(57)【要約】  圧電振動子の正確な配列と電極層間の導通状態を確保した超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置および超音波探傷装置を提供する技術が開示され、その技術によれば圧電体層２と電極層３が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層３同士を接続する側面電極６を設けて構成された圧電振動子１を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子１の前記側面電極６が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材１０を介在させた。
2009011089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させた超音波探触子。
【請求項２】
隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が前記間隔保持材に対して対称となるように前記圧電振動子に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記圧電振動子間にそれぞれ介在する前記間隔保持材の少なくとも１つが導電性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記間隔保持材の前記積層方向の高さが前記圧電振動子の側面の高さよりも低く構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記間隔保持材が両面テープであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されている超音波探触子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波診断装置本体とを含む超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波探傷装置本体とを含む超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断、治療などの医療分野や、非破壊検査などの産業用分野で利用される超音波探触子と、超音波探触子を用いた超音波診断装置及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細長い短冊状の複数の圧電振動子を一次元配列させたアレイ型超音波探触子が超音波診断装置などに広く用いられている。超音波探触子の高感度化を図るために、短冊状の圧電振動子に積層圧電セラミクスを用いる構成が従来知られている。積層圧電セラミクスを用いる場合、その積層数をｎとすると同一周波数を単層で実現した場合に比べて、駆動電圧一定とすると電界がｎ倍かかるため、送信される音圧もｎ倍に向上する。【０００３】
図１２Ａ及び図１２Ｂは従来知られている超音波探触子の概略図を示す。図１２Ａは超音波探触子の斜視図、図１２Ｂはその断面図をそれぞれ示す。圧電振動子１は２層の圧電体層２および３層の電極層を交互に積層した積層体として構成される。２層の圧電体層２は分極軸が対向しており、３層の電極層のうち、上下層がグランド電極層３b、中央層がシグナル電極層３aとなり、それぞれアース取出電極４と信号リード線５に電気的に接続されている。【０００４】
グランド電極層３bは側面に回し込んだ側面電極６と電気的に接続されて圧電振動子１下面まで導かれ、アース取出電極４と例えば半田付けや導電性接着剤などにより電気的に接続されている。同様に中央のシグナル電極層３aも側面電極６を通じて圧電振動子１下面に導かれ、信号リード線５と接続されている。圧電振動子１上部には超音波を効率よく送受信するための音響整合層７が形成され、圧電振動子１下部には圧電振動子配列を保持しかつ、圧電振動子１下部に放射される超音波を吸収減衰させるための背面材８がある。【０００５】
一次元アレイ配列形成には、例えばダイシングソーなどの分割加工装置を用いる。分割加工装置によって音響整合層７から背面材８に到達する分割溝を形成することで細長い短冊状の圧電振動子１をアレイ状に形成する（例えば下記の特許文献１参照）。【０００６】
アレイ状に分割されたことで、側面電極６の幅は狭くなり、加工の影響で導通状態が不安定になったり、断線の可能性もあり確実な導通状態を確保する必要がある。分割後の短冊状の圧電振動子１を事前に作成し、長手方向の側面を使って側面電極６を形成する方法が考えられるが、短冊状の圧電振動子１を配列させる工程が必要となり、配列の乱れが懸念される。【０００７】
また、１次元配列アレイだけではなく２次元配列アレイにおいても、積層圧電セラミクスを採用する構成が従来知られている。1次元配列アレイよりも圧電振動子１の大きさが小さくなる２次元配列アレイでは積層圧電セラミクスを採用することで、圧電振動子１の電気的なインピーダンスを下げる効果があり有益である。【０００８】
図１３Ａ及び図１３Ｂは従来知られている２次元配列アレイ超音波探触子の概略図を示す。図１３Ａは圧電振動子の構造を示す概略図、図１３Ｂは複数の圧電振動子配列した概略図をそれぞれ示す。圧電振動子１は３層の圧電体層２および４層の電極層３が交互に積層した積層体として構成されている。この場合、４層の電極層３のうち、上から１層目と３層目がグランド電極層３b、２層目と最下層の４層目がシグナル電極層３aとなる。【０００９】
１次元配列アレイの圧電振動子と同様に細長い短冊状の圧電振動子１（図１３Ａ）を事前に作成し、長手方向の広い２つの側面上において、その側面上で電気的に接続させたくない電極層３（例えば上から１層目と３層目のグランド電極層３bを接続させたい場合には、２層目のシグナル電極層３a）の端面部分に所定の幅の絶縁層９を設けて、その上から側面電極６を形成することで２層のグランド電極層３bあるいは２層のシグナル電極層３aを電気的に接続させる。【００１０】
側面電極６を施した複数の細長い短冊状の圧電振動子１を、図１３Ｂに示すようにｘ方向に所定の間隔で整列させた後に、隣接する圧電振動子１間の隙間１０を接着剤などの樹脂を用いて充填し固定させた後に、短冊状の圧電振動子１の長手方向に直交する方向、図１３Ｂにおいてはｘ方向に延びる分割溝１１を、例えばダイシングソーなどの分割加工装置を用いてｙ方向に複数形成し、同様に充填固定することで、２次元の圧電振動子配列を形成する（例えば、下記の特許分献２参照）。【００１１】
また、超音波診断装置などで一般的に用いる周波数数MHｚの超音波探触子は、短冊状の圧電振動子１の幅は数十から数百μm程度であり、圧電振動子１と圧電振動子１の間の間隔１０は数十μmであり、２次元配列アレイでも同様の寸法となる。【００１２】
図１３Ｂに示した従来の2次元配列アレイの場合に、細長い短冊状の圧電振動子１を所定の隙間１０にて整列させる工程で、数百μm幅の圧電振動子１を数十μmの隙間１０で配列させることが作業的に困難であり、さらに配列後に素子配列を維持した状態で隙間１０に接着剤等充填する作業も難しく、作業時に素子がわずかに動いて位置ずれしてしまう可能性もある。
【特許文献１】特開平１−１７４１９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２９９７７９号公報
