超音波プローブ
【課題】矩形振動子に加え、矩形以外の圧電振動子を用い、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板を接合する構成を用いた、折り曲げ部を保護層で保護した超音波プローブを提供すること。
【解決手段】一部に盛り上がり部を有するベース層と、前記ベース層の圧電素子側の面に前記ベース層に沿って形成され、前記盛り上がり部に対応する一部で前記圧電素子の背面に接地された信号電極に接続される信号配線層と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部を挟んで両側に形成された保護層とを備え、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続され、前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続されたフレキシブルプリント基板を具備するよう構成されている。
【解決手段】一部に盛り上がり部を有するベース層と、前記ベース層の圧電素子側の面に前記ベース層に沿って形成され、前記盛り上がり部に対応する一部で前記圧電素子の背面に接地された信号電極に接続される信号配線層と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部を挟んで両側に形成された保護層とを備え、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続され、前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続されたフレキシブルプリント基板を具備するよう構成されている。
【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】
圧電素子にはその背面から超音波送波面に電圧を印加する必要があることから、圧電素子の背面に信号電極が設けられ、圧電素子の超音波送波面に接地電極が設けられている。この信号電極及び接地電極と、超音波診断装置と電気的信号を送受信するための電気回路とを接続する配線部材としてフレキシブルプリント基板が用いられている。
【０００５】
圧電素子から電極を引出す構成としては、圧電素子の側面にフレキシブルプリント基板をはんだ付けする構成と、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成の、主に２種類に大別される。例えば、特許文献１には、圧電素子の背面でフレキシブルプリント基板を接着接合する場合の一例が開示されている。
【０００６】
圧電素子の側面にフレキシブルプリント基板をはんだ付けする構成は、例えば圧電素子が円形振動子の場合に用いられる。図１２は、圧電素子の側面にフレキシブルプリント基板をはんだ付けする従来の超音波プローブにおける、圧電素子とバッキング材とフレキシブルプリント基板の構成の一例である。
【０００７】
図１２の例では、圧電素子１０と、圧電素子１０の背面のほぼ全面と一方の側面を覆うように形成された信号電極１１と、圧電素子１０の超音波送波面のほぼ全面と他方の側面を覆うように形成された接地電極１２と、圧電素子１０の背面に接合されたバッキング材３と、信号電極１１を引出すフレキシブルプリント基板２と、接地電極１２を引出すフレキシブルプリント基板５とで構成される。
【０００８】
図１２に示すように、圧電素子１０の側面に位置する信号電極１１の信号電極接続部１０１とフレキシブルプリント基板２の信号配線層２２とが電気的に接続される。また、圧電素子１０の側面に位置する接地電極１２の接地電極接続部１２１とフレキシブルプリント基板５の接地配線層５２とが電気的に接続される。
【０００９】
また、信号電極１１の信号電極接続部１０１とは逆側の端部には信号電極切欠き部１１２が設けられ、接地電極１２の接地電極接続部１２１とは逆側の端部には接地電極切欠き部１２２が設けられている。この信号電極切欠き部１１２と接地電極切欠き部１２２とにより、信号電極１１と接地電極１２とが電気的に分離される。
【００１０】
また、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成は、例えば圧電素子が矩形振動子の場合に用いられる。図１３及び図１４は、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する従来の超音波プローブにおける、圧電素子とバッキング材とフレキシブルプリント基板の一例である。
【００１１】
例えば図１４は、特許文献１に開示された超音波プローブの例であり、圧電素子１０と、圧電素子１０の背面の中央部を覆うように形成された信号電極１１と、圧電素子１０の超音波送波面のほぼ全面を覆い、圧電素子１０の側面を介して圧電素子１０の背面に引出すように形成された接地電極１２と、圧電素子１０の背面に接合されたバッキング材３と、圧電素子１０とバッキング材３との間に介在し、信号電極１１及び接地電極１２を引出すフレキシブルプリント基板２とで構成される。
【００１２】
図１４に示すように、フレキシブルプリント基板２は、第１の絶縁層２７と、接地配線層２６と、第２の絶縁層２５と、信号配線層２２と、ベース層（第３の絶縁層）２１とで構成される基板本体と、第２の保護層（スペーサー）２４とで構成されている。
【００１３】
信号配線層２２及びベース層２１の中央部は、第２の保護層２４に押し上げられ、信号配線層２２の電極接続部２２１と接地配線層２６とがほぼ同じ高さとなり、圧電素子１０の背面と接合する。このとき、信号電極１１と電極接続部２２１とが電気的に接続される。また、接地電極１２の圧電素子１０の背面に引出された接地電極接続部１２１と接地配線層２６とが電気的に接続される。
【００１４】
図１３や図１４の例のように、圧電素子１０の背面にフレキシブルプリント基板２をはんだ付け又は接着接合する構成の場合、圧電素子１０とフレキシブルプリント基板２とを接合後、フレキシブルプリント基板２を圧電素子１０の端部でバッキング材３に沿ってほぼ直角に折り曲げる構成が一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−１６７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
一方で、図１２に示すように、圧電素子１０の側面にフレキシブルプリント基板２及び５をはんだ付けする構成は、薄い圧電素子１０の側面においてはんだ付けされるため、有効なはんだ面積が確保できず電極の接続品質が悪化し、作業も煩雑になるため歩留まりが安定しないという問題がある。
【００１７】
また図１３や図１４の例のように、圧電素子１０の背面にフレキシブルプリント基板２をはんだ付け又は接着接合する構成の場合、超音波プローブを小型化するためにフレキシブルプリント基板２を圧電素子１０の端部で折り曲げる構成とすることから、矩形以外の圧電振動子を用いることが困難である。また、折り曲げ部において信号配線層２２が断線する可能性が高く、保護層を設けて保護する必要がある。
【００１８】
さらに、特許文献１（図１４）に示すように、接地電極１２を圧電素子１０の側面を介し背面に引出す構成の場合、圧電素子１０の有効部分が信号電極１１に覆われた部分に限られ、無効部分が形成される。この無効部分は超音波の送受信に寄与しないため、有効部分を大きくしようとすると超音波プローブの不必要な大型化につながる。
【００１９】
本発明は上記の問題を解決するものであり、矩形振動子を用いた場合に加え、矩形以外の圧電振動子（例えば八角形の圧電振動子）を用いた場合において、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、折り曲げ部を保護層で保護した超音波プローブの提供を目的とする。
【００２０】
さらに、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、圧電素子に無効部分を必要としない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】
【００２１】
上記目的を達成するために、この発明の第１の形態は、超音波送波面に接地電極が設置され、背面に信号電極が設置された１以上の圧電素子で構成された圧電振動部品と、前記圧電振動部品の背面に重ねられたバッキング材と、前記圧電振動部品と前記バッキング材との間に介在するフレキシブルプリント基板とを備えた超音波プローブであって、前記フレキシブルプリント基板は、一部に盛り上がり部を有するベース層と、前記ベース層の前記圧電振動部品側の面に前記ベース層に沿って形成され、前記盛り上がり部に対応する部分が前記信号電極に接続される信号配線層と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部を挟んで両側に形成され、前記盛り上がり部以外の部分に対応する前記信号配線層を保護する保護層とを備え、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続され、前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続されたことを特徴とする超音波プローブである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、矩形振動子を用いた場合に加え、矩形以外の圧電振動子（例えば八角形の圧電振動子）を用いた場合において、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、折り曲げ部を保護層で保護した超音波プローブを提供することが可能となる。
