(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に配列される複数の圧電振動子と、
前記圧電振動子の、前記第１の方向と直交する第２の方向において対向する第１の面と第２の面のうち前記第１の面側に形成された第1電極層と、
前記第1電極層に第１の接着層を介して前記第２の方向に積層された１又は２以上の導電性の音響整合層と、
前記音響整合層上に第２の接着層を介して積層され、かつ前記第２の接着層側に電極パターンが形成された第1のフィルムと、
前記圧電振動子の前記第２の面側に形成された第２電極層と、
前記第２電極層に第３の接着層を介して積層され、かつ前記接着層側に電極パターンが形成された第２のフィルムとを、
備え、
前記第２の方向に前記第１電極層を貫通し前記圧電振動子に至る切込み溝が、前記第１の方向に延伸するように形成され、
前記第１の接着層は前記切込み溝の中にも形成されており、
前記第１から第３の接着層の少なくとも前記第１の接着層を含む一層以上には黒鉛粉末を混入させており、
前記第１電極層の表面は凹部形状を有し、
前記凹部形状には、前記第１電極層と前記音響整合層の間に前記黒鉛粉末が連続的に介在している箇所と、前記音響整合層と接触する前記黒鉛粉末が前記第１電極層まで連続的には介在していない箇所とを有する超音波探触子。
【請求項２】
前記切込み溝は、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する方向に複数設けられている請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第２のフィルムの他方の面側に背面負荷材を備える請求項１又は２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記黒鉛粉末を混入させた接着層は熱硬化型２液性接着剤である請求項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】
前記圧電振動子の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は３．５μｍから６．５μｍの範囲内であり、前記黒鉛粉末の平均粒径は３．５μｍから６．５μｍの範囲内である請求項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】
前記凹部形状の深さと前記第１の接着層に混入された前記黒鉛粒子の径が同じである請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記第１の接着層及び前記第２の接着層には黒鉛粉末を均一分散させ、前記第３の接着層にはタングステン粉末を均一分散させた請求項1から６のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検者の体内に放射し、各体内素子の境界で反射する超音波から、体内の画像を表示することの出来る超音波診断装置に接続される超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
次に、図面を用いて本発明の従来技術について説明する。図８は従来の超音波探触子の構成を示す図である（例えば下記の特許文献１参照）。この図の説明において、「上」及び「下」とはそれぞれ図面の紙面平面における上方向及び下方向を言うものとする。図８において、両面に電極を設けた圧電振動子８１は、超音波を送受信するための素子である。圧電振動子８１の上面には、第１の電極層として、接地電極層８２が、下面には、第２の電極層として正電極層８３が、前もってそれぞれ形成されている。
【０００３】
導体の音響整合層８５は、被検体（生体）に超音波を効率よく送受信するためのもので、加圧硬化された絶縁性の接着剤層８４を介して、圧電振動子８１の上面（接地電極層８２側）に積層されている。音響整合層８５上には、加圧硬化された絶縁性の接着剤層８４を介して、ポリイミドなどの高分子フィルム８７が積層されている。高分子フィルム８７は、音響整合層としてのフィルム本体８８と、このフィルム本体８８の接着剤層８６側に形成された導体層（銅層）８９との２層からなる。図８には示していないが、生体との音響的な整合を更に図るため、前記フィルム本体８８の面上に、接着剤層を介して高分子材料などの第２の音響整合層を積層することもある。更に前記第２の音響整合層の面上には音響レンズ９０を設ける。
【０００４】
尚、圧電振動子８１と圧電振動子８１上に積層されている複数の音響整合層は、ダイシングにより、電気的に独立した複数のアレイに分割されている。圧電振動子８１の下面（正電極層８３側）には、加圧硬化された絶縁性の接着剤層８１０を介してFPC８１１が積層されている。このFPC８１１は、ポリイミドのベース部８１２と、このベース部８１２上の圧電振動子８１側には、圧電振動子８１に対応した導電パターン８１３が形成されている。又、FPC８１１の両サイドは、圧電振動子８１との積層部分より延出し、延出部分の両端は電極取出し部８１１ａが形成されている。背面負荷材８１４はFPC８１１のベース部８１２側に接着剤層８１５を介して取り付けられ、圧電振動子８１を機械的に支え、圧電振動子８１に音響的に制動をかけて、超音波パルス波形を短くする。
【０００５】
