超音波ユニット、超音波内視鏡、および超音波ユニットの製造方法
【課題】製造が容易な超音波ユニット３０を提供する。
【解決手段】超音波ユニット３０は、複数の超音波エレメント６０と、複数の超音波エレメント６０が外周面に接合されている中空部材７０と、中継配線板５９と、ケーブル８０とを、具備する。中継配線板５９は中央配線板５０と中央配線板５０の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル配線板４０と、からなる。折り曲げられたフレキシブル配線板４０の端部に配設されているエレメント接続電極部４１Ｓが、超音波エレメント６０の外部接続電極部６２Ｓと接続されている。
【解決手段】超音波ユニット３０は、複数の超音波エレメント６０と、複数の超音波エレメント６０が外周面に接合されている中空部材７０と、中継配線板５９と、ケーブル８０とを、具備する。中継配線板５９は中央配線板５０と中央配線板５０の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル配線板４０と、からなる。折り曲げられたフレキシブル配線板４０の端部に配設されているエレメント接続電極部４１Ｓが、超音波エレメント６０の外部接続電極部６２Ｓと接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の超音波エレメントを有する超音波ユニット、前記超音波ユニットを具備する超音波内視鏡、および、前記超音波ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
体内に超音波を照射し、エコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。超音波診断法に用いられる超音波診断装置の１つに超音波内視鏡がある。超音波内視鏡は、体内へ導入される挿入部の先端硬性部に超音波振動子ユニットが配設されている。超音波振動子ユニットは電気信号を超音波に変換し体内へ送信し、また体内で反射した超音波を受信して電気信号に変換する機能を有する。
【０００３】
超音波ユニットを構成する複数の超音波振動子には、圧電セラミックス材料（例えばＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた超音波セル、またはＭＥＭＳ技術を用いて製造される静電容量型超音波振動子（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer、以下「ｃ−ＭＵＴ」という）からなる超音波セルが使用されている。
【０００４】
ｃ−ＭＵＴは、下部電極層と上部電極層との間に電圧を印加することで、静電力により上部電極層を含むメンブレン（振動部）を振動して超音波を発生する。また外部から超音波が入射すると両電極の間隔が変化するため、静電容量の変化から超音波を電気信号に変換する。
【０００５】
ｃ−ＭＵＴは鉛等を使用しないため、圧電セラミックスを用いた超音波振動子よりも環境負荷が小さい。
【０００６】
ここで、多数の超音波セルを、それぞれ駆動用ケーブルと接続するのは容易ではない。このため、例えば、特開２００６―８７７０８号公報には、ＦＰＣ基板を中継配線板として用いる超音波振動子が開示されている。
【０００７】
また、特開２０１１―２３１３４号公報には、多数の駆動用ケーブルを一括して接続する集合ケーブルが開示されている。
【０００８】
しかし、超音波振動子ユニットは、小型化および小径化が進んでおり、その製造は、更に容易ではなくなってきていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６―８７７０８号公報
【特許文献２】特開２０１１―２３１３４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａ．カロンティ、他、「医療画像処理用静電容量型超音波振動子アレイ」、２００６年８月、「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｊｏｕｒｎａｌ」、第３７巻第８号、７７０頁〜７７７頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡、および製造が容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態の超音波ユニットは、長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と、外部接続電極部と、を有する複数の超音波エレメントと、複数の前記超音波エレメントの第２の主面が外周面に接合されている円筒形または半円筒形の中空部材と、円形または半円形の中央部と、前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなり、折り曲げられた前記フレキシブル部のそれぞれの端部に配設されているエレメント接続電極部が、それぞれの前記超音波エレメントの前記外部接続電極部と接続されており、前記中央部が前記中空部材の端面と接合された裏面に前記エレメント接続電極部のそれぞれがそれぞれの内部配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板と、前記中空部材の内部を挿通する、それぞれの前記ケーブル接続電極部と接続された複数の導線を有するケーブルとを、具備する。
【００１３】
また本発明の別の実施形態の超音波内視鏡は上記の超音波ユニットを具備する。
【００１４】
また本発明の別の実施形態の超音波ユニットの製造方法は、長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と外部接続電極部とを有する複数の超音波エレメントを作製する工程と、円形または半円形の中央部と前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部とからなり前記フレキシブル部のそれぞれの端部にエレメント接続電極部を有し前記中央部の裏面にそれぞれが前記エレメント接続電極部と配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板を作製する工程と、複数の前記超音波エレメントのそれぞれの前記外部接続電極部と前記中継配線板のそれぞれの前記フレキシブル部の前記エレメント接続電極部と、を接合する工程と、前記中継配線板の前記裏面の前記ケーブル接続電極部のそれぞれにケーブルの複数の導線のそれぞれを接続する工程と、前記中継配線板の前記中央部の前記裏面に円筒形または半円筒形の中空部材の端面を接合する工程と、前記フレキシブル部を折り曲げて前記超音波エレメントの第２の主面を前記中空部材の外周面に接合する工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および製造が容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の超音波内視鏡を説明するための外観図である。
【図２】第１実施形態の超音波内視鏡の先端部を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波内視鏡の先端部の超音波ユニットを説明するための斜視図である。
【図４】第１実施形態の超音波ユニットの構造を説明するための分解図である。
【図５】第１実施形態の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態の超音波ユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。
【図８】第１実施形態の超音波ユニットにおける、超音波エレメントの超音波セルの断面図である。
【図９】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板を説明するための図であり、図９（Ａ）はおもて面を、図９（Ｂ）は裏面を示している。
【図１０】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板のフレキシブル基板の斜視図である。
【図１１】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板の製造方法を説明するための図であり、図１１（Ａ）はおもて面を、図１１（Ｂ）は裏面を示している。
【図１２】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板と超音波エレメントとの接合方法を説明するための上面図である。
【図１３】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板とケーブルおよび中空部材との接続を説明するための断面図である。
【図１４】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板の折り曲げと、超音波エレメントの中空部材との接合を説明するための断面図である。
【図１５】第２実施形態の超音波ユニットの中継配線板を説明するための上面図である。
【図１６】第３実施形態の超音波ユニットの中継配線板とケーブルとの接続を説明するための断面図である。
【図１７】第３実施形態の超音波ユニットの中継配線板の製造方法を説明するための図であり、図１７（Ａ）はおもて面を、図１７（Ｂ）は裏面を示している。
【図１８】第４実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。
【図１９】第４実施形態の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図２０】第４実施形態の超音波ユニットを説明するための斜視図である。
【図２１】第５実施形態の超音波ユニットを説明するための斜視図である。
【図２２】第５実施形態の超音波ユニットの製造工程を説明するための斜視図である。
【図２３】実施形態の超音波ユニットの中空部材を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して実施形態の超音波ユニット３０〜３０Ｄ、および、超音波ユニット３０〜３０Ｄを有する超音波内視鏡２〜２Ｄについて説明する。
【００１８】
＜超音波内視鏡の構成＞
図１に示すように超音波内視鏡２〜２Ｄは、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１〜１Ｄを構成する。以下、超音波内視鏡２〜２Ｄは類似しているので超音波内視鏡２を例に説明する。超音波内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
【００１９】
ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
【００２０】
挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下、「先端部」という）３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には超音波ユニット３０が配設されている。
【００２１】
操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、後述する体内に導入する穿刺針等を有する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
【００２２】
そして、図２に示すように、超音波ユニット３０が配設された先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、後述するように穿刺針５（図２１参照）等の処置具が突出する鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
【００２３】
次に、図３〜図５を用いて、超音波ユニット３０の構成について説明する。超音波ユニット３０の超音波アレイ６０Ｓは、複数の平面視略矩形の超音波エレメント６０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、構成要素の数、大きさ、および大きさ等の比率等は実際とは異なる。
【００２４】
例えば、実際の超音波アレイ６０Ｓは、外径２ｍｍの中空部材７０の外周面７０ＳＡに、短辺が０．１ｍｍ以下の２００個以上の超音波エレメント６０が、３６０度方向に配設されているラジアル型振動子群である。
【００２５】
円筒状の超音波アレイ６０Ｓの端部には、複数の超音波エレメント６０のそれぞれの外部接続電極部６２Ｓを構成する１組の外部接続電極６２Ａ、６２Ｂが配列しており、それぞれの外部接続電極６２Ａ、６２Ｂは、中継配線板５９を介してケーブル８０の複数の導線８１Ａ、８１Ｂと接続されている。外部接続電極６２Ａは駆動電位電極であり、外部接続電極６２Ｂは接地電位電極である。なお、電極、配線または導線の符号において「Ａ」は駆動電位、「Ｂ」は接地電位であることを示している。
【００２６】
超音波ユニット３０は、複数の超音波エレメント６０からなる超音波アレイ６０Ｓと、円筒形の中空部材７０と、中継配線板５９と、ケーブル８０とを、具備する。
【００２７】
超音波エレメント６０は、略長方形の第１の主面６０ＳＡと、第１の主面６０ＳＡと対向する第２の主面６０ＳＢと、を有する。そして、超音波エレメント６０の第１の主面６０ＳＡには超音波を送受信する送受信部６１が配設され、第１の主面６０ＳＡの端部には外部接続電極部６２Ｓを構成する１組の外部接続電極６２Ａ、６２Ｂが配設されている。中空部材７０の外周面には、複数の超音波エレメント６０の第２の主面６０ＳＢが接合されている。
【００２８】
そして、中継配線板５９は、円形の中央配線板５０と、中央配線板５０の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル配線板４０と、からなる。
【００２９】
略９０度折り曲げられているそれぞれのフレキシブル配線板４０は、超音波エレメント６０と中央配線板５０とを接続している。
【００３０】
ケーブル８０は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６Ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
【００３１】
次に図６のフローチャートを用いて、超音波ユニット３０の構成および製造方法について説明する。
＜ステップＳ１１＞
図７に示すように、略長方形の第１の主面６０ＳＡに配設された超音波を送受信する送受信部６１と、第１の主面６０ＳＡの端部に配設された外部接続電極部６２Ｓと、を有する複数の静電容量型の超音波エレメント６０がＭＥＭＳ技術を用いて作製される。
【００３２】
超音波エレメント６０には、複数の静電容量型の超音波セル１０がマトリックス状に配置されている。なお説明のため図７では一部の超音波セル１０のみを模式的に示している。超音波セル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
【００３３】
図８に示すように、超音波セル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、外部接続電極６２Ａと接続された下部電極層１２と、下部絶縁層１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された上部絶縁層１５と、外部接続電極６２Ｂと接続された上部電極層１６と、保護層１７と、を有する。
【００３４】
それぞれの超音波セル１０は、キャビティ１４を介して対向配置している下部電極部１２Ａと上部電極部１６Ａとを有する。キャビティ１４はメンブレン１８が振動するための空間である。
【００３５】
下部電極層１２は、平面視円形の複数の下部電極部１２Ａと、下部電極部１２Ａの縁辺部から延設している下部配線部１２Ｂと、を有する。下部配線部１２Ｂは、同じ超音波エレメント６０の他の超音波セルの下部電極部１２Ａを接続している。そして、下部配線部１２Ｂは外部接続電極６２Ａと接続されている。
【００３６】
上部電極層１６は、平面視円形の複数の上部電極部１６Ａと、上部電極部１６Ａの縁辺部から延設している上部配線部１６Ｂと、を有する。上部配線部１６Ｂは、同じ超音波エレメント６０の他の超音波セルの上部電極部１６Ａを接続している。そして、上部配線部１６Ｂは外部接続電極６２Ｂと接続されている。
【００３７】
すなわち。同じ超音波エレメント６０に配置された複数の超音波セル１０の全ての下部電極部１２Ａは互いに接続されており、全ての上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
【００３８】
図８に示す上記構造の超音波セル１０では、キャビティ１４の直上領域の、上部絶縁層１５と上部電極層１６と保護層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
【００３９】
ここで、超音波セル１０の製造方法について詳しく説明する。
シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。
【００４０】
下部電極部１２Ａおよび上部電極部１６Ａの形成では導電性シリコンまたは金属、例えば、銅、金、またはアルミニウムからなる導電性材料が、シリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、例えば、下部電極部１２Ａと下部配線部１２Ｂとを有する下部電極層１２が形成される。
【００４１】
下部絶縁層１３の形成では、下部電極層１２を覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる下部絶縁層１３が例えばＣＶＤ法等により成膜される。
【００４２】
キャビティ１４は、エッチングにより除去可能な材料を用いて形成される。キャビティ１４の高さは、例えば０．０５〜０．３μｍ、好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。
【００４３】
犠牲層パターンの上面に、上部絶縁層１５が、例えば下部絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。上部絶縁層１５に形成した開口部（不図示）を介して導入されたエッチング剤によって犠牲層パターンがエッチング除去されることにより、キャビティ１４が形成される。
【００４４】
なお、キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの平面視形状も多角形とすることが好ましい。
【００４５】
下部電極層１２と同様の方法および同様の材料により、上部電極部１６Ａと上部配線部１６Ｂとを有する上部電極層１６が形成される。
【００４６】
超音波エレメント６０の表面が、保護層１７で覆われる。保護層１７は、保護機能だけでなく、音響整合層機能、更に超音波エレメント６０を連結する機能も有する。
【００４７】
なお、説明を省略したが、下部電極形成工程では外部接続電極６２Ａも形成されており、上部電極形成工程では外部接続電極６２Ｂも形成されている。保護層１７は、外部接続電極６２Ａおよび外部接続電極６２Ｂを覆わないように形成される。
【００４８】
保護層１７としては、ポリイミド、エポキシ、アクリル、またはポリパラキシレンなどの可撓性の樹脂からなり、耐薬品性が高く、屈曲性を有し、加工が容易のため、特に好ましくはポリイミドである。なお、保護層１７は第１絶縁層の上に、更に生体適合性のある第２絶縁層が形成された２層構造であってもよい。
【００４９】
＜ステップＳ１２＞
中継配線板５９は、円形の中央部と、中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなる。それぞれのフレキシブル部は端部にエレメント接続電極部４１Ｓを有する。中央部は、裏面にそれぞれがエレメント接続電極部４１Ｓと内部配線５３を介して接続された複数のケーブル接続電極部５２Ｓを有する。
【００５０】
なお、超音波ユニット３０では、中継配線板５９を作製する工程は、中央部を構成する円形の中央配線板５０を作製する工程（ステップＳ１３）と、フレキシブル部を構成する矩形のフレキシブル配線板４０を作製する工程（ステップＳ１４）と、中央配線板５０と複数のフレキシブル配線板４０とを接続する工程（ステップＳ１５）と、を有する。
【００５１】
＜ステップＳ１３＞
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、中央配線板５０はおもて面５０ＳＡの外周部に円弧状に配設された、それぞれが１組のフレキシブル配線板接続電極５１Ａ、５１Ｂからなるフレキシブル配線板接続電極部５１Ｓを複数組、有し、裏面５０ＳＢの中心領域に、それぞれが、それぞれの内部配線５３Ｓ（５３Ａ、５３Ｂ）を介してフレキシブル配線板接続電極５１Ａ、５１Ｂと接続された複数の１組のケーブル接続電極５２Ａ、５２Ｂからなるケーブル接続電極部５２Ｓを有する。すなわち図示しないが、内部配線５３Ｓは中央配線板５０のおもて面５０ＳＡと裏面５０ＳＢとを接続する貫通配線部を有する。
【００５２】
中央配線板５０は公知のリジッド配線板からなる。
【００５３】
＜ステップＳ１４＞
図１０に示すように、それぞれの略矩形のフレキシブル配線板４０は一方の端部にエレメント接続電極部４１Ｓを有し、逆側の端部に中央配線板接続電極部４２Ｓを有する。エレメント接続電極４１Ａと中央配線板接続電極４２Ａとは、内部配線４３Ａにより接続されており、また、エレメント接続電極４１Ｂと中央配線板接続電極４２Ｂとは内部配線４３Ｂにより接続されている。なお図１０に示すフレキシブル配線板４０では電気抵抗を少なくするために内部配線４３Ｂ以外の領域を内部配線４３Ａとして使用している。
【００５４】
フレキシブル配線板４０は、例えばポリイミドを基体とする公知のフレキシブル配線板からなる。
【００５５】
＜ステップＳ１５＞