【００２３】
また、圧電素子に電圧を印加する信号電極を、圧電素子の背面のほぼ全面を覆うように設置することが可能となるため、無効部分を必要とせず、超音波プローブを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態における圧電素子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２】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図３】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る超音波プローブの概略図である。
【図７】変形例１におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図８】変形例１におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図９】変形例１におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図１０】変形例１における圧電素子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１１】円形の一部を直線状に切欠いた圧電素子を用いた場合におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図１２】信号電極及び接地電極の双方を圧電素子の側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一例を示す断面図である。
【図１３】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一例を示す断面図である。
【図１４】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一例を示す分解図である。
【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及び図２と、図６とを参照しながら第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、超音波送波面に接地電極１２が設置され、背面に信号電極１１が設置された１以上の圧電素子１０で構成された圧電振動部品１と、圧電振動部品１の背面に重ねあわされたバッキング材３とを具備しており、圧電振動部品１とバッキング材３との間にはフレキシブルプリント基板２が設けられている。また、図６に示すように、圧電振動部品１の超音波送波面には、第１の音響整合層４１と第２の音響整合層４２（導電体）で構成された音響整合層４と、音響レンズ６とが、これらの順に重ね合わされて設けられている。第１の音響整合層４１と第２の音響整合層４２との間にはフレキシブルプリント基板５が介在し、接地電極１２からの信号を引出している。
【００２７】
以下、各部の構成について具体的に説明する。なお以下の説明において、超音波を走査する方向をＺ軸方向（図１の紙面に直角方向）、超音波を収束する方向をＹ軸方向（図１の紙面の上下方向）、Ｚ軸とＹ軸の双方に直交する方向をＸ軸方向（図１の紙面の左右方向）とする。また、Ｙ軸方向において、上側を超音波送波面側、下側を背面側と呼ぶ。
【００２８】
圧電振動部品１は、信号電極１１及び接地電極１２が配置された圧電素子１０がスキャン方向（Ｚ軸方向）に対して１以上配列され構成されている（圧電素子１０、信号電極１１、及び、接地電極１２については後述する）。本実施形態に係る圧電振動部品１は、図２に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、矩形の形状をなしている。なお以降は、圧電振動部品１が複数（２以上）の圧電素子１０により構成されているものとして説明する。
【００２９】
圧電素子１０は圧電効果を有しており、その素材としては、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。
【００３０】
信号電極１１は、圧電素子１０の背面のほぼ全面を覆うように配置されている。具体的には、圧電素子１０や信号電極１１の加工精度の違いを考慮し、加工後に圧電素子１０の背面の全面を覆うように、信号電極１１を形成する。信号電極１１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。
【００３１】
接地電極１２は、圧電素子１０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。具体的には、圧電素子１０や接地電極１２の加工精度の違いを考慮し、加工後に圧電素子１０の超音波送波面の全面を覆うように、接地電極１２を形成する。これは、接地電極１２と信号電極１１との間で電圧が印加されるため、接地電極１２で覆われた部分が実際に駆動する部分となり、接地電極１２をより広くとることが望ましいためである。
【００３２】
なお、信号電極１１及び接地電極１２は、圧電素子１０ごとに配置されており、圧電振動部品１を圧電素子１０それぞれに分割する切断溝により、圧電素子１０それぞれの信号電極１１及び接地電極１２が、他の圧電素子１０の信号電極１１及び接地電極１２と電気的に分離される。
【００３３】
バッキング材３は、圧電素子１０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１の背面側に配置されている。バッキング材３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。
【００３４】
フレキシブルプリント基板２は、圧電素子１０へ駆動信号を伝達し、かつ、反射波を電気信号に変換した受信信号を電気回路へ伝達するものであって、圧電振動部品１とバッキング材３との間に介在する。
【００３５】
フレキシブルプリント基板２は、基板本体２０と、第２の保護層２４とで構成されている。基板本体２０は、バッキング材３から圧電素子１０に向かって順に積層された、ベース層２１と、信号配線層２２と、第１の保護層２３とで構成されている。
【００３６】
信号配線層２２は、信号電極１１と接続される電極接続部２２１と、電極接続部２２１をベース層２１に沿ってＸ軸方向に引出す電極引出し部２２２とで構成されている。信号配線層２２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。なお以降では、ベース層２１の電極接続部２２１に対応する部分を、ベース層露出部２１１と呼ぶものとする。
【００３７】
第１の保護層２３は、バッキング材３の超音波送波面側に対応する圧電素子接合部２３１と、バッキング材３の側面に沿って折り曲げられる側面保護部２３２とで構成されている。
【００３８】
圧電素子接合部２３１は、電極接続部２２１の超音波送波面側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、圧電素子接合部２３１には、Ｙ軸方向に対して、電極接続部２２１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、電極接続部２２１及びベース層露出部２１１は、フレキシブルプリント基板２から、圧電素子１０の背面に形成された信号電極１１側に露出する。
【００３９】
第２の保護層２４は、バッキング材３と基板本体２０との間に介在し、基板本体２０の電極接続部２２１が露出した部分（図１の範囲Ａに相当する、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１）を圧電素子１０に向けて隆起させる。この隆起した部分が盛り上がり部に相当する。第２の保護層２４の形成範囲は、電極接続部２２１の形成範囲とほとんど対応している。ただし、第２の保護層２４の形成範囲は、圧電素子接合部２３１に形成された開口０１の内側（図１の範囲Ａ）に限定されていれば、電極接続部２２１より大きくても小さくても構わない。
【００４０】
ここで、図３を参照しながら第２の保護層２４の厚さについて説明する。図３は、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の拡大断面図である。図３に示すように、第２の保護層２４の厚さｄ４は、第１の保護層２３の厚さｄ３に設定されている。従って、バッキング材３から圧電素子接合部２３１までの厚さ（ベース層２１の厚さｄ１と、信号配線層２２の厚さｄ２と、第１の保護層２３の厚さｄ３との和ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）は、バッキング材３から電極接続部２２１までの厚さ（第２の保護層２４の厚さｄ４と、ベース層２１の厚さｄ１と、信号配線層２２の厚さｄ２との和ｄ４＋ｄ１＋ｄ２）に等しい。電極接続部２２１、圧電素子接合部２３１、及び、第２の保護層２４はほぼ平坦な形状に成形されている。即ち、第２の保護層２４の厚さｄ４が、第１の保護層２３の厚さｄ３に設定されることで、電極接続部２２１と圧電素子接合部２３１とが同一平面内に含まれることになる。