従来の超音波探触子においては、圧電振動子８１の接地電極層８２と導電性の音響整合層８５、及び音響整合層８５と導電パターンが形成された高分子フィルム８７、また、前記圧電振動子８１の正電極層８３とFPC８１１の導電パターン８１３とを、絶縁性であるエポキシ樹脂を加圧、加熱硬化することによって極めて薄く接着させることにより、電気的に接続している。このような薄い絶縁性の層があっても、トンネル効果，ショットキー導電，不純物導電等により、電荷の移動は起こる。絶縁性の層が均一な薄さならば導通抵抗は一定となるが、絶縁性の接着剤層８４、８６及び８１０の厚さは一定ではなく、対向する導体部材の表面粗さによりある確率的に存在するものである。
【０００６】
場所によっては、厚さが極めて0に近くなっている、つまり、圧電振動子８１の接地電極層８２と音響整合層８５とが、又、音響整合層８５と高分子フィルム８７の導電層８９とが、更に、圧電振動子８１の正電極層８３とFPC８１１の導電パターン８１３とが、接触している箇所もあり、この接触箇所では導通抵抗は小さくなる。従って、材料の密着状態、即ち互いの材料の接触箇所の総面積により、その導通抵抗は変化することとなる。
【０００７】
絶縁性であるエポキシ樹脂により接着積層された圧電振動子８１、導電性の音響整合層８５、導電パターンが形成された高分子フィルム８７、FPC８１１の導電パターンは、ダイシングにより、電気的に独立した複数のアレイに分割されるが、各々のアレイにおいて電極接続部の導通抵抗はばらつき、その結果、アレイ間において感度がばらつくという問題があった。高周波化指向により、分割電極の幅が狭くなる近年においては、その問題を大きくする。
【０００８】
また、上記問題を解決する方法として、絶縁性であるエポキシ樹脂の接着剤の代わりに、導電ペーストや厚み方向にのみ導電性を有する異方導電性接着剤などを用いる方法がある。
【特許文献１】特許第３４２３７８８号公報（第１−２頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、加熱硬化することにより体積収縮あるいは金属粉末同士が低温焼結して導電パスが生じることによって導電性を示す導電ペーストや、１液からなる絶縁性の高い接着剤中に微細導電粒子を均一分散させた異方導電性接着剤は、硬化温度が１００℃以上と高い。分極処理された圧電振動子を１００℃以上の高温環境下におくと圧電性が失われるため、導電ペーストや異方導電性接着剤の実用化を阻む原因となっていた。また、導電ペーストや異方導電性接着剤は、高価であるという問題も有している。
【００１０】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、品質を良好に維持するとともに、アレイ間の感度ばらつきが少なく、かつ、作業性を良好とした構造の超音波探触子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】
本発明の超音波探触子は、
圧電振動子と、
前記圧電振動子の一方の面側に形成された第1電極層と、
前記第1電極層に接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層と、
前記音響整合層上に接着層を介して積層され、かつ前記接着層側に電極パターンが形成された第1のフィルムと、
前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と、
前記第２電極層に接着層を介して積層され、かつ前記接着層側に電極パターンが形成された第２のフィルムとを、
備え、前記接着層の少なくとも一層以上には前記接着剤に黒鉛粉末を均一分散させた構成を有している。
また、前記第２のフィルムの他方の面側に背面負荷材を備え、前記接着層は熱硬化型２液性接着剤であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１２】
この構成により、黒鉛粉末で各層の面間電気的間隙を埋めることで電気的接続を補強することができ、接着積層された圧電振動子、導電性の音響整合層、導電パターンが形成された高分子フィルム、FPCの導電パターンにおける電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきを小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明の超音波探触子は、圧電振動子の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にし、黒鉛粉末の平均粒径を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にした構成を有している。
【００１４】
この構成により、圧電振動子表面の凹凸に黒鉛粉末が入り込み、材料相互の密着性、即ち互いの材料の接触面積が大きくなるので、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなることとなる。また、圧電振動子の凹部深さと黒鉛粒子の径が同サイズとなっているので、互いの材料を極めて薄く接着させることが出来るので、接着剤や接着剤内にある黒鉛粉末による超音波の吸収・反射・散乱損失を抑えられ、その結果、超音波探触子の感度が向上することとなる。
【００１５】