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、複数のフレキシブル配線板４０の中央配線板接続電極部４２Ｓが、中央配線板５０のおもて面５０ＳＡの外周部に円弧状に配設された複数のフレキシブル配線板接続電極部５１Ｓと接続され、中継配線板５９が作製される。
中央配線板５０とフレキシブル配線板４０との接続には、例えば、はんだ接合を用いる。
【００５６】
＜ステップＳ１６＞
図１２に示すように、中継配線板５９の外周部の複数のフレキシブル配線板４０のエレメント接続電極部４１Ｓに、それぞれ超音波エレメント６０の外部接続電極部６２Ｓが接続される。フレキシブル配線板４０と超音波エレメント６０との接続には、例えば、はんだ接合を用いる。
【００５７】
＜ステップＳ１７＞
図１３に示すように、中継配線板５９の裏面５０ＳＢのケーブル接続電極部５２Ｓに、ケーブル８０の導線８１が接続される。ケーブル接続電極部５２Ｓと導線８１との接続には、例えば、はんだ接合を用いる。ケーブル８０としては、すでに説明した公知の集合ケーブルを用いてもよい。
【００５８】
＜ステップＳ１８＞
図１３に示すように、中継配線板５９の裏面５０ＳＢに、円筒形の中空部材７０の端面が接着剤等を用いて接合される。
【００５９】
なお、中継配線板５９に接合した後、中空部材７０の内周部に充填剤を充填してもよい。また、中空部材７０の接合後にケーブル８０を接続してもよい。更に中空部材７０とケーブル８０とを充填剤により一体化しておき、同時に中継配線板５９に接合してもよい。
【００６０】
＜ステップＳ１９＞
図１３および図１４に示すように、中継配線板５９のフレキシブル配線板４０を略直角に折り曲げて、超音波エレメント６０の第２の主面６０ＳＢが中空部材７０の外周面７０ＳＡに接着剤等を用いて接合されることで、超音波ユニット３０の基本構造が完成する。
【００６１】
中継配線板５９の主面（おもて面、裏面）と、超音波エレメント６０の主面とは直角に対峙しており、その間を電気的に接続する製造工程は容易ではなかった。しかし、超音波ユニット３０では、超音波エレメント６０を中継配線板５９と接続する工程が平面と平面との接合により行われるため、容易である。またフレキシブル配線板４０の折り曲げ作業は中空部材７０の形状に沿って行われるので容易である。このため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２は製造歩留まりが高い。
【００６２】
＜超音波ユニットの動作＞
次に、超音波ユニット３０の動作について簡単に説明する。各超音波セル１０の下部電極部１２Ａは外部接続電極６２Ａ等を介して駆動電位側と接続されている。一方、各超音波セル１０の上部電極部１６Ａは外部接続電極６２Ｂ等を介してグランド電位側と接続されている。
【００６３】
超音波発生時には、超音波観測装置３の電圧信号発生部（不図示）は駆動電圧信号を下部電極部１２Ａに印加する。下部電極部１２Ａに電圧が印加されると、グランド電位の上部電極部１６Ａは静電力により下部電極部１２Ａに引き寄せられるため、上部電極部１６Ａを含むメンブレン１８は変形する。そして下部電極部１２Ａへ印加された電圧がなくなると、メンブレン１８は弾性力により元の形に回復する。このメンブレン１８の変形／回復により超音波が発生する。
【００６４】
一方、超音波受信時には、受信した超音波エネルギーにより上部電極部１６Ａを含むメンブレン１８が変形する。すると上部電極部１６Ａと下部電極部１２Ａとの距離が変化するため、その間の静電容量が変化する。すると超音波観測装置３の容量信号検出部（不図示）に容量変化にともなう電流が流れる。すなわち、受信した超音波エネルギーが容量信号に変換される。
【００６５】
以上の説明のように、超音波ユニット３０は、複数の超音波エレメント６０が外周部に放射状に配設された中継配線板５９の複数のフレキシブル配線板４０を、中空部材７０の外周面７０ＳＡに沿って折り曲げることにより作製できる。このため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２Ａは製造が容易である。また超音波ユニット３０の製造方法は製造が容易である。
【００６６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の超音波ユニット３０Ａ、超音波内視鏡２Ａおよび超音波ユニット３０Ａの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ａ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６７】
図１５に示すように、超音波ユニット３０Ａの中継配線板５９Ａは、リジット基板からなる円形の中央部５０Ａと、中央部５０Ａの外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部４０Ａと、からなる、いわゆるリジッドフレキ配線板である。なお、中継配線板５９の全体がフレキシブル配線板からなり、中央部５０Ａの外径と略等しい外径を有するドーナツ形状の保持板と接合されていてもよい。
【００６８】
超音波ユニット３０Ａ、超音波内視鏡２Ａは、超音波ユニット３０等が有する効果を有し、更に中継配線板５９Ａは、中継配線板５９よりも作製が容易である。同様に超音波ユニット３０Ａの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００６９】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の超音波ユニット３０Ｂ、超音波内視鏡２Ｂおよび超音波ユニット３０Ｂの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ｂ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７０】
図１６に示すように、超音波ユニット３０Ｂでは、中継配線板５９Ｂの裏面には、ケーブル接続電極部５２ＳＢと接続されたコネクタ８３が接合されており、ケーブル８０Ｂはコネクタ８３を介して中継配線板５９と接続される。
【００７１】
ケーブル接続電極部５２ＳＢは、コネクタ８３と、はんだ接合等により接続される。コネクタ８３を介してのケーブル８０Ｂと中継配線板５９Ｂとを接続する超音波ユニット３０Ｂは、超音波ユニット３０等よりも接続工程が容易である。またコネクタ８３を用いる場合には、中継配線板５９に中空部材７０を接合した後に、ケーブル８０Ｂをコネクタ８３と接続することができる。すなわち、長尺のケーブルが接続された中継配線板５９の取り扱いは容易ではない場合もあるが、超音波ユニット３０Ｂでは、コネクタ８３を用いるため容易である。
【００７２】
すなわち、超音波ユニット３０Ｂ、超音波内視鏡２Ｂは超音波ユニット３０等と同様の効果を有し、更に、より製造が容易である。同様に超音波ユニット３０Ｂの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００７３】
また、超音波ユニット３０Ｂで、中空部材７０には緩衝部材７１が配設されており。超音波エレメント６０は緩衝部材７１を介して中空部材７０に配設されている。緩衝部材７１は、送受信の効率を改善ために不要な超音波を吸収するバッキング材からなる。すなわち、緩衝部材７１は、超音波を放射するときのメンブレンの自由振動を規制して、超音波の進行方向の分解能を向上させる。緩衝部材７１には、振動を吸収できる様々な材料を用いることができ、無機材料、有機材料いずれも適用可能である。特に、エポキシ系樹脂、ゴム系材料は、音響インピーダンスが小さく、感度を落とさずに振動を吸収できるため、好ましい。
【００７４】
このため、超音波ユニット３０Ｂ等は、超音波ユニット３０等が有する効果を有し、更に感度が高い。なお、超音波ユニット３０、３０Ａにも緩衝部材７１を配設することで超音波ユニット３０Ｂと同じように送受信の効率を改善ことができる。
【００７５】
また、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示すように、中継配線板５９Ｂでは、接地電位電極である複数のエレメント接続電極４１Ｂは、内部配線５３ＢＢにより裏面中央の１個のケーブル接続電極（第２電極）５２ＢＢに接続されている。駆動電位電極であるエレメント接続電極４１Ａは内部配線５３ＡＢにより、それぞれのケーブル接続電極（第１電極）５２ＡＢに接続されている。すなわち接地電位のケーブル接続電極部（第２電極）５２ＢＢの数は１個であり、駆動電位のケーブル接続電極（第１電極）５２ＡＢの数よりも少ない。言い換えれば、ケーブル接続電極部５２ＳＢは１個のケーブル接続電極（第２電極）５２ＢＢと複数のケーブル接続電極（第１電極）５２ＡＢとからなる。
【００７６】
このため、ケーブル８０Ｂの、ケーブル接続電極（第２電極）５２ＢＢと接続される接地電位の導線８１Ｂは中央に配置された１本だけである。なお接地電位の導線はケーブル８０Ｂの共通シールド線であってもよいし、第２電極の数および接地電位の導線は２以上であってもよい。
【００７７】
超音波ユニット３０Ｂおよび超音波内視鏡２Ｂは超音波ユニット３０と同様の効果を有し、更にケーブル８０Ｂと中継配線板５９Ｂとの接続箇所が少ないため、より製造が容易である。同様に超音波ユニット３０Ｂの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００７８】
なお、超音波ユニット３０Ｂの中継配線板５９Ｂは、超音波ユニット３０Ａの中継配線板５９Ａと同じように全体がフレキシブル基板からなり、ドーナツ形状の保持板５３に接着剤等により接合されている。
【００７９】
また、超音波ユニット３０、３０Ａおよび超音波内視鏡２、２Ａにおいても、超音波ユニット３０Ｂ等と同様の構造とすることで、同じ効果を得ることができる。
【００８０】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の超音波ユニット３０Ｃ、超音波内視鏡２Ｃおよび超音波ユニット３０Ｃの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ｃ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００８１】
図１８に示すように、超音波ユニット３０Ｃの超音波エレメント６０Ｃは、第１の主面６０ＳＡの一方の端部に駆動電位電極である外部接続電極６２Ａを有し、他方の端部に接地電位電極である外部接続電極６２Ｂを有する。中継配線板５９Ｃは、フレキシブル配線板４０Ｃ（４０ＣＳ）と中央配線板５０Ｃとからなる。
【００８２】
図１９および図２０に示すように、それぞれの外部接続電極６２Ｂは、超音波アレイ６０ＳＣの外周部に沿って円弧状に配設された１本の共通接地線８４と接続されている。そして共通接地線８４は、ケーブル８０Ｃの接地電位の導線８１Ｅと接続されている。
【００８３】
