超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡
【課題】簡単かつ破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子を提供する。
【解決手段】圧電素子１と、上部電極２と、音響整合層４と、下部電極３と、幅方向Ｘにおいて設定間隔を有して配置された、圧電素子１の音響インピーダンス以下であって、音響整合層４の音響インピーダンス以上の同じ音響インピーダンスを有する複数の柱状部７ｃを具備する付加部材７と、複数の柱状部７ｃ間に充填された、柱状部７ｃよりも軟性な充填材８と、バッキング材９と、を具備していることを特徴とする。
【解決手段】圧電素子１と、上部電極２と、音響整合層４と、下部電極３と、幅方向Ｘにおいて設定間隔を有して配置された、圧電素子１の音響インピーダンス以下であって、音響整合層４の音響インピーダンス以上の同じ音響インピーダンスを有する複数の柱状部７ｃを具備する付加部材７と、複数の柱状部７ｃ間に充填された、柱状部７ｃよりも軟性な充填材８と、バッキング材９と、を具備していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を具備する超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子から被検部位に超音波を繰り返し放射し、被検部位から反射される超音波のエコー信号を超音波振動子で受信して、被検部位の二次元的な可視像である超音波画像を表示装置の画面上に表示させることができる超音波診断装置は周知であり、種々提案されている。
【０００３】
超音波振動子は、通常、単板圧電素子の上下面に電極が設けられ、音響放射面となる圧電素子の上面の電極上に音響整合層が設けられ、場合によっては、音響整合層上にレンズが設けられ、さらに圧電素子の底面に音響負荷材が設けられた構成を有しており、圧電素子の上下面の電極に外部から電圧が印加されることにより、圧電素子の振動に伴い超音波を被検部位に放射し、被検部位からの反射音波を受信して電気信号に変換する機能を有している。
【０００４】
ここで、超音波振動子から放射される超音波の周波数帯域を広げる、即ち広帯域化を図ることによって、超音波画像の画質を向上させる技術が周知である。
【０００５】
特許文献１には、圧電素子に複数の溝を設けることにより、超音波振動子から放射される超音波の周波数帯域の広帯域化を図る構成が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、単板圧電素子に、樹脂材料に対して複数の圧電材料が所定の間隔に並んで混在された複合圧電体を積層することにより、超音波振動子から放射される超音波の周波数帯域の広帯域化を図る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５６−１４７６９８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された構成においては、圧電素子自体に複数の溝が形成されているため、圧電素子に電極や、音響整合層、音響負荷材を設ける際、溝によって形成された柱状の部位が破損してしまう場合があり、圧電素子の取り扱いが難しくなってしまうといった問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された構成においては、複合圧電体の上下面に設けられた電極において、樹脂材料と圧電材料との線熱膨張係数の違いにより、電極に電圧を印加した後、電極の樹脂材料と圧電材料との境に接する部位が破損しやすいといった問題がある他、単板圧電素子の上面、複合圧電体の下面、単板圧電素子の下面と複合圧電体の上面との間との３つに電極を設ける必要があることから、各電極にそれぞれ配線を接続しなければならず、構造が複雑になるといった問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単かつ破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡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】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明の一態様による超音波振動子は、圧電素子と、少なくとも前記圧電素子の上面に配置された上部電極と、少なくとも前記圧電素子の底面に配置された下部電極と、前記上部電極の上面に配置された音響整合層と、前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記圧電素子の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触するよう配置された、前記圧電素子の音響インピーダンス以下であって、前記音響整合層の音響インピーダンス以上の音響インピーダンスを有する複数の柱状部を具備する付加部材と、前記複数の柱状部間に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記付加部材を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、を具備している。
【００１２】
また、本発明の別態様による超音波振動子は、分極処理された第1の圧電材料と、前記第1の圧電材料の上面に配置された上部電極と、前記第1の圧電材料の底面に配置された下部電極と、前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記第1の圧電材料の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触する、前記第1の圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する第２の圧電材料と、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記高さ方向に直交する幅方向の一方側の側面に設けられた、前記下部電極に電気的に接続されるとともに、第1の配線が電気的に接続される第1の側面電極と、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記幅方向の他方側の側面に設けられた、前記上部電極に電気的に接続されるとともに、第２の配線が電気的に接続される第２の側面電極と、前記第２の圧電材料の底面に複数形成された凹部と、前記凹部に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、を具備している。
【００１３】
さらに、本発明の別態様による超音波振動子の製造方法は、圧電素子の少なくとも上面に上部電極を形成するとともに、少なくとも底面に下部電極を形成する電極形成工程と、前記下部電極に、接着剤を介して前記圧電素子と同じ音響インピーダンスを有する付加部材を接着する接着工程と、前記付加部材の前記下部電極に接着された面とは反対側の面に複数の凹部を形成することにより、複数の柱状部を形成する柱状部形成工程と、を具備する。
【００１４】
また、本発明の別態様による超音波内視鏡は、本発案の前記超音波振動子を具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単かつ破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第1実施の形態の超音波振動子の構成の概略を示す断面図
【図２】図１の付加部材の構成の変形例を、圧電素子、下部電極、充填材とともに示す図
【図３】付加部材の接着工程を示す図
【図４】図３の下部電極に付加部材が貼着された後の状態を示す図
【図５】図４の付加部材に複数の柱状部を形成する柱状部形成工程を示す図
【図６】図３の接着工程前に上部電極に音響整合層を貼着する工程を示す図
【図７】第２実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図
【図８】図７の柱状部及び連結部の一部を拡大して示す部分斜視図
【図９】第３実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図
【図１０】第４実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図
【図１１】第５実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図
【図１２】図１１の上部電極及び下部電極に対して、上部電極と下部電極とが対向する領域のみに分極処理を施す構成を概略的に示す部分断面図
【図１３】第６実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図
【図１４】図１３の付加部材の底面において、圧電素子に対向する領域に、曲面状の凹部を設けた変形例を、下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態において概略的に示す断面図
【図１５】第７実施の形態の超音波振動子における振動子ユニットを概略的に示す断面図
【図１６】図１５の第１の圧電材料を構成する第１のグリーンシートを概略的に示す斜視図
【図１７】図１６の第１のグリーンシートの上面に上部電極を形成し、底面に下部電極を形成した状態を概略的に示す斜視図
【図１８】図１７の第１のグリーンシートの上面に第２の圧電材料を構成する第２のグリーンシートを積層した状態を概略的に示す斜視図
【図１９】図１８の第１のグリーンシートに第２のグリーンシートが積層された圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側を切断した状態を概略的に示す斜視図
【図２０】図１９の圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側に側面電極を形成した状態を概略的に示す斜視図
【図２１】圧電素子ユニットに、音響整合層ユニットを貼着し、振動子ユニットを形成した状態を概略的に示す断面図
【図２２】アレイ状の超音波振動子における振動子ユニットを示す斜視図
【図２３】図２２の付加部材の底面に、奥行き方向に沿って複数の凹部をダイシングソーブレードにより形成した状態を示す斜視図
【図２４】図２３の凹部に充填材を充填した状態を示す断面図
【図２５】図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に直交する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図
【図２６】図２５の振動子ユニットを折り曲げた状態を、図２５中のIIXVIの方向からみた側面図
【図２７】図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に９０°以外の角度を有して交差する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図
【図２８】図２７の付加部材を、図２７中のIIXVIII方向からみた上面図
【図２９】図２８の１つの柱状部を拡大して示す斜視図
【図３０】超音波内視鏡の外観を示す図
【図３１】図３０の超音波内視鏡の挿入部の先端部に設けられた超音波振動部を拡大して示す斜視図
【図３２】図３１中のIIIXII-IIIXII線に沿った超音波振動部の断面図
【図３３】図３１中のIIIXIII-IIIXIII線に沿う超音波振動部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第1実施の形態）
図１は、本実施の形態の超音波振動子の構成の概略を示す断面図、図２は、図１の付加部材の構成の変形例を、圧電素子、下部電極、充填材とともに示す図である。
【００１８】
図１に示すように、超音波振動子１００は、後述する高さ方向Ｚに振動することにより、超音波を高さ方向Ｚにおける超音波放射方向ＺＵに放射するとともに、被検部位から反射された音波を受信する単板圧電素子１をハウジング１０内において具備している。尚、圧電素子１は、圧電材料、例えばセラミックを焼成することにより形成されている。また、ハウジング１０は、絶縁部材から構成されている。
【００１９】
ハウジング１０内において、分極処理が施された圧電素子１の上面１ｊに、上部電極２が設けられているとともに、底面１ｔに、下部電極３が設けられている。
【００２０】
尚、上部電極２と下部電極３とは、圧電素子１に対して、図示しないコントローラから後述する第１の配線１３を介して送信されたパルス電圧を印加することにより圧電素子１を振動させるものである。また、上面１ｊは、圧電素子１の音響放射面を構成している。さらに、上部電極２はＧＮＤ電極を構成しているとともに、下部電極３はプラス電極を構成している。
【００２１】
また、ハウジング１０内において、上面１ｊと底面１ｔとを結ぶ高さ方向Ｚにおいて、上部電極２の上方、具体的には、上部電極２の上面に、第１の音響整合層４が設けられているとともに、第1の音響整合層４の上面に、第２の音響整合層５が設けられている。
【００２２】
さらに、第２の音響整合層５の上面に、音響レンズ６が設けられている。尚、超音波振動子１００において、第１の音響整合層４、第２の音響整合層５、音響レンズ６は必ずしも必要では無いが、本実施の形態においては、第１の音響整合層４、第２の音響整合層５、音響レンズ６が設けられている場合を例に挙げている。
【００２３】
また、ハウジング１０内において、上部電極２の上面において、第1の音響整合層４が設けられていない部位に、第２の配線１４の一端が電気的に接続される上部電極接続部１２が設けられている。配線１３，１４は図示しない振動子駆動装置に接続されている。
【００２４】
さらに、ハウジング１０内において、下部電極３の高さ方向Ｚの下方、具体的には、下部電極３の底面に、圧電素子１の振動に伴い、圧電素子１とともに高さ方向Ｚに振動する付加部材７が、後述する接着剤１６（図３参照）を介して下部電極３に接触するよう接着されている。尚、付加部材７は、下部電極３の底面において、高さ方向Ｚに直交する幅方向Ｘの中央に位置している。
【００２５】
付加部材７は、圧電素子１を構成する圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する圧電材料か、圧電素子１の音響インピーダンス以下であって、圧電素子と接する音響整合層４以上の音響インピーダンスを有する材料のいずれかにより構成されている。
【００２６】
例えば、付加部材７は、圧電素子１を構成する圧電材料と同じ材料であるセラミック等から構成されている。尚、圧電素子１と付加部材７とが同じ材料から構成されておれば、圧電素子１と付加部材７との界面において、音響インピーダンスの差によって生じる音波の反射が起こらないことから、超音波振動子１００の感度を向上させることができる。
【００２７】
また、付加部材７は、分極処理が施されていないことにより、非圧電性を有した状態で下部電極３の下面に固定されている。これは、付加部材７に分極処理が施されていないとともに、付加部材７を構成する圧電材料が圧電素子１を構成する圧電材料と同じだと、付加部材７の表面、具体的には、付加部材７の底面７ｔや、後述する凹部７ｈの底面７ｈｍ等に不要な電位が溜まらないことから、付加部材７が構造体としてのみ振動に関与するようになるため、圧電素子１の振動を阻害しないためである。さらに、分極処理が施されていないと、付加部材７に内部応力が発生しないため、形状、構造が安定し、コストダウンを図ることができるためである。
また付加部材は、圧電素子と同じ材料である必要はなく、振動が圧電素子から伝えやすい材料であればよく、例えば、セラミック、金属、樹脂材料などが挙げられる。より具体的には、アルミナ、ジルコニア、ジュラルミン、アルミ、ガラス、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミックス、エポキシ樹脂に金属等の粉体を混合した材料が挙げられる。
【００２８】
付加部材７は、高さ方向Ｚに細長であってかつ幅方向Ｘに設定間隔を有して設けられた複数の柱状部７ｃと、各柱状部７ｃの高さ方向Ｚの下部電極３側の端部７ｃｔを幅方向Ｘに沿って連結する複数の連結部７ｒとを具備して主要部が構成されていることにより、高さ方向Ｚの断面形状が櫛状を有している。即ち、幅方向Ｘにおける各柱状部７ｃ間には、それぞれ凹部７ｈが形成されている。
【００２９】
尚、図２に示すように、付加部材７は、複数の柱状部７ｃのみから構成されていても構わない。この場合、各柱状部７ｃの端部７ｃｔは、例えば既知のｐ−ＭＵＴによって下部電極３に固定される。
【００３０】
また、凹部７ｈには、柱状部７ｃよりも軟性な、付加部材７の振動効率を向上させる充填材８が充填されている。尚、充填材８としては、柔らかいエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂等が挙げられる。また、凹部７ｈには、充填材８の代わりに、後述するバッキング材９が充填されていても構わない。
【００３１】
付加部材７は、複数の柱状部７ｃ及び複数の凹部７ｈを有することにより、高さ方向Ｚにおける厚みが、幅方向Ｘにおいて異なる形状を有している。即ち、複数の柱状部７ｃと複数の連結部７ｒとでは、高さ方向Ｚにおける厚みが異なる。
【００３２】
このことから、圧電素子１の振動に伴って、複数の柱状部７ｃ及び複数の連結部７ｒが高さ方向Ｚに振動する際、付加部材７の複数の柱状部７ｃが設けられた部位は、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と複数の柱状部７ｃの高さ方向Ｚの厚みＺ１２との合計厚みにより、連結部７ｒよりも低周波の振動を励起する。
【００３３】
また、付加部材７の複数の連結部７ｒが設けられた部位は、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と、厚みＺ１２よりも小さい複数の連結部７ｒの高さ方向Ｚの厚みＺ１１との合計厚みにより、柱状部７ｃよりも高周波の振動を励起する。
【００３４】
即ち、付加部材７は、圧電素子１から放射される超音波の周波数帯域を広域化させることができる。
【００３５】