さらに、本発明の超音波探触子は、圧電振動子の一方の面側に形成された第1電極層と１又は２以上の導電性の音響整合層の間に介在する接着層１、及び１又は２以上の導電性の音響整合層と電極パターンが形成された第1のフィルムの間に介在する接着層２には黒鉛粉末を混入し、前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と電極パターンが形成された第２のフィルムの間に介在する接着層３にはタングステン粉末を混入した構成を有している。
【００１６】
この構成により、接着層１、及び接着層２と導電性の音響整合層との音響インピーダンスの差が小さくなり、また、接着層３と第２フィルムの電極、及び背面負荷材との音響インピーダンスの差が小さくなるので、音響媒質の境界面で生じる超音波の反射損失が抑えられ、その結果、超音波探触子の感度が向上することとなる。
【００１７】
さらに、本発明の超音波探触子は、超音波を発生する圧電振動子に、両面に電極を設けた圧電振動子を角状に切断して樹脂を埋め込んだ複合圧電体を用いる構成を有している。
【００１８】
この構成により、圧電振動子の音響インピーダンスが低くなり、生体組織との整合性が良くなる。その結果、音響伝達損失が少なくなり、超音波探触子の感度が向上することとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、圧電振動子、導電性の音響整合層、電極パターンが形成された第1のフィルム、及び電極パターンが形成された第２のフィルムを積層接着する際に、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤を用いることにより、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなるという効果を有する超音波探触子を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例の超音波探触子について、図面を用いて説明する。
【００２１】
本発明の第１の実施例の超音波探触子を図１に示す。図１は、超音波探触子の短軸方向の断面図である。尚、この図の説明において、「上」及び「下」とはそれぞれ図面の紙面平面における上方向及び下方向を言うものとする（図４，図６においても同様とする）。図１において、圧電振動子１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミックス、単結晶、及び、ＰＶＤＦ等の高分子等を用いた圧電素子である。複数の圧電振動子１の一方の面上には、第１の電極層として接地電極層２が、他方の面側には、第２の電極層として正電極層３が、前もってそれぞれ形成されている。
【００２２】
本実施例では、接地電極層２，正電極層３は、高周波化に有効な厚さ1000Å程度の金スパッタ電極層としたが、材質は限定するものではない。圧電振動子１の接地電極層２側には、その中に黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４を介して、超音波を効率良く伝播させるための導体の音響整合層５が積層されている。導体の音響整合層５には、例えば、グラファイトなどが用いられている。更に、音響整合層５上には、その中に黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層６を介して、第１のフィルムとしての高分子フィルム７が積層されている。
【００２３】
高分子フィルム７は、音響整合層としてのフィルム本体８と、このフィルム本体８の接着剤層６側に形成された、例えば銅層からなる電極パターン９との２層からなる。そして、この高分子フィルム７の端部は、圧電振動子１との積層部分より延出し、延出部分の先端は接地用電気端子（図示せず）に電気的に接続される。尚、電極パターン９の銅層表面には、蒸着，めっき，スパッタリングにより、金又はニッケル層等を形成し、酸化防止を行うのが望ましい。前記フィルム本体７の面上には、黒鉛粉末を含まない（生体に近いため音響インピーダンスを上げたくないため）接着剤層１０を介して、超音波を効率良く伝播させるための、高分子材料などの第２の音響整合層１１を積層している。
【００２４】
圧電振動子１の正電極層３側には、その中に黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層１４を介して、第２のフィルムとしてのFPC１５が積層されている。このFPC１５は、ポリイミドのベース部１６と、このベース部１６上の圧電振動子１側には、圧電振動子１に対応するように形成された、例えば銅層からなる導電パターン１７とで構成されている。又、FPC１５の両サイドは、圧電振動子１との積層部分より延出し、延出部分の両端は信号用電気端子（図示せず）に電気的に接続される。尚、導電パターン１７の銅層表面には、蒸着，めっき，スパッタリングにより、金又はニッケル層等を形成し、酸化防止を行うのが望ましい。
【００２５】
第２の音響整合層１１、接着剤層１０、高分子フィルム７、接着剤層６、第１の音響整合層５、接着剤層４、圧電振動子１、接着剤層１４、FPC１５等を積層した上で、高圧力を印加し、加熱することによって、これらを圧接、固着している。
【００２６】
ここで高圧力（圧電振動子1の材質や厚みによって変わる）とは、圧電振動子１が加圧により割れない（破損しない）、且つ、各材料の対向面間は充分近接した状態（面間の接着剤層の厚さは、場所によっては、厚さが極めて0に近くなっている状態）になる圧力を言う。
