超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法
【課題】従来よりも接地電極の長さを短くして超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができ、なおかつ信号電極の表面をできるだけ平滑にすることができる超音波プローブの圧電振動子を提供する。
【解決手段】圧電振動子１５の圧電体２６に設けられた第二充填部３４は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、圧電材部３２よりも研削されずに前記圧電体２６の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体２６の表面から突出する突部３４ａを有しており、一方で第一充填部３３は、前記圧電体２６の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部３４を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されており、前記突部３４ａの上の導電層２７が突出して接地電極２９の表面に突起部３５が形成されている。
【解決手段】圧電振動子１５の圧電体２６に設けられた第二充填部３４は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、圧電材部３２よりも研削されずに前記圧電体２６の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体２６の表面から突出する突部３４ａを有しており、一方で第一充填部３３は、前記圧電体２６の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部３４を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されており、前記突部３４ａの上の導電層２７が突出して接地電極２９の表面に突起部３５が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に超音波を送受信する超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に超音波を照射し、その反射エコー（ｅｃｈｏ）を画像化する超音波診断装置においては、超音波の送受信を行なう超音波プローブが超音波診断装置本体と接続されている。前記超音波プローブは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材からなる圧電振動子と、この圧電振動子に対して超音波照射側に配置される音響整合層と、前記圧電振動子に対して超音波照射側とは反対側に配置されるバッキング材層と、このバッキング材と前記圧電振動子の間に挟まれて、この圧電振動子の電極に接続されるフレキシブル基板とを備えている。
【０００３】
前記圧電振動子としては、信号電極が形成された面と同一面に、この信号電極の形成面とは反対側の面から回り込むようにして接地電極を形成した、いわゆる回り込み電極構造の圧電振動子がある（例えば、特許文献１参照）。この圧電振動振動子は、前記信号電極が形成された面においては、この信号電極を挟むようにして両端部に接地電極が形成され、圧電振動子に電圧を印加すると、この圧電振動子において前記信号電極を有する中間部分が弾性振動するようになっている。このような回り込み電極構造の圧電振動子は、前記接地電極及び前記信号電極と、前記フレキシブル基板とを同一面において接続することができるので接続構造を簡単にすることができるというメリットを有している。
【０００４】
また、前記圧電振動子として、ＰＺＴ等からなる圧電体に形成した間隙に、充填材として樹脂を充填した複合圧電体が知られている（例えば、特許文献２参照）。この複合圧電体は、音響インピーダンスがＰＺＴよりも小さくなって前記音響整合層の音響インピーダンスに近づくとともに、電気機械結合係数を上昇させることができるという効果を有している。前記のような回り込み電極構造の圧電振動子が複合圧電体である場合、前記信号電極が形成されている中間部に樹脂が充填されている。
【０００５】
さらに、前記圧電振動子における超音波照射側とは反対側の面に、タングステン等で形成される反射層が接着される場合がある。この反射層は、前記圧電振動子の弾性振動によって生じる超音波を被検体の方向（前記音響整合層側）へ反射するものであり、前記圧電振動子による共鳴振動が励起されると、前記反射層を固定端とする定在波が形成される。
【０００６】
ちなみに、前記反射層は、前記圧電振動子が回り込み電極構造である場合、前記信号電極と前記接地電極とに接着される。ここで、前記反射層を形成するタングステンは導電性を有しており、前記フレキシブル基板は前記反射層と接続され、この反射層を介して前記各電極と電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００７−１６７４４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記超音波プローブにおいて、超音波の走査方向に配列された圧電振動子が長くなると、前記超音波プローブの厚みが増すことになる。超音波プローブが厚くなると、特にセクタ型の超音波プローブにおいては、肋間からのスキャンを行う際に、被検体の体表との接触が不十分になり撮影上好ましくない。従って、前記圧電振動子が長くなることは好ましいことではない。しかし、前記回り込み電極構造の圧電振動子にあっては、一つの面に前記信号電極のほか前記接地電極を有する分だけ圧電振動子が長くなってしまう。ここで、回り込み電極構造を有する前記圧電振動子において、前記接地電極が形成されている両端部は超音波の送受信の際には振動しない部分であり、超音波の送受信には直接寄与しない部分である。従って、従来においては、前記接地電極をできるだけ短くして、圧電振動子の長さを抑制している。
【０００８】
前記圧電振動子の信号電極及び接地電極と、前記フレキシブル基板又は前記反射層などの導体とは、エポキシ樹脂接着剤等を用いて圧着することにより接続されるようになっている。このような接続構造においては、前記圧電振動子における前記各電極の表面と前記フレキシブル基板における導体又は前記反射層の表面のそれぞれにおいて隆起している部分同士が接触して導通が成り立つようになっている。このようなことから、従来において、前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極の長さは、前記フレキシブル基板との導通が確保できる面積が最低限確保できるような長さになっている。従って、これ以上接地電極の長さを短くすることはできず、前記圧電振動子の長さを短くしようとした場合は、前記信号電極の長さを短くせざるを得ず、感度が劣化することになる。
【０００９】
また、前記圧電振動子に前記反射層を接着する場合、前記圧電振動子及び前記反射層の対向する接着面に凹凸があると、凹部に接着剤が溜まり、この結果接着層が厚くなる。ここで、接着層が厚くなると、前記圧電振動子によって励起された共鳴振動において、前記反射層を固定端として十分に機能させることができなくなる。この結果、被検体側へ放射される超音波のパワーが損なわれることになる。また、超音波の受信時においても、前記反射層が固定端として十分に機能しなくなると、前記反射層側へエコー信号が透過し、前記圧電振動子で受信されるエコー信号が小さくなる。そこで、前記圧電振動子及び前記反射層の間の接着層をできるだけ薄く均一な厚さにするため、前記圧電振動子及び前記反射層の対向する接着面は、共に研削によって鏡面加工されて、凹凸がミクロンオーダー未満にまで抑えられる。
【００１０】
しかし、前記圧電振動子が複合圧電体で形成される場合、充填材である樹脂と圧電材料とは弾性率が異なるために、前記圧電振動子を鏡面加工すると、研削時には樹脂の部分が圧縮され、その結果圧電材の部分に応力が集中する。従って、樹脂の部分よりも圧電材の部分が研削され、且つ研削後は応力が開放されて樹脂の部分は膨張して突出する。その結果、前記圧電振動子における前記反射層との接着面である前記信号電極表面の凹凸がミクロンオーダーを超えて大きくなり、前記反射層との間の前記接着層を薄く均一な厚さにすることができない。従って、特に複合圧電体で形成される圧電振動子においては、信号電極の表面をできるだけ平滑にすることが望まれている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、従来よりも接地電極の長さを短くして超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができ、なおかつ信号電極の表面をできるだけ平滑にすることができる超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第１の観点の発明は、圧電体の表面に設けられた導電層で構成される信号電極と接地電極とが前記圧電体における同一の面に形成された超音波プローブの圧電振動子であって、前記圧電体は、該圧電体に形成された間隙に充填材が充填されて形成された充填部と、圧電材からなる圧電材部とで構成され、前記充填部として、前記圧電振動子における前記信号電極を有する部分に設けられた第一充填部と、前記圧電振動子において前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極を有する部分に設けられた第二充填部とを有し、該第二充填部は、前記圧電体の表面を研削した時に、前記圧電材部よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体の表面から突出する突部を有しており、一方で前記第一充填部は、前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されており、前記第二充填部における突部の上の前記導電層が突出して前記接地電極の表面に突起部が形成されている、ことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１３】
第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、前記第一充填部の充填材と前記第二充填部の充填材は、互いに前記被研削性が異なる樹脂であることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１４】
第３の観点の発明は、第１又は２の観点の発明において、前記信号電極及び前記接地電極には、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体が面圧着されることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１５】
第４の観点の発明は、第１〜３のいずれか一の観点の発明において、前記接地電極は、前記圧電体の両端部において前記信号電極と同一面に形成されて前記突起部を有する第一の部分と、前記圧電体において前記第一の部分が形成された面と反対側の面に形成された第二の部分と、前記圧電体において前記第一の部分と前記第二の部分の間の側面に形成された第三の部分とからなり、また、前記信号電極は、前記圧電体における両端部の間の中間部の表面に、前記接地電極の第一の部分に挟まれるように形成されており、前記第一充填部は、前記圧電体における両端部の間の中間部分に設けられ、一方で前記第二充填部は、前記圧電体の両端部に設けられていることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１６】
第５の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第二充填部同士の間隔が、隣り合う前記第一充填部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１７】
第６の観点の発明は、第１〜５のいずれか一の観点の発明において、前記圧電振動子における前記信号電極及び前記接地電極が形成された面には、前記圧電振動子で発生する超音波を反射する反射層が接着されることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１８】
