超音波探触子及び超音波探触子の作製方法
【課題】超音波探触子の大きさを保ったままでコストアップとならずに、圧電素子アレイの圧電素子間での音響的クロストークの発生を防止した信号線を有する超音波探触子を提供する。
【解決手段】両面に電極を有する第１圧電素子が２次元状に配列された第１圧電素子アレイと、前記第１圧電素子アレイに積層して配置され、前記第１圧電素子アレイと反対側の面に第１電極を有し、第１圧電素子アレイ側の面に第２電極を有する第２圧電素子が２次元状に配列された第２圧電素子アレイと、を有する超音波探触子において、前記第１圧電素子アレイに配列された第１圧電素子の間に音響分離部を設け、前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続される信号線を、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材を用いて作製する。
【解決手段】両面に電極を有する第１圧電素子が２次元状に配列された第１圧電素子アレイと、前記第１圧電素子アレイに積層して配置され、前記第１圧電素子アレイと反対側の面に第１電極を有し、第１圧電素子アレイ側の面に第２電極を有する第２圧電素子が２次元状に配列された第２圧電素子アレイと、を有する超音波探触子において、前記第１圧電素子アレイに配列された第１圧電素子の間に音響分離部を設け、前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続される信号線を、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材を用いて作製する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置等の超音波機器に用いるに好適な超音波探触子及びその作製方法に関し、特に超音波素子を２次元状に配列して形成する超音波探触子の信号線を簡便に作製することを可能とした超音波探触子及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、体内の血流や体組織の断面形状の画像化に広く使われている。超音波診断装置は、超音波プローブを用いて生体組織に超音波を送信し、超音波を細いビームに絞り込み、組織界面のインピーダンス差によって生じる反射エコーを受信し、体内組織の画像形成を行い、超音波画像を得る。
【０００３】
超音波診断装置は、通常、１次元状に圧電素子を配列したアレイ型探触子を超音波プローブ内に配置し、超音波を２次元状にスキャンし、体内断面画像の形成を行っている。
【０００４】
最近、圧電素子を２次元状に配列した圧電素子アレイを搭載した２Ｄアレイ型探触子が登場してきている。特に、受信帯域を広くするために、被検体内からの反射波のうちの基本波を受信する第１圧電素子アレイと、高調波を受信する第２圧電素子アレイとを設けた超音波プローブが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
第１圧電素子アレイと第２圧電素子アレイの二つの圧電素子アレイを設けることで、各圧電素子アレイを構成する圧電素子への信号線の接続が難しくなる。これに対し、圧電素子の背面に配設された音響制動部材内に、信号線が占める空間を減少させる目的で、信号線を貫通させて配線する技術が提案されている。（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２７６４７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１６６９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の技術を用いた場合、音響制動部材の音響インピーダンスに対して信号線の音響インピーダンスが大きいことから、音響制動部材と信号線の間で超音波が反射し、圧電素子に音響的クロストークが発生してしまう。
【０００７】
特に、特許文献１に記載の技術において、第２の圧電素子アレイを構成する圧電素子からの信号線を、第１の圧電素子アレイの圧電素子同士の間を貫通させて配線する構成とすると、第１の圧電素子アレイを構成する圧電素子同士の間の音響分離材の間に高音響インピーダンスの信号線が存在することになり、第１圧電素子にクロストークが発生し、超音波探触子の性能を悪化させることになる。
【０００８】
本発明の目的は、圧電素子アレイを構成する圧電素子同士の音響的クロストークの発生を防止した信号線を有する超音波探触子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．両面に電極を有する第１圧電素子が２次元状に配列された第１圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに積層して配置され、前記第１圧電素子アレイと反対側の面に第１電極を有し、第１圧電素子アレイ側の面に第２電極を有する第２圧電素子が２次元状に配列された第２圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の間に備えられた音響分離部と、
を有し、
前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続され、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材からなる信号線と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
【００１１】
２．前記第１圧電素子に電圧が印加される面積と、前記第２圧電素子に電圧が印加される面積とは異なることを特徴とする前記１記載の超音波探触子。
【００１２】
３．前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の個数と、前記第２圧電素子アレイに配列された前記第２圧電素子の個数とは異なることを特徴とする前記１記載の超音波探触子。
【００１３】
４．前記１から３に記載の超音波探触子の作製方法であって、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に熱膨張性樹脂と導電部形成材の混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【００１４】
５．前記熱膨張性樹脂は、熱膨張性マイクロカプセルまたは含気泡フィラーの一方であり、
前記導電性部材は、金属ナノインクまたは導電部形成材の一方であることを特徴とする前記４記載の超音波探触子の作製方法。
【００１５】
６．前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする前記５に記載の超音波探触子の作製方法。
【発明の効果】
【００１６】
超音波探触子の大きさを保ったままでコストアップとならずに、圧電素子アレイの圧電素子間での音響的クロストークの発生を防止した信号線を有する超音波探触子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１８】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す図である。
【００１９】
超音波診断装置Ｈは、図１に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信すると共に、被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して超音波を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体内からの超音波の反射波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２０】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力する操作入力部１１と、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に超音波を発生させる送信回路１２と、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する受信回路１３と、受信回路１３で受信した受信信号に基づいて被検体内の内部状態の画像（超音波画像）を生成する画像処理部１４と、画像処理部１４で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する表示部１５と、これら操作入力部１１、送信回路１２、受信回路１３、画像処理部１４および表示部１５を当該機能に応じて制御することによって超音波診断装置Ｈの全体制御を行う制御部１６と、を備えて構成される。
【００２１】
超音波探触子（超音波プローブ）２は、無機圧電素子と有機圧電素子とを備えている。無機圧電素子は無機圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる。有機圧電素子は有機圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる。
【００２２】
このような構成の超音波探触子２は、例えば、図３に示す構成の超音波探触子２を例示することができる。
【００２３】
この超音波探触子２は、平板状の音響制動部材２３と、この音響制動部材２３の上に積層された音響整合層３１と、この音響制動部材２３の一方主面上に支持されて積層された複数の無機圧電素子２２（第１圧電素子）を備えた無機圧電素子アレイ（第１圧電素子アレイ）４と、これら複数の無機圧電素子２２同士の隙間に音響分離材を充填して作製される音響分離部２４と、これら複数の無機圧電素子２２上に積層された共通接地電極２５と、この共通接地電極２５上に積層される音響整合層２６と、この音響整合層２６上に積層される有機圧電素子２１（第２圧電素子）を備えた有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５と、この有機圧電素子２１上に積層される音響整合層２７と、外部からの電気信号を受ける導電パッド２８と無機圧電素子２２の電極とを接続する第１信号線２９と、外部からの電気信号を受ける導電パッド２８と有機圧電素子の電極とを接続する低音響インピーダンス導電性部材からなる第２信号線３０などから構成される。
【００２４】
音響制動部材２３は、超音波を吸収する材料から構成され、複数の無機圧電素子２２から音響制動部材２３方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００２５】
音響整合層３１は、音響制動部材２３と無機圧電素子２２の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響制動部材２３と無機圧電素子２２の音響インピーダンスの整合を図る。
【００２６】
各無機圧電素子２２は、無機圧電材料から構成される圧電素子１０１における互いに対向する両面にそれぞれ電極１０２、１０３を備えて構成される。複数の無機圧電素子２２は、互いに所定の間隔を空けて平面視にて２次元状に配列され、第１圧電素子アレイとして音響制動部材２３上に配置されている。
【００２７】
複数の無機圧電素子２２は、超音波の反射波を受信するように構成されてもよいが、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、超音波を送信するように構成されている。より具体的には、複数の無機圧電素子２２には、送信回路１２からケーブル３と導電パッド２８、第１信号線２９を介して電気信号が入力される。この電気信号は、無機圧電素子２２の電極１０２と電極１０３との間に入力される。複数の無機圧電素子２２は、この電気信号を超音波信号に変換することによって超音波信号を送信する。
