリント基板の前記表面に対し反対側となる裏面に直交する。さらに第２の圧電体は、前記第１の凹溝または第２の凹溝が第１プリント基板の裏面に対向するように並列に配置される。第１電極リードは、前記第１プリント基板の前記表面上に形成される。また、第１電極リードは前記第１の圧電体の第１の凹溝または第２の凹溝に収納される。また、第１電極リードは第１の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される。第２電極リードは、前記第１プリント基板の前記裏面上に形成される。また、第２電極リードは前記第２の圧電体の前記第１の凹溝または第２の凹溝に収納される。また、第２電極リードは該第２の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１および７に記載の発明によれば、超音波プローブにおける超音波トランスデューサにおいて、プリント基板の表裏面に圧電素子をそれぞれ配列しているので、２次元アレイの超音波トランスデューサの２列分の圧電素子を１枚のプリント基板で配線することができる。したがって、超音波プローブにおける超音波トランスデューサにおいて後段電子回路との接続構造を単純化することが可能となる。さらに超音波トランスデューサに対して送受信する電気信号の処理を容易にすることが可能となる。
【００３１】
さらに請求項１に記載の超音波トランスデューサによれば、第１プリント基板に対し第１の圧電体および第２圧電体が配置されると、第１プリント基板の第１電極リード及び第２電極リードが第１の凹溝または第２の凹溝に収納される超音波トランスデューサを有する。したがって、第１プリント基板の面と、第１の圧電体および第２の圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができる。その結果、第１プリント基板の面と第１の圧電体および第２の圧電体の側面とを密着または近接させることが可能となり、第１プリント基板に対して第１の圧電体および第２の圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。
【００３２】
また、請求項７に記載の超音波プローブによれば、第１プリント基板に対し第１の圧電体および第２圧電体が配置されると、第１プリント基板の第１電極リード及び第２電極リードが第１の凹溝または第２の凹溝に収納される超音波トランスデューサを有する。したがって、第１プリント基板の面と、第１の圧電体および第２の圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができる。その結果、第１プリント基板の面と第１の圧電体および第２の圧電体の側面とを密着または近接させることが可能となり、第１プリント基板に対して第１の圧電体および第２の圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ）この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサを側方から見た状態を示す概略斜視図である。 （Ｂ）この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニットの構成を示す概略分解斜視図である。
【図２】（Ａ）この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程において、圧電体ブロックに金属薄膜が形成される過程を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図２（Ａ）の圧電体ブロックの側面に金属薄膜が形成された状態を示す概略斜視図である。 （Ｃ）図２（Ｂ）の圧電体ブロックの側面に溝が形成された状態を示す概略斜視図である。 （Ｄ）図２（Ｃ）の概略部分拡大図である。
【図３】（Ａ）図２（Ｂ）の圧電体ブロックがプリント基板に配置される過程を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図３（Ａ）における超音波トランスデューサユニットを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。
【図４】超音波トランスデューサの接続方法の一例であり、本実施形態における超音波トランスデューサとＩＣ基板とを接続する機構および、ＩＣ基板上のＩＣと超音波診断装置本体に接続されるケーブルとを接続する機構を示す概略斜視図である。
【図５】（Ａ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサを側方から見た状態を示す概略斜視図である。 （Ｂ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニットの構成を示す概略分解斜視図である。
【図６】（Ａ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程において、圧電体ブロックに凹溝や金属薄膜が形成される前の状態を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図６（Ａ）の圧電体ブロックに対しに凹溝が形成され、金属薄膜が形成される過程を示す概略斜視図である。 （Ｃ）図６（Ａ）・（Ｂ）の工程を経て、圧電体ブロックに金属薄膜が形成された状態を示す概略斜視図である。 （Ｄ）図６（Ｃ）の概略部分拡大図である。
【図７】（Ａ）この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程において、金属薄膜が形成された圧電体ブロックをプリント基板の表裏面に配置する過程を示す概略斜視図である。 （Ｂ）図７（Ａ）における超音波トランスデューサユニットを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサを示す概略斜視図である。
【図８】２次元アレイの超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニットを示す概略分解斜視図である。
【図９】（Ａ）超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成される前の振動子ブロックを示す概略斜視図である。 （Ｂ）超音波トランスデューサの形成過程において溝が形成され、樹脂が充填された後の振動子ブロック側面を示す部分拡大図である。 （Ｃ）図９（Ｂ）に示す絶縁樹脂充填後の振動子ブロックの側面に金属薄膜を形成する過程を示す概略斜視図である。 （Ｄ）振動子ブロックに金属薄膜が形成された後の状態を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［第１実施形態］
以下、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサおよび超音波プローブにつき、図１〜４を参照して説明する。
【００３５】
図１（Ａ）は、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００を側方から見た状態を示す概略斜視図である。また、図１（Ｂ）は、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット１００ａの構成を示す概略分解斜視図である。これらの図１（Ａ）・（Ｂ）は、本発明による製造方法で製造された超音波トランスデューサの全体図の一例および分解図の一例を示すものである。以下、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサの構成について説明する。
【００３６】
（超音波トランスデューサの概略構成）
図１（Ａ）に示すように、この実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、圧電素子が３層に積層された第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４を有する。