【００４１】
なお、第２の保護層２４の厚さｄ４は、第２の保護層２４の素材に応じて微調整されることもある。即ち、第２の保護層２４が軟らかい素材であれば、バッキング材３と基板本体２０に挟まれることで僅かに圧縮する。従って、第２の保護層の圧縮量ｄａを考慮して、第２の保護層２４の厚さｄ４がｄ３＋ｄａに設定されていても良い。これは第１の保護層２３に軟らかい素材を用いる場合も同様である。この場合、圧電振動部品１とフレキシブルプリント基板２とを接合したときに、電極接続部２２１と圧電素子接合部２３１とが同一平面内に含まれるように、第１の保護層２３の厚さｄ３を設定することとなる。
【００４２】
バッキング材３とフレキシブルプリント基板２との接合、及び、フレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１（具体的には信号電極１１）との接合には従来技術を用いれば良い。バッキング材３とフレキシブルプリント基板２との接合について一般的な技術としては、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２と圧電振動部品１との接合について一般的な技術としては、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。なお、フレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１とを接合する場合、信号電極１１と、電極接続部２２１及び圧電素子接合部２３１とを接合する。
【００４３】
バッキング材３とフレキシブルプリント基板２とが接合されたら、フレキシブルプリント基板２は、折り曲げ部αによりバッキング材３の側面に沿って折り曲げられる。このとき、信号配線層２２の電極引出し部２２２が、第１の保護層２３の圧電素子接合部２３１と側面保護部２３２により保護される。
【００４４】
以下、図６を参照しながら超音波プローブの構成を説明する。図６は、本発明に係る超音波プローブの構成の概略図である。
【００４５】
音響レンズ６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４の超音波送波面側に配置されている（音響整合層４については後述する）。音響レンズ６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。
【００４６】
音響整合層４は、圧電素子１０と音響レンズ６を音響整合させるものであって、圧電素子１０と音響レンズ６の間に介在している。音響整合層４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の音響整合層４１及び第２の音響整合層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１０から音響レンズ６に向かって段階的に音響インピーダンスが変化し、かつ、圧電素子１０側に位置する第２の音響整合層４２が導電性を有するように材質の選定がなされている。
【００４７】
フレキシブルプリント基板５は、第１の音響整合層４１及び第２の音響整合層４２の間に介在し、接地電極１２から電気的信号を引出している。フレキシブルプリント基板５は、ベース層と接地配線層（図示しない）で構成されており、該接地配線層が第２の音響整合層４２を介し接地電極１２から電気的信号を引出している。
【００４８】
（第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２の作成方法）
次に、フレキシブルプリント基板２の作成方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４及び図５は、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。図４（ａ）及び図５（ａ）は、フレキシブルプリント基板２のＺ軸方向から見た平面図を示しており、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、フレキシブルプリント基板２をＸＹ平面で切断した断面図を示している。
【００４９】
まず、図４に示すように、ベース層２１の超音波送波面側の面に信号配線層２２を積層し、ベース層２１の背面に第２の保護層２４を積層する。このとき、第２の保護層２４は、信号配線層２２の電極接続部２２１の背面側に対応する位置、つまりベース層露出部２１１の背面に設置する。
【００５０】
ベース層２１と、信号配線層２２と、第２の保護層２４とを積層したら、平坦な面に置いて、これらの積層体をヒートプレスなどにより加圧する。これにより、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１は、第２の保護層２４からの押圧を受けて隆起する。
【００５１】
次に、図５に示すように、電極引出し部２２２の超音波送波面側に第１の保護層２３を積層する。
【００５２】
積層した第１の保護層２３と、信号配線層２２と、ベース層２１とは、ヒートプレスにより加圧し圧着する。このとき、第２の保護層２４からの押圧により隆起した電極接続部２２１と、第１の保護層２３とが同一平面内に設定される。以上により、フレキシブルプリント基板２が形成される。
【００５３】
なお、上記の説明では、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１を隆起させた後に第１の保護層２３を積層し圧着しているが、ベース層２１、信号配線層２２、第１の保護層２３、及び、第２の保護層２４を積層させた後に、ヒートプレスなどによる加圧により、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１を隆起させても良い。
【００５４】
（第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１との接合）
作成したフレキシブルプリント基板２は、圧電振動部品１の背面に接合する。このとき、電極接続部２２１と圧電素子１０の背面に設置された信号電極１１とを電気的に接続させる。フレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１（具体的には信号電極１１）との接合には、従来の技術を用いれば良く、一般的にははんだ付けや接着剤による接合が良く知られている。
【００５５】
（第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２とバッキング材３との接合）
バッキング材３は、フレキシブルプリント基板２の背面に接合する。フレキシブルプリント基板２とバッキング材３との接合には、従来の技術を用いれば良く、一般的には接着剤による接合が良く知られている。
【００５６】
ここで図１を参照する。図１は、本実施形態における圧電素子１０とバッキング材３とフレキシブルプリント基板２の分解図である。フレキシブルプリント基板２とバッキング材３とを接合したら、図１に示すように、フレキシブルプリント基板２を折り曲げ部αでバッキング材３の側面に沿って折り曲げる。
【００５７】
次に、図６に示すように、音響整合層４、接地電極１２を引出すフレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６を、圧電振動部品１の超音波送波面に接合することで、本実施形態に係る超音波プローブが形成される。なお、圧電振動部品１、音響整合層４、フレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６の接合については従来の技術を用いれば良い。
【００５８】
ここで図２を参照する。図２は、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板２の平面図である。圧電振動部品１、音響整合層４、フレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６を接合したら、図２に示すように、圧電振動部品１をＸＹ平面に平行な面で切断し、スキャン方向（Ｚ軸方向）に複数の素子（信号電極１１及び接地電極１２を配置した圧電素子１０）に分割する。
【００５９】
このとき圧電振動部品１を分割する切断溝を、圧電振動部品１の背面（信号電極１１とフレキシブルプリント基板２との接合面）から、少なくとも圧電素子接合部２３１の背面と信号電極１１の背面との間に位置するＸＺ平面β（図１参照）までの深さとすると良い。なお、本実施形態に係る超音波プローブにおいては、ＸＺ平面βより背面側の深い位置まで切断しても、該超音波プローブの機能を実現することは可能である。
【００６０】
以上、本実施形態に係る超音波プローブによれば、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、フレキシブルプリント基板の折り曲げ部を保護層（第１の保護層２３）で保護した超音波プローブを提供することが可能となる。
【００６１】
また、圧電素子に電圧を印加する信号電極を、圧電素子の背面のほぼ全面を覆うように設置することが可能となるため、無効部分を必要とせず、超音波プローブを小型化することが可能となる。
【００６２】
（変形例１）
