超音波プローブ
【課題】圧電素子の背面に中間層を有する構造をとりながら、超音波送波面上のフレキシブルプリント基板を廃し音響的な劣化を防ぐことを可能した超音波プローブを提供する。
【解決手段】圧電素子と、中間部材と、バッキング材とをこれらの順に前記圧電素子の超音波送波面の裏面側に重ね合わせて設けた超音波プローブであって、前記中間部材と前記バッキング材との間に介在し、第１の配線パターンと第２の配線パターンを持つフレキシブルプリント基板と、前記圧電素子と前記中間部材との間に介在し、前記圧電素子の一方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第１の配線パターンと電気的に接続される第１の電極と、前記圧電素子の前記超音波送波面に設けられ、前記圧電素子の他方の側面と前記他方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第２の配線パターンと電気的に接続される第２の電極とを備える。
【解決手段】圧電素子と、中間部材と、バッキング材とをこれらの順に前記圧電素子の超音波送波面の裏面側に重ね合わせて設けた超音波プローブであって、前記中間部材と前記バッキング材との間に介在し、第１の配線パターンと第２の配線パターンを持つフレキシブルプリント基板と、前記圧電素子と前記中間部材との間に介在し、前記圧電素子の一方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第１の配線パターンと電気的に接続される第１の電極と、前記圧電素子の前記超音波送波面に設けられ、前記圧電素子の他方の側面と前記他方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第２の配線パターンと電気的に接続される第２の電極とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に接続され、被検体に超音波を送受信する超音波プローブに関し、特に圧電素子の電極構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射波から生成した受信信号を基に当該被検体の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。このような超音波診断装置は、超音波プローブから被検体内に超音波を送信し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブで受信して受信信号を生成する。
【０００３】
超音波プローブは、送信信号に基づいて振動して超音波を発生し、反射波を受けて受信信号を生成する圧電素子を走査方向に複数個、配設している。
【０００４】
図８は従来の超音波プローブの主な構成を示した断面図である。超音波プローブの主な構成としては、超音波を発生する圧電素子１１があり、圧電素子１１から生体接触面側（超音波送波面側）に向かって、圧電素子−生体間の音響インピーダンスの不整合を緩和する音響整合層４１及び４２、超音波を収束する音響レンズ５０が接合されている。また、圧電素子１１からケーブル側（超音波送波面と逆側）には、圧電素子１１に電気信号を送受信する配線パターンを備えたフレキシブルプリント基板２０Ａ、余分な超音波振動成分を減衰吸収するバッキング材３０が接合されている。音響整合層４１及び４２を介して（音響整合層４１及び４２の間から）フレキシブルプリント基板６０が引出されている。
【０００５】
フレキシブルプリント基板２０Ａには配線パターン２１Ａが設けられ、フレキシブルプリント基板６０には配線パターン６１が設けられており、配線パターン２１Ａと配線パターン６１との間で電圧が印加される。
【０００６】
また、特許文献１に示すように中間層を設けた超音波プローブが知られている（なお、中間層を構成する部材を「中間部材」と呼ぶ場合がある）。中間層を設けない従来の方式では圧電素子の厚さを超音波の波長のほぼ１／２とする必要があったが、中間層を設けることにより、圧電素子の厚さを超音波の波長のほぼ１／４と従来の半分にすることが可能となることが知られている。図９は、中間層を設けた超音波プローブの一例を示す断面図である。図９に示すように、中間層１４は、圧電素子１１のケーブル側（超音波送波面と逆側）の面に設けられている。
【０００７】
中間層の音響インピーダンスは圧電素子のそれよりも高く、中間層の厚さは、使用する超音波の波長のほぼ１／４（もしくはその奇数倍）であることが知られている。中間層の素材としては、金、鉛、タングステン、水銀、サファイアなどが挙げられる。
【０００８】
圧電素子にはケーブル側（超音波送波面と逆側）の面と超音波送波面との間で電圧を印加する必要があることから、それぞれの面に接地電極と信号電極が設けられている。電気的信号を超音波診断装置と送受信するための電気的回路に接続される配線パターンを備えたフレキシブルプリント基板が用いられ、圧電素子の両電極とフレキシブルプリント基板の配線パターンとを接続することによって信号の送受信を行なっている。
【０００９】
中間層を有する構造においては、中間層の背面側（圧電素子と接合する面と逆側）がフレキシブルプリント基板と接合され、超音波の送受信信号をやりとりすることができる。圧電素子と中間層、中間層とフレキシブルプリント基板はエポキシ系接着剤などにより接合されることが一般的である。
【００１０】
圧電素子を駆動するためには、上述した信号電極と接地電極間に電圧を印加する必要がある。例えば図９に示すように、整合層を介して圧電素子の電極を引出す方法がある。図９では、フレキシブルプリント基板２０Ａとフレキシブルプリント基板６０のそれぞれに設けられた配線パターン２１Ａと６１の間で信号の送受信を行っている。フレキシブルプリント基板２０Ａは、中間層１４とバッキング材３０の間に介在され、中間層１４と接合する面に信号電極（図示しない）が設けられている。また、フレキシブルプリント基板６０は第２の音響整合層４２を介して圧電素子１１に接合されており、第２の音響整合層４２と接合する面に接地電極（図示しない）が設けられている。
【００１１】
これによると、超音波送波面上に信号を引出すために、フレキシブルプリント基板６０を設置する必要がある。フレキシブルプリント基板には接地電極と接合し信号を引出す導線や該導線を固定する樹脂層等が積層されているため電極単体よりも厚みがあり、また音響インピーダンスの大きな金属層が含まれているため、音響整合条件が乱れ音響特性が低下する問題がある。
【００１２】
上記の問題を解決する他の従来技術として、特許文献２に示すように圧電素子の超音波送波面上の電極を該圧電素子の側面を介して、該圧電素子の背面に回す方法が提案されている。図１０は、特許文献２に示した超音波プローブの一例を示す断面図である。図１０に示すように、圧電素子１１の超音波送波面とは逆側の面で接地電極１６及び信号電極１２のそれぞれがフレキシブルプリント基板２０と電気的に接合される。そのため、圧電素子１１の超音波送波面側に信号を引出すためのフレキシブルプリント基板を設ける必要がなくなり、音響特性の低下を防ぐことが可能となる。
【００１３】
その反面、特許文献２に記載の超音波プローブは中間層を有していないことから、圧電素子の厚さを従来と同様に超音波の波長のほぼ２分の１とする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５３−０２５３９０
【特許文献２】特開２００７−１６７４４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように、特許文献１に記載の圧電素子の背面に中間層を有する超音波プローブに、特許文献２に記載された、圧電素子の超音波送波面上の電極を、該圧電素子の側面を介して該圧電素子の背面に回す方式を適用することで、双方の問題を解決する方法が考えられる。このとき具体的には、図１０における圧電素子１１の部分に、図９における圧電素子１１及び中間層１４の積層体を適用する構成が考えられる。
【００１６】
しかしこの場合、圧電素子の直下に導電性を持つ中間層が介在するため、信号電極及び接地電極を分離してフレキシブルプリント基板に接続することが難しい。これは、中間層として非導電性の素材を使用した場合は電圧が印加されず、中間層として導電性を持つ素材を使用した場合は、信号電極と接地電極とが短絡するという問題があるためである。そのため、中間層を有する構造をとる場合、図９に示すように、整合層を介して圧電素子の電極を引出す方法をとらざるを得なかった。
【００１７】
また、特許文献２に記載の方式を実現する場合、圧電素子とフレキシブルプリント基板を接合する面に接地電極及び信号電極のそれぞれを設ける必要があるため、圧電素子の実効駆動面積が小さくなるという別の問題もある。これは超音波プローブの大型化を招くことになり、操作性の劣化につながる。
【００１８】
本発明は上記の問題を解決するものであり、圧電素子の背面に中間層を有する構造をとりながら、超音波送波面上のフレキシブルプリント基板を廃し音響特性の低下を防ぐことを可能した超音波プローブの提供を目的とする。
【００１９】