また図１（Ａ）に示すように超音波トランスデューサ１００では、第１積層圧電体１１４における圧電素子の積層方向に隣接して音響整合層１１０が設けられている。また第１積層圧電体１１４における音響整合層１１０側と反対側にはバッキング材１１８（負荷材相）が設けられている。この音響整合層１１０、第１積層圧電体１１４およびバッキング材１１８によって圧電体ブロック１０１を構成する。同様に第２積層圧電体１２４の積層方向に隣接して音響整合層１２０が設けられ、音響整合層１２０の反対側にはバッキング材１２８が設けられている。この音響整合層１２０、第２積層圧電体１２４およびバッキング材１２８によって圧電体ブロック１０２を構成する。また、プリント基板１３０の表裏面には配線パターンで形成された電極リード１３１が形成されている。
【００３７】
図１（Ｂ）に示すように、圧電体ブロック１０１は、プリント基板１３０の一面（図１（Ａ）における左側の面／以下「表面」という）に並列に形成された複数の電極リード（不図示）上にそれぞれ並列配置される。また図１（Ｂ）に示すように、圧電体ブロック１０２は、プリント基板１３０の表面に対し反対側となる裏面（図１（Ａ）における右側の面）において並列に形成された複数の電極リード１３１上にそれぞれ並列配置される。これらの圧電体ブロックにおける、第１積層圧電体１１４と第２積層圧電体１２４は、プリント基板１３０に対して同方向に配置される。なお、電極リード１３１は、本発明にかかる「配線パターン」の一例に該当する。
【００３８】
また、第１積層圧電体１１４とプリント基板１３０、および第２積層圧電体１２４とプリント基板１３０とは金属薄膜１７０によって接続される。このようにプリント基板１３０の表裏面に対して積層圧電体（１１４・１２４）が配置、接続されることにより、超音波トランスデューサ１００を構成する超音波トランスデューサユニット１００ａが形成される。
【００３９】
超音波トランスデューサユニット１００ａそれぞれは、さらにプリント基板１３０の表裏面に配置され、第１積層圧電体１１４から第２積層圧電体１２４へ向かう方向（または第２積層圧電体１２４から第１積層圧電体１１４へ向かう方向）に重ね合わせられる。このように、プリント基板１３０を介して重ね合わせられる超音波トランスデューサユニット１００ａの方向はすべて同じ方向となる。このようにして積層圧電体が２次元状に配列され、図１（Ａ）に示すような超音波トランスデューサ１００が構成される。なお、超音波トランスデューサユニット１００ａにおけるプリント基板１３０は、本発明にかかる「第１プリント基板」の一例に該当し、超音波トランスデューサユニット１００ａ間に配置されるプリント基板１３０は、本発明にかかる「第２プリント基板」の一例に該当する。
【００４０】
（積層圧電体における側面および各電極の構成）
図１（Ｂ）に示すように、第１積層圧電体１１４においては、音響整合層１１０と隣接する前面において前面電極１１２が設けられる。さらに当該前面に対し反対側となる背面において背面電極１１６が設けられる。さらに第１積層圧電体１１４において積層される各圧電素子間には内部電極が設けられる。すなわち、３層に積層された圧電素子のうち、背面側の圧電素子と中間の圧電素子との間には前面電極１１２に対応して駆動される第１内部電極１１２ａが設けられ、前面側の圧電素子と中間の圧電素子との間には背面電極１１６に対応して駆動される第２内部電極１１６ａが設けられる。
【００４１】
また第１積層圧電体１１４は、前面に直交するとともに背面に直交し、かつ金属薄膜１７０が設けられる側面、つまりプリント基板１３０の表面に対向する第１の側面（図１における右側の面）において背面電極１１６および第２内部電極１１６ａが露出するように構成されている。また第１積層圧電体１１４はその第１の側面に対し反対側となる第２の側面において前面電極１１２および第１内部電極１１２ａが露出するように構成されている。
【００４２】
すなわち、第１積層圧電体１１４の第１の側面においては、電極リード１３１が前面電極１１２および第１内部電極１１２ａに電気的に結合しないように、溝１１１・１１５が形成される。この溝１１１の位置は第１積層圧電体１１４の第１の側面における、第１積層圧電体１１４と音響整合層１１０との境界上（前面電極１１２上）となる。つまり、この溝１１１は、圧電素子の積層方向と直交し、前面電極１１２に隣接する圧電素子の端縁（１辺）に沿って形成される。また溝１１５の位置は第１積層圧電体１１４の背面側の圧電素子と中間の圧電素子の境界上（第１内部電極１１２ａ上）となる。またこの溝１１５は溝１１１と略平行となる。
【００４３】
さらに第１積層圧電体１１４の第２の側面においては、プリント基板１３０の電極リードが背面電極１１６および第２内部電極１１６ａに電気的に結合しないよう、溝１１３・１１７が形成される。溝１１７は、第１積層圧電体１１４の第１の側面において背面電極１１６側の端縁に沿って形成され。溝１１３は、中間の圧電素子と前面側の圧電素子の境界上（第２内部電極１１６ａ上）に沿って形成される。
【００４４】
このように、第１積層圧電体１１４の第１の側面および第２の側面における溝は、圧電素子の積層方向の順に電極１つ置きに形成される。
【００４５】
当該第１積層圧電体１１４に対し、第２積層圧電体１２４では、図１（Ｂ）に示すように第１の側面（図１における右側の面）および第２の側面（図１における左側の面）において溝が形成される位置が逆になる。つまり、第２積層圧電体１２４の第２の側面は、表面に第１積層圧電体１１４が配置されたプリント基板１３０の裏面に対向しているため、当該第２の側面では、背面電極１１６および第２内部電極１１６ａが露出している。さらに反対側の第１の側面においては前面電極１１２および第１内部電極１１２ａが露出するように構成されている。
【００４６】
すなわち、第２積層圧電体１２４の第２の側面における前面電極１２２に隣接した圧電素子の端縁に、溝１２１が設けられる。この溝１２１は金属薄膜１７０と前面電極１２２とを電気的結合を妨げるものである。また第２積層圧電体１２４の第２の側面における中間の圧電素子と背面側の圧電素子との境界に溝１２５が設けられる。この溝１２５は、金属薄膜１７０と第１内部電極１２２ａとを絶縁するものである。
【００４７】
さらに第２積層圧電体１２４の第１の側面においては、背面電極１２６側の端縁に溝１２７が形成され、中間の圧電素子と前面側の圧電素子の境界には溝１２３が形成される。溝１２３・１２７は、電極リード１３１が背面電極１２６および第２内部電極１２６ａに電気的に結合しないようにするものである。
【００４８】
このように、第２積層圧電体１２４の第１の側面および第２の側面における溝も、第１積層圧電体１１４における溝１１１・１１５・１１３・１１７と同様、圧電素子の積層方向の順に電極１つおきに形成される。
【００４９】
なお、金属薄膜１７０ごと削られて積層圧電体の側面に形成される、金属薄膜１７０の間隙および溝１１１・１２１は、本発明にかかる「第１の溝」の一例に該当する。金属薄膜１７０ごと削られて積層圧電体の側面に形成される、金属薄膜１７０の間隙および溝１１７・１２７は、本発明にかかる「第２の溝」の一例に該当する。同様に積層圧電体の側面に形成される、金属薄膜１７０の間隙および溝１１５は、本発明にかかる「第３の溝」の一例に該当し、金属薄膜１７０の間隙および溝１１３は、本発明にかかる「第４の溝」の一例に該当する。
【００５０】
以上のように、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４において電極リード１３１上に配置される第１の側面および第２の側面に金属薄膜１７０ごと電極１つおきに
溝を形成することにより、積層圧電体における１つの圧電素子を異極の電極によって挟む構成とすることができ、積層圧電体における各側面の電極に電気信号を印加することにより、超音波トランスデューサ１００として駆動することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の表面だけでなく裏面にも電極リード１３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電体を配列する構成と比較して、２列の圧電体に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができる。結果として超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００（図４参照）とを接続する、プリント基板１３０と中継基板２０１との接続構造を単純化することが可能となる。さらに当該プリント基板１３０と中継基板２０１との接続部分の小型化を図ることができる。
