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】超音波プローブにおける圧電振動子と、この圧電振動子に電圧を印加するための導体との導通を確実に図ることができる圧電振動子を提供する。
【解決手段】圧電振動子１５は、圧電体２４の表面に設けられた導電層２５で構成される信号電極２６及び接地電極２７を備え、フレキシブル基板１７の第一銅箔層２０が接着層１６を介して圧着される前記接地電極２７の第一の部分２７ａと、第二銅箔層２１が前記接着層１６を介して圧着される前記信号電極２６は、表面に突起部３２を有することを特徴とする。
【解決手段】圧電振動子１５は、圧電体２４の表面に設けられた導電層２５で構成される信号電極２６及び接地電極２７を備え、フレキシブル基板１７の第一銅箔層２０が接着層１６を介して圧着される前記接地電極２７の第一の部分２７ａと、第二銅箔層２１が前記接着層１６を介して圧着される前記信号電極２６は、表面に突起部３２を有することを特徴とする。
【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、前記圧電振動子に電圧を印加するために、この圧電振動子の表面に形成された信号電極及び接地電極と接続される導体とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記圧電振動子における前記各電極と前記導体とは、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導体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。従って、前記各電極と前記導体との導通は、前記各電極の表面と前記導体の表面のそれぞれの凹凸に依存することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９５５８４号公報（段落［０００２］及び段落［０００３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波画像の高分解能化や、グレーティングローブ等のアーチファクトの抑制などを図るために、短冊状に形成された前記圧電振動子の配列方向の幅をできるだけ小さくしたいという要請がある。しかし、前記圧電振動子の幅を小さくするほど、この圧電振動子の表面に形成された前記各電極の面積が小さくなる。従って、前記のようにエポキシ樹脂接着剤等を用いて前記導体を圧着する構造においては、より確実に導通を図ることが要請される。
【０００６】
また、前記圧電振動子を二次元方向に配列した超音波プローブ（すなわち、２Ｄプローブや１．５Ｄプローブ）においても、個々の圧電振動子の大きさが小さくなるので、前記と同様に、より確実に導通を図ることが要請される。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、超音波プローブにおける圧電振動子と、この圧電振動子に電圧を印加するための導体との導通を確実に図ることができる圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び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】
【０００８】
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及び接地電極を備え、少なくとも前記信号電極は、表面に突起部を有す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。
【０００９】
第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、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、前記突部の上の前記導電層が突出して前記突起部を形成し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。
【００１０】
第３の観点の発明は、第２の観点の発明において、前記間隙は、前記圧電体の表面から所定の深さで形成された溝であり、前記充填部は、前記圧電体の表面側から内部に向かって途中まで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。
【００１１】
第４の観点の発明は、第３の観点の発明において、前記溝の深さは、前記圧電材部の厚さの１０％以下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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、前記圧電振動子は、板状体を直交する二方向に分割することによって形成されて、二次元方向に配列されるものであり、前記突起部は、前記二つの分割方向と交差する方向に突条に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。
【００１４】
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おいて、前記接地電極は、表面に突起部を有す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８の観点の発明は、第１〜７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。
【００１６】
第９の観点の発明は、第８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。
【００１７】
第１０の観点の発明は、圧電体に所定深さの溝を形成する溝形成工程と、該溝に充填材を充填して充填部を形成する充填部形成工程と、前記圧電体の表面を研削して、前記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突部形成工程と、該突部が形成され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、を有し、該導電層形成工程においては、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、前記導電層において前記突起部が形成された部分が少なくとも信号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】
【００１８】
本発明によれば、前記信号電極の表面の突起部により、前記圧電振動子に電圧を印加するために前記信号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。また、前記信号電極に前記導体を圧着したときの応力が前記突起部に集中するので、強固に圧着することができ、このことからも確実な導通を図ることができるといえる。
【００１９】
また、前記圧電振動子が、表面に前記突起部が形成された板状体を直交する二方向に分割することによって形成されて、二次元方向に配列されるものである場合、前記突起部を、前記二つの分割方向と交差する方向に突条に形成することにより、製造時に前記分割箇所と前記突起部との位置関係を考慮する必要がなくなるので、製造上の困難性を伴うことなく、前記突起部の形成が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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の概略説明図である。
【図７】図６（Ａ）で溝が形成された板状の圧電体を示す平面図である。
【図８】溝形成工程、充填部形成工程、研削工程及び導電層形成工程を経て得られた分割前の板状の圧電振動子を示す平面図である。
【図９】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１０】第二実施形態の圧電振動子を示す平面図である。