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では素子配列の乱れは、形成する超音波ビームの乱れを招き、分解能の低下や超音波断層画像の画質低下を招いてしまう可能性があり、配列の乱れが激しい場合は隣接素子間が接触してしまい、電気的な短絡や構造的なクロストークの原因にも成りかねないという課題を有していた。
【発明の開示】
【００１４】
本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたもので、側面電極を介した電極層間の導通状態の確保と、正確な圧電振動子配列を簡便に実現できる超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置および超音波探傷装置を提供するものである。
【００１５】
本発明の超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させた構成を有している。
【００１６】
この構成により、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の超音波探触子は、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が前記間隔保持材に対して対称となるように前記圧電振動子に設けられている構成を有している。
【００１８】
この構成により、圧電振動子を所望の間隔でより正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００１９】
また、本発明の超音波探触子は、前記圧電振動子間にそれぞれ介在する前記間隔保持材の少なくとも１つが導電性を有する材料で構成されることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、間隔保持材を挟む２つの側面電極の電気的接続を、別の手段を用いることなく簡便かつ確実に実現することができるとともに、圧電振動子を所望の間隔でより正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供する。
【００２１】
また、本発明の超音波探触子は、前記間隔保持材の前記積層方向の高さが前記圧電振動子の側面の高さよりも低くした構成を有している。
【００２２】
この構成により、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともでき、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能であると同時に、例えば音響整合層や背面材などを圧電振動子の上下面に設ける場合に圧電振動子の上下面との面接触がより確実になるため、感度が高く周波数帯域特性が広い良好な特性を有する超音波探触子を提供することができる。
【００２３】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記間隔保持材が両面テープである構成を有している。
【００２４】
この構成により、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが、より簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００２５】
また、本発明の超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されている構成を有している。
【００２６】
この構成により、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００２７】
また、本発明の超音波診断装置は、上述した本発明の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波診断装置本体とを含むことを特徴とする。
【００２８】
この構成により、本発明に係る超音波探触子の長所を活かし、精度の高い超音波診断を行うことができる。
【００２９】
さらに、本発明の超音波探傷装置は、上述した本発明の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波探傷装置本体とを含むことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、本発明に係る超音波探触子の長所を活かし、精度の高い非破壊検査を行うことができる。
【００３１】
本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させたことにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である。
【００３２】
また、本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されていることにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である。
【００３３】
また、本発明に係る超音波診断装置は、上述した超音波探触子を使用しているため、より正確な診断をすることが可能となる。
【００３４】
さらに、本発明に係る超音波探傷装置は、上述した超音波探触子を使用しているため、より正確な非破壊検査をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子配列の概略図
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する更に別の圧電振動子配列の概略図
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成するさらに別の圧電振動子配列の概略図
【図５】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子の２次元配列を示す概略図
【図６】本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図
【図７】本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子配列の概略図
【図８】本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子の２次元配列を示す概略図
【図９】本発明の第一および第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子の断面図
【図１０】本発明の第三の実施の形態に係る超音波診断装置の一例を示す概略図
【図１１】本発明の第四の実施の形態に係る超音波探傷装置の一例を示す概略図
【図１２Ａ】従来知られている超音波探触子の斜視図
【図１２Ｂ】従来知られている超音波探触子の断面図
【図１３Ａ】従来知られている２次元配列アレイ超音波探触子の圧電振動子の概略図
【図１３Ｂ】従来知られている２次元配列アレイ超音波探触子の概略図
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波探触子について、図面を用いて説明する。【００３７】
＜第一の実施の形態＞