【００５２】
（製造工程）
次に、図１〜３を参照して第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程について説明する。図２（Ａ）は、この発明の第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程において、圧電体ブロックに金属薄膜１７０が形成される過程を示す概略斜視図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の圧電体ブロックの側面に金属薄膜が形成された状態を示す概略斜視図である。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の圧電体ブロックの側面に溝が形成された状態を示す概略斜視図である。図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）の概略部分拡大図である。また、図３（Ａ）は、図２（Ｂ）の圧電体ブロックがプリント基板１３０に配置される過程を示す概略斜視図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）における超音波トランスデューサユニット１００ａを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサ１００を示す概略斜視図である。
【００５３】
（ステップ１）
まず圧電素子を３層に積層するとともに当該圧電素子間には内部電極を設け、分割前の積層圧電体を形成する。この積層圧電体の前面に前面電極を、背面に背面電極を形成する。さらに当該積層圧電体に対し、前面に音極整合層を、背面にバッキング材を設けることにより、図２（Ａ）に示すような。圧電体ブロック１０１・１０２を形成する。この圧電体ブロックは完成時の超音波トランスデューサ１００の積層圧電体それぞれの厚さと同じ厚さであり、かつ図１（Ａ）に示すような完成時の超音波トランスデューサ１００において２次元的に配列される積層圧電体の１列分と同じ長さを有する。この長さの方向は圧電素子の積層方向と直交する方向である。さらに、図２（Ｂ）に示すようにこの圧電体ブロックにおける積層圧電体の前面および背面に対し直交する第１の側面および当該第１の側面の反対側となる第２の側面に対し、金属薄膜１７０を形成する。なお、この圧電体ブロックは、この後の工程で音響整合層１１０・１２０側から分割され、２次元アレイの超音波トランスデューサ１００における１列分の積層圧電体を構成するものである。また、第１の側面および第２の側面に対して金属薄膜１７０が形成された時点においては、第１の側面においても第２の側面においても金属薄膜１７０がこれらの側面に露出した各電極すべてに接触している。また、この金属薄膜１７０を形成する工程は、本発明における「第１の工程」の一例に該当する。
【００５４】
（ステップ２）
図２（Ｂ）のように圧電体ブロックに対し金属薄膜１７０が形成された後、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すように、圧電体ブロックにおける第１の側面および第２の側面において所定の位置に溝が形成される。すなわち、溝（１１１・１１５・１１３・１１７）それぞれは以下のようにして形成される。図２（Ｂ）に示すような金属薄膜１７０が積層圧電体の側面に形成された時点においては、第１積層圧電体１１４の第１の側面（図２（Ｂ）における右側の面）には前面電極１１２が露出している。この前面電極１１２が露出している部分、つまり第１の側面における音響整合層１１０と第１積層圧電体１１４との境界を、圧電素子の積層方向に対し、直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すような溝１１１が形成される。さらに当該第１積層圧電体１１４の第１の側面では、背面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１１１と平行な溝１１５が形成される。これに対し、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すように第１積層圧電体１１４の第２の側面（図２（Ｂ）における左側の面）ではバッキング材１１８と第１積層圧電体１１４との境界を、圧電素子の積層方向に対し直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、図２（Ｃ）・（Ｄ）に示すような第１積層圧電体１１４における第２の側面に溝１１７を形成する。さらに当該第１積層圧電体１１４における第２の側面では、前面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１１７と平行な溝１１３が形成される。
【００５５】
（ステップ３）
また、第２積層圧電体１２４にかかる圧電体ブロックに金属薄膜１７０が形成された後、当該圧電体ブロックにおいても溝が形成される。ただし、第２積層圧電体１２４においては、第１の側面（図２（Ｂ）における右側の面）と第２の側面における溝の位置が第１積層圧電体１１４と対称な位置となる。すなわち、第２積層圧電体１２４の第２の側面において、前面電極１２２が露出している音響整合層１２０と第２積層圧電体１２４との境界を、圧電素子の積層方向に対し直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、溝１２１が形成される。さらに、当該第２積層圧電体１２４における第２の側面では、背面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１２１と平行な溝１２５が形成される。また当該第２の側面に対し第２積層圧電体１２４における第１の側面においては、バッキング材１２８と第２積層圧電体１２４との境界を、圧電素子の積層方向に対し直交する方向に金属薄膜１７０ごと削る。当該部分を削ることにより、溝１２７が形成される。さらに当該第２積層圧電体１２４における第１の側面では、前面側の圧電素子と中間の圧電素子との境界部分に溝１２７と平行な溝１２３が形成される。
【００５６】
（ステップ４）
第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４における第１の側面および第２の側面に対し溝がそれぞれ形成された後、圧電体ブロック１０１と、圧電体ブロック１０２とは、図３（Ａ）に示すように、プリント基板１３０の電極リード１３１上にそれぞれ配置される。すなわち、表裏面に電極リード１３１が形成されたプリント基板１３０の表面（図３（Ａ）の左側の面）に対し、圧電体ブロック１０１を配置する。このときプリント基板１３０の電極リード１３１の位置と第１積層圧電体１１４の第１の側面（図３（Ａ）の右側の面）の位置とを合わせるように配置する。さらにプリント基板１３０の裏面には、圧電体ブロック１０２が配置される。当該圧電体ブロック１０２においても、裏面の電極リード１３１の位置と第２積層圧電体１２４の第２の側面（図３（Ａ）の左側の面）の位置とを合わせるように配置する。このように、プリント基板１３０の表裏面に対して圧電体ブロック１０１・１０２をそれぞれ配置することにより、超音波トランスデューサユニット１００ａを形成する。
【００５７】
（ステップ５）
超音波トランスデューサユニット１００ａが複数形成された後、これらはさらに、プリント基板１３０を介して積層される。すなわち、図３（Ａ）のようにして超音波トランスデューサユニット１００ａが形成された後、プリント基板１３０の表裏面に形成された圧電体ブロック１０１・１０２における、プリント基板１３０と接していない側面に対してプリント基板１３０を配置する。例えば超音波トランスデューサユニット１００ａにおける第１積層圧電体１１４では、第１の側面の反対側の第２の側面に対し新たにプリント基板１３０を配置する。第２積層圧電体においては第２の側面の反対側の第１の側面に対し新たにプリント基板１３０を配置する。このときも第１積層圧電体１１４の第２の側面の位置、第２積層圧電体の第１の側面の位置と、当該各プリント基板１３０の電極リード１３１の位置とを合わせるように配置する。このように、一方の超音波トランスデューサユニット１００ａの圧電体ブロックにおいて、空いている両側面にプリント基板１３０を配置した後、他方の超音波トランスデューサユニット１００ａを積層していく。このとき、隣り合う超音波トランスデューサユニット１００ａの音響整合層１１０・１２０の向きは同じ方向となる。このようにして超音波トランスデューサユニット１００ａが積層されていき、分割前の超音波トランスデューサ１００が形成される。