【図１１】溝形成工程、充填部形成工程、研削工程及び導電層形成工程を経て得られた分割前の板状の圧電振動子を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す板状の圧電振動子及び板状の第二音響整合層をバッキング材層上に積層した状態を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す状態から、第二音響整合層及び圧電振動子と、バッキング材層の一部に間隙を形成した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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図１〜図７に基づいて説明する。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（図３では図示省略）、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板１７、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）材層１８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及び前記圧電振動子１５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１９を構成する。そして、この積層体１９が、ｙ軸方向に複数配列されている。ちなみに、前記積層体１９は、板状の部材をｙ軸方向に分割することにより形成される。
【００２８】
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。
【００２９】
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、前記バッキング材層１８との間に前記フレキシブル基板１７がエポキシ樹脂接着剤等からなる前記接着層１６を介して圧着されている。そして、前記フレキシブル基板１７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）。
【００３０】
前記フレキシブル基板１７の構成について説明すると、このフレキシブル基板１７は、図４に示すように、第一銅箔層２０、第二銅箔層２１、第一ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）膜層２２及び第二ポリイミド膜層２３の４層からなる。前記第一銅箔層２０及び前記第二銅箔層２１は、前記第一ポリイミド膜層２２によって互いに絶縁されている。前記第一銅箔層２０は、前記圧電振動子１５に圧着された状態において、後述する掘削孔２８，２８よりも前記圧電振動子１５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２１は、前記第一ポリイミド膜層２２及び前記第二ポリイミド膜層２３の間に積層されるとともに、前記掘削孔２８，２８よりも前記圧電振動子１５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２０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２０及び前記第二銅箔層２１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１７が前記圧電振動子１５に圧着された状態において、前記掘削孔２８，２８の位置になるように形成されている。従って、前記第一銅箔層２０は、前記圧電振動子１５における後述する接地電極２７の第一の部分２７ａ，２７ａと電気的に接続され、また前記第二銅箔層２１は、前記圧電振動子１５の後述する信号電極２６と電気的に接続される。前記第一銅箔層２０及び前記第二銅箔層２１は、本発明における導体の実施の形態の一例である。
【００３１】
ちなみに、前記接地電極２７と接続される前記第一銅箔層２０は、前記フレキシブル基板１７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２７の導通が共通して図られている。一方、前記第二銅箔層２１は、ダイシング等による機械加工により形成された図示しない銅箔分割溝によってｙ軸方向に複数に分割され、前記フレキシブル基板１７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１９ごとに形成されている。
【００３２】
次に、前記圧電振動子１５について、図４のほか、図５も参照して説明する（なお、図３では、前記圧電振動子１５の詳細構成は省略されている）。前記圧電振動子１５は、圧電体２４の表面にスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）等によって形成された導電層２５を有し、この導電層２５により信号電極２６及び接地電極２７が構成されている。前記圧電体２４、導電層２５、信号電極２６及び接地電極２７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。
【００３３】
前記圧電振動子１５の長さ方向における両端には、後述する突起部３２が形成された側に、掘削孔２８，２８が形成されている。この掘削孔２８，２８は、例えば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。
【００３４】
前記信号電極２６は、前記圧電体２４における前記掘削孔２８，２８の間の中間部２４ａに形成されている。また、前記接地電極２７は、前記圧電体２４の端部２４ｂ，２４ｂにおいて、前記信号電極２６と前記掘削孔２８，２８を隔てて同一面に形成された第一の部分２７ａ，２７ａと、前記圧電体２４において前記第一の部分２７ａ，２７ａが形成された面と反対側の面に形成された第二の部分２７ｂと、前記圧電体２４において前記第一の部分２７ａ，２７ａと前記第二の部分２７ｂの間の側面に形成された第三の部分２７ｃ，２７ｃとからなっている。前記信号電極２６は、前記接地電極２７における第一の部分２７ａ，２７ａに挟まれるようにして形成されており、前記両電極２６，２７は、前記掘削孔２８，２８によって電気的に絶縁されている。そして、前記信号電極２６及び前記接地電極２７における第一の部分２７ａ，２７ａが、前記フレキシブル基板１７と圧着されている。前記第一の部分２７ａ、前記第二の部分２７ｂ及び前記第三の部分２７ｃ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。
【００３５】
前記圧電体２４は、間隙２９に充填材が充填されて形成された充填部３０と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部３１とで構成されている。前記充填部３０は、ｙ軸方向に線状に連続するようにして形成されている。前記間隙２９、前記充填部３０及び前記圧電材部３１は、それぞれ本発明における間隙、充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。
【００３６】
前記間隙２９は、本例では前記圧電体２４における前記信号電極２６及び前記接地電極２７の第一の部分２７ａ側の面から所定の深さＤで形成された溝になっている。この所定の深さＤは、前記圧電材部３１の厚さＴの１０％以下になっている。そして、前記充填部３０は、このように形成された前記間隙２９に充填材が充填されることにより、前記圧電体２４の表面側から内部に向かって途中まで形成されている。
【００３７】
前記充填部３０は、前記圧電体２４の表面を研削した時に、前記圧電材部３１よりも研削されずに前記圧電体２４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２４の表面から突出する突部３０ａを有している。前記充填部３０を構成する充填材としては、具体的には樹脂が挙げられ、本例ではエポキシ樹脂が用いられている。前記突部３０ａは、本発明における突部の実施の形態の一例である。
【００３８】
前記導電層２５は、前記突部３０ａの上において突出しており、前記信号電極２６及び前記接地電極２７における第一の部分２７ａは、突起部３２を有している。この突起部３２は、ｙ軸方向に線状に連続するよう突条に形成されている。この突起部３２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と前記フレキシブル基板１７の間には前記接着層１６が介在しているが、前記突起部３２と前記フレキシブル基板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３２と前記フレキシブル基板１７とが接触して互いに導通している。
【００３９】