本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図を図１に示す。図１では圧電振動子１が積層方向と直行する方向であるｘ方向に５つ並んだ場合について示しているが、その数は２以上であればいくつであっても構わない。【００３８】
圧電振動子１は、３層の圧電体層２および４層の電極層３が交互に積層した積層体として構成される。図１では、４層の電極層３のうち、上から１層目と３層目がグランド電極層３b、２層目と最下層の４層目がシグナル電極層３aとなる。３層の圧電体層２と４層の電極層３を積層した細長い短冊状の圧電振動子を事前に作成し、長手方向（図１のｙ方向）に沿う広い２つの略平坦な側面上において、例えば１層目と３層目のグランド電極層３ｂを電気的に接続させる場合には、２層目のシグナル電極層３aの端面に相当する、電気的に接続させたくない電極層３の端面に所定の幅の絶縁層９を設けて、その上に側面電極６を形成して２層のグランド電極層３bあるいは２層のシグナル電極層３aを電気的に接続させる。【００３９】
絶縁層９は、例えばエポキシ系やポリイミド系の有機系の材料をスクリーン印刷したり、ディスペンス装置などを用いて塗布することで形成したり、あるいはアルミナなどの無機絶縁材料をスパッタリングなどの真空薄膜形成法を用いることで形成する。【００４０】
側面電極６は、例えば金などの金属材料を同じくスパッタリングなどを用いることで作成できる。このように、圧電振動子１の長手方向（図１のｙ方向）に沿う広い２つの略平坦な側面上に側面電極６を形成し、２層のグランド電極層３bあるいは２層のシグナル電極層３aを電気的に接続することによって、それ以外の幅の狭い２つの側面（図１のｘ方向に沿う面）に側面電極６を形成する場合と比較して、２つの電極層３の電気的な接続に寄与する側面電極６の幅は広くなり、側面電極６全幅にわたる破損や剥離が起こらない限り、部分的な破損や剥離であれば２つの電極層３間の導通が十分に確保でき、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子１となる。【００４１】
ただし、この側面電極６を形成した積層構造の圧電振動子１を用いてアレイ型の超音波探触子を構成する場合には、圧電振動子１の配列方向に垂直な側面に側面電極６が存在する構成となるため、例えばダイシングソーなどを用いて１枚の板状積層体を分割して圧電振動子配列を形成しようとした場合、分割するための溝を形成した結果出現する側面に対して絶縁層９と側面電極６を形成しなければならず、工法的にも作業的にも困難である。【００４２】
そこで、予め絶縁層９と側面電極６を形成した細長い短冊状の圧電振動子１を所望の配列間隔で並べてアレイ型の超音波探触子を形成する方法が考えられる。【００４３】
図１では、圧電振動子１と圧電振動子１の間に一定の間隔を形成するために決められた厚みの間隔保持材１０が配置されている。圧電振動子１を配列する作業時に圧電振動子と間隔保持材１０を交互に配列していくか、あるいは圧電振動子１の側面に間隔保持材１０を予め配置したものを作成しておき、その作成したものを配列することで常に間隔保持材１０の厚みで規定される間隔を保持して圧電振動子を整列させることができる。【００４４】
このときに好ましくは、図２（本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子配列の概略図）に示すように、圧電振動子１の高さT１よりも間隔保持材１０の高さT２を低くして、圧電振動子１の上下に間隔保持材１０がはみ出さないようにする。【００４５】
こうすることで圧電振動子の上下に、例えば音響整合層や背面材を配置する際に、間隔保持材１０に邪魔されることなく圧電振動子の上下面との面接触がより確実になり、感度が高く周波数帯域特性が広い良好な特性を実現することができる。間隔保持材１０としては、隣接する側面電極６が電気的に短絡しないように絶縁性を有している必要があり、また数十μm程度の薄くて均一な厚みが必要であるため、例えばポリエステルフィルムやポリイミドフィルムのようなフィルム材がよい。【００４６】
さらに好ましくは、例えばポリエステルフィルムのようなフィルム材を基材とし、例えばアクリル系粘着材を前記基材の両面に設けた構成や、例えば基材はなくてアクリル系粘着材のみで構成されるような両面テープが適している。両面テープを用いることで、配列時あるいは配列後の接着剤による固着や配列した圧電振動子の両端から配列方向に力を加え続けるような機械的な拘束状態の維持など別の手段を用いなくても、圧電振動子１の間に間隔保持材１０である両面テープを配置してしまえば両面の粘着性により圧電振動子１の配列状態を保持することができるため、精度良い圧電振動子１配列が作成できると同時に作業性にも優れる。【００４７】
また、図３に本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の別の概略図を示す。図１との相違点は、隣接する圧電振動子１側面の側面電極６の位置関係である。【００４８】
図１では、すべての圧電振動子１で、向かって左下と右上の位置に側面電極６が配置された状態で配列を形成している。図３では、圧電振動子１の側面電極６が、一つおきにその位置が異なるように配置されており、最も左端の圧電振動子１は、向かって左下と右上に側面電極６があり、左から２つめの圧電振動子１は、向かって左上と右下に側面電極６がある。【００４９】
この配置にすることで、隣接する圧電振動子１の側面電極６が間隔保持材１０を挟んで対向するようになる。間隔保持材１０の中心から見て左右対称な状態になり、対向した側面電極６の間で間隔保持材１０を挟みこむことによって、間隔の寸法精度を維持することに有利である。【００５０】
なお、図３において、間隔保持材１０を挟んで対向している側面電極６は、両方ともグランド電極に接続している、あるいはシグナル電極に接続している電気的に共通な側面電極６同士である。そこで図４（本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成するさらに別の圧電振動子配列の概略図）に示すように、グランド電極に接続している側面電極６の間に介在する間隔保持材１０ａを導電性を有する材料とすることで強固なグランド接続を確保することができ、S/Nが良化し超音波探触子の性能向上に寄与する。【００５１】
また、隣接する２つの圧電振動子１を同時に駆動して用いる超音波探触子であれば、間隔保持材１０すべてを導電性を有する材料で構成することで間隔保持材１０に間隔保持と電極接続の２つの役割を持たせ、別の手段を用いることなく、２つの圧電振動子１間の確実なシグナル電極及びグランド電極の接続が可能となる。【００５２】
なお、図１から図４では圧電振動子１が１次元配列した超音波探触子の場合について説明したが、図５のように、１次元配列した圧電振動子１を配列方向に垂直なｘ方向に延びる分割溝１１を形成して圧電振動子１を分割することによって２次元配列を形成することができる。分割溝１１には、例えばエポキシ樹脂などを充填する場合もある。このように圧電振動子１を１次元に配列した後に分割することで作成した圧電振動子１の２次元配列を有する超音波探触子であっても、本発明を逸脱するものではない。【００５３】
＜第二の実施の形態＞
図６に本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図を示す。略平坦な側面に絶縁層および側面電極を配置した圧電振動子であることは、第一の実施の形態と同様であり、説明を省略する。【００５４】