【００５８】
（ステップ６）
超音波トランスデューサ１００が形成された後、図１（Ａ）に示すように。音響整合層１１０・１２０側から、超音波トランスデューサユニット１００ａの積層方向と平行で、かつ圧電体側面の溝（１１１等）の方向と直交する方向に超音波トランスデューサ１００を分割してバッキング材１１８・１２８まで至る溝を形成する。当該分割によってできた溝に絶縁樹脂を充填して、図１（Ａ）に示すような積層圧電体を２次元的に配列した超音波トランスデューサ１００が形成される。なお、当該分割溝が、バッキング材１１８・１２８まで至るように形成されるのは、圧電体ブロックにおける積層圧電体を確実に分割するためである。
【００５９】
本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、積層圧電体の側面に金属薄膜１７０を設けた後、金属薄膜１７０ごと各電極部分に、プリント基板１３０の電極リード１３１と当該各電極とを絶縁する溝を形成する。さらに当該溝を形成してからプリント基板１３０の表裏面に当該積層圧電体を配置する。したがって、超音波トランスデューサ１００の製造工程においては、電極リード１３１と各電極を絶縁させるために、積層圧電体の側面を部分的に研磨するというような工程が不要である。結果として、積層圧電体の研磨工程という煩雑な工程を省略することができる。さらに当該研磨工程を省略することにより、積層圧電体の側面の平坦度を確保することができる。この結果、超音波トランスデューサユニット１００ａを積み重ねたときの、超音波トランスデューサ１００の積層圧電体の２次元アレイの配列における各積層圧電体の位置精度を確保することができる。このように各積層圧電体の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【００６０】
なお以上においては、本実施形態における超音波トランスデューサ１００の製造工程を、上記ステップ２、ステップ３の順で記載したが、これらの工程の順は逆であってもよく、また同時に行われてもよい。また、ステップ５においては超音波トランスデューサユニット１００ａを積層していくことにより超音波トランスデューサ１００を形成しているが、この実施形態に限られず、プリント基板１３０と圧電体ブロック１０１・１０２を交互に積層していくような工程であってもよい。また、本実施形態において溝１１１・１２１・１１７・１２７を形成するステップ２・３は、本発明の「第１の工程」および「第２の工程」の一例に該当する。
【００６１】
また、本実施形態において溝１１１・１２１・１１７・１２７を形成するステップ２・３は、本発明の「第１の工程」および「第２の工程」の一例に該当する。また、ステップ４において積層圧電体を、プリント基板１３０の電極リード１３１の位置と第１積層圧電体１１４の第１の側面の位置とを合わせるように配置する工程は、本発明の「第４の工程」の一例に該当する。また、超音波トランスデューサユニット１００ａを積層していき、超音波トランスデューサ１００を形成する工程は、本発明における「第５の工程」および「第６の工程」の一例に該当する。
【００６２】
（超音波トランスデューサとＩＣ基板との接続）
次に図４を用いて本実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００との接続構成の一例について説明する。図４は、超音波トランスデューサ１００の接続方法の一例であり、本実施形態における超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００とを接続する機構および、ＩＣ基板２００上のＩＣ２０５と超音波診断装置本体に接続されるケーブルとを接続する機構を示す概略斜視図である。
【００６３】
図４に示すように、超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００とは中継基板２０１を介して接続される。すなわち、各プリント基板１３０それぞれにおける超音波照射方向側の一端と相対する他端が、中継基板２０１と接続されることにより、当該接続されたプリント基板１３０の両面に配列された複数の電極リード１３１が中継基板２０１を介し、ＩＣ基板２００上のＩＣ２０５と接続される。
【００６４】
この中継基板２０１は、例えば、超音波トランスデューサ１００に対向する側の面に中継パッドが電極リード１３１それぞれの位置に応じて配設され、超音波トランスデューサ１００の電極リード１３１のそれぞれと接続される。このとき超音波トランスデューサ１００側のプリント基板１３０の端面に電極パッドを設け、電極パッドと中継パッドを接続してもよい。また、中継基板２０１としては、樹脂やセラミクスなどからなる平板形状の基板を用いることが望ましい。
【００６５】
また、図４に示すように、ＩＣ基板２００は超音波診断装置本体と電気的に接続を行うケーブル（共に図示せず）を介して接続され、ＩＣ基板２００と当該ケーブルとはケーブル接続基板２１０によって接続される。当該ケーブル接続基板２１０の一端は、ＩＣ基板２００における信号リード（図示せず）が設けられた一端とは反対側の一端に接続されている。
【００６６】
コネクタ２１１は、ケーブル接続基板２１０の他端及び前記ケーブルの一端にそれぞれ設けられている。このコネクタ２１１によって、ケーブル接続基板２１０と超音波診断装置本体に接続されるケーブルとが接続される。図４における超音波トランスデューサ１００、中継基板２０１、ＩＣ基板２００、ＩＣ２０５、ケーブル接続基板２１０およびコネクタ２１１は、超音波プローブ２２０を構成する。
【００６７】
図４に示すように、超音波トランスデューサ１００と超音波診断装置本体との間に設けられたＩＣ基板２００にはＩＣ２０５が形成されており、ＩＣ２０５は中継基板２０１などを介してプリント基板１３０の電極リード１３１と接続されている。このＩＣ２０５は、前面電極１１２・１２２および第１内部電極１１２ａ・１２２ａに同種の電極となる信号を印加し、かつ背面電極１１６・１２６および第２内部電極１１６ａ・１２６ａに同種の電極となる電気信号を印加して、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４を駆動させる。このようにしてＩＣ２０５は超音波トランスデューサ１００に超音波ビームを送波させる。
【００６８】
またＩＣ２０５は、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４が受波した信号の処理を行う。このような構成により、超音波トランスデューサ１００を内蔵する超音波プローブでは、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４が受波した反射波を信号に変換し、当該信号をＩＣ基板２００上の各ＩＣ２０５に送信し、ＩＣ２０５が受信した当該信号を処理する。さらにＩＣ２０５はケーブル接続基板２１０を介して超音波診断装置本体に当該処理した信号を送信する。なお、本実施形態ではＩＣ２０５を用いているが、ＡＳＩＣ、その他の手段を含む。
【００６９】
（作用・効果）
以上説明した第１実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の作用及び効果について説明する。
【００７０】
第１実施形態の超音波トランスデューサ１００では、第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４における第１の側面および第２の側面それぞれに、金属薄膜１７０を設ける。また当該側面において各電極部分を金属薄膜１７０ごと削ることによって溝１１１等の各溝が圧電素子の積層方向と直交する方向に形成される。これらの工程を経て、各電極と電極リード１３１とを絶縁する溝が形成される。また当該溝１１１等が形成されてから電極リード１３１上に積層圧電体が配置される。このような超音波トランスデューサ１００における積層圧電体の側面では、溝が形成されている部分において電極（１１２等）と電極リード１３１とが非接触であって絶縁されており、その他の部分は電極リード１３１に接触しているため特に電極（１１２等）の部分において電極リード１３１と導通している。