第７の観点の発明は、第１〜６のいずれか一の観点の発明に係る圧電振動子を備えることを特徴とする超音波プローブである。
【００１９】
第８の観点の発明は、第７の観点の発明において、前記圧電振動子に対し、該圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面とは反対側である超音波照射側に配置される音響整合層と、前記圧電振動子に対し、前記信号電極と前記接地電極とが形成された面側に配置されるバッキング材層と、該バッキング材層と前記圧電振動子との間に配置されて、前記信号電極及び前記接地電極と接続されるフレキシブル基板と、を備えることを特徴とする超音波プローブである。
【００２０】
第９の観点の発明は、第８の観点の発明において、前記圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面と圧着されて、該圧電振動子の弾性振動によって発生する超音波を反射する導電性の反射層を備え、該反射層を介して、前記フレキシブル基板が前記信号電極及び前記接地電極と接続されることを特徴とする超音波プローブである。
【００２１】
第１０の観点の発明は、第７〜９のいずれか一の観点の発明に係る超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置である。
【００２２】
第１１の観点の発明は、圧電材からなる圧電体に所定深さの第一の溝を形成する第一溝形成工程と、該第一の溝に充填材を充填して第一充填部を形成する第一充填部形成工程と、前記圧電体における前記第一の溝が形成された部分とは別の部分に、所定深さの第二の溝を形成する第二溝形成工程と、該第二の溝に充填材を充填して第二充填部を形成する第二充填部形成工程と、前記第一充填部及び前記第二充填部が形成された前記圧電体の表面を研削する研削工程と、該研削工程を経た前記圧電体の表面に、信号電極及び接地電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、を含み、前記第二充填部形成工程において、前記第二の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時に、圧電材の部分よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質であり、また、前記第一充填部形成工程において、前記第一の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質であり、前記研削工程では、前記第二充填部の一部を前記圧電体の表面から突出させて突部を形成する一方で、前記第一充填部が前記圧電体の表面から突出しないように研削を行い、前記導電層形成工程では、前記導電層を、前記突部の上において突出して突起部が形成されるようにして前記圧電体の表面に形成し、前記導電層における前記突起部が形成された部分は接地電極であることを特徴とする超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、前記圧電体に前記間隙を形成して充填材を充填した後であって、前記圧電体の表面に前記導電層を設ける前に、前記圧電体の表面を研削することにより、前記第二充填部の突部を形成することができる。そして、このように前記第二充填部の突部が形成された前記圧電体の表面に前記導電層を設けることにより、前記突部の上の導電層が突出して前記接地電極の表面に前記突起部を形成することができる。この突起部により、前記圧電振動子に電圧を印加するために前記接地電極と圧着される導体との導通を確実にすることができるので、従来よりも前記接地電極の長さを短くすることができる。従って、感度を劣化させることなく、前記圧電振動子を従来よりも短くすることができ、これによって超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができる。
【００２４】
また、前記圧電体は、前記信号電極を有する部分に第一充填部が形成された複合圧電体であるが、前記第一充填部は、前記圧電体の表面を研削したときにおける被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されているので、前記導電層を設ける前における前記圧電体の表面の研削により、前記第一充填部を前記圧電体の表面から突出しないように形成することができる。従って、前記圧電体の表面に形成された前記導電層により構成される信号電極の表面をできるだけ平滑にすることができるので、この信号電極と接着剤によって圧着される前記導体との接着層をできるだけ薄くかつ均一にすることができる。
【００２５】
さらに、前記信号電極の表面の平滑度が高く、一方で前記接地電極の表面には前記突起部が形成されているので、前記圧電振動子の平均の厚さが、前記信号電極を有する部分よりも前記接地電極を有する部分の方が厚くなる。これにより、前記圧電振動子の同一の面に形成された前記信号電極及び前記接地電極に前記導体を圧着したときの応力を、前記接地電極に集中させることができ、前記接地電極と前記導体とを強固に圧着することができる。従って、このようなことからも、前記接地電極の長さを従来よりも短くすることが可能であるということができる。
【００２６】
また、前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第二充填部同士の間隔を、隣り合う前記第一充填部同士の間隔よりも狭くすることにより、前記第二充填部の突部の上に形成された突起部の間隔がより狭くなる。これにより、前記圧電振動子において前記接地電極を有する部分における平均の厚さがより厚くなるので、前記信号電極及び前記接地電極と、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体とを面圧着した状態において圧着面にかかる応力が前記接地電極に集中する。従って、前記接地電極と前記導体との圧着力を強化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
第一実施形態について説明する。図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成を示すブロック図、図２は、図１に示す超音波診断装置における超音波プローブの外観を示す一部切欠斜視図、図３は、第一実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の外観を示す斜視図、図４は、図３に示す機能素子部の断面図、図５は、機能素子部を構成する圧電振動子を示す斜視図、図６〜図１１は、圧電振動子の製造工程の概略説明図である。
【００２８】
先ず、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成について図１に基づいて説明する。図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１とこの超音波プローブ１０１が接続される超音波診断装置本体１０２とを備えている。
【００２９】
前記超音波プローブ１０１は、図２に示すように、本例ではセクター（ｓｅｃｔｏｒ）型のプローブであり、被検体に超音波を送信し、またこの超音波の送信に対して得られる超音波エコーを受信する。この超音波プローブ１０１の詳細な構成については後述する。
【００３０】
前記超音波診断装置本体１０２は、送受信部１０３、画像処理部１０４、表示部１０５、制御部１０６、操作部１０７を備えている。前記送受信部１０３は、前記超音波プローブ１０１を駆動して超音波を送信させ、また前記超音波プローブ１０１で受信した超音波エコーについて、整相加算処理等の信号処理を行う。
【００３１】
前記画像処理部１０４は、前記送受信部１０３で信号処理されたエコー信号に基づいて、Ｂモード画像等の超音波画像を作成する。そして、前記画像処理部１０４で作成された超音波画像は、前記表示部１０５に表示される。
【００３２】
前記操作部１０７では、操作者によって各種の指示が入力されるようになっている。前記操作部１０７は、指示の入力があると、指示信号を前記制御部１０６へ出力する。前記制御部１０６は、前記操作部１０７からの指示信号や、予め記憶されたプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）に基づいて、前記超音波診断装置本体１０２の各部を制御する。
【００３３】
前記超音波プローブ１０１について詳細に説明する。図２に示すように、前記超音波プローブ１０１は、先端部に音響レンズ部１０を有している。また、前記超音波プローブ１０１は、プローブ筐体１１、前記超音波診断装置本体１０２と接続するための接続ケーブル１２を備えている。
【００３４】
前記プローブ筐体１１内には、機能素子部１３が設けられている。この機能素子部１３について、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。前記機能素子部１３は、音響整合層１４、圧電振動子１５、接着層１６、反射層１７、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）材層１８、及びフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板１９を備えている。ｘ軸方向に長い直方体の形状を有する前記音響整合層１４、前記圧電振動子１５及び前記反射層１７は、超音波の照射方向に沿った方向であるｚ軸方向に積み重ねられて積層体２０を構成する。そして、この積層体２０が、ｙ軸方向に複数配列されている。
【００３５】
前記音響整合層１４は、前記圧電振動子１５における超音波照射方向側の板面に接着されている（接着層については図示省略）。前記音響整合層１４は、前記圧電振動子１５と前記音響レンズ部１０の中間の音響インピーダンスを有する。また、前記音響整合層１４は、透過する超音波の概ね１／４波長の厚さを有し、音響インピーダンスの異なる境界面での反射を抑制する。また、前記音響整合層１４は、本例では１層の例が図示されているが、２層或いは多層になっていてもよい。前記音響整合層１４は、本発明における音響整合層の実施の形態の一例である。
【００３６】
前記反射層１７は、前記圧電振動子１５における前記音響整合層１４とは反対側の面に、エポキシ樹脂接着剤等からなる前記接着層１６によって圧着されている。前記反射層１７は、前記圧電振動子１５の弾性振動によって前記反射層１７側へ生じる超音波を被検体の方向へ反射する。前記反射層１７は、本発明における反射層の実施の形態の一例である。
【００３７】
ちなみに、前記圧電振動子１５の後述する信号電極２８及び前記接地電極２９の間に印加される電圧によって圧電振動子１５による共鳴振動が励起されると、前記反射層１７を固定端とする定在波が形成される。この定在波は前記圧電振動子１５の厚さを１／４波長とする定在波である。
【００３８】
前記反射層１７の材質は、超音波を反射するという目的から、音響インピーダンスの高いものが好ましく、タングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ）等が用いられる。このタングステンは導電性を有しており、前記反射層１７は、前記フレキシブル基板１９の後述する第一銅箔層２２及び第二銅箔層２３と、前記圧電振動子１５の信号電極２８及び接地電極２９とを電気的に接続する機能を有している。これにより、前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３から供給される電圧が、前記反射層１７を介して前記圧電振動子１５に印加されるようになっている。前記反射層１７は、本発明において、信号電極及び接地電極に圧着されて圧電振動子に電圧を印加するための導体の実施の形態の一例である。
【００３９】
前記反射層１７は、前記接着層１６をできるだけ薄く均一にするために、前記圧電振動子１５との接着面１７ａに鏡面研磨が施されている。
【００４０】