次に、変形例１に係る超音波プローブについて、図９を参照しながら説明する。図９は、変形例１におけるフレキシブルプリント基板２の平面図である。なお、図７及び図８は変形例１におけるフレキシブルプリント基板２の作成方法を説明するための図である。フレキシブルプリント基板２の作成方法については後述する。また、変形例１では、第１の実施形態に係る超音波プローブと異なる圧電振動部品１、フレキシブルプリント基板２の構成に着目して説明する。
【００６３】
変形例１に係る圧電振動部品１は、図９に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、少なくとも側面の一部が平面状に形成された側面部１ａを有する形状をなしている。このときバッキング材３は、圧電振動部品１の形状に対応して、Ｙ軸方向から見たとき、圧電振動部品１と同様の形状をなすように成形されている。
【００６４】
また、変形例１に係るフレキシブルプリント基板２は、圧電振動部品１の背面に接合する部分が、Ｙ軸方向から見たとき、圧電振動部品１と同様の形状をなすように成形されている。例えば図９の例の場合、圧電振動部品１と、バッキング材３と、フレキシブルプリント基板２の圧電振動部品１の背面に接合する部分とが、Ｙ軸方向から見たとき、Ｚ軸に平行な辺が直線状の八角形の形状をなすように成形されている。このとき、圧電振動部品１の側面部１ａと、バッキング材３の前記Ｚ軸に平行な辺を含むＹＺ平面に平行な側面とが、連続した平面に含まれるように成形されていると良い。
【００６５】
変形例１に係る電極引出し部２２２は、電極接続部２２１を、側面部１ａに対応するフレキシブルプリント基板２の折り曲げ部αを介して、側面部１ａと連続するバッキング材３の側面に沿って引出すように設置する。このとき、電極引出し部２２２の圧電素子接合部２３１の背面に対応する部分（図９の範囲Ｂ）は、ＸＹ平面と交差する方向に引出されても良い。
【００６６】
変形例１に係る第１の保護層２３は、Ｙ軸方向から見た形状は異なるものの、第１の実施形態に係る第１の保護層２３の構成と同様に、圧電素子接合部２３１と側面保護部２３２とで構成され、開口０１が設けられている。
【００６７】
また、変形例１に係る第２の保護層２４は、第１の実施形態に係る第２の保護層２４の構成と同様であり、第１の保護層２３と同じ厚さで成形され、基板本体２０の電極接続部２２１が露出した部分（図９の範囲Ａに相当する、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１）を圧電素子１０に向けて隆起させる。
【００６８】
（変形例１に係るフレキシブルプリント基板２の作成方法）
次に、フレキシブルプリント基板２の作成方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７及び図８は、変形例１におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。図７（ａ）及び図８（ａ）は、フレキシブルプリント基板２のＺ軸方向から見た平面図を示しており、図７（ｂ）及び図８（ｂ）は、フレキシブルプリント基板２をＸＹ平面で切断した断面図を示している。変形例１に係るフレキシブルプリント基板２の作成方法は、第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２と同様である。
【００６９】
具体的には、まず図７に示すように、ベース層２１の超音波送波面側の面に信号配線層２２を積層し、ベース層２１の背面に第２の保護層２４を積層する。
【００７０】
ベース層２１と、信号配線層２２と、第２の保護層２４とを積層したら、これらの積層体をヒートプレスなどにより加圧する。これにより、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１は、第２の保護層２４からの押圧を受けて隆起する。
【００７１】
次に、図８に示すように、信号配線層２２の超音波送波面側の面に第１の保護層２３を積層する。
【００７２】
積層した第１の保護層２３と、信号配線層２２と、ベース層２１とは、ヒートプレスにより加圧し圧着する。このとき、第２の保護層２４からの押圧により隆起した電極接続部２２１と、第１の保護層２３とが同一平面内に設定される。以上により、フレキシブルプリント基板２が形成される。
【００７３】
なお、第１の実施形態と同様に、ベース層２１、信号配線層２２、第１の保護層２３、及び、第２の保護層２４を積層させた後に、ヒートプレスなどによる加圧により、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１を隆起させても良い。
【００７４】
（変形例１に係る圧電振動部品１のスキャン方向に対する分割）
ここで図９及び図１０を参照する。図９は、変形例１におけるフレキシブルプリント基板２の平面図である。また、図１０は、変形例１における圧電素子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。前記第１の実施形態と同様に圧電振動部品１、音響整合層４、フレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６を接合したら、図９に示すように、圧電振動部品１をＸＹ平面で切断し、スキャン方向（Ｚ軸方向）に対して複数の素子に分割する。
【００７５】
このとき圧電振動部品１を分割する切断溝を、圧電振動部品１の背面（信号電極１１とフレキシブルプリント基板２との接合面）から、少なくとも圧電素子接合部２３１の背面と信号電極１１の背面との間に位置するＸＺ平面β（図１０参照）までの深さとする。
【００７６】
これにより、圧電素子接合部２３１の背面に位置する電極引出し部２２２を、切断溝により切断することなく、切断溝とＸＺ平面上で交差する位置に配置することが可能となる。これにより、電極引出し部２２２を折り曲げ部αを介し、側面部１ａと連続するバッキング材３の側面に沿って引き出すことが可能となる。そのため、圧電振動部品１は少なくとも側面の一部が平面状に形成された側面部１ａを有していれば良く、圧電振動部品１に矩形以外の圧電振動子を用いることが可能となる。
【００７７】
以上により、変形例１に係る超音波プローブは、第１の実施形態に係る超音波プローブの特徴に加え、矩形以外の圧電振動子（例えば八角形の圧電振動子）を用いることが可能となるため、サイドローブを低減した超音波プローブを低コストで実現することが可能となる。
【００７８】
なお、上述した説明では圧電振動部品１をＹ軸方向から見た形状が八角形の場合を例に説明したが、これは八角形に限るものではない。例えば図１１は、円形の一部を直線状に切欠いた圧電素子を用いた場合におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。図９や図１１に示すように、電極引出し部２２２が引出されるバッキング材３の側面と連続する、圧電振動部品１の側面が平面となる形状であればその形状は限定されない。
【００７９】
また、上述した説明では圧電振動部品１のＹＺ平面に平行な側面が平面状に形成されているが、これはＹＺ平面に平行な側面に限るものではない。Ｙ軸の方向から見ていずれかの側面の一部が平面上に形成された側面部を備えていれば良く、該側面部と連続するバッキング材３の側面に沿って電極引出し部２２２が引出されていればその構成は限定されない。
【符号の説明】
【００８０】
１ 圧電振動部品 １０ 圧電素子 １１ 信号電極 １２ 接地電極
２ フレキシブルプリント基板 ２１ ベース層 ２１１ ベース層露出部
２２ 信号配線層 ２２１ 電極接続部 ２２２ 電極引出し部
２３ 第１の保護層 ２３１ 圧電素子接合部 ２３２ 側面保護部
２４ 第２の保護層
３ バッキング材 ４ 音響整合層 ５ フレキシブルプリント基板
６ 音響レンズ
【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】
圧電素子にはその背面から超音波送波面に電圧を印加する必要があることから、圧電素子の背面に信号電極が設けられ、圧電素子の超音波送波面に接地電極が設けられている。この信号電極及び接地電極と、超音波診断装置と電気的信号を送受信するための電気回路とを接続する配線部材としてフレキシブルプリント基板が用いられている。
【０００５】
圧電素子から電極を引出す構成としては、圧電素子の側面にフレキシブルプリント基板をはんだ付けする構成と、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成の、主に２種類に大別される。例えば、特許文献１には、圧電素子の背面でフレキシブルプリント基板を接着接合する場合の一例が開示されている。
【０００６】
圧電素子の側面にフレキシブルプリント基板をはんだ付けする構成は、例えば圧電素子が円形振動子の場合に用いられる。図１２は、圧電素子の側面にフレキシブルプリント基板をはんだ付けする従来の超音波プローブにおける、圧電素子とバッキング材とフレキシブルプリント基板の構成の一例である。
【０００７】
図１２の例では、圧電素子１０と、圧電素子１０の背面のほぼ全面と一方の側面を覆うように形成された信号電極１１と、圧電素子１０の超音波送波面のほぼ全面と他方の側面を覆うように形成された接地電極１２と、圧電素子１０の背面に接合されたバッキング材３と、信号電極１１を引出すフレキシブルプリント基板２と、接地電極１２を引出すフレキシブルプリント基板５とで構成される。
【０００８】