【００７１】
したがって、当該超音波トランスデューサ１００の製造工程においては、プリント基板１３０の電極リード１３１と、前面電極１１２・１２２、第１内部電極１１２ａ・１２２ａ、第２内部電極１１６ａ・１２６ａまたは背面電極１１６・１２６とを絶縁させるために、第１の側面および第２の側面の各電極部分に絶縁樹脂を設け、当該絶縁樹脂を硬化させてから、硬化した樹脂を部分的に研磨して取り除くというような工程が不要である。結果として、超音波トランスデューサ１００の製造工程から積層圧電体の側面の表面研磨という工程を省略し、当該製造工程の煩雑さを解消することが可能となる。なおかつ、当該表面研磨の工程が省略されているため、当該研磨工程に起因して積層圧電体側面の平坦度に支障をきたすという事態を解消し、当該平坦度を確保することが可能となる。
【００７２】
積層圧電体側面の平坦度が確保されると、超音波トランスデューサユニット１００ａを積み重ねたときの、超音波トランスデューサ１００における２次元アレイの配列や各積層圧電体の位置精度を確保することができる。このように各積層圧電体の位置精度を確保することにより、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【００７３】
また、以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の表面だけでなく裏面にも電極リード１３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電体を配列する構成と比較して、２列の圧電体に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができる。結果として超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００（図４参照）とを接続する、プリント基板１３０と中継基板２０１との接続構造を単純化することが可能となる。さらに当該プリント基板１３０と中継基板２０１との接続部分の小型化を図ることができる。
【００７４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサについて図５〜図７を参照して説明する。図５（Ａ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００を側方から見た状態を示す概略斜視図である。また、図５（Ｂ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサを構成する超音波トランスデューサユニット１００ａの構成を示す概略分解斜視図である。
【００７５】
以下、第２実施形態の概要を説明する。図８に示すような、プリント基板上に圧電体を配置することにより構成される超音波トランスデューサでは、プリント基板の少なくとも表面に当該電極リードが配置されるものがある。このような超音波トランスデューサのプリント基板上には、略直線状の電極リードが並列に配置される。またこの電極リード上に当該超音波トランスデューサの圧電体を配置する。
【００７６】
したがって、上記説明したような超音波トランスデューサでは、圧電体とプリント基板との間に、電極リードが介在することになる。また、このような２次元アレイの超音波トランスデューサを形成する際には、プリント基板上に圧電体を並列配置した後、当該並列配置された１列分の超音波トランスデューサを複数積層することにより超音波トランスデューサの２次元配列を形成する工程を経る。
【００７７】
しかしながら、平面状の圧電体側面を平板状のプリント基板に配置するときに、電極リードが介在してしまうため、電極リードの厚さの分だけ圧電体側面とプリント基板の面が密着しない。すなわち、プリント基板上に圧電体を並列配置する際、また１列分の超音波トランスデューサを複数積層する際に、プリント基板に対して圧電体の位置がずれてしまうおそれがある。また、圧電体は電極リードに対してもずれてしまうおそれがある。
【００７８】
当該位置ずれが生じてしまうと、超音波トランスデューサの各圧電体を駆動したときに、位置がずれた圧電体それぞれから放射される超音波が、超音波トランスデューサ全体から放射される超音波ビームの形状や、超音波の放射方向にずれを生じさせてしまうおそれがある。結果として、超音波診断装置によって生成される超音波画像に支障をきたすおそれもある。このように図８に示すような超音波トランスデューサにおいては上記のような課題があった。
【００７９】
第２実施形態にかかる超音波トランスデューサは、以上の問題点に鑑みてなされたものである。その概要は、圧電体の前面および背面に対し直交し、プリント基板と対向する圧電体の側面において、電極リードが収容される大きさの溝が超音波の放射方向に形成された超音波トランスデューサである。この超音波トランスデューサは圧電体をプリント基板上に配置した際、プリント基板上の電極リードが当該溝に収容される。
【００８０】
つまり、プリント基板の面と圧電体の当該側面との間に生じる電極リード分の隙間が、大幅に低減される。その結果、プリント基板の面と圧電体の当該側面とを密着または近接させることにより、プリント基板に対して圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。さらに電極リードが当該溝に収容されているので、プリント基板に対して圧電体がずれるような方向に力が加わっても、当該位置ずれを回避することが可能となる。なおかつこのような位置ずれを防止する結果として、超音波トランスデューサにおける圧電素子配列の位置精度が確保され、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【００８１】
以下、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサの構成について説明する。
【００８２】
図５（Ａ）に示すように、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、第１実施形態と同様に、圧電素子が３層に積層された積層圧電体１１４・１２４を有し、かつ積層圧電体の積層方向における前面に音響整合層１１０・１２０が設けられ、前面に対し反対側となる背面にバッキング材１１８・１２８が設けられている。この音響整合層１１０、第１積層圧電体１１４およびバッキング材１１８は圧電体ブロック１０１を構成する。また音響整合層１２０、第２積層圧電体１２４およびバッキング材１２８は圧電体ブロック１０２を構成する。さらに当該積層圧電体の前面に前面電極１１２・１２２が、背面に背面電極１１６・１２６が設けられている。また積層圧電体における圧電素子間には各内部電極１１２ａ・１２２ａ・１１６ａ・１２６ａが設けられている。これら超音波トランスデューサ各部の機能、および各部の位置関係については、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサと同様であるため、説明を割愛する。
【００８３】
また図５（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同じく、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００における圧電体ブロック１０１・１０２は、プリント基板１３０の表裏面に並列に形成された複数の電極リード１３１上にそれぞれ並列配置される。第１積層圧電体１１４と第２積層圧電体１２４のプリント基板１３０に対する配置方向は同方向となる。
【００８４】
また、図５（Ｂ）に示すように第１積層圧電体１１４とプリント基板１３０、および第２積層圧電体１２４とプリント基板１３０とは金属薄膜１７０によって接続される。このようにプリント基板１３０の表裏面に対して積層圧電体が配置、接続されることにより、超音波トランスデューサ１００を構成する超音波トランスデューサユニット１００ａが形成される。
【００８５】