以上の説明のように、超音波ユニット３０Ｃおよび超音波内視鏡２Ｃは超音波ユニット３０と同様の効果を有し、更にケーブル８０Ｃと中継配線板５９との接続箇所が少ないため、より製造が容易である。同様に超音波ユニット３０Ｃの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００８４】
なお、超音波エレメント６０等における外部接続電極６２Ａと外部接続電極６２Ｂの配置は、すでに説明した形態に限られるものではない。例えば、超音波エレメント６０等は第１の主面に外部接続電極６２Ａを有し、第２の主面に外部接続電極６２Ｂを有していてもよい。
【００８５】
なお、超音波エレメント６０の外部接続電極部６２Ｓの配置状態により、フレキシブル配線板４０または中継配線板のフレキシブル部のエレメント接続電極部４１Ｓの２つの電極４１Ａ、４１Ｂは異なる主面に配置されていてもよい。
【００８６】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態の超音波ユニット３０Ｄ、超音波内視鏡２Ｄおよび超音波ユニット３０Ｄの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ｄ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００８７】
図２１に示すように超音波内視鏡２Ｄの先端部３７に配設された超音波ユニット３０Ｄは、コンベックス型振動子群である超音波アレイ６０ＳＤを有する。超音波ユニット３０Ｄは、鉗子口３３から突出する穿刺針５を含む平面を走査する。
【００８８】
図２１および図２２に示すように、超音波ユニット３０Ｄの超音波アレイ６０ＳＤは、略半円筒形の中空部材７０Ｄの外周面に接合されている複数の超音波エレメント６０からなる。中空部材７０Ｄの端面は略半円筒形の中央配線板５０Ｄに接合されている。超音波ユニット３０Ｄの製造方法は、すでに説明した超音波ユニット３０等と同様である。すなわち、超音波エレメント６０が接続されたフレキシブル配線板４０を、略９０度、折り曲げることにより、超音波エレメント６０は中空部材７０Ｄの外周面に接合される。
【００８９】
すなわち、コンベックス型振動子を構成する超音波ユニット３０Ｄの中空部材７０Ｄは略半円筒形であり、中央配線板５０Ｄも中空部材７０Ｄの端面形状と同じ略半円形である。
【００９０】
超音波ユニット３０Ｄ、超音波内視鏡２Ｄは超音波ユニット３０等と同様の効果を有する。同様に超音波ユニット３０Ｄの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法等が有する効果を有する。
【００９１】
なお、実施形態の中継配線板および中空部材の端面は、図２３（Ａ）に示すように円形であってもよいし、図２３（Ｂ）に示すように半円形であってもよいし、図２３（Ｃ）に示すように略半円形であってもよい。すなわち、本発明において円形または半円形とは、略円形または略半円形を含み、更に円弧を一部に有する形状であればよい。また円筒形および半円筒形も同様に、その端面が円弧を一部に有する形状であればよい。すなわち、超音波ユニットの走査範囲に応じて中継配線板および中空部材の形状は変更が可能である。
【００９２】
また、実施形態の超音波ユニットとしては、第１実施形態等で説明したラジアル型振動子群の超音波アレイ６０Ｓと、第５実施形態で説明したコンベックス型振動子群の超音波アレイ６０ＳＤと、を有していてもよい。
【００９３】
なお、以上の実施形態は静電容量型のＭＥＭＳ技術により作製される超音波ユニットおよび超音波内視鏡を例に説明した。これは静電容量型の超音波ユニットは特に小型化に適しているため、本発明の効果が顕著であるためである。しかし、ＰＺＴ、その他の圧電セラミックスを用いた圧電型の超音波ユニットおよび超音波内視鏡においても本発明が同様の効果を有することは明らかである。
【００９４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、例えば、実施形態の構成要素の組み合わせ等が可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…超音波内視鏡システム
２…超音波内視鏡
３…超音波観測装置
１０…超音波セル
３０…超音波ユニット
４０…フレキシブル配線板
４１Ｓ…エレメント接続電極部
４２Ｓ…中央配線板接続電極部
４３Ａ、４３Ｂ…内部配線
５０…中央配線板
５１Ｓ…フレキシブル配線板接続電極部
５２Ｓ…ケーブル接続電極部
５３Ａ、５３Ｂ…内部配線
５９…中継配線板
６０…超音波エレメント
６０Ｓ…超音波アレイ
６１…送受信部
６２Ｓ…外部接続電極部
７０…中空部材
７１…緩衝部材
８０…ケーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の超音波エレメントを有する超音波ユニット、前記超音波ユニットを具備する超音波内視鏡、および、前記超音波ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
体内に超音波を照射し、エコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。超音波診断法に用いられる超音波診断装置の１つに超音波内視鏡がある。超音波内視鏡は、体内へ導入される挿入部の先端硬性部に超音波振動子ユニットが配設されている。超音波振動子ユニットは電気信号を超音波に変換し体内へ送信し、また体内で反射した超音波を受信して電気信号に変換する機能を有する。
【０００３】
超音波ユニットを構成する複数の超音波振動子には、圧電セラミックス材料（例えばＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた超音波セル、またはＭＥＭＳ技術を用いて製造される静電容量型超音波振動子（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer、以下「ｃ−ＭＵＴ」という）からなる超音波セルが使用されている。
【０００４】
ｃ−ＭＵＴは、下部電極層と上部電極層との間に電圧を印加することで、静電力により上部電極層を含むメンブレン（振動部）を振動して超音波を発生する。また外部から超音波が入射すると両電極の間隔が変化するため、静電容量の変化から超音波を電気信号に変換する。
【０００５】
ｃ−ＭＵＴは鉛等を使用しないため、圧電セラミックスを用いた超音波振動子よりも環境負荷が小さい。
【０００６】
ここで、多数の超音波セルを、それぞれ駆動用ケーブルと接続するのは容易ではない。このため、例えば、特開２００６―８７７０８号公報には、ＦＰＣ基板を中継配線板として用いる超音波振動子が開示されている。
【０００７】
また、特開２０１１―２３１３４号公報には、多数の駆動用ケーブルを一括して接続する集合ケーブルが開示されている。
【０００８】
しかし、超音波振動子ユニットは、小型化および小径化が進んでおり、その製造は、更に容易ではなくなってきていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６―８７７０８号公報
【特許文献２】特開２０１１―２３１３４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａ．カロンティ、他、「医療画像処理用静電容量型超音波振動子アレイ」、２００６年８月、「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｊｏｕｒｎａｌ」、第３７巻第８号、７７０頁〜７７７頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の実施形態は、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡、および製造が容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態の超音波ユニットは、長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と、外部接続電極部と、を有する複数の超音波エレメントと、複数の前記超音波エレメントの第２の主面が外周面に接合されている円筒形または半円筒形の中空部材と、円形または半円形の中央部と、前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなり、折り曲げられた前記フレキシブル部のそれぞれの端部に配設されているエレメント接続電極部が、それぞれの前記超音波エレメントの前記外部接続電極部と接続されており、前記中央部が前記中空部材の端面と接合された裏面に前記エレメント接続電極部のそれぞれがそれぞれの内部配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板と、前記中空部材の内部を挿通する、それぞれの前記ケーブル接続電極部と接続された複数の導線を有するケーブルとを、具備する。
【００１３】
また本発明の別の実施形態の超音波内視鏡は上記の超音波ユニットを具備する。
【００１４】
また本発明の別の実施形態の超音波ユニットの製造方法は、長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と外部接続電極部とを有する複数の超音波エレメントを作製する工程と、円形または半円形の中央部と前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部とからなり前記フレキシブル部のそれぞれの端部にエレメント接続電極部を有し前記中央部の裏面にそれぞれが前記エレメント接続電極部と配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板を作製する工程と、複数の前記超音波エレメントのそれぞれの前記外部接続電極部と前記中継配線板のそれぞれの前記フレキシブル部の前記エレメント接続電極部と、を接合する工程と、前記中継配線板の前記裏面の前記ケーブル接続電極部のそれぞれにケーブルの複数の導線のそれぞれを接続する工程と、前記中継配線板の前記中央部の前記裏面に円筒形または半円筒形の中空部材の端面を接合する工程と、前記フレキシブル部を折り曲げて前記超音波エレメントの第２の主面を前記中空部材の外周面に接合する工程と、を具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、製造が容易な超音波ユニット、製造が容易な超音波内視鏡および製造が容易な超音波ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の超音波内視鏡を説明するための外観図である。
【図２】第１実施形態の超音波内視鏡の先端部を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態の超音波内視鏡の先端部の超音波ユニットを説明するための斜視図である。
【図４】第１実施形態の超音波ユニットの構造を説明するための分解図である。