さらに、圧電素子の実効駆動面積を大きくとることで小型化を可能とした超音波プローブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、圧電素子と、中間部材と、バッキング材とをこれらの順に前記圧電素子の超音波送波面の裏面側に重ね合わせて設けた超音波プローブであって、前記中間部材と前記バッキング材との間に介在し、前記中間部材の背面のほぼ全体を覆い、かつ第１の配線パターンと第２の配線パターンを持つフレキシブルプリント基板と、前記圧電素子と前記中間部材との間に介在し、前記圧電素子の一方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第１の配線パターンと電気的に接続される第１の電極と、前記圧電素子の前記超音波送波面に設けられ、前記圧電素子の他方の側面と前記他方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第２の配線パターンと電気的に接続される第２の電極とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧電素子の背面に中間層を設ける構造の超音波プローブにおいて、接地電極及び信号電極を中間層の背面に位置するフレキシブルプリント基板上の配線パターンに引出すことが可能となり、圧電素子の超音波送波面上にフレキシブルプリント基板を設ける必要が無くなる。これにより、中間層を設ける構造をとりながら音響特性の低下を防止することが可能となる。
【００２２】
また、信号電極及び接地電極のそれぞれが圧電素子の各面のほぼ全体を覆う構成をとることが可能であるため、圧電素子の非実効部分の面積が従来に比べて小さくなり、超音波プローブを小型化することが可能となるため、超音波プローブの操作性を向上させることが可能となる。
【００２３】
さらに、圧電素子の実効部分の面積を維持したまま、中間層の背面で信号電極及び接地電極の双方をフレキシブルプリント基板上の配線パターンに接続することが可能となる。これにより、信号電極及び接地電極の双方に対して、従来に比べて広い面積で電極接合を実現することが可能となり、電極接続品質が向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る超音波プローブの断面図である。
【図２】第１の実施形態における圧電振動部品の断面図である。
【図３】第１の実施形態における圧電振動部品とバッキング材とフレキシブルプリント基板の分解図である。
【図４】第１の実施形態における圧電振動部品の作成方法に関する説明図である。
【図５】変形例１における圧電振動部品の作成方法に関する説明図である。
【図６】変形例２における圧電振動部品の作成方法に関する説明図である。
【図７】図６（ｂ）の拡大断面図である。
【図８】従来の超音波プローブの構成を説明するための断面図である。
【図９】中間層を有する従来の超音波プローブの断面図である。
【図１０】信号電極及び接地電極の双方を圧電素子の背面でフレキシブルプリント基板と接続する従来の超音波プローブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下に図１〜図３を参照しながら第１の実施形態に係る超音波プローブについて説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波プローブは、圧電素子１１と、中間層１４と、バッキング材３０とを、これらの順に重ね合わせて設けられている。圧電素子１１の超音波送波面には、音響整合層４０と、音響レンズ５０とが、これらの順に重ね合わされて設けられている。また、中間層１４とバッキング材３０との間には、フレキシブルプリント基板２０が設けられている。また、図２に示すように、圧電素子１１と中間層の間には信号電極１２が介在され、信号電極１２を圧電素子１１の一方の側面と連続する中間層１４の側面を通し中間層１４の背面（ケーブル側の面）に引出す引出し信号電極１５と、圧電素子１１の超音波送波面に設けられ圧電素子１１の他方の側面と該他方の側面と連続する中間層１４の側面を通し中間層１４の背面（ケーブル側の面）に引出される接地電極１６とを具備している。なお、本説明では、圧電素子１１と、中間層１４との積層体を圧電振動部品１０と呼ぶこととする。
【００２７】
フレキシブルプリント基板２０は、信号配線パターン２２と接地配線パターン２３とを具備し、引出し信号電極１５及び信号配線パターン２２と、接地電極１６及び接地配線パターン２３とが、それぞれ中間層１４の背面で電気的に接続される。
【００２８】
圧電素子１１と中間層１４との間における信号電極１２の引出し信号電極１５と電気的に接続される方向とは逆側の端部と、圧電素子１１の超音波送波面上における接地電極１６が引出される方向とは逆側の端部と、中間層１４とフレキシブルプリント基板２０の間における引出し信号電極１５と接地電極１６との間とに、それぞれ電極分離部１３、１７及び１８が設けられ、信号電極１２又は引出し信号電極１５と、接地電極１６との間を分離している。
【００２９】
各部の構成について以降に具体的に説明する。なお、以下の説明において、超音波を走査する方向をスキャン方向（図１の紙面に直角方向）、超音波を収束する方向をレンズ方向（図１の紙面の上下方向）とする。また、レンズ方向において、上側を超音波送波面側、下側を背面側と呼ぶ。
【００３０】
まず、図２を参照しながら圧電振動部品１０の構成について具体的に説明する。図２は、本実施形態における圧電素子１１と中間層１４とを積層し膜状の電極を取り付けた圧電振動部品１０の断面図である。
【００３１】
圧電素子１１は、スキャン方向に対して複数の素子に分割されている。圧電素子１１の厚さは、本実施形態に係る超音波プローブが送信する超音波の波長のほぼ４分の１である。圧電素子１１の素材としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような圧電セラミックスが使用される。
【００３２】
中間層１４は、圧電素子１１の背面（背面側の面）に設けられており、厚さは本実施形態に係る超音波プローブが送信する超音波の波長のほぼ４分の１である。本実施形態に係る中間層１４には非導電性の素材を用いる。中間層１４の素材、つまり音響インピーダンスが圧電素子１１よりも大きく非導電性を有する素材としては、酸化アルミニウム（サファイア）や炭化珪素（ＳｉＣ）などが使用される。
【００３３】
信号電極１２は、圧電素子１１と中間層１４との間に介在され、圧電素子１１の背面のほぼ全面を覆うように配置されている。信号電極１２の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属が使用される。
【００３４】
信号電極１２の、スキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の一端には切欠き部が設けられており、この切欠き部が、信号電極１２と接地電極１６の接地電極側面部１６２との間を絶縁する電極分離部１３を構成している（接地電極１６及び接地電極側面部１６２については後述する）。なお、電極分離部１３には絶縁物を埋めても良い。
【００３５】
なお電極分離部１３は、圧電素子１１及び中間層１４の側面に配置される接地電極１６の接地電極側面部１６２と、信号電極１２との間を絶縁するために十分な幅を設ける必要がある。一方で、圧電素子１１の電極分離部１３が設置された部分は電圧が印加されないため超音波が発振されない無効部分となる。そのため、電極分離部１３の幅はより狭く設定することが望ましい。一般的に使用される超音波プローブの場合、電極分離部１３の幅は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３６】
引出し信号電極１５は、信号電極１２の電極分離部１３と異なる端部を隣接する圧電素子１１及び中間層１４の側面に引出す、引出し信号電極側面部１５２と、引出し信号電極側面部１５２を中間層１４の背面に引出す引出し信号電極接続部１５３とで構成されている。引出し信号電極１５の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属が使用される。なお、信号電極１２及び引出し信号電極１５が「第１の電極」に該当する。
【００３７】
引出し信号電極側面部１５２は、信号電極１２の電極分離部１３と異なる端部と電気的に接続され、少なくとも信号電極１２と接続する側の中間層１４の側面のほぼ全面を覆うように設置されている。なお、引出し信号電極側面部１５２は、中間層１４の側面と連続する圧電素子１１の側面をあわせて覆うように構成しても良い。以降では、引出し信号電極側面部１５２により中間層１４及び圧電素子１１の双方の側面が覆われているものとして説明する。
【００３８】
引出し信号電極接続部１５３は、引出し信号電極側面部１５２を中間層１４の背面に引出すように設置されており、中間層１４の背面でフレキシブルプリント基板２０の信号配線パターン２２と電気的に接続される（フレキシブルプリント基板２０及び信号配線パターン２２については後述する）。
【００３９】
中間層１４の背面には、引出し信号電極接続部１５３が設置された面とは逆側の中間層１４の側面から引き出された接地電極接続部１６３が設置されている（接地電極接続部１６３については後述する）。中間層１４の背面中央で、接地電極接続部１６３の端部と、引出し信号電極接続部１５３の端部が対向しており、引出し信号電極接続部１５３の端部には切欠き部が設けられている。この切欠き部が引出し信号電極接続部１５３と接地電極接続部１６３との間を絶縁する電極分離部１８を構成している。なお、電極分離部１８には絶縁物を埋めても良い。
【００４０】