【００２８】
音響分離部２４は、無機圧電素子２２の音響的インピーダンスと値が大きく異なる低音響インピーダンス樹脂から構成され、音響的インピーダンスが大きく異なることにより、音響分離材として働き、これら複数の無機圧電素子２２の相互干渉を低減する機能を有する。音響分離部２４によって各無機圧電素子２２間におけるクロストークの低減が可能となる。
【００２９】
共通接地電極２５は、導電性の材料から構成され、図略の配線によって接地されており、そして、複数の無機圧電素子２２上にまたがって直線状に積層されることによってこれら無機圧電素子２２における各電極１０３を電気的に接地している。
【００３０】
音響整合層２６は、後工程で積層する有機圧電素子２１と無機圧電素子２２の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、有機圧電素子２１と無機圧電素子２２の音響インピーダンスの整合を図る。
【００３１】
有機圧電素子２１は、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電素子１０５と、この圧電素子１０５の一方主面に形成された互いに分離した複数の電極１０６と、この圧電素子１０５の他方主面に略全面に亘って一様に形成された電極１０７とを備えて構成されたシート状の圧電素子である。
【００３２】
このように複数の電極１０６が圧電素子１０５の一方主面に形成されることによって、有機圧電素子２１は、１個の電極１０７と圧電素子１０５と電極１０６とから成る圧電素子を２次元状に第２圧電素子アレイとして備えることができ、これら各圧電素子が個別に動作することができる。
【００３３】
有機圧電素子２１における複数の圧電素子は、個別に機能させるために無機圧電素子２２のように個々に分離する必要がなく、一体的なシート状で構成することが可能である。従って、有機圧電素子２１の作製方法において、有機圧電材料から成るシート状の板状体に溝を形成する工程が必要なく、有機圧電素子２１の作製方法がより単純化され、より少ない工数で有機圧電素子２１を形成することができる。なお、有機圧電素子２１は、複数の圧電素子を備えると看做せるために、電極１０７に代え、複数の電極１０６とそれぞれ一対となる複数の電極で構成されてもよい。以上のように本実施形態にかかる超音波探触子は、２次元状の第１圧電素子アレイと第２圧電素子アレイを有するアレイ型超音波探触子である。
【００３４】
有機圧電素子２１は、図３に示す例では、複数の無機圧電素子２２の全体に亘って、共通接地電極２５および音響整合層２６を介して間接的に複数の無機圧電素子２２に積層されている。なお、有機圧電素子２１は、複数の無機圧電素子２２の一部に亘って積層されてもよい。
【００３５】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の個数（有機圧電素子２１の個数）と無機圧電素子２２の個数とは、同一でもよいが、本実施形態では、有機圧電素子２１の電極１０６の個数と無機圧電素子２２の個数とは、異なっている。すなわち、有機圧電素子２１が備える圧電素子の個数と無機圧電素子２２の個数とは、異なっている。このため、複数の無機圧電素子２２の合計の面積と複数の圧電素子を備える有機圧電素子２１の合計の面積とが同一であっても、１個の無機圧電素子２２が占有する面積と有機圧電素子２１における１個の圧電素子が占有する面積とをそれぞれ独立に設定することが可能となる。従って、無機圧電素子２２をその無機圧電素子２２に要求される仕様に応じて設計することができると共に、有機圧電素子２１をその有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて設計することが可能となる。
【００３６】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３面積とを異ならせることで、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３の面積とを設計することが可能となる。
【００３７】
有機圧電素子２１は、超音波を送信するように構成されてもよいが、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、超音波の反射波を受信するように構成されている。より具体的には、有機圧電素子２１は、反射波の超音波信号が受信され、この超音波信号を電気信号に変換することによってこの電気信号を出力する。この電気信号は、有機圧電素子２１における電極１０６と電極１０７とから出力される。この電気信号は、ケーブル３を介して受信回路１３へ出力される。
【００３８】
第２信号線３０は、外部からの電気信号を受ける導電パッド２８と有機圧電素子２１の電極１０６とを接続する。すなわち第２信号線３０は有機圧電素子２１の電極１０６から、音響整合層２６、音響分離部２４、音響整合層３１、音響制動部材２３を貫通して導電パッド２８に接続されている。導電パッド２８から音響制動部材２３、音響整合層３１を貫通する部分は、無機圧電素子２２に外部から電気信号を供給する第１信号線２９と同じ構造を有す。音響分離部２４と音響整合層２６を貫通する信号線部分は、音響分離部２４と音響インピーダンスが近い値を有する導電性部材からなる。このように第２信号線３０における音響分離部２４と音響整合層２６を貫通する信号線部分を、音響分離部２４と近い音響インピーダンスを有する導電性部材で形成することで、音響的クロストークの発生を防ぐことが出来る。
【００３９】
音響整合層２７は、有機圧電素子２１の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。そして、音響整合層２７は、円弧状に膨出した形状とされ、被検体に向けて送信される超音波を収束する音響レンズの機能を有する。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、音響分離部２４を貫通する第２信号線３０を、音響分離部２４と同等の音響インピーダンスを有する導電性部材を用いて作製することで、超音波探触子の大きさを保ったままでコストアップとならずに、音響的クロストークの発生を防ぐことが出来る。
【００４１】
このような構成の超音波診断装置Ｈでは、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１６の制御によって送信回路１２で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル３を介して超音波探触子２へ供給される。より具体的には、この電気信号の送信信号は、超音波探触子２における複数の無機圧電素子２２へそれぞれ供給される。この電気信号の送信信号は、例えば、所定の周期で繰り返される電圧パルスである。複数の無機圧電素子２２は、それぞれ、この電気信号の送信信号が供給されることによってその厚み方向に伸縮し、この電気信号の送信信号に応じて超音波振動する。この超音波振動によって、複数の無機圧電素子２２は、共通接地電極２５、音響整合層２６、有機圧電素子２１および音響整合層２７を介して超音波を放射する。超音波探触子２が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子２から被検体に対して超音波が送信される。
【００４２】
なお、超音波探触子２は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。
【００４３】
この被検体に対して送信された超音波は、被検体内部における音響インピーダンスが異なる１または複数の境界面で反射され、超音波の反射波となる。この反射波には、送信された超音波の周波数（基本波の基本周波数）成分だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。例えば、基本周波数の２倍、３倍および４倍などの第２高調波成分、第３高調波成分および第４高調波成分なども含まれる。この反射波の超音波は、超音波探触子２で受信される。より具体的には、この反射波の超音波は、音響整合層２７を介して有機圧電素子２１で受信され、有機圧電素子２１で機械的な振動が電気信号に変換されて受信信号として取り出される。この取り出された電気信号の受信信号は、ケーブル３を介して制御部１６で制御される受信回路１３で受信される。
【００４４】
ここで、上述において、各無機圧電素子２２から順次に超音波が被検体に向けて送信され、被検体で反射した超音波が有機圧電素子２１で受信される。
【００４５】
そして、画像処理部１４は、制御部１６の制御によって、受信回路１３で受信した受信信号に基づいて、送信から受信までの時間や受信強度などから被検体内の内部状態の画像（超音波画像）を生成し、表示部１５は、制御部１６の制御によって、画像処理部１４で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する。本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、上述したように基本波の高調波が受信されるので、ハーモニックイメージング技術によって超音波画像を形成することが可能となる。このため、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、比較的パワーの大きい第２および第３高調波が受信されるので、より鮮明な超音波画像の提供が可能となる。
【００４６】
また、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、複数の無機圧電素子２２が超音波を送信するように構成されているので、超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、比較的簡単な構造で送信パワーを大きくすることができる。従って、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、高調波のエコーを得るために比較的大きなパワーで基本波を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４７】
また、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、有機圧電素子２１は、超音波の反射波を受信するように構成されている。一般に、無機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば４〜５倍程度の周波数の超音波を受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。このような超音波を広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子２１によって超音波信号が受信されるので、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、比較的簡単な構造で周波数帯域を広帯域にすることができる。このため、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、基本波の高調波を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４８】
また、以上の説明では、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１とは２次元状に配列されている場合を示したが、用途に応じて１次元状であってもよい。
【００４９】
（超音波探触子２の作製方法）
超音波探触子２の作製方法について、図４から図１６を用いて説明する。
【００５０】