【図５】第１実施形態の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態の超音波ユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】第１実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。
【図８】第１実施形態の超音波ユニットにおける、超音波エレメントの超音波セルの断面図である。
【図９】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板を説明するための図であり、図９（Ａ）はおもて面を、図９（Ｂ）は裏面を示している。
【図１０】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板のフレキシブル基板の斜視図である。
【図１１】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板の製造方法を説明するための図であり、図１１（Ａ）はおもて面を、図１１（Ｂ）は裏面を示している。
【図１２】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板と超音波エレメントとの接合方法を説明するための上面図である。
【図１３】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板とケーブルおよび中空部材との接続を説明するための断面図である。
【図１４】第１実施形態の超音波ユニットの中継配線板の折り曲げと、超音波エレメントの中空部材との接合を説明するための断面図である。
【図１５】第２実施形態の超音波ユニットの中継配線板を説明するための上面図である。
【図１６】第３実施形態の超音波ユニットの中継配線板とケーブルとの接続を説明するための断面図である。
【図１７】第３実施形態の超音波ユニットの中継配線板の製造方法を説明するための図であり、図１７（Ａ）はおもて面を、図１７（Ｂ）は裏面を示している。
【図１８】第４実施形態の超音波ユニットの超音波エレメントの上面図である。
【図１９】第４実施形態の超音波ユニットの構造を説明するための断面図である。
【図２０】第４実施形態の超音波ユニットを説明するための斜視図である。
【図２１】第５実施形態の超音波ユニットを説明するための斜視図である。
【図２２】第５実施形態の超音波ユニットの製造工程を説明するための斜視図である。
【図２３】実施形態の超音波ユニットの中空部材を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して実施形態の超音波ユニット３０〜３０Ｄ、および、超音波ユニット３０〜３０Ｄを有する超音波内視鏡２〜２Ｄについて説明する。
【００１８】
＜超音波内視鏡の構成＞
図１に示すように超音波内視鏡２〜２Ｄは、超音波観測装置３およびモニタ４とともに超音波内視鏡システム１〜１Ｄを構成する。以下、超音波内視鏡２〜２Ｄは類似しているので超音波内視鏡２を例に説明する。超音波内視鏡２は、体内に挿入される細長の挿入部２１と、挿入部２１の基端に配された操作部２２と、操作部２２の側部から延出したユニバーサルコード２３と、を具備する。
【００１９】
ユニバーサルコード２３の基端部には、光源装置（不図示）に接続されるコネクタ２４Ａが配設されている。コネクタ２４Ａからは、カメラコントロールユニット（不図示）にコネクタ２５Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２５と、超音波観測装置３にコネクタ２６Ａを介して着脱自在に接続されるケーブル２６と、が延出している。超音波観測装置３にはモニタ４が接続される。
【００２０】
挿入部２１は、先端側から順に、先端硬性部（以下、「先端部」という）３７と、先端部３７の後端に位置する湾曲部３８と、湾曲部３８の後端に位置して操作部２２に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部３９と、を連設して構成されている。そして、先端部３７の先端側には超音波ユニット３０が配設されている。
【００２１】
操作部２２には、湾曲部３８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ２２Ａと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン２２Ｂと、吸引操作を行う吸引ボタン２２Ｃと、後述する体内に導入する穿刺針等を有する処置具の入り口となる処置具挿入口２２Ｄ等と、が配設されている。
【００２２】
そして、図２に示すように、超音波ユニット３０が配設された先端部３７には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー３１と、観察光学系の観察用レンズカバー３２と、後述するように穿刺針５（図２１参照）等の処置具が突出する鉗子口３３と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
【００２３】
次に、図３〜図５を用いて、超音波ユニット３０の構成について説明する。超音波ユニット３０の超音波アレイ６０Ｓは、複数の平面視略矩形の超音波エレメント６０の長辺が連結され、円筒状に湾曲配置されたラジアル型振動子群である。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、構成要素の数、大きさ、および大きさ等の比率等は実際とは異なる。
【００２４】
例えば、実際の超音波アレイ６０Ｓは、外径２ｍｍの中空部材７０の外周面７０ＳＡに、短辺が０．１ｍｍ以下の２００個以上の超音波エレメント６０が、３６０度方向に配設されているラジアル型振動子群である。
【００２５】
円筒状の超音波アレイ６０Ｓの端部には、複数の超音波エレメント６０のそれぞれの外部接続電極部６２Ｓを構成する１組の外部接続電極６２Ａ、６２Ｂが配列しており、それぞれの外部接続電極６２Ａ、６２Ｂは、中継配線板５９を介してケーブル８０の複数の導線８１Ａ、８１Ｂと接続されている。外部接続電極６２Ａは駆動電位電極であり、外部接続電極６２Ｂは接地電位電極である。なお、電極、配線または導線の符号において「Ａ」は駆動電位、「Ｂ」は接地電位であることを示している。
【００２６】
超音波ユニット３０は、複数の超音波エレメント６０からなる超音波アレイ６０Ｓと、円筒形の中空部材７０と、中継配線板５９と、ケーブル８０とを、具備する。
【００２７】
超音波エレメント６０は、略長方形の第１の主面６０ＳＡと、第１の主面６０ＳＡと対向する第２の主面６０ＳＢと、を有する。そして、超音波エレメント６０の第１の主面６０ＳＡには超音波を送受信する送受信部６１が配設され、第１の主面６０ＳＡの端部には外部接続電極部６２Ｓを構成する１組の外部接続電極６２Ａ、６２Ｂが配設されている。中空部材７０の外周面には、複数の超音波エレメント６０の第２の主面６０ＳＢが接合されている。
【００２８】
そして、中継配線板５９は、円形の中央配線板５０と、中央配線板５０の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル配線板４０と、からなる。
【００２９】
略９０度折り曲げられているそれぞれのフレキシブル配線板４０は、超音波エレメント６０と中央配線板５０とを接続している。
【００３０】
ケーブル８０は、先端部３７と、湾曲部３８と、可撓管部３９と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、超音波ケーブル２６と、に挿通され、超音波コネクタ２６Ａを介して、超音波観測装置３と接続されている。
【００３１】
次に図６のフローチャートを用いて、超音波ユニット３０の構成および製造方法について説明する。
＜ステップＳ１１＞
図７に示すように、略長方形の第１の主面６０ＳＡに配設された超音波を送受信する送受信部６１と、第１の主面６０ＳＡの端部に配設された外部接続電極部６２Ｓと、を有する複数の静電容量型の超音波エレメント６０がＭＥＭＳ技術を用いて作製される。
【００３２】
超音波エレメント６０には、複数の静電容量型の超音波セル１０がマトリックス状に配置されている。なお説明のため図７では一部の超音波セル１０のみを模式的に示している。超音波セル１０の配置は、規則的な格子配置、千鳥配置、または、三角メッシュ配置等であってもよいし、ランダム配置であってもよい。
【００３３】
図８に示すように、超音波セル１０は、基体であるシリコン基板１１上に、順に積層された、外部接続電極６２Ａと接続された下部電極層１２と、下部絶縁層１３と、円筒状のキャビティ１４が形成された上部絶縁層１５と、外部接続電極６２Ｂと接続された上部電極層１６と、保護層１７と、を有する。
【００３４】
それぞれの超音波セル１０は、キャビティ１４を介して対向配置している下部電極部１２Ａと上部電極部１６Ａとを有する。キャビティ１４はメンブレン１８が振動するための空間である。
【００３５】
下部電極層１２は、平面視円形の複数の下部電極部１２Ａと、下部電極部１２Ａの縁辺部から延設している下部配線部１２Ｂと、を有する。下部配線部１２Ｂは、同じ超音波エレメント６０の他の超音波セルの下部電極部１２Ａを接続している。そして、下部配線部１２Ｂは外部接続電極６２Ａと接続されている。
【００３６】
上部電極層１６は、平面視円形の複数の上部電極部１６Ａと、上部電極部１６Ａの縁辺部から延設している上部配線部１６Ｂと、を有する。上部配線部１６Ｂは、同じ超音波エレメント６０の他の超音波セルの上部電極部１６Ａを接続している。そして、上部配線部１６Ｂは外部接続電極６２Ｂと接続されている。
【００３７】
すなわち。同じ超音波エレメント６０に配置された複数の超音波セル１０の全ての下部電極部１２Ａは互いに接続されており、全ての上部電極部１６Ａも互いに接続されている。
【００３８】
図８に示す上記構造の超音波セル１０では、キャビティ１４の直上領域の、上部絶縁層１５と上部電極層１６と保護層１７とが、振動部であるメンブレン１８を構成している。
【００３９】
ここで、超音波セル１０の製造方法について詳しく説明する。
シリコン基板１１は、シリコン１１Ａの表面にシリコン熱酸化膜１１Ｂ、１１Ｃを形成した基板である。
【００４０】
下部電極部１２Ａおよび上部電極部１６Ａの形成では導電性シリコンまたは金属、例えば、銅、金、またはアルミニウムからなる導電性材料が、シリコン基板１１の全面にスパッタ法等により成膜される。そして、フォトリソグラフィによるマスクパターンを形成後にエッチングにより部分的に除去することにより、例えば、下部電極部１２Ａと下部配線部１２Ｂとを有する下部電極層１２が形成される。
【００４１】
下部絶縁層１３の形成では、下部電極層１２を覆うように、ＳｉＮ等の絶縁性材料からなる下部絶縁層１３が例えばＣＶＤ法等により成膜される。
【００４２】
キャビティ１４は、エッチングにより除去可能な材料を用いて形成される。キャビティ１４の高さは、例えば０．０５〜０．３μｍ、好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。