尚、本実施の形態においては、付加部材７は、高さ方向Ｚに直交する幅方向Ｘにおける幅Ｘ１が、圧電素子１の幅方向Ｘの幅Ｘ２よりも小さくなるよう形成されている（Ｘ１＜Ｘ２）。
【００３６】
これは、付加部材７の幅Ｘ１が圧電素子１の幅Ｘ２よりも小さく形成されていると、超音波振動子１００において、付加部材７が設けられた領域が圧電素子１の幅方向Ｘの中央に発生し、幅方向Ｘにおける付加部材７の両脇は付加部材７が設けられていない領域となることから、中央の領域は、付加部材７によって感度が向上し、付加部材７が設けられていない両端の領域は、感度が相対的に低下するため、両端の領域から、超音波放射方向ＺＵとは異なる方向に超音波が漏れる既知のサイドローブが発生し難くなり、音場が改善するためである。
【００３７】
また、下部電極３の底面において、付加部材７が非接触の領域に、第１の配線１３の一端が電気的に接続される下部電極接続部１１が設けられている。尚、第１の配線１３の他端は、例えば超音波観測装置から延出された信号ケーブル９０（図３０参照）に接続されている。
【００３８】
下部電極接続部１１は、信号ケーブル９０、第１の配線１３を介して送信されたパルス電圧を下部電極３に伝達するとともに、圧電素子１からの受信信号を、第１の配線１３を介して信号ケーブル９０へと伝達するものである。
【００３９】
さらに、ハウジング１０内において、下部電極３よりも高さ方向Ｚの下方に、不要な超音波を減衰させるバッキング材９が、付加部材７、下部電極接続部１１を覆うように設けられている。
【００４０】
尚、バッキング材９は、ハウジング１０に対して、圧電素子１に付加部材７、音響整合層４、５が固定された振動子ユニット１５０を固定するものとしても機能する。
【００４１】
次に、超音波振動子１００の製造方法について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、付加部材の接着工程を示す図、図４は、図３の下部電極に付加部材が貼着された後の状態を示す図、図５は、図４の付加部材に複数の柱状部を形成する柱状部形成工程を示す図、図６は、図３の接着工程前に上部電極に音響整合層を貼着する工程を示す図である。
【００４２】
超音波振動子１００を製造する際は、先ず、圧電素子１の圧電材料を焼成した後、上面１ｊに上部電極２を形成し、底面１ｔに下部電極３を形成する電極形成工程を行う。
【００４３】
次いで、図３、図４に示すように、下部電極３または付加部材７に、接着剤１６を塗布して、接着剤１６を介して下部電極３の上述した位置に対して付加部材７を高さ方向Ｚの上下方向から加圧して接着する接着工程を行う。尚、接着剤１６としては、エポキシ接着剤等が挙げられる。
【００４４】
また、接着工程においては、必要により付加部材７と圧電素子１とを、下部電極３の面内方向に微少に動かすことによって、接着剤１６による接着層を、例えば３０μｍ以下の薄い層にする。
【００４５】
尚、接着層を薄い層に形成するのは、接着層が厚いと、接着層において上述した音波の反射が起こりやすく、また、接着層において特に高周波領域の音の減衰が起こりやすくなることから、振動子特性の低下を引き起こすためである。
【００４６】
また、接着層を薄くするには、圧電素子１と付加部材７とを強く加圧する必要がある。尚、接着後は、加圧状態を保持したまま加熱を行い、接着状態を固定する。
【００４７】
次いで、図５に示すように、付加部材７の下部電極３に接着された面とは高さ方向Ｚにおける反対側の面７ｔに、例えばダイシングソーブレード１７を用いて、幅方向Ｘに設定間隔を有するよう、高さ方向Ｚに所定の深さを有する複数の凹部７ｈを形成して、上述した複数の柱状部７ｃを形成する柱状部形成工程を行う。
【００４８】
尚、柱状部形成工程を、下部電極３に対して付加部材７を貼着した後に行ったのは、貼着前に付加部材７に柱状部形成工程を行ってしまうと、上述したように接着層を薄くするために強く加圧した際、既に付加部材７に複数の凹部７ｈが形成されていると、加圧により、複数の柱状部７ｃが破損してしまう可能性が高くなるためである。
【００４９】
よって、柱状部形成工程は、接着工程後に行うことにより、接着層の厚みを十分薄くすることができるとともに、付加部材７の破損を防止することができる。
【００５０】
尚、柱状部形成工程において、図５に示すように、幅方向Ｘの中央に位置する連結部７ｒの充填材８に接する面、即ち凹部７ｈの底面７ｈｍのほうが、幅方向Ｘの一端側及び他端側に位置する連結部７ｒの充填材８に接する面、即ち凹部７ｈの底面７ｈｍよりも圧電素子１側に凹んで位置している（Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３）。
【００５１】
言い換えれば、幅方向Ｘの中央に位置する凹部７ｈのほうが、幅方向Ｘの一端側及び他端側に位置する凹部７ｈよりも高さ方向Ｚに深く形成されている。
【００５２】
これは、上述したように、連結部７ｒの高さ方向における厚みが薄い方が、高周波の強い振動を励起でき、厚みが厚い方が、低周波の強い振動を励起できることから、幅方向Ｘの一端側及び他端側に位置する凹部７ｈを、幅方向Ｘの中央に位置する凹部７ｈよりも高さ方向Ｚに浅く形成することにより、超音波振動子１００の両端の領域から、上述したサイドローブが発生し難くなり、音場が改善するためである。
【００５３】
尚、図示しないが、凹部７ｈの深さを、幅方向Ｘにおいてランダムに形成すると、超音波振動子１００の周波数帯域が向上する。
【００５４】
柱状部形成工程後は、上部電極２に、第２の音響整合層５と第１の音響整合層４とから構成された音響整合層ユニット１３０を、第1の音響整合層４が上部電極２に接触するよう接着固定し、第２の音響整合層５に音響レンズ６を設け、下部電極接続部１１に第１の配線１３を電気的に接続するとともに、上部電極接続部１２に第２の配線１４を電気的に接続して振動子ユニット１５０を製造し、最後に、ハウジング１０内に、振動子ユニット１５０を、バッキング材９を介して接着固定することにより、超音波振動子１００を製造する。
【００５５】
尚、図６に示すように、上部電極２に対する第１の音響整合層４の接着剤１９を介した接着は、下部電極３に付加部材７を接着する接着工程前に行うことが望ましい。
【００５６】
これは、下部電極３に付加部材７を貼着し、付加部材７に複数の凹部７ｈを形成してから上部電極２に音響整合層ユニット１３０を貼着すると、上部電極２に対する音響整合層ユニット１３０の接着も加圧して行うことから、上述と同様に、加圧時に、凹部７ｈによって形成された複数の柱状部７ｃが破損してしまう可能性が高くなるためである。
【００５７】
即ち、下部電極３に付加部材７を接着する前に、上部電極２に対して音響整合層ユニット１３０を接着する工程を行うと、付加部材７に複数の凹部７ｈを形成する前に、音響整合層ユニット１３０を、上部電極２に対して十分加圧して接着することができることから、接着剤１９による接着層を、上述と同様に十分薄くすることができるため、上述した音波の反射を防ぐことができ、超音波振動子１００の感度を向上させることができるためである。
【００５８】
このように、本実施の形態においては、圧電素子１の底面１ｔに形成された下部電極３に、圧電素子１と同じ音響インピーダンスを有するとともに非圧電性を有する、圧電素子１とともに高さ方向Ｚに振動する付加部材７が設けられていると示した。
【００５９】
また、付加部材７は、圧電素子１の振動に伴って、複数の柱状部７ｃ及び複数の連結部７ｒが高さ方向Ｚに振動する際、複数の柱状部７ｃは、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と複数の柱状部７ｃの高さ方向Ｚの厚みＺ１２との合計厚みにより、連結部７ｒよりも低周波の強い振動を励起し、複数の連結部７ｒは、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と、厚みＺ１２よりも小さい複数の連結部の高さ方向Ｚの厚みＺ１１との合計厚みにより、柱状部７ｃよりも高周波の強い振動を励起すると示した。
【００６０】
このことによれば、複合圧電体を圧電素子に積層したり、圧電素子自体に複数の凹部を形成したりすることなく、圧電素子１に付加部材７を貼着するのみの簡単な構成によって、圧電素子１から放射される超音波の周波数帯域を広域化させることができることから、簡単かつ圧電素子１の破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子１００、超音波振動子１００の製造方法を提供することができる。
【００６１】
（第２実施の形態）
図７は、本実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図、図８は、図７の柱状部及び連結部の一部を拡大して示す部分斜視図である。
【００６２】
この第２実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子と比して、付加部材に形成された複数の凹部の底面が曲率を有する面に形成されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６３】
図７、図８に示すように、付加部材７において、連結部７ｒの充填材８に接する面である複数の凹部７ｈの底面７ｈｍは、各柱状部７ｃ間を、幅方向Ｘにおいて曲率を有して連結する形状に形成されている。
【００６４】
尚、底面７ｈｍは、図７に示すように、先端にＲ面１７ｒを有するダイシングソーブレード１７によって付加部材７に複数の凹部７ｈが形成されることにより、曲率を有する形状に形成される。尚、その他の構成は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００６５】
このような構成によれば、複数の柱状部７ｃは、図８に示すように、高さ方向Ｚにおいて、下部電極３側に向かう程、幅方向Ｘにおいて幅広となっていくことから（Ｘ４＜Ｘ５＜Ｘ６）、複数の柱状部７ｃの下部電極３に近接する部位の機械的強度が向上し、該部位が、上述した第１実施の形態よりも破損し難くなる他、図８に示すように、各柱状部７ｃに対して、幅方向Ｘ及び、高さ方向Ｚ及び幅方向Ｘに直交する奥行き方向Ｙに倒れる方向Ｍの振動が発生し難くなり、高さ方向Ｚに振動しやすくなることから、超音波振動子１００における振動子感度が向上する。尚、その他の効果は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００６６】
（第３実施の形態）
図９は、本実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図である。
【００６７】
この第３実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子と比して、付加部材７において、幅方向Ｘの中央に位置する柱状部７ｃの幅が、幅方向Ｘの一方側及び他方側に位置する柱状部７ｃの幅よりも狭い点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６８】
図９に示すように、付加部材７の複数の柱状部７ｃにおいて、幅方向Ｘの中央に位置する柱状部７ｃの幅は、幅方向Ｘの一方側及び他方側に位置する柱状部７ｃの幅よりも小さく形成されている（Ｘ１０＜Ｘ１１＜Ｘ１２）。
【００６９】
言い換えれば、幅方向Ｘの中央に位置する凹部７ｈの幅は、幅方向Ｘの一方側及び他方側に位置する凹部７ｈの幅よりも小さく形成されている（Ｘ１５＜Ｘ１６＜Ｘ１７）。尚、その他の構成は、上述した第１、第２実施の形態と同じである。
【００７０】
このような構成によれば、上述したサイドローブが低減するため、超音波振動子１００の性能を向上させることができる。尚、その他の効果は、上述した第１、第２実施の形態と同じである。
【００７１】
（第４実施の形態）
図１０は、本実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図である。
【００７２】
この第４実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１、図２に示した第１実施の形態、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子、図９に示した第３実施の形態の超音波振動子と比して、上部電極２に対して、第２の配線１４が圧電素子１の底面１ｔにて電気的に接続されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７３】
上述した第１実施の形態においては、上部電極２に対して、第２の配線１４は、上部電極２の上面に設けられた上部電極接続部１２を介して電気的に接続されていると示した。
【００７４】
ところが、この構成では、上部電極接続部１２に対して第２の配線１４の一端側を、構造上接続し難いといった問題があった。
【００７５】
そこで、本実施の形態においては、図１０に示すように、圧電素子１の底面１ｔにおいて、下部電極３が設けられている領域及び付加部材７が設けられている領域とは異なる幅方向の一方側の領域に、上部電極２を、圧電素子１の上面１ｊから幅方向Ｘの一方側の側面１ｓを介して引き出し、この底面１ｔに引き出した部位に上部電極引き出し部３０を設け、上部電極引き出し部３０に第２の配線１４を電気的に接続する構成とした。尚、その他の構成は、上述した第１、第２実施の形態と同様である。
【００７６】
このような構成によれば、上面１ｊ側に、上部電極２に対する第２の配線１４の接続部が無くなることから、図１０に示すように、上部電極２の上面全体に第１の音響整合層４を接着することができるため、超音波振動子１００の性能を向上させることができる他、第１実施の形態と同様に、上部電極引き出し部３０、下部電極接続部１１を、付加部材７が設けられた領域よりも幅方向Ｘの一方側及び他方側に設けることができるため、配線の配置に伴う超音波振動子の感度低下が受け難くなる。
【００７７】
尚、その他の効果は、上述した第１、第２実施の形態と同様である。
【００７８】
（第５実施の形態）
図１１は、本実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図、図１２は、図１１の上部電極及び下部電極に対して、上部電極と下部電極とが対向する領域のみに分極処理を施す構成を概略的に示す部分断面図である。
【００７９】
この第５実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図９に示した第４実施の形態の超音波振動子と比して、上部電極２及び下部電極３に対して、上部電極２と下部電極３とが対向する領域のみに分極処理が施されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第４実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８０】
図１１に示すように、上部電極２が、上面１ｊから側面１ｓを介して底面１ｔまで引き出された構成において、上部電極２及び下部電極３に対して、上部電極２と下部電極３とが対向する領域Ｈ、即ち、高さ方向Ｚの音響レンズ６側から平面視した状態において、上部電極２及び下部電極３の付加部材７に重畳する領域のみに、図１２に示すよう電源３４を用いて分極処理を行い、上部電極２及び下部電極３の領域Ｈのみが分極された構成を有していても構わない。尚、その他の構成は、上述した第４実施の形態と同様である。
【００８１】
このような構成によれば、圧電素子１は、付加部材７が貼着された領域のみが高さ方向Ｚに振動することから、付加部材７が貼着された領域に対して両端の領域の振動が抑制されるため、上述したサイドローブの発生を抑制することができる。尚、その他の効果は、上述した第４実施の形態と同様である。
【００８２】
（第６実施の形態）
図１３は、本実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図である。
【００８３】
この第６実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子、図９に示した第３実施の形態の超音波振動子、図１０に示した第４実施の形態の超音波振動子、図１１、図１２に示した第５実施の形態の超音波振動子と比して、付加部材７が、幅方向Ｘに圧電素子１よりも幅広に形成されている点と、付加部材７のバッキング材９に接する面において、下部電極３に第１の配線１３が電気的に接続され、上部電極２に第２の配線１４が電気的に接続されている点が異なる。
【００８４】
よって、この相違点のみを説明し、第１〜第５実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８５】
図１３に示すように、圧電素子１の上面１ｊに形成された上部電極２は、幅方向Ｘの一方側の側面１ｓａまで引き出されて形成されている。尚、上部電極２は、上面１ｊにおいて、幅方向Ｘの他方側には形成されていなことから、下部電極３とは電気的に接続されていない。
【００８６】
また、圧電素子１の底面１ｔに形成された下部電極３は、幅方向Ｘの他方側の側面１ｓｂまで引き出されて形成されている。尚、下部電極３は、底面１ｔにおいて、幅方向Ｘの一方側には形成されていないことから、上部電極２とは電気的に接続されていない。
【００８７】
また、本実施の形態においては、付加部材７は、複数の柱状部７ｃや複数の連結部７ｒの他、複数の柱状部７ｃよりも幅方向Ｘの一方側及び他方側に延出して位置する延在部位７ｅ１、７ｅ２を具備している。よって、付加部材７の幅方向Ｘの幅Ｘ７は、圧電素子１の幅方向Ｘの幅Ｘ２よりも、延在部位７ｅ１、７ｅ２の分だけ大きく形成されている（Ｘ２＜Ｘ７）。
【００８８】
さらに、一方側の延在部位７ｅ１における上面７ｊ、側面７ｓａ、バッキング材９に接する面となる底面７ｔに、電極４２が形成されており、他方側の延在部位７ｅ２における上面７ｊ、側面７ｓｂ、底面７ｔにも電極４３が形成されている。
【００８９】
尚、電極４３は、幅方向Ｘにおいて、複数の柱状部７ｃや複数の連結部７ｒが形成された領域の上面７ｊにも形成されている。
【００９０】
また、上部電極２と電極４２とは、延在部位７ｅ１の上面７ｊと圧電素子１の側面１ｓａとの間において、導電性接着剤３５が用いられて電気的に接続されているともに、下部電極３と電極４３とは、延在部位７ｅ２の上面７ｊと圧電素子１の側面１ｓｂとの間において、導電性接着剤３６が用いられて電気的に接続されている。