図４は、超音波探触子２の作製方法についての作製フロー図である。図５は有機圧電素子アレイ５の作製方法の概要図である。図６は、音響制動部材２３の概要図である。図７は、音響整合層３１の概要図である。図８は、平板状の両面電極付無機圧電素子５０を搭載したワークの概要図である。図９は、無機圧電素子２２をアレイ化されたワークの概要図である。図１０は、音響分離部２４を形成したワークの概要図である。図１１は、共通接地電極２５を形成したワークの概要図である。図１２は、音響整合層２６を形成したワークの概要図である。図１３は、穿孔されたワークの概要図である。図１４は、導電性部材５２を注入されたワークの概要図である。図１５は、有機圧電素子アレイを積層したワークの概要図である。図１６は、音響整合層２７を積層したワークの概要図である。
【００５１】
なお、図６から図１６においては、各図（ａ）は各工程において作製された結果物を横から観察した図であり、各図（ｂ）は斜めから観察した図である。各図（ａ）は各図（ｂ）中の矢印Ｙの方向へ観察した図である。
【００５２】
以下、図４の作製フロー図を基に超音波探触子２の作製方法を説明する。
【００５３】
最初に、ステップＳ１０にて、有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５を作製する。図５（ａ）に示すように、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電素子１０５が用意される。圧電素子１０５の厚さは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、圧電素子１０５の厚さは、約５０μｍである。
【００５４】
有機圧電材料は、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン／３フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が６０ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％が好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が８５ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％がより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電素子１０５を作成することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２構造を挙げることができる。ここで、Ｒは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、２価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、４，４′−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）と４，４′−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。
【００５５】
次に、図５（ｂ）に示すように、この有機圧電材料から成る圧電素子１０５の一方主面に互いに分離した複数の電極１０６（１０６−１１と１０６−１２）が例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。これら複数の電極１０６は、平面視にて線形独立な２方向に、例えば互いに直交する２方向にｍ行×ｎ列の２次元アレイ状に配列するように形成されてもよい（ｍ、ｎは、正の整数である）。電極１０６は、例えば、平面視にて矩形状とされ、そのサイズは、例えば分解能等によって適宜に設定されるが、例えば、約０．１ｍｍ×０．１ｍｍとされる。
【００５６】
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００５７】
そして、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、この有機圧電材料から成る圧電素子１０５の他方主面に電極１０７が例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。これによってｍ行×ｎ列の２次元アレイ状に配列された複数の電極１０６を一方主面に備えると共に他方主面に電極１０７を備える有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５が形成される。
【００５８】
このような構成の有機圧電素子２１は、電極１０６と、これに対向する電極１０７と、これら電極１０６と電極１０７との間に介在する有機圧電材料の圧電素子１０５とから１個の圧電素子が構成されることから、複数の圧電素子を含むと言える。
【００５９】
このように本実施形態における超音波探触子２の作製方法では、有機圧電材料から成るシート状の圧電素子１０５に、分離した複数の電極１０６をその表面に形成することによって複数の圧電素子が形成される。このため、複数の圧電素子を形成するためにシート状の圧電素子１０５に溝を形成する工程が必要ない。従って、このような構成の超音波探触子２では、有機圧電素子２１に対して溝を形成する工程が必要ではないため、有機圧電素子２１の作製方法がより単純化され、より少ない工数で超音波探触子２を作製することが可能となる。
【００６０】
なお、上述では、圧電素子１０５の一方主面に複数の電極１０６を形成した後に、圧電素子１０５の他方主面に電極１０７を形成したが、圧電素子１０５の他方主面に電極１０６を形成した後に、圧電素子１０５の一方主面に電極１０６の形状に対応した複数の電極１０７を形成してもよい。
【００６１】
次に、ステップＳ１１にて、図６（ａ）、（ｂ）に示すように有機圧電素子２１の大きさに応じた音響制動部材２３を用意する。音響制動部材２３は、超音波を吸収する平板状の超音波吸収体を備えて構成され、無機圧電素子２２の音響制動部材２３に接する面から放射される超音波を吸収するものである。
【００６２】
音響制動部材２３は後述する信号線Ｓに近い音響インピーダンスを有し、音響制動部材２３と信号線Ｓとの界面における超音波の反射を抑制し、無機圧電素子２２への音響的クロストークの発生を防止する。音響制動部材２３は、例えばシリコンゴムで形成されている。
【００６３】
次に、ステップＳ１２にて、図７（ａ）、（ｂ）に示すように音響制動部材２３の主面上に音響整合層３１を形成し、音響制動部材２３と音響整合層３１を貫通させる形で、信号線Ｓ（Ｓ１〜Ｓ５等）を形成し、信号線Ｓの音響制動部材２３の反対側の面に導電パッド２８を形成する。この信号線Ｓは、後工程で積層する無機圧電素子２２と有機圧電素子２１の電極に接続する。
【００６４】
次に、ステップＳ１３にて、無機圧電素子２２をアレイにして作製する。最初に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、平板状の両面電極付無機圧電素子５０が音響整合層３１上に積層される。両面電極付無機圧電素子５０は、無機圧電板の両面に電極を形成したものである。電極の形成法は、有機圧電素子の電極の形成法と同様の方法を採用する。例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。
【００６５】
両面電極付無機圧電素子５０を音響整合層３１に積層する際には、信号線Ｓ１からＳ５は、両面電極付無機圧電素子５０の一方主面に形成された電極に電気的に接続される。
【００６６】
無機圧電板の材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。
【００６７】
次に、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層３１が露出するまで積層方向に溝４１が両面電極付無機圧電素子５０に、例えばダイシングソー等によって形成され、アレイ化する。溝４１は、平面視にて線形独立な２方向に、例えば互いに直交する２方向にｐ行×ｑ列で配列する２次元アレイ状の複数の無機圧電素子２２（２２−１〜２２−３等）である第１圧電素子アレイ４を構成するように、これら２方向に複数形成される（ｐ、ｑは、正の整数である）。
【００６８】
溝４１が形成されることによって、両面電極付無機圧電素子５０における各面の電極が分割される。上面の電極は電極１０３に分割され、下面の電極は電極１０２に分割される。そのサイズは、例えば分解能等によって適宜に設定されるが、例えば、約０．４ｍｍ×０．４ｍｍとされる。各電極１０２は信号線Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５と接続され、導電パッド２８を通じて外部から電気信号を供給される。
【００６９】
次に、ステップＳ１４にて、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、溝４１に、各無機圧電素子の音響的クロストークや共振を回避するために、各無機圧電素子２２と音響インピーダンスが異なる部材、例えば低音響インピーダンス樹脂等の音響分離材が充填されて、音響分離部２４が形成される。このような樹脂は、例えば、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が用いられる。
【００７０】
次に、ステップＳ１５にて、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１圧電素子アレイ４の上面に、共通して接地させる電極となる共通接地電極２５が、例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって層状に形成される。この共通接地電極２５は図示しない配線によって接地される。
【００７１】
次に、ステップＳ１６にて、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、共通接地電極２５の上から音響整合層２６を形成する。
【００７２】
次に、ステップＳ１７にて、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層２６の上に上記のように作製した有機圧電素子２１を積載する前に、有機圧電素子２１と接続する第２信号線３０を形成するための孔を穿つ穿孔作業を実施する。前述のように第２信号線３０は、音響整合層３１の上面にまで形成されており、第２信号線３０の断面が露出する状態となっている。音響整合層２６の上面から信号線Ｓまでの音響整合層２６と音響分離部２４を除去して穿孔する。
【００７３】
音響整合層２６と音響分離部２４を除去する穿孔作業には、例えば、レーザやドリルを用いる。レーザを用いる場合、エキシマレーザなどの紫外レーザを採用すれば、アブレーション加工により音響整合層２６と音響分離部２４を切れよく除去し、レーザ加工孔５１を得ることができる。レーザ加工孔５１の深さはレーザ照射時間で制御でき、適切な深さのレーザ加工孔５１を開けることができる。なお、炭酸ガスレーザなどのハイパワーレーザを用いた熱加工により、音響整合層２６と音響分離部２４を昇華させて除去することもできる。
【００７４】
また、ドリルを用いた場合、ドリルと信号線Ｓとが導通するかどうかを監視しつつ穿孔する。信号線Ｓにドリルの先端が到達することを検知でき、余分な穿孔を防ぐことができる。
【００７５】
次に、ステップＳ１８にて、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、穿孔したレーザ加工孔５１に導電性部材５２を注入して固化することで、穿孔したレーザ加工孔５１の形状の導電性部材５２からなり、音響整合層２６と音響分離部２４を貫通して信号線Ｓに到達する第２信号線３０の部分を形成する。導電性部材５２には、音響分離部２４と近い音響的インピーダンスを有する低音響インピーダンス導電性部材を採用し、音響的クロストークを防ぐ。