【００４３】
犠牲層パターンの上面に、上部絶縁層１５が、例えば下部絶縁層１３と同様の方法および同様の材料により形成される。上部絶縁層１５に形成した開口部（不図示）を介して導入されたエッチング剤によって犠牲層パターンがエッチング除去されることにより、キャビティ１４が形成される。
【００４４】
なお、キャビティ１４は円柱形状に限られるものではなく、多角柱形状等でもよい。キャビティ１４が多角柱形状の場合には、上部電極部１６Ａおよび下部電極部１２Ａの平面視形状も多角形とすることが好ましい。
【００４５】
下部電極層１２と同様の方法および同様の材料により、上部電極部１６Ａと上部配線部１６Ｂとを有する上部電極層１６が形成される。
【００４６】
超音波エレメント６０の表面が、保護層１７で覆われる。保護層１７は、保護機能だけでなく、音響整合層機能、更に超音波エレメント６０を連結する機能も有する。
【００４７】
なお、説明を省略したが、下部電極形成工程では外部接続電極６２Ａも形成されており、上部電極形成工程では外部接続電極６２Ｂも形成されている。保護層１７は、外部接続電極６２Ａおよび外部接続電極６２Ｂを覆わないように形成される。
【００４８】
保護層１７としては、ポリイミド、エポキシ、アクリル、またはポリパラキシレンなどの可撓性の樹脂からなり、耐薬品性が高く、屈曲性を有し、加工が容易のため、特に好ましくはポリイミドである。なお、保護層１７は第１絶縁層の上に、更に生体適合性のある第２絶縁層が形成された２層構造であってもよい。
【００４９】
＜ステップＳ１２＞
中継配線板５９は、円形の中央部と、中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなる。それぞれのフレキシブル部は端部にエレメント接続電極部４１Ｓを有する。中央部は、裏面にそれぞれがエレメント接続電極部４１Ｓと内部配線５３を介して接続された複数のケーブル接続電極部５２Ｓを有する。
【００５０】
なお、超音波ユニット３０では、中継配線板５９を作製する工程は、中央部を構成する円形の中央配線板５０を作製する工程（ステップＳ１３）と、フレキシブル部を構成する矩形のフレキシブル配線板４０を作製する工程（ステップＳ１４）と、中央配線板５０と複数のフレキシブル配線板４０とを接続する工程（ステップＳ１５）と、を有する。
【００５１】
＜ステップＳ１３＞
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、中央配線板５０はおもて面５０ＳＡの外周部に円弧状に配設された、それぞれが１組のフレキシブル配線板接続電極５１Ａ、５１Ｂからなるフレキシブル配線板接続電極部５１Ｓを複数組、有し、裏面５０ＳＢの中心領域に、それぞれが、それぞれの内部配線５３Ｓ（５３Ａ、５３Ｂ）を介してフレキシブル配線板接続電極５１Ａ、５１Ｂと接続された複数の１組のケーブル接続電極５２Ａ、５２Ｂからなるケーブル接続電極部５２Ｓを有する。すなわち図示しないが、内部配線５３Ｓは中央配線板５０のおもて面５０ＳＡと裏面５０ＳＢとを接続する貫通配線部を有する。
【００５２】
中央配線板５０は公知のリジッド配線板からなる。
【００５３】
＜ステップＳ１４＞
図１０に示すように、それぞれの略矩形のフレキシブル配線板４０は一方の端部にエレメント接続電極部４１Ｓを有し、逆側の端部に中央配線板接続電極部４２Ｓを有する。エレメント接続電極４１Ａと中央配線板接続電極４２Ａとは、内部配線４３Ａにより接続されており、また、エレメント接続電極４１Ｂと中央配線板接続電極４２Ｂとは内部配線４３Ｂにより接続されている。なお図１０に示すフレキシブル配線板４０では電気抵抗を少なくするために内部配線４３Ｂ以外の領域を内部配線４３Ａとして使用している。
【００５４】
フレキシブル配線板４０は、例えばポリイミドを基体とする公知のフレキシブル配線板からなる。
【００５５】
＜ステップＳ１５＞
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、複数のフレキシブル配線板４０の中央配線板接続電極部４２Ｓが、中央配線板５０のおもて面５０ＳＡの外周部に円弧状に配設された複数のフレキシブル配線板接続電極部５１Ｓと接続され、中継配線板５９が作製される。
中央配線板５０とフレキシブル配線板４０との接続には、例えば、はんだ接合を用いる。
【００５６】
＜ステップＳ１６＞
図１２に示すように、中継配線板５９の外周部の複数のフレキシブル配線板４０のエレメント接続電極部４１Ｓに、それぞれ超音波エレメント６０の外部接続電極部６２Ｓが接続される。フレキシブル配線板４０と超音波エレメント６０との接続には、例えば、はんだ接合を用いる。
【００５７】
＜ステップＳ１７＞
図１３に示すように、中継配線板５９の裏面５０ＳＢのケーブル接続電極部５２Ｓに、ケーブル８０の導線８１が接続される。ケーブル接続電極部５２Ｓと導線８１との接続には、例えば、はんだ接合を用いる。ケーブル８０としては、すでに説明した公知の集合ケーブルを用いてもよい。
【００５８】
＜ステップＳ１８＞
図１３に示すように、中継配線板５９の裏面５０ＳＢに、円筒形の中空部材７０の端面が接着剤等を用いて接合される。
【００５９】
なお、中継配線板５９に接合した後、中空部材７０の内周部に充填剤を充填してもよい。また、中空部材７０の接合後にケーブル８０を接続してもよい。更に中空部材７０とケーブル８０とを充填剤により一体化しておき、同時に中継配線板５９に接合してもよい。
【００６０】
＜ステップＳ１９＞
図１３および図１４に示すように、中継配線板５９のフレキシブル配線板４０を略直角に折り曲げて、超音波エレメント６０の第２の主面６０ＳＢが中空部材７０の外周面７０ＳＡに接着剤等を用いて接合されることで、超音波ユニット３０の基本構造が完成する。
【００６１】
中継配線板５９の主面（おもて面、裏面）と、超音波エレメント６０の主面とは直角に対峙しており、その間を電気的に接続する製造工程は容易ではなかった。しかし、超音波ユニット３０では、超音波エレメント６０を中継配線板５９と接続する工程が平面と平面との接合により行われるため、容易である。またフレキシブル配線板４０の折り曲げ作業は中空部材７０の形状に沿って行われるので容易である。このため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２は製造歩留まりが高い。
【００６２】
＜超音波ユニットの動作＞
次に、超音波ユニット３０の動作について簡単に説明する。各超音波セル１０の下部電極部１２Ａは外部接続電極６２Ａ等を介して駆動電位側と接続されている。一方、各超音波セル１０の上部電極部１６Ａは外部接続電極６２Ｂ等を介してグランド電位側と接続されている。
【００６３】
超音波発生時には、超音波観測装置３の電圧信号発生部（不図示）は駆動電圧信号を下部電極部１２Ａに印加する。下部電極部１２Ａに電圧が印加されると、グランド電位の上部電極部１６Ａは静電力により下部電極部１２Ａに引き寄せられるため、上部電極部１６Ａを含むメンブレン１８は変形する。そして下部電極部１２Ａへ印加された電圧がなくなると、メンブレン１８は弾性力により元の形に回復する。このメンブレン１８の変形／回復により超音波が発生する。
【００６４】
一方、超音波受信時には、受信した超音波エネルギーにより上部電極部１６Ａを含むメンブレン１８が変形する。すると上部電極部１６Ａと下部電極部１２Ａとの距離が変化するため、その間の静電容量が変化する。すると超音波観測装置３の容量信号検出部（不図示）に容量変化にともなう電流が流れる。すなわち、受信した超音波エネルギーが容量信号に変換される。
【００６５】
以上の説明のように、超音波ユニット３０は、複数の超音波エレメント６０が外周部に放射状に配設された中継配線板５９の複数のフレキシブル配線板４０を、中空部材７０の外周面７０ＳＡに沿って折り曲げることにより作製できる。このため、超音波ユニット３０および超音波内視鏡２Ａは製造が容易である。また超音波ユニット３０の製造方法は製造が容易である。
【００６６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の超音波ユニット３０Ａ、超音波内視鏡２Ａおよび超音波ユニット３０Ａの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ａ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００６７】
図１５に示すように、超音波ユニット３０Ａの中継配線板５９Ａは、リジット基板からなる円形の中央部５０Ａと、中央部５０Ａの外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部４０Ａと、からなる、いわゆるリジッドフレキ配線板である。なお、中継配線板５９の全体がフレキシブル配線板からなり、中央部５０Ａの外径と略等しい外径を有するドーナツ形状の保持板と接合されていてもよい。
【００６８】
超音波ユニット３０Ａ、超音波内視鏡２Ａは、超音波ユニット３０等が有する効果を有し、更に中継配線板５９Ａは、中継配線板５９よりも作製が容易である。同様に超音波ユニット３０Ａの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００６９】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の超音波ユニット３０Ｂ、超音波内視鏡２Ｂおよび超音波ユニット３０Ｂの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ｂ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００７０】
図１６に示すように、超音波ユニット３０Ｂでは、中継配線板５９Ｂの裏面には、ケーブル接続電極部５２ＳＢと接続されたコネクタ８３が接合されており、ケーブル８０Ｂはコネクタ８３を介して中継配線板５９と接続される。
【００７１】
ケーブル接続電極部５２ＳＢは、コネクタ８３と、はんだ接合等により接続される。コネクタ８３を介してのケーブル８０Ｂと中継配線板５９Ｂとを接続する超音波ユニット３０Ｂは、超音波ユニット３０等よりも接続工程が容易である。またコネクタ８３を用いる場合には、中継配線板５９に中空部材７０を接合した後に、ケーブル８０Ｂをコネクタ８３と接続することができる。すなわち、長尺のケーブルが接続された中継配線板５９の取り扱いは容易ではない場合もあるが、超音波ユニット３０Ｂでは、コネクタ８３を用いるため容易である。
【００７２】
すなわち、超音波ユニット３０Ｂ、超音波内視鏡２Ｂは超音波ユニット３０等と同様の効果を有し、更に、より製造が容易である。同様に超音波ユニット３０Ｂの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００７３】