なお、電極分離部１８は、引出し信号電極接続部１５３と接地電極接続部１６３との間を絶縁するために十分な幅を設ける必要がある。一方で、引出し信号電極接続部１５３及び接地電極接続部１６３は、それぞれ信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３との電極接続品質を向上させる（確実に接続させる）ために、引出し信号電極接続部１５３及び接地電極接続部１６３のそれぞれの面積をより広くとることが望ましい（フレキシブルプリント基板２０、信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３については後述する）。そのため、電極分離部１８の幅はより狭く設定することが望ましい。一般的に使用される超音波プローブの場合、電極分離部１８の幅は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
接地電極１６は、圧電素子１１の超音波送波面上に設置された接地電極部１６１と、引出し信号電極側面部１５２が設置された面とは逆側の圧電素子１１及び中間層１４の側面に接地電極部１６１を引き出す接地電極側面部１６２と、接地電極側面部１６２を中間層１４の背面に引出す接地電極接続部１６３とで構成されている。接地電極１６の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属が使用される。なお、接地電極１６が「第２の電極」に該当する。
【００４２】
接地電極部１６１は、圧電素子１１の超音波送波面のほぼ全面を覆うように配置されている。これは、接地電極部１６１と信号電極１２との間で電圧が印加されるため、接地電極部１６１で覆われた部分が実行駆動部分となり、接地電極部１６１をより広くとることが望ましいためである。
【００４３】
接地電極側面部１６２は、引出し信号電極側面部１５２が設置された面とは逆側の圧電素子１１及び中間層１４の側面のほぼ全面を覆うように設置されている。接地電極部１６１と接地電極側面部１６２とは電気的に接続されており、接地電極部１６１は接地電極側面部１６２によって圧電素子１１及び中間層１４の側面に引出される。
【００４４】
接地電極接続部１６３は、接地電極側面部１６２を中間層１４の背面に引出すように設置されており、中間層１４の背面でフレキシブルプリント基板２０の接地配線パターン２３と電気的に接続される（フレキシブルプリント基板２０及び接地配線パターン２３については後述する）。
【００４５】
接地電極部１６１の、接地電極側面部１６２と接続される側と逆側の端部には切欠き部が設けられており、この切欠き部が、引出し信号電極側面部１５２と接地電極側面部１６２との間を絶縁する電極分離部１７を構成している。なお、電極分離部１７には絶縁物を埋め込んでも良い。
【００４６】
なお、電極分離部１７は、引出し信号電極側面部１５２と接地電極側面部１６２との間を絶縁するために十分な幅を設ける必要がある。一方で、圧電素子１１の電極分離部１７が設置された部分は電圧が印加されないため超音波が発振されない無効部分となる。そのため、電極分離部１７の幅はより狭く設定することが望ましい。一般的に使用される超音波プローブの場合、電極分離部１７の幅は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４７】
次に、図３を参照しながらフレキシブルプリント基板２０の構成について説明する。図３は、本実施形態における圧電振動部品１０とバッキング材３０とフレキシブルプリント基板２０の分解図である。
【００４８】
フレキシブルプリント基板２０は、圧電素子１１への駆動信号や圧電素子１１からの受信信号を伝達するものであって、圧電振動部品１０とバッキング材３０との間に介在している。
【００４９】
フレキシブルプリント基板２０は、バッキング材３０から圧電振動部品１０に向かって順に積層された、第１の絶縁層２１と、信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３と、第２の絶縁層２４とで構成されている。
【００５０】
第２の絶縁層２４は、レンズ方向に対して、圧電振動部品１０の背面に対応する部分よりも僅かに大きい領域が除去されている。即ち、第２の絶縁層２４には、レンズ方向に対して、圧電振動部品１０の背面よりも僅かに大きい開口０１が形成されている。これにより、信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３が、圧電振動部品１０の背面に形成された引出し信号電極接続部１５３及び接地電極接続部１６３に対して露出する。
【００５１】
なお、信号配線パターン２２が「第１の配線パターン」、接地配線パターン２３が「第２の配線パターン」に該当する。
【００５２】
引出し信号電極接続部１５３は、信号配線パターン２２の露出面２２ａに対して電気的に接続される。また、接地電極接続部１６３は、接地配線パターン２３の露出面２３ａに対して電気的に接続される。
【００５３】
バッキング材３０は、圧電素子１１の背面側に伝播する超音波を吸収するものであって、圧電振動部品１０の背面側（中間層１４の背面側）に配置されている。バッキング材３０の素材としては、特に限定されるものではないが、吸音性に優れたゴムなどが使用される。
【００５４】
バッキング材３０とフレキシブルプリント基板２０との接合、及び、フレキシブルプリント基板２０と圧電振動部品１０との接合には従来技術と同様の方法を用いれば良い。バッキング材３０とフレキシブルプリント基板２０との接合について一般的な方法としては、接着剤による接合が良く知られている。また、フレキシブルプリント基板２０と圧電振動部品１０との接合について一般的な方法としては、はんだ付けによる接合や接着剤による接合が良く知られている。
【００５５】
音響レンズ５０（図１を参照）は、送受信される超音波を収束してビーム状に整形するものであって、音響整合層４０の超音波を送波する方向に配置されている（音響整合層４０については後述する）。音響レンズ５０の素材としては、音響インピーダンスが生体に近いシリコーンなどが使用される。
【００５６】
音響整合層４０は、圧電素子１１と音響レンズ５０を音響整合させるものであって、圧電素子１１と音響レンズ５０との間に介在されている。音響整合層４０は、第１の音響整合層４１と第２の音響整合層４２とで構成されている。第１、第２の音響整合層４１、４２の素材としては、特に限定されるものではないが、圧電素子１１から音響レンズ５０に向かって段階的に音響インピーダンスが変化するように材質の選定がなされている。
【００５７】
次に、圧電振動部品１０の作成方法について図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。第１の実施形態における圧電振動部品１０の作成方法に関する説明図であり、図４（ａ）〜（ｄ）の順に圧電振動部品１０の作成における各工程を示している。
【００５８】
＜ａ１＞まず図４（ａ）に示すように、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された圧電素子１１の背面に信号電極１２をメッキ法やスパッタ法により生成する。このとき、各部材の外形寸法については、後の工程で外形形状を精密に加工するために、所望の寸法に対して僅かに大きく成形しておくことが望ましい。また、信号電極１２の、スキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の一端に、マスキング法やダイシング法により、電極分離部１３を設けておく。
【００５９】
＜ａ２＞次に、図４（ｂ）に示すように、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された中間層１４を、圧電素子１１の背面に信号電極１２を挟み込むように接合する。このとき、電極分離部１３に絶縁物を埋め込んでも良い。中間層１４の接合には、エポキシ系接着剤などによる接着接合が用いられることが一般的である。中間層１４を接合した後、圧電素子１１と中間層１４の積層体の外形加工を行い所望の寸法に成形する。このとき、電極分離部１３の幅が約０．３ｍｍ以下となることが望ましい。
【００６０】
＜ａ３＞次に図４（ｃ）に示すように、圧電素子１１と中間層１４の積層体に対してメッキ法やスパッタ法により電極膜１９を形成する。電極膜１９の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属を用いる。
【００６１】
＜ａ４＞最後に図４（ｄ）に示すように、ダイシング法により電極分離部１７及び電極分離部１８を設け、電極膜１９を引出し信号電極１５と接地電極１６とに分離する。このとき、電極分離部１７は、圧電素子１１の超音波送波面におけるスキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向に関して電極分離部１３とは逆側の端部に設ける。また、電極分離部１８は、中間層１４の背面におけるスキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の中央に設ける。このとき、電極分離部１７及び１８の幅が０．３ｍｍ以下となるように成形することが望ましい。
【００６２】
以上により、圧電振動部品１０が生成される。なお、電極分離部１７及び電極分離部１８の生成方法はダイシング法に限定されるものではない。＜ａ３＞の工程時に電極分離部１７及び電極分離部１８を形成する位置にマスキング処理を施した後、電極膜１９を生成することで設けても良い。