【００２７】
更に前記第２の音響整合層１１の面上には、接着剤層１２を介して音響レンズ１３が積層されている。これは、超音波を収束するためのもので、上側（被検体側）が凸曲面形状をしている。
【００２８】
背面負荷材１８はFPC１５のベース部１６側に接着剤層１９を介して取り付けられ、圧電振動子１を機械的に支え、圧電振動子１に音響的な制動をかけて、超音波パルス波形を短くする。
【００２９】
次に、以上のように構成された超音波探触子の動作を説明する。超音波診断装置本体（図示せず）の送信部から送信された複数の電気信号は、ケーブル（図示せず）及び、FPC１５を介して、アレイ状に配列された複数の圧電振動子１に印加される。圧電振動子１は、加えられた電気信号に対応して、超音波(機械振動)を励起(送波)する。励起された超音波は、第１の音響整合層５及び、第２の音響整合層１１、音響レンズ１３によって生体との音響的な整合が図られ、音響レンズ１３で収束されて生体内へ送波される。又、圧電振動子１は、圧電効果により、生体より戻って来た超音波に対応して電気信号を発生(受波)する。
【００３０】
電気信号に変換された後、ケーブルを介して、超音波診断装置本体の受信部に送信される。受信部で受信した信号を処理し、超音波診断装置本体の表示部に受信信号の画像を表示することにより、患者の体内の画像をモニター上で確認できる。これらの動作は従来の超音波探触子と同様のものであるが、本発明の超音波探触子は、上記の本体の送信、受信方式に限定されるものではない。
【００３１】
ところで、圧電振動子１の接地電極層２と導電性の音響整合層５、及び導電性の音響整合層５と導電パターン９が形成された高分子フィルム７、また、前記圧電振動子１の正電極層３とFPC１５の導電パターン１７との間には、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４，６，１４がそれぞれ介在している。黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４，６，１４について、以下に説明する。
【００３２】
黒鉛粉末は、球状粒子に加工されたものを用い、また、熱硬化型２液性接着剤は、２液性エポキシ系接着剤を用いる。まず、熱硬化型２液性接着剤の主剤に、黒鉛粉末を一定量配合する。ここで、黒鉛粉末の比率が高くなると、導電性は向上するが（導通抵抗が下がるが）、接着強度が低下する。従って、熱硬化型２液性接着剤、黒鉛粉末、及び被着物の種類や材質によって導電性と接着強度とがそれぞれ許容できる値となるよう主剤と黒鉛粉末の配合比を決定することが必要となり、本発明の実施例においては、主剤と黒鉛粉末の配合比は、重量比で主剤：黒鉛粉末＝100：5としている。
【００３３】
黒鉛粉末を配合した熱硬化型２液性接着剤の主剤を攪拌し、主剤中の黒鉛粉末を均一に分散させる。また、攪拌によって主剤に混入した空気を除くため、真空脱泡を行う。
【００３４】
さらに、黒鉛粉末を配合した熱硬化型２液性接着剤を使用する際は、上記黒鉛粉末を配合した熱硬化型２液性接着剤の主剤に、硬化剤を配合し、再度、攪拌し，真空脱泡を行う。一方、上記したように高分子フィルム７，導電性の音響整合層５，圧電振動子１，及びFPC１５は、それぞれ黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤を用い、高圧力が印加された状態で加熱硬化し、一体化されている。
【００３５】
よって、これらの黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤の厚さは薄く、各導体部材は充分近接した状態にある。それ故、トンネル効果，ショットキー導電、不純物導電等により、電荷の移動が起こる。また、接着剤層の厚さは一定ではなく、対向する導体部材の表面粗さによりある確率的に存在するものであり、場所によっては、厚さが極めて0に近くなっている、つまり、圧電振動子１の接地電極層２と導電性の音響整合層５とが、又、圧電振動子１の正電極層３とFPC１５の導電パターン１７とが、更に、導電性の音響整合層５と高分子フィルム７の導電パターン９とが接触している箇所もあり、この接触箇所では導通抵抗は小さくなる。
【００３６】
また、対向する導体部材の表面粗さから、その表面には幾何学的不規則性（凹凸）がある。それ故に、場所によっては、上記に述べたように、厚さが極めて0に近くなっている箇所もあれば、逆に、厚さが極めて厚い箇所も存在する。厚い箇所では、トンネル効果，ショットキー導電、不純物導電等の効果が弱く、結果、導通抵抗が高くなることとなる。ここで、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤を用いることにより、各導体部材の凹凸に伝導性である黒鉛粉末が入り込み、材料相互の導体間を電気的に接続する、即ち互いの材料の導体部の接触面積が大きくなるので、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなる（図３参照）。その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなるとともに、ノイズなどの発生を押さえることが出来る。
【００３７】
ここで、黒鉛粉末を配合した２液性エポキシ系接着剤を用いる理由を以下に述べる。
【００３８】