【００７６】
具体的には、音響分離部２４の音響インピーダンスと導電性部材５２の音響インピーダンスとが条件式（１）を満足するように、それぞれの材料を選択する。
｜Ｚ１−Ｚ２｜≦０．５・１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ （１）
ここで、Ｚ１は音響分離部２４の音響インピーダンス、Ｚ２は導電性部材５２の音響インピーダンスである。条件式（１）を満足する材料を選択することで、音響分離部２４と導電性部材５２の間における超音波の反射を非常に少なくできる。
【００７７】
無機圧電材料には通常ＰＺＴが採用され、ＰＺＴの音響インピーダンスは２９〜３８（×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ）程度である。無機圧電素子２２同士の間の音響分離部２４には、ＰＺＴとの界面において超音波を透過させないように、ＰＺＴに比べて音響インピーダンスの値が大きく異なる材料、例えばシリコンゴムを採用する。シリコンゴムの音響インピーダンスは、０．９９〜１．４６（×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ）程度であり、ＰＺＴの音響インピーダンスと大きく異なる。従って、ＰＺＴ内で発生した超音波はＰＺＴとシリコンゴムとの界面で殆ど反射する。
【００７８】
導電性部材５２の例としては、導電部形成材と熱膨張性樹脂の混合物がある。導電部形成材の例としては導電性樹脂がある。一方、熱膨張性樹脂の例としては、熱膨張性マイクロカプセルや含気泡フィラーなどがある。
【００７９】
熱膨張性マイクロカプセルや含気泡フィラーに液体の導電性樹脂と合わせて混濁した後に固化することで、微小な空間領域に固形物を形成できる。従って、微細な信号線の形成に好適である。導電性樹脂と熱膨張性樹脂の混合比や固化する条件などを最適化することで、音響整合層２６と音響分離部２４を貫通して信号線Ｓに到達する第２信号線３０の部分を形成する導電性部材５２の音響インピーダンスの値と、音響分離部２４を形成するシリコンゴムの音響インピーダンスの値とを条件式（１）を満たすように設定できる。
【００８０】
導電性部材５２の他の例としては、金属ナノインクと熱膨張性マイクロカプセルの混合物や、金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物などがある。
【００８１】
金属ナノインクは微小な導電性インクであり、熱膨張性マイクロカプセルと含気泡マイクロビーズは微小な空間領域に固形物を形成できる。従って、これらの混合物は微細な信号線の形成に好適である。
【００８２】
これらの場合も上記と同様に、導電性部材５２を形成する金属ナノインクと熱膨張性マイクロカプセルの混合比や固化する条件などを最適化し、または、金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合比や固化する条件などを最適化することで、導電性部材５２の音響インピーダンスの値と、音響分離部２４を形成するシリコンゴムの音響インピーダンスの値とを条件式（１）を満たすように設定できる。
【００８３】
穿孔したレーザ加工孔５１にこれらの混合物のいずれかを充填する。該混合物を加熱することで、後工程で積層する有機圧電素子の電極と、導電パッド２８との導通をとる信号線が形成される。混合物の注入は、例えば、混合物を充填したディスペンサのニードルを穿孔した孔に近づけ、混合物を空気圧と押し出して出射して注入する。
【００８４】
例えば、導電性部材の例として、金属ナノインクと熱膨張性マイクロカプセルの混合物を採用した場合、金属ナノインクを加熱、焼成することで、金属ナノインクが発泡し、金属化して導電性を発揮する多孔質金属層が形成される。熱膨張性マイクロカプセルの具体例としては、ＥＸＰＡＮＣＥＬ社製「ＥＸＰＡＮＣＥＬ（ＤＵ）」が挙げられる。
【００８５】
次に、ステップＳ１９にて、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層２６の上に、上述したように別工程で作製したシート状の有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５が積層される。例えば、有機圧電素子アレイ５は、接着で無機圧電素子２２上に固定される。
【００８６】
有機圧電素子２１に設けた電極１０６が、第２信号線３０に対応するように積層する。有機圧電素子２１の電極１０７は共通電極であり、図示しない配線により接地される。
【００８７】
次に、ステップＳ２０にて、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、有機圧電素子２１上に、音響整合層２７が形成される。音響整合層２７は、必要に応じて単層または複数層で構成される。例えば、受信周波数帯域を広帯域化する場合では、音響整合層２７は、複数層で構成されることが好ましい。以上で図３に示す構成の超音波探触子２が作製され、超音波探触子２の作製フローが終了する。
【００８８】
本実施形態では、無機圧電素子２２は、両面に各電極１０２、１０３が形成された圧電素子１０１の単層で構成されたが、両面に各電極１０２、１０３が形成された圧電素子１０１が積層した複数層で構成されてもよい。
【００８９】
また、本実施形態では、有機圧電素子２１は、両面に電極１０６および電極１０７が形成された圧電素子１０５の単層で構成されたが、両面に電極１０６および電極１０７が形成された圧電素子１０５が複数層で構成されてもよい。複数層とすることによって、超音波を送信する場合には、そのパワーを大きくすることが可能となり、超音波を受信する場合には、受信感度を向上させることが可能となる。
【００９０】
以上のように本実施形態によれば、前記第１圧電素子アレイに配列された第１圧電素子の間に音響分離部を設け、前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続される信号線を、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材を用いて作製することで、複数の無機圧電素子２２の間における音響的クロストークの発生を防止することができる。
【００９１】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の個数（有機圧電素子２１の個数）と無機圧電素子２２の個数とは異ならせることで、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて、有機圧電素子２１の電極１０６の個数と無機圧電素子２２の個数とを設計することが可能となる。
【００９２】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３面積とを異ならせることで、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３の面積とを設計することが可能となる。
【００９３】
また、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に熱膨張性樹脂と導電部形成材の混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を超音波探触子の作製方法に採用することで、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間における音響的クロストークの発生を防止することができる。
【００９４】
また、前記熱膨張性樹脂に、熱膨張性マイクロカプセルまたは含気泡フィラーの一方を採用し、前記導電性部材に、金属ナノインクまたは導電部形成材の一方を採用することで、音響的クロストークの発生を防止する信号線を作製することができる。
【００９５】
また、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を超音波探触子の作製方法に採用することで、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間における音響的クロストークの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施形態における超音波診断装置Ｈの外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置Ｈの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態の超音波診断装置における超音波探触子２の構成を示す断面図である。
【図４】超音波探触子２の作製方法についての作製フロー図である。
【図５】有機圧電素子アレイ５の作製方法の概要図である。
【図６】音響制動部材２３の概要図である。
【図７】音響整合層３１の概要図である。
【図８】平板状の両面電極付無機圧電素子５０を搭載したワークの概要図である。
【図９】無機圧電素子２２をアレイ化されたワークの概要図である。
【図１０】音響分離部２４を形成したワークの概要図である。
【図１１】共通接地電極２５を形成したワークの概要図である。
【図１２】音響整合層２６を形成したワークの概要図である。
【図１３】穿孔されたワークの概要図である。
【図１４】導電性部材５２を注入されたワークの概要図である。
【図１５】有機圧電素子アレイを積層したワークの概要図である。
【図１６】音響整合層２７を積層したワークの概要図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
３ ケーブル
４ 無機圧電素子アレイ
５ 有機圧電素子アレイ
１１ 操作入力部
１２ 送信回路
１３ 受信回路
１４ 画像処理部
１５ 表示部
１６ 制御部
２１ 有機圧電素子
２２ 無機圧電素子
２３ 音響制動部材
２４ 音響分離部
２５ 共通接地電極
２６、２７、３１ 音響整合層
２８ 導電パッド
２９ 第１信号線
３０ 第２信号線
４１ 溝
５０ 両面電極付無機圧電素子
５１ レーザ加工孔
５２ 導電性部材
１０１、１０５ 圧電素子
１０２、１０３，１０７ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置等の超音波機器に用いるに好適な超音波探触子及びその作製方法に関し、特に超音波素子を２次元状に配列して形成する超音波探触子の信号線を簡便に作製することを可能とした超音波探触子及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、体内の血流や体組織の断面形状の画像化に広く使われている。超音波診断装置は、超音波プローブを用いて生体組織に超音波を送信し、超音波を細いビームに絞り込み、組織界面のインピーダンス差によって生じる反射エコーを受信し、体内組織の画像形成を行い、超音波画像を得る。
【０００３】
超音波診断装置は、通常、１次元状に圧電素子を配列したアレイ型探触子を超音波プローブ内に配置し、超音波を２次元状にスキャンし、体内断面画像の形成を行っている。
【０００４】
最近、圧電素子を２次元状に配列した圧電素子アレイを搭載した２Ｄアレイ型探触子が登場してきている。特に、受信帯域を広くするために、被検体内からの反射波のうちの基本波を受信する第１圧電素子アレイと、高調波を受信する第２圧電素子アレイとを設けた超音波プローブが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