図６では、絶縁層および側面電極を配置した側面の上に、例えばポリイミドやエポキシなどの有機絶縁材料をスクリーン印刷あるいは塗布したり、あるいはアルミナなどの無機絶縁材料をスパッタリングなどの真空薄膜形成法を用いることで、均一な厚みの間隔保持層を形成する。間隔保持層を設けた圧電振動子をそのまま配列することによって、間隔保持層の厚みで決められる所望の間隔で圧電振動子１を正確に配列することができる。また、間隔保持層は絶縁層や側面電極を被覆保護する機能も有するため、側面電極を介した電極層間の導通状態の確保に対してより有利な構成となる。【００５５】
なお、図６では圧電振動子の側面電極を設けた２つの側面ともに間隔保持層を形成した場合について説明した。２つの側面の側面電極６ともに被服保護するという効果を考えると有利であるが、図７に示すように一方の側面側だけに間隔保持層を形成しても配列間隔を保持するためには十分であり、この構成であっても構わない。【００５６】
また、第一の実施の形態に係る超音波探触子と同様に、図８に示すように、分割溝１１で圧電振動子１の１次元配列を分割することで２次元配列を有する超音波探触子でも、本発明の効果は変わらず、本発明を逸脱するものではない。【００５７】
なお、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明した圧電振動子１は、電気的に接続したくない電極層３の端面に絶縁層９を形成した上に側面電極６を形成した構成について説明したが、図９に示すように、接続したくない電極層３の端面が圧電振動子１側面に露出しないように、電極層３を予め形成することで、絶縁層９を形成することなく、側面電極６を形成することが可能であり、この構成の圧電振動子１を用いたとしても、本発明を逸脱するものではない。【００５８】
さらに、第一の実施の形態および第二の実施の形態では、３つの圧電体層２と４つの電極層３からなる積層構造の圧電振動子１の場合について説明したが、圧電体層２と電極層３の数については限定されるものではなく幾つであってもかまわない。
また、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明した間隔保持材１０のｙ方向の長さおよび圧電振動子１を分割した場合のｙ方向に必要な個数は、ｘ方向に隣接する圧電振動子１と圧電振動子１が一定の間隔が確保できればよく、例えば１つの圧電振動子１のｙ方向の両端部分に短い長さの間隔保持材１０を２つ配置して、圧電振動子１の両端部分で一定の間隔を確保する構成であってもよいし、あるいは短い間隔保持材１０を、圧電振動子１のｙ方向の両端と中央部に配置し３箇所で一定の間隔を確保するような構成であっても本発明を逸脱しない。【００５９】
＜第三の実施の形態＞
次に、本発明に係る超音波診断装置の一例を示す概略図を図１０に示す。【００６０】
図１０に示す超音波診断装置は、超音波診断装置本体１３と、これと電気的に接続された超音波探触子１４とを備えており、超音波探触子１４は、第一の実施の形態および第二の実施の形態に係る超音波探触子の構成を備えている。【００６１】
上述した構成の超音波診断装置の動作について説明する。まず、操作者が、超音波探触子１４の超音波送受信面を被検者１５の体表面に当てる。この状態で、超音波診断装置本体１３から超音波探触子１４に電気信号（駆動信号）が送信される。【００６２】
駆動信号は、超音波探触子１４内の圧電振動子において超音波に変換されて、被検者１５に送波される。この超音波は被検者１５の体内で反射され、反射波の一部が超音波探触子１４内の圧電振動子で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置本体１４に入力される。入力された受信信号は、超音波診断装置本体１３にて信号処理され、例えば断層画像としてＣＲＴなどの表示装置に出力される。【００６３】
上述した超音波診断装置において、超音波探触子１４としては、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明したような本発明の超音波探触子が使用される。このような超音波診断装置によれば、第一の実施の形態および第二の実施の形態で示した超音波探触子の長所を活かし、精度の高い超音波診断を行うことができる。【００６４】
＜第四の実施の形態＞
次に、本発明に係る超音波探傷装置の一例を示す概略図を図１１に示す。【００６５】
図１１に示す超音波探傷装置は、超音波探傷装置本体１６と、これと電気的に接続された超音波探触子１４とを備えており、超音波探触子１４は、第一の実施の形態および第二の実施の形態に係る超音波探触子の構成を備えている。【００６６】
上述した構成の超音波探傷装置の動作について説明する。まず、操作者が、超音波探触子１４の超音波送受信面を被検物１７の表面に当てる。この状態で、超音波探傷装置本体１６から超音波探触子１４に電気信号（駆動信号）が送信される。駆動信号は、超音波探触子１４内の圧電振動子において超音波に変換されて、被検物１７に送波される。【００６７】
この超音波は被検物１７の内部の傷や欠陥で反射され、反射波の一部が超音波探触子１４内の圧電振動子で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波探傷装置本体１６に入力される。入力された受信信号は、超音波探傷装置本体１６にて信号処理され、例えば断層画像としてＣＲＴなどに表示される。【００６８】
上述した超音波探傷装置において、超音波探触子１４としては、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明したような本発明の超音波探触子が使用される。このような超音波探傷装置によれば、第一の実施の形態および第二の実施の形態で示した超音波探触子の長所を活かし、精度の高い非破壊検査を行うことができる。【００６９】
本実施の形態では2次元配列アレイを持いて説明した。本発明は2次元アレイにとらわれることなく、他の形式の超音波探触子においても実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させたことにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能となる。【００７１】
さらに本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されていることにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である。【００７２】
この超音波探触子を使用した超音波診断装置は、正確な超音波診断を可能とする効果を有し、診断、治療などの医療分野に有用であり、また、この超音波探触子を使用した超音波探傷装置は、非破壊検査などの産業用分野で有用である。
【図１】
2009011089.tif 000003
【図２】
2009011089.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009011089.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2009011089.tif 000015