前記反射層１７、前記接着層１６及び前記圧電振動子１５の長さ方向における両端部には、掘削孔２１，２１が形成されている。この掘削孔２１，２１は、例えば前記圧電振動子１５及び前記反射層１７を前記接着層１６によって接着した後、前記反射層１７側からダイアモンド砥石等を用いた切削加工によって形成される。
【００４１】
前記反射層１７における前記圧電振動子１５との接着面１７ａとは反対側の面には、前記バッキング材層１８との間に前記フレキシブル基板１９が接着剤を用いて圧着されている（接着層は図示省略）。そして、前記フレキシブル基板１９は、前記バッキング材層１８の厚み方向側面に沿って引き出され、前記接続ケーブル１２と接続されている（接続構造については図示省略）。
【００４２】
前記フレキシブル基板１９の構成について説明すると、このフレキシブル基板１９は、図４に示すように、第一銅箔層２２、第二銅箔層２３、第一ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）膜層２４及び第二ポリイミド膜層２５の４層からなる。前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３は、前記第一ポリイミド膜層２４によって互いに絶縁されている。前記第一銅箔層２２は、前記反射層１７に接着された状態において、前記掘削孔２１，２１よりも前記反射層１７における両端部側に位置するように形成されている。また、前記第二銅箔２３は、前記第一ポリイミド膜層２４及び前記第二ポリイミド膜層２５の間に積層されるとともに、前記掘削孔２１，２１よりも前記反射層１７における中央部側においては、スルーホール（ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ）Ｈを介して、前記第一銅箔層２２と同一面にも存在している。同一面に存在する前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３は、分割溝Ｇにより互いに絶縁されている。この分割溝Ｇは、前記フレキシブル基板１９が前記反射層１７に接着された状態において、前記掘削孔２１，２１の位置になるように形成されている。これにより、前記第一銅箔層２２は、導電性を有する前記反射層１７における前記掘削孔２１，２１よりも端部側と電気的に接続され、一方で前記第二銅箔層２３は、前記反射層１７における前記掘削孔２１，２１の間の中間部と電気的に接続される。従って、前記第一銅箔層２２は、前記圧電振動子１５における接地電極２９の後述する第一の部分２９ａ，２９ａと前記反射層１７を介して電気的に接続され、また前記第二銅箔層２３は、前記圧電振動子１５の信号電極２８と前記反射層１７を介して電気的に接続される。
【００４３】
ちなみに、前記接地電極２９と接続される前記第一銅箔層２２は、前記フレキシブル基板１９の表面一面に形成されており、ｙ軸方向に配列された全ての前記圧電振動子１５の接地電極２９の導通が共通して図られている。一方、前記第二銅箔層２３は、図示しない銅箔層分割溝によってｙ軸方向に複数に分割され、前記フレキシブル基板１９内に形成された図示しない銅箔パターンを複数有している。この銅箔パターンは、ｙ軸方向に複数配列された前記積層体２０ごとに形成されている。
【００４４】
前記バッキング材層１８は、前記フレキシブル基板１９と接着され、或いは前記フレキシブル基板１９の背面に直接形成され、このフレキシブル基板１９を保持する。前記バッキング材層１８は、本発明におけるバッキング材層の実施の形態の一例である。
【００４５】
次に、前記圧電振動子１５について、図３及び図４のほか、図５も参照して説明する。前記圧電振動子１５は、圧電体２６の表面にスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）等によって形成された導電層２７を有し、この導電層２７により信号電極２８及び接地電極２９が構成されている。前記圧電体２６、導電層２７、信号電極２８及び接地電極２９は、それぞれ本発明における圧電体、導電層、信号電極及び接地電極の実施の形態の一例である。
【００４６】
前記信号電極２８は、前記圧電体２６における前記掘削孔２１，２１の間の中間部２６ａに形成されている。また、前記接地電極２９は、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂにおいて、前記信号電極２８と前記掘削孔２１，２１を隔てて同一面に形成された第一の部分２９ａ，２９ａと、前記圧電体２６において前記第一の部分２９ａ，２９ａが形成された面と反対側の面に形成された第二の部分２９ｂと、前記圧電体２６において前記第一の部分２９ａ，２９ａと前記第二の部分２９ｂの間の側面に形成された第三の部分２９ｃ，２９ｃとからなっている。前記信号電極２８は、前記接地電極２９における第一の部分２９ａ，２９ａに挟まれるようにして形成されており、前記両電極２８，２９は、前記掘削孔２１，２１によって電気的に絶縁されている。そして、前記信号電極２８及び前記接地電極２９における第一の部分２９ａ，２９ａが、前記反射層１７と圧着されている。前記第一の部分２９ａ、前記第二の部分２９ｂ及び前記第三の部分２９ｃは、本発明における前記第一の部分、前記第二の部分及び前記第三の部分の実施の形態の一例である。
【００４７】
前記圧電体２６は、間隙３０に充填材が充填されて形成された充填部３１と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部３２とで構成されている。前記圧電体２６は、前記信号電極２８を有する中間部２６ａに、前記充填部３１として、後述する第一充填部３３を有しており、複合圧電体である。前記充填部３１及び前記圧電材部３２は、それぞれ本発明における充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。
【００４８】
前記充填部３１としては、前記圧電体２６における中間部２６ａに設けられた第一充填部３３と、前記圧電体２６における両端部、すなわち端部２６ｂ，２６ｂに設けられた第二充填部３４とを有している。これら第一充填部３３及び第二充填部３４は、それぞれ本発明における第一充填部及び第二充填部の実施の形態の一例である。前記第一充填部３３及び前記第二充填部３４は、それぞれ複数形成されており、本例では隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１と、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２とが等しくなっている。
【００４９】
前記第一充填部３３及び前記第二充填部３４についてさらに説明する。先ず、前記第二充填部３４について説明すると、この第二充填部３４は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電材部３２よりも研削されずに前記圧電体２６の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体２６の表面から突出する突部３４ａ，３４ａを有している。この突部３４ａ，３４ａは、本発明における突部の実施の形態の一例である。
【００５０】
前記第一充填部３３は、前記圧電体２６の表面を研削した時における被研削性が、前記第一充填部３３を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されている。前記第一充填部３３は、前記第二充填部３４とは異なり、前記圧電体２６の表面から突出しておらず、従って前記圧電体２６における中間部２６ａの表面は平滑になっている。
【００５１】
ここで、前記各充填部３３，３４を形成する充填材について具体的に説明する。前記各充填部３３，３４を形成する充填材は、被研削性が異なる樹脂が用いられ、本例では被研削性が異なるエポキシ樹脂が用いられる。すなわち、前記第二充填部３４を形成する充填材としては、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電材部３２よりも研削されずに、前記圧電体２６の表面から突出する突部３４ａ，３４ａが形成されるエポキシ樹脂が用いられる。一方、前記第一充填部３３を形成する充填材としては、前記第二充填部３４を形成する充填材よりも弾性率が低く、前記圧電体２６の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部３４を形成するエポキシ樹脂よりも優れているエポキシ樹脂が用いられる。さらに、前記第一充填部３３の充填材について云うと、この第一充填部３３を形成するエポキシ樹脂は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電体２６の表面からの前記第一充填部３３の突出を抑制することができる研削性を有する材質のエポキシ樹脂である。
【００５２】
前記導電層２７は、前記突部３４ａ，３４ａの上において突出しており、前記接地電極２９における第一の部分２９ａ及び第二の部分２９ｂは、突起部３５を有している。この突起部３５は、本発明における突起部の実施の形態の一例である。ここで、前記圧電振動子１５と前記反射層１７の間には前記接着層１６が介在しているが、前記突起部３５と前記反射層１７との間には前記接着層１６は介在せず、これにより前記突起部３５と前記反射層１７とが接触して互いに導通している。
【００５３】
さて、上述のような構成の前記圧電振動子１５の製造方法について図６〜図１１に基づいて説明する。先ず、図６に示すように、前記圧電体２６の中間部２６ａに、所定深さの第一の溝４０を形成する（第一溝形成工程）。この第一の溝４０は、前記圧電振動子１５における前記間隙３０（図４、図５参照）を構成する。次に、図７に示すように、前記第一の溝４０にエポキシ樹脂からなる充填材を充填して前記第一充填部３３を形成する（第一充填部形成工程）。
【００５４】
次に、図８に示すように、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂに、所定深さの第二の溝４１を形成する（第二溝形成工程）。この第二の溝４１も、前記間隙３０を構成する。そして、図９に示すように、前記第二の溝４１に、充填材として、前記第一の溝４０に充填したエポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂を充填して前記第二充填部３４を形成する（第二充填部形成工程）。ただし、この時には前記第二充填部３４は、前記突部３４ａ，３４ａを有さない。
【００５５】
前記各充填部３３，３４を構成するエポキシ樹脂が硬化した後、図１０に示すように、前記圧電体２６の両面を研削する（研削工程）。この時、前記第二充填部３４は、前記圧電材部３２及び前記第一充填部３３よりも弾性率が低いため圧縮され、前記第二充填部３４よりも前記圧電材部３２及び前記第一充填部３３に大きな応力がかかる。従って、前記第二充填部３４よりも前記圧電材部３２及び前記第一充填部３３が研削され、かつ研削後は前記第二充填部３４が膨張して前記圧電体２６の表面において突出し、前記突部３４ａ，３４ａが形成される。一方で、前記第一充填部３３については、前記圧電材部３２と同様に研削され、前記圧電体２６において、前記第一充填部３３を有する中間部２６ａは、表面が平滑になる。
【００５６】
前記研削工程の後、図１１に示すように、前記圧電体２６の表面に導電層２７をスパッタ等によって形成する（導電層形成工程）。前記導電層２７の形成は、前記突部３４ａ，３４ａの上に、前記突起部３５が形成されるように行う。
【００５７】
ちなみに、前記各工程を経て得られた圧電振動子１５を、前記反射層１７と前記接着層１６によって接着した後、前記反射層１７側から切削加工を行って前記掘削孔２１，２１(図１１では図示省略)を形成することにより、前記信号電極２８及び前記接地電極２９が形成される。また、前記各工程を経て得られた圧電振動子１５は、縦方向及び横方向にほぼ同じ長さを有する板状体であり、この板状体からなる圧電振動子１５を前記バッキング材層１８及び前記フレキシブル基板１９上に積層した後に、ｙ軸方向に分割することにより、ｙ軸方向に配列された短冊状の圧電振動子１５を形成する。
【００５８】