図１２に示すように、圧電素子１０の側面に位置する信号電極１１の信号電極接続部１０１とフレキシブルプリント基板２の信号配線層２２とが電気的に接続される。また、圧電素子１０の側面に位置する接地電極１２の接地電極接続部１２１とフレキシブルプリント基板５の接地配線層５２とが電気的に接続される。
【０００９】
また、信号電極１１の信号電極接続部１０１とは逆側の端部には信号電極切欠き部１１２が設けられ、接地電極１２の接地電極接続部１２１とは逆側の端部には接地電極切欠き部１２２が設けられている。この信号電極切欠き部１１２と接地電極切欠き部１２２とにより、信号電極１１と接地電極１２とが電気的に分離される。
【００１０】
また、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成は、例えば圧電素子が矩形振動子の場合に用いられる。図１３及び図１４は、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する従来の超音波プローブにおける、圧電素子とバッキング材とフレキシブルプリント基板の一例である。
【００１１】
例えば図１４は、特許文献１に開示された超音波プローブの例であり、圧電素子１０と、圧電素子１０の背面の中央部を覆うように形成された信号電極１１と、圧電素子１０の超音波送波面のほぼ全面を覆い、圧電素子１０の側面を介して圧電素子１０の背面に引出すように形成された接地電極１２と、圧電素子１０の背面に接合されたバッキング材３と、圧電素子１０とバッキング材３との間に介在し、信号電極１１及び接地電極１２を引出すフレキシブルプリント基板２とで構成される。
【００１２】
図１４に示すように、フレキシブルプリント基板２は、第１の絶縁層２７と、接地配線層２６と、第２の絶縁層２５と、信号配線層２２と、ベース層（第３の絶縁層）２１とで構成される基板本体と、第２の保護層（スペーサー）２４とで構成されている。
【００１３】
信号配線層２２及びベース層２１の中央部は、第２の保護層２４に押し上げられ、信号配線層２２の電極接続部２２１と接地配線層２６とがほぼ同じ高さとなり、圧電素子１０の背面と接合する。このとき、信号電極１１と電極接続部２２１とが電気的に接続される。また、接地電極１２の圧電素子１０の背面に引出された接地電極接続部１２１と接地配線層２６とが電気的に接続される。
【００１４】
図１３や図１４の例のように、圧電素子１０の背面にフレキシブルプリント基板２をはんだ付け又は接着接合する構成の場合、圧電素子１０とフレキシブルプリント基板２とを接合後、フレキシブルプリント基板２を圧電素子１０の端部でバッキング材３に沿ってほぼ直角に折り曲げる構成が一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−１６７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
一方で、図１２に示すように、圧電素子１０の側面にフレキシブルプリント基板２及び５をはんだ付けする構成は、薄い圧電素子１０の側面においてはんだ付けされるため、有効なはんだ面積が確保できず電極の接続品質が悪化し、作業も煩雑になるため歩留まりが安定しないという問題がある。
【００１７】
また図１３や図１４の例のように、圧電素子１０の背面にフレキシブルプリント基板２をはんだ付け又は接着接合する構成の場合、超音波プローブを小型化するためにフレキシブルプリント基板２を圧電素子１０の端部で折り曲げる構成とすることから、矩形以外の圧電振動子を用いることが困難である。また、折り曲げ部において信号配線層２２が断線する可能性が高く、保護層を設けて保護する必要がある。
【００１８】
さらに、特許文献１（図１４）に示すように、接地電極１２を圧電素子１０の側面を介し背面に引出す構成の場合、圧電素子１０の有効部分が信号電極１１に覆われた部分に限られ、無効部分が形成される。この無効部分は超音波の送受信に寄与しないため、有効部分を大きくしようとすると超音波プローブの不必要な大型化につながる。
【００１９】
本発明は上記の問題を解決するものであり、矩形振動子を用いた場合に加え、矩形以外の圧電振動子（例えば八角形の圧電振動子）を用いた場合において、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、折り曲げ部を保護層で保護した超音波プローブの提供を目的とする。
【００２０】
さらに、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、圧電素子に無効部分を必要としない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】
【００２１】
上記目的を達成するために、この発明の第１の形態は、超音波送波面に接地電極が設置され、背面に信号電極が設置された１以上の圧電素子で構成された圧電振動部品と、前記圧電振動部品の背面に重ねられたバッキング材と、前記圧電振動部品と前記バッキング材との間に介在するフレキシブルプリント基板とを備えた超音波プローブであって、前記フレキシブルプリント基板は、一部に盛り上がり部を有するベース層と、前記ベース層の前記圧電振動部品側の面に前記ベース層に沿って形成され、前記盛り上がり部に対応する部分が前記信号電極に接続される信号配線層と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部を挟んで両側に形成され、前記盛り上がり部以外の部分に対応する前記信号配線層を保護する保護層とを備え、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続され、前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続されたことを特徴とする超音波プローブである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、矩形振動子を用いた場合に加え、矩形以外の圧電振動子（例えば八角形の圧電振動子）を用いた場合において、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、折り曲げ部を保護層で保護した超音波プローブを提供することが可能となる。
【００２３】
また、圧電素子に電圧を印加する信号電極を、圧電素子の背面のほぼ全面を覆うように設置することが可能となるため、無効部分を必要とせず、超音波プローブを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態における圧電素子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２】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図３】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る超音波プローブの概略図である。
【図７】変形例１におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図８】変形例１におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。
【図９】変形例１におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図１０】変形例１における圧電素子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１１】円形の一部を直線状に切欠いた圧電素子を用いた場合におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図１２】信号電極及び接地電極の双方を圧電素子の側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一例を示す断面図である。
【図１３】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一例を示す断面図である。
【図１４】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一例を示す分解図である。
【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及び図２と、図６とを参照しながら第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、超音波送波面に接地電極１２が設置され、背面に信号電極１１が設置された１以上の圧電素子１０で構成された圧電振動部品１と、圧電振動部品１の背面に重ねあわされたバッキング材３とを具備しており、圧電振動部品１とバッキング材３との間にはフレキシブルプリント基板２が設けられている。また、図６に示すように、圧電振動部品１の超音波送波面には、第１の音響整合層４１と第２の音響整合層４２（導電体）で構成された音響整合層４と、音響レンズ６とが、これらの順に重ね合わされて設けられている。第１の音響整合層４１と第２の音響整合層４２との間にはフレキシブルプリント基板５が介在し、接地電極１２からの信号を引出している。
【００２７】