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2009011089.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させた超音波探触子。
【請求項２】
隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が前記間隔保持材に対して対称となるように前記圧電振動子に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記圧電振動子間にそれぞれ介在する前記間隔保持材の少なくとも１つが導電性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記間隔保持材の前記積層方向の高さが前記圧電振動子の側面の高さよりも低く構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記間隔保持材が両面テープであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されている超音波探触子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波診断装置本体とを含む超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波探傷装置本体とを含む超音波探傷装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断、治療などの医療分野や、非破壊検査などの産業用分野で利用される超音波探触子と、超音波探触子を用いた超音波診断装置及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細長い短冊状の複数の圧電振動子を一次元配列させたアレイ型超音波探触子が超音波診断装置などに広く用いられている。超音波探触子の高感度化を図るために、短冊状の圧電振動子に積層圧電セラミクスを用いる構成が従来知られている。積層圧電セラミクスを用いる場合、その積層数をｎとすると同一周波数を単層で実現した場合に比べて、駆動電圧一定とすると電界がｎ倍かかるため、送信される音圧もｎ倍に向上する。
【０００３】
図１２Ａ及び図１２Ｂは従来知られている超音波探触子の概略図を示す。図１２Ａは超音波探触子の斜視図、図１２Ｂはその断面図をそれぞれ示す。圧電振動子１は２層の圧電体層２および３層の電極層を交互に積層した積層体として構成される。２層の圧電体層２は分極軸が対向しており、３層の電極層のうち、上下層がグランド電極層３b、中央層がシグナル電極層３aとなり、それぞれアース取出電極４と信号リード線５に電気的に接続されている。
【０００４】
グランド電極層３bは側面に回し込んだ側面電極６と電気的に接続されて圧電振動子１下面まで導かれ、アース取出電極４と例えば半田付けや導電性接着剤などにより電気的に接続されている。同様に中央のシグナル電極層３aも側面電極６を通じて圧電振動子１下面に導かれ、信号リード線５と接続されている。圧電振動子１上部には超音波を効率よく送受信するための音響整合層７が形成され、圧電振動子１下部には圧電振動子配列を保持しかつ、圧電振動子１下部に放射される超音波を吸収減衰させるための背面材８がある。
【０００５】
一次元アレイ配列形成には、例えばダイシングソーなどの分割加工装置を用いる。分割加工装置によって音響整合層７から背面材８に到達する分割溝を形成することで細長い短冊状の圧電振動子１をアレイ状に形成する（例えば下記の特許文献１参照）。
【０００６】
アレイ状に分割されたことで、側面電極６の幅は狭くなり、加工の影響で導通状態が不安定になったり、断線の可能性もあり確実な導通状態を確保する必要がある。分割後の短冊状の圧電振動子１を事前に作成し、長手方向の側面に沿って側面電極６を形成する方法が考えられるが、短冊状の圧電振動子１を配列させる工程が必要となり、配列の乱れが懸念される。
【０００７】
また、１次元配列アレイだけではなく２次元配列アレイにおいても、積層圧電セラミクスを採用する構成が従来知られている。1次元配列アレイよりも圧電振動子１の大きさが小さくなる２次元配列アレイでは積層圧電セラミクスを採用することで、圧電振動子１の電気的なインピーダンスを下げる効果があり有益である。
【０００８】
図１３Ａ及び図１３Ｂは従来知られている２次元配列アレイ超音波探触子の概略図を示す。図１３Ａは圧電振動子の構造を示す概略図、図１３Ｂは複数の圧電振動子配列した概略図をそれぞれ示す。圧電振動子１は３層の圧電体層２および４層の電極層３が交互に積層した積層体として構成されている。この場合、４層の電極層３のうち、上から１層目と３層目がグランド電極層３b、２層目と最下層の４層目がシグナル電極層３aとなる。
【０００９】
１次元配列アレイの圧電振動子と同様に細長い短冊状の圧電振動子１（図１３Ａ）を事前に作成し、長手方向の広い２つの側面上において、その側面上で電気的に接続させたくない電極層３（例えば上から１層目と３層目のグランド電極層３bを接続させたい場合には、２層目のシグナル電極層３a）の端面部分に所定の幅の絶縁層９を設けて、その上から側面電極６を形成することで２層のグランド電極層３bあるいは２層のシグナル電極層３aを電気的に接続させる。
【００１０】
側面電極６を施した複数の細長い短冊状の圧電振動子１を、図１３Ｂに示すようにｘ方向に所定の間隔で整列させた後に、隣接する圧電振動子１間の隙間１０を接着剤などの樹脂を用いて充填し固定させた後に、短冊状の圧電振動子１の長手方向に直交する方向、図１３Ｂにおいてはｘ方向に延びる分割溝１１を、例えばダイシングソーなどの分割加工装置を用いてｙ方向に複数形成し、同様に充填固定することで、２次元の圧電振動子配列を形成する（例えば、下記の特許分献２参照）。
【００１１】
また、超音波診断装置などで一般的に用いる周波数数MHｚの超音波探触子は、短冊状の圧電振動子１の幅は数十から数百μm程度であり、圧電振動子１と圧電振動子１の間の間隔１０は数十μmであり、２次元配列アレイでも同様の寸法となる。
【００１２】
図１３Ｂに示した従来の2次元配列アレイの場合に、細長い短冊状の圧電振動子１を所定の隙間１０にて整列させる工程で、数百μm幅の圧電振動子１を数十μmの隙間１０で配列させることが作業的に困難であり、さらに配列後に素子配列を維持した状態で隙間１０に接着剤等充填する作業も難しく、作業時に素子がわずかに動いて位置ずれしてしまう可能性もある。
【特許文献１】特開平１−１７４１９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２９９７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では素子配列の乱れは、形成する超音波ビームの乱れを招き、分解能の低下や超音波断層画像の画質低下を招いてしまう可能性があり、配列の乱れが激しい場合は隣接素子間が接触してしまい、電気的な短絡や構造的なクロストークの原因にも成りかねないという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたもので、側面電極を介した電極層間の導通状態の確保と、正確な圧電振動子配列を簡便に実現できる超音波探触子およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置および超音波探傷装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させた構成を有している。