超音波トランスデューサユニット１００ａそれぞれは、さらにプリント基板１３０の表裏面に配置され、積層圧電体における圧電素子の積層方向と直交する方向に積層される。このようにプリント基板１３０を介して積層される超音波トランスデューサユニット１００ａの方向はすべて同じ方向となる。このようにして積層圧電体が２次元状に配列され図５（Ａ）に示すような超音波トランスデューサ１００が構成される。
【００８６】
なお、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００は、積層圧電体を有する構成となっているが、本発明の超音波トランスデューサにおいては圧電素子１層の圧電体を用いることも可能である。また、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００においてはプリント基板１３０の表裏面に電極リード１３１が設けられているが、電極リード１３１は表裏面のうち、いずれか一面に設けられていればよい。また、第１積層圧電体１１４と第２積層圧電体１２４は同一の構造であってもよい。
【００８７】
（積層圧電体における側面の構成）
次に、図５（Ｂ）を用いて第２実施形態にかかる積層圧電体１１４・１２４およびバッキング材１１８・１２８の側面の構成について説明する。図５（Ｂ）に示すように、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の第１積層圧電体１１４には、前面および背面に直交し、プリント基板１３０表面に対向し、かつ電極リード１３１上に配置される第１の側面には、凹形状の凹溝１１９が設けられている。この凹溝１１９は、圧電体ブロック１０１において第１積層圧電体１１４の当該第１の側面における前面電極１１２から背面電極１１６を通過して、バッキング材１２８における後段電子回路側（中継基板側）まで至る。また凹溝１１９の幅（第１積層圧電体の積層方向と直交する方向の長さ）は、電極リード１３１の幅とほぼ同じ長さか、または電極リード１３１の幅よりやや長くなるように形成される。このように凹溝１１９を構成することにより、第１積層圧電体１１４をプリント基板１３０上に配置する際、電極リード１３１が当該凹溝１１９に収容される。
【００８８】
また、この凹溝１１９の深さ（第１積層圧電体１１４の第１の側面から、凹溝１１９底面までの長さ）は、電極リード１３１がプリント基板１３０から突出する高さよりやや浅く形成されることが望ましい。これは第１積層圧電体１１４における第１の側面を、プリント基板１３０の面に配置する際、プリント基板１３０と第１積層圧電体１１４とを接触させようとする力を、電極リード１３１の部分に集中させやすくするためである。このように凹溝１１９を構成することで、電極リード１３１と積層圧電体における各電極（前面電極１１２等）との電気的な接続が確実となる。
【００８９】
また、この凹溝１１９の形状は、電極リード１３１の形状に対応した形状となるように構成することが望ましい。すなわちこのように構成することで、第１積層圧電体１１４における第１の側面をプリント基板１３０の面に配置する際に生じやすくなる、圧電素子の積層方向と直交する方向の積層圧電体の位置ずれを防止することが可能となる。
【００９０】
また、第１積層圧電体１１４の第１の側面と同様に、第２の側面においても凹溝１１９が設けられる。さらに図５（Ｂ）に示すように、圧電体ブロック１０２における第２積層圧電体１２４の第１の側面および第２の側面においても、第１積層圧電体１１４の凹溝１１９と同様に、バッキング材１２８まで至るように形成された、凹溝１２９が形成される。なお、第２実施形態にかかる超音波トランスデューサにおいても第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４の側面における、金属薄膜１７０と各電極の絶縁処理を、第１実施形態と同様に構成することも可能である。ただしこの場合、各凹溝１１９の深さは、溝１１１・１１３・１１５・１１７の深さより、浅く形成される。また各凹溝１２９の深さは、溝１２１・１２３・１２５・１２７の深さより、浅く形成される。凹溝の方が深い場合、金属薄膜１７０が、絶縁しようとする積層圧電体の各電極に対して接触してしまうからである。
【００９１】
（製造工程）
次に、図５〜図７を用いて本実施形態における超音波トランスデューサ１００の製造工程の概略について説明する。図６（Ａ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程において、圧電体ブロックに凹溝１１９や金属薄膜１７０が形成される前の状態を示す概略斜視図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の圧電体ブロックに対しに凹溝１１９が形成され、金属薄膜１７０が形成される過程を示す概略斜視図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）・（Ｂ）の工程を経て、圧電体ブロックに金属薄膜１７０が形成された状態を示す概略斜視図である。図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）の概略部分拡大図である。図７（Ａ）は、この発明の第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００の製造工程において、金属薄膜１７０が形成された圧電体ブロックをプリント基板１３０の表裏面に配置する過程を示す概略斜視図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）における超音波トランスデューサユニット１００ａを積層した後、分割される前の超音波トランスデューサ１００を示す概略斜視図である。
【００９２】
なお、圧電体ブロックを形成するまでの工程は、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサの製造工程と同一であるため、説明を割愛する。
【００９３】
（ステップ１）
図６（Ｂ）に示すように、まず図６（Ａ）のような凹溝が形成される前の圧電体ブロック１０１・１０２の第１の側面および第２の側面に対し、前面電極が形成されている部分から、バッキング材における積層圧電体との境界部分と反対側の端部まで、凹溝１１９・１２９を形成する。またこの凹溝は積層圧電体における圧電素子の積層方向とほぼ同じ方向に形成される。
【００９４】
（ステップ２）
次に、図６（Ｂ）に示すように凹溝が形成された圧電体ブロックにおける積層圧電体の第１の側面および第２の側面に対し、金属薄膜１７０を形成する。なお、この圧電体ブロックは、この後の工程で分割され、２次元アレイの超音波トランスデューサ１００における１列分の積層圧電体を構成するものである。
【００９５】
（ステップ３）
第１積層圧電体１１４および第２積層圧電体１２４における第１の側面および第２の側面に対し金属薄膜１７０がそれぞれ形成された後、圧電体ブロック１０１および圧電体ブロック１０２は、図７（Ａ）に示すように、プリント基板１３０の電極リード１３１上に配置される。すなわち、表裏面に電極リード１３１が形成された、分割される前のプリント基板１３０に対し、表面（図７（Ａ）の左側の面）に圧電体ブロック１０１を配置する。このときプリント基板１３０の電極リード１３１の位置と第１積層圧電体１１４の第１の側面（図７（Ａ）の右側の面）の位置とを合わせるように配置する。さらにプリント基板１３０の裏面には、圧電体ブロック１０２が配置される。当該圧電体ブロック１０２においても、裏面の電極リード１３１の位置と第２積層圧電体１２４の第２の側面（図７（Ａ）の左側の面）の位置とを合わせるように配置する。このようにしてプリント基板１３０の表裏面に圧電体ブロックを形成して、分割前の超音波トランスデューサユニット１００ａを形成する。
【００９６】
（ステップ４）
超音波トランスデューサユニット１００ａが複数形成されると、第１実施形態と同様に、これらはさらにプリント基板１３０を介して積層される。このようにして超音波トランスデューサユニット１００ａが積層されていき、分割前の超音波トランスデューサ１００が形成される。
【００９７】
（ステップ５）
超音波トランスデューサ１００が形成された後、図５（Ａ）に示すように。音響整合層１１０・１２０側から、超音波トランスデューサユニット１００ａの積層方向と平行で、かつ圧電体側面の溝（１１１等）の方向と直交する方向に超音波トランスデューサ１００を分割する。当該分割によってできた溝に絶縁樹脂を充填して、図１（Ａ）に示す超音波トランスデューサ１００が形成される。