第１圧電素子アレイと第２圧電素子アレイの二つの圧電素子アレイを設けることで、各圧電素子アレイを構成する圧電素子への信号線の接続が難しくなる。これに対し、圧電素子の背面に配設された音響制動部材内に、信号線が占める空間を減少させる目的で、信号線を貫通させて配線する技術が提案されている。（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２７６４７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１６６９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の技術を用いた場合、音響制動部材の音響インピーダンスに対して信号線の音響インピーダンスが大きいことから、音響制動部材と信号線の間で超音波が反射し、圧電素子に音響的クロストークが発生してしまう。
【０００７】
特に、特許文献１に記載の技術において、第２の圧電素子アレイを構成する圧電素子からの信号線を、第１の圧電素子アレイの圧電素子同士の間を貫通させて配線する構成とすると、第１の圧電素子アレイを構成する圧電素子同士の間の音響分離材の間に高音響インピーダンスの信号線が存在することになり、第１圧電素子にクロストークが発生し、超音波探触子の性能を悪化させることになる。
【０００８】
本発明の目的は、圧電素子アレイを構成する圧電素子同士の音響的クロストークの発生を防止した信号線を有する超音波探触子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．両面に電極を有する第１圧電素子が２次元状に配列された第１圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに積層して配置され、前記第１圧電素子アレイと反対側の面に第１電極を有し、第１圧電素子アレイ側の面に第２電極を有する第２圧電素子が２次元状に配列された第２圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の間に備えられた音響分離部と、
を有し、
前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続され、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材からなる信号線と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
【００１１】
２．前記第１圧電素子に電圧が印加される面積と、前記第２圧電素子に電圧が印加される面積とは異なることを特徴とする前記１記載の超音波探触子。
【００１２】
３．前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の個数と、前記第２圧電素子アレイに配列された前記第２圧電素子の個数とは異なることを特徴とする前記１記載の超音波探触子。
【００１３】
４．前記１から３に記載の超音波探触子の作製方法であって、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に熱膨張性樹脂と導電部形成材の混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【００１４】
５．前記熱膨張性樹脂は、熱膨張性マイクロカプセルまたは含気泡フィラーの一方であり、
前記導電性部材は、金属ナノインクまたは導電部形成材の一方であることを特徴とする前記４記載の超音波探触子の作製方法。
【００１５】
６．前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする前記５に記載の超音波探触子の作製方法。
【発明の効果】
【００１６】
超音波探触子の大きさを保ったままでコストアップとならずに、圧電素子アレイの圧電素子間での音響的クロストークの発生を防止した信号線を有する超音波探触子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１８】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す図である。
【００１９】
超音波診断装置Ｈは、図１に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信すると共に、被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して超音波を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体内からの超音波の反射波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２０】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力する操作入力部１１と、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に超音波を発生させる送信回路１２と、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する受信回路１３と、受信回路１３で受信した受信信号に基づいて被検体内の内部状態の画像（超音波画像）を生成する画像処理部１４と、画像処理部１４で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する表示部１５と、これら操作入力部１１、送信回路１２、受信回路１３、画像処理部１４および表示部１５を当該機能に応じて制御することによって超音波診断装置Ｈの全体制御を行う制御部１６と、を備えて構成される。
【００２１】
超音波探触子（超音波プローブ）２は、無機圧電素子と有機圧電素子とを備えている。無機圧電素子は無機圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる。有機圧電素子は有機圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる。
【００２２】
このような構成の超音波探触子２は、例えば、図３に示す構成の超音波探触子２を例示することができる。
【００２３】
この超音波探触子２は、平板状の音響制動部材２３と、この音響制動部材２３の上に積層された音響整合層３１と、この音響制動部材２３の一方主面上に支持されて積層された複数の無機圧電素子２２（第１圧電素子）を備えた無機圧電素子アレイ（第１圧電素子アレイ）４と、これら複数の無機圧電素子２２同士の隙間に音響分離材を充填して作製される音響分離部２４と、これら複数の無機圧電素子２２上に積層された共通接地電極２５と、この共通接地電極２５上に積層される音響整合層２６と、この音響整合層２６上に積層される有機圧電素子２１（第２圧電素子）を備えた有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５と、この有機圧電素子２１上に積層される音響整合層２７と、外部からの電気信号を受ける導電パッド２８と無機圧電素子２２の電極とを接続する第１信号線２９と、外部からの電気信号を受ける導電パッド２８と有機圧電素子の電極とを接続する低音響インピーダンス導電性部材からなる第２信号線３０などから構成される。
【００２４】
音響制動部材２３は、超音波を吸収する材料から構成され、複数の無機圧電素子２２から音響制動部材２３方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００２５】
音響整合層３１は、音響制動部材２３と無機圧電素子２２の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響制動部材２３と無機圧電素子２２の音響インピーダンスの整合を図る。
【００２６】
各無機圧電素子２２は、無機圧電材料から構成される圧電素子１０１における互いに対向する両面にそれぞれ電極１０２、１０３を備えて構成される。複数の無機圧電素子２２は、互いに所定の間隔を空けて平面視にて２次元状に配列され、第１圧電素子アレイとして音響制動部材２３上に配置されている。
【００２７】
複数の無機圧電素子２２は、超音波の反射波を受信するように構成されてもよいが、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、超音波を送信するように構成されている。より具体的には、複数の無機圧電素子２２には、送信回路１２からケーブル３と導電パッド２８、第１信号線２９を介して電気信号が入力される。この電気信号は、無機圧電素子２２の電極１０２と電極１０３との間に入力される。複数の無機圧電素子２２は、この電気信号を超音波信号に変換することによって超音波信号を送信する。
【００２８】
音響分離部２４は、無機圧電素子２２の音響的インピーダンスと値が大きく異なる低音響インピーダンス樹脂から構成され、音響的インピーダンスが大きく異なることにより、音響分離材として働き、これら複数の無機圧電素子２２の相互干渉を低減する機能を有する。音響分離部２４によって各無機圧電素子２２間におけるクロストークの低減が可能となる。
【００２９】
共通接地電極２５は、導電性の材料から構成され、図略の配線によって接地されており、そして、複数の無機圧電素子２２上にまたがって直線状に積層されることによってこれら無機圧電素子２２における各電極１０３を電気的に接地している。
【００３０】
音響整合層２６は、後工程で積層する有機圧電素子２１と無機圧電素子２２の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、有機圧電素子２１と無機圧電素子２２の音響インピーダンスの整合を図る。
【００３１】
有機圧電素子２１は、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電素子１０５と、この圧電素子１０５の一方主面に形成された互いに分離した複数の電極１０６と、この圧電素子１０５の他方主面に略全面に亘って一様に形成された電極１０７とを備えて構成されたシート状の圧電素子である。
【００３２】
このように複数の電極１０６が圧電素子１０５の一方主面に形成されることによって、有機圧電素子２１は、１個の電極１０７と圧電素子１０５と電極１０６とから成る圧電素子を２次元状に第２圧電素子アレイとして備えることができ、これら各圧電素子が個別に動作することができる。
【００３３】
有機圧電素子２１における複数の圧電素子は、個別に機能させるために無機圧電素子２２のように個々に分離する必要がなく、一体的なシート状で構成することが可能である。従って、有機圧電素子２１の作製方法において、有機圧電材料から成るシート状の板状体に溝を形成する工程が必要なく、有機圧電素子２１の作製方法がより単純化され、より少ない工数で有機圧電素子２１を形成することができる。なお、有機圧電素子２１は、複数の圧電素子を備えると看做せるために、電極１０７に代え、複数の電極１０６とそれぞれ一対となる複数の電極で構成されてもよい。以上のように本実施形態にかかる超音波探触子は、２次元状の第１圧電素子アレイと第２圧電素子アレイを有するアレイ型超音波探触子である。
【００３４】
有機圧電素子２１は、図３に示す例では、複数の無機圧電素子２２の全体に亘って、共通接地電極２５および音響整合層２６を介して間接的に複数の無機圧電素子２２に積層されている。なお、有機圧電素子２１は、複数の無機圧電素子２２の一部に亘って積層されてもよい。
【００３５】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の個数（有機圧電素子２１の個数）と無機圧電素子２２の個数とは、同一でもよいが、本実施形態では、有機圧電素子２１の電極１０６の個数と無機圧電素子２２の個数とは、異なっている。すなわち、有機圧電素子２１が備える圧電素子の個数と無機圧電素子２２の個数とは、異なっている。このため、複数の無機圧電素子２２の合計の面積と複数の圧電素子を備える有機圧電素子２１の合計の面積とが同一であっても、１個の無機圧電素子２２が占有する面積と有機圧電素子２１における１個の圧電素子が占有する面積とをそれぞれ独立に設定することが可能となる。従って、無機圧電素子２２をその無機圧電素子２２に要求される仕様に応じて設計することができると共に、有機圧電素子２１をその有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて設計することが可能となる。