【００６３】
以上により、圧電素子１１の背面に中間層１４を設ける構造をとりつつ、圧電素子１１に設置した信号電極（信号電極１２）及び接地電極（接地電極部１６１）を中間層１４の背面に位置するフレキシブルプリント基板２０の配線パターン（信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３）に引出すことが可能となる。これにより、圧電素子１１の超音波送波面上にフレキシブルプリント基板を設ける必要が無くなるため、音響特性の低下を防止することが可能となる。
【００６４】
また同時に、圧電素子１１の非実効部分の面積が従来に比べて小さくなり、超音波プローブを小型化することが可能となるため、超音波プローブの操作性を向上させることが可能となる。
【００６５】
さらに、圧電素子１１の実効部分の面積を維持したまま、中間層の背面で信号電極（引出し信号電極接続部１５３）及び接地電極（接地電極接続部１６３）を、それぞれフレキシブルプリント基板２０の信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３に接続することが可能となる。これにより、信号電極及び接地電極の双方に対して、従来に比べて広い面積で電極接合を実現することが可能となり、電極接続品質を向上させることが可能となる。
【００６６】
（変形例１）
次に図５を参照しながら変形例１に係る超音波プローブについて説明する。図５は、変形例１における圧電振動部品１０の作成方法を説明するための図である。
【００６７】
変形例１に係る超音波プローブでは、中間層１４に導電性を持つ物質を使用して圧電振動部品１０を構成していることを特徴としており、その他の構成については第１の実施形態と同様である。本項では第１の実施形態と異なる中間層１４の構成及び生成方法に着目して説明する。
【００６８】
図５（ａ）は本実施形態に係る中間層１４の構成を示している。図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る中間層１４は、導電性を持つ中間層基体１４１が絶縁膜１４２で覆われて構成されている。
【００６９】
中間層基体１４１の素材、つまり音響インピーダンスが圧電素子１１よりも大きく導電性を有する素材としては、金、鉛又はタングステンなどが使用される。中間層基体１４１に対して絶縁処理を行うことで絶縁膜１４２を形成する。
【００７０】
絶縁処理の方法としては、中間層基体１４１の全周に対して酸化もしくは窒化処理を施すことにより表面のみを改質し絶縁膜１４２を形成する方法が知られている。また、前記した絶縁処理とは異なる方法として、中間層基体１４１の全周に絶縁層の被覆処理（例えば、酸化アルミニウムの堆積膜）を行うことで絶縁膜１４２を形成しても良い。
【００７１】
以上のように、導電性を持つ中間層基体１４１に絶縁処理を施し絶縁膜１４２を形成することで絶縁機能を持たせ、中間層１４を構成することが可能となる。
【００７２】
図５（ｂ）は、変形例１における圧電振動部品１０の断面図である。変形例１に係る中間層１４と第１の実施形態に係る中間層１４とでは、構成する素材は異なるものの、同一の性質を有している。そのため、図５（ｂ）に示すように、変形例１に係る中間層１４を用いて、圧電振動部品１０を構成することが可能であり、第１の実施形態と同様の方法で圧電振動部品１０を作成することが可能である。
【００７３】
以上により、中間層として導電性を有する素材を使用しながら、第１の実施形態と同等の圧電振動部品１０を実現することが可能となる。
【００７４】
（変形例２）
次に図６（ａ）〜（ｃ）及び図７を参照しながら、変形例２として、第１の実施形態に係る圧電振動部品１０をより簡易に作成する方法について説明する。図６は、変形例２における圧電振動部品１０の作成方法に関する説明図であり、図６（ａ）〜（ｃ）の順に圧電振動部品１０の作成における各工程を示している。また図７は、図６（ｂ）の拡大断面図である。
【００７５】
＜ｂ１＞まず図６（ａ）に示すように、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された圧電素子１１に圧電素子側電極膜１９Ｃをメッキ法やスパッタ法により生成する。また、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された中間層１４に中間層側電極膜１９Ｄをメッキ法やスパッタ法により生成する。圧電素子側電極膜１９Ｃ及び中間層側電極膜１９Ｄの素材としては、第１の実施形態における電極膜１９と同様に、導電性が良好な金、銀、銅などの金属を用いる。
【００７６】
＜ｂ２＞次に図６（ｂ）に示すように、圧電素子１１の超音波送波面において、圧電素子側電極膜１９Ｃのスキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の一端を切欠くことで電極分離部１７を設ける。また、圧電素子１１の背面において、電極分離部１７とは逆側の端部を切欠くことで圧電素子側電極分離部１３Ｃを設ける。これにより圧電素子側電極膜１９Ｃは、圧電素子側信号電極１５Ｃと圧電素子側接地電極１６Ｃとに分離される。
【００７７】
同様に、中間層１４の背面中央を切欠くことで電極分離部１８を設ける。また、図７に示すように、圧電素子１１の背面に対向する中間層１４の面において、圧電素子側電極分離部１３Ｃに対向する位置を切欠くことで中間層側電極分離部１３Ｄを設ける。これにより、中間層側電極膜１９Ｄは、中間層側信号電極１５Ｄと中間層側接地電極１６Ｄとに分離される。
【００７８】
なお、電極分離部１７、電極分離部１８、圧電素子側電極分離部１３Ｃ、及び、中間層側電極分離部１３Ｄは、ダイシング法又はエッチング法により、圧電素子側電極膜１９Ｃ及び中間層側電極膜１９Ｄを切欠くことで形成しても良いし、圧電素子側電極膜１９Ｃ及び中間層側電極膜１９Ｄを形成する際にマスキング法などにより形成しても良い。
【００７９】
また、圧電素子側電極分離部１３Ｃ、中間層側電極分離部１３Ｄ、電極分離部１７、及び、電極分離部１８には絶縁物を埋め込んでも良い。
【００８０】
＜ｂ３＞次に図６（ｃ）に示すように、圧電素子１１の背面と、該圧電素子の背面に対向する中間層１４の面とを接合する。このとき、図７に示すように、圧電素子側接地電極１６Ｃの端部１６５Ｃと中間層側接地電極１６Ｄの端部１６５Ｄとが電気的に接続され、圧電素子１１の背面に位置する圧電素子側信号電極１５Ｃの接合面１５５Ｃと、接合面１５５Ｃに対向する中間層側信号電極１５Ｄの接合面１５５Ｄとが電気的に接続される。また、圧電素子側電極分離部１３Ｃと中間層側電極分離部１３Ｄとが接合され、端部１６５Ｃ及び端部１６５Ｄと、接合面１５５Ｃ及び接合面１５５Ｄとの間を絶縁する。圧電素子１１と中間層１４との接合方法としては、一般的には金属融着や導電性の接着剤による接着が用いられる。
【００８１】
以上により、圧電振動部品１０を、第１の実施形態に記載した作成方法とは異なる方法で、より簡便に作成することが可能となる。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 圧電振動部品 １１ 圧電素子 １２ 信号電極
１３、１７、１８ 電極分離部
１４ 中間層 １４１ 中間層基体 １４２ 絶縁膜
１５ 引出し信号電極
１５２ 引出し信号電極側面部 １５３ 引出し信号電極接続部
１６ 接地電極
１６１ 接地電極部 １６２ 接地電極側面部 １６３ 接地電極接続部
１９ 電極膜
２０ フレキシブルプリント基板 ２１ 第１の絶縁層
２２ 信号配線パターン ２３ 接地配線パターン ２４ 第２の絶縁層
３０ バッキング材
４０ 音響整合層 ４１ 第１の音響整合層 ４２ 第２の音響整合層
５０ 音響レンズ ６０ フレキシブルプリント基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に接続され、被検体に超音波を送受信する超音波プローブに関し、特に圧電素子の電極構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射波から生成した受信信号を基に当該被検体の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。このような超音波診断装置は、超音波プローブから被検体内に超音波を送信し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブで受信して受信信号を生成する。
【０００３】
超音波プローブは、送信信号に基づいて振動して超音波を発生し、反射波を受けて受信信号を生成する圧電素子を走査方向に複数個、配設している。
【０００４】
図８は従来の超音波プローブの主な構成を示した断面図である。超音波プローブの主な構成としては、超音波を発生する圧電素子１１があり、圧電素子１１から生体接触面側（超音波送波面側）に向かって、圧電素子−生体間の音響インピーダンスの不整合を緩和する音響整合層４１及び４２、超音波を収束する音響レンズ５０が接合されている。また、圧電素子１１からケーブル側（超音波送波面と逆側）には、圧電素子１１に電気信号を送受信する配線パターンを備えたフレキシブルプリント基板２０Ａ、余分な超音波振動成分を減衰吸収するバッキング材３０が接合されている。音響整合層４１及び４２を介して（音響整合層４１及び４２の間から）フレキシブルプリント基板６０が引出されている。