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に基づいて説明する。先ず、図６（Ａ）に示すように、前記圧電体２４′の一面側に、所定深さの溝４０を形成する（溝形成工程）。この溝４０は、前記圧電振動子１５における前記間隙２９を構成する。
【００４０】
ちなみに、図７に前記溝４０が形成された圧電体２４′の平面図を示す。この製造工程では、前記圧電体２４′は、図７に示すように、縦方向及び横方向にほぼ同じ長さを有する板状体である。このような板状体からなる前記圧電体２４′に、前記溝４０は、線状に連続するようにして形成されている。
【００４１】
前記溝形成工程において前記溝４０を形成すると、図６(Ｂ)に示すように、前記溝４０にエポキシ樹脂からなる充填材を充填して充填部３０を形成する（充填部形成工程）。ただし、この時には前記充填部３０は、前記突部３０ａを有さない。
【００４２】
前記充填部３０を構成するエポキシ樹脂が硬化した後、図６（Ｃ）に示すように、前記圧電体２４の両面を研削する（研削工程）。この時、前記充填部３０は前記圧電材部３１よりも弾性率が低いため圧縮され、前記充填部３０よりも前記圧電材部３１に大きな応力がかかる。従って、前記充填部３０よりも前記圧電材部３１が研削され、且つ研削後は応力が開放され前記充填部３０が膨張して前記圧電体２４の表面において突出し、前記突部３０ａが形成される（突部形成工程）。
【００４３】
前記圧電体２４の両面を研削して前記突部３０ａを形成すると、図６（Ｄ）に示すように、前記圧電体２４の表面に導電層２５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２５の形成は、前記突部３０ａの上に、前記突起部３２が形成されるように行う。
【００４４】
このようにして得られた板状の圧電振動子１５′には、前記突起部３２が形成された側の面に、切削加工を行って図８に示すように前記掘削孔２８，２８を形成する。これにより、前記信号電極２６及び前記接地電極２７が形成される。そして、これら信号電極２６及び前記接地電極２７が形成された前記圧電振動子１５′を、前記バッキング材層１８の上の前記フレキシブル基板１７上に積層し、図８に二点鎖線で示すように前記突起部３２と直交する方向（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前記圧電振動子１５を形成する。
【００４５】
以上説明した本例によれば、前記信号電極２６及び接地電極２７の第一の部分２７ａに形成された突起部３２により、前記信号電極２６及び前記接地電極２７と前記フレキシブル基板１７との導通を確実にすることができる。また、前記信号電極２６及び前記接地電極２７における第一の部分２７ａに、前記フレキシブル基板１７を圧着したときの応力が前記突起部３２に集中するので、強固に圧着することができ、このことからも確実な導通を図ることができるといえる。
【００４６】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態について図９〜図１３に基づいて説明する。本例の超音波プローブの外形及び超音波診断装置の構成は第一実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００４７】
本例の機能素子部５０において、圧電振動子５１は、図１０に示すように、二次元方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に配列され２Ｄアレイ振動子を形成している。前記機能素子部５０は、前記圧電振動子５１に対して超音波照射側に音響整合層５２を備え、超音波照射側とは反対側にバッキング材層５３を備えている。
【００４８】
前記音響整合層５２は、第一実施形態と同様に前記圧電振動子５１と音響レンズ部（本例では図示省略）の中間の音響インピーダンスを有する。前記音響整合層５２は、第一音響整合層５２ａと第二音響整合層５２ｂとで構成されている。これら第一音響整合層５２ａと第二音響整合層５２ｂは、互いに異なる音響インピーダンスを有しており、前記第一音響整合層５２ａが前記音響レンズの音響インピーダンスに近く、一方で前記第二音響整合層５２ｂが前記圧電振動子５２の音響インピーダンスに近くなっている。
【００４９】
前記第一音響整合層５２ａと前記第二音響整合層５２ｂの間には、銅箔５４がエポキシ樹脂接着剤等の接着剤により圧着されている（接着層は図示省略）。この銅箔５４は、前記超音波プローブの接続ケーブル（本例では図示省略）と接続されている。また、前記第二音響整合層５２ｂは、前記銅箔５４の圧着面とは反対側の面において、エポキシ樹脂接着剤等で構成される第一接着層５５により前記圧電振動子５１と圧着されている。
【００５０】
前記第二音響整合層５２ｂは、例えばグラファイト材などの導電性を有する材質で形成されている。従って、後述する前記圧電振動子５１の接地電極６４と前記銅箔５４とは、前記第二音響整合層５２ｂを介して電気的に接続されている。前記銅箔５４により、全ての圧電振動子５１の接地電極６４の導通が共通して図られている。前記第二音響整合層５２ｂは、本発明において接地電極と圧着される導体の一例である。
【００５１】
ちなみに、前記第一音響整合層５２ａの材質については、前記第二音響整合層５２ｂのような電気的制約はなく、この第二音響整合層５２ｂと前記音響レンズの間の音響インピーダンスを有する樹脂材で形成されている。
【００５２】
前記第二音響整合層５２ｂ及び前記圧電振動子５１は、直交する二方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に形成された切込５６により（図９ではｙ軸方向の切込５６のみ図示）、二次元方向に分割されている。ちなみに、この切込５６は、前記バッキング材層５３まで達しており、この切込５６により、前記バッキング材層５３の表面に形成された後述する電極層５９が、前記圧電振動子５１に対応して分割されている。
【００５３】
前記第一音響整合層５２ａには、前記第二音響整合層５２ｂ及び前記圧電振動子５１と同じピッチで、溝５７が形成されている（ｙ軸方向の溝５７のみ図示）。この溝５７は、前記第一音響整合層５２ａにおいて、前記銅箔５４との圧着面とは反対側の面から内部に向かって途中まで形成されている。
【００５４】
前記バッキング材層５３は、前記圧電振動子５１における前記音響整合層５２との圧着面とは反対側の面に、エポキシ樹脂接着剤等で構成される第二接着層５８によって圧着されている。前記バッキング材層５３の表面には、前記信号電極６３と電気的に接続される電極層５９が形成されている。また、前記バッキング材層５３には、このバッキング材層５３を厚み方向に貫通する導線６０が設けられており、この導線６０と前記電極層５９とが電気的に接続されている。また、前記導線６０は、前記超音波プローブの接続ケーブル（本例では図示省略）と接続されている。前記電極層５９は、本発明において信号電極と圧着される導体の実施の形態の一例である。
【００５５】
前記圧電振動子５１について説明する。この圧電振動子５１は、圧電体６１の対向面に、スパッタ等によって形成された導電層６２，６２を有し、この導電層６２により信号電極６３及び接地電極６４が構成されている。そして、前記信号電極６３には前記バッキング材層５３が圧着され、また前記接地電極６４には前記音響整合層５２が圧着されている。前記圧電体６１、前記導電層６２、前記信号電極６３及び前記接地電極６４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。
【００５６】
前記圧電体６１は、間隙６５に充填材が充填されて形成された充填部６６と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部６７とで構成されている。前記間隙６５、前記充填部６６及び前記圧電材部６７は、本発明における間隙、充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。前記間隙６５、前記充填部６６及び前記圧電材部６７は、それぞれ本発明における間隙、充填部および圧電材部の実施の形態の一例である。前記充填部６６は、前記圧電体６１における前記信号電極６３側と前記接地電極６４側のそれぞれに形成されており、またｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って線状に連続するように形成されている。本例では、前記間隙６５及び前記充填部６６は、後述する突起部６８の形成方向（図１０参照）と同一の方向、すなわちｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすようにして形成されている。前記充填部６６は、第一実施形態の前記充填部３０と同様に前記圧電体６１の表面から突出する突部６６ａを有している。また、前記間隙６５は、第一実施形態の前記間隙２９と同様に、前記圧電体６１における前記信号電極６３が形成された面及び前記接地電極６４が形成された面から所定の深さＤで形成された溝になっている。