以下、各部の構成について具体的に説明する。なお以下の説明において、超音波を走査する方向をＺ軸方向（図１の紙面に直角方向）、超音波を収束する方向をＹ軸方向（図１の紙面の上下方向）、Ｚ軸とＹ軸の双方に直交する方向をＸ軸方向（図１の紙面の左右方向）とする。また、Ｙ軸方向において、上側を超音波送波面側、下側を背面側と呼ぶ。
【００２８】
圧電振動部品１は、信号電極１１及び接地電極１２が配置された圧電素子１０がスキャン方向（Ｚ軸方向）に対して１以上配列され構成されている（圧電素子１０、信号電極１１、及び、接地電極１２については後述する）。本実施形態に係る圧電振動部品１は、図２に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、矩形の形状をなしている。なお以降は、圧電振動部品１が複数（２以上）の圧電素子１０により構成されているものとして説明する。
【００２９】
圧電素子１０は圧電効果を有しており、その素材としては、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。
【００３０】
信号電極１１は、圧電素子１０の背面のほぼ全面を覆うように配置されている。具体的には、圧電素子１０や信号電極１１の加工精度の違いを考慮し、加工後に圧電素子１０の背面の全面を覆うように、信号電極１１を形成する。信号電極１１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。
【００３１】
接地電極１２は、圧電素子１０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。具体的には、圧電素子１０や接地電極１２の加工精度の違いを考慮し、加工後に圧電素子１０の超音波送波面の全面を覆うように、接地電極１２を形成する。これは、接地電極１２と信号電極１１との間で電圧が印加されるため、接地電極１２で覆われた部分が実際に駆動する部分となり、接地電極１２をより広くとることが望ましいためである。
【００３２】
なお、信号電極１１及び接地電極１２は、圧電素子１０ごとに配置されており、圧電振動部品１を圧電素子１０それぞれに分割する切断溝により、圧電素子１０それぞれの信号電極１１及び接地電極１２が、他の圧電素子１０の信号電極１１及び接地電極１２と電気的に分離される。
【００３３】
バッキング材３は、圧電素子１０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１の背面側に配置されている。バッキング材３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。
【００３４】
フレキシブルプリント基板２は、圧電素子１０へ駆動信号を伝達し、かつ、反射波を電気信号に変換した受信信号を電気回路へ伝達するものであって、圧電振動部品１とバッキング材３との間に介在する。
【００３５】
フレキシブルプリント基板２は、基板本体２０と、第２の保護層２４とで構成されている。基板本体２０は、バッキング材３から圧電素子１０に向かって順に積層された、ベース層２１と、信号配線層２２と、第１の保護層２３とで構成されている。
【００３６】
信号配線層２２は、信号電極１１と接続される電極接続部２２１と、電極接続部２２１をベース層２１に沿ってＸ軸方向に引出す電極引出し部２２２とで構成されている。信号配線層２２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。なお以降では、ベース層２１の電極接続部２２１に対応する部分を、ベース層露出部２１１と呼ぶものとする。
【００３７】
第１の保護層２３は、バッキング材３の超音波送波面側に対応する圧電素子接合部２３１と、バッキング材３の側面に沿って折り曲げられる側面保護部２３２とで構成されている。
【００３８】
圧電素子接合部２３１は、電極接続部２２１の超音波送波面側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、圧電素子接合部２３１には、Ｙ軸方向に対して、電極接続部２２１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、電極接続部２２１及びベース層露出部２１１は、フレキシブルプリント基板２から、圧電素子１０の背面に形成された信号電極１１側に露出する。
【００３９】
第２の保護層２４は、バッキング材３と基板本体２０との間に介在し、基板本体２０の電極接続部２２１が露出した部分（図１の範囲Ａに相当する、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１）を圧電素子１０に向けて隆起させる。この隆起した部分が盛り上がり部に相当する。第２の保護層２４の形成範囲は、電極接続部２２１の形成範囲とほとんど対応している。ただし、第２の保護層２４の形成範囲は、圧電素子接合部２３１に形成された開口０１の内側（図１の範囲Ａ）に限定されていれば、電極接続部２２１より大きくても小さくても構わない。
【００４０】
ここで、図３を参照しながら第２の保護層２４の厚さについて説明する。図３は、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の拡大断面図である。図３に示すように、第２の保護層２４の厚さｄ４は、第１の保護層２３の厚さｄ３に設定されている。従って、バッキング材３から圧電素子接合部２３１までの厚さ（ベース層２１の厚さｄ１と、信号配線層２２の厚さｄ２と、第１の保護層２３の厚さｄ３との和ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）は、バッキング材３から電極接続部２２１までの厚さ（第２の保護層２４の厚さｄ４と、ベース層２１の厚さｄ１と、信号配線層２２の厚さｄ２との和ｄ４＋ｄ１＋ｄ２）に等しい。電極接続部２２１、圧電素子接合部２３１、及び、第２の保護層２４はほぼ平坦な形状に成形されている。即ち、第２の保護層２４の厚さｄ４が、第１の保護層２３の厚さｄ３に設定されることで、電極接続部２２１と圧電素子接合部２３１とが同一平面内に含まれることになる。
【００４１】
なお、第２の保護層２４の厚さｄ４は、第２の保護層２４の素材に応じて微調整されることもある。即ち、第２の保護層２４が軟らかい素材であれば、バッキング材３と基板本体２０に挟まれることで僅かに圧縮する。従って、第２の保護層の圧縮量ｄａを考慮して、第２の保護層２４の厚さｄ４がｄ３＋ｄａに設定されていても良い。これは第１の保護層２３に軟らかい素材を用いる場合も同様である。この場合、圧電振動部品１とフレキシブルプリント基板２とを接合したときに、電極接続部２２１と圧電素子接合部２３１とが同一平面内に含まれるように、第１の保護層２３の厚さｄ３を設定することとなる。
【００４２】
バッキング材３とフレキシブルプリント基板２との接合、及び、フレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１（具体的には信号電極１１）との接合には従来技術を用いれば良い。バッキング材３とフレキシブルプリント基板２との接合について一般的な技術としては、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２と圧電振動部品１との接合について一般的な技術としては、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。なお、フレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１とを接合する場合、信号電極１１と、電極接続部２２１及び圧電素子接合部２３１とを接合する。
【００４３】
バッキング材３とフレキシブルプリント基板２とが接合されたら、フレキシブルプリント基板２は、折り曲げ部αによりバッキング材３の側面に沿って折り曲げられる。このとき、信号配線層２２の電極引出し部２２２が、第１の保護層２３の圧電素子接合部２３１と側面保護部２３２により保護される。
【００４４】
以下、図６を参照しながら超音波プローブの構成を説明する。図６は、本発明に係る超音波プローブの構成の概略図である。
【００４５】
音響レンズ６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４の超音波送波面側に配置されている（音響整合層４については後述する）。音響レンズ６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。
【００４６】
音響整合層４は、圧電素子１０と音響レンズ６を音響整合させるものであって、圧電素子１０と音響レンズ６の間に介在している。音響整合層４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の音響整合層４１及び第２の音響整合層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１０から音響レンズ６に向かって段階的に音響インピーダンスが変化し、かつ、圧電素子１０側に位置する第２の音響整合層４２が導電性を有するように材質の選定がなされている。
【００４７】
フレキシブルプリント基板５は、第１の音響整合層４１及び第２の音響整合層４２の間に介在し、接地電極１２から電気的信号を引出している。フレキシブルプリント基板５は、ベース層と接地配線層（図示しない）で構成されており、該接地配線層が第２の音響整合層４２を介し接地電極１２から電気的信号を引出している。
【００４８】