【００９１】
このことにより、延在部位７ｅ２の底面７ｔには、下部電極３が引き出された、第１の配線１３が電気的に接続される下部電極引き出し部４４が設けられているとともに、延在部位７ｅ１の底面７ｔには、上部電極２が引き出された、第２の配線１４が電気的に接続される上部電極引き出し部４５が設けられている。
【００９２】
このように構成された超音波振動子を形成する際は、先ず、上部電極２及び下部電極３が上述の位置に形成された圧電素子１の下部電極３側に、電極４２、電極４３が上述した位置に形成された付加部材７を接着固定する。
【００９３】
次いで、上部電極２に付加部材７の電極４２を、導電性接着剤３５を介して電気的に接続するとともに、下部電極３に、付加部材７の電極４３を、導電性接着剤３６を介して電気的に接続する。
【００９４】
その後、圧電素子１の上部電極２側に、音響整合層ユニット１３０が接着された後、付加部材７の底面７ｔに、複数の凹部７ｈを第１実施の形態と同様に形成する。
【００９５】
その後、下部電極引き出し部４４に、第１の配線１３を、半田等を用いて電気的に接続するとともに、上部電極引き出し部４５に、第２の配線１４を、半田等を用いて電気的に接続する。
【００９６】
次いで、ハウジング１０（図１参照）に、バッキング材９を充填し、その後、ハウジング１０内において、振動子ユニット１５０を、バッキング材９に付加部材７の底面７ｔが接するよう貼着する。
【００９７】
最後に、第２の音響整合層５上に、音響レンズ６を形成し、超音波振動子１００は形成される。
【００９８】
尚、音響レンズ６の形成は、第１の配線１３、第２の配線１４の接続前であっても構わない。また、ハウジング１０内のバッキング材９上に、振動子ユニット１５０を載置する前に、付加部材７の各凹部７ｈ内に、充填材８を充填すると、凹部７ｈに対する充填剤８の充填状況が確認できるため、超音波振動子１００の信頼性がより向上する。
【００９９】
このような構成、製造方法によれば、付加部材７の底面７ｔにおいて、第１の配線１３、第２の配線１４の接続が行われるため、該接続の際、圧電素子１に対して、半田付けの際の熱負荷を与えることが無いことから、半田付けに起因する圧電素子１の熱劣化、熱応力による劣化を無くすことができるため、より超音波振動子１００の信頼性が向上する。尚、その他の効果は、上述した第１〜第５実施の形態と同じである。
【０１００】
尚、以下、変形例を、図１４を用いて示す。図１４は、図１３の付加部材の底面において、圧電素子に対向する領域に、曲面状の凹部を設けた変形例を、下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態において概略的に示す断面図である。
【０１０１】
上述した第１〜第６実施の形態においては、付加部材７の底面７ｔに、複数の凹部７ｈが幅方向Ｘに沿って設定間隔に形成されていることにより、複数の柱状部７ｃが幅方向Ｘにおいて設定間隔を有して形成されていると示した。
【０１０２】
これに限らず、図１４に示すように、付加部材７の底面７ｔの、例えば圧電素子１に対向する領域に、幅方向Ｘの中央領域ほど高さ方向Ｚの厚みが薄く、中央領域から幅方向Ｘの一方側及び他方側に向かうに従い高さ方向Ｚの厚みが増えていく曲面状の凹部７ｐが形成されていても構わない。
【０１０３】
尚、曲面状の凹部７ｐに限定されず、幅方向Ｘの中央領域ほど高さ方向Ｚの厚みが薄く、中央領域から幅方向Ｘの一方側及び他方側に向かうに従い高さ方向Ｚの厚みが増えていく形状であれば、段差や、既知のプラノコンケイブ形状であっても構わない。尚、その他の構成は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１０４】
このような構成によれば、圧電素子１の振動に伴い、付加部材７が振動した際、上述した第１〜第６実施の形態と同様に、中央領域の高さ方向Ｚの厚みが薄いことから、付加部材７の中央領域からは高周波の強い振動を励起でき、延在部位７ｅ１、７ｅ２からは、高さ方向Ｚの厚みが厚いため、低周波の強い振動を励起できることから、幅方向Ｘに分布を持つ振動の発生を、圧電素子単板を用いて容易に作成することが可能となる。尚、その他の効果は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１０５】
（第７実施の形態）
図１５は、本実施の形態の超音波振動子における振動子ユニットを概略的に示す断面図である。
【０１０６】
この第７実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子、図９に示した第３実施の形態の超音波振動子、図１０に示した第４実施の形態の超音波振動子、図１１、図１２に示した第５実施の形態の超音波振動子、図１３に示した第６実施の形態の超音波振動子と比して、圧電素子と付加部材とが、圧電素子ユニットとして一体的に形成されている点が異なる。
【０１０７】
よって、この相違点のみを説明し、第１〜第６実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１０８】
図１５に示すように、本実施の形態においては、圧電素子１と付加部材７とは圧電素子ユニット２５として一体的に形成されている。
【０１０９】
具体的には、圧電素子ユニット２５は、分極処理が施された第１の圧電材料２１と、第１の圧電材料２１の上面２１ｊにおいて、幅方向Ｘの一方側を除く領域に設けられた上部電極２２と、第１の圧電材料２１の底面２１ｔにおいて、幅方向Ｘの他方側を除く領域に設けられた下部電極２３と、第１の圧電材料２１の高さ方向Ｚの下方において底面２１ｔに接触する、第１の圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する第２の圧電材料２４と、圧電素子ユニット２５における幅方向Ｘの一方側の側面に形成された、下部電極２３と電気的に接続された第１の側面電極２６と、圧電素子ユニット２５における幅方向Ｘの他方側の側面に形成された、上部電極２２と電気的に接続された第２の側面電極２７とを具備して主要部が構成されている。尚、第１の側面電極２６には、第１の配線１３が電気的に接続されているとともに、第２の側面電極２７には、第２の配線１４が電気的に接続されている。
【０１１０】
また、圧電素子ユニット２５の上部電極２２側の面２５ｊ、具体的には、第１の圧電材料２１の上面２１ｊには、音響整合層ユニット１３０が貼着され、振動子ユニット１５０’を構成しており、圧電素子ユニット２５の面２５ｊとは高さ方向Ｚに反対側の面２５ｔ、具体的には、第２の圧電材料２４の底面２４ｔには、幅方向Ｘに設定間隔を有して複数の凹部２５ｈが形成されていることにより、複数の柱状部２５ｃ、複数の連結部２５ｒが形成されている。
【０１１１】
尚、図示しないが、複数の凹部２５ｈには、上述した充填材８が充填されている。また、図示しないが、面２５ｔの下方には、上述した第１〜第６実施の形態同様、バッキング材９が位置している。尚、その他の構成は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１１２】
次に、本実施の形態の超音波振動子の製造方法について、上述した図１５と、図１６〜図２１を用いて説明する。
【０１１３】
図１６は、図１５の第１の圧電材料を構成する第１のグリーンシートを概略的に示す斜視図、図１７は、図１６の第１のグリーンシートの上面に上部電極を形成し、底面に下部電極を形成した状態を概略的に示す斜視図、図１８は、図１７の第１のグリーンシートの上面に第２の圧電材料を構成する第２のグリーンシートを積層した状態を概略的に示す斜視図である。
【０１１４】
また、図１９は、図１８の第１のグリーンシートに第２のグリーンシートが積層された圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側を切断した状態を概略的に示す斜視図、図２０は、図１９の圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側に側面電極を形成した状態を概略的に示す斜視図、図２１は、圧電素子ユニットに、音響整合層ユニットを貼着し、振動子ユニットを形成した状態を概略的に示す断面図である。
【０１１５】
先ず、図１６に示すように、第１の圧電材料を構成する第１のグリーンシート２１を作製する。その後、図１７に示すように、第１のグリーンシート２１の高さ方向Ｚの上面２１ｊに、幅方向Ｘの一方側の領域を除いて、奥行き方向Ｙに沿って上部電極２２を形成するとともに、底面２１ｔに、幅方向Ｘの他方側の領域を除いて、奥行き方向Ｙに沿って下部電極２３を形成する。
【０１１６】
次いで、図１８に示すように、第１のグリーンシート２１の下部電極２３側の底面２１ｔに、第２の圧電材料を構成する第２のグリーンシート２４を形成して、圧電素子ユニット２５を形成する。
【０１１７】
その後、圧電素子ユニット２５を焼成した後、図１９に示すように、圧電素子ユニット２５の幅方向Ｘの一方側及び他方側を図１８の奥行き方向に沿った点線Ｄに沿って切断し、圧電素子ユニット２５の幅方向Ｘの幅を調整する。その結果、図１９に示すように、圧電素子ユニット２５の一方側の側面には、奥行き方向Ｙに沿って下部電極２３が露出する。
【０１１８】
次いで、図２０に示すように、圧電素子ユニット２５の一方側の側面に、第１の側面電極２６を、スパッタ、焼き付け等によって形成する。その結果、一方側の側面に露出されている下部電極２３と第１の側面電極２６とは電気的に接続される。
【０１１９】
また、図２０に示すように、圧電素子ユニット２５の他方の側面に、第２の側面電極２７を、スパッタ、焼き付け等によって形成する。その結果、第１の側面電極２７は、上部電極２２と、第１のグリーンシート２１の上面２１ｊにおいて電気的に接続される。
【０１２０】
その後、図２１に示すように、圧電素子ユニット２５の上部電極２２側の面に、音響整合層ユニット１３０を貼着し、次いで、図１５に示すように、圧電素子ユニット２５の面２５ｔに、幅方向Ｘに沿って設定間隔を有する複数の凹部２５ｈを形成することにより、複数の柱状部２５ｃ、連結部２５ｒを形成する。
【０１２１】
最後に、第１の側面電極２６に、半田等により第１の配線１３を電気的に接続し、第２の側面電極２７に、半田等により第２の配線１４を電気的に接続して振動子ユニット１５０’を形成する。尚、その後の工程は、上述した第１実施の形態と同じである。
【０１２２】
このような構成によれば、第１の圧電材料２１と第２の圧電材料２４との間に接着層が無いことから、接着層による音波の上述した反射を無くすことができるため、超音波振動子１００の感度を向上させることができる。尚、その他の効果は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１２３】
（第８実施の形態）
図２２は、アレイ状の超音波振動子における振動子ユニットを示す斜視図、図２３は、図２２の付加部材の底面に、奥行き方向に沿って複数の凹部をダイシングソーブレードにより形成した状態を示す斜視図である。
【０１２４】
また、図２４は、図２３の凹部に充填材を充填した状態を示す断面図、図２５は、図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に直交する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図、図２６は、図２５の振動子ユニットを折り曲げた状態を、図２５中のIIXVIの方向からみた側面図である。
【０１２５】
この第８実施の形態の超音波振動子の構成は、図１０に示した第４実施の形態の超音波振動子と比して、超音波振動子がアレイ状に形成されている点が異なる。即ち、超音波振動子がアレイ状である以外は、第４実施の形態の超音波振動子の構成と同じであるため、その説明は省略する。
【０１２６】
図２５に示すように、本実施の形態の超音波振動子２００における振動子ユニット２５０の圧電素子５１、第１の音響整合層５４、第２の音響整合層５５、付加部材５７は、第４実施の形態の圧電素子１、第１の音響整合層４、第２の音響整合層５、付加部材７よりも幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙにそれぞれ大きく形成された大板から構成されているとともに、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに複数の柱状部５７ｃ、圧電素子５１、第1の音響整合層５４がアレイ状に形成されている構成を有している。
【０１２７】
尚、その他の各部材間の大きさ、配置関係は、上述した第４実施形態の超音波振動子１００と同じであるため、その説明は省略する。
【０１２８】
次に、本実施の形態の超音波振動子２００の製造方法について説明する。
先ず、図２２に示すように、図１０の超音波振動子１００と同じ位置に、上部電極５２、下部電極５３が形成された圧電素子５１の上面５１ｊに、音響整合層ユニット２３０を貼着するとともに、圧電素子５１の底面５１ｔの幅方向Ｘの中央に、付加部材５７を貼着して振動子ユニット２５０を形成する。
【０１２９】
次いで、図２３に示すように、ダイシングソーブレード６０を用いて、付加部材５７の底面５７ｔに対して、幅方向Ｘに設定間隔を有するとともに、互いに幅方向Ｘに平行となるよう、奥行き方向Ｙの一端５７ｙ１から他端５７ｙ２まで貫通する複数の凹部５７ｈを形成する。尚、図２３においては、凹部５７ｈの底面５７ｈｍは、曲率を有する形状に形成されているが、この形状に限定されない。
【０１３０】
その後、図２４に示すように、各凹部５７ｈに、付加部材５７よりも軟性な、上述した充填材８と同じ構成を有する充填材５８を充填する充填材充填工程を行う。尚、各凹部５７ｈには、第１〜第７実施の形態と同様に、バッキング材９を充填しても構わない。また、凹部５７ｈに充填材５８やバッキング材９を充填するのは、図２５に示すように後述するエレメント単位に分割する際、各柱状部５７ｃの割れを防止するためである。
【０１３１】
次いで、図２５に示すように、付加部材５７、圧電素子５１、第１の音響整合層５４に対して、高さ方向Ｚに貫通するように、奥行き方向Ｙに設定間隔を有するとともに奥行き方向において互いに平行な複数本の溝６３を、複数の凹部５７ｈに直交するよう再度、ダイシングソーブレード６０を用いて幅方向Ｘに沿って一方側から他方側に形成する溝形成工程を行う。尚、溝６３は、第２の音響整合層５５には形成しない。その結果、付加部材７において、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに、複数の柱状部５７ｃ、圧電素子５１、第1の音響整合層５４がアレイ状に形成される。
【０１３２】
その後、図２６に示すように、複数の溝６３を起点として、振動子ユニット２５０を、奥行き方向Ｙ及び幅方向Ｘの中央を、高さ方向Ｚの下方に押圧して、奥行き方向Ｙに沿って円弧状に、所定の角度曲げる曲げ工程を行う。尚、所定の角度曲げられることにより、コンベックス型の超音波振動子となる。
【０１３３】
尚、曲げ工程は、複数の溝６３を起点として、振動子ユニット２５０を、一端５７ｙ１と他端５７ｙ２が当接するよう、奥行き方向Ｙにおいて周状に曲げる工程であっても構わない。尚、周状に曲げられることにより、ラジアル型の超音波振動子となる。
【０１３４】
その後、図１０に示すようによう、複数の柱状部５７ｃの幅方向Ｘに沿った行単位（エレメント）において、下部電極５３に電気的に接続された各下部電極接続部１１（図１０参照）に、第１の配線をそれぞれ電気的に接続する。
【０１３５】
具体的には、図２５においては、１０個、複数の柱状部５７ｃのエレメントが形成されていることから、エレメント毎に、１０個の下部電極接続部１１に、１０本の第１の配線がそれぞれ個別に接続される。
【０１３６】
また、ＧＮＤ電極となる上部電極５２に対しては、各エレメントに設けられた上部電極引き出し部３０（図１０参照）は、エレメント単位で上部電極５２に第２の配線１４を接続する必要は無く、全エレメントを、一括配線により、上部電極５２に電気的に接続すれば良い。
【０１３７】
この具体的な方法としては、各エレメントの圧電素子５１の上部電極５２に、予め半田等により共通端子を電気的に接続しておく手法や、導電性接着剤を用いて、各エレメントの圧電素子５１の上部電極５２を、奥行き方向Ｙに沿って電気的に接続する手法等が挙げられる。
【０１３８】
最後に、配線後、ハウジング１０内に、バッキング材９を介して図２６に示す曲げられた圧電素子５１に、振動子ユニット２５０を載置し、その後、第２の音響整合層５５上に音響レンズ６を形成することにより、超音波振動子２００は形成される。
【０１３９】
このような構成によれば、複数の柱状部５７ｃ、圧電素子５１、第1の音響整合層５４がアレイ状に設けられた超音波振動子２００であっても、付加部材５７は、上述した付加部材７と同様に機能することから、上述した第４実施の形態の超音波振動子１００と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
また、本実施の形態においては、複数の凹部５７ｈを、幅方向Ｘに平行に形成していることにより、上述した各エレメント単位において、振動特性のバラツキを抑えることができることから、より性能の良い均質な超音波振動子２００を形成することができる。尚、その他の効果は、上述した第４実施の形態と同様である。
【０１４１】
（第９実施の形態）
図２７は、図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に９０°以外の角度を有して交差する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図、図２８は、図２７の付加部材を、図２７中のIIXVIII方向からみた上面図、図２９は、図２８の１つの柱状部を拡大して示す斜視図である。
【０１４２】
この第９実施の形態の製造方法は、上述した図２２〜図２６に示した第８実施の形態の超音波振動子の製造方法と比して、付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に９０°以外の角度を有して交差する複数の溝を幅方向に形成する点が異なる。その結果、形成される各柱状部の形状が異なる。
【０１４３】
よって、この相違点のみを説明し、第８実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１４４】