【００５７】
ここで、前記間隙６５の深さＤは、第一実施形態と同様に、前記圧電材部６７の厚さＴの１０％以下になっている。このような深さにした理由について説明すると、前記間隙６５の深さＤを深くするにつれ、前記充填部６６により前記圧電材部６７が分断されることになるが、本例のように二方向に分割されて形成された圧電振動子５１においては、不均一な体積で分断されることになる。従って、前記間隙６５の深さＤが前記圧電材部６７の厚さＴの１０％を超えると、圧電振動子５１の振動に悪影響を与え、音響特性に影響を与えるおそれがある。このようなことから、前記間隙６５の深さＤを前記圧電材部６７の厚さＴの１０％以下にしたものである。
【００５８】
なお、前記間隙６５、前記充填部６６及び前記圧電材部６７のその他の構成については、第一実施形態における前記間隙２９、前記充填部３０及び前記圧電材部３１と同一の構成であり、詳しい説明を省略する。
【００５９】
前記導電層６２は、前記突部６６ａの上において突出しており、前記信号電極６３及び前記接地電極６４は、突起部６８を有している。この突起部６８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５１と前記第二音響整合層５２ｂとの間には前記第一接着層５５が介在し、前記圧電振動子５１と前記バッキング材層５３との間には前記第二接着層５８が介在しているが、前記突起部６８と前記第二音響整合層５２ｂ及び前記バッキング材層５３との間には前記各接着層５５，５８は介在せず、これにより前記突起部６８と前記第二音響整合層５２ｂ及び前記バッキング材層５３とが接触して互いに導通している。
【００６０】
前記突起部６８は、ｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って線状に連続するようにして突条に形成されている。本例では、前記突起部６８は、図１０に示すように、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすようにして形成されている。
【００６１】
ここで、前記突起部６８をｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って突条に形成する理由について説明する。仮に、前記突起部６８を、素子の分割方向であるｘ軸方向及びｙ軸方向の一方と平行な方向に沿って突条に形成した場合、分割後の前記圧電振動子５１が前記突起部６８を有するためには、分割箇所と前記突起部６８との位置関係を考慮して製造を行わなければならないという困難性を伴う。そこで、前記突起部６８を、ｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って突条に形成することで、前記のような困難性を伴わない製造が可能になる。
【００６２】
本例の圧電振動子５１も、特に図示しないが、第一実施形態の圧電振動子１５と同様に、前記溝形成工程、前記充填部形成工程、前記研削工程及び前記導電層形成工程を経て製造される。これら各工程を経て得られた圧電振動子５１′を図１１に示す。この図１１に示す圧電振動子５１′は、直交する二方向に分割される前の板状体７０により構成される。この板状体７０は、本発明における板状体の実施の形態の一例である。この圧電振動子５１′が、図１１で二点鎖線で示す直交する二方向に分割されて、サイコロ状の前記圧電振動子５１が形成される。この前記圧電振動子５１′の分割についてより詳しく説明すると、板状体からなる前記圧電振動子５１′を、図１２に示すように前記バッキング材層５３上に前記第二接着層５８を介して積層し、さらに前記圧電振動子５１′の上に、板状体からなる第二音響整合層５２ｂ′を前記第一接着層５５を介して積層する。そして、前記圧電振動子５１′及び前記第二音響整合層５２ｂ′と前記バッキング材層５３の一部に、図１３に示すように切削加工を施し、ｘ軸方向及びｙ軸方向に前記切込５６を形成する。これにより、二次元方向に配列された前記圧電振動子５１及びこの圧電振動子５１と対応するようにして二次元方向に分割された第二音響整合層５２ｂが得られる。
【００６３】
ちなみに、前記切込５６を形成した後、前記第二音響整合層５２ｂの上に前記銅箔５４を接着し、さらにこの銅箔５４の上に前記第一音響整合層５２ａを接着することで、前記機能素子部５０が得られる（図９参照）。
【００６４】
本例の圧電振動子５１によれば、第一実施形態と同様に、前記突起部６８により、前記信号電極６３と前記バッキング材層５３における電極層５９との導通や、前記接地電極６４と前記第二音響整合層５２ｂとの導通を確実にすることができる。また、前記突起部６８がｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に突条に形成されているので、製造上の困難性を伴うことなく、前記突起部６８の形成が可能になる。
【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、第二実施形態において、前記突起部６８は前記信号電極６３のみに形成されていてもよい。また、前記機能素子部１３，５０の構成は前記各実施形態のものに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１５，５１ 圧電振動子
２０ 第一銅箔層（導体）
２１ 第二銅箔層（導体）
２４，６１ 圧電体
２５，６２ 導電層
２６，６３ 信号電極
２７，６４ 接地電極
２９，６５ 間隙
３０，６６ 充填部
３０ａ，６６ａ 突部
３１，６７ 圧電材部
３２，６８ 突起部
４０ 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、前記圧電振動子に電圧を印加するために、この圧電振動子の表面に形成された信号電極及び接地電極と接続される導体とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記圧電振動子における前記各電極と前記導体とは、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導体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。従って、前記各電極と前記導体との導通は、前記各電極の表面と前記導体の表面のそれぞれの凹凸に依存することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９５５８４号公報（段落［０００２］及び段落［０００３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波画像の高分解能化や、グレーティングローブ等のアーチファクトの抑制などを図るために、短冊状に形成された前記圧電振動子の配列方向の幅をできるだけ小さくしたいという要請がある。しかし、前記圧電振動子の幅を小さくするほど、この圧電振動子の表面に形成された前記各電極の面積が小さくなる。従って、前記のようにエポキシ樹脂接着剤等を用いて前記導体を圧着する構造においては、より確実に導通を図ることが要請される。
【０００６】
また、前記圧電振動子を二次元方向に配列した超音波プローブ（すなわち、２Ｄプローブや１．５Ｄプローブ）においても、個々の圧電振動子の大きさが小さくなるので、前記と同様に、より確実に導通を図ることが要請される。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、超音波プローブにおける圧電振動子と、この圧電振動子に電圧を印加するための導体との導通を確実に図ることができる圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び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】
【０００８】
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及び接地電極を備え、少なくとも前記信号電極は、表面に突起部を有す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。