【００３６】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３面積とを異ならせることで、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３の面積とを設計することが可能となる。
【００３７】
有機圧電素子２１は、超音波を送信するように構成されてもよいが、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、超音波の反射波を受信するように構成されている。より具体的には、有機圧電素子２１は、反射波の超音波信号が受信され、この超音波信号を電気信号に変換することによってこの電気信号を出力する。この電気信号は、有機圧電素子２１における電極１０６と電極１０７とから出力される。この電気信号は、ケーブル３を介して受信回路１３へ出力される。
【００３８】
第２信号線３０は、外部からの電気信号を受ける導電パッド２８と有機圧電素子２１の電極１０６とを接続する。すなわち第２信号線３０は有機圧電素子２１の電極１０６から、音響整合層２６、音響分離部２４、音響整合層３１、音響制動部材２３を貫通して導電パッド２８に接続されている。導電パッド２８から音響制動部材２３、音響整合層３１を貫通する部分は、無機圧電素子２２に外部から電気信号を供給する第１信号線２９と同じ構造を有す。音響分離部２４と音響整合層２６を貫通する信号線部分は、音響分離部２４と音響インピーダンスが近い値を有する導電性部材からなる。このように第２信号線３０における音響分離部２４と音響整合層２６を貫通する信号線部分を、音響分離部２４と近い音響インピーダンスを有する導電性部材で形成することで、音響的クロストークの発生を防ぐことが出来る。
【００３９】
音響整合層２７は、有機圧電素子２１の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。そして、音響整合層２７は、円弧状に膨出した形状とされ、被検体に向けて送信される超音波を収束する音響レンズの機能を有する。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、音響分離部２４を貫通する第２信号線３０を、音響分離部２４と同等の音響インピーダンスを有する導電性部材を用いて作製することで、超音波探触子の大きさを保ったままでコストアップとならずに、音響的クロストークの発生を防ぐことが出来る。
【００４１】
このような構成の超音波診断装置Ｈでは、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１６の制御によって送信回路１２で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル３を介して超音波探触子２へ供給される。より具体的には、この電気信号の送信信号は、超音波探触子２における複数の無機圧電素子２２へそれぞれ供給される。この電気信号の送信信号は、例えば、所定の周期で繰り返される電圧パルスである。複数の無機圧電素子２２は、それぞれ、この電気信号の送信信号が供給されることによってその厚み方向に伸縮し、この電気信号の送信信号に応じて超音波振動する。この超音波振動によって、複数の無機圧電素子２２は、共通接地電極２５、音響整合層２６、有機圧電素子２１および音響整合層２７を介して超音波を放射する。超音波探触子２が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子２から被検体に対して超音波が送信される。
【００４２】
なお、超音波探触子２は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。
【００４３】
この被検体に対して送信された超音波は、被検体内部における音響インピーダンスが異なる１または複数の境界面で反射され、超音波の反射波となる。この反射波には、送信された超音波の周波数（基本波の基本周波数）成分だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。例えば、基本周波数の２倍、３倍および４倍などの第２高調波成分、第３高調波成分および第４高調波成分なども含まれる。この反射波の超音波は、超音波探触子２で受信される。より具体的には、この反射波の超音波は、音響整合層２７を介して有機圧電素子２１で受信され、有機圧電素子２１で機械的な振動が電気信号に変換されて受信信号として取り出される。この取り出された電気信号の受信信号は、ケーブル３を介して制御部１６で制御される受信回路１３で受信される。
【００４４】
ここで、上述において、各無機圧電素子２２から順次に超音波が被検体に向けて送信され、被検体で反射した超音波が有機圧電素子２１で受信される。
【００４５】
そして、画像処理部１４は、制御部１６の制御によって、受信回路１３で受信した受信信号に基づいて、送信から受信までの時間や受信強度などから被検体内の内部状態の画像（超音波画像）を生成し、表示部１５は、制御部１６の制御によって、画像処理部１４で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する。本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、上述したように基本波の高調波が受信されるので、ハーモニックイメージング技術によって超音波画像を形成することが可能となる。このため、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、比較的パワーの大きい第２および第３高調波が受信されるので、より鮮明な超音波画像の提供が可能となる。
【００４６】
また、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、複数の無機圧電素子２２が超音波を送信するように構成されているので、超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、比較的簡単な構造で送信パワーを大きくすることができる。従って、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、高調波のエコーを得るために比較的大きなパワーで基本波を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４７】
また、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈでは、有機圧電素子２１は、超音波の反射波を受信するように構成されている。一般に、無機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば４〜５倍程度の周波数の超音波を受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。このような超音波を広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子２１によって超音波信号が受信されるので、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、比較的簡単な構造で周波数帯域を広帯域にすることができる。このため、本実施形態における超音波探触子２および超音波診断装置Ｈは、基本波の高調波を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４８】
また、以上の説明では、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１とは２次元状に配列されている場合を示したが、用途に応じて１次元状であってもよい。
【００４９】
（超音波探触子２の作製方法）
超音波探触子２の作製方法について、図４から図１６を用いて説明する。
【００５０】
図４は、超音波探触子２の作製方法についての作製フロー図である。図５は有機圧電素子アレイ５の作製方法の概要図である。図６は、音響制動部材２３の概要図である。図７は、音響整合層３１の概要図である。図８は、平板状の両面電極付無機圧電素子５０を搭載したワークの概要図である。図９は、無機圧電素子２２をアレイ化されたワークの概要図である。図１０は、音響分離部２４を形成したワークの概要図である。図１１は、共通接地電極２５を形成したワークの概要図である。図１２は、音響整合層２６を形成したワークの概要図である。図１３は、穿孔されたワークの概要図である。図１４は、導電性部材５２を注入されたワークの概要図である。図１５は、有機圧電素子アレイを積層したワークの概要図である。図１６は、音響整合層２７を積層したワークの概要図である。
【００５１】
なお、図６から図１６においては、各図（ａ）は各工程において作製された結果物を横から観察した図であり、各図（ｂ）は斜めから観察した図である。各図（ａ）は各図（ｂ）中の矢印Ｙの方向へ観察した図である。
【００５２】
以下、図４の作製フロー図を基に超音波探触子２の作製方法を説明する。
【００５３】
最初に、ステップＳ１０にて、有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５を作製する。図５（ａ）に示すように、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電素子１０５が用意される。圧電素子１０５の厚さは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、圧電素子１０５の厚さは、約５０μｍである。
【００５４】
有機圧電材料は、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン／３フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が６０ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％が好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が８５ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％がより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電素子１０５を作成することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２構造を挙げることができる。ここで、Ｒは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、２価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、４，４′−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）と４，４′−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。
【００５５】