本実施の形態においては、図２７に示すように、図２４に示す付加部材５７、圧電素子５１、第１の音響整合層５４に対して、高さ方向Ｚに貫通するように、奥行き方向Ｙに設定間隔を有する複数本の溝６３’を、図２８に示すように、複数の凹部５７ｈに対して９０°以外の角度θを有して交差するよう、ダイシングソーブレード６０を用いて幅方向Ｘに沿って形成する。
【０１４５】
具体的には、複数本の溝６３’は、図２８に示すように、Ｘａ方向に向かうに従い、Ｙｂ方向に傾く、それぞれ奥行き方向Ｙに平行な溝６３’ａと、Ｘａ方向に向かうに従い、Ｙａ方向に傾く、それぞれ奥行き方向Ｙに平行な溝６３’ｂとから構成されており、奥行き方向Ｙに沿って、溝６３ａ’、溝６３ｂ’、溝６３ａ’、溝６３ｂ’・・・と交互に形成する。尚、複数の凹部５７ｈに対する溝６３ａ’、６３ｂ’の交差角度θは同じである。尚、本実施の形態においても、溝６３’は、第２の音響整合層５５には形成しない。
【０１４６】
その結果、付加部材７において、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに、複数の柱状部５７ｃ’がアレイ状に形成される。
【０１４７】
よって、図２９に示すように、１つの柱状部５７ｃ’は、奥行き方向Ｙの幅が、幅方向Ｘにおいて異なる形状に形成されている（Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３）。尚、各柱状部５７ｃ’は、図２９に示す構成を有するとともに、柱状部５７ｃ’毎に、幅方向Ｘ、奥行き方向Ｙの大きさが異なっている。
【０１４８】
このような構成によれば、上述した第２実施の形態と同様に、各柱状部５７ｃ’に対して、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに倒れる方向Ｍの振動が発生し難くなり、高さ方向Ｚに振動しやすくなることから、超音波振動子２００における振動子感度が向上する。
【０１４９】
また、柱状部５７ｃ’毎に、幅方向Ｘ、奥行き方向Ｙの大きさが異なることから、倒れ方向Ｍの振動が、柱状部５７ｃ’毎に異なることから、複数の柱状部５７ｃ’全体でみた場合、方向Ｍへの共振周波数がブロードとなるため、方向Ｍへ振動し難くなることから、高さ方向Ｚに振動しやすくなるため、超音波振動子２００における振動子感度が向上する。尚、その他の効果は、上述した第８実施の形態と同様である。
【０１５０】
尚、上述したような、第１〜第７実施の形態における超音波振動子１００、第８、第９実施の形態における超音波振動子２００は、例えば超音波内視鏡に設けられる。以下、ラジアル型の超音波振動子２００が設けられた超音波内視鏡の構成を図３０〜図３３を用いて説明する。
【０１５１】
図３０は、超音波内視鏡の外観を示す図、図３１は、図３０の超音波内視鏡の挿入部の先端部に設けられた超音波振動部を拡大して示す斜視図、図３２は、図３１中のIIIXII-IIIXII線に沿った超音波振動部の断面図、図３３は、図３１中のIIIXIII-IIIXIII線に沿う超音波振動部の断面図である。
【０１５２】
超音波内視鏡８０は、被検体内に挿入される細長な挿入部８２と、この挿入部８２の挿入方向Ｓの基端に設けられた操作部８３と、操作部８３から延出された可撓性を有するユニバーサルコード８４と、該ユニバーサルコード８４の延出端に設けられたコネクタ８５とにより主要部が構成されている。
【０１５３】
コネクタ８５に、光源コネクタ８５ａと、電気コネクタ８５ｂと、超音波コネクタ８５ｃと、吸引口金８５ｄと、送気送水口金８５ｅとが設けられている。
【０１５４】
光源コネクタ８５ａに、照明光を供給する光源装置が着脱自在になっているとともに、電気コネクタ８５ｂに、信号ケーブルを介して各種の信号処理等を行うビデオプロセッサが着脱自在となっている。
【０１５５】
また、超音波コネクタ８５ｃに、超音波観測装置に接続される超音波ケーブル８７を介して超音波観測装置が着脱自在となっているともに、吸引口金８５ｄに、吸引チューブを介して吸引ポンプが着脱自在であり、さらに、送気送水口金８５ｅに、送気・送水チューブを介して送水タンクが着脱自在となっている。
【０１５６】
挿入部８２は、挿入方向Ｓの先端側から順に、先端部８２ａと、例えば上下方向及び左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部８２ｂと、長尺でかつ可撓性を有する可撓管部８２ｃとが連設されて構成されている。
【０１５７】
また、図示しないが、先端部８２ａの外周側面における設定位置に、照明用レンズや、観察用レンズ、チャンネル開口等が設けられている。さらに、先端部８２ａ内には、観察用レンズによって観察された像を撮像する撮像ユニットが設けられている。
【０１５８】
先端部８２ａの照明用レンズ、観察用レンズ、チャンネル開口よりも、挿入方向Ｓの先端側の位置に、超音波振動部８６が設けられている。
【０１５９】
超音波振動部８６は、図３０、図３１に示すように、例えば円筒状のポリエチレンから構成された先端が閉塞されたキャップ８６ｃ内に、上述した超音波振動子２００を具備している。
【０１６０】
超音波振動子２００は、図３２に示すように、付加部材５７の奥行き方向Ｙの一端５７ｙ１と他端５７ｙ２とが当接するよう円筒状に巻回されたラジアルタイプの超音波振動子となっている。
【０１６１】
尚、上述した第９実施の超音波振動子２００においては、一端５７ｙ１と他端５７ｙ２とは、幅方向Ｘに沿って、複数の凹部５７ｈと所定の角度を有して交差するよう斜めになっているが、このような構成であっても、幅方向Ｘに沿う一端５７ｙ１と他端５７ｙ２とは奥行き方向Ｙに平行に位置しているため、巻回したとしても、一端５７ｙ１と他端５７ｙ２との当接面を、きれいに合わせることができ、円筒状に形成することができる。
【０１６２】
また、付加部材５７の挿入方向Ｓにおける各端面５７ｓａ、５７ｓｂに、リング状の支持部材８８が接着固定されている。支持部材８８は、音響レンズ５６に付与される外力に対して超音波振動子２００の強度を保つ機能を有している。尚、各端面５７ｓａ、５７ｓｂが用いられて支持部材８８に対する付加部材５７の位置決めが行われることにより、容易に超音波振動子２００を組み立てることができる。
【０１６３】
さらに、支持部材８８の径方向Ｋの内周面側には、挿入方向Ｓにおける断面がＴ字状の支持部材８９が挿通されており、支持部材８９内に、図３０に示すように、コネクタ８５の超音波コネクタ８５ｃから、ユニバーサルコード８４、操作部８３、挿入部８２内を先端部８２ａまで挿通された信号ケーブル９０が嵌入されている。
【０１６４】
また、超音波振動子２００において、上部電極５２の上部電極引き出し部３０は、第２の配線１４を介して支持部材８９に接続され、支持部材８９を介してケーブル９０のＧＮＤ配線と接続されている。下部電極５３の下部電極接続部１１に一端が接続された第１の配線１３の他端は、支持部材８９に電気的に接続されており、支持部材８９と信号ケーブル９０とが配線９９によって電気的に接続されていることにより、下部電極５３は、信号ケーブル９０に電気的に接続されている。
【０１６５】
以上説明したように、超音波振動子２００は、キャップ８６ｃ内に固定される。尚、キャップ８６ｃ内に設けられる超音波振動子は、第１〜第７実施の形態に示した超音波振動子１００であっても良いことは勿論の他、ラジアル型の超音波振動子に限らず、コンベックス型の超音波振動子であっても構わないことは云うまでもない。
【符号の説明】
【０１６６】
１…圧電素子
１ｊ…上面
１ｓ…側面
１ｓａ…側面
１ｓｂ…側面
１ｔ…底面
２…上部電極
３…下部電極
４…第1の音響整合層
５…第２の音響整合層
６…音響レンズ
７…付加部材
７ｃ…柱状部
７ｃｔ…端部
７ｅ１…延在部位
７ｅ２…延在部位
７ｈ…凹部
７ｈｍ…底面
７ｊ…上面
７ｐ…凹部
７ｒ…連結部
７ｓａ…側面
７ｓｂ…側面
７ｔ…底面
８…充填材
９…バッキング材
１０…ハウジング
１１…下部電極接続部
１２…上部電極接続部
１３…第1の配線
１４…第２の配線
１６…接着剤
１７…ダイシングソーブレード
１７ｒ…Ｒ面
１９…接着剤
２１…圧電材料
２１ｊ…上面
２１ｔ…底面
２２…上部電極
２３…下部電極
２４…圧電材料
２４ｔ…底面
２５…圧電素子ユニット
２５ｃ…柱状部
２５ｈ…凹部
２５ｊ…上面
２５ｒ…連結部
２５ｔ…底面
２６…第1の側面電極
２７…第２の側面電極
３０…上部電極引き出し部
３４…電源
３５…導電性接着剤
３６…導電性接着剤
４２…電極
４３…電極
４４…下部電極引き出し部
４５…上部電極引き出し部
５１…圧電素子
５１ｊ…上面
５１ｔ…底面
５２…上部電極
５３…下部電極
５４…第1の音響整合層
５５…第２の音響整合層
５６…音響レンズ
５７…付加部材
５７ｃ…柱状部
５７ｈ…凹部
５７ｈｍ…底面
５７ｓａ…各端面
５７ｔ…底面
５７ｙ１…一端
５７ｙ２…他端
５８…充填材
６０…ダイシングソーブレード
６３…溝
６３’…溝
６３ａ’ …溝
６３ｂ’…溝
８０…超音波内視鏡
８２…挿入部
８２ａ…先端部
８２ｂ…湾曲部
８２ｃ…可撓管部
８３…操作部
８４…ユニバーサルコード
８５…コネクタ
８５ａ…光源コネクタ
８５ｂ…電気コネクタ
８５ｃ…超音波コネクタ
８５ｄ…吸引口金
８５ｅ…送気送水口金
８６…超音波振動部
８６ｃ…キャップ
８７…超音波ケーブル
８８…支持部材
８９…支持部材
９０…信号ケーブル
９１…ハウジング
９９…配線
１００…超音波振動子
１３０…音響整合層ユニット
１５０…振動子ユニット
１５０’…振動子ユニット
２００…超音波振動子
２３０…音響整合層ユニット
２５０…振動子ユニット
Ｄ…点線
Ｈ…領域
Ｋ…径方向
Ｍ…倒れ方向
Ｓ…挿入方向
Ｘ…幅方向
Ｙ…奥行き方向
Ｚ…高さ方向
ＺＵ…超音波放射方向
θ…交差角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を具備する超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子から被検部位に超音波を繰り返し放射し、被検部位から反射される超音波のエコー信号を超音波振動子で受信して、被検部位の二次元的な可視像である超音波画像を表示装置の画面上に表示させることができる超音波診断装置は周知であり、種々提案されている。
【０００３】
超音波振動子は、通常、単板圧電素子の上下面に電極が設けられ、音響放射面となる圧電素子の上面の電極上に音響整合層が設けられ、場合によっては、音響整合層上にレンズが設けられ、さらに圧電素子の底面に音響負荷材が設けられた構成を有しており、圧電素子の上下面の電極に外部から電圧が印加されることにより、圧電素子の振動に伴い超音波を被検部位に放射し、被検部位からの反射音波を受信して電気信号に変換する機能を有している。
【０００４】
ここで、超音波振動子から放射される超音波の周波数帯域を広げる、即ち広帯域化を図ることによって、超音波画像の画質を向上させる技術が周知である。
【０００５】
特許文献１には、圧電素子に複数の溝を設けることにより、超音波振動子から放射される超音波の周波数帯域の広帯域化を図る構成が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、単板圧電素子に、樹脂材料に対して複数の圧電材料が所定の間隔に並んで混在された複合圧電体を積層することにより、超音波振動子から放射される超音波の周波数帯域の広帯域化を図る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５６−１４７６９８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された構成においては、圧電素子自体に複数の溝が形成されているため、圧電素子に電極や、音響整合層、音響負荷材を設ける際、溝によって形成された柱状の部位が破損してしまう場合があり、圧電素子の取り扱いが難しくなってしまうといった問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された構成においては、複合圧電体の上下面に設けられた電極において、樹脂材料と圧電材料との線熱膨張係数の違いにより、電極に電圧を印加した後、電極の樹脂材料と圧電材料との境に接する部位が破損しやすいといった問題がある他、単板圧電素子の上面、複合圧電体の下面、単板圧電素子の下面と複合圧電体の上面との間との３つに電極を設ける必要があることから、各電極にそれぞれ配線を接続しなければならず、構造が複雑になるといった問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単かつ破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡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】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明の一態様による超音波振動子は、圧電素子と、少なくとも前記圧電素子の上面に配置された上部電極と、少なくとも前記圧電素子の底面に配置された下部電極と、前記上部電極の上面に配置された音響整合層と、前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記圧電素子の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触するよう配置された、前記圧電素子の音響インピーダンス以下であって、前記音響整合層の音響インピーダンス以上の音響インピーダンスを有する複数の柱状部を具備する付加部材と、前記複数の柱状部間に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記付加部材を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、を具備している。
【００１２】
また、本発明の別態様による超音波振動子は、分極処理された第1の圧電材料と、前記第1の圧電材料の上面に配置された上部電極と、前記第1の圧電材料の底面に配置された下部電極と、前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記第1の圧電材料の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触する、前記第1の圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する第２の圧電材料と、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記高さ方向に直交する幅方向の一方側の側面に設けられた、前記下部電極に電気的に接続されるとともに、第1の配線が電気的に接続される第1の側面電極と、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記幅方向の他方側の側面に設けられた、前記上部電極に電気的に接続されるとともに、第２の配線が電気的に接続される第２の側面電極と、前記第２の圧電材料の底面に複数形成された凹部と、前記凹部に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、を具備している。
【００１３】
さらに、本発明の別態様による超音波振動子の製造方法は、圧電素子の少なくとも上面に上部電極を形成するとともに、少なくとも底面に下部電極を形成する電極形成工程と、前記下部電極に、接着剤を介して前記圧電素子と同じ音響インピーダンスを有する付加部材を接着する接着工程と、前記付加部材の前記下部電極に接着された面とは反対側の面に複数の凹部を形成することにより、複数の柱状部を形成する柱状部形成工程と、を具備する。
【００１４】
また、本発明の別態様による超音波内視鏡は、本発案の前記超音波振動子を具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単かつ破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子、超音波振動子の製造方法、超音波内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第1実施の形態の超音波振動子の構成の概略を示す断面図
【図２】図１の付加部材の構成の変形例を、圧電素子、下部電極、充填材とともに示す図
【図３】付加部材の接着工程を示す図
【図４】図３の下部電極に付加部材が貼着された後の状態を示す図
【図５】図４の付加部材に複数の柱状部を形成する柱状部形成工程を示す図
【図６】図３の接着工程前に上部電極に音響整合層を貼着する工程を示す図
【図７】第２実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図
【図８】図７の柱状部及び連結部の一部を拡大して示す部分斜視図
【図９】第３実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図
【図１０】第４実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図
【図１１】第５実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図
【図１２】図１１の上部電極及び下部電極に対して、上部電極と下部電極とが対向する領域のみに分極処理を施す構成を概略的に示す部分断面図
【図１３】第６実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図
【図１４】図１３の付加部材の底面において、圧電素子に対向する領域に、曲面状の凹部を設けた変形例を、下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態において概略的に示す断面図
【図１５】第７実施の形態の超音波振動子における振動子ユニットを概略的に示す断面図
【図１６】図１５の第１の圧電材料を構成する第１のグリーンシートを概略的に示す斜視図
【図１７】図１６の第１のグリーンシートの上面に上部電極を形成し、底面に下部電極を形成した状態を概略的に示す斜視図