以上説明した本例によれば、前記接地電極２９に形成された突起部３５により、前記接地電極２９と前記反射層１７との導通を確実にすることができるので、前記信号電極２８と同一の面に形成された前記接地電極２９の前記第一の部分２９ａ，２９ａの長さを、従来よりも短くすることができる。従って、感度を劣化させることなく、前記圧電振動子１５を従来よりも短くすることができ、これによって超音波プローブ１０１の厚み方向（ｘ軸方向）の寸法を小さくすることができる。
【００５９】
また、前記第一充填部３３は、前記圧電体２６の表面に突出せず、この圧電体２６の中間部２６ａの表面を平滑にすることができる。これにより、前記信号電極２８の表面の凹凸をミクロンオーダー未満に抑えることができ、できるだけ平滑にすることができるので、前記接着層１６をできるだけ薄くかつ均一にすることができる。これにより、前記圧電振動子１５によって励起される共鳴振動における前記反射層１７の固定端としての機能を、前記接着層１６が妨げることはなく、被検体側へ放射される超音波のパワーを大きくすることができる。また、超音波の受信時においても、前記反射層１７の固定端としての機能を前記接着層１６が妨げることがないので、前記反射層１７側へ透過しようとするエコー信号を前記圧電振動子１５内にとどめ、この圧電振動子１５で受信されるエコー信号を大きくすることができる。
【００６０】
さらに、前記信号電極２８の表面の平滑度が高く、一方で前記接地電極２９の表面には前記突起部３５が形成されているので、前記圧電振動子１５の平均の厚さが、前記信号電極２８を有する中間部２６ａよりも前記接地電極２９を有する端部２６ｂ，２６ｂの方が厚くなる。これにより、前記信号電極２８及び前記接地電極２９の第一の部分２９ａに、前記反射層１７を圧着したときの応力を前記接地電極２９の第一の部分２９ａに集中させることができ、前記接地電極２９と前記反射層１７とを強固に圧着することができる。従って、このようなことからも、前記接地電極２９の長さを従来よりも短くすることが可能であるということができる。
【００６１】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。図１２は、第二実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。なお、第一実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
図１２に示す本例の圧電振動子５０では、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２が、隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１よりも狭くなっている。隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１は、第一実施形態と同様であることから、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２は、第一実施形態よりも狭くなっている。
【００６３】
本例の圧電振動子５０も、第一実施形態の圧電振動子１５の製造工程と基本的には同様の製造工程を経て製造される。ただし、第二溝形成工程においては、図１３に示すように、隣り合う前記第二の溝４１同士の間隔Ｔ２が、隣り合う前記第一の溝４０同士の間隔Ｔ１よりも狭くなるように、前記第二の溝４１を形成する。
【００６４】
本例の圧電振動子５０によれば、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２は、隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１よりも狭く、第一実施形態よりも隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２が狭くなっているので、隣り合う前記突起部３５同士の間隔が第一実施形態よりも狭くなる。これにより、前記圧電振動子１５において前記接地電極２９の第一の部分２９ａ，２９ａが形成された両端部の平均の厚さをより厚くすることができるので、前記接地電極２９の第一の部分２９ａと前記反射層１７とをより強固に圧着することができる。
【００６５】
以上、本発明を前記各実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記突起部３５は、前記信号電極２８と同一の面に形成された前記接地電極２９の第一の部分２９ａ側のみに設けられていてもよい。
【００６６】
また、前記機能素子部１３は、前記反射層１７を有していなくてもよい。この場合、前記圧電振動子１５における前記音響整合層１４とは反対側の面には、前記フレキシブル基板１９を接着剤を用いて圧着する。
【００６７】
また、前記第一充填部３３よりも前記第二充填部３４を太くして、研削によって前記第二充填部３４の先端が前記圧電体２６の表面から突出しやすくしてもよい。この場合には、前記第一充填部３３の太さが前記第二充填部３４よりも細いので、研削によって前記圧電体２６における中間部２６の表面を容易に平滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波診断装置における超音波プローブの外観を示す一部切欠斜視図である。
【図３】第一実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示す機能素子部の断面図である。
【図５】機能素子部を構成する圧電振動子を示す斜視図である。
【図６】圧電振動子の製造工程における第一溝形成工程を示す概略説明図である。
【図７】圧電振動子の製造工程における第一充填部形成工程を示す概略説明図である。
【図８】圧電振動子の製造工程における第二溝形成工程を示す概略説明図である。
【図９】圧電振動子の製造工程における第二充填部形成工程を示す概略説明図である。
【図１０】圧電振動子の製造工程における研削工程を示す概略説明図である。
【図１１】圧電振動子の製造工程における導電層形成工程を示す概略説明図である。
【図１２】第二実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。
【図１３】第二実施形態における圧電振動子の製造工程の中の第二溝形成工程を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１４ 音響整合層
１５，５０ 圧電振動子
１７ 反射層
１８ バッキング材層
１９ フレキシブル基板
２６ 圧電体
２６ａ 中間部
２６ｂ 端部
２７ 導電層
２８ 信号電極
２８ａ 第一の部分
２８ｂ 第二の部分
２８ｃ 第三の部分
２９ 接地電極
３０ 間隙
３１ 充填部
３２ 圧電材部
３３ 第一充填部
３４ 第二充填部
３４ａ 突部
３５ 突起部
４０ 第一の溝
４１ 第二の溝
１００ 超音波診断装置
１０１ 超音波プローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に超音波を送受信する超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に超音波を照射し、その反射エコー（ｅｃｈｏ）を画像化する超音波診断装置においては、超音波の送受信を行なう超音波プローブが超音波診断装置本体と接続されている。前記超音波プローブは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材からなる圧電振動子と、この圧電振動子に対して超音波照射側に配置される音響整合層と、前記圧電振動子に対して超音波照射側とは反対側に配置されるバッキング材層と、このバッキング材と前記圧電振動子の間に挟まれて、この圧電振動子の電極に接続されるフレキシブル基板とを備えている。
【０００３】
前記圧電振動子としては、信号電極が形成された面と同一面に、この信号電極の形成面とは反対側の面から回り込むようにして接地電極を形成した、いわゆる回り込み電極構造の圧電振動子がある（例えば、特許文献１参照）。この圧電振動振動子は、前記信号電極が形成された面においては、この信号電極を挟むようにして両端部に接地電極が形成され、圧電振動子に電圧を印加すると、この圧電振動子において前記信号電極を有する中間部分が弾性振動するようになっている。このような回り込み電極構造の圧電振動子は、前記接地電極及び前記信号電極と、前記フレキシブル基板とを同一面において接続することができるので接続構造を簡単にすることができるというメリットを有している。
【０００４】
また、前記圧電振動子として、ＰＺＴ等からなる圧電体に形成した間隙に、充填材として樹脂を充填した複合圧電体が知られている（例えば、特許文献２参照）。この複合圧電体は、音響インピーダンスがＰＺＴよりも小さくなって前記音響整合層の音響インピーダンスに近づくとともに、電気機械結合係数を上昇させることができるという効果を有している。前記のような回り込み電極構造の圧電振動子が複合圧電体である場合、前記信号電極が形成されている中間部に樹脂が充填されている。
【０００５】
さらに、前記圧電振動子における超音波照射側とは反対側の面に、タングステン等で形成される反射層が接着される場合がある。この反射層は、前記圧電振動子の弾性振動によって生じる超音波を被検体の方向（前記音響整合層側）へ反射するものであり、前記圧電振動子による共鳴振動が励起されると、前記反射層を固定端とする定在波が形成される。
【０００６】
ちなみに、前記反射層は、前記圧電振動子が回り込み電極構造である場合、前記信号電極と前記接地電極とに接着される。ここで、前記反射層を形成するタングステンは導電性を有しており、前記フレキシブル基板は前記反射層と接続され、この反射層を介して前記各電極と電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００７−１６７４４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記超音波プローブにおいて、超音波の走査方向に配列された圧電振動子が長くなると、前記超音波プローブの厚みが増すことになる。超音波プローブが厚くなると、特にセクタ型の超音波プローブにおいては、肋間からのスキャンを行う際に、被検体の体表との接触が不十分になり撮影上好ましくない。従って、前記圧電振動子が長くなることは好ましいことではない。しかし、前記回り込み電極構造の圧電振動子にあっては、一つの面に前記信号電極のほか前記接地電極を有する分だけ圧電振動子が長くなってしまう。ここで、回り込み電極構造を有する前記圧電振動子において、前記接地電極が形成されている両端部は超音波の送受信の際には振動しない部分であり、超音波の送受信には直接寄与しない部分である。従って、従来においては、前記接地電極をできるだけ短くして、圧電振動子の長さを抑制している。
【０００８】
前記圧電振動子の信号電極及び接地電極と、前記フレキシブル基板又は前記反射層などの導体とは、エポキシ樹脂接着剤等を用いて圧着することにより接続されるようになっている。このような接続構造においては、前記圧電振動子における前記各電極の表面と前記フレキシブル基板における導体又は前記反射層の表面のそれぞれにおいて隆起している部分同士が接触して導通が成り立つようになっている。このようなことから、従来において、前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極の長さは、前記フレキシブル基板との導通が確保できる面積が最低限確保できるような長さになっている。従って、これ以上接地電極の長さを短くすることはできず、前記圧電振動子の長さを短くしようとした場合は、前記信号電極の長さを短くせざるを得ず、感度が劣化することになる。
【０００９】
また、前記圧電振動子に前記反射層を接着する場合、前記圧電振動子及び前記反射層の対向する接着面に凹凸があると、凹部に接着剤が溜まり、この結果接着層が厚くなる。ここで、接着層が厚くなると、前記圧電振動子によって励起された共鳴振動において、前記反射層を固定端として十分に機能させることができなくなる。この結果、被検体側へ放射される超音波のパワーが損なわれることになる。また、超音波の受信時においても、前記反射層が固定端として十分に機能しなくなると、前記反射層側へエコー信号が透過し、前記圧電振動子で受信されるエコー信号が小さくなる。そこで、前記圧電振動子及び前記反射層の間の接着層をできるだけ薄く均一な厚さにするため、前記圧電振動子及び前記反射層の対向する接着面は、共に研削によって鏡面加工されて、凹凸がミクロンオーダー未満にまで抑えられる。