（第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２の作成方法）
次に、フレキシブルプリント基板２の作成方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４及び図５は、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。図４（ａ）及び図５（ａ）は、フレキシブルプリント基板２のＺ軸方向から見た平面図を示しており、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、フレキシブルプリント基板２をＸＹ平面で切断した断面図を示している。
【００４９】
まず、図４に示すように、ベース層２１の超音波送波面側の面に信号配線層２２を積層し、ベース層２１の背面に第２の保護層２４を積層する。このとき、第２の保護層２４は、信号配線層２２の電極接続部２２１の背面側に対応する位置、つまりベース層露出部２１１の背面に設置する。
【００５０】
ベース層２１と、信号配線層２２と、第２の保護層２４とを積層したら、平坦な面に置いて、これらの積層体をヒートプレスなどにより加圧する。これにより、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１は、第２の保護層２４からの押圧を受けて隆起する。
【００５１】
次に、図５に示すように、電極引出し部２２２の超音波送波面側に第１の保護層２３を積層する。
【００５２】
積層した第１の保護層２３と、信号配線層２２と、ベース層２１とは、ヒートプレスにより加圧し圧着する。このとき、第２の保護層２４からの押圧により隆起した電極接続部２２１と、第１の保護層２３とが同一平面内に設定される。以上により、フレキシブルプリント基板２が形成される。
【００５３】
なお、上記の説明では、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１を隆起させた後に第１の保護層２３を積層し圧着しているが、ベース層２１、信号配線層２２、第１の保護層２３、及び、第２の保護層２４を積層させた後に、ヒートプレスなどによる加圧により、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１を隆起させても良い。
【００５４】
（第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１との接合）
作成したフレキシブルプリント基板２は、圧電振動部品１の背面に接合する。このとき、電極接続部２２１と圧電素子１０の背面に設置された信号電極１１とを電気的に接続させる。フレキシブルプリント基板２と圧電振動部品１（具体的には信号電極１１）との接合には、従来の技術を用いれば良く、一般的にははんだ付けや接着剤による接合が良く知られている。
【００５５】
（第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２とバッキング材３との接合）
バッキング材３は、フレキシブルプリント基板２の背面に接合する。フレキシブルプリント基板２とバッキング材３との接合には、従来の技術を用いれば良く、一般的には接着剤による接合が良く知られている。
【００５６】
ここで図１を参照する。図１は、本実施形態における圧電素子１０とバッキング材３とフレキシブルプリント基板２の分解図である。フレキシブルプリント基板２とバッキング材３とを接合したら、図１に示すように、フレキシブルプリント基板２を折り曲げ部αでバッキング材３の側面に沿って折り曲げる。
【００５７】
次に、図６に示すように、音響整合層４、接地電極１２を引出すフレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６を、圧電振動部品１の超音波送波面に接合することで、本実施形態に係る超音波プローブが形成される。なお、圧電振動部品１、音響整合層４、フレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６の接合については従来の技術を用いれば良い。
【００５８】
ここで図２を参照する。図２は、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板２の平面図である。圧電振動部品１、音響整合層４、フレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６を接合したら、図２に示すように、圧電振動部品１をＸＹ平面に平行な面で切断し、スキャン方向（Ｚ軸方向）に複数の素子（信号電極１１及び接地電極１２を配置した圧電素子１０）に分割する。
【００５９】
このとき圧電振動部品１を分割する切断溝を、圧電振動部品１の背面（信号電極１１とフレキシブルプリント基板２との接合面）から、少なくとも圧電素子接合部２３１の背面と信号電極１１の背面との間に位置するＸＺ平面β（図１参照）までの深さとすると良い。なお、本実施形態に係る超音波プローブにおいては、ＸＺ平面βより背面側の深い位置まで切断しても、該超音波プローブの機能を実現することは可能である。
【００６０】
以上、本実施形態に係る超音波プローブによれば、圧電素子の背面にフレキシブルプリント基板をはんだ付け又は接着接合する構成により、フレキシブルプリント基板の折り曲げ部を保護層（第１の保護層２３）で保護した超音波プローブを提供することが可能となる。
【００６１】
また、圧電素子に電圧を印加する信号電極を、圧電素子の背面のほぼ全面を覆うように設置することが可能となるため、無効部分を必要とせず、超音波プローブを小型化することが可能となる。
【００６２】
（変形例１）
次に、変形例１に係る超音波プローブについて、図９を参照しながら説明する。図９は、変形例１におけるフレキシブルプリント基板２の平面図である。なお、図７及び図８は変形例１におけるフレキシブルプリント基板２の作成方法を説明するための図である。フレキシブルプリント基板２の作成方法については後述する。また、変形例１では、第１の実施形態に係る超音波プローブと異なる圧電振動部品１、フレキシブルプリント基板２の構成に着目して説明する。
【００６３】
変形例１に係る圧電振動部品１は、図９に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、少なくとも側面の一部が平面状に形成された側面部１ａを有する形状をなしている。このときバッキング材３は、圧電振動部品１の形状に対応して、Ｙ軸方向から見たとき、圧電振動部品１と同様の形状をなすように成形されている。
【００６４】
また、変形例１に係るフレキシブルプリント基板２は、圧電振動部品１の背面に接合する部分が、Ｙ軸方向から見たとき、圧電振動部品１と同様の形状をなすように成形されている。例えば図９の例の場合、圧電振動部品１と、バッキング材３と、フレキシブルプリント基板２の圧電振動部品１の背面に接合する部分とが、Ｙ軸方向から見たとき、Ｚ軸に平行な辺が直線状の八角形の形状をなすように成形されている。このとき、圧電振動部品１の側面部１ａと、バッキング材３の前記Ｚ軸に平行な辺を含むＹＺ平面に平行な側面とが、連続した平面に含まれるように成形されていると良い。
【００６５】
変形例１に係る電極引出し部２２２は、電極接続部２２１を、側面部１ａに対応するフレキシブルプリント基板２の折り曲げ部αを介して、側面部１ａと連続するバッキング材３の側面に沿って引出すように設置する。このとき、電極引出し部２２２の圧電素子接合部２３１の背面に対応する部分（図９の範囲Ｂ）は、ＸＹ平面と交差する方向に引出されても良い。
【００６６】
変形例１に係る第１の保護層２３は、Ｙ軸方向から見た形状は異なるものの、第１の実施形態に係る第１の保護層２３の構成と同様に、圧電素子接合部２３１と側面保護部２３２とで構成され、開口０１が設けられている。
【００６７】
また、変形例１に係る第２の保護層２４は、第１の実施形態に係る第２の保護層２４の構成と同様であり、第１の保護層２３と同じ厚さで成形され、基板本体２０の電極接続部２２１が露出した部分（図９の範囲Ａに相当する、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１）を圧電素子１０に向けて隆起させる。
【００６８】
（変形例１に係るフレキシブルプリント基板２の作成方法）
次に、フレキシブルプリント基板２の作成方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７及び図８は、変形例１におけるフレキシブルプリント基板の作成方法を説明するための図である。図７（ａ）及び図８（ａ）は、フレキシブルプリント基板２のＺ軸方向から見た平面図を示しており、図７（ｂ）及び図８（ｂ）は、フレキシブルプリント基板２をＸＹ平面で切断した断面図を示している。変形例１に係るフレキシブルプリント基板２の作成方法は、第１の実施形態に係るフレキシブルプリント基板２と同様である。
【００６９】
具体的には、まず図７に示すように、ベース層２１の超音波送波面側の面に信号配線層２２を積層し、ベース層２１の背面に第２の保護層２４を積層する。
【００７０】
ベース層２１と、信号配線層２２と、第２の保護層２４とを積層したら、これらの積層体をヒートプレスなどにより加圧する。これにより、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１は、第２の保護層２４からの押圧を受けて隆起する。