【００１６】
この構成により、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の超音波探触子は、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が前記間隔保持材に対して対称となるように前記圧電振動子に設けられている構成を有している。
【００１８】
この構成により、圧電振動子を所望の間隔でより正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００１９】
また、本発明の超音波探触子は、前記圧電振動子間にそれぞれ介在する前記間隔保持材の少なくとも１つが導電性を有する材料で構成されることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、間隔保持材を挟む２つの側面電極の電気的接続を、別の手段を用いることなく簡便かつ確実に実現することができるとともに、圧電振動子を所望の間隔でより正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供する。
【００２１】
また、本発明の超音波探触子は、前記間隔保持材の前記積層方向の高さが前記圧電振動子の側面の高さよりも低くした構成を有している。
【００２２】
この構成により、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともでき、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能であると同時に、例えば音響整合層や背面材などを圧電振動子の上下面に設ける場合に圧電振動子の上下面との面接触がより確実になるため、感度が高く周波数帯域特性が広い良好な特性を有する超音波探触子を提供することができる。
【００２３】
さらに、本発明の超音波探触子は、前記間隔保持材が両面テープである構成を有している。
【００２４】
この構成により、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが、より簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００２５】
また、本発明の超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されている構成を有している。
【００２６】
この構成により、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である超音波探触子を提供することができる。
【００２７】
また、本発明の超音波診断装置は、上述した本発明の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波診断装置本体とを含むことを特徴とする。
【００２８】
この構成により、本発明に係る超音波探触子の長所を活かし、精度の高い超音波診断を行うことができる。
【００２９】
さらに、本発明の超音波探傷装置は、上述した本発明の超音波探触子と、前記超音波探触子と電気的に接続された超音波探傷装置本体とを含むことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、本発明に係る超音波探触子の長所を活かし、精度の高い非破壊検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させたことにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である。
【００３２】
また、本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されていることにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である。
【００３３】
また、本発明に係る超音波診断装置は、上述した超音波探触子を使用しているため、より正確な診断をすることが可能となる。
【００３４】
さらに、本発明に係る超音波探傷装置は、上述した超音波探触子を使用しているため、より正確な非破壊検査をすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波探触子について、図面を用いて説明する。
【００３６】
＜第一の実施の形態＞
本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図を図１に示す。図１では圧電振動子１が積層方向と直行する方向であるｘ方向に５つ並んだ場合について示しているが、その数は２以上であればいくつであっても構わない。
【００３７】
圧電振動子１は、３層の圧電体層２および４層の電極層３が交互に積層した積層体として構成される。図１では、４層の電極層３のうち、上から１層目と３層目がグランド電極層３b、２層目と最下層の４層目がシグナル電極層３aとなる。３層の圧電体層２と４層の電極層３を積層した細長い短冊状の圧電振動子を事前に作成し、長手方向（図１のｙ方向）に沿う広い２つの略平坦な側面上において、例えば１層目と３層目のグランド電極層３ｂを電気的に接続させる場合には、２層目のシグナル電極層３aの端面に相当する、電気的に接続させたくない電極層３の端面に所定の幅の絶縁層９を設けて、その上に側面電極６を形成して２層のグランド電極層３bあるいは２層のシグナル電極層３aを電気的に接続させる。
【００３８】
絶縁層９は、例えばエポキシ系やポリイミド系の有機系の材料をスクリーン印刷したり、ディスペンス装置などを用いて塗布することで形成したり、あるいはアルミナなどの無機絶縁材料をスパッタリングなどの真空薄膜形成法を用いることで形成する。
【００３９】
側面電極６は、例えば金などの金属材料を同じくスパッタリングなどを用いることで作成できる。このように、圧電振動子１の長手方向（図１のｙ方向）に沿う広い２つの略平坦な側面上に側面電極６を形成し、２層のグランド電極層３bあるいは２層のシグナル電極層３aを電気的に接続することによって、それ以外の幅の狭い２つの側面（図１のｘ方向に沿う面）に側面電極６を形成する場合と比較して、２つの電極層３の電気的な接続に寄与する側面電極６の幅は広くなり、側面電極６全幅にわたる破損や剥離が起こらない限り、部分的な破損や剥離であれば２つの電極層３間の導通が十分に確保でき、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子１となる。
【００４０】
ただし、この側面電極６を形成した積層構造の圧電振動子１を用いてアレイ型の超音波探触子を構成する場合には、圧電振動子１の配列方向に垂直な側面に側面電極６が存在する構成となるため、例えばダイシングソーなどを用いて１枚の板状積層体を分割して圧電振動子配列を形成しようとした場合、分割するための溝を形成した結果出現する側面に対して絶縁層９と側面電極６を形成しなければならず、工法的にも作業的にも困難である。
【００４１】