【００１０】
しかし、前記圧電振動子が複合圧電体で形成される場合、充填材である樹脂と圧電材料とは弾性率が異なるために、前記圧電振動子を鏡面加工すると、研削時には樹脂の部分が圧縮され、その結果圧電材の部分に応力が集中する。従って、樹脂の部分よりも圧電材の部分が研削され、且つ研削後は応力が開放されて樹脂の部分は膨張して突出する。その結果、前記圧電振動子における前記反射層との接着面である前記信号電極表面の凹凸がミクロンオーダーを超えて大きくなり、前記反射層との間の前記接着層を薄く均一な厚さにすることができない。従って、特に複合圧電体で形成される圧電振動子においては、信号電極の表面をできるだけ平滑にすることが望まれている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、従来よりも接地電極の長さを短くして超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができ、なおかつ信号電極の表面をできるだけ平滑にすることができる超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第１の観点の発明は、圧電体の表面に設けられた導電層で構成される信号電極と接地電極とが前記圧電体における同一の面に形成された超音波プローブの圧電振動子であって、前記圧電体は、該圧電体に形成された間隙に充填材が充填されて形成された充填部と、圧電材からなる圧電材部とで構成され、前記充填部として、前記圧電振動子における前記信号電極を有する部分に設けられた第一充填部と、前記圧電振動子において前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極を有する部分に設けられた第二充填部とを有し、該第二充填部は、前記圧電体の表面を研削した時に、前記圧電材部よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体の表面から突出する突部を有しており、一方で前記第一充填部は、前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されており、前記第二充填部における突部の上の前記導電層が突出して前記接地電極の表面に突起部が形成されている、ことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１３】
第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、前記第一充填部の充填材と前記第二充填部の充填材は、互いに前記被研削性が異なる樹脂であることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１４】
第３の観点の発明は、第１又は２の観点の発明において、前記信号電極及び前記接地電極には、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体が面圧着されることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１５】
第４の観点の発明は、第１〜３のいずれか一の観点の発明において、前記接地電極は、前記圧電体の両端部において前記信号電極と同一面に形成されて前記突起部を有する第一の部分と、前記圧電体において前記第一の部分が形成された面と反対側の面に形成された第二の部分と、前記圧電体において前記第一の部分と前記第二の部分の間の側面に形成された第三の部分とからなり、また、前記信号電極は、前記圧電体における両端部の間の中間部の表面に、前記接地電極の第一の部分に挟まれるように形成されており、前記第一充填部は、前記圧電体における両端部の間の中間部分に設けられ、一方で前記第二充填部は、前記圧電体の両端部に設けられていることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１６】
第５の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第二充填部同士の間隔が、隣り合う前記第一充填部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１７】
第６の観点の発明は、第１〜５のいずれか一の観点の発明において、前記圧電振動子における前記信号電極及び前記接地電極が形成された面には、前記圧電振動子で発生する超音波を反射する反射層が接着されることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。
【００１８】
第７の観点の発明は、第１〜６のいずれか一の観点の発明に係る圧電振動子を備えることを特徴とする超音波プローブである。
【００１９】
第８の観点の発明は、第７の観点の発明において、前記圧電振動子に対し、該圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面とは反対側である超音波照射側に配置される音響整合層と、前記圧電振動子に対し、前記信号電極と前記接地電極とが形成された面側に配置されるバッキング材層と、該バッキング材層と前記圧電振動子との間に配置されて、前記信号電極及び前記接地電極と接続されるフレキシブル基板と、を備えることを特徴とする超音波プローブである。
【００２０】
第９の観点の発明は、第８の観点の発明において、前記圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面と圧着されて、該圧電振動子の弾性振動によって発生する超音波を反射する導電性の反射層を備え、該反射層を介して、前記フレキシブル基板が前記信号電極及び前記接地電極と接続されることを特徴とする超音波プローブである。
【００２１】
第１０の観点の発明は、第７〜９のいずれか一の観点の発明に係る超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置である。
【００２２】
第１１の観点の発明は、圧電材からなる圧電体に所定深さの第一の溝を形成する第一溝形成工程と、該第一の溝に充填材を充填して第一充填部を形成する第一充填部形成工程と、前記圧電体における前記第一の溝が形成された部分とは別の部分に、所定深さの第二の溝を形成する第二溝形成工程と、該第二の溝に充填材を充填して第二充填部を形成する第二充填部形成工程と、前記第一充填部及び前記第二充填部が形成された前記圧電体の表面を研削する研削工程と、該研削工程を経た前記圧電体の表面に、信号電極及び接地電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、を含み、前記第二充填部形成工程において、前記第二の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時に、圧電材の部分よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質であり、また、前記第一充填部形成工程において、前記第一の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質であり、前記研削工程では、前記第二充填部の一部を前記圧電体の表面から突出させて突部を形成する一方で、前記第一充填部が前記圧電体の表面から突出しないように研削を行い、前記導電層形成工程では、前記導電層を、前記突部の上において突出して突起部が形成されるようにして前記圧電体の表面に形成し、前記導電層における前記突起部が形成された部分は接地電極であることを特徴とする超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、前記圧電体に前記間隙を形成して充填材を充填した後であって、前記圧電体の表面に前記導電層を設ける前に、前記圧電体の表面を研削することにより、前記第二充填部の突部を形成することができる。そして、このように前記第二充填部の突部が形成された前記圧電体の表面に前記導電層を設けることにより、前記突部の上の導電層が突出して前記接地電極の表面に前記突起部を形成することができる。この突起部により、前記圧電振動子に電圧を印加するために前記接地電極と圧着される導体との導通を確実にすることができるので、従来よりも前記接地電極の長さを短くすることができる。従って、感度を劣化させることなく、前記圧電振動子を従来よりも短くすることができ、これによって超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができる。
【００２４】
また、前記圧電体は、前記信号電極を有する部分に第一充填部が形成された複合圧電体であるが、前記第一充填部は、前記圧電体の表面を研削したときにおける被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されているので、前記導電層を設ける前における前記圧電体の表面の研削により、前記第一充填部を前記圧電体の表面から突出しないように形成することができる。従って、前記圧電体の表面に形成された前記導電層により構成される信号電極の表面をできるだけ平滑にすることができるので、この信号電極と接着剤によって圧着される前記導体との接着層をできるだけ薄くかつ均一にすることができる。
【００２５】
さらに、前記信号電極の表面の平滑度が高く、一方で前記接地電極の表面には前記突起部が形成されているので、前記圧電振動子の平均の厚さが、前記信号電極を有する部分よりも前記接地電極を有する部分の方が厚くなる。これにより、前記圧電振動子の同一の面に形成された前記信号電極及び前記接地電極に前記導体を圧着したときの応力を、前記接地電極に集中させることができ、前記接地電極と前記導体とを強固に圧着することができる。従って、このようなことからも、前記接地電極の長さを従来よりも短くすることが可能であるということができる。
【００２６】
また、前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第二充填部同士の間隔を、隣り合う前記第一充填部同士の間隔よりも狭くすることにより、前記第二充填部の突部の上に形成された突起部の間隔がより狭くなる。これにより、前記圧電振動子において前記接地電極を有する部分における平均の厚さがより厚くなるので、前記信号電極及び前記接地電極と、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体とを面圧着した状態において圧着面にかかる応力が前記接地電極に集中する。従って、前記接地電極と前記導体との圧着力を強化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
第一実施形態について説明する。図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成を示すブロック図、図２は、図１に示す超音波診断装置における超音波プローブの外観を示す一部切欠斜視図、図３は、第一実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の外観を示す斜視図、図４は、図３に示す機能素子部の断面図、図５は、機能素子部を構成する圧電振動子を示す斜視図、図６〜図１１は、圧電振動子の製造工程の概略説明図である。
【００２８】
先ず、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成について図１に基づいて説明する。図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１とこの超音波プローブ１０１が接続される超音波診断装置本体１０２とを備えている。
【００２９】
前記超音波プローブ１０１は、図２に示すように、本例ではセクター（ｓｅｃｔｏｒ）型のプローブであり、被検体に超音波を送信し、またこの超音波の送信に対して得られる超音波エコーを受信する。この超音波プローブ１０１の詳細な構成については後述する。