（１）２液性を選択することにより、接着剤の硬化温度が低くなる。例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤでは、標準硬化温度・時間は６０℃・９０分である。一般的に硬化温度が１００℃以上である導電ペーストや異方導電性接着剤に対し、圧電素子を高温環境に晒さずにすむので、圧電素子の性能を劣化させることなく、製作が容易な超音波探触子を提供することが出来る。
【００３９】
（２）ガラス転移温度が１００℃以上と高く、耐熱性に優れる。例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤのガラス転移温度は１２４℃であり、耐熱性に優れるとともに、医療用としてＵＳＰ（医薬品の安全試験に関する基準）に対応する。
【００４０】
（３）接着剤の常温放置が可能であり、保管性に優れる。一般的に冷凍保管が必要である導電ペーストや異方導電性接着剤に対し、例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤの保管期間は室温保管で１年間である。
【００４１】
（４）接着剤主剤に黒鉛粉末を均一分散した後、その接着剤を使用する際に、硬化剤を加えることによって、直ぐに接着作業が出来るので、作業性に優れる。
【００４２】
（５）黒鉛粉末，２液性エポキシ系接着剤ともにローコストである。
【００４３】
このような本発明の第１の実施例の超音波探触子によれば、圧電振動子、導電性の音響整合層、電極パターンが形成された第1のフィルム、及び電極パターンが形成された第２のフィルムを積層接着する際に、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤を用いることにより、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきを小さくすることができる。また、品質，作業性も良好であり、かつ、ローコストである。
なお、第１の実施例として熱硬化型２液性接着剤を用いたが、この代わりに、１液の接着剤で硬化温度が１００℃以下のものが使用できれば、さらに作業性を向上させることができることは言うまでもない。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施例の超音波探触子について説明する。
【００４５】
第２の実施例の超音波探触子は、第１の実施例の超音波探触子において、圧電振動子１の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にし、更に、高分子フィルム７，導電性の音響整合層５，圧電振動子１，及びFPC１５を接着する黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４，６，１４の黒鉛粉末の平均粒径を、３．５μｍから６．５μｍの範囲内にした。
【００４６】
図２は、圧電振動子２１の断面上の表面の形（粗さ）を示している。
【００４７】
接地電極層２２は圧電振動子２１の表面に金スパッタにより形成された層である（正電極層３も同様に金スパッタにより形成している）。
【００４８】
断面曲線２３から基準長さ２４だけ抜き取った部分において、平均線２５に平行、かつ断面曲線を横切らない直線から縦倍率の方向２６に測定した最高から５番目までの山頂の標高の平均値と、最深から５番目までの谷底の標高の平均値との差の値（十点平均粗さ）を式（１）より求める。
【００４９】
Ｒｚ＝{（Ｒ２+Ｒ４+Ｒ６+Ｒ８+Ｒ１０）−（Ｒ1+Ｒ3+Ｒ5+Ｒ7+Ｒ9）} ／ ５    ・・・ （１）
圧電振動子２１の両面に形成された電極層（接地電極層２２および正電極層３）の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にすることにより、断面曲線２３にある例えば山２７と谷底２８との高低差は、平均で３．５μｍから６．５μｍの範囲にあることとなる。従って、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤において、黒鉛粉末の平均粒径を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にすることにより、圧電振動子２１の表面にある窪みに、黒鉛粉末の粒子が勘合し易くなる。
【００５０】
図３は、本発明の第２の実施例の超音波探触子において、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤における接着界面層の断面模式図を示している。その他の構成は、第１の実施例（図１）と変わらない。
【００５１】
圧電振動子３１面上に形成された接地電極層３２の表面に平均粒径を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にある黒鉛粉末３４を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤３６を塗布し、導体の音響整合層３３を積層する。これらの材料同士を圧接、固着するとき、高圧力を印加するため、圧電振動子３１表面の窪みより飛び出る黒鉛粉末は粉砕され、その欠片３５は、他の窪みに入ることとなる。黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤３６は加熱することによって、これらを固着する。ここで部位３７では、接着剤の厚さが極めて0に近くなっている、つまり、圧電振動子３１の接地電極層３２と導電性の音響整合層３３とが接触している箇所であり、この接触箇所では導通抵抗は小さくなる。また、前述したように、対向する導体部材の表面粗さから、その表面には幾何学的不規則性（凹凸）がある。それ故に、場所によっては、上記に述べたように、接着剤の厚さが極めて0に近くなっている箇所もあれば、逆に、厚さが極めて厚い箇所も存在する。