【０００５】
フレキシブルプリント基板２０Ａには配線パターン２１Ａが設けられ、フレキシブルプリント基板６０には配線パターン６１が設けられており、配線パターン２１Ａと配線パターン６１との間で電圧が印加される。
【０００６】
また、特許文献１に示すように中間層を設けた超音波プローブが知られている（なお、中間層を構成する部材を「中間部材」と呼ぶ場合がある）。中間層を設けない従来の方式では圧電素子の厚さを超音波の波長のほぼ１／２とする必要があったが、中間層を設けることにより、圧電素子の厚さを超音波の波長のほぼ１／４と従来の半分にすることが可能となることが知られている。図９は、中間層を設けた超音波プローブの一例を示す断面図である。図９に示すように、中間層１４は、圧電素子１１のケーブル側（超音波送波面と逆側）の面に設けられている。
【０００７】
中間層の音響インピーダンスは圧電素子のそれよりも高く、中間層の厚さは、使用する超音波の波長のほぼ１／４（もしくはその奇数倍）であることが知られている。中間層の素材としては、金、鉛、タングステン、水銀、サファイアなどが挙げられる。
【０００８】
圧電素子にはケーブル側（超音波送波面と逆側）の面と超音波送波面との間で電圧を印加する必要があることから、それぞれの面に接地電極と信号電極が設けられている。電気的信号を超音波診断装置と送受信するための電気的回路に接続される配線パターンを備えたフレキシブルプリント基板が用いられ、圧電素子の両電極とフレキシブルプリント基板の配線パターンとを接続することによって信号の送受信を行なっている。
【０００９】
中間層を有する構造においては、中間層の背面側（圧電素子と接合する面と逆側）がフレキシブルプリント基板と接合され、超音波の送受信信号をやりとりすることができる。圧電素子と中間層、中間層とフレキシブルプリント基板はエポキシ系接着剤などにより接合されることが一般的である。
【００１０】
圧電素子を駆動するためには、上述した信号電極と接地電極間に電圧を印加する必要がある。例えば図９に示すように、整合層を介して圧電素子の電極を引出す方法がある。図９では、フレキシブルプリント基板２０Ａとフレキシブルプリント基板６０のそれぞれに設けられた配線パターン２１Ａと６１の間で信号の送受信を行っている。フレキシブルプリント基板２０Ａは、中間層１４とバッキング材３０の間に介在され、中間層１４と接合する面に信号電極（図示しない）が設けられている。また、フレキシブルプリント基板６０は第２の音響整合層４２を介して圧電素子１１に接合されており、第２の音響整合層４２と接合する面に接地電極（図示しない）が設けられている。
【００１１】
これによると、超音波送波面上に信号を引出すために、フレキシブルプリント基板６０を設置する必要がある。フレキシブルプリント基板には接地電極と接合し信号を引出す導線や該導線を固定する樹脂層等が積層されているため電極単体よりも厚みがあり、また音響インピーダンスの大きな金属層が含まれているため、音響整合条件が乱れ音響特性が低下する問題がある。
【００１２】
上記の問題を解決する他の従来技術として、特許文献２に示すように圧電素子の超音波送波面上の電極を該圧電素子の側面を介して、該圧電素子の背面に回す方法が提案されている。図１０は、特許文献２に示した超音波プローブの一例を示す断面図である。図１０に示すように、圧電素子１１の超音波送波面とは逆側の面で接地電極１６及び信号電極１２のそれぞれがフレキシブルプリント基板２０と電気的に接合される。そのため、圧電素子１１の超音波送波面側に信号を引出すためのフレキシブルプリント基板を設ける必要がなくなり、音響特性の低下を防ぐことが可能となる。
【００１３】
その反面、特許文献２に記載の超音波プローブは中間層を有していないことから、圧電素子の厚さを従来と同様に超音波の波長のほぼ２分の１とする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５３−０２５３９０
【特許文献２】特開２００７−１６７４４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように、特許文献１に記載の圧電素子の背面に中間層を有する超音波プローブに、特許文献２に記載された、圧電素子の超音波送波面上の電極を、該圧電素子の側面を介して該圧電素子の背面に回す方式を適用することで、双方の問題を解決する方法が考えられる。このとき具体的には、図１０における圧電素子１１の部分に、図９における圧電素子１１及び中間層１４の積層体を適用する構成が考えられる。
【００１６】
しかしこの場合、圧電素子の直下に導電性を持つ中間層が介在するため、信号電極及び接地電極を分離してフレキシブルプリント基板に接続することが難しい。これは、中間層として非導電性の素材を使用した場合は電圧が印加されず、中間層として導電性を持つ素材を使用した場合は、信号電極と接地電極とが短絡するという問題があるためである。そのため、中間層を有する構造をとる場合、図９に示すように、整合層を介して圧電素子の電極を引出す方法をとらざるを得なかった。
【００１７】
また、特許文献２に記載の方式を実現する場合、圧電素子とフレキシブルプリント基板を接合する面に接地電極及び信号電極のそれぞれを設ける必要があるため、圧電素子の実効駆動面積が小さくなるという別の問題もある。これは超音波プローブの大型化を招くことになり、操作性の劣化につながる。
【００１８】
本発明は上記の問題を解決するものであり、圧電素子の背面に中間層を有する構造をとりながら、超音波送波面上のフレキシブルプリント基板を廃し音響特性の低下を防ぐことを可能した超音波プローブの提供を目的とする。
【００１９】
さらに、圧電素子の実効駆動面積を大きくとることで小型化を可能とした超音波プローブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、圧電素子と、中間部材と、バッキング材とをこれらの順に前記圧電素子の超音波送波面の裏面側に重ね合わせて設けた超音波プローブであって、前記中間部材と前記バッキング材との間に介在し、前記中間部材の背面のほぼ全体を覆い、かつ第１の配線パターンと第２の配線パターンを持つフレキシブルプリント基板と、前記圧電素子と前記中間部材との間に介在し、前記圧電素子の一方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第１の配線パターンと電気的に接続される第１の電極と、前記圧電素子の前記超音波送波面に設けられ、前記圧電素子の他方の側面と前記他方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第２の配線パターンと電気的に接続される第２の電極とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧電素子の背面に中間層を設ける構造の超音波プローブにおいて、接地電極及び信号電極を中間層の背面に位置するフレキシブルプリント基板上の配線パターンに引出すことが可能となり、圧電素子の超音波送波面上にフレキシブルプリント基板を設ける必要が無くなる。これにより、中間層を設ける構造をとりながら音響特性の低下を防止することが可能となる。
【００２２】
また、信号電極及び接地電極のそれぞれが圧電素子の各面のほぼ全体を覆う構成をとることが可能であるため、圧電素子の非実効部分の面積が従来に比べて小さくなり、超音波プローブを小型化することが可能となるため、超音波プローブの操作性を向上させることが可能となる。
【００２３】
さらに、圧電素子の実効部分の面積を維持したまま、中間層の背面で信号電極及び接地電極の双方をフレキシブルプリント基板上の配線パターンに接続することが可能となる。これにより、信号電極及び接地電極の双方に対して、従来に比べて広い面積で電極接合を実現することが可能となり、電極接続品質が向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る超音波プローブの断面図である。
【図２】第１の実施形態における圧電振動部品の断面図である。
【図３】第１の実施形態における圧電振動部品とバッキング材とフレキシブルプリント基板の分解図である。
【図４】第１の実施形態における圧電振動部品の作成方法に関する説明図である。
【図５】変形例１における圧電振動部品の作成方法に関する説明図である。
【図６】変形例２における圧電振動部品の作成方法に関する説明図である。
【図７】図６（ｂ）の拡大断面図である。
【図８】従来の超音波プローブの構成を説明するための断面図である。
【図９】中間層を有する従来の超音波プローブの断面図である。
【図１０】信号電極及び接地電極の双方を圧電素子の背面でフレキシブルプリント基板と接続する従来の超音波プローブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下に図１〜図３を参照しながら第１の実施形態に係る超音波プローブについて説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波プローブは、圧電素子１１と、中間層１４と、バッキング材３０とを、これらの順に重ね合わせて設けられている。圧電素子１１の超音波送波面には、音響整合層４０と、音響レンズ５０とが、これらの順に重ね合わされて設けられている。また、中間層１４とバッキング材３０との間には、フレキシブルプリント基板２０が設けられている。また、図２に示すように、圧電素子１１と中間層の間には信号電極１２が介在され、信号電極１２を圧電素子１１の一方の側面と連続する中間層１４の側面を通し中間層１４の背面（ケーブル側の面）に引出す引出し信号電極１５と、圧電素子１１の超音波送波面に設けられ圧電素子１１の他方の側面と該他方の側面と連続する中間層１４の側面を通し中間層１４の背面（ケーブル側の面）に引出される接地電極１６とを具備している。なお、本説明では、圧電素子１１と、中間層１４との積層体を圧電振動部品１０と呼ぶこととする。