【００３０】
前記超音波診断装置本体１０２は、送受信部１０３、画像処理部１０４、表示部１０５、制御部１０６、操作部１０７を備えている。前記送受信部１０３は、前記超音波プローブ１０１を駆動して超音波を送信させ、また前記超音波プローブ１０１で受信した超音波エコーについて、整相加算処理等の信号処理を行う。
【００３１】
前記画像処理部１０４は、前記送受信部１０３で信号処理されたエコー信号に基づいて、Ｂモード画像等の超音波画像を作成する。そして、前記画像処理部１０４で作成された超音波画像は、前記表示部１０５に表示される。
【００３２】
前記操作部１０７では、操作者によって各種の指示が入力されるようになっている。前記操作部１０７は、指示の入力があると、指示信号を前記制御部１０６へ出力する。前記制御部１０６は、前記操作部１０７からの指示信号や、予め記憶されたプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）に基づいて、前記超音波診断装置本体１０２の各部を制御する。
【００３３】
前記超音波プローブ１０１について詳細に説明する。図２に示すように、前記超音波プローブ１０１は、先端部に音響レンズ部１０を有している。また、前記超音波プローブ１０１は、プローブ筐体１１、前記超音波診断装置本体１０２と接続するための接続ケーブル１２を備えている。
【００３４】
前記プローブ筐体１１内には、機能素子部１３が設けられている。この機能素子部１３について、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。前記機能素子部１３は、音響整合層１４、圧電振動子１５、接着層１６、反射層１７、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）材層１８、及びフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板１９を備えている。ｘ軸方向に長い直方体の形状を有する前記音響整合層１４、前記圧電振動子１５及び前記反射層１７は、超音波の照射方向に沿った方向であるｚ軸方向に積み重ねられて積層体２０を構成する。そして、この積層体２０が、ｙ軸方向に複数配列されている。
【００３５】
前記音響整合層１４は、前記圧電振動子１５における超音波照射方向側の板面に接着されている（接着層については図示省略）。前記音響整合層１４は、前記圧電振動子１５と前記音響レンズ部１０の中間の音響インピーダンスを有する。また、前記音響整合層１４は、透過する超音波の概ね１／４波長の厚さを有し、音響インピーダンスの異なる境界面での反射を抑制する。また、前記音響整合層１４は、本例では１層の例が図示されているが、２層或いは多層になっていてもよい。前記音響整合層１４は、本発明における音響整合層の実施の形態の一例である。
【００３６】
前記反射層１７は、前記圧電振動子１５における前記音響整合層１４とは反対側の面に、エポキシ樹脂接着剤等からなる前記接着層１６によって圧着されている。前記反射層１７は、前記圧電振動子１５の弾性振動によって前記反射層１７側へ生じる超音波を被検体の方向へ反射する。前記反射層１７は、本発明における反射層の実施の形態の一例である。
【００３７】
ちなみに、前記圧電振動子１５の後述する信号電極２８及び前記接地電極２９の間に印加される電圧によって圧電振動子１５による共鳴振動が励起されると、前記反射層１７を固定端とする定在波が形成される。この定在波は前記圧電振動子１５の厚さを１／４波長とする定在波である。
【００３８】
前記反射層１７の材質は、超音波を反射するという目的から、音響インピーダンスの高いものが好ましく、タングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ）等が用いられる。このタングステンは導電性を有しており、前記反射層１７は、前記フレキシブル基板１９の後述する第一銅箔層２２及び第二銅箔層２３と、前記圧電振動子１５の信号電極２８及び接地電極２９とを電気的に接続する機能を有している。これにより、前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３から供給される電圧が、前記反射層１７を介して前記圧電振動子１５に印加されるようになっている。前記反射層１７は、本発明において、信号電極及び接地電極に圧着されて圧電振動子に電圧を印加するための導体の実施の形態の一例である。
【００３９】
前記反射層１７は、前記接着層１６をできるだけ薄く均一にするために、前記圧電振動子１５との接着面１７ａに鏡面研磨が施されている。
【００４０】
前記反射層１７、前記接着層１６及び前記圧電振動子１５の長さ方向における両端部には、掘削孔２１，２１が形成されている。この掘削孔２１，２１は、例えば前記圧電振動子１５及び前記反射層１７を前記接着層１６によって接着した後、前記反射層１７側からダイアモンド砥石等を用いた切削加工によって形成される。
【００４１】
前記反射層１７における前記圧電振動子１５との接着面１７ａとは反対側の面には、前記バッキング材層１８との間に前記フレキシブル基板１９が接着剤を用いて圧着されている（接着層は図示省略）。そして、前記フレキシブル基板１９は、前記バッキング材層１８の厚み方向側面に沿って引き出され、前記接続ケーブル１２と接続されている（接続構造については図示省略）。
【００４２】
前記フレキシブル基板１９の構成について説明すると、このフレキシブル基板１９は、図４に示すように、第一銅箔層２２、第二銅箔層２３、第一ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）膜層２４及び第二ポリイミド膜層２５の４層からなる。前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３は、前記第一ポリイミド膜層２４によって互いに絶縁されている。前記第一銅箔層２２は、前記反射層１７に接着された状態において、前記掘削孔２１，２１よりも前記反射層１７における両端部側に位置するように形成されている。また、前記第二銅箔２３は、前記第一ポリイミド膜層２４及び前記第二ポリイミド膜層２５の間に積層されるとともに、前記掘削孔２１，２１よりも前記反射層１７における中央部側においては、スルーホール（ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ）Ｈを介して、前記第一銅箔層２２と同一面にも存在している。同一面に存在する前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３は、分割溝Ｇにより互いに絶縁されている。この分割溝Ｇは、前記フレキシブル基板１９が前記反射層１７に接着された状態において、前記掘削孔２１，２１の位置になるように形成されている。これにより、前記第一銅箔層２２は、導電性を有する前記反射層１７における前記掘削孔２１，２１よりも端部側と電気的に接続され、一方で前記第二銅箔層２３は、前記反射層１７における前記掘削孔２１，２１の間の中間部と電気的に接続される。従って、前記第一銅箔層２２は、前記圧電振動子１５における接地電極２９の後述する第一の部分２９ａ，２９ａと前記反射層１７を介して電気的に接続され、また前記第二銅箔層２３は、前記圧電振動子１５の信号電極２８と前記反射層１７を介して電気的に接続される。
【００４３】
ちなみに、前記接地電極２９と接続される前記第一銅箔層２２は、前記フレキシブル基板１９の表面一面に形成されており、ｙ軸方向に配列された全ての前記圧電振動子１５の接地電極２９の導通が共通して図られている。一方、前記第二銅箔層２３は、図示しない銅箔層分割溝によってｙ軸方向に複数に分割され、前記フレキシブル基板１９内に形成された図示しない銅箔パターンを複数有している。この銅箔パターンは、ｙ軸方向に複数配列された前記積層体２０ごとに形成されている。
【００４４】
前記バッキング材層１８は、前記フレキシブル基板１９と接着され、或いは前記フレキシブル基板１９の背面に直接形成され、このフレキシブル基板１９を保持する。前記バッキング材層１８は、本発明におけるバッキング材層の実施の形態の一例である。
【００４５】
次に、前記圧電振動子１５について、図３及び図４のほか、図５も参照して説明する。前記圧電振動子１５は、圧電体２６の表面にスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）等によって形成された導電層２７を有し、この導電層２７により信号電極２８及び接地電極２９が構成されている。前記圧電体２６、導電層２７、信号電極２８及び接地電極２９は、それぞれ本発明における圧電体、導電層、信号電極及び接地電極の実施の形態の一例である。
【００４６】
前記信号電極２８は、前記圧電体２６における前記掘削孔２１，２１の間の中間部２６ａに形成されている。また、前記接地電極２９は、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂにおいて、前記信号電極２８と前記掘削孔２１，２１を隔てて同一面に形成された第一の部分２９ａ，２９ａと、前記圧電体２６において前記第一の部分２９ａ，２９ａが形成された面と反対側の面に形成された第二の部分２９ｂと、前記圧電体２６において前記第一の部分２９ａ，２９ａと前記第二の部分２９ｂの間の側面に形成された第三の部分２９ｃ，２９ｃとからなっている。前記信号電極２８は、前記接地電極２９における第一の部分２９ａ，２９ａに挟まれるようにして形成されており、前記両電極２８，２９は、前記掘削孔２１，２１によって電気的に絶縁されている。そして、前記信号電極２８及び前記接地電極２９における第一の部分２９ａ，２９ａが、前記反射層１７と圧着されている。前記第一の部分２９ａ、前記第二の部分２９ｂ及び前記第三の部分２９ｃは、本発明における前記第一の部分、前記第二の部分及び前記第三の部分の実施の形態の一例である。
【００４７】
前記圧電体２６は、間隙３０に充填材が充填されて形成された充填部３１と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部３２とで構成されている。前記圧電体２６は、前記信号電極２８を有する中間部２６ａに、前記充填部３１として、後述する第一充填部３３を有しており、複合圧電体である。前記充填部３１及び前記圧電材部３２は、それぞれ本発明における充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。
【００４８】
前記充填部３１としては、前記圧電体２６における中間部２６ａに設けられた第一充填部３３と、前記圧電体２６における両端部、すなわち端部２６ｂ，２６ｂに設けられた第二充填部３４とを有している。これら第一充填部３３及び第二充填部３４は、それぞれ本発明における第一充填部及び第二充填部の実施の形態の一例である。前記第一充填部３３及び前記第二充填部３４は、それぞれ複数形成されており、本例では隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１と、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２とが等しくなっている。
【００４９】
前記第一充填部３３及び前記第二充填部３４についてさらに説明する。先ず、前記第二充填部３４について説明すると、この第二充填部３４は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電材部３２よりも研削されずに前記圧電体２６の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体２６の表面から突出する突部３４ａ，３４ａを有している。この突部３４ａ，３４ａは、本発明における突部の実施の形態の一例である。
【００５０】
前記第一充填部３３は、前記圧電体２６の表面を研削した時における被研削性が、前記第一充填部３３を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されている。前記第一充填部３３は、前記第二充填部３４とは異なり、前記圧電体２６の表面から突出しておらず、従って前記圧電体２６における中間部２６ａの表面は平滑になっている。