【図１８】図１７の第１のグリーンシートの上面に第２の圧電材料を構成する第２のグリーンシートを積層した状態を概略的に示す斜視図
【図１９】図１８の第１のグリーンシートに第２のグリーンシートが積層された圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側を切断した状態を概略的に示す斜視図
【図２０】図１９の圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側に側面電極を形成した状態を概略的に示す斜視図
【図２１】圧電素子ユニットに、音響整合層ユニットを貼着し、振動子ユニットを形成した状態を概略的に示す断面図
【図２２】アレイ状の超音波振動子における振動子ユニットを示す斜視図
【図２３】図２２の付加部材の底面に、奥行き方向に沿って複数の凹部をダイシングソーブレードにより形成した状態を示す斜視図
【図２４】図２３の凹部に充填材を充填した状態を示す断面図
【図２５】図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に直交する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図
【図２６】図２５の振動子ユニットを折り曲げた状態を、図２５中のIIXVIの方向からみた側面図
【図２７】図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に９０°以外の角度を有して交差する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図
【図２８】図２７の付加部材を、図２７中のIIXVIII方向からみた上面図
【図２９】図２８の１つの柱状部を拡大して示す斜視図
【図３０】超音波内視鏡の外観を示す図
【図３１】図３０の超音波内視鏡の挿入部の先端部に設けられた超音波振動部を拡大して示す斜視図
【図３２】図３１中のIIIXII-IIIXII線に沿った超音波振動部の断面図
【図３３】図３１中のIIIXIII-IIIXIII線に沿う超音波振動部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第1実施の形態）
図１は、本実施の形態の超音波振動子の構成の概略を示す断面図、図２は、図１の付加部材の構成の変形例を、圧電素子、下部電極、充填材とともに示す図である。
【００１８】
図１に示すように、超音波振動子１００は、後述する高さ方向Ｚに振動することにより、超音波を高さ方向Ｚにおける超音波放射方向ＺＵに放射するとともに、被検部位から反射された音波を受信する単板圧電素子１をハウジング１０内において具備している。尚、圧電素子１は、圧電材料、例えばセラミックを焼成することにより形成されている。また、ハウジング１０は、絶縁部材から構成されている。
【００１９】
ハウジング１０内において、分極処理が施された圧電素子１の上面１ｊに、上部電極２が設けられているとともに、底面１ｔに、下部電極３が設けられている。
【００２０】
尚、上部電極２と下部電極３とは、圧電素子１に対して、図示しないコントローラから後述する第１の配線１３を介して送信されたパルス電圧を印加することにより圧電素子１を振動させるものである。また、上面１ｊは、圧電素子１の音響放射面を構成している。さらに、上部電極２はＧＮＤ電極を構成しているとともに、下部電極３はプラス電極を構成している。
【００２１】
また、ハウジング１０内において、上面１ｊと底面１ｔとを結ぶ高さ方向Ｚにおいて、上部電極２の上方、具体的には、上部電極２の上面に、第１の音響整合層４が設けられているとともに、第1の音響整合層４の上面に、第２の音響整合層５が設けられている。
【００２２】
さらに、第２の音響整合層５の上面に、音響レンズ６が設けられている。尚、超音波振動子１００において、第１の音響整合層４、第２の音響整合層５、音響レンズ６は必ずしも必要では無いが、本実施の形態においては、第１の音響整合層４、第２の音響整合層５、音響レンズ６が設けられている場合を例に挙げている。
【００２３】
また、ハウジング１０内において、上部電極２の上面において、第1の音響整合層４が設けられていない部位に、第２の配線１４の一端が電気的に接続される上部電極接続部１２が設けられている。配線１３，１４は図示しない振動子駆動装置に接続されている。
【００２４】
さらに、ハウジング１０内において、下部電極３の高さ方向Ｚの下方、具体的には、下部電極３の底面に、圧電素子１の振動に伴い、圧電素子１とともに高さ方向Ｚに振動する付加部材７が、後述する接着剤１６（図３参照）を介して下部電極３に接触するよう接着されている。尚、付加部材７は、下部電極３の底面において、高さ方向Ｚに直交する幅方向Ｘの中央に位置している。
【００２５】
付加部材７は、圧電素子１を構成する圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する圧電材料か、圧電素子１の音響インピーダンス以下であって、圧電素子と接する音響整合層４以上の音響インピーダンスを有する材料のいずれかにより構成されている。
【００２６】
例えば、付加部材７は、圧電素子１を構成する圧電材料と同じ材料であるセラミック等から構成されている。尚、圧電素子１と付加部材７とが同じ材料から構成されておれば、圧電素子１と付加部材７との界面において、音響インピーダンスの差によって生じる音波の反射が起こらないことから、超音波振動子１００の感度を向上させることができる。
【００２７】
また、付加部材７は、分極処理が施されていないことにより、非圧電性を有した状態で下部電極３の下面に固定されている。これは、付加部材７に分極処理が施されていないとともに、付加部材７を構成する圧電材料が圧電素子１を構成する圧電材料と同じだと、付加部材７の表面、具体的には、付加部材７の底面７ｔや、後述する凹部７ｈの底面７ｈｍ等に不要な電位が溜まらないことから、付加部材７が構造体としてのみ振動に関与するようになるため、圧電素子１の振動を阻害しないためである。さらに、分極処理が施されていないと、付加部材７に内部応力が発生しないため、形状、構造が安定し、コストダウンを図ることができるためである。
また付加部材は、圧電素子と同じ材料である必要はなく、振動が圧電素子から伝えやすい材料であればよく、例えば、セラミック、金属、樹脂材料などが挙げられる。より具体的には、アルミナ、ジルコニア、ジュラルミン、アルミ、ガラス、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系セラミックス、エポキシ樹脂に金属等の粉体を混合した材料が挙げられる。
【００２８】
付加部材７は、高さ方向Ｚに細長であってかつ幅方向Ｘに設定間隔を有して設けられた複数の柱状部７ｃと、各柱状部７ｃの高さ方向Ｚの下部電極３側の端部７ｃｔを幅方向Ｘに沿って連結する複数の連結部７ｒとを具備して主要部が構成されていることにより、高さ方向Ｚの断面形状が櫛状を有している。即ち、幅方向Ｘにおける各柱状部７ｃ間には、それぞれ凹部７ｈが形成されている。
【００２９】
尚、図２に示すように、付加部材７は、複数の柱状部７ｃのみから構成されていても構わない。この場合、各柱状部７ｃの端部７ｃｔは、例えば既知のｐ−ＭＵＴによって下部電極３に固定される。
【００３０】
また、凹部７ｈには、柱状部７ｃよりも軟性な、付加部材７の振動効率を向上させる充填材８が充填されている。尚、充填材８としては、柔らかいエポキシ樹脂や、シリコーン樹脂等が挙げられる。また、凹部７ｈには、充填材８の代わりに、後述するバッキング材９が充填されていても構わない。
【００３１】
付加部材７は、複数の柱状部７ｃ及び複数の凹部７ｈを有することにより、高さ方向Ｚにおける厚みが、幅方向Ｘにおいて異なる形状を有している。即ち、複数の柱状部７ｃと複数の連結部７ｒとでは、高さ方向Ｚにおける厚みが異なる。
【００３２】
このことから、圧電素子１の振動に伴って、複数の柱状部７ｃ及び複数の連結部７ｒが高さ方向Ｚに振動する際、付加部材７の複数の柱状部７ｃが設けられた部位は、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と複数の柱状部７ｃの高さ方向Ｚの厚みＺ１２との合計厚みにより、連結部７ｒよりも低周波の振動を励起する。
【００３３】
また、付加部材７の複数の連結部７ｒが設けられた部位は、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と、厚みＺ１２よりも小さい複数の連結部７ｒの高さ方向Ｚの厚みＺ１１との合計厚みにより、柱状部７ｃよりも高周波の振動を励起する。
【００３４】
即ち、付加部材７は、圧電素子１から放射される超音波の周波数帯域を広域化させることができる。
【００３５】
尚、本実施の形態においては、付加部材７は、高さ方向Ｚに直交する幅方向Ｘにおける幅Ｘ１が、圧電素子１の幅方向Ｘの幅Ｘ２よりも小さくなるよう形成されている（Ｘ１＜Ｘ２）。
【００３６】
これは、付加部材７の幅Ｘ１が圧電素子１の幅Ｘ２よりも小さく形成されていると、超音波振動子１００において、付加部材７が設けられた領域が圧電素子１の幅方向Ｘの中央に発生し、幅方向Ｘにおける付加部材７の両脇は付加部材７が設けられていない領域となることから、中央の領域は、付加部材７によって感度が向上し、付加部材７が設けられていない両端の領域は、感度が相対的に低下するため、両端の領域から、超音波放射方向ＺＵとは異なる方向に超音波が漏れる既知のサイドローブが発生し難くなり、音場が改善するためである。
【００３７】
また、下部電極３の底面において、付加部材７が非接触の領域に、第１の配線１３の一端が電気的に接続される下部電極接続部１１が設けられている。尚、第１の配線１３の他端は、例えば超音波観測装置から延出された信号ケーブル９０（図３０参照）に接続されている。
【００３８】
下部電極接続部１１は、信号ケーブル９０、第１の配線１３を介して送信されたパルス電圧を下部電極３に伝達するとともに、圧電素子１からの受信信号を、第１の配線１３を介して信号ケーブル９０へと伝達するものである。
【００３９】
さらに、ハウジング１０内において、下部電極３よりも高さ方向Ｚの下方に、不要な超音波を減衰させるバッキング材９が、付加部材７、下部電極接続部１１を覆うように設けられている。
【００４０】
尚、バッキング材９は、ハウジング１０に対して、圧電素子１に付加部材７、音響整合層４、５が固定された振動子ユニット１５０を固定するものとしても機能する。
【００４１】
次に、超音波振動子１００の製造方法について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、付加部材の接着工程を示す図、図４は、図３の下部電極に付加部材が貼着された後の状態を示す図、図５は、図４の付加部材に複数の柱状部を形成する柱状部形成工程を示す図、図６は、図３の接着工程前に上部電極に音響整合層を貼着する工程を示す図である。
【００４２】
超音波振動子１００を製造する際は、先ず、圧電素子１の圧電材料を焼成した後、上面１ｊに上部電極２を形成し、底面１ｔに下部電極３を形成する電極形成工程を行う。
【００４３】
次いで、図３、図４に示すように、下部電極３または付加部材７に、接着剤１６を塗布して、接着剤１６を介して下部電極３の上述した位置に対して付加部材７を高さ方向Ｚの上下方向から加圧して接着する接着工程を行う。尚、接着剤１６としては、エポキシ接着剤等が挙げられる。
【００４４】
また、接着工程においては、必要により付加部材７と圧電素子１とを、下部電極３の面内方向に微少に動かすことによって、接着剤１６による接着層を、例えば３０μｍ以下の薄い層にする。
【００４５】
尚、接着層を薄い層に形成するのは、接着層が厚いと、接着層において上述した音波の反射が起こりやすく、また、接着層において特に高周波領域の音の減衰が起こりやすくなることから、振動子特性の低下を引き起こすためである。
【００４６】
また、接着層を薄くするには、圧電素子１と付加部材７とを強く加圧する必要がある。尚、接着後は、加圧状態を保持したまま加熱を行い、接着状態を固定する。
【００４７】
次いで、図５に示すように、付加部材７の下部電極３に接着された面とは高さ方向Ｚにおける反対側の面７ｔに、例えばダイシングソーブレード１７を用いて、幅方向Ｘに設定間隔を有するよう、高さ方向Ｚに所定の深さを有する複数の凹部７ｈを形成して、上述した複数の柱状部７ｃを形成する柱状部形成工程を行う。
【００４８】
尚、柱状部形成工程を、下部電極３に対して付加部材７を貼着した後に行ったのは、貼着前に付加部材７に柱状部形成工程を行ってしまうと、上述したように接着層を薄くするために強く加圧した際、既に付加部材７に複数の凹部７ｈが形成されていると、加圧により、複数の柱状部７ｃが破損してしまう可能性が高くなるためである。
【００４９】
よって、柱状部形成工程は、接着工程後に行うことにより、接着層の厚みを十分薄くすることができるとともに、付加部材７の破損を防止することができる。
【００５０】
尚、柱状部形成工程において、図５に示すように、幅方向Ｘの中央に位置する連結部７ｒの充填材８に接する面、即ち凹部７ｈの底面７ｈｍのほうが、幅方向Ｘの一端側及び他端側に位置する連結部７ｒの充填材８に接する面、即ち凹部７ｈの底面７ｈｍよりも圧電素子１側に凹んで位置している（Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３）。
【００５１】
言い換えれば、幅方向Ｘの中央に位置する凹部７ｈのほうが、幅方向Ｘの一端側及び他端側に位置する凹部７ｈよりも高さ方向Ｚに深く形成されている。
【００５２】
これは、上述したように、連結部７ｒの高さ方向における厚みが薄い方が、高周波の強い振動を励起でき、厚みが厚い方が、低周波の強い振動を励起できることから、幅方向Ｘの一端側及び他端側に位置する凹部７ｈを、幅方向Ｘの中央に位置する凹部７ｈよりも高さ方向Ｚに浅く形成することにより、超音波振動子１００の両端の領域から、上述したサイドローブが発生し難くなり、音場が改善するためである。
【００５３】
尚、図示しないが、凹部７ｈの深さを、幅方向Ｘにおいてランダムに形成すると、超音波振動子１００の周波数帯域が向上する。
【００５４】
柱状部形成工程後は、上部電極２に、第２の音響整合層５と第１の音響整合層４とから構成された音響整合層ユニット１３０を、第1の音響整合層４が上部電極２に接触するよう接着固定し、第２の音響整合層５に音響レンズ６を設け、下部電極接続部１１に第１の配線１３を電気的に接続するとともに、上部電極接続部１２に第２の配線１４を電気的に接続して振動子ユニット１５０を製造し、最後に、ハウジング１０内に、振動子ユニット１５０を、バッキング材９を介して接着固定することにより、超音波振動子１００を製造する。
【００５５】
尚、図６に示すように、上部電極２に対する第１の音響整合層４の接着剤１９を介した接着は、下部電極３に付加部材７を接着する接着工程前に行うことが望ましい。
【００５６】
これは、下部電極３に付加部材７を貼着し、付加部材７に複数の凹部７ｈを形成してから上部電極２に音響整合層ユニット１３０を貼着すると、上部電極２に対する音響整合層ユニット１３０の接着も加圧して行うことから、上述と同様に、加圧時に、凹部７ｈによって形成された複数の柱状部７ｃが破損してしまう可能性が高くなるためである。
【００５７】
即ち、下部電極３に付加部材７を接着する前に、上部電極２に対して音響整合層ユニット１３０を接着する工程を行うと、付加部材７に複数の凹部７ｈを形成する前に、音響整合層ユニット１３０を、上部電極２に対して十分加圧して接着することができることから、接着剤１９による接着層を、上述と同様に十分薄くすることができるため、上述した音波の反射を防ぐことができ、超音波振動子１００の感度を向上させることができるためである。
【００５８】
このように、本実施の形態においては、圧電素子１の底面１ｔに形成された下部電極３に、圧電素子１と同じ音響インピーダンスを有するとともに非圧電性を有する、圧電素子１とともに高さ方向Ｚに振動する付加部材７が設けられていると示した。
【００５９】
また、付加部材７は、圧電素子１の振動に伴って、複数の柱状部７ｃ及び複数の連結部７ｒが高さ方向Ｚに振動する際、複数の柱状部７ｃは、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と複数の柱状部７ｃの高さ方向Ｚの厚みＺ１２との合計厚みにより、連結部７ｒよりも低周波の強い振動を励起し、複数の連結部７ｒは、圧電素子１の高さ方向Ｚの厚みＺ１０と、厚みＺ１２よりも小さい複数の連結部の高さ方向Ｚの厚みＺ１１との合計厚みにより、柱状部７ｃよりも高周波の強い振動を励起すると示した。
【００６０】
このことによれば、複合圧電体を圧電素子に積層したり、圧電素子自体に複数の凹部を形成したりすることなく、圧電素子１に付加部材７を貼着するのみの簡単な構成によって、圧電素子１から放射される超音波の周波数帯域を広域化させることができることから、簡単かつ圧電素子１の破損を防いだ構成において、放射する超音波の周波数帯域の広域化を実現することができる超音波振動子１００、超音波振動子１００の製造方法を提供することができる。
【００６１】
（第２実施の形態）
図７は、本実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図、図８は、図７の柱状部及び連結部の一部を拡大して示す部分斜視図である。
【００６２】
この第２実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子と比して、付加部材に形成された複数の凹部の底面が曲率を有する面に形成されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６３】
図７、図８に示すように、付加部材７において、連結部７ｒの充填材８に接する面である複数の凹部７ｈの底面７ｈｍは、各柱状部７ｃ間を、幅方向Ｘにおいて曲率を有して連結する形状に形成されている。
【００６４】
尚、底面７ｈｍは、図７に示すように、先端にＲ面１７ｒを有するダイシングソーブレード１７によって付加部材７に複数の凹部７ｈが形成されることにより、曲率を有する形状に形成される。尚、その他の構成は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００６５】