【００９８】
なお、第２実施形態における超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板との接続は、第１実施形態にかかる超音波トランスデューサと同様であるため、説明を割愛する。
【００９９】
（作用・効果）
以上説明した第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブ（不図示）の作用及び効果について説明する。
【０１００】
第２実施形態にかかる超音波トランスデューサ１００およびそれを用いた超音波プローブ２２０は、積層圧電体（１１４・１２４）の前面および背面に直交する第１の側面および第２の側面から、バッキング材（１１８・１２８）に連続して形成される凹溝（１１９・１２９）を備えている。この凹溝は、第１の側面における前面電極側の端縁から圧電素子の積層方向と同じ方向に形成され、かつ当該前面電極側端縁から背面電極を経由してバッキング材における後段電子回路側まで延伸するように形成される。さらにこの凹溝は、プリント基板１３０における電極リード１３１とほぼ同じ幅かやや大きい幅となるように形成される。
【０１０１】
したがって、プリント基板１３０に積層圧電体を配置する際、当該凹溝に電極リード１３１が収容される。すなわち、プリント基板１３０の面と圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができる。その結果、プリント基板１３０の面と積層圧電体の側面とを密着または近接させることが可能となり、プリント基板１３０に対して積層圧電体の位置がずれてしまう事態を防止することが可能となる。
【０１０２】
さらに、電極リード１３１が凹溝（１１９・１２９）に収容されているので、プリント基板１３０に積層圧電体を配置する際、プリント基板１３０に対して積層圧電体がずれるような方向に力が加わっても、当該位置ずれを回避することが可能となる。なおかつこのような位置ずれを防止する結果として、超音波トランスデューサ１００における圧電素子配列の位置精度が確保され、超音波プローブから放射される超音波ビームの形状や放射方向の精度を確保することが可能となる。
【０１０３】
また、以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の面と圧電体の側面との間に生じる間隙を大幅に低減させることができるため、超音波トランスデューサユニット１００ａの積層方向における、積層厚さを薄くすることができ、超音波トランスデューサ１００および超音波プローブの小型化を図ることが可能となる。
【０１０４】
また、以上説明した本実施形態の超音波トランスデューサ１００は、プリント基板１３０の表面だけでなく裏面にも電極リード１３１が設けられており、１枚のプリント基板の１つの面にのみ圧電体を配列する構成と比較して、２列の圧電体に対し１枚の基板で後段電子回路との接続を行うことができる。結果として超音波トランスデューサ１００とＩＣ基板２００（図４参照）とを接続する、プリント基板１３０と中継基板２０１との接続構造を単純化することが可能となる。さらに当該プリント基板１３０と中継基板２０１との接続部分の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００ 超音波トランスデューサ
１００ａ 超音波トランスデューサユニット
１０１・１０２ 圧電体ブロック
１１０・１２０ 音響整合層
１１１・１１３・１１５・１１７・１２１・１２３・１２５・１２７ 溝
１１２・１２２ 前面電極
１１２ａ・１２２ａ 第１内部電極
１１４ 第１積層圧電体
１２４ 第２積層圧電体
１１６・１２６ 背面電極
１１６ａ・１２６ａ 第２内部電極
１１８・１２８ バッキング材
１１９・１２９ 凹溝
１３０ プリント基板
１３１ 電極リード
２００ ＩＣ基板
２０１ 中継基板
２０５ ＩＣ
２１０ ケーブル接続基板
２２０ 超音波プローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プリント基板と、
超音波放射方向側の前面には前面電極が、反対側の背面には背面電極が形成され、かつ当該前面および当該背面と直交する第１の側面における当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第１の凹溝を有し、かつ第１の側面と反対側の第２の側面において当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第２の凹溝を有し、かつ前面および背面が前記第１プリント基板の表面に直交し当該第１の側面または第２の側面が当該表面に対向するように並列に配置された複数の第１の圧電体と、
前記第１の圧電体と同一の構造であってその前面および背面が前記第１のプリント基板の前記表面と反対側の裏面に直交し、かつ前記第１の凹溝または第２の凹溝が当該裏面に対向するように並列に配置される複数の第２の圧電体と、
前記第１プリント基板の前記表面上に形成され、かつ前記第１の圧電体の第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第１の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第１電極リードと、
前記第１プリント基板の前記裏面上に形成され、前記第２の圧電体の前記第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第２の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第２電極リードとを備えたこと、
を特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記第１の圧電体および第２の圧電体のそれぞれは、前記前面から前記背面の方向に複数の圧電素子が積層されて構成され、かつ該積層される該複数の圧電素子それぞれの間には内部電極が形成される積層圧電体であること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記第１の凹溝および第２の凹溝の深さより、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードが前記第１プリント基板の面から突出する高さの方が長いこと、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記第１プリント基板における第１電極リードおよび第２電極リードのそれぞれには、対応する前記第１の圧電体および第２の圧電体それぞれの前記前面電極および前記背面電極のうち、同種の電極のみが結合されること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記第１プリント基板の表面と対向する、前記第１の圧電体側の前記第１の側面または前記第２の側面と前記第１の電極リードとの間に設けられた導電性の薄膜を介して、該第１プリント基板における該第１電極リードと、該第１の圧電体における前記前面電極または前記背面電極とが接続され、
前記第１プリント基板の裏面と対向する、前記第２の圧電体側の前記第１の側面または前記第２の側面と前記第２の電極リードとの間に設けられた導電性の薄膜を介して、該第１プリント基板における該第２電極リードと、該第２の圧電体における前記前面電極または前記背面電極とが接続されること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記第１プリント基板とほぼ同一の構造であって、前記第１の圧電体における前記第１プリント基板と接続された第１の側面と反対側である第２の側面または第２の側面と反対側である第１の側面に対し、その表面が直接的または間接的に接続される第２プリント基板と、
前記第１の圧電体と同一の構造であって、その前面および背面が前記第２プリント基板の裏面に直交し、前記第１の凹溝または第２の凹溝が当該裏面に対向するとともに並列に配置される複数の第３の圧電体と、を備えたこと、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
第１プリント基板と、