【００５１】
ここで、前記各充填部３３，３４を形成する充填材について具体的に説明する。前記各充填部３３，３４を形成する充填材は、被研削性が異なる樹脂が用いられ、本例では被研削性が異なるエポキシ樹脂が用いられる。すなわち、前記第二充填部３４を形成する充填材としては、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電材部３２よりも研削されずに、前記圧電体２６の表面から突出する突部３４ａ，３４ａが形成されるエポキシ樹脂が用いられる。一方、前記第一充填部３３を形成する充填材としては、前記第二充填部３４を形成する充填材よりも弾性率が低く、前記圧電体２６の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部３４を形成するエポキシ樹脂よりも優れているエポキシ樹脂が用いられる。さらに、前記第一充填部３３の充填材について云うと、この第一充填部３３を形成するエポキシ樹脂は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電体２６の表面からの前記第一充填部３３の突出を抑制することができる研削性を有する材質のエポキシ樹脂である。
【００５２】
前記導電層２７は、前記突部３４ａ，３４ａの上において突出しており、前記接地電極２９における第一の部分２９ａ及び第二の部分２９ｂは、突起部３５を有している。この突起部３５は、本発明における突起部の実施の形態の一例である。ここで、前記圧電振動子１５と前記反射層１７の間には前記接着層１６が介在しているが、前記突起部３５と前記反射層１７との間には前記接着層１６は介在せず、これにより前記突起部３５と前記反射層１７とが接触して互いに導通している。
【００５３】
さて、上述のような構成の前記圧電振動子１５の製造方法について図６〜図１１に基づいて説明する。先ず、図６に示すように、前記圧電体２６の中間部２６ａに、所定深さの第一の溝４０を形成する（第一溝形成工程）。この第一の溝４０は、前記圧電振動子１５における前記間隙３０（図４、図５参照）を構成する。次に、図７に示すように、前記第一の溝４０にエポキシ樹脂からなる充填材を充填して前記第一充填部３３を形成する（第一充填部形成工程）。
【００５４】
次に、図８に示すように、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂに、所定深さの第二の溝４１を形成する（第二溝形成工程）。この第二の溝４１も、前記間隙３０を構成する。そして、図９に示すように、前記第二の溝４１に、充填材として、前記第一の溝４０に充填したエポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂を充填して前記第二充填部３４を形成する（第二充填部形成工程）。ただし、この時には前記第二充填部３４は、前記突部３４ａ，３４ａを有さない。
【００５５】
前記各充填部３３，３４を構成するエポキシ樹脂が硬化した後、図１０に示すように、前記圧電体２６の両面を研削する（研削工程）。この時、前記第二充填部３４は、前記圧電材部３２及び前記第一充填部３３よりも弾性率が低いため圧縮され、前記第二充填部３４よりも前記圧電材部３２及び前記第一充填部３３に大きな応力がかかる。従って、前記第二充填部３４よりも前記圧電材部３２及び前記第一充填部３３が研削され、かつ研削後は前記第二充填部３４が膨張して前記圧電体２６の表面において突出し、前記突部３４ａ，３４ａが形成される。一方で、前記第一充填部３３については、前記圧電材部３２と同様に研削され、前記圧電体２６において、前記第一充填部３３を有する中間部２６ａは、表面が平滑になる。
【００５６】
前記研削工程の後、図１１に示すように、前記圧電体２６の表面に導電層２７をスパッタ等によって形成する（導電層形成工程）。前記導電層２７の形成は、前記突部３４ａ，３４ａの上に、前記突起部３５が形成されるように行う。
【００５７】
ちなみに、前記各工程を経て得られた圧電振動子１５を、前記反射層１７と前記接着層１６によって接着した後、前記反射層１７側から切削加工を行って前記掘削孔２１，２１(図１１では図示省略)を形成することにより、前記信号電極２８及び前記接地電極２９が形成される。また、前記各工程を経て得られた圧電振動子１５は、縦方向及び横方向にほぼ同じ長さを有する板状体であり、この板状体からなる圧電振動子１５を前記バッキング材層１８及び前記フレキシブル基板１９上に積層した後に、ｙ軸方向に分割することにより、ｙ軸方向に配列された短冊状の圧電振動子１５を形成する。
【００５８】
以上説明した本例によれば、前記接地電極２９に形成された突起部３５により、前記接地電極２９と前記反射層１７との導通を確実にすることができるので、前記信号電極２８と同一の面に形成された前記接地電極２９の前記第一の部分２９ａ，２９ａの長さを、従来よりも短くすることができる。従って、感度を劣化させることなく、前記圧電振動子１５を従来よりも短くすることができ、これによって超音波プローブ１０１の厚み方向（ｘ軸方向）の寸法を小さくすることができる。
【００５９】
また、前記第一充填部３３は、前記圧電体２６の表面に突出せず、この圧電体２６の中間部２６ａの表面を平滑にすることができる。これにより、前記信号電極２８の表面の凹凸をミクロンオーダー未満に抑えることができ、できるだけ平滑にすることができるので、前記接着層１６をできるだけ薄くかつ均一にすることができる。これにより、前記圧電振動子１５によって励起される共鳴振動における前記反射層１７の固定端としての機能を、前記接着層１６が妨げることはなく、被検体側へ放射される超音波のパワーを大きくすることができる。また、超音波の受信時においても、前記反射層１７の固定端としての機能を前記接着層１６が妨げることがないので、前記反射層１７側へ透過しようとするエコー信号を前記圧電振動子１５内にとどめ、この圧電振動子１５で受信されるエコー信号を大きくすることができる。
【００６０】
さらに、前記信号電極２８の表面の平滑度が高く、一方で前記接地電極２９の表面には前記突起部３５が形成されているので、前記圧電振動子１５の平均の厚さが、前記信号電極２８を有する中間部２６ａよりも前記接地電極２９を有する端部２６ｂ，２６ｂの方が厚くなる。これにより、前記信号電極２８及び前記接地電極２９の第一の部分２９ａに、前記反射層１７を圧着したときの応力を前記接地電極２９の第一の部分２９ａに集中させることができ、前記接地電極２９と前記反射層１７とを強固に圧着することができる。従って、このようなことからも、前記接地電極２９の長さを従来よりも短くすることが可能であるということができる。
【００６１】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。図１２は、第二実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。なお、第一実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
図１２に示す本例の圧電振動子５０では、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２が、隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１よりも狭くなっている。隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１は、第一実施形態と同様であることから、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２は、第一実施形態よりも狭くなっている。
【００６３】
本例の圧電振動子５０も、第一実施形態の圧電振動子１５の製造工程と基本的には同様の製造工程を経て製造される。ただし、第二溝形成工程においては、図１３に示すように、隣り合う前記第二の溝４１同士の間隔Ｔ２が、隣り合う前記第一の溝４０同士の間隔Ｔ１よりも狭くなるように、前記第二の溝４１を形成する。
【００６４】
本例の圧電振動子５０によれば、隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２は、隣り合う前記第一充填部３３同士の間隔Ｔ１よりも狭く、第一実施形態よりも隣り合う前記第二充填部３４同士の間隔Ｔ２が狭くなっているので、隣り合う前記突起部３５同士の間隔が第一実施形態よりも狭くなる。これにより、前記圧電振動子１５において前記接地電極２９の第一の部分２９ａ，２９ａが形成された両端部の平均の厚さをより厚くすることができるので、前記接地電極２９の第一の部分２９ａと前記反射層１７とをより強固に圧着することができる。
【００６５】
以上、本発明を前記各実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記突起部３５は、前記信号電極２８と同一の面に形成された前記接地電極２９の第一の部分２９ａ側のみに設けられていてもよい。
【００６６】
また、前記機能素子部１３は、前記反射層１７を有していなくてもよい。この場合、前記圧電振動子１５における前記音響整合層１４とは反対側の面には、前記フレキシブル基板１９を接着剤を用いて圧着する。
【００６７】
また、前記第一充填部３３よりも前記第二充填部３４を太くして、研削によって前記第二充填部３４の先端が前記圧電体２６の表面から突出しやすくしてもよい。この場合には、前記第一充填部３３の太さが前記第二充填部３４よりも細いので、研削によって前記圧電体２６における中間部２６の表面を容易に平滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波診断装置における超音波プローブの外観を示す一部切欠斜視図である。
【図３】第一実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示す機能素子部の断面図である。
【図５】機能素子部を構成する圧電振動子を示す斜視図である。
【図６】圧電振動子の製造工程における第一溝形成工程を示す概略説明図である。
【図７】圧電振動子の製造工程における第一充填部形成工程を示す概略説明図である。
【図８】圧電振動子の製造工程における第二溝形成工程を示す概略説明図である。
【図９】圧電振動子の製造工程における第二充填部形成工程を示す概略説明図である。
【図１０】圧電振動子の製造工程における研削工程を示す概略説明図である。
【図１１】圧電振動子の製造工程における導電層形成工程を示す概略説明図である。
【図１２】第二実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。
【図１３】第二実施形態における圧電振動子の製造工程の中の第二溝形成工程を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１４ 音響整合層
１５，５０ 圧電振動子
１７ 反射層
１８ バッキング材層
１９ フレキシブル基板
２６ 圧電体
２６ａ 中間部
２６ｂ 端部
２７ 導電層
２８ 信号電極
２８ａ 第一の部分
２８ｂ 第二の部分
２８ｃ 第三の部分
２９ 接地電極
３０ 間隙
３１ 充填部
３２ 圧電材部
３３ 第一充填部
３４ 第二充填部
３４ａ 突部
３５ 突起部
４０ 第一の溝
４１ 第二の溝
１００ 超音波診断装置
１０１ 超音波プローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体の表面に設けられた導電層で構成される信号電極と接地電極とが前記圧電体における同一の面に形成された超音波プローブの圧電振動子であって、
前記圧電体は、該圧電体に形成された間隙に充填材が充填されて形成された充填部と、圧電材からなる圧電材部とで構成され、
前記充填部として、前記圧電振動子における前記信号電極を有する部分に設けられた第一充填部と、前記圧電振動子において前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極を有する部分に設けられた第二充填部とを有し、