このような構成によれば、複数の柱状部７ｃは、図８に示すように、高さ方向Ｚにおいて、下部電極３側に向かう程、幅方向Ｘにおいて幅広となっていくことから（Ｘ４＜Ｘ５＜Ｘ６）、複数の柱状部７ｃの下部電極３に近接する部位の機械的強度が向上し、該部位が、上述した第１実施の形態よりも破損し難くなる他、図８に示すように、各柱状部７ｃに対して、幅方向Ｘ及び、高さ方向Ｚ及び幅方向Ｘに直交する奥行き方向Ｙに倒れる方向Ｍの振動が発生し難くなり、高さ方向Ｚに振動しやすくなることから、超音波振動子１００における振動子感度が向上する。尚、その他の効果は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００６６】
（第３実施の形態）
図９は、本実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図である。
【００６７】
この第３実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子と比して、付加部材７において、幅方向Ｘの中央に位置する柱状部７ｃの幅が、幅方向Ｘの一方側及び他方側に位置する柱状部７ｃの幅よりも狭い点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６８】
図９に示すように、付加部材７の複数の柱状部７ｃにおいて、幅方向Ｘの中央に位置する柱状部７ｃの幅は、幅方向Ｘの一方側及び他方側に位置する柱状部７ｃの幅よりも小さく形成されている（Ｘ１０＜Ｘ１１＜Ｘ１２）。
【００６９】
言い換えれば、幅方向Ｘの中央に位置する凹部７ｈの幅は、幅方向Ｘの一方側及び他方側に位置する凹部７ｈの幅よりも小さく形成されている（Ｘ１５＜Ｘ１６＜Ｘ１７）。尚、その他の構成は、上述した第１、第２実施の形態と同じである。
【００７０】
このような構成によれば、上述したサイドローブが低減するため、超音波振動子１００の性能を向上させることができる。尚、その他の効果は、上述した第１、第２実施の形態と同じである。
【００７１】
（第４実施の形態）
図１０は、本実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図である。
【００７２】
この第４実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１、図２に示した第１実施の形態、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子、図９に示した第３実施の形態の超音波振動子と比して、上部電極２に対して、第２の配線１４が圧電素子１の底面１ｔにて電気的に接続されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７３】
上述した第１実施の形態においては、上部電極２に対して、第２の配線１４は、上部電極２の上面に設けられた上部電極接続部１２を介して電気的に接続されていると示した。
【００７４】
ところが、この構成では、上部電極接続部１２に対して第２の配線１４の一端側を、構造上接続し難いといった問題があった。
【００７５】
そこで、本実施の形態においては、図１０に示すように、圧電素子１の底面１ｔにおいて、下部電極３が設けられている領域及び付加部材７が設けられている領域とは異なる幅方向の一方側の領域に、上部電極２を、圧電素子１の上面１ｊから幅方向Ｘの一方側の側面１ｓを介して引き出し、この底面１ｔに引き出した部位に上部電極引き出し部３０を設け、上部電極引き出し部３０に第２の配線１４を電気的に接続する構成とした。尚、その他の構成は、上述した第１、第２実施の形態と同様である。
【００７６】
このような構成によれば、上面１ｊ側に、上部電極２に対する第２の配線１４の接続部が無くなることから、図１０に示すように、上部電極２の上面全体に第１の音響整合層４を接着することができるため、超音波振動子１００の性能を向上させることができる他、第１実施の形態と同様に、上部電極引き出し部３０、下部電極接続部１１を、付加部材７が設けられた領域よりも幅方向Ｘの一方側及び他方側に設けることができるため、配線の配置に伴う超音波振動子の感度低下が受け難くなる。
【００７７】
尚、その他の効果は、上述した第１、第２実施の形態と同様である。
【００７８】
（第５実施の形態）
図１１は、本実施の形態の超音波振動子の構成を概略的に示す断面図、図１２は、図１１の上部電極及び下部電極に対して、上部電極と下部電極とが対向する領域のみに分極処理を施す構成を概略的に示す部分断面図である。
【００７９】
この第５実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図９に示した第４実施の形態の超音波振動子と比して、上部電極２及び下部電極３に対して、上部電極２と下部電極３とが対向する領域のみに分極処理が施されている点が異なる。よって、この相違点のみを説明し、第４実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８０】
図１１に示すように、上部電極２が、上面１ｊから側面１ｓを介して底面１ｔまで引き出された構成において、上部電極２及び下部電極３に対して、上部電極２と下部電極３とが対向する領域Ｈ、即ち、高さ方向Ｚの音響レンズ６側から平面視した状態において、上部電極２及び下部電極３の付加部材７に重畳する領域のみに、図１２に示すよう電源３４を用いて分極処理を行い、上部電極２及び下部電極３の領域Ｈのみが分極された構成を有していても構わない。尚、その他の構成は、上述した第４実施の形態と同様である。
【００８１】
このような構成によれば、圧電素子１は、付加部材７が貼着された領域のみが高さ方向Ｚに振動することから、付加部材７が貼着された領域に対して両端の領域の振動が抑制されるため、上述したサイドローブの発生を抑制することができる。尚、その他の効果は、上述した第４実施の形態と同様である。
【００８２】
（第６実施の形態）
図１３は、本実施の形態の超音波振動子における下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態を概略的に示す断面図である。
【００８３】
この第６実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子、図９に示した第３実施の形態の超音波振動子、図１０に示した第４実施の形態の超音波振動子、図１１、図１２に示した第５実施の形態の超音波振動子と比して、付加部材７が、幅方向Ｘに圧電素子１よりも幅広に形成されている点と、付加部材７のバッキング材９に接する面において、下部電極３に第１の配線１３が電気的に接続され、上部電極２に第２の配線１４が電気的に接続されている点が異なる。
【００８４】
よって、この相違点のみを説明し、第１〜第５実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８５】
図１３に示すように、圧電素子１の上面１ｊに形成された上部電極２は、幅方向Ｘの一方側の側面１ｓａまで引き出されて形成されている。尚、上部電極２は、上面１ｊにおいて、幅方向Ｘの他方側には形成されていなことから、下部電極３とは電気的に接続されていない。
【００８６】
また、圧電素子１の底面１ｔに形成された下部電極３は、幅方向Ｘの他方側の側面１ｓｂまで引き出されて形成されている。尚、下部電極３は、底面１ｔにおいて、幅方向Ｘの一方側には形成されていないことから、上部電極２とは電気的に接続されていない。
【００８７】
また、本実施の形態においては、付加部材７は、複数の柱状部７ｃや複数の連結部７ｒの他、複数の柱状部７ｃよりも幅方向Ｘの一方側及び他方側に延出して位置する延在部位７ｅ１、７ｅ２を具備している。よって、付加部材７の幅方向Ｘの幅Ｘ７は、圧電素子１の幅方向Ｘの幅Ｘ２よりも、延在部位７ｅ１、７ｅ２の分だけ大きく形成されている（Ｘ２＜Ｘ７）。
【００８８】
さらに、一方側の延在部位７ｅ１における上面７ｊ、側面７ｓａ、バッキング材９に接する面となる底面７ｔに、電極４２が形成されており、他方側の延在部位７ｅ２における上面７ｊ、側面７ｓｂ、底面７ｔにも電極４３が形成されている。
【００８９】
尚、電極４３は、幅方向Ｘにおいて、複数の柱状部７ｃや複数の連結部７ｒが形成された領域の上面７ｊにも形成されている。
【００９０】
また、上部電極２と電極４２とは、延在部位７ｅ１の上面７ｊと圧電素子１の側面１ｓａとの間において、導電性接着剤３５が用いられて電気的に接続されているともに、下部電極３と電極４３とは、延在部位７ｅ２の上面７ｊと圧電素子１の側面１ｓｂとの間において、導電性接着剤３６が用いられて電気的に接続されている。
【００９１】
このことにより、延在部位７ｅ２の底面７ｔには、下部電極３が引き出された、第１の配線１３が電気的に接続される下部電極引き出し部４４が設けられているとともに、延在部位７ｅ１の底面７ｔには、上部電極２が引き出された、第２の配線１４が電気的に接続される上部電極引き出し部４５が設けられている。
【００９２】
このように構成された超音波振動子を形成する際は、先ず、上部電極２及び下部電極３が上述の位置に形成された圧電素子１の下部電極３側に、電極４２、電極４３が上述した位置に形成された付加部材７を接着固定する。
【００９３】
次いで、上部電極２に付加部材７の電極４２を、導電性接着剤３５を介して電気的に接続するとともに、下部電極３に、付加部材７の電極４３を、導電性接着剤３６を介して電気的に接続する。
【００９４】
その後、圧電素子１の上部電極２側に、音響整合層ユニット１３０が接着された後、付加部材７の底面７ｔに、複数の凹部７ｈを第１実施の形態と同様に形成する。
【００９５】
その後、下部電極引き出し部４４に、第１の配線１３を、半田等を用いて電気的に接続するとともに、上部電極引き出し部４５に、第２の配線１４を、半田等を用いて電気的に接続する。
【００９６】
次いで、ハウジング１０（図１参照）に、バッキング材９を充填し、その後、ハウジング１０内において、振動子ユニット１５０を、バッキング材９に付加部材７の底面７ｔが接するよう貼着する。
【００９７】
最後に、第２の音響整合層５上に、音響レンズ６を形成し、超音波振動子１００は形成される。
【００９８】
尚、音響レンズ６の形成は、第１の配線１３、第２の配線１４の接続前であっても構わない。また、ハウジング１０内のバッキング材９上に、振動子ユニット１５０を載置する前に、付加部材７の各凹部７ｈ内に、充填材８を充填すると、凹部７ｈに対する充填剤８の充填状況が確認できるため、超音波振動子１００の信頼性がより向上する。
【００９９】
このような構成、製造方法によれば、付加部材７の底面７ｔにおいて、第１の配線１３、第２の配線１４の接続が行われるため、該接続の際、圧電素子１に対して、半田付けの際の熱負荷を与えることが無いことから、半田付けに起因する圧電素子１の熱劣化、熱応力による劣化を無くすことができるため、より超音波振動子１００の信頼性が向上する。尚、その他の効果は、上述した第１〜第５実施の形態と同じである。
【０１００】
尚、以下、変形例を、図１４を用いて示す。図１４は、図１３の付加部材の底面において、圧電素子に対向する領域に、曲面状の凹部を設けた変形例を、下部電極及び上部電極が形成された圧電素子に付加部材が貼着された状態において概略的に示す断面図である。
【０１０１】
上述した第１〜第６実施の形態においては、付加部材７の底面７ｔに、複数の凹部７ｈが幅方向Ｘに沿って設定間隔に形成されていることにより、複数の柱状部７ｃが幅方向Ｘにおいて設定間隔を有して形成されていると示した。
【０１０２】
これに限らず、図１４に示すように、付加部材７の底面７ｔの、例えば圧電素子１に対向する領域に、幅方向Ｘの中央領域ほど高さ方向Ｚの厚みが薄く、中央領域から幅方向Ｘの一方側及び他方側に向かうに従い高さ方向Ｚの厚みが増えていく曲面状の凹部７ｐが形成されていても構わない。
【０１０３】
尚、曲面状の凹部７ｐに限定されず、幅方向Ｘの中央領域ほど高さ方向Ｚの厚みが薄く、中央領域から幅方向Ｘの一方側及び他方側に向かうに従い高さ方向Ｚの厚みが増えていく形状であれば、段差や、既知のプラノコンケイブ形状であっても構わない。尚、その他の構成は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１０４】
このような構成によれば、圧電素子１の振動に伴い、付加部材７が振動した際、上述した第１〜第６実施の形態と同様に、中央領域の高さ方向Ｚの厚みが薄いことから、付加部材７の中央領域からは高周波の強い振動を励起でき、延在部位７ｅ１、７ｅ２からは、高さ方向Ｚの厚みが厚いため、低周波の強い振動を励起できることから、幅方向Ｘに分布を持つ振動の発生を、圧電素子単板を用いて容易に作成することが可能となる。尚、その他の効果は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１０５】
（第７実施の形態）
図１５は、本実施の形態の超音波振動子における振動子ユニットを概略的に示す断面図である。
【０１０６】
この第７実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子、図７、図８に示した第２実施の形態の超音波振動子、図９に示した第３実施の形態の超音波振動子、図１０に示した第４実施の形態の超音波振動子、図１１、図１２に示した第５実施の形態の超音波振動子、図１３に示した第６実施の形態の超音波振動子と比して、圧電素子と付加部材とが、圧電素子ユニットとして一体的に形成されている点が異なる。
【０１０７】
よって、この相違点のみを説明し、第１〜第６実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１０８】
図１５に示すように、本実施の形態においては、圧電素子１と付加部材７とは圧電素子ユニット２５として一体的に形成されている。
【０１０９】
具体的には、圧電素子ユニット２５は、分極処理が施された第１の圧電材料２１と、第１の圧電材料２１の上面２１ｊにおいて、幅方向Ｘの一方側を除く領域に設けられた上部電極２２と、第１の圧電材料２１の底面２１ｔにおいて、幅方向Ｘの他方側を除く領域に設けられた下部電極２３と、第１の圧電材料２１の高さ方向Ｚの下方において底面２１ｔに接触する、第１の圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する第２の圧電材料２４と、圧電素子ユニット２５における幅方向Ｘの一方側の側面に形成された、下部電極２３と電気的に接続された第１の側面電極２６と、圧電素子ユニット２５における幅方向Ｘの他方側の側面に形成された、上部電極２２と電気的に接続された第２の側面電極２７とを具備して主要部が構成されている。尚、第１の側面電極２６には、第１の配線１３が電気的に接続されているとともに、第２の側面電極２７には、第２の配線１４が電気的に接続されている。
【０１１０】
また、圧電素子ユニット２５の上部電極２２側の面２５ｊ、具体的には、第１の圧電材料２１の上面２１ｊには、音響整合層ユニット１３０が貼着され、振動子ユニット１５０’を構成しており、圧電素子ユニット２５の面２５ｊとは高さ方向Ｚに反対側の面２５ｔ、具体的には、第２の圧電材料２４の底面２４ｔには、幅方向Ｘに設定間隔を有して複数の凹部２５ｈが形成されていることにより、複数の柱状部２５ｃ、複数の連結部２５ｒが形成されている。
【０１１１】
尚、図示しないが、複数の凹部２５ｈには、上述した充填材８が充填されている。また、図示しないが、面２５ｔの下方には、上述した第１〜第６実施の形態同様、バッキング材９が位置している。尚、その他の構成は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１１２】
次に、本実施の形態の超音波振動子の製造方法について、上述した図１５と、図１６〜図２１を用いて説明する。
【０１１３】
図１６は、図１５の第１の圧電材料を構成する第１のグリーンシートを概略的に示す斜視図、図１７は、図１６の第１のグリーンシートの上面に上部電極を形成し、底面に下部電極を形成した状態を概略的に示す斜視図、図１８は、図１７の第１のグリーンシートの上面に第２の圧電材料を構成する第２のグリーンシートを積層した状態を概略的に示す斜視図である。
【０１１４】
また、図１９は、図１８の第１のグリーンシートに第２のグリーンシートが積層された圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側を切断した状態を概略的に示す斜視図、図２０は、図１９の圧電素子ユニットの幅方向の一方側及び他方側に側面電極を形成した状態を概略的に示す斜視図、図２１は、圧電素子ユニットに、音響整合層ユニットを貼着し、振動子ユニットを形成した状態を概略的に示す断面図である。
【０１１５】
先ず、図１６に示すように、第１の圧電材料を構成する第１のグリーンシート２１を作製する。その後、図１７に示すように、第１のグリーンシート２１の高さ方向Ｚの上面２１ｊに、幅方向Ｘの一方側の領域を除いて、奥行き方向Ｙに沿って上部電極２２を形成するとともに、底面２１ｔに、幅方向Ｘの他方側の領域を除いて、奥行き方向Ｙに沿って下部電極２３を形成する。
【０１１６】
次いで、図１８に示すように、第１のグリーンシート２１の下部電極２３側の底面２１ｔに、第２の圧電材料を構成する第２のグリーンシート２４を形成して、圧電素子ユニット２５を形成する。
【０１１７】
その後、圧電素子ユニット２５を焼成した後、図１９に示すように、圧電素子ユニット２５の幅方向Ｘの一方側及び他方側を図１８の奥行き方向に沿った点線Ｄに沿って切断し、圧電素子ユニット２５の幅方向Ｘの幅を調整する。その結果、図１９に示すように、圧電素子ユニット２５の一方側の側面には、奥行き方向Ｙに沿って下部電極２３が露出する。
【０１１８】
次いで、図２０に示すように、圧電素子ユニット２５の一方側の側面に、第１の側面電極２６を、スパッタ、焼き付け等によって形成する。その結果、一方側の側面に露出されている下部電極２３と第１の側面電極２６とは電気的に接続される。
【０１１９】
また、図２０に示すように、圧電素子ユニット２５の他方の側面に、第２の側面電極２７を、スパッタ、焼き付け等によって形成する。その結果、第１の側面電極２７は、上部電極２２と、第１のグリーンシート２１の上面２１ｊにおいて電気的に接続される。
【０１２０】