【００２７】
フレキシブルプリント基板２０は、信号配線パターン２２と接地配線パターン２３とを具備し、引出し信号電極１５及び信号配線パターン２２と、接地電極１６及び接地配線パターン２３とが、それぞれ中間層１４の背面で電気的に接続される。
【００２８】
圧電素子１１と中間層１４との間における信号電極１２の引出し信号電極１５と電気的に接続される方向とは逆側の端部と、圧電素子１１の超音波送波面上における接地電極１６が引出される方向とは逆側の端部と、中間層１４とフレキシブルプリント基板２０の間における引出し信号電極１５と接地電極１６との間とに、それぞれ電極分離部１３、１７及び１８が設けられ、信号電極１２又は引出し信号電極１５と、接地電極１６との間を分離している。
【００２９】
各部の構成について以降に具体的に説明する。なお、以下の説明において、超音波を走査する方向をスキャン方向（図１の紙面に直角方向）、超音波を収束する方向をレンズ方向（図１の紙面の上下方向）とする。また、レンズ方向において、上側を超音波送波面側、下側を背面側と呼ぶ。
【００３０】
まず、図２を参照しながら圧電振動部品１０の構成について具体的に説明する。図２は、本実施形態における圧電素子１１と中間層１４とを積層し膜状の電極を取り付けた圧電振動部品１０の断面図である。
【００３１】
圧電素子１１は、スキャン方向に対して複数の素子に分割されている。圧電素子１１の厚さは、本実施形態に係る超音波プローブが送信する超音波の波長のほぼ４分の１である。圧電素子１１の素材としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような圧電セラミックスが使用される。
【００３２】
中間層１４は、圧電素子１１の背面（背面側の面）に設けられており、厚さは本実施形態に係る超音波プローブが送信する超音波の波長のほぼ４分の１である。本実施形態に係る中間層１４には非導電性の素材を用いる。中間層１４の素材、つまり音響インピーダンスが圧電素子１１よりも大きく非導電性を有する素材としては、酸化アルミニウム（サファイア）や炭化珪素（ＳｉＣ）などが使用される。
【００３３】
信号電極１２は、圧電素子１１と中間層１４との間に介在され、圧電素子１１の背面のほぼ全面を覆うように配置されている。信号電極１２の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属が使用される。
【００３４】
信号電極１２の、スキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の一端には切欠き部が設けられており、この切欠き部が、信号電極１２と接地電極１６の接地電極側面部１６２との間を絶縁する電極分離部１３を構成している（接地電極１６及び接地電極側面部１６２については後述する）。なお、電極分離部１３には絶縁物を埋めても良い。
【００３５】
なお電極分離部１３は、圧電素子１１及び中間層１４の側面に配置される接地電極１６の接地電極側面部１６２と、信号電極１２との間を絶縁するために十分な幅を設ける必要がある。一方で、圧電素子１１の電極分離部１３が設置された部分は電圧が印加されないため超音波が発振されない無効部分となる。そのため、電極分離部１３の幅はより狭く設定することが望ましい。一般的に使用される超音波プローブの場合、電極分離部１３の幅は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３６】
引出し信号電極１５は、信号電極１２の電極分離部１３と異なる端部を隣接する圧電素子１１及び中間層１４の側面に引出す、引出し信号電極側面部１５２と、引出し信号電極側面部１５２を中間層１４の背面に引出す引出し信号電極接続部１５３とで構成されている。引出し信号電極１５の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属が使用される。なお、信号電極１２及び引出し信号電極１５が「第１の電極」に該当する。
【００３７】
引出し信号電極側面部１５２は、信号電極１２の電極分離部１３と異なる端部と電気的に接続され、少なくとも信号電極１２と接続する側の中間層１４の側面のほぼ全面を覆うように設置されている。なお、引出し信号電極側面部１５２は、中間層１４の側面と連続する圧電素子１１の側面をあわせて覆うように構成しても良い。以降では、引出し信号電極側面部１５２により中間層１４及び圧電素子１１の双方の側面が覆われているものとして説明する。
【００３８】
引出し信号電極接続部１５３は、引出し信号電極側面部１５２を中間層１４の背面に引出すように設置されており、中間層１４の背面でフレキシブルプリント基板２０の信号配線パターン２２と電気的に接続される（フレキシブルプリント基板２０及び信号配線パターン２２については後述する）。
【００３９】
中間層１４の背面には、引出し信号電極接続部１５３が設置された面とは逆側の中間層１４の側面から引き出された接地電極接続部１６３が設置されている（接地電極接続部１６３については後述する）。中間層１４の背面中央で、接地電極接続部１６３の端部と、引出し信号電極接続部１５３の端部が対向しており、引出し信号電極接続部１５３の端部には切欠き部が設けられている。この切欠き部が引出し信号電極接続部１５３と接地電極接続部１６３との間を絶縁する電極分離部１８を構成している。なお、電極分離部１８には絶縁物を埋めても良い。
【００４０】
なお、電極分離部１８は、引出し信号電極接続部１５３と接地電極接続部１６３との間を絶縁するために十分な幅を設ける必要がある。一方で、引出し信号電極接続部１５３及び接地電極接続部１６３は、それぞれ信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３との電極接続品質を向上させる（確実に接続させる）ために、引出し信号電極接続部１５３及び接地電極接続部１６３のそれぞれの面積をより広くとることが望ましい（フレキシブルプリント基板２０、信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３については後述する）。そのため、電極分離部１８の幅はより狭く設定することが望ましい。一般的に使用される超音波プローブの場合、電極分離部１８の幅は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
接地電極１６は、圧電素子１１の超音波送波面上に設置された接地電極部１６１と、引出し信号電極側面部１５２が設置された面とは逆側の圧電素子１１及び中間層１４の側面に接地電極部１６１を引き出す接地電極側面部１６２と、接地電極側面部１６２を中間層１４の背面に引出す接地電極接続部１６３とで構成されている。接地電極１６の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属が使用される。なお、接地電極１６が「第２の電極」に該当する。
【００４２】
接地電極部１６１は、圧電素子１１の超音波送波面のほぼ全面を覆うように配置されている。これは、接地電極部１６１と信号電極１２との間で電圧が印加されるため、接地電極部１６１で覆われた部分が実行駆動部分となり、接地電極部１６１をより広くとることが望ましいためである。
【００４３】
接地電極側面部１６２は、引出し信号電極側面部１５２が設置された面とは逆側の圧電素子１１及び中間層１４の側面のほぼ全面を覆うように設置されている。接地電極部１６１と接地電極側面部１６２とは電気的に接続されており、接地電極部１６１は接地電極側面部１６２によって圧電素子１１及び中間層１４の側面に引出される。
【００４４】
接地電極接続部１６３は、接地電極側面部１６２を中間層１４の背面に引出すように設置されており、中間層１４の背面でフレキシブルプリント基板２０の接地配線パターン２３と電気的に接続される（フレキシブルプリント基板２０及び接地配線パターン２３については後述する）。
【００４５】
接地電極部１６１の、接地電極側面部１６２と接続される側と逆側の端部には切欠き部が設けられており、この切欠き部が、引出し信号電極側面部１５２と接地電極側面部１６２との間を絶縁する電極分離部１７を構成している。なお、電極分離部１７には絶縁物を埋め込んでも良い。
【００４６】
なお、電極分離部１７は、引出し信号電極側面部１５２と接地電極側面部１６２との間を絶縁するために十分な幅を設ける必要がある。一方で、圧電素子１１の電極分離部１７が設置された部分は電圧が印加されないため超音波が発振されない無効部分となる。そのため、電極分離部１７の幅はより狭く設定することが望ましい。一般的に使用される超音波プローブの場合、電極分離部１７の幅は０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４７】
次に、図３を参照しながらフレキシブルプリント基板２０の構成について説明する。図３は、本実施形態における圧電振動部品１０とバッキング材３０とフレキシブルプリント基板２０の分解図である。