次に、図５（ｂ）に示すように、この有機圧電材料から成る圧電素子１０５の一方主面に互いに分離した複数の電極１０６（１０６−１１と１０６−１２）が例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。これら複数の電極１０６は、平面視にて線形独立な２方向に、例えば互いに直交する２方向にｍ行×ｎ列の２次元アレイ状に配列するように形成されてもよい（ｍ、ｎは、正の整数である）。電極１０６は、例えば、平面視にて矩形状とされ、そのサイズは、例えば分解能等によって適宜に設定されるが、例えば、約０．１ｍｍ×０．１ｍｍとされる。
【００５６】
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００５７】
そして、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、この有機圧電材料から成る圧電素子１０５の他方主面に電極１０７が例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。これによってｍ行×ｎ列の２次元アレイ状に配列された複数の電極１０６を一方主面に備えると共に他方主面に電極１０７を備える有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５が形成される。
【００５８】
このような構成の有機圧電素子２１は、電極１０６と、これに対向する電極１０７と、これら電極１０６と電極１０７との間に介在する有機圧電材料の圧電素子１０５とから１個の圧電素子が構成されることから、複数の圧電素子を含むと言える。
【００５９】
このように本実施形態における超音波探触子２の作製方法では、有機圧電材料から成るシート状の圧電素子１０５に、分離した複数の電極１０６をその表面に形成することによって複数の圧電素子が形成される。このため、複数の圧電素子を形成するためにシート状の圧電素子１０５に溝を形成する工程が必要ない。従って、このような構成の超音波探触子２では、有機圧電素子２１に対して溝を形成する工程が必要ではないため、有機圧電素子２１の作製方法がより単純化され、より少ない工数で超音波探触子２を作製することが可能となる。
【００６０】
なお、上述では、圧電素子１０５の一方主面に複数の電極１０６を形成した後に、圧電素子１０５の他方主面に電極１０７を形成したが、圧電素子１０５の他方主面に電極１０６を形成した後に、圧電素子１０５の一方主面に電極１０６の形状に対応した複数の電極１０７を形成してもよい。
【００６１】
次に、ステップＳ１１にて、図６（ａ）、（ｂ）に示すように有機圧電素子２１の大きさに応じた音響制動部材２３を用意する。音響制動部材２３は、超音波を吸収する平板状の超音波吸収体を備えて構成され、無機圧電素子２２の音響制動部材２３に接する面から放射される超音波を吸収するものである。
【００６２】
音響制動部材２３は後述する信号線Ｓに近い音響インピーダンスを有し、音響制動部材２３と信号線Ｓとの界面における超音波の反射を抑制し、無機圧電素子２２への音響的クロストークの発生を防止する。音響制動部材２３は、例えばシリコンゴムで形成されている。
【００６３】
次に、ステップＳ１２にて、図７（ａ）、（ｂ）に示すように音響制動部材２３の主面上に音響整合層３１を形成し、音響制動部材２３と音響整合層３１を貫通させる形で、信号線Ｓ（Ｓ１〜Ｓ５等）を形成し、信号線Ｓの音響制動部材２３の反対側の面に導電パッド２８を形成する。この信号線Ｓは、後工程で積層する無機圧電素子２２と有機圧電素子２１の電極に接続する。
【００６４】
次に、ステップＳ１３にて、無機圧電素子２２をアレイにして作製する。最初に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、平板状の両面電極付無機圧電素子５０が音響整合層３１上に積層される。両面電極付無機圧電素子５０は、無機圧電板の両面に電極を形成したものである。電極の形成法は、有機圧電素子の電極の形成法と同様の方法を採用する。例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。
【００６５】
両面電極付無機圧電素子５０を音響整合層３１に積層する際には、信号線Ｓ１からＳ５は、両面電極付無機圧電素子５０の一方主面に形成された電極に電気的に接続される。
【００６６】
無機圧電板の材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。
【００６７】
次に、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層３１が露出するまで積層方向に溝４１が両面電極付無機圧電素子５０に、例えばダイシングソー等によって形成され、アレイ化する。溝４１は、平面視にて線形独立な２方向に、例えば互いに直交する２方向にｐ行×ｑ列で配列する２次元アレイ状の複数の無機圧電素子２２（２２−１〜２２−３等）である第１圧電素子アレイ４を構成するように、これら２方向に複数形成される（ｐ、ｑは、正の整数である）。
【００６８】
溝４１が形成されることによって、両面電極付無機圧電素子５０における各面の電極が分割される。上面の電極は電極１０３に分割され、下面の電極は電極１０２に分割される。そのサイズは、例えば分解能等によって適宜に設定されるが、例えば、約０．４ｍｍ×０．４ｍｍとされる。各電極１０２は信号線Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５と接続され、導電パッド２８を通じて外部から電気信号を供給される。
【００６９】
次に、ステップＳ１４にて、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、溝４１に、各無機圧電素子の音響的クロストークや共振を回避するために、各無機圧電素子２２と音響インピーダンスが異なる部材、例えば低音響インピーダンス樹脂等の音響分離材が充填されて、音響分離部２４が形成される。このような樹脂は、例えば、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が用いられる。
【００７０】
次に、ステップＳ１５にて、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１圧電素子アレイ４の上面に、共通して接地させる電極となる共通接地電極２５が、例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって層状に形成される。この共通接地電極２５は図示しない配線によって接地される。
【００７１】
次に、ステップＳ１６にて、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、共通接地電極２５の上から音響整合層２６を形成する。
【００７２】
次に、ステップＳ１７にて、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層２６の上に上記のように作製した有機圧電素子２１を積載する前に、有機圧電素子２１と接続する第２信号線３０を形成するための孔を穿つ穿孔作業を実施する。前述のように第２信号線３０は、音響整合層３１の上面にまで形成されており、第２信号線３０の断面が露出する状態となっている。音響整合層２６の上面から信号線Ｓまでの音響整合層２６と音響分離部２４を除去して穿孔する。
【００７３】
音響整合層２６と音響分離部２４を除去する穿孔作業には、例えば、レーザやドリルを用いる。レーザを用いる場合、エキシマレーザなどの紫外レーザを採用すれば、アブレーション加工により音響整合層２６と音響分離部２４を切れよく除去し、レーザ加工孔５１を得ることができる。レーザ加工孔５１の深さはレーザ照射時間で制御でき、適切な深さのレーザ加工孔５１を開けることができる。なお、炭酸ガスレーザなどのハイパワーレーザを用いた熱加工により、音響整合層２６と音響分離部２４を昇華させて除去することもできる。
【００７４】
また、ドリルを用いた場合、ドリルと信号線Ｓとが導通するかどうかを監視しつつ穿孔する。信号線Ｓにドリルの先端が到達することを検知でき、余分な穿孔を防ぐことができる。
【００７５】
次に、ステップＳ１８にて、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、穿孔したレーザ加工孔５１に導電性部材５２を注入して固化することで、穿孔したレーザ加工孔５１の形状の導電性部材５２からなり、音響整合層２６と音響分離部２４を貫通して信号線Ｓに到達する第２信号線３０の部分を形成する。導電性部材５２には、音響分離部２４と近い音響的インピーダンスを有する低音響インピーダンス導電性部材を採用し、音響的クロストークを防ぐ。
【００７６】
具体的には、音響分離部２４の音響インピーダンスと導電性部材５２の音響インピーダンスとが条件式（１）を満足するように、それぞれの材料を選択する。
｜Ｚ１−Ｚ２｜≦０．５・１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ （１）
ここで、Ｚ１は音響分離部２４の音響インピーダンス、Ｚ２は導電性部材５２の音響インピーダンスである。条件式（１）を満足する材料を選択することで、音響分離部２４と導電性部材５２の間における超音波の反射を非常に少なくできる。
【００７７】
無機圧電材料には通常ＰＺＴが採用され、ＰＺＴの音響インピーダンスは２９〜３８（×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ）程度である。無機圧電素子２２同士の間の音響分離部２４には、ＰＺＴとの界面において超音波を透過させないように、ＰＺＴに比べて音響インピーダンスの値が大きく異なる材料、例えばシリコンゴムを採用する。シリコンゴムの音響インピーダンスは、０．９９〜１．４６（×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓ）程度であり、ＰＺＴの音響インピーダンスと大きく異なる。従って、ＰＺＴ内で発生した超音波はＰＺＴとシリコンゴムとの界面で殆ど反射する。
【００７８】
導電性部材５２の例としては、導電部形成材と熱膨張性樹脂の混合物がある。導電部形成材の例としては導電性樹脂がある。一方、熱膨張性樹脂の例としては、熱膨張性マイクロカプセルや含気泡フィラーなどがある。
【００７９】
熱膨張性マイクロカプセルや含気泡フィラーに液体の導電性樹脂と合わせて混濁した後に固化することで、微小な空間領域に固形物を形成できる。従って、微細な信号線の形成に好適である。導電性樹脂と熱膨張性樹脂の混合比や固化する条件などを最適化することで、音響整合層２６と音響分離部２４を貫通して信号線Ｓに到達する第２信号線３０の部分を形成する導電性部材５２の音響インピーダンスの値と、音響分離部２４を形成するシリコンゴムの音響インピーダンスの値とを条件式（１）を満たすように設定できる。
【００８０】
導電性部材５２の他の例としては、金属ナノインクと熱膨張性マイクロカプセルの混合物や、金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物などがある。
【００８１】
金属ナノインクは微小な導電性インクであり、熱膨張性マイクロカプセルと含気泡マイクロビーズは微小な空間領域に固形物を形成できる。従って、これらの混合物は微細な信号線の形成に好適である。
【００８２】
これらの場合も上記と同様に、導電性部材５２を形成する金属ナノインクと熱膨張性マイクロカプセルの混合比や固化する条件などを最適化し、または、金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合比や固化する条件などを最適化することで、導電性部材５２の音響インピーダンスの値と、音響分離部２４を形成するシリコンゴムの音響インピーダンスの値とを条件式（１）を満たすように設定できる。
【００８３】
穿孔したレーザ加工孔５１にこれらの混合物のいずれかを充填する。該混合物を加熱することで、後工程で積層する有機圧電素子の電極と、導電パッド２８との導通をとる信号線が形成される。混合物の注入は、例えば、混合物を充填したディスペンサのニードルを穿孔した孔に近づけ、混合物を空気圧と押し出して出射して注入する。