また、超音波ユニット３０Ｂで、中空部材７０には緩衝部材７１が配設されており。超音波エレメント６０は緩衝部材７１を介して中空部材７０に配設されている。緩衝部材７１は、送受信の効率を改善ために不要な超音波を吸収するバッキング材からなる。すなわち、緩衝部材７１は、超音波を放射するときのメンブレンの自由振動を規制して、超音波の進行方向の分解能を向上させる。緩衝部材７１には、振動を吸収できる様々な材料を用いることができ、無機材料、有機材料いずれも適用可能である。特に、エポキシ系樹脂、ゴム系材料は、音響インピーダンスが小さく、感度を落とさずに振動を吸収できるため、好ましい。
【００７４】
このため、超音波ユニット３０Ｂ等は、超音波ユニット３０等が有する効果を有し、更に感度が高い。なお、超音波ユニット３０、３０Ａにも緩衝部材７１を配設することで超音波ユニット３０Ｂと同じように送受信の効率を改善ことができる。
【００７５】
また、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示すように、中継配線板５９Ｂでは、接地電位電極である複数のエレメント接続電極４１Ｂは、内部配線５３ＢＢにより裏面中央の１個のケーブル接続電極（第２電極）５２ＢＢに接続されている。駆動電位電極であるエレメント接続電極４１Ａは内部配線５３ＡＢにより、それぞれのケーブル接続電極（第１電極）５２ＡＢに接続されている。すなわち接地電位のケーブル接続電極部（第２電極）５２ＢＢの数は１個であり、駆動電位のケーブル接続電極（第１電極）５２ＡＢの数よりも少ない。言い換えれば、ケーブル接続電極部５２ＳＢは１個のケーブル接続電極（第２電極）５２ＢＢと複数のケーブル接続電極（第１電極）５２ＡＢとからなる。
【００７６】
このため、ケーブル８０Ｂの、ケーブル接続電極（第２電極）５２ＢＢと接続される接地電位の導線８１Ｂは中央に配置された１本だけである。なお接地電位の導線はケーブル８０Ｂの共通シールド線であってもよいし、第２電極の数および接地電位の導線は２以上であってもよい。
【００７７】
超音波ユニット３０Ｂおよび超音波内視鏡２Ｂは超音波ユニット３０と同様の効果を有し、更にケーブル８０Ｂと中継配線板５９Ｂとの接続箇所が少ないため、より製造が容易である。同様に超音波ユニット３０Ｂの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００７８】
なお、超音波ユニット３０Ｂの中継配線板５９Ｂは、超音波ユニット３０Ａの中継配線板５９Ａと同じように全体がフレキシブル基板からなり、ドーナツ形状の保持板５３に接着剤等により接合されている。
【００７９】
また、超音波ユニット３０、３０Ａおよび超音波内視鏡２、２Ａにおいても、超音波ユニット３０Ｂ等と同様の構造とすることで、同じ効果を得ることができる。
【００８０】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の超音波ユニット３０Ｃ、超音波内視鏡２Ｃおよび超音波ユニット３０Ｃの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ｃ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００８１】
図１８に示すように、超音波ユニット３０Ｃの超音波エレメント６０Ｃは、第１の主面６０ＳＡの一方の端部に駆動電位電極である外部接続電極６２Ａを有し、他方の端部に接地電位電極である外部接続電極６２Ｂを有する。中継配線板５９Ｃは、フレキシブル配線板４０Ｃ（４０ＣＳ）と中央配線板５０Ｃとからなる。
【００８２】
図１９および図２０に示すように、それぞれの外部接続電極６２Ｂは、超音波アレイ６０ＳＣの外周部に沿って円弧状に配設された１本の共通接地線８４と接続されている。そして共通接地線８４は、ケーブル８０Ｃの接地電位の導線８１Ｅと接続されている。
【００８３】
以上の説明のように、超音波ユニット３０Ｃおよび超音波内視鏡２Ｃは超音波ユニット３０と同様の効果を有し、更にケーブル８０Ｃと中継配線板５９との接続箇所が少ないため、より製造が容易である。同様に超音波ユニット３０Ｃの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法が有する効果を有し、更に製造がより容易である。
【００８４】
なお、超音波エレメント６０等における外部接続電極６２Ａと外部接続電極６２Ｂの配置は、すでに説明した形態に限られるものではない。例えば、超音波エレメント６０等は第１の主面に外部接続電極６２Ａを有し、第２の主面に外部接続電極６２Ｂを有していてもよい。
【００８５】
なお、超音波エレメント６０の外部接続電極部６２Ｓの配置状態により、フレキシブル配線板４０または中継配線板のフレキシブル部のエレメント接続電極部４１Ｓの２つの電極４１Ａ、４１Ｂは異なる主面に配置されていてもよい。
【００８６】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態の超音波ユニット３０Ｄ、超音波内視鏡２Ｄおよび超音波ユニット３０Ｄの製造方法について説明する。超音波ユニット３０Ｄ等は、超音波ユニット３０等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００８７】
図２１に示すように超音波内視鏡２Ｄの先端部３７に配設された超音波ユニット３０Ｄは、コンベックス型振動子群である超音波アレイ６０ＳＤを有する。超音波ユニット３０Ｄは、鉗子口３３から突出する穿刺針５を含む平面を走査する。
【００８８】
図２１および図２２に示すように、超音波ユニット３０Ｄの超音波アレイ６０ＳＤは、略半円筒形の中空部材７０Ｄの外周面に接合されている複数の超音波エレメント６０からなる。中空部材７０Ｄの端面は略半円筒形の中央配線板５０Ｄに接合されている。超音波ユニット３０Ｄの製造方法は、すでに説明した超音波ユニット３０等と同様である。すなわち、超音波エレメント６０が接続されたフレキシブル配線板４０を、略９０度、折り曲げることにより、超音波エレメント６０は中空部材７０Ｄの外周面に接合される。
【００８９】
すなわち、コンベックス型振動子を構成する超音波ユニット３０Ｄの中空部材７０Ｄは略半円筒形であり、中央配線板５０Ｄも中空部材７０Ｄの端面形状と同じ略半円形である。
【００９０】
超音波ユニット３０Ｄ、超音波内視鏡２Ｄは超音波ユニット３０等と同様の効果を有する。同様に超音波ユニット３０Ｄの製造方法は、超音波ユニット３０の製造方法等が有する効果を有する。
【００９１】
なお、実施形態の中継配線板および中空部材の端面は、図２３（Ａ）に示すように円形であってもよいし、図２３（Ｂ）に示すように半円形であってもよいし、図２３（Ｃ）に示すように略半円形であってもよい。すなわち、本発明において円形または半円形とは、略円形または略半円形を含み、更に円弧を一部に有する形状であればよい。また円筒形および半円筒形も同様に、その端面が円弧を一部に有する形状であればよい。すなわち、超音波ユニットの走査範囲に応じて中継配線板および中空部材の形状は変更が可能である。
【００９２】
また、実施形態の超音波ユニットとしては、第１実施形態等で説明したラジアル型振動子群の超音波アレイ６０Ｓと、第５実施形態で説明したコンベックス型振動子群の超音波アレイ６０ＳＤと、を有していてもよい。
【００９３】
なお、以上の実施形態は静電容量型のＭＥＭＳ技術により作製される超音波ユニットおよび超音波内視鏡を例に説明した。これは静電容量型の超音波ユニットは特に小型化に適しているため、本発明の効果が顕著であるためである。しかし、ＰＺＴ、その他の圧電セラミックスを用いた圧電型の超音波ユニットおよび超音波内視鏡においても本発明が同様の効果を有することは明らかである。
【００９４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、例えば、実施形態の構成要素の組み合わせ等が可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…超音波内視鏡システム
２…超音波内視鏡
３…超音波観測装置
１０…超音波セル
３０…超音波ユニット
４０…フレキシブル配線板
４１Ｓ…エレメント接続電極部
４２Ｓ…中央配線板接続電極部
４３Ａ、４３Ｂ…内部配線
５０…中央配線板
５１Ｓ…フレキシブル配線板接続電極部
５２Ｓ…ケーブル接続電極部
５３Ａ、５３Ｂ…内部配線
５９…中継配線板
６０…超音波エレメント
６０Ｓ…超音波アレイ
６１…送受信部
６２Ｓ…外部接続電極部
７０…中空部材
７１…緩衝部材
８０…ケーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と、外部接続電極部と、を有する複数の超音波エレメントと、
複数の前記超音波エレメントの第２の主面が外周面に接合されている円筒形または半円筒形の中空部材と、
円形または半円形の中央部と、前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなり、折り曲げられた前記フレキシブル部のそれぞれの端部に配設されているエレメント接続電極部が、それぞれの前記超音波エレメントの前記外部接続電極部と接続されており、前記中央部が前記中空部材の端面と接合された裏面に前記エレメント接続電極部のそれぞれがそれぞれの内部配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板と、
前記中空部材の内部を挿通する、それぞれの前記ケーブル接続電極部と接続された複数の導線を有するケーブルと、を具備することを特徴とする超音波ユニット。
【請求項２】
前記中継配線板が、円形または半円形の中央配線板と、複数の矩形のフレキシブル配線板と、からなり、前記中央配線板が、前記ケーブル接続電極部と、外周部に円弧状に配設された複数のフレキシブル配線板接続電極部と、それぞれの前記ケーブル接続電極部と前記フレキシブル配線板接続電極部とを接続する配線とを有し、それぞれの前記フレキシブル配線板が、前記エレメント接続電極部と、前記エレメント接続電極部と逆側の端部に配設された中央配線板接続電極部と、前記エレメント接続電極部と中央配線板接続電極部とを接続する配線と、を有し、それぞれの前記フレキシブル配線板接続電極部とそれぞれの前記中央配線板接続電極部とが、接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
【請求項３】
前記外部接続電極部、前記エレメント接続電極部、前記ケーブル接続電極部、前記フレキシブル配線板接続電極部、および前記中央配線板接続電極部が、それぞれ第１電極と第２電極とからなり、前記第１電極が駆動電位電極であり、前記第２電極が接地電位電極であることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項４】
前記中央配線板の前記配線が、複数の前記エレメント接続電極部の前記第２電極を、１つの前記ケーブル接続電極部の前記第２電極と接続しており、
前記ケーブル接続電極部の前記第２電極の数が、前記ケーブル接続電極部の前記第１電極の数よりも少ないことを特徴とする請求項３に記載の超音波ユニット。