【００５２】
部位３８に示すように、厚い箇所では、黒鉛粉末が充填されることにより、材料相互の導体間を電気的に接続することとなる。例え、材料相互の導体間が電気的に接続されなくとも、部位３９に示すように、窪みに黒鉛粉末が充填されることにより、各導体部材は充分近接した状態になり、それ故、トンネル効果，ショットキー導電、不純物導電等により、電荷の移動が起こることとなる。
【００５３】
結果、互いの材料の導体部の接触面積が大きくなるので、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなる。また、圧電振動子３１の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にすることにより、熱硬化型２液性接着剤３６が圧電振動子３１の表面にある空隙に浸入硬化し、釘又はくさびのような働きをする投錨効果（アンカー効果）によって、接着強度が増すこととなる。
【００５４】
また、超音波探触子の感度を確保するため、圧電振動子３１，及び導体の音響整合層３３は、互いの材料を極めて薄く接着させ、接着剤や接着剤内にある黒鉛粉末による超音波の吸収・反射・散乱損失を抑える必要がある。それ故に、互いの材料間の隙間（最大接着層厚）は１０μｍ以下が好ましい。一方、球状化粉砕加工により球状粒子に加工された黒鉛粉末は、現状、最小のもので球状粒子の長軸の長さで３．５μｍから６．５μｍの微小範囲のものが加工可能となってきた。
【００５５】
以上より、圧電振動子３１の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にし、更に、圧電振動子３１と導電性の音響整合層３３を接着する黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤の黒鉛粉末の平均粒径（長軸の長さ）を、３．５μｍから６．５μｍの範囲内にする必要がある。
【００５６】
尚、第２の実施例の製造方法及び、動作方法は、第１の実施例と同様なので省略する。
【００５７】
以上のように本発明の第２の実施例の超音波探触子によれば、圧電振動子の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は３．５μｍから６．５μｍの範囲内とし、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤の黒鉛粉末の平均粒径を３．５μｍから６．５μｍの範囲内にすることによって、圧電振動子表面の凹凸に黒鉛粉末が入り込み、材料相互の密着性、即ち互いの材料の接触面積が大きくなるので、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなる。また、圧電振動子の凹部深さと黒鉛粒子の径が同サイズとなっているので、互いの材料を極めて薄く接着させることが出来るので、接着剤や接着剤内にある黒鉛粉末による超音波の吸収・反射・散乱損失を抑えられ、その結果、超音波探触子の感度が向上することとなる。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施例の超音波探触子を図４に示す。本発明の第３の実施例と、第１の実施例との違いは、圧電振動子１の正電極層３側に、その中にタングステン粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４４を介して、FPC１５が積層されていることである。圧電振動子１の接地電極層２側には、その中に黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４を介して、超音波を効率良く伝播させるための導体の音響整合層５が積層されている。更に、音響整合層５上には、その中に黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層６を介して、第１のフィルムとしての高分子フィルム７が積層されている。導体の音響整合層５には、例えば、グラファイトなどが用いられている。
【００５９】
従って、黒鉛粉末を添加していない熱硬化型２液性接着剤を用いる従来の超音波探触子に比べ、接着剤層４と導電性の音響整合層５，及び導電性の音響整合層５と接着剤層６との音響インピーダンスの差が小さくなるので、音響媒質の境界面で生じる超音波の反射損失が抑えられる。一方、圧電振動子１の正電極層３側には、その中にタングステン粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４４を介して、FPC１５が積層されている。このFPC１５は、ポリイミドのベース部１６と、このベース部１６上の圧電振動子１側には、圧電振動子１に対応するように形成された、例えば銅層からなる導電パターン１７とで構成されている。また、FPC１５のベース部１６側に接着剤層１９を介して背面負荷材１８が取り付けられている。
【００６０】