そこで、予め絶縁層９と側面電極６を形成した細長い短冊状の圧電振動子１を所望の配列間隔で並べてアレイ型の超音波探触子を形成する方法が考えられる。
【００４２】
図１では、圧電振動子１と圧電振動子１の間に一定の間隔を形成するために決められた厚みの間隔保持材１０が配置されている。圧電振動子１を配列する作業時に圧電振動子と間隔保持材１０を交互に配列していくか、あるいは圧電振動子１の側面に間隔保持材１０を予め配置したものを作成しておき、その作成したものを配列することで常に間隔保持材１０の厚みで規定される間隔を保持して圧電振動子を整列させることができる。
【００４３】
このときに好ましくは、図２（本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子配列の概略図）に示すように、圧電振動子１の高さT１よりも間隔保持材１０の高さT２を低くして、圧電振動子１の上下に間隔保持材１０がはみ出さないようにする。
【００４４】
こうすることで圧電振動子の上下に、例えば音響整合層や背面材を配置する際に、間隔保持材１０に邪魔されることなく圧電振動子の上下面との面接触がより確実になり、感度が高く周波数帯域特性が広い良好な特性を実現することができる。間隔保持材１０としては、隣接する側面電極６が電気的に短絡しないように絶縁性を有している必要があり、また数十μm程度の薄くて均一な厚みが必要であるため、例えばポリエステルフィルムやポリイミドフィルムのようなフィルム材がよい。
【００４５】
さらに好ましくは、例えばポリエステルフィルムのようなフィルム材を基材とし、例えばアクリル系粘着材を前記基材の両面に設けた構成や、例えば基材はなくてアクリル系粘着材のみで構成されるような両面テープが適している。両面テープを用いることで、配列時あるいは配列後の接着剤による固着や配列した圧電振動子の両端から配列方向に力を加え続けるような機械的な拘束状態の維持など別の手段を用いなくても、圧電振動子１の間に間隔保持材１０である両面テープを配置してしまえば両面の粘着性により圧電振動子１の配列状態を保持することができるため、精度良い圧電振動子１配列が作成できると同時に作業性にも優れる。
【００４６】
また、図３に本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の別の概略図を示す。図１との相違点は、隣接する圧電振動子１側面の側面電極６の位置関係である。
【００４７】
図１では、すべての圧電振動子１で、向かって左下と右上の位置に側面電極６が配置された状態で配列を形成している。図３では、圧電振動子１の側面電極６が、一つおきにその位置が異なるように配置されており、最も左端の圧電振動子１は、向かって左下と右上に側面電極６があり、左から２つめの圧電振動子１は、向かって左上と右下に側面電極６がある。
【００４８】
この配置にすることで、隣接する圧電振動子１の側面電極６が間隔保持材１０を挟んで対向するようになる。間隔保持材１０の中心から見て左右対称な状態になり、対向した側面電極６の間で間隔保持材１０を挟みこむことによって、間隔の寸法精度を維持することに有利である。
【００４９】
なお、図３において、間隔保持材１０を挟んで対向している側面電極６は、両方ともグランド電極に接続している、あるいはシグナル電極に接続している電気的に共通な側面電極６同士である。そこで図４（本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成するさらに別の圧電振動子配列の概略図）に示すように、グランド電極に接続している側面電極６の間に介在する間隔保持材１０ａを導電性を有する材料とすることで強固なグランド接続を確保することができ、S/Nが良化し超音波探触子の性能向上に寄与する。
【００５０】
また、隣接する２つの圧電振動子１を同時に駆動して用いる超音波探触子であれば、間隔保持材１０すべてを導電性を有する材料で構成することで間隔保持材１０に間隔保持と電極接続の２つの役割を持たせ、別の手段を用いることなく、２つの圧電振動子１間の確実なシグナル電極及びグランド電極の接続が可能となる。
【００５１】
なお、図１から図４では圧電振動子１が１次元配列した超音波探触子の場合について説明したが、図５のように、１次元配列した圧電振動子１を配列方向に垂直なｘ方向に延びる分割溝１１を形成して圧電振動子１を分割することによって２次元配列を形成することができる。分割溝１１には、例えばエポキシ樹脂などを充填する場合もある。このように圧電振動子１を１次元に配列した後に分割することで作成した圧電振動子１の２次元配列を有する超音波探触子であっても、本発明を逸脱するものではない。
【００５２】
＜第二の実施の形態＞
図６に本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図を示す。略平坦な側面に絶縁層および側面電極を配置した圧電振動子であることは、第一の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
【００５３】
図６では、絶縁層および側面電極を配置した側面の上に、例えばポリイミドやエポキシなどの有機絶縁材料をスクリーン印刷あるいは塗布したり、あるいはアルミナなどの無機絶縁材料をスパッタリングなどの真空薄膜形成法を用いることで、均一な厚みの間隔保持層を形成する。間隔保持層を設けた圧電振動子をそのまま配列することによって、間隔保持層の厚みで決められる所望の間隔で圧電振動子１を正確に配列することができる。また、間隔保持層は絶縁層や側面電極を被覆保護する機能も有するため、側面電極を介した電極層間の導通状態の確保に対してより有利な構成となる。
【００５４】
なお、図６では圧電振動子の側面電極を設けた２つの側面ともに間隔保持層を形成した場合について説明した。２つの側面の側面電極６ともに被服保護するという効果を考えると有利であるが、図７に示すように一方の側面側だけに間隔保持層を形成しても配列間隔を保持するためには十分であり、この構成であっても構わない。
【００５５】
また、第一の実施の形態に係る超音波探触子と同様に、図８に示すように、分割溝１１で圧電振動子１の１次元配列を分割することで２次元配列を有する超音波探触子でも、本発明の効果は変わらず、本発明を逸脱するものではない。
【００５６】
なお、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明した圧電振動子１は、電気的に接続したくない電極層３の端面に絶縁層９を形成した上に側面電極６を形成した構成について説明したが、図９に示すように、接続したくない電極層３の端面が圧電振動子１側面に露出しないように、電極層３を予め形成することで、絶縁層９を形成することなく、側面電極６を形成することが可能であり、この構成の圧電振動子１を用いたとしても、本発明を逸脱するものではない。
【００５７】
さらに、第一の実施の形態および第二の実施の形態では、３つの圧電体層２と４つの電極層３からなる積層構造の圧電振動子１の場合について説明したが、圧電体層２と電極層３の数については限定されるものではなく幾つであってもかまわない。