【００４８】
フレキシブルプリント基板２０は、圧電素子１１への駆動信号や圧電素子１１からの受信信号を伝達するものであって、圧電振動部品１０とバッキング材３０との間に介在している。
【００４９】
フレキシブルプリント基板２０は、バッキング材３０から圧電振動部品１０に向かって順に積層された、第１の絶縁層２１と、信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３と、第２の絶縁層２４とで構成されている。
【００５０】
第２の絶縁層２４は、レンズ方向に対して、圧電振動部品１０の背面に対応する部分よりも僅かに大きい領域が除去されている。即ち、第２の絶縁層２４には、レンズ方向に対して、圧電振動部品１０の背面よりも僅かに大きい開口０１が形成されている。これにより、信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３が、圧電振動部品１０の背面に形成された引出し信号電極接続部１５３及び接地電極接続部１６３に対して露出する。
【００５１】
なお、信号配線パターン２２が「第１の配線パターン」、接地配線パターン２３が「第２の配線パターン」に該当する。
【００５２】
引出し信号電極接続部１５３は、信号配線パターン２２の露出面２２ａに対して電気的に接続される。また、接地電極接続部１６３は、接地配線パターン２３の露出面２３ａに対して電気的に接続される。
【００５３】
バッキング材３０は、圧電素子１１の背面側に伝播する超音波を吸収するものであって、圧電振動部品１０の背面側（中間層１４の背面側）に配置されている。バッキング材３０の素材としては、特に限定されるものではないが、吸音性に優れたゴムなどが使用される。
【００５４】
バッキング材３０とフレキシブルプリント基板２０との接合、及び、フレキシブルプリント基板２０と圧電振動部品１０との接合には従来技術と同様の方法を用いれば良い。バッキング材３０とフレキシブルプリント基板２０との接合について一般的な方法としては、接着剤による接合が良く知られている。また、フレキシブルプリント基板２０と圧電振動部品１０との接合について一般的な方法としては、はんだ付けによる接合や接着剤による接合が良く知られている。
【００５５】
音響レンズ５０（図１を参照）は、送受信される超音波を収束してビーム状に整形するものであって、音響整合層４０の超音波を送波する方向に配置されている（音響整合層４０については後述する）。音響レンズ５０の素材としては、音響インピーダンスが生体に近いシリコーンなどが使用される。
【００５６】
音響整合層４０は、圧電素子１１と音響レンズ５０を音響整合させるものであって、圧電素子１１と音響レンズ５０との間に介在されている。音響整合層４０は、第１の音響整合層４１と第２の音響整合層４２とで構成されている。第１、第２の音響整合層４１、４２の素材としては、特に限定されるものではないが、圧電素子１１から音響レンズ５０に向かって段階的に音響インピーダンスが変化するように材質の選定がなされている。
【００５７】
次に、圧電振動部品１０の作成方法について図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。第１の実施形態における圧電振動部品１０の作成方法に関する説明図であり、図４（ａ）〜（ｄ）の順に圧電振動部品１０の作成における各工程を示している。
【００５８】
＜ａ１＞まず図４（ａ）に示すように、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された圧電素子１１の背面に信号電極１２をメッキ法やスパッタ法により生成する。このとき、各部材の外形寸法については、後の工程で外形形状を精密に加工するために、所望の寸法に対して僅かに大きく成形しておくことが望ましい。また、信号電極１２の、スキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の一端に、マスキング法やダイシング法により、電極分離部１３を設けておく。
【００５９】
＜ａ２＞次に、図４（ｂ）に示すように、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された中間層１４を、圧電素子１１の背面に信号電極１２を挟み込むように接合する。このとき、電極分離部１３に絶縁物を埋め込んでも良い。中間層１４の接合には、エポキシ系接着剤などによる接着接合が用いられることが一般的である。中間層１４を接合した後、圧電素子１１と中間層１４の積層体の外形加工を行い所望の寸法に成形する。このとき、電極分離部１３の幅が約０．３ｍｍ以下となることが望ましい。
【００６０】
＜ａ３＞次に図４（ｃ）に示すように、圧電素子１１と中間層１４の積層体に対してメッキ法やスパッタ法により電極膜１９を形成する。電極膜１９の素材としては、導電性が良好な金、銀、銅などの金属を用いる。
【００６１】
＜ａ４＞最後に図４（ｄ）に示すように、ダイシング法により電極分離部１７及び電極分離部１８を設け、電極膜１９を引出し信号電極１５と接地電極１６とに分離する。このとき、電極分離部１７は、圧電素子１１の超音波送波面におけるスキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向に関して電極分離部１３とは逆側の端部に設ける。また、電極分離部１８は、中間層１４の背面におけるスキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の中央に設ける。このとき、電極分離部１７及び１８の幅が０．３ｍｍ以下となるように成形することが望ましい。
【００６２】
以上により、圧電振動部品１０が生成される。なお、電極分離部１７及び電極分離部１８の生成方法はダイシング法に限定されるものではない。＜ａ３＞の工程時に電極分離部１７及び電極分離部１８を形成する位置にマスキング処理を施した後、電極膜１９を生成することで設けても良い。
【００６３】
以上により、圧電素子１１の背面に中間層１４を設ける構造をとりつつ、圧電素子１１に設置した信号電極（信号電極１２）及び接地電極（接地電極部１６１）を中間層１４の背面に位置するフレキシブルプリント基板２０の配線パターン（信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３）に引出すことが可能となる。これにより、圧電素子１１の超音波送波面上にフレキシブルプリント基板を設ける必要が無くなるため、音響特性の低下を防止することが可能となる。
【００６４】
また同時に、圧電素子１１の非実効部分の面積が従来に比べて小さくなり、超音波プローブを小型化することが可能となるため、超音波プローブの操作性を向上させることが可能となる。
【００６５】
さらに、圧電素子１１の実効部分の面積を維持したまま、中間層の背面で信号電極（引出し信号電極接続部１５３）及び接地電極（接地電極接続部１６３）を、それぞれフレキシブルプリント基板２０の信号配線パターン２２及び接地配線パターン２３に接続することが可能となる。これにより、信号電極及び接地電極の双方に対して、従来に比べて広い面積で電極接合を実現することが可能となり、電極接続品質を向上させることが可能となる。
【００６６】
（変形例１）
次に図５を参照しながら変形例１に係る超音波プローブについて説明する。図５は、変形例１における圧電振動部品１０の作成方法を説明するための図である。
【００６７】
変形例１に係る超音波プローブでは、中間層１４に導電性を持つ物質を使用して圧電振動部品１０を構成していることを特徴としており、その他の構成については第１の実施形態と同様である。本項では第１の実施形態と異なる中間層１４の構成及び生成方法に着目して説明する。
【００６８】
図５（ａ）は本実施形態に係る中間層１４の構成を示している。図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る中間層１４は、導電性を持つ中間層基体１４１が絶縁膜１４２で覆われて構成されている。
【００６９】
中間層基体１４１の素材、つまり音響インピーダンスが圧電素子１１よりも大きく導電性を有する素材としては、金、鉛又はタングステンなどが使用される。中間層基体１４１に対して絶縁処理を行うことで絶縁膜１４２を形成する。
【００７０】
絶縁処理の方法としては、中間層基体１４１の全周に対して酸化もしくは窒化処理を施すことにより表面のみを改質し絶縁膜１４２を形成する方法が知られている。また、前記した絶縁処理とは異なる方法として、中間層基体１４１の全周に絶縁層の被覆処理（例えば、酸化アルミニウムの堆積膜）を行うことで絶縁膜１４２を形成しても良い。
【００７１】
以上のように、導電性を持つ中間層基体１４１に絶縁処理を施し絶縁膜１４２を形成することで絶縁機能を持たせ、中間層１４を構成することが可能となる。
【００７２】
図５（ｂ）は、変形例１における圧電振動部品１０の断面図である。変形例１に係る中間層１４と第１の実施形態に係る中間層１４とでは、構成する素材は異なるものの、同一の性質を有している。そのため、図５（ｂ）に示すように、変形例１に係る中間層１４を用いて、圧電振動部品１０を構成することが可能であり、第１の実施形態と同様の方法で圧電振動部品１０を作成することが可能である。
【００７３】