圧電振動子１から送信された超音波は背面負荷材１８にも伝搬する。背面負荷材１８に伝搬した超音波は不要なものであるので、背面負荷材１８内で減衰させ、再び圧電振動子１に戻らないようにしなければならない。そのためには、圧電振動子１の背面に放射された不要な超音波を、効率良く背面負荷材１８へ伝搬しなければならない。圧電振動子１の正電極層３側に、その中にタングステン粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層４４を介して、FPC１５を積層することにより、接着剤層４４とFPC１５上にある銅層からなる導電パターン１７，及び背面負荷材１８との音響インピーダンスの差が小さくなるので、音響媒質の境界面で生じる超音波の反射損失が抑えられることとなる。その結果、圧電振動子１の背面に放射された不要な超音波が、再び圧電振動子１に戻らないこととなる。
【００６１】
以上のように本発明の第３の実施例の超音波探触子によれば、前記圧電振動子の一方の面側に形成された第1電極層と１又は２以上の導電性の音響整合層の間に介在する接着層１、及び１又は２以上の導電性の音響整合層と電極パターンが形成された第1のフィルムの間に介在する接着層２には黒鉛粉末を均一分散させ、前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と電極パターンが形成された第２のフィルムの間に介在する接着層３にはタングステン粉末を均一分散させることにより、音響媒質の境界面で生じる超音波の反射損失が抑えられ、その結果、超音波探触子の感度が向上することとなる。
【００６２】
次に、本発明の第４の実施例の超音波探触子について説明する。近年では、圧電振動子を、樹脂シート中に圧電振動子の柱が埋め込まれた複合圧電材料にすることにより、高感度かつ周波数帯域を広くすることが可能であると示唆されている。
【００６３】
従来、複合圧電材料を製作する方法として圧電振動子板をダイシング切断により角状に切断して樹脂を埋め込むダイス・アンド・フィル法が用いられている。図５Ａ、５Ｂに複合圧電材料を斜視図と側面図でそれぞれ示す。圧電振動子柱列５１は圧電振動子板をダイシング切断により角状に切断したものであり、圧電振動子柱列５１の隙間にエポキシ樹脂５２を真空含浸し、上下面を研磨で除去して所定の厚さとした後、クロムと金をスパッタ成膜して電極５３，５４とした。上記のように製作した複合圧電材料を超音波探触子に組み込み、所定のピッチでダイシングを行い、複合圧電材料を電気的に独立した複数のアレイ５５に分割することとなる。
【００６４】
従来の製作方法では、上述した研磨加工において、エポキシ樹脂，セラミック等からなる圧電振動子と異種材料が交互に並ぶ面を平坦に研磨加工することが必要であるが、硬さが異なる異種材料の境界を平坦にするのは困難であった。
【００６５】
また、上述したスパッタ成膜工程において、熱膨張係数の違いなどにより、異種材料間の境界にクラックが生じるという問題がある。従って、複合圧電材料では、その製造プロセス（品質確保）の難しさからコスト高になるという問題がある。
【００６６】
本発明の第４の実施例の超音波探触子を図６に示す。本発明の第４の実施例の超音波探触子では、既にクロムと金をスパッタ成膜した圧電振動子板を用い、超音波探触子の製造プロセスの中で、上記圧電振動子板の柱列加工を行い、且つ、圧電振動子柱列の隙間にエポキシ樹脂を含浸することによって複合圧電材料を超音波探触子に組み込む。その結果、従来必要であった圧電振動子柱列の隙間にエポキシ樹脂を真空含浸した後の、研磨加工、スパッタ成膜による電極形成加工が省けるため、品質が上がる。
【００６７】
本発明の第４の実施例と、第１の実施例との違いは、超音波を発生する圧電振動子に、両面に電極を設けた圧電振動子を角状に切断して樹脂を埋め込んだ複合圧電体５６を用いることである。従って構成及び機能については、ここでは省略する。本発明の第４の実施例の超音波探触子の製造方法は、第１の実施例の超音波探触子の製造方法と、基本のフローはほとんど同じであるが、ダイシングのタイミングの関係で、両面に金スパッタにより形成した接地電極層６２及び正電極層６３を備えた圧電振動子６１の両側に高分子フィルム７、FPC１５等を黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層１４等を介して積層した後、高圧力を印加するのではなく、つまり圧電素子に対して両側を積層してから高圧力を印加するのではなく片側ずつ積層から高圧力を印加、加熱し、下記のようにダイシングする点で異なる。
【００６８】
ダイシングに関しては、高分子フィルム７側からそして圧電振動子６１手前側より長軸方向に向かって、所定のピッチでダイシングを行い、圧電振動子柱列を作る。
【００６９】
ここで、圧電振動子６１の正電極層６３，若しくは、FPC１５の導電パターン１７まで切り込まない、即ち、圧電振動子６１の正電極層６３，若しくは、FPC１５の導電パターン１７は分割しない。
【００７０】
圧電振動子柱列６１の隙間に黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤６４を切込み溝の中へ流し込む。更に、圧電振動子６１上の接地電極層６２に導体の音響整合層５を積層する。黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層６を用いて導体の音響整合層５上に高分子フィルム７を積層する。尚、高分子フィルム７上に形成された電極パターン９は導体の音響整合層５側へ対向させる。