また、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明した間隔保持材１０のｙ方向の長さおよび圧電振動子１を分割した場合のｙ方向に必要な個数は、ｘ方向に隣接する圧電振動子１と圧電振動子１が一定の間隔が確保できればよく、例えば１つの圧電振動子１のｙ方向の両端部分に短い長さの間隔保持材１０を２つ配置して、圧電振動子１の両端部分で一定の間隔を確保する構成であってもよいし、あるいは短い間隔保持材１０を、圧電振動子１のｙ方向の両端と中央部に配置し３箇所で一定の間隔を確保するような構成であっても本発明を逸脱しない。
【００５８】
＜第三の実施の形態＞
次に、本発明に係る超音波診断装置の一例を示す概略図を図１０に示す。
【００５９】
図１０に示す超音波診断装置は、超音波診断装置本体１３と、これと電気的に接続された超音波探触子１４とを備えており、超音波探触子１４は、第一の実施の形態および第二の実施の形態に係る超音波探触子の構成を備えている。
【００６０】
上述した構成の超音波診断装置の動作について説明する。まず、操作者が、超音波探触子１４の超音波送受信面を被検者１５の体表面に当てる。この状態で、超音波診断装置本体１３から超音波探触子１４に電気信号（駆動信号）が送信される。
【００６１】
駆動信号は、超音波探触子１４内の圧電振動子において超音波に変換されて、被検者１５に送波される。この超音波は被検者１５の体内で反射され、反射波の一部が超音波探触子１４内の圧電振動子で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置本体１４に入力される。入力された受信信号は、超音波診断装置本体１３にて信号処理され、例えば断層画像としてＣＲＴなどの表示装置に出力される。
【００６２】
上述した超音波診断装置において、超音波探触子１４としては、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明したような本発明の超音波探触子が使用される。このような超音波診断装置によれば、第一の実施の形態および第二の実施の形態で示した超音波探触子の長所を活かし、精度の高い超音波診断を行うことができる。
【００６３】
＜第四の実施の形態＞
次に、本発明に係る超音波探傷装置の一例を示す概略図を図１１に示す。
【００６４】
図１１に示す超音波探傷装置は、超音波探傷装置本体１６と、これと電気的に接続された超音波探触子１４とを備えており、超音波探触子１４は、第一の実施の形態および第二の実施の形態に係る超音波探触子の構成を備えている。
【００６５】
上述した構成の超音波探傷装置の動作について説明する。まず、操作者が、超音波探触子１４の超音波送受信面を被検物１７の表面に当てる。この状態で、超音波探傷装置本体１６から超音波探触子１４に電気信号（駆動信号）が送信される。駆動信号は、超音波探触子１４内の圧電振動子において超音波に変換されて、被検物１７に送波される。
【００６６】
この超音波は被検物１７の内部の傷や欠陥で反射され、反射波の一部が超音波探触子１４内の圧電振動子で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波探傷装置本体１６に入力される。入力された受信信号は、超音波探傷装置本体１６にて信号処理され、例えば断層画像としてＣＲＴなどに表示される。
【００６７】
上述した超音波探傷装置において、超音波探触子１４としては、第一の実施の形態および第二の実施の形態で説明したような本発明の超音波探触子が使用される。このような超音波探傷装置によれば、第一の実施の形態および第二の実施の形態で示した超音波探触子の長所を活かし、精度の高い非破壊検査を行うことができる。
【００６８】
本実施の形態では2次元配列アレイを持いて説明した。本発明は2次元アレイにとらわれることなく、他の形式の超音波探触子においても実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の前記側面電極が形成された前記側面同士の間に所定の厚みの間隔保持材を介在させたことにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能となる。
【００７０】
さらに本発明に係る超音波探触子は、圧電体層と電極層が交互に所定数積層されて作られた積層体であって積層方向に沿った略平坦な両側面を有するものの前記両側面の外側にそれぞれ所定の前記電極層同士を接続する側面電極を設けて構成された圧電振動子を前記積層方向と直交する方向に複数配列し、隣接する前記圧電振動子の少なくとも一方の前記圧電振動子の前記側面電極上に間隔保持層が形成されていることにより、電極層間の側面電極を介した導通状態を安定確保することができ、圧電特性が安定かつ良好で感度劣化の少ない圧電振動子を有するとともに、圧電振動子を所望の配列間隔で正確に配列させることが簡便にでき、さらに配列後の位置ずれを防ぐこともできるため、クロストークを抑え良好な超音波ビーム形成が可能である。
【００７１】
この超音波探触子を使用した超音波診断装置は、正確な超音波診断を可能とする効果を有し、診断、治療などの医療分野に有用であり、また、この超音波探触子を使用した超音波探傷装置は、非破壊検査などの産業用分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図
【図２】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子配列の概略図
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する更に別の圧電振動子配列の概略図
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成するさらに別の圧電振動子配列の概略図
【図５】本発明の第一の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子の２次元配列を示す概略図
【図６】本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子配列の概略図
【図７】本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子配列の概略図
【図８】本発明の第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する圧電振動子の２次元配列を示す概略図
【図９】本発明の第一および第二の実施の形態に係る超音波探触子を構成する別の圧電振動子の断面図
【図１０】本発明の第三の実施の形態に係る超音波診断装置の一例を示す概略図
【図１１】本発明の第四の実施の形態に係る超音波探傷装置の一例を示す概略図
【図１２Ａ】従来知られている超音波探触子の斜視図
【図１２Ｂ】従来知られている超音波探触子の断面図
【図１３Ａ】従来知られている２次元配列アレイ超音波探触子の圧電振動子の概略図
【図１３Ｂ】従来知られている２次元配列アレイ超音波探触子の概略図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
2009011089.tif 000029
【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
2009011089.tif 000031
【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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