その後、図２１に示すように、圧電素子ユニット２５の上部電極２２側の面に、音響整合層ユニット１３０を貼着し、次いで、図１５に示すように、圧電素子ユニット２５の面２５ｔに、幅方向Ｘに沿って設定間隔を有する複数の凹部２５ｈを形成することにより、複数の柱状部２５ｃ、連結部２５ｒを形成する。
【０１２１】
最後に、第１の側面電極２６に、半田等により第１の配線１３を電気的に接続し、第２の側面電極２７に、半田等により第２の配線１４を電気的に接続して振動子ユニット１５０’を形成する。尚、その後の工程は、上述した第１実施の形態と同じである。
【０１２２】
このような構成によれば、第１の圧電材料２１と第２の圧電材料２４との間に接着層が無いことから、接着層による音波の上述した反射を無くすことができるため、超音波振動子１００の感度を向上させることができる。尚、その他の効果は、上述した第１〜第６実施の形態と同じである。
【０１２３】
（第８実施の形態）
図２２は、アレイ状の超音波振動子における振動子ユニットを示す斜視図、図２３は、図２２の付加部材の底面に、奥行き方向に沿って複数の凹部をダイシングソーブレードにより形成した状態を示す斜視図である。
【０１２４】
また、図２４は、図２３の凹部に充填材を充填した状態を示す断面図、図２５は、図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に直交する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図、図２６は、図２５の振動子ユニットを折り曲げた状態を、図２５中のIIXVIの方向からみた側面図である。
【０１２５】
この第８実施の形態の超音波振動子の構成は、図１０に示した第４実施の形態の超音波振動子と比して、超音波振動子がアレイ状に形成されている点が異なる。即ち、超音波振動子がアレイ状である以外は、第４実施の形態の超音波振動子の構成と同じであるため、その説明は省略する。
【０１２６】
図２５に示すように、本実施の形態の超音波振動子２００における振動子ユニット２５０の圧電素子５１、第１の音響整合層５４、第２の音響整合層５５、付加部材５７は、第４実施の形態の圧電素子１、第１の音響整合層４、第２の音響整合層５、付加部材７よりも幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙにそれぞれ大きく形成された大板から構成されているとともに、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに複数の柱状部５７ｃ、圧電素子５１、第1の音響整合層５４がアレイ状に形成されている構成を有している。
【０１２７】
尚、その他の各部材間の大きさ、配置関係は、上述した第４実施形態の超音波振動子１００と同じであるため、その説明は省略する。
【０１２８】
次に、本実施の形態の超音波振動子２００の製造方法について説明する。
先ず、図２２に示すように、図１０の超音波振動子１００と同じ位置に、上部電極５２、下部電極５３が形成された圧電素子５１の上面５１ｊに、音響整合層ユニット２３０を貼着するとともに、圧電素子５１の底面５１ｔの幅方向Ｘの中央に、付加部材５７を貼着して振動子ユニット２５０を形成する。
【０１２９】
次いで、図２３に示すように、ダイシングソーブレード６０を用いて、付加部材５７の底面５７ｔに対して、幅方向Ｘに設定間隔を有するとともに、互いに幅方向Ｘに平行となるよう、奥行き方向Ｙの一端５７ｙ１から他端５７ｙ２まで貫通する複数の凹部５７ｈを形成する。尚、図２３においては、凹部５７ｈの底面５７ｈｍは、曲率を有する形状に形成されているが、この形状に限定されない。
【０１３０】
その後、図２４に示すように、各凹部５７ｈに、付加部材５７よりも軟性な、上述した充填材８と同じ構成を有する充填材５８を充填する充填材充填工程を行う。尚、各凹部５７ｈには、第１〜第７実施の形態と同様に、バッキング材９を充填しても構わない。また、凹部５７ｈに充填材５８やバッキング材９を充填するのは、図２５に示すように後述するエレメント単位に分割する際、各柱状部５７ｃの割れを防止するためである。
【０１３１】
次いで、図２５に示すように、付加部材５７、圧電素子５１、第１の音響整合層５４に対して、高さ方向Ｚに貫通するように、奥行き方向Ｙに設定間隔を有するとともに奥行き方向において互いに平行な複数本の溝６３を、複数の凹部５７ｈに直交するよう再度、ダイシングソーブレード６０を用いて幅方向Ｘに沿って一方側から他方側に形成する溝形成工程を行う。尚、溝６３は、第２の音響整合層５５には形成しない。その結果、付加部材７において、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに、複数の柱状部５７ｃ、圧電素子５１、第1の音響整合層５４がアレイ状に形成される。
【０１３２】
その後、図２６に示すように、複数の溝６３を起点として、振動子ユニット２５０を、奥行き方向Ｙ及び幅方向Ｘの中央を、高さ方向Ｚの下方に押圧して、奥行き方向Ｙに沿って円弧状に、所定の角度曲げる曲げ工程を行う。尚、所定の角度曲げられることにより、コンベックス型の超音波振動子となる。
【０１３３】
尚、曲げ工程は、複数の溝６３を起点として、振動子ユニット２５０を、一端５７ｙ１と他端５７ｙ２が当接するよう、奥行き方向Ｙにおいて周状に曲げる工程であっても構わない。尚、周状に曲げられることにより、ラジアル型の超音波振動子となる。
【０１３４】
その後、図１０に示すようによう、複数の柱状部５７ｃの幅方向Ｘに沿った行単位（エレメント）において、下部電極５３に電気的に接続された各下部電極接続部１１（図１０参照）に、第１の配線をそれぞれ電気的に接続する。
【０１３５】
具体的には、図２５においては、１０個、複数の柱状部５７ｃのエレメントが形成されていることから、エレメント毎に、１０個の下部電極接続部１１に、１０本の第１の配線がそれぞれ個別に接続される。
【０１３６】
また、ＧＮＤ電極となる上部電極５２に対しては、各エレメントに設けられた上部電極引き出し部３０（図１０参照）は、エレメント単位で上部電極５２に第２の配線１４を接続する必要は無く、全エレメントを、一括配線により、上部電極５２に電気的に接続すれば良い。
【０１３７】
この具体的な方法としては、各エレメントの圧電素子５１の上部電極５２に、予め半田等により共通端子を電気的に接続しておく手法や、導電性接着剤を用いて、各エレメントの圧電素子５１の上部電極５２を、奥行き方向Ｙに沿って電気的に接続する手法等が挙げられる。
【０１３８】
最後に、配線後、ハウジング１０内に、バッキング材９を介して図２６に示す曲げられた圧電素子５１に、振動子ユニット２５０を載置し、その後、第２の音響整合層５５上に音響レンズ６を形成することにより、超音波振動子２００は形成される。
【０１３９】
このような構成によれば、複数の柱状部５７ｃ、圧電素子５１、第1の音響整合層５４がアレイ状に設けられた超音波振動子２００であっても、付加部材５７は、上述した付加部材７と同様に機能することから、上述した第４実施の形態の超音波振動子１００と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
また、本実施の形態においては、複数の凹部５７ｈを、幅方向Ｘに平行に形成していることにより、上述した各エレメント単位において、振動特性のバラツキを抑えることができることから、より性能の良い均質な超音波振動子２００を形成することができる。尚、その他の効果は、上述した第４実施の形態と同様である。
【０１４１】
（第９実施の形態）
図２７は、図２４の付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に９０°以外の角度を有して交差する複数の溝を幅方向に形成した状態を示す斜視図、図２８は、図２７の付加部材を、図２７中のIIXVIII方向からみた上面図、図２９は、図２８の１つの柱状部を拡大して示す斜視図である。
【０１４２】
この第９実施の形態の製造方法は、上述した図２２〜図２６に示した第８実施の形態の超音波振動子の製造方法と比して、付加部材、圧電素子、第１の音響整合層に対して、複数の凹部に９０°以外の角度を有して交差する複数の溝を幅方向に形成する点が異なる。その結果、形成される各柱状部の形状が異なる。
【０１４３】
よって、この相違点のみを説明し、第８実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１４４】
本実施の形態においては、図２７に示すように、図２４に示す付加部材５７、圧電素子５１、第１の音響整合層５４に対して、高さ方向Ｚに貫通するように、奥行き方向Ｙに設定間隔を有する複数本の溝６３’を、図２８に示すように、複数の凹部５７ｈに対して９０°以外の角度θを有して交差するよう、ダイシングソーブレード６０を用いて幅方向Ｘに沿って形成する。
【０１４５】
具体的には、複数本の溝６３’は、図２８に示すように、Ｘａ方向に向かうに従い、Ｙｂ方向に傾く、それぞれ奥行き方向Ｙに平行な溝６３’ａと、Ｘａ方向に向かうに従い、Ｙａ方向に傾く、それぞれ奥行き方向Ｙに平行な溝６３’ｂとから構成されており、奥行き方向Ｙに沿って、溝６３ａ’、溝６３ｂ’、溝６３ａ’、溝６３ｂ’・・・と交互に形成する。尚、複数の凹部５７ｈに対する溝６３ａ’、６３ｂ’の交差角度θは同じである。尚、本実施の形態においても、溝６３’は、第２の音響整合層５５には形成しない。
【０１４６】
その結果、付加部材７において、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに、複数の柱状部５７ｃ’がアレイ状に形成される。
【０１４７】
よって、図２９に示すように、１つの柱状部５７ｃ’は、奥行き方向Ｙの幅が、幅方向Ｘにおいて異なる形状に形成されている（Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３）。尚、各柱状部５７ｃ’は、図２９に示す構成を有するとともに、柱状部５７ｃ’毎に、幅方向Ｘ、奥行き方向Ｙの大きさが異なっている。
【０１４８】
このような構成によれば、上述した第２実施の形態と同様に、各柱状部５７ｃ’に対して、幅方向Ｘ及び奥行き方向Ｙに倒れる方向Ｍの振動が発生し難くなり、高さ方向Ｚに振動しやすくなることから、超音波振動子２００における振動子感度が向上する。
【０１４９】
また、柱状部５７ｃ’毎に、幅方向Ｘ、奥行き方向Ｙの大きさが異なることから、倒れ方向Ｍの振動が、柱状部５７ｃ’毎に異なることから、複数の柱状部５７ｃ’全体でみた場合、方向Ｍへの共振周波数がブロードとなるため、方向Ｍへ振動し難くなることから、高さ方向Ｚに振動しやすくなるため、超音波振動子２００における振動子感度が向上する。尚、その他の効果は、上述した第８実施の形態と同様である。
【０１５０】
尚、上述したような、第１〜第７実施の形態における超音波振動子１００、第８、第９実施の形態における超音波振動子２００は、例えば超音波内視鏡に設けられる。以下、ラジアル型の超音波振動子２００が設けられた超音波内視鏡の構成を図３０〜図３３を用いて説明する。
【０１５１】
図３０は、超音波内視鏡の外観を示す図、図３１は、図３０の超音波内視鏡の挿入部の先端部に設けられた超音波振動部を拡大して示す斜視図、図３２は、図３１中のIIIXII-IIIXII線に沿った超音波振動部の断面図、図３３は、図３１中のIIIXIII-IIIXIII線に沿う超音波振動部の断面図である。
【０１５２】
超音波内視鏡８０は、被検体内に挿入される細長な挿入部８２と、この挿入部８２の挿入方向Ｓの基端に設けられた操作部８３と、操作部８３から延出された可撓性を有するユニバーサルコード８４と、該ユニバーサルコード８４の延出端に設けられたコネクタ８５とにより主要部が構成されている。
【０１５３】
コネクタ８５に、光源コネクタ８５ａと、電気コネクタ８５ｂと、超音波コネクタ８５ｃと、吸引口金８５ｄと、送気送水口金８５ｅとが設けられている。
【０１５４】
光源コネクタ８５ａに、照明光を供給する光源装置が着脱自在になっているとともに、電気コネクタ８５ｂに、信号ケーブルを介して各種の信号処理等を行うビデオプロセッサが着脱自在となっている。
【０１５５】
また、超音波コネクタ８５ｃに、超音波観測装置に接続される超音波ケーブル８７を介して超音波観測装置が着脱自在となっているともに、吸引口金８５ｄに、吸引チューブを介して吸引ポンプが着脱自在であり、さらに、送気送水口金８５ｅに、送気・送水チューブを介して送水タンクが着脱自在となっている。
【０１５６】
挿入部８２は、挿入方向Ｓの先端側から順に、先端部８２ａと、例えば上下方向及び左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部８２ｂと、長尺でかつ可撓性を有する可撓管部８２ｃとが連設されて構成されている。
【０１５７】
また、図示しないが、先端部８２ａの外周側面における設定位置に、照明用レンズや、観察用レンズ、チャンネル開口等が設けられている。さらに、先端部８２ａ内には、観察用レンズによって観察された像を撮像する撮像ユニットが設けられている。
【０１５８】
先端部８２ａの照明用レンズ、観察用レンズ、チャンネル開口よりも、挿入方向Ｓの先端側の位置に、超音波振動部８６が設けられている。
【０１５９】
超音波振動部８６は、図３０、図３１に示すように、例えば円筒状のポリエチレンから構成された先端が閉塞されたキャップ８６ｃ内に、上述した超音波振動子２００を具備している。
【０１６０】
超音波振動子２００は、図３２に示すように、付加部材５７の奥行き方向Ｙの一端５７ｙ１と他端５７ｙ２とが当接するよう円筒状に巻回されたラジアルタイプの超音波振動子となっている。
【０１６１】
尚、上述した第９実施の超音波振動子２００においては、一端５７ｙ１と他端５７ｙ２とは、幅方向Ｘに沿って、複数の凹部５７ｈと所定の角度を有して交差するよう斜めになっているが、このような構成であっても、幅方向Ｘに沿う一端５７ｙ１と他端５７ｙ２とは奥行き方向Ｙに平行に位置しているため、巻回したとしても、一端５７ｙ１と他端５７ｙ２との当接面を、きれいに合わせることができ、円筒状に形成することができる。
【０１６２】
また、付加部材５７の挿入方向Ｓにおける各端面５７ｓａ、５７ｓｂに、リング状の支持部材８８が接着固定されている。支持部材８８は、音響レンズ５６に付与される外力に対して超音波振動子２００の強度を保つ機能を有している。尚、各端面５７ｓａ、５７ｓｂが用いられて支持部材８８に対する付加部材５７の位置決めが行われることにより、容易に超音波振動子２００を組み立てることができる。
【０１６３】
さらに、支持部材８８の径方向Ｋの内周面側には、挿入方向Ｓにおける断面がＴ字状の支持部材８９が挿通されており、支持部材８９内に、図３０に示すように、コネクタ８５の超音波コネクタ８５ｃから、ユニバーサルコード８４、操作部８３、挿入部８２内を先端部８２ａまで挿通された信号ケーブル９０が嵌入されている。
【０１６４】
また、超音波振動子２００において、上部電極５２の上部電極引き出し部３０は、第２の配線１４を介して支持部材８９に接続され、支持部材８９を介してケーブル９０のＧＮＤ配線と接続されている。下部電極５３の下部電極接続部１１に一端が接続された第１の配線１３の他端は、支持部材８９に電気的に接続されており、支持部材８９と信号ケーブル９０とが配線９９によって電気的に接続されていることにより、下部電極５３は、信号ケーブル９０に電気的に接続されている。
【０１６５】
以上説明したように、超音波振動子２００は、キャップ８６ｃ内に固定される。尚、キャップ８６ｃ内に設けられる超音波振動子は、第１〜第７実施の形態に示した超音波振動子１００であっても良いことは勿論の他、ラジアル型の超音波振動子に限らず、コンベックス型の超音波振動子であっても構わないことは云うまでもない。
【符号の説明】
【０１６６】
１…圧電素子
１ｊ…上面
１ｓ…側面
１ｓａ…側面
１ｓｂ…側面
１ｔ…底面
２…上部電極
３…下部電極
４…第1の音響整合層
５…第２の音響整合層
６…音響レンズ
７…付加部材
７ｃ…柱状部
７ｃｔ…端部
７ｅ１…延在部位
７ｅ２…延在部位
７ｈ…凹部
７ｈｍ…底面
７ｊ…上面
７ｐ…凹部
７ｒ…連結部
７ｓａ…側面
７ｓｂ…側面
７ｔ…底面
８…充填材
９…バッキング材
１０…ハウジング
１１…下部電極接続部
１２…上部電極接続部
１３…第1の配線
１４…第２の配線
１６…接着剤
１７…ダイシングソーブレード
１７ｒ…Ｒ面
１９…接着剤
２１…圧電材料
２１ｊ…上面
２１ｔ…底面
２２…上部電極
２３…下部電極
２４…圧電材料
２４ｔ…底面
２５…圧電素子ユニット
２５ｃ…柱状部
２５ｈ…凹部
２５ｊ…上面
２５ｒ…連結部
２５ｔ…底面
２６…第1の側面電極
２７…第２の側面電極
３０…上部電極引き出し部
３４…電源
３５…導電性接着剤
３６…導電性接着剤
４２…電極
４３…電極
４４…下部電極引き出し部
４５…上部電極引き出し部
５１…圧電素子
５１ｊ…上面
５１ｔ…底面
５２…上部電極
５３…下部電極
５４…第1の音響整合層
５５…第２の音響整合層
５６…音響レンズ
５７…付加部材
５７ｃ…柱状部
５７ｈ…凹部
５７ｈｍ…底面
５７ｓａ…各端面
５７ｔ…底面
５７ｙ１…一端
５７ｙ２…他端
５８…充填材
６０…ダイシングソーブレード
６３…溝
６３’…溝
６３ａ’ …溝
６３ｂ’…溝
８０…超音波内視鏡
８２…挿入部
８２ａ…先端部
８２ｂ…湾曲部
８２ｃ…可撓管部
８３…操作部
８４…ユニバーサルコード
８５…コネクタ
８５ａ…光源コネクタ
８５ｂ…電気コネクタ
８５ｃ…超音波コネクタ
８５ｄ…吸引口金
８５ｅ…送気送水口金
８６…超音波振動部
８６ｃ…キャップ
８７…超音波ケーブル
８８…支持部材
８９…支持部材
９０…信号ケーブル
９１…ハウジング
９９…配線
１００…超音波振動子
１３０…音響整合層ユニット
１５０…振動子ユニット
１５０’…振動子ユニット
２００…超音波振動子
２３０…音響整合層ユニット
２５０…振動子ユニット
Ｄ…点線
Ｈ…領域
Ｋ…径方向
Ｍ…倒れ方向
Ｓ…挿入方向
Ｘ…幅方向
Ｙ…奥行き方向
Ｚ…高さ方向
ＺＵ…超音波放射方向
θ…交差角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
少なくとも前記圧電素子の上面に配置された上部電極と、
前記上部電極の上面に配置された音響整合層と、
少なくとも前記圧電素子の底面に配置された下部電極と、