【００７１】
高分子フィルム７上に、接着剤層１０を用いて、第２の音響整合層１１を積層する。高圧力を印加し、加熱することによって、これらを圧接、固着する。FPC１５側より所定のピッチでダイシングを行い、圧電振動子６１を電気的に独立した複数のアレイに分割する。つぎにFPC１５の両サイド、高分子フィルム７の両サイドを折り曲げ、図６に示すような形状とする。音響レンズ１３をシリコン系の接着剤層１２を用いて取り付ける。
【００７２】
上記製造プロセスにおいて、複合圧電体５６を形成した結果、接地電極層６２の分割電極のサイズは極めて小さくなることから、従来の接着方法では電気的接続部の導通抵抗のばらつきは更に大きくなり、中には、導通を確保できない電極も発生するところである。しかし、本発明の第４の実施例の超音波探触子によれば、高分子フィルム７，導電性の音響整合層５，圧電振動子６１，及びFPC１５を接着する黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤層６，６４，１４を用いることにより、例え、複合圧電体５６の形成の中で接地電極層６２の分割電極のサイズが極めて小さくなろうとも、各電気的接続部の導通は確保可能であり、また、電気的接続部の導通抵抗のばらつきを小さく抑えることが可能となる。その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなる。
【００７３】
図７Ａ、７Ｂにその効果を示す。図７Ａは、上記製造プロセスによって製作した複合圧電材料を適用する本発明の第４の実施例における超音波探触子と、上記製造プロセスによって製作した複合圧電材料を適用する、かつ、黒鉛粉末を含まない熱硬化型２液性接着剤を用いた超音波探触子において、各チャンネル間における静電容量のばらつきを示している。図７Ｂは、同様に各チャンネル間における感度ばらつきを示している。高分子フィルム７，導電性の音響整合層５，圧電振動子６１，及びFPC１５を接着する接着剤に黒鉛粉末を含まない場合は、各チャンネル間の電気的接続部の導通確保が完全ではなく、また導通抵抗のばらつきも大きいので、静電容量、ならびに感度ばらつきが大きくなる。本発明の第４の実施例における超音波探触子では、静電容量、ならびに感度ばらつきが小さいのは明らかである。
【００７４】
以上のように本発明の第４の実施例の超音波探触子によれば、超音波探触子の製造プロセスの中で、圧電振動子板の柱列加工を行い、かつ、圧電振動子柱列の隙間にエポキシ樹脂を含浸する。高分子フィルム，導電性の音響整合層，複合圧電振動子，及びFPCの電気接続部は、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤により圧接、固着する。その結果、複合圧電体５６を適用した超音波探触子を低コストで製作できるとともに、複合圧電体５６により、圧電振動子の音響インピーダンスが低くなり、生体組織との整合性が良くなるので、音響伝達損失が少なくなり、超音波探触子の感度が向上する。
【００７５】
尚、以上の説明では、リニア型の超音波探触子で説明を行ったが、その他のコンベックス型や、マトリックスアレー型の超音波探触子についても同様に実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明にかかる超音波探触子は、圧電振動子、導電性の音響整合層、電極パターンが形成された第1のフィルム、及び電極パターンが形成された第２のフィルムを積層接着する際に、黒鉛粉末を均一分散させた熱硬化型２液性接着剤を用いることによって、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは少なくなるという効果を有し、超音波を被検者の体内に放射し、各体内素子の境界で反射する超音波から、体内の画像を表示することの出来る超音波診断装置に接続される超音波探触子等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施例における超音波探触子の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例において圧電振動子の表面粗さを説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例における接着界面層の断面模式図である。
【図４】本発明の第３の実施例における超音波探触子の概略断面図である。
【図５Ａ】従来の複合圧電材料の斜視図である。
【図５Ｂ】従来の複合圧電材料の側面断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例における超音波探触子の概略断面図である。
【図７Ａ】本発明の第４の実施例における超音波探触子の静電容量を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第４の実施例における超音波探触子の感度ばらつきを示す図である。
【図８】従来の超音波探触子の概略断面図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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