【請求項５】
前記外部接続電極部、前記エレメント接続電極部、前記ケーブル接続電極部、前記フレキシブル配線板接続電極部、および前記中央配線板接続電極部が、駆動電位電極であり、
それぞれの前記超音波エレメントが、前記外部接続電極部と逆の端部に接地電位電極を有し、
複数の前記接地電位電極を接続する短絡線が、前記ケーブルのシールド線と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項６】
前記超音波エレメントが、緩衝部材を介して前記中空部材と接合されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の超音波ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６に記載の超音波ユニットを具備することを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項８】
長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と、外部接続電極部と、を有する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
円形または半円形の中央部と、前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなり、前記フレキシブル部のそれぞれの端部にエレメント接続電極部を有し、前記中央部の裏面にそれぞれが前記エレメント接続電極部と配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板を作製する工程と、
複数の前記超音波エレメントのそれぞれの前記外部接続電極部と、前記中継配線板のそれぞれの前記フレキシブル部の前記エレメント接続電極部と、を接合する工程と、
前記中継配線板の前記裏面の前記ケーブル接続電極部のそれぞれに、ケーブルの複数の導線のそれぞれを接続する工程と、
前記中継配線板の前記裏面に、円筒形または半円筒形の中空部材の端面を接合する工程と、
前記フレキシブル部を折り曲げて、前記超音波エレメントの第２の主面を前記中空部材の外周面に接合する工程と、を具備することを特徴とする超音波ユニットの製造方法。
【請求項９】
前記中継配線板を作製する工程が、
外周部に円弧状に配設された複数のフレキシブル配線板接続電極部と、前記フレキシブル配線板接続電極部と前記ケーブル接続電極部とを接続する配線と、を有する円形または半円形の中央配線板を作製する工程と、
前記エレメント接続電極部と、前記エレメント接続電極部と逆側の端部に配設された中央配線板接続電極部と、前記エレメント接続電極部と中央配線板接続電極部とを接続する配線と、を有する複数の矩形のフレキシブル配線板を作製する工程と、
前記中央配線板のそれぞれの前記フレキシブル配線板接続電極部と、それぞれの前記フレキシブル配線板の前記中央配線板接続電極部とを接続する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記外部接続電極部、前記エレメント接続電極部、前記ケーブル接続電極部、前記フレキシブル配線板接続電極部、および前記中央配線板接続電極部が、それぞれ第１電極と第２電極とを有し、前記第１電極が駆動電位電極であり、前記第２電極が接地電位電極であることを特徴とする請求項９に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記中継配線板が、複数の前記エレメント接続電極部の第２電極を、１個の前記ケーブル接続電極部の第２電極に接続する前記配線を有し、
前記ケーブル接続電極部の前記第２電極の数が、前記ケーブル接続電極部の前記第１電極の数よりも少ないことを特徴とする請求項１０に記載の超音波ユニット製造方法。
【請求項１２】
前記超音波エレメントが、緩衝部材を介して前記中空部材と接合されることを特徴とする請求項１１に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１】
長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と、外部接続電極部と、を有する複数の超音波エレメントと、
複数の前記超音波エレメントの第２の主面が外周面に接合されている円筒形または半円筒形の中空部材と、
円形または半円形の中央部と、前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなり、折り曲げられた前記フレキシブル部のそれぞれの端部に配設されているエレメント接続電極部が、それぞれの前記超音波エレメントの前記外部接続電極部と接続されており、前記中央部が前記中空部材の端面と接合された裏面に前記エレメント接続電極部のそれぞれがそれぞれの内部配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板と、
前記中空部材の内部を挿通する、それぞれの前記ケーブル接続電極部と接続された複数の導線を有するケーブルと、を具備することを特徴とする超音波ユニット。
【請求項２】
前記中継配線板が、円形または半円形の中央配線板と、複数の矩形のフレキシブル配線板と、からなり、前記中央配線板が、前記ケーブル接続電極部と、外周部に円弧状に配設された複数のフレキシブル配線板接続電極部と、それぞれの前記ケーブル接続電極部と前記フレキシブル配線板接続電極部とを接続する配線とを有し、それぞれの前記フレキシブル配線板が、前記エレメント接続電極部と、前記エレメント接続電極部と逆側の端部に配設された中央配線板接続電極部と、前記エレメント接続電極部と中央配線板接続電極部とを接続する配線と、を有し、それぞれの前記フレキシブル配線板接続電極部とそれぞれの前記中央配線板接続電極部とが、接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波ユニット。
【請求項３】
前記外部接続電極部、前記エレメント接続電極部、前記ケーブル接続電極部、前記フレキシブル配線板接続電極部、および前記中央配線板接続電極部が、それぞれ第１電極と第２電極とからなり、前記第１電極が駆動電位電極であり、前記第２電極が接地電位電極であることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項４】
前記中央配線板の前記配線が、複数の前記エレメント接続電極部の前記第２電極を、１つの前記ケーブル接続電極部の前記第２電極と接続しており、
前記ケーブル接続電極部の前記第２電極の数が、前記ケーブル接続電極部の前記第１電極の数よりも少ないことを特徴とする請求項３に記載の超音波ユニット。
【請求項５】
前記外部接続電極部、前記エレメント接続電極部、前記ケーブル接続電極部、前記フレキシブル配線板接続電極部、および前記中央配線板接続電極部が、駆動電位電極であり、
それぞれの前記超音波エレメントが、前記外部接続電極部と逆の端部に接地電位電極を有し、
複数の前記接地電位電極を接続する短絡線が、前記ケーブルのシールド線と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波ユニット。
【請求項６】
前記超音波エレメントが、緩衝部材を介して前記中空部材と接合されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の超音波ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６に記載の超音波ユニットを具備することを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項８】
長方形の第１の主面に配設された超音波を送受信する送受信部と、外部接続電極部と、を有する複数の超音波エレメントを作製する工程と、
円形または半円形の中央部と、前記中央部の外周部から放射状に延設されている複数の矩形のフレキシブル部と、からなり、前記フレキシブル部のそれぞれの端部にエレメント接続電極部を有し、前記中央部の裏面にそれぞれが前記エレメント接続電極部と配線を介して接続された複数のケーブル接続電極部を有する、中継配線板を作製する工程と、
複数の前記超音波エレメントのそれぞれの前記外部接続電極部と、前記中継配線板のそれぞれの前記フレキシブル部の前記エレメント接続電極部と、を接合する工程と、
前記中継配線板の前記裏面の前記ケーブル接続電極部のそれぞれに、ケーブルの複数の導線のそれぞれを接続する工程と、
前記中継配線板の前記裏面に、円筒形または半円筒形の中空部材の端面を接合する工程と、
前記フレキシブル部を折り曲げて、前記超音波エレメントの第２の主面を前記中空部材の外周面に接合する工程と、を具備することを特徴とする超音波ユニットの製造方法。
【請求項９】
前記中継配線板を作製する工程が、
外周部に円弧状に配設された複数のフレキシブル配線板接続電極部と、前記フレキシブル配線板接続電極部と前記ケーブル接続電極部とを接続する配線と、を有する円形または半円形の中央配線板を作製する工程と、
前記エレメント接続電極部と、前記エレメント接続電極部と逆側の端部に配設された中央配線板接続電極部と、前記エレメント接続電極部と中央配線板接続電極部とを接続する配線と、を有する複数の矩形のフレキシブル配線板を作製する工程と、
前記中央配線板のそれぞれの前記フレキシブル配線板接続電極部と、それぞれの前記フレキシブル配線板の前記中央配線板接続電極部とを接続する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記外部接続電極部、前記エレメント接続電極部、前記ケーブル接続電極部、前記フレキシブル配線板接続電極部、および前記中央配線板接続電極部が、それぞれ第１電極と第２電極とを有し、前記第１電極が駆動電位電極であり、前記第２電極が接地電位電極であることを特徴とする請求項９に記載の超音波ユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記中継配線板が、複数の前記エレメント接続電極部の第２電極を、１個の前記ケーブル接続電極部の第２電極に接続する前記配線を有し、
前記ケーブル接続電極部の前記第２電極の数が、前記ケーブル接続電極部の前記第１電極の数よりも少ないことを特徴とする請求項１０に記載の超音波ユニット製造方法。
【請求項１２】
前記超音波エレメントが、緩衝部材を介して前記中空部材と接合されることを特徴とする請求項１１に記載の超音波ユニットの製造方法。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−９８５８１（Ｐ２０１３−９８５８１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６３９０（Ｐ２０１１−２３６３９０）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]