【００８４】
例えば、導電性部材の例として、金属ナノインクと熱膨張性マイクロカプセルの混合物を採用した場合、金属ナノインクを加熱、焼成することで、金属ナノインクが発泡し、金属化して導電性を発揮する多孔質金属層が形成される。熱膨張性マイクロカプセルの具体例としては、ＥＸＰＡＮＣＥＬ社製「ＥＸＰＡＮＣＥＬ（ＤＵ）」が挙げられる。
【００８５】
次に、ステップＳ１９にて、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層２６の上に、上述したように別工程で作製したシート状の有機圧電素子アレイ（第２圧電素子アレイ）５が積層される。例えば、有機圧電素子アレイ５は、接着で無機圧電素子２２上に固定される。
【００８６】
有機圧電素子２１に設けた電極１０６が、第２信号線３０に対応するように積層する。有機圧電素子２１の電極１０７は共通電極であり、図示しない配線により接地される。
【００８７】
次に、ステップＳ２０にて、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、有機圧電素子２１上に、音響整合層２７が形成される。音響整合層２７は、必要に応じて単層または複数層で構成される。例えば、受信周波数帯域を広帯域化する場合では、音響整合層２７は、複数層で構成されることが好ましい。以上で図３に示す構成の超音波探触子２が作製され、超音波探触子２の作製フローが終了する。
【００８８】
本実施形態では、無機圧電素子２２は、両面に各電極１０２、１０３が形成された圧電素子１０１の単層で構成されたが、両面に各電極１０２、１０３が形成された圧電素子１０１が積層した複数層で構成されてもよい。
【００８９】
また、本実施形態では、有機圧電素子２１は、両面に電極１０６および電極１０７が形成された圧電素子１０５の単層で構成されたが、両面に電極１０６および電極１０７が形成された圧電素子１０５が複数層で構成されてもよい。複数層とすることによって、超音波を送信する場合には、そのパワーを大きくすることが可能となり、超音波を受信する場合には、受信感度を向上させることが可能となる。
【００９０】
以上のように本実施形態によれば、前記第１圧電素子アレイに配列された第１圧電素子の間に音響分離部を設け、前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続される信号線を、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材を用いて作製することで、複数の無機圧電素子２２の間における音響的クロストークの発生を防止することができる。
【００９１】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の個数（有機圧電素子２１の個数）と無機圧電素子２２の個数とは異ならせることで、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて、有機圧電素子２１の電極１０６の個数と無機圧電素子２２の個数とを設計することが可能となる。
【００９２】
また、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３面積とを異ならせることで、無機圧電素子２２と有機圧電素子２１に要求される仕様に応じて、有機圧電素子２１の電極１０６の面積と無機圧電素子２２の電極１０２、１０３の面積とを設計することが可能となる。
【００９３】
また、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に熱膨張性樹脂と導電部形成材の混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を超音波探触子の作製方法に採用することで、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間における音響的クロストークの発生を防止することができる。
【００９４】
また、前記熱膨張性樹脂に、熱膨張性マイクロカプセルまたは含気泡フィラーの一方を採用し、前記導電性部材に、金属ナノインクまたは導電部形成材の一方を採用することで、音響的クロストークの発生を防止する信号線を作製することができる。
【００９５】
また、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を超音波探触子の作製方法に採用することで、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間における音響的クロストークの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施形態における超音波診断装置Ｈの外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置Ｈの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態の超音波診断装置における超音波探触子２の構成を示す断面図である。
【図４】超音波探触子２の作製方法についての作製フロー図である。
【図５】有機圧電素子アレイ５の作製方法の概要図である。
【図６】音響制動部材２３の概要図である。
【図７】音響整合層３１の概要図である。
【図８】平板状の両面電極付無機圧電素子５０を搭載したワークの概要図である。
【図９】無機圧電素子２２をアレイ化されたワークの概要図である。
【図１０】音響分離部２４を形成したワークの概要図である。
【図１１】共通接地電極２５を形成したワークの概要図である。
【図１２】音響整合層２６を形成したワークの概要図である。
【図１３】穿孔されたワークの概要図である。
【図１４】導電性部材５２を注入されたワークの概要図である。
【図１５】有機圧電素子アレイを積層したワークの概要図である。
【図１６】音響整合層２７を積層したワークの概要図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
３ ケーブル
４ 無機圧電素子アレイ
５ 有機圧電素子アレイ
１１ 操作入力部
１２ 送信回路
１３ 受信回路
１４ 画像処理部
１５ 表示部
１６ 制御部
２１ 有機圧電素子
２２ 無機圧電素子
２３ 音響制動部材
２４ 音響分離部
２５ 共通接地電極
２６、２７、３１ 音響整合層
２８ 導電パッド
２９ 第１信号線
３０ 第２信号線
４１ 溝
５０ 両面電極付無機圧電素子
５１ レーザ加工孔
５２ 導電性部材
１０１、１０５ 圧電素子
１０２、１０３，１０７ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に電極を有する第１圧電素子が２次元状に配列された第１圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに積層して配置され、前記第１圧電素子アレイと反対側の面に第１電極を有し、第１圧電素子アレイ側の面に第２電極を有する第２圧電素子が２次元状に配列された第２圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の間に備えられた音響分離部と、
を有し、
前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続され、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材からなる信号線と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記第１圧電素子に電圧が印加される面積と、前記第２圧電素子に電圧が印加される面積とは異なることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の個数と、前記第２圧電素子アレイに配列された前記第２圧電素子の個数とは異なることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
請求項１から３に記載の超音波探触子の作製方法であって、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に熱膨張性樹脂と導電部形成材の混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【請求項５】
前記熱膨張性樹脂は、熱膨張性マイクロカプセルまたは含気泡フィラーの一方であり、
前記導電性部材は、金属ナノインクまたは導電部形成材の一方であることを特徴とする請求項４記載の超音波探触子の作製方法。
【請求項６】
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子の作製方法。
【請求項１】
両面に電極を有する第１圧電素子が２次元状に配列された第１圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに積層して配置され、前記第１圧電素子アレイと反対側の面に第１電極を有し、第１圧電素子アレイ側の面に第２電極を有する第２圧電素子が２次元状に配列された第２圧電素子アレイと、
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の間に備えられた音響分離部と、
を有し、
前記音響分離部を貫通して前記第２電極に接続され、前記音響分離部の音響インピーダンスに略等しい音響インピーダンスを有する導電性部材からなる信号線と、
を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記第１圧電素子に電圧が印加される面積と、前記第２圧電素子に電圧が印加される面積とは異なることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子の個数と、前記第２圧電素子アレイに配列された前記第２圧電素子の個数とは異なることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
請求項１から３に記載の超音波探触子の作製方法であって、前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に熱膨張性樹脂と導電部形成材の混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする超音波探触子の作製方法。
【請求項５】
前記熱膨張性樹脂は、熱膨張性マイクロカプセルまたは含気泡フィラーの一方であり、
前記導電性部材は、金属ナノインクまたは導電部形成材の一方であることを特徴とする請求項４記載の超音波探触子の作製方法。
【請求項６】
前記第１圧電素子アレイに配列された前記第１圧電素子間に音響分離部を作製する工程と、前記音響分離部に貫通孔を作製する工程と、前記貫通孔に金属ナノインクと硬質の含気泡マイクロビーズの混合物を注入し固化する工程と、からなる前記信号線を作製する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子の作製方法。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１３６８０７（Ｐ２０１０−１３６８０７Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１４３２３（Ｐ２００８−３１４３２３）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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