超音波放射方向側の前面には前面電極が、当該前面に対し反対側となる背面には背面電極が形成され、かつ当該前面および当該背面と直交する第１の側面における当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第１の凹溝を有し、かつ第１の側面と反対側の第２の側面において当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第２の凹溝を有し、かつ前面および背面が前記第１プリント基板の表面に直交し当該第１の側面または第２の側面が当該表面に対向するように並列に配置された複数の第１の圧電体と、
前記第１の圧電体と同一の構造であってその前面および背面が前記第１のプリント基板の前記表面と反対側となる裏面に直交し、かつ前記第１の凹溝または第２の凹溝が当該裏面に対向するように並列に配置される複数の第２の圧電体と、
前記第１プリント基板の前記表面上に形成され、かつ前記第１の圧電体の第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第１の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第１電極リードと、
前記第１プリント基板の前記裏面上に形成され、前記第２の圧電体の前記第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第２の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第２電極リードとを有する超音波トランスデューサを備えたこと、
を特徴とする超音波プローブ。
【請求項１】
第１プリント基板と、
超音波放射方向側の前面には前面電極が、反対側の背面には背面電極が形成され、かつ当該前面および当該背面と直交する第１の側面における当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第１の凹溝を有し、かつ第１の側面と反対側の第２の側面において当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第２の凹溝を有し、かつ前面および背面が前記第１プリント基板の表面に直交し当該第１の側面または第２の側面が当該表面に対向するように並列に配置された複数の第１の圧電体と、
前記第１の圧電体と同一の構造であってその前面および背面が前記第１のプリント基板の前記表面と反対側の裏面に直交し、かつ前記第１の凹溝または第２の凹溝が当該裏面に対向するように並列に配置される複数の第２の圧電体と、
前記第１プリント基板の前記表面上に形成され、かつ前記第１の圧電体の第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第１の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第１電極リードと、
前記第１プリント基板の前記裏面上に形成され、前記第２の圧電体の前記第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第２の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第２電極リードとを備えたこと、
を特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記第１の圧電体および第２の圧電体のそれぞれは、前記前面から前記背面の方向に複数の圧電素子が積層されて構成され、かつ該積層される該複数の圧電素子それぞれの間には内部電極が形成される積層圧電体であること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記第１の凹溝および第２の凹溝の深さより、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードが前記第１プリント基板の面から突出する高さの方が長いこと、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記第１プリント基板における第１電極リードおよび第２電極リードのそれぞれには、対応する前記第１の圧電体および第２の圧電体それぞれの前記前面電極および前記背面電極のうち、同種の電極のみが結合されること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記第１プリント基板の表面と対向する、前記第１の圧電体側の前記第１の側面または前記第２の側面と前記第１の電極リードとの間に設けられた導電性の薄膜を介して、該第１プリント基板における該第１電極リードと、該第１の圧電体における前記前面電極または前記背面電極とが接続され、
前記第１プリント基板の裏面と対向する、前記第２の圧電体側の前記第１の側面または前記第２の側面と前記第２の電極リードとの間に設けられた導電性の薄膜を介して、該第１プリント基板における該第２電極リードと、該第２の圧電体における前記前面電極または前記背面電極とが接続されること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記第１プリント基板とほぼ同一の構造であって、前記第１の圧電体における前記第１プリント基板と接続された第１の側面と反対側である第２の側面または第２の側面と反対側である第１の側面に対し、その表面が直接的または間接的に接続される第２プリント基板と、
前記第１の圧電体と同一の構造であって、その前面および背面が前記第２プリント基板の裏面に直交し、前記第１の凹溝または第２の凹溝が当該裏面に対向するとともに並列に配置される複数の第３の圧電体と、を備えたこと、
を特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
第１プリント基板と、
超音波放射方向側の前面には前面電極が、当該前面に対し反対側となる背面には背面電極が形成され、かつ当該前面および当該背面と直交する第１の側面における当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第１の凹溝を有し、かつ第１の側面と反対側の第２の側面において当該前面電極側の端縁から当該背面電極側の端縁へ向かって形成された第２の凹溝を有し、かつ前面および背面が前記第１プリント基板の表面に直交し当該第１の側面または第２の側面が当該表面に対向するように並列に配置された複数の第１の圧電体と、
前記第１の圧電体と同一の構造であってその前面および背面が前記第１のプリント基板の前記表面と反対側となる裏面に直交し、かつ前記第１の凹溝または第２の凹溝が当該裏面に対向するように並列に配置される複数の第２の圧電体と、
前記第１プリント基板の前記表面上に形成され、かつ前記第１の圧電体の第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第１の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第１電極リードと、
前記第１プリント基板の前記裏面上に形成され、前記第２の圧電体の前記第１の凹溝または第２の凹溝に収納され、かつ該第２の圧電体それぞれの前記前面電極または背面電極の一方と直接にまたは間接に結合される複数の第２電極リードとを有する超音波トランスデューサを備えたこと、
を特徴とする超音波プローブ。
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４２５５２（Ｐ２０１３−４２５５２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４９８７９（Ｐ２０１２−２４９８７９）
【出願日】平成２４年１１月１４日（２０１２．１１．１４）
【分割の表示】特願２００８−１２２９８６（Ｐ２００８−１２２９８６）の分割
【原出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月１４日（２０１２．１１．１４）
【分割の表示】特願２００８−１２２９８６（Ｐ２００８−１２２９８６）の分割
【原出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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