【０００９】
第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、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、前記突部の上の前記導電層が突出して前記突起部を形成し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。
【００１０】
第３の観点の発明は、第２の観点の発明において、前記間隙は、前記圧電体の表面から所定の深さで形成された溝であり、前記充填部は、前記圧電体の表面側から内部に向かって途中まで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。
【００１１】
第４の観点の発明は、第３の観点の発明において、前記溝の深さは、前記圧電材部の厚さの１０％以下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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、前記圧電振動子は、板状体を直交する二方向に分割することによって形成されて、二次元方向に配列されるものであり、前記突起部は、前記二つの分割方向と交差する方向に突条に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。
【００１４】
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おいて、前記接地電極は、表面に突起部を有す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８の観点の発明は、第１〜７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。
【００１６】
第９の観点の発明は、第８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。
【００１７】
第１０の観点の発明は、圧電体に所定深さの溝を形成する溝形成工程と、該溝に充填材を充填して充填部を形成する充填部形成工程と、前記圧電体の表面を研削して、前記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突部形成工程と、該突部が形成され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、を有し、該導電層形成工程においては、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、前記導電層において前記突起部が形成された部分が少なくとも信号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】
【００１８】
本発明によれば、前記信号電極の表面の突起部により、前記圧電振動子に電圧を印加するために前記信号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。また、前記信号電極に前記導体を圧着したときの応力が前記突起部に集中するので、強固に圧着することができ、このことからも確実な導通を図ることができるといえる。
【００１９】
また、前記圧電振動子が、表面に前記突起部が形成された板状体を直交する二方向に分割することによって形成されて、二次元方向に配列されるものである場合、前記突起部を、前記二つの分割方向と交差する方向に突条に形成することにより、製造時に前記分割箇所と前記突起部との位置関係を考慮する必要がなくなるので、製造上の困難性を伴うことなく、前記突起部の形成が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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の概略説明図である。
【図７】図６（Ａ）で溝が形成された板状の圧電体を示す平面図である。
【図８】溝形成工程、充填部形成工程、研削工程及び導電層形成工程を経て得られた分割前の板状の圧電振動子を示す平面図である。
【図９】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１０】第二実施形態の圧電振動子を示す平面図である。
【図１１】溝形成工程、充填部形成工程、研削工程及び導電層形成工程を経て得られた分割前の板状の圧電振動子を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す板状の圧電振動子及び板状の第二音響整合層をバッキング材層上に積層した状態を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す状態から、第二音響整合層及び圧電振動子と、バッキング材層の一部に間隙を形成した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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図１〜図７に基づいて説明する。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（図３では図示省略）、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板１７、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）材層１８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及び前記圧電振動子１５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１９を構成する。そして、この積層体１９が、ｙ軸方向に複数配列されている。ちなみに、前記積層体１９は、板状の部材をｙ軸方向に分割することにより形成される。
【００２８】
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。
【００２９】
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、前記バッキング材層１８との間に前記フレキシブル基板１７がエポキシ樹脂接着剤等からなる前記接着層１６を介して圧着されている。そして、前記フレキシブル基板１７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）。
【００３０】
前記フレキシブル基板１７の構成について説明すると、このフレキシブル基板１７は、図４に示すように、第一銅箔層２０、第二銅箔層２１、第一ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）膜層２２及び第二ポリイミド膜層２３の４層からなる。前記第一銅箔層２０及び前記第二銅箔層２１は、前記第一ポリイミド膜層２２によって互いに絶縁されている。前記第一銅箔層２０は、前記圧電振動子１５に圧着された状態において、後述する掘削孔２８，２８よりも前記圧電振動子１５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２１は、前記第一ポリイミド膜層２２及び前記第二ポリイミド膜層２３の間に積層されるとともに、前記掘削孔２８，２８よりも前記圧電振動子１５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２０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２０及び前記第二銅箔層２１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１７が前記圧電振動子１５に圧着された状態において、前記掘削孔２８，２８の位置になるように形成されている。従って、前記第一銅箔層２０は、前記圧電振動子１５における後述する接地電極２７の第一の部分２７ａ，２７ａと電気的に接続され、また前記第二銅箔層２１は、前記圧電振動子１５の後述する信号電極２６と電気的に接続される。前記第一銅箔層２０及び前記第二銅箔層２１は、本発明における導体の実施の形態の一例である。