【００７１】
次に、図８に示すように、信号配線層２２の超音波送波面側の面に第１の保護層２３を積層する。
【００７２】
積層した第１の保護層２３と、信号配線層２２と、ベース層２１とは、ヒートプレスにより加圧し圧着する。このとき、第２の保護層２４からの押圧により隆起した電極接続部２２１と、第１の保護層２３とが同一平面内に設定される。以上により、フレキシブルプリント基板２が形成される。
【００７３】
なお、第１の実施形態と同様に、ベース層２１、信号配線層２２、第１の保護層２３、及び、第２の保護層２４を積層させた後に、ヒートプレスなどによる加圧により、ベース層露出部２１１及び電極接続部２２１を隆起させても良い。
【００７４】
（変形例１に係る圧電振動部品１のスキャン方向に対する分割）
ここで図９及び図１０を参照する。図９は、変形例１におけるフレキシブルプリント基板２の平面図である。また、図１０は、変形例１における圧電素子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。前記第１の実施形態と同様に圧電振動部品１、音響整合層４、フレキシブルプリント基板５、及び、音響レンズ６を接合したら、図９に示すように、圧電振動部品１をＸＹ平面で切断し、スキャン方向（Ｚ軸方向）に対して複数の素子に分割する。
【００７５】
このとき圧電振動部品１を分割する切断溝を、圧電振動部品１の背面（信号電極１１とフレキシブルプリント基板２との接合面）から、少なくとも圧電素子接合部２３１の背面と信号電極１１の背面との間に位置するＸＺ平面β（図１０参照）までの深さとする。
【００７６】
これにより、圧電素子接合部２３１の背面に位置する電極引出し部２２２を、切断溝により切断することなく、切断溝とＸＺ平面上で交差する位置に配置することが可能となる。これにより、電極引出し部２２２を折り曲げ部αを介し、側面部１ａと連続するバッキング材３の側面に沿って引き出すことが可能となる。そのため、圧電振動部品１は少なくとも側面の一部が平面状に形成された側面部１ａを有していれば良く、圧電振動部品１に矩形以外の圧電振動子を用いることが可能となる。
【００７７】
以上により、変形例１に係る超音波プローブは、第１の実施形態に係る超音波プローブの特徴に加え、矩形以外の圧電振動子（例えば八角形の圧電振動子）を用いることが可能となるため、サイドローブを低減した超音波プローブを低コストで実現することが可能となる。
【００７８】
なお、上述した説明では圧電振動部品１をＹ軸方向から見た形状が八角形の場合を例に説明したが、これは八角形に限るものではない。例えば図１１は、円形の一部を直線状に切欠いた圧電素子を用いた場合におけるフレキシブルプリント基板の平面図である。図９や図１１に示すように、電極引出し部２２２が引出されるバッキング材３の側面と連続する、圧電振動部品１の側面が平面となる形状であればその形状は限定されない。
【００７９】
また、上述した説明では圧電振動部品１のＹＺ平面に平行な側面が平面状に形成されているが、これはＹＺ平面に平行な側面に限るものではない。Ｙ軸の方向から見ていずれかの側面の一部が平面上に形成された側面部を備えていれば良く、該側面部と連続するバッキング材３の側面に沿って電極引出し部２２２が引出されていればその構成は限定されない。
【符号の説明】
【００８０】
１ 圧電振動部品 １０ 圧電素子 １１ 信号電極 １２ 接地電極
２ フレキシブルプリント基板 ２１ ベース層 ２１１ ベース層露出部
２２ 信号配線層 ２２１ 電極接続部 ２２２ 電極引出し部
２３ 第１の保護層 ２３１ 圧電素子接合部 ２３２ 側面保護部
２４ 第２の保護層
３ バッキング材 ４ 音響整合層 ５ フレキシブルプリント基板
６ 音響レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波送波面に接地電極が設置され、背面に信号電極が設置された１以上の圧電素子で構成された圧電振動部品と、
前記圧電振動部品の背面に重ねられたバッキング材と、
前記圧電振動部品と前記バッキング材との間に介在するフレキシブルプリント基板とを備えた超音波プローブであって、
前記フレキシブルプリント基板は、一部に盛り上がり部を有するベース層と、前記ベース層の前記圧電振動部品側の面に前記ベース層に沿って形成され、前記盛り上がり部に対応する部分が前記信号電極に接続される信号配線層と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部を挟んで両側に形成され、前記盛り上がり部以外の部分に対応する前記信号配線層を保護する保護層とを備え、
前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続され、
前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続されたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面とがほぼ同一平面上に形成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】
前記圧電振動部品が、２以上の圧電素子で構成され、超音波を送信する方向から見て矩形であり、
前記信号配線層が、前記圧電振動部品を２以上の圧電素子に分割する切断面を含む平面と平行に引出されるように形成さ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】
前記圧電振動部品は、２以上の圧電素子で構成され、少なくとも側面の一部が平面状に形成されており、
前記配線層の少なくとも一部が、前記圧電振動部品の背面の一部に対向する前記ベース層上において、前記圧電振動部品を２以上の圧電素子に分割する切断面を含む平面と交差する方向に引出され、前記圧電振動部品の前記平面状の側面と連続する前記バッキング材の側面に沿って引出されている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１】
超音波送波面に接地電極が設置され、背面に信号電極が設置された１以上の圧電素子で構成された圧電振動部品と、
前記圧電振動部品の背面に重ねられたバッキング材と、
前記圧電振動部品と前記バッキング材との間に介在するフレキシブルプリント基板とを備えた超音波プローブであって、
前記フレキシブルプリント基板は、一部に盛り上がり部を有するベース層と、前記ベース層の前記圧電振動部品側の面に前記ベース層に沿って形成され、前記盛り上がり部に対応する部分が前記信号電極に接続される信号配線層と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部を挟んで両側に形成され、前記盛り上がり部以外の部分に対応する前記信号配線層を保護する保護層とを備え、
前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続され、
前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記信号電極の背面とが接続されたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記保護層の前記圧電振動部品側の面と、前記盛り上がり部に対応する前記信号配線層の一部の前記圧電振動部品側の面とがほぼ同一平面上に形成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】
前記圧電振動部品が、２以上の圧電素子で構成され、超音波を送信する方向から見て矩形であり、
前記信号配線層が、前記圧電振動部品を２以上の圧電素子に分割する切断面を含む平面と平行に引出されるように形成さ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】
前記圧電振動部品は、２以上の圧電素子で構成され、少なくとも側面の一部が平面状に形成されており、
前記配線層の少なくとも一部が、前記圧電振動部品の背面の一部に対向する前記ベース層上において、前記圧電振動部品を２以上の圧電素子に分割する切断面を含む平面と交差する方向に引出され、前記圧電振動部品の前記平面状の側面と連続する前記バッキング材の側面に沿って引出されている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。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１１−１４６７６４（Ｐ２０１１−１４６７６４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７０４（Ｐ２０１０−３７０４）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【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７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【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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