該第二充填部は、前記圧電体の表面を研削した時に、前記圧電材部よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体の表面から突出する突部を有しており、一方で前記第一充填部は、前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されており、
前記第二充填部における突部の上の前記導電層が突出して前記接地電極の表面に突起部が形成されている、
ことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子。
【請求項２】
前記第一充填部の充填材と前記第二充填部の充填材は、互いに前記被研削性が異なる樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項３】
前記信号電極及び前記接地電極には、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体が面圧着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項４】
前記接地電極は、前記圧電体の両端部において前記信号電極と同一面に形成されて前記突起部を有する第一の部分と、前記圧電体において前記第一の部分が形成された面と反対側の面に形成された第二の部分と、前記圧電体において前記第一の部分と前記第二の部分の間の側面に形成された第三の部分とからなり、
また、前記信号電極は、前記圧電体における両端部の間の中間部の表面に、前記接地電極の第一の部分に挟まれるように形成されており、
前記第一充填部は、前記圧電体における両端部の間の中間部分に設けられ、一方で前記第二充填部は、前記圧電体の両端部に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項５】
前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第二充填部同士の間隔が、隣り合う前記第一充填部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項６】
前記圧電振動子における前記信号電極及び前記接地電極が形成された面には、前記圧電振動子で発生する超音波を反射する反射層が接着されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電振動子を備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
前記圧電振動子に対し、該圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面とは反対側である超音波照射側に配置される音響整合層と、
前記圧電振動子に対し、前記信号電極と前記接地電極とが形成された面側に配置されるバッキング材層と、
該バッキング材層と前記圧電振動子との間に配置されて、前記信号電極及び前記接地電極と接続されるフレキシブル基板と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面と圧着されて、該圧電振動子の弾性振動によって発生する超音波を反射する導電性の反射層を備え、該反射層を介して、前記フレキシブル基板が前記信号電極及び前記接地電極と接続されることを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項に記載の超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
圧電材からなる圧電体に所定深さの第一の溝を形成する第一溝形成工程と、
該第一の溝に充填材を充填して第一充填部を形成する第一充填部形成工程と、
前記圧電体における前記第一の溝が形成された部分とは別の部分に、所定深さの第二の溝を形成する第二溝形成工程と、
該第二の溝に充填材を充填して第二充填部を形成する第二充填部形成工程と、
前記第一充填部及び前記第二充填部が形成された前記圧電体の表面を研削する研削工程と、
該研削工程を経た前記圧電体の表面に、信号電極及び接地電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、を含み、
前記第二充填部形成工程において、前記第二の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時に、圧電材の部分よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質であり、
また、前記第一充填部形成工程において、前記第一の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質であり、
前記研削工程では、前記第二充填部の一部を前記圧電体の表面から突出させて突部を形成する一方で、前記第一充填部が前記圧電体の表面から突出しないように研削を行い、
前記導電層形成工程では、前記導電層を、前記突部の上において突出して突起部が形成されるようにして前記圧電体の表面に形成し、前記導電層における前記突起部が形成された部分は接地電極である
ことを特徴とする超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法。
【請求項１】
圧電体の表面に設けられた導電層で構成される信号電極と接地電極とが前記圧電体における同一の面に形成された超音波プローブの圧電振動子であって、
前記圧電体は、該圧電体に形成された間隙に充填材が充填されて形成された充填部と、圧電材からなる圧電材部とで構成され、
前記充填部として、前記圧電振動子における前記信号電極を有する部分に設けられた第一充填部と、前記圧電振動子において前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極を有する部分に設けられた第二充填部とを有し、
該第二充填部は、前記圧電体の表面を研削した時に、前記圧電材部よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体の表面から突出する突部を有しており、一方で前記第一充填部は、前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質の充填材によって形成されており、
前記第二充填部における突部の上の前記導電層が突出して前記接地電極の表面に突起部が形成されている、
ことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子。
【請求項２】
前記第一充填部の充填材と前記第二充填部の充填材は、互いに前記被研削性が異なる樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項３】
前記信号電極及び前記接地電極には、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体が面圧着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項４】
前記接地電極は、前記圧電体の両端部において前記信号電極と同一面に形成されて前記突起部を有する第一の部分と、前記圧電体において前記第一の部分が形成された面と反対側の面に形成された第二の部分と、前記圧電体において前記第一の部分と前記第二の部分の間の側面に形成された第三の部分とからなり、
また、前記信号電極は、前記圧電体における両端部の間の中間部の表面に、前記接地電極の第一の部分に挟まれるように形成されており、
前記第一充填部は、前記圧電体における両端部の間の中間部分に設けられ、一方で前記第二充填部は、前記圧電体の両端部に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項５】
前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第二充填部同士の間隔が、隣り合う前記第一充填部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項６】
前記圧電振動子における前記信号電極及び前記接地電極が形成された面には、前記圧電振動子で発生する超音波を反射する反射層が接着されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電振動子を備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項８】
前記圧電振動子に対し、該圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面とは反対側である超音波照射側に配置される音響整合層と、
前記圧電振動子に対し、前記信号電極と前記接地電極とが形成された面側に配置されるバッキング材層と、
該バッキング材層と前記圧電振動子との間に配置されて、前記信号電極及び前記接地電極と接続されるフレキシブル基板と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面と圧着されて、該圧電振動子の弾性振動によって発生する超音波を反射する導電性の反射層を備え、該反射層を介して、前記フレキシブル基板が前記信号電極及び前記接地電極と接続されることを特徴とする請求項８に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項に記載の超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
圧電材からなる圧電体に所定深さの第一の溝を形成する第一溝形成工程と、
該第一の溝に充填材を充填して第一充填部を形成する第一充填部形成工程と、
前記圧電体における前記第一の溝が形成された部分とは別の部分に、所定深さの第二の溝を形成する第二溝形成工程と、
該第二の溝に充填材を充填して第二充填部を形成する第二充填部形成工程と、
前記第一充填部及び前記第二充填部が形成された前記圧電体の表面を研削する研削工程と、
該研削工程を経た前記圧電体の表面に、信号電極及び接地電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、を含み、
前記第二充填部形成工程において、前記第二の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時に、圧電材の部分よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質であり、
また、前記第一充填部形成工程において、前記第一の溝に充填される充填材は、前記研削工程において前記圧電体の表面を研削した時における被研削性が、前記第二充填部を形成する充填材よりも優れている材質であり、
前記研削工程では、前記第二充填部の一部を前記圧電体の表面から突出させて突部を形成する一方で、前記第一充填部が前記圧電体の表面から突出しないように研削を行い、
前記導電層形成工程では、前記導電層を、前記突部の上において突出して突起部が形成されるようにして前記圧電体の表面に形成し、前記導電層における前記突起部が形成された部分は接地電極である
ことを特徴とする超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１５４３８２（Ｐ２０１０−１５４３８２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３１８８８（Ｐ２００８−３３１８８８）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（３０００１９２３８）ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー (1,125)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（３０００１９２３８）ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー (1,125)
【Ｆターム（参考）】
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