【００３１】
ちなみに、前記接地電極２７と接続される前記第一銅箔層２０は、前記フレキシブル基板１７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２７の導通が共通して図られている。一方、前記第二銅箔層２１は、ダイシング等による機械加工により形成された図示しない銅箔分割溝によってｙ軸方向に複数に分割され、前記フレキシブル基板１７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１９ごとに形成されている。
【００３２】
次に、前記圧電振動子１５について、図４のほか、図５も参照して説明する（なお、図３では、前記圧電振動子１５の詳細構成は省略されている）。前記圧電振動子１５は、圧電体２４の表面にスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）等によって形成された導電層２５を有し、この導電層２５により信号電極２６及び接地電極２７が構成されている。前記圧電体２４、導電層２５、信号電極２６及び接地電極２７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。
【００３３】
前記圧電振動子１５の長さ方向における両端には、後述する突起部３２が形成された側に、掘削孔２８，２８が形成されている。この掘削孔２８，２８は、例えば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。
【００３４】
前記信号電極２６は、前記圧電体２４における前記掘削孔２８，２８の間の中間部２４ａに形成されている。また、前記接地電極２７は、前記圧電体２４の端部２４ｂ，２４ｂにおいて、前記信号電極２６と前記掘削孔２８，２８を隔てて同一面に形成された第一の部分２７ａ，２７ａと、前記圧電体２４において前記第一の部分２７ａ，２７ａが形成された面と反対側の面に形成された第二の部分２７ｂと、前記圧電体２４において前記第一の部分２７ａ，２７ａと前記第二の部分２７ｂの間の側面に形成された第三の部分２７ｃ，２７ｃとからなっている。前記信号電極２６は、前記接地電極２７における第一の部分２７ａ，２７ａに挟まれるようにして形成されており、前記両電極２６，２７は、前記掘削孔２８，２８によって電気的に絶縁されている。そして、前記信号電極２６及び前記接地電極２７における第一の部分２７ａ，２７ａが、前記フレキシブル基板１７と圧着されている。前記第一の部分２７ａ、前記第二の部分２７ｂ及び前記第三の部分２７ｃ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。
【００３５】
前記圧電体２４は、間隙２９に充填材が充填されて形成された充填部３０と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部３１とで構成されている。前記充填部３０は、ｙ軸方向に線状に連続するようにして形成されている。前記間隙２９、前記充填部３０及び前記圧電材部３１は、それぞれ本発明における間隙、充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。
【００３６】
前記間隙２９は、本例では前記圧電体２４における前記信号電極２６及び前記接地電極２７の第一の部分２７ａ側の面から所定の深さＤで形成された溝になっている。この所定の深さＤは、前記圧電材部３１の厚さＴの１０％以下になっている。そして、前記充填部３０は、このように形成された前記間隙２９に充填材が充填されることにより、前記圧電体２４の表面側から内部に向かって途中まで形成されている。
【００３７】
前記充填部３０は、前記圧電体２４の表面を研削した時に、前記圧電材部３１よりも研削されずに前記圧電体２４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２４の表面から突出する突部３０ａを有している。前記充填部３０を構成する充填材としては、具体的には樹脂が挙げられ、本例ではエポキシ樹脂が用いられている。前記突部３０ａは、本発明における突部の実施の形態の一例である。
【００３８】
前記導電層２５は、前記突部３０ａの上において突出しており、前記信号電極２６及び前記接地電極２７における第一の部分２７ａは、突起部３２を有している。この突起部３２は、ｙ軸方向に線状に連続するよう突条に形成されている。この突起部３２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と前記フレキシブル基板１７の間には前記接着層１６が介在しているが、前記突起部３２と前記フレキシブル基板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３２と前記フレキシブル基板１７とが接触して互いに導通している。
【００３９】
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に基づいて説明する。先ず、図６（Ａ）に示すように、前記圧電体２４′の一面側に、所定深さの溝４０を形成する（溝形成工程）。この溝４０は、前記圧電振動子１５における前記間隙２９を構成する。
【００４０】
ちなみに、図７に前記溝４０が形成された圧電体２４′の平面図を示す。この製造工程では、前記圧電体２４′は、図７に示すように、縦方向及び横方向にほぼ同じ長さを有する板状体である。このような板状体からなる前記圧電体２４′に、前記溝４０は、線状に連続するようにして形成されている。
【００４１】
前記溝形成工程において前記溝４０を形成すると、図６(Ｂ)に示すように、前記溝４０にエポキシ樹脂からなる充填材を充填して充填部３０を形成する（充填部形成工程）。ただし、この時には前記充填部３０は、前記突部３０ａを有さない。
【００４２】
前記充填部３０を構成するエポキシ樹脂が硬化した後、図６（Ｃ）に示すように、前記圧電体２４の両面を研削する（研削工程）。この時、前記充填部３０は前記圧電材部３１よりも弾性率が低いため圧縮され、前記充填部３０よりも前記圧電材部３１に大きな応力がかかる。従って、前記充填部３０よりも前記圧電材部３１が研削され、且つ研削後は応力が開放され前記充填部３０が膨張して前記圧電体２４の表面において突出し、前記突部３０ａが形成される（突部形成工程）。
【００４３】
前記圧電体２４の両面を研削して前記突部３０ａを形成すると、図６（Ｄ）に示すように、前記圧電体２４の表面に導電層２５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２５の形成は、前記突部３０ａの上に、前記突起部３２が形成されるように行う。
【００４４】
このようにして得られた板状の圧電振動子１５′には、前記突起部３２が形成された側の面に、切削加工を行って図８に示すように前記掘削孔２８，２８を形成する。これにより、前記信号電極２６及び前記接地電極２７が形成される。そして、これら信号電極２６及び前記接地電極２７が形成された前記圧電振動子１５′を、前記バッキング材層１８の上の前記フレキシブル基板１７上に積層し、図８に二点鎖線で示すように前記突起部３２と直交する方向（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前記圧電振動子１５を形成する。
【００４５】
以上説明した本例によれば、前記信号電極２６及び接地電極２７の第一の部分２７ａに形成された突起部３２により、前記信号電極２６及び前記接地電極２７と前記フレキシブル基板１７との導通を確実にすることができる。また、前記信号電極２６及び前記接地電極２７における第一の部分２７ａに、前記フレキシブル基板１７を圧着したときの応力が前記突起部３２に集中するので、強固に圧着することができ、このことからも確実な導通を図ることができるといえる。
【００４６】
（第二実施形態）
次に、第二実施形態について図９〜図１３に基づいて説明する。本例の超音波プローブの外形及び超音波診断装置の構成は第一実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００４７】
本例の機能素子部５０において、圧電振動子５１は、図１０に示すように、二次元方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に配列され２Ｄアレイ振動子を形成している。前記機能素子部５０は、前記圧電振動子５１に対して超音波照射側に音響整合層５２を備え、超音波照射側とは反対側にバッキング材層５３を備えている。