前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記圧電素子の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触するよう配置された、前記圧電素子の音響インピーダンス以下であって、前記音響整合層の音響インピーダンス以上の音響インピーダンスを有する複数の柱状部を具備する付加部材と、
前記複数の柱状部間に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、
前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記付加部材を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、
を具備していることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記付加部材の音響インピーダンスは、前記圧電素子の音響インピーダンスと同じであることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記付加部材は、前記圧電素子の基材となる圧電材料と同じ圧電材料から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記付加部材は、分極処理が施されていないことにより、非圧電性を有することを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記付加部材は、前記複数の柱状部において、前記下部電極側の前記高さ方向の各端部が前記高さ方向に直交する幅方向において連結されていることにより、前記高さ方向の断面形状が櫛状を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記付加部材において、前記各柱状部の前記各端部を前記幅方向において連結する各部位の前記充填材に接する面は、各柱状部間を、曲率を有して連結する形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記付加部材の前記高さ方向に直交する幅方向の幅は、前記圧電素子の前記幅方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記付加部材は、前記複数の柱状部と、前記複数の柱状部よりも前記幅方向における一方側及び他方側に位置する延在部位とを具備し、
前記延在部位における前記一方側の前記バッキング材に接する面に、第１の配線が電気的に接続される前記下部電極が引き出された下部電極引き出し部が設けられており、
前記延在部位における前記他方側の前記バッキング材に接する面に、第２の配線が電気的に接続される前記上部電極が引き出された上部電極引き出し部が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記付加部材は、前記圧電素子の下方において、前記高さ方向に直交する幅方向の中央に位置しているとともに、前記下部電極における前記付加部材が非配置の領域に、第1の配線が電気的に接続される下部電極接続部が設けられており、
前記圧電素子の前記底面において、前記下部電極が非配置の領域に、第２の配線が電気的に接続される前記上部電極が引き出された上部電極引き出し部が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
前記上部電極及び前記下部電極に対して、前記上部電極と前記下部電極とが対向する領域のみに分極処理が施されていることを特徴とする請求項９に記載の超音波振動子。
【請求項１１】
前記付加部材において、前記各柱状部の前記各端部を前記幅方向において連結する各部位の前記充填材に接する面は、前記幅方向において、一方側及び他方側に位置する面よりも中央に位置する面のほうが、前記圧電素子側に凹んで位置していることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１２】
前記複数の柱状部において、前記高さ方向に直交する幅方向の中央に位置する前記柱状部の前記幅方向の幅は、前記幅方向の一方側及び他方側に位置する前記柱状部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１３】
前記各柱状部は、前記高さ方向と前記高さ方向に直交する幅方向との両方向に直交する奥行き方向の奥行きが、前記幅方向において異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１４】
前記上部電極の前記高さ方向の上方に、少なくとも一部が前記上部電極に接触する音響整合層が配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１５】
分極処理された第1の圧電材料と、
前記第1の圧電材料の上面に配置された上部電極と、
前記第1の圧電材料の底面に配置された下部電極と、
前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記第1の圧電材料の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触する、前記第1の圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する第２の圧電材料と、
前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記高さ方向に直交する幅方向の一方側の側面に設けられた、前記下部電極に電気的に接続されるとともに、第1の配線が電気的に接続される第1の側面電極と、
前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記幅方向の他方側の側面に設けられた、前記上部電極に電気的に接続されるとともに、第２の配線が電気的に接続される第２の側面電極と、
前記第２の圧電材料の底面に複数形成された凹部と、
前記凹部に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、
前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、
を具備していることを特徴とする超音波振動子。
【請求項１６】
圧電素子の少なくとも上面に上部電極を形成するとともに、少なくとも底面に下部電極を形成する電極形成工程と、
前記下部電極に、接着剤を介して前記圧電素子と同じ音響インピーダンスを有する付加部材を接着する接着工程と、
前記付加部材の前記下部電極に接着された面とは反対側の面に複数の凹部を形成することにより、複数の柱状部を形成する柱状部形成工程と、
を具備することを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項１７】
前記電極形成後、前記接着工程の前に、前記上部電極に音響整合層を接着する工程をさらに具備していることを特徴とする請求項１６に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１８】
前記柱状部形成工程は、前記付加部材に対して、前記複数の凹部を、設定間隔を有して前記高さ方向及び前記高さ方向に直交する前記幅方向の両方向に直交する奥行き方向に、前記奥行き方向の一端から他端まで形成する工程であり、
前記柱状部形成工程後、前記凹部に前記奥行き方向に沿って、前記柱状部よりも軟性な充填材を充填する充填材充填工程と、
少なくとも前記付加部材、前記圧電素子に対して前記高さ方向に貫通するよう、前記奥行き方向に設定間隔を有して複数本溝を形成する溝形成工程と、
前記溝を起点として、前記付加部材、前記圧電素子、前記音響整合層を、前記奥行き方向及び前記幅方向の中央を前記高さ方向の下方に押圧して、前記奥行き方向に沿って曲げる曲げ工程と、
を具備することを特徴とする請求項１７に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１９】
前記溝形成工程は、前記凹部に対して直交するよう溝を形成する工程であることを特徴とする請求項１８に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項２０】
前記溝形成工程は、前記凹部に対して、９０°以外の角度を有して交差するよう溝を形成する工程であることを特徴とする請求項１８に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜１５のいずれか1項に記載の前記超音波振動子を具備していることを特徴とする超音波内視鏡。
【請求項１】
圧電素子と、
少なくとも前記圧電素子の上面に配置された上部電極と、
前記上部電極の上面に配置された音響整合層と、
少なくとも前記圧電素子の底面に配置された下部電極と、
前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記圧電素子の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触するよう配置された、前記圧電素子の音響インピーダンス以下であって、前記音響整合層の音響インピーダンス以上の音響インピーダンスを有する複数の柱状部を具備する付加部材と、
前記複数の柱状部間に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、
前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記付加部材を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、
を具備していることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記付加部材の音響インピーダンスは、前記圧電素子の音響インピーダンスと同じであることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記付加部材は、前記圧電素子の基材となる圧電材料と同じ圧電材料から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記付加部材は、分極処理が施されていないことにより、非圧電性を有することを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記付加部材は、前記複数の柱状部において、前記下部電極側の前記高さ方向の各端部が前記高さ方向に直交する幅方向において連結されていることにより、前記高さ方向の断面形状が櫛状を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記付加部材において、前記各柱状部の前記各端部を前記幅方向において連結する各部位の前記充填材に接する面は、各柱状部間を、曲率を有して連結する形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記付加部材の前記高さ方向に直交する幅方向の幅は、前記圧電素子の前記幅方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記付加部材は、前記複数の柱状部と、前記複数の柱状部よりも前記幅方向における一方側及び他方側に位置する延在部位とを具備し、
前記延在部位における前記一方側の前記バッキング材に接する面に、第１の配線が電気的に接続される前記下部電極が引き出された下部電極引き出し部が設けられており、
前記延在部位における前記他方側の前記バッキング材に接する面に、第２の配線が電気的に接続される前記上部電極が引き出された上部電極引き出し部が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記付加部材は、前記圧電素子の下方において、前記高さ方向に直交する幅方向の中央に位置しているとともに、前記下部電極における前記付加部材が非配置の領域に、第1の配線が電気的に接続される下部電極接続部が設けられており、
前記圧電素子の前記底面において、前記下部電極が非配置の領域に、第２の配線が電気的に接続される前記上部電極が引き出された上部電極引き出し部が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
前記上部電極及び前記下部電極に対して、前記上部電極と前記下部電極とが対向する領域のみに分極処理が施されていることを特徴とする請求項９に記載の超音波振動子。
【請求項１１】
前記付加部材において、前記各柱状部の前記各端部を前記幅方向において連結する各部位の前記充填材に接する面は、前記幅方向において、一方側及び他方側に位置する面よりも中央に位置する面のほうが、前記圧電素子側に凹んで位置していることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１２】
前記複数の柱状部において、前記高さ方向に直交する幅方向の中央に位置する前記柱状部の前記幅方向の幅は、前記幅方向の一方側及び他方側に位置する前記柱状部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１３】
前記各柱状部は、前記高さ方向と前記高さ方向に直交する幅方向との両方向に直交する奥行き方向の奥行きが、前記幅方向において異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１４】
前記上部電極の前記高さ方向の上方に、少なくとも一部が前記上部電極に接触する音響整合層が配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか1項に記載の超音波振動子。
【請求項１５】
分極処理された第1の圧電材料と、
前記第1の圧電材料の上面に配置された上部電極と、
前記第1の圧電材料の底面に配置された下部電極と、
前記上面と前記底面とを結ぶ高さ方向における前記第1の圧電材料の下方において、少なくとも一部が前記下部電極に接触する、前記第1の圧電材料と同じ音響インピーダンスを有する第２の圧電材料と、
前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記高さ方向に直交する幅方向の一方側の側面に設けられた、前記下部電極に電気的に接続されるとともに、第1の配線が電気的に接続される第1の側面電極と、
前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料の前記幅方向の他方側の側面に設けられた、前記上部電極に電気的に接続されるとともに、第２の配線が電気的に接続される第２の側面電極と、
前記第２の圧電材料の底面に複数形成された凹部と、
前記凹部に充填された、前記柱状部よりも軟性な充填材と、
前記高さ方向における前記圧電素子の下方において、前記第1の圧電材料及び前記第２の圧電材料を下方から覆うよう配置されたバッキング材と、
を具備していることを特徴とする超音波振動子。
【請求項１６】
圧電素子の少なくとも上面に上部電極を形成するとともに、少なくとも底面に下部電極を形成する電極形成工程と、
前記下部電極に、接着剤を介して前記圧電素子と同じ音響インピーダンスを有する付加部材を接着する接着工程と、
前記付加部材の前記下部電極に接着された面とは反対側の面に複数の凹部を形成することにより、複数の柱状部を形成する柱状部形成工程と、
を具備することを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項１７】
前記電極形成後、前記接着工程の前に、前記上部電極に音響整合層を接着する工程をさらに具備していることを特徴とする請求項１６に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１８】
前記柱状部形成工程は、前記付加部材に対して、前記複数の凹部を、設定間隔を有して前記高さ方向及び前記高さ方向に直交する前記幅方向の両方向に直交する奥行き方向に、前記奥行き方向の一端から他端まで形成する工程であり、
前記柱状部形成工程後、前記凹部に前記奥行き方向に沿って、前記柱状部よりも軟性な充填材を充填する充填材充填工程と、
少なくとも前記付加部材、前記圧電素子に対して前記高さ方向に貫通するよう、前記奥行き方向に設定間隔を有して複数本溝を形成する溝形成工程と、
前記溝を起点として、前記付加部材、前記圧電素子、前記音響整合層を、前記奥行き方向及び前記幅方向の中央を前記高さ方向の下方に押圧して、前記奥行き方向に沿って曲げる曲げ工程と、
を具備することを特徴とする請求項１７に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１９】
前記溝形成工程は、前記凹部に対して直交するよう溝を形成する工程であることを特徴とする請求項１８に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項２０】
前記溝形成工程は、前記凹部に対して、９０°以外の角度を有して交差するよう溝を形成する工程であることを特徴とする請求項１８に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜１５のいずれか1項に記載の前記超音波振動子を具備していることを特徴とする超音波内視鏡。
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１２−２３５９２５（Ｐ２０１２−２３５９２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７４２２（Ｐ２０１１−１０７４２２）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【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２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【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）】
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