以上により、中間層として導電性を有する素材を使用しながら、第１の実施形態と同等の圧電振動部品１０を実現することが可能となる。
【００７４】
（変形例２）
次に図６（ａ）〜（ｃ）及び図７を参照しながら、変形例２として、第１の実施形態に係る圧電振動部品１０をより簡易に作成する方法について説明する。図６は、変形例２における圧電振動部品１０の作成方法に関する説明図であり、図６（ａ）〜（ｃ）の順に圧電振動部品１０の作成における各工程を示している。また図７は、図６（ｂ）の拡大断面図である。
【００７５】
＜ｂ１＞まず図６（ａ）に示すように、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された圧電素子１１に圧電素子側電極膜１９Ｃをメッキ法やスパッタ法により生成する。また、超音波の波長のほぼ４分の１の厚さに加工された中間層１４に中間層側電極膜１９Ｄをメッキ法やスパッタ法により生成する。圧電素子側電極膜１９Ｃ及び中間層側電極膜１９Ｄの素材としては、第１の実施形態における電極膜１９と同様に、導電性が良好な金、銀、銅などの金属を用いる。
【００７６】
＜ｂ２＞次に図６（ｂ）に示すように、圧電素子１１の超音波送波面において、圧電素子側電極膜１９Ｃのスキャン方向及びレンズ方向の双方に直交する方向の一端を切欠くことで電極分離部１７を設ける。また、圧電素子１１の背面において、電極分離部１７とは逆側の端部を切欠くことで圧電素子側電極分離部１３Ｃを設ける。これにより圧電素子側電極膜１９Ｃは、圧電素子側信号電極１５Ｃと圧電素子側接地電極１６Ｃとに分離される。
【００７７】
同様に、中間層１４の背面中央を切欠くことで電極分離部１８を設ける。また、図７に示すように、圧電素子１１の背面に対向する中間層１４の面において、圧電素子側電極分離部１３Ｃに対向する位置を切欠くことで中間層側電極分離部１３Ｄを設ける。これにより、中間層側電極膜１９Ｄは、中間層側信号電極１５Ｄと中間層側接地電極１６Ｄとに分離される。
【００７８】
なお、電極分離部１７、電極分離部１８、圧電素子側電極分離部１３Ｃ、及び、中間層側電極分離部１３Ｄは、ダイシング法又はエッチング法により、圧電素子側電極膜１９Ｃ及び中間層側電極膜１９Ｄを切欠くことで形成しても良いし、圧電素子側電極膜１９Ｃ及び中間層側電極膜１９Ｄを形成する際にマスキング法などにより形成しても良い。
【００７９】
また、圧電素子側電極分離部１３Ｃ、中間層側電極分離部１３Ｄ、電極分離部１７、及び、電極分離部１８には絶縁物を埋め込んでも良い。
【００８０】
＜ｂ３＞次に図６（ｃ）に示すように、圧電素子１１の背面と、該圧電素子の背面に対向する中間層１４の面とを接合する。このとき、図７に示すように、圧電素子側接地電極１６Ｃの端部１６５Ｃと中間層側接地電極１６Ｄの端部１６５Ｄとが電気的に接続され、圧電素子１１の背面に位置する圧電素子側信号電極１５Ｃの接合面１５５Ｃと、接合面１５５Ｃに対向する中間層側信号電極１５Ｄの接合面１５５Ｄとが電気的に接続される。また、圧電素子側電極分離部１３Ｃと中間層側電極分離部１３Ｄとが接合され、端部１６５Ｃ及び端部１６５Ｄと、接合面１５５Ｃ及び接合面１５５Ｄとの間を絶縁する。圧電素子１１と中間層１４との接合方法としては、一般的には金属融着や導電性の接着剤による接着が用いられる。
【００８１】
以上により、圧電振動部品１０を、第１の実施形態に記載した作成方法とは異なる方法で、より簡便に作成することが可能となる。
【符号の説明】
【００８２】
１０ 圧電振動部品 １１ 圧電素子 １２ 信号電極
１３、１７、１８ 電極分離部
１４ 中間層 １４１ 中間層基体 １４２ 絶縁膜
１５ 引出し信号電極
１５２ 引出し信号電極側面部 １５３ 引出し信号電極接続部
１６ 接地電極
１６１ 接地電極部 １６２ 接地電極側面部 １６３ 接地電極接続部
１９ 電極膜
２０ フレキシブルプリント基板 ２１ 第１の絶縁層
２２ 信号配線パターン ２３ 接地配線パターン ２４ 第２の絶縁層
３０ バッキング材
４０ 音響整合層 ４１ 第１の音響整合層 ４２ 第２の音響整合層
５０ 音響レンズ ６０ フレキシブルプリント基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、中間部材と、バッキング材とをこれらの順に前記圧電素子の超音波送波面の裏面側に重ね合わせて設けた超音波プローブであって、
前記中間部材と前記バッキング材との間に介在し、前記中間部材の背面のほぼ全体を覆い、かつ第１の配線パターンと第２の配線パターンを持つフレキシブルプリント基板と、
前記圧電素子と前記中間部材との間に介在し、前記圧電素子の一方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第１の配線パターンと電気的に接続される第１の電極と、
前記圧電素子の前記超音波送波面に設けられ、前記圧電素子の他方の側面と前記他方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第２の配線パターンと電気的に接続される第２の電極とを備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンのいずれかもしくは双方が、さらに前記中間部材と前記フレキシブルプリント基板との間に引出され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。
【請求項３】
前記圧電素子と前記中間部材との間において前記第１の電極が引出される方向とは逆側の前記第１の電極の端部と、前記圧電素子の前記超音波送波面において前記第２の電極が引出される方向とは逆側の前記第２の電極の端部とに電極分離部が設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記中間部材の音響インピーダンスが前記圧電素子及び前記バッキング材の音響インピーダンスより高く、前記圧電素子の厚さが超音波の波長のほぼ４分の１であり、前記中間部材の厚さが超音波の波長のほぼ４分の１であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記中間部材が非導電体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記中間部材が導電体であり、前記中間部材の周囲に絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１】
圧電素子と、中間部材と、バッキング材とをこれらの順に前記圧電素子の超音波送波面の裏面側に重ね合わせて設けた超音波プローブであって、
前記中間部材と前記バッキング材との間に介在し、前記中間部材の背面のほぼ全体を覆い、かつ第１の配線パターンと第２の配線パターンを持つフレキシブルプリント基板と、
前記圧電素子と前記中間部材との間に介在し、前記圧電素子の一方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第１の配線パターンと電気的に接続される第１の電極と、
前記圧電素子の前記超音波送波面に設けられ、前記圧電素子の他方の側面と前記他方の側面と連続する前記中間部材の側面を通し引出され、前記第２の配線パターンと電気的に接続される第２の電極とを備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンのいずれかもしくは双方が、さらに前記中間部材と前記フレキシブルプリント基板との間に引出され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。
【請求項３】
前記圧電素子と前記中間部材との間において前記第１の電極が引出される方向とは逆側の前記第１の電極の端部と、前記圧電素子の前記超音波送波面において前記第２の電極が引出される方向とは逆側の前記第２の電極の端部とに電極分離部が設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記中間部材の音響インピーダンスが前記圧電素子及び前記バッキング材の音響インピーダンスより高く、前記圧電素子の厚さが超音波の波長のほぼ４分の１であり、前記中間部材の厚さが超音波の波長のほぼ４分の１であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記中間部材が非導電体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記中間部材が導電体であり、前記中間部材の周囲に絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１１４４１４（Ｐ２０１１−１１４４１４Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６６８２２（Ｐ２００９−２６６８２２）
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【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２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【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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