【００４８】
前記音響整合層５２は、第一実施形態と同様に前記圧電振動子５１と音響レンズ部（本例では図示省略）の中間の音響インピーダンスを有する。前記音響整合層５２は、第一音響整合層５２ａと第二音響整合層５２ｂとで構成されている。これら第一音響整合層５２ａと第二音響整合層５２ｂは、互いに異なる音響インピーダンスを有しており、前記第一音響整合層５２ａが前記音響レンズの音響インピーダンスに近く、一方で前記第二音響整合層５２ｂが前記圧電振動子５２の音響インピーダンスに近くなっている。
【００４９】
前記第一音響整合層５２ａと前記第二音響整合層５２ｂの間には、銅箔５４がエポキシ樹脂接着剤等の接着剤により圧着されている（接着層は図示省略）。この銅箔５４は、前記超音波プローブの接続ケーブル（本例では図示省略）と接続されている。また、前記第二音響整合層５２ｂは、前記銅箔５４の圧着面とは反対側の面において、エポキシ樹脂接着剤等で構成される第一接着層５５により前記圧電振動子５１と圧着されている。
【００５０】
前記第二音響整合層５２ｂは、例えばグラファイト材などの導電性を有する材質で形成されている。従って、後述する前記圧電振動子５１の接地電極６４と前記銅箔５４とは、前記第二音響整合層５２ｂを介して電気的に接続されている。前記銅箔５４により、全ての圧電振動子５１の接地電極６４の導通が共通して図られている。前記第二音響整合層５２ｂは、本発明において接地電極と圧着される導体の一例である。
【００５１】
ちなみに、前記第一音響整合層５２ａの材質については、前記第二音響整合層５２ｂのような電気的制約はなく、この第二音響整合層５２ｂと前記音響レンズの間の音響インピーダンスを有する樹脂材で形成されている。
【００５２】
前記第二音響整合層５２ｂ及び前記圧電振動子５１は、直交する二方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に形成された切込５６により（図９ではｙ軸方向の切込５６のみ図示）、二次元方向に分割されている。ちなみに、この切込５６は、前記バッキング材層５３まで達しており、この切込５６により、前記バッキング材層５３の表面に形成された後述する電極層５９が、前記圧電振動子５１に対応して分割されている。
【００５３】
前記第一音響整合層５２ａには、前記第二音響整合層５２ｂ及び前記圧電振動子５１と同じピッチで、溝５７が形成されている（ｙ軸方向の溝５７のみ図示）。この溝５７は、前記第一音響整合層５２ａにおいて、前記銅箔５４との圧着面とは反対側の面から内部に向かって途中まで形成されている。
【００５４】
前記バッキング材層５３は、前記圧電振動子５１における前記音響整合層５２との圧着面とは反対側の面に、エポキシ樹脂接着剤等で構成される第二接着層５８によって圧着されている。前記バッキング材層５３の表面には、前記信号電極６３と電気的に接続される電極層５９が形成されている。また、前記バッキング材層５３には、このバッキング材層５３を厚み方向に貫通する導線６０が設けられており、この導線６０と前記電極層５９とが電気的に接続されている。また、前記導線６０は、前記超音波プローブの接続ケーブル（本例では図示省略）と接続されている。前記電極層５９は、本発明において信号電極と圧着される導体の実施の形態の一例である。
【００５５】
前記圧電振動子５１について説明する。この圧電振動子５１は、圧電体６１の対向面に、スパッタ等によって形成された導電層６２，６２を有し、この導電層６２により信号電極６３及び接地電極６４が構成されている。そして、前記信号電極６３には前記バッキング材層５３が圧着され、また前記接地電極６４には前記音響整合層５２が圧着されている。前記圧電体６１、前記導電層６２、前記信号電極６３及び前記接地電極６４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。
【００５６】
前記圧電体６１は、間隙６５に充填材が充填されて形成された充填部６６と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部６７とで構成されている。前記間隙６５、前記充填部６６及び前記圧電材部６７は、本発明における間隙、充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。前記間隙６５、前記充填部６６及び前記圧電材部６７は、それぞれ本発明における間隙、充填部および圧電材部の実施の形態の一例である。前記充填部６６は、前記圧電体６１における前記信号電極６３側と前記接地電極６４側のそれぞれに形成されており、またｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って線状に連続するように形成されている。本例では、前記間隙６５及び前記充填部６６は、後述する突起部６８の形成方向（図１０参照）と同一の方向、すなわちｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすようにして形成されている。前記充填部６６は、第一実施形態の前記充填部３０と同様に前記圧電体６１の表面から突出する突部６６ａを有している。また、前記間隙６５は、第一実施形態の前記間隙２９と同様に、前記圧電体６１における前記信号電極６３が形成された面及び前記接地電極６４が形成された面から所定の深さＤで形成された溝になっている。
【００５７】
ここで、前記間隙６５の深さＤは、第一実施形態と同様に、前記圧電材部６７の厚さＴの１０％以下になっている。このような深さにした理由について説明すると、前記間隙６５の深さＤを深くするにつれ、前記充填部６６により前記圧電材部６７が分断されることになるが、本例のように二方向に分割されて形成された圧電振動子５１においては、不均一な体積で分断されることになる。従って、前記間隙６５の深さＤが前記圧電材部６７の厚さＴの１０％を超えると、圧電振動子５１の振動に悪影響を与え、音響特性に影響を与えるおそれがある。このようなことから、前記間隙６５の深さＤを前記圧電材部６７の厚さＴの１０％以下にしたものである。
【００５８】
なお、前記間隙６５、前記充填部６６及び前記圧電材部６７のその他の構成については、第一実施形態における前記間隙２９、前記充填部３０及び前記圧電材部３１と同一の構成であり、詳しい説明を省略する。
【００５９】
前記導電層６２は、前記突部６６ａの上において突出しており、前記信号電極６３及び前記接地電極６４は、突起部６８を有している。この突起部６８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５１と前記第二音響整合層５２ｂとの間には前記第一接着層５５が介在し、前記圧電振動子５１と前記バッキング材層５３との間には前記第二接着層５８が介在しているが、前記突起部６８と前記第二音響整合層５２ｂ及び前記バッキング材層５３との間には前記各接着層５５，５８は介在せず、これにより前記突起部６８と前記第二音響整合層５２ｂ及び前記バッキング材層５３とが接触して互いに導通している。
【００６０】
前記突起部６８は、ｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って線状に連続するようにして突条に形成されている。本例では、前記突起部６８は、図１０に示すように、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれに対して４５°の角度をなすようにして形成されている。
【００６１】
ここで、前記突起部６８をｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って突条に形成する理由について説明する。仮に、前記突起部６８を、素子の分割方向であるｘ軸方向及びｙ軸方向の一方と平行な方向に沿って突条に形成した場合、分割後の前記圧電振動子５１が前記突起部６８を有するためには、分割箇所と前記突起部６８との位置関係を考慮して製造を行わなければならないという困難性を伴う。そこで、前記突起部６８を、ｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に沿って突条に形成することで、前記のような困難性を伴わない製造が可能になる。
【００６２】
本例の圧電振動子５１も、特に図示しないが、第一実施形態の圧電振動子１５と同様に、前記溝形成工程、前記充填部形成工程、前記研削工程及び前記導電層形成工程を経て製造される。これら各工程を経て得られた圧電振動子５１′を図１１に示す。この図１１に示す圧電振動子５１′は、直交する二方向に分割される前の板状体７０により構成される。この板状体７０は、本発明における板状体の実施の形態の一例である。この圧電振動子５１′が、図１１で二点鎖線で示す直交する二方向に分割されて、サイコロ状の前記圧電振動子５１が形成される。この前記圧電振動子５１′の分割についてより詳しく説明すると、板状体からなる前記圧電振動子５１′を、図１２に示すように前記バッキング材層５３上に前記第二接着層５８を介して積層し、さらに前記圧電振動子５１′の上に、板状体からなる第二音響整合層５２ｂ′を前記第一接着層５５を介して積層する。そして、前記圧電振動子５１′及び前記第二音響整合層５２ｂ′と前記バッキング材層５３の一部に、図１３に示すように切削加工を施し、ｘ軸方向及びｙ軸方向に前記切込５６を形成する。これにより、二次元方向に配列された前記圧電振動子５１及びこの圧電振動子５１と対応するようにして二次元方向に分割された第二音響整合層５２ｂが得られる。
【００６３】
ちなみに、前記切込５６を形成した後、前記第二音響整合層５２ｂの上に前記銅箔５４を接着し、さらにこの銅箔５４の上に前記第一音響整合層５２ａを接着することで、前記機能素子部５０が得られる（図９参照）。
【００６４】
本例の圧電振動子５１によれば、第一実施形態と同様に、前記突起部６８により、前記信号電極６３と前記バッキング材層５３における電極層５９との導通や、前記接地電極６４と前記第二音響整合層５２ｂとの導通を確実にすることができる。また、前記突起部６８がｘ軸方向及びｙ軸方向と交差する方向に突条に形成されているので、製造上の困難性を伴うことなく、前記突起部６８の形成が可能になる。
【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、第二実施形態において、前記突起部６８は前記信号電極６３のみに形成されていてもよい。また、前記機能素子部１３，５０の構成は前記各実施形態のものに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１５，５１ 圧電振動子
２０ 第一銅箔層（導体）
２１ 第二銅箔層（導体）
２４，６１ 圧電体
２５，６２ 導電層
２６，６３ 信号電極
２７，６４ 接地電極
２９，６５ 間隙
３０，６６ 充填部
３０ａ，６６ａ 突部
３１，６７ 圧電材部
３２，６８ 突起部
４０ 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及び接地電極を備え、少なくとも前記信号電極は、表面に突起部を有す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、
前記突部の上の前記導電層が突出して前記突起部を形成している
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】
前記間隙は、前記圧電体の表面から所定の深さで形成された溝であり、前記充填部は、前記圧電体の表面側から内部に向かって途中まで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項４】
前記溝の深さは、前記圧電材部の厚さの１０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項５】
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１〜４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】
前記圧電振動子は、板状体を直交する二方向に分割することによって形成されて、二次元方向に配列されるものであり、
前記突起部は、前記二つの分割方向と交差する方向に突条に形成されている
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】
前記接地電極は、表面に突起部を有することを特徴とする請求項１〜６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８】
請求項１〜７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９】
請求項８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１０】
圧電体に所定深さの溝を形成する溝形成工程と、
該溝に充填材を充填して充填部を形成する充填部形成工程と、
前記圧電体の表面を研削して、前記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突部形成工程と、
該突部が形成され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、を有し、
該導電層形成工程においては、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、前記導電層において前記突起部が形成された部分が少なくとも信号電極である
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及び接地電極を備え、少なくとも前記信号電極は、表面に突起部を有す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、
前記突部の上の前記導電層が突出して前記突起部を形成している
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】
前記間隙は、前記圧電体の表面から所定の深さで形成された溝であり、前記充填部は、前記圧電体の表面側から内部に向かって途中まで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項４】
前記溝の深さは、前記圧電材部の厚さの１０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブの圧電振動子。
【請求項５】
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１〜４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】
前記圧電振動子は、板状体を直交する二方向に分割することによって形成されて、二次元方向に配列されるものであり、
前記突起部は、前記二つの分割方向と交差する方向に突条に形成されている
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】
前記接地電極は、表面に突起部を有することを特徴とする請求項１〜６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８】
請求項１〜７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９】
請求項８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１０】
圧電体に所定深さの溝を形成する溝形成工程と、
該溝に充填材を充填して充填部を形成する充填部形成工程と、
前記圧電体の表面を研削して、前記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突部形成工程と、
該突部が形成され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、を有し、
該導電層形成工程においては、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、前記導電層において前記突起部が形成された部分が少なくとも信号電極である
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２０１０−１９３０７２（Ｐ２０１０−１９３０７２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４０９０（Ｐ２００９−３４０９０）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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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