(57)【要約】【課題】  組立て容易な超音波プローブを提供する。【解決手段】  超音波プローブの製造法において、複数の実質的に同一方向に伸びる貫通孔２を有するバッキングブロック材１の当該貫通孔２に、棒状の端子３をその一方の先端がバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置するように挿入し、前記バッキングブロク材１と棒状の端子３とを固定し、板状の超音波振動子６を前記実質的に同一平面上の端子３対応位置に固着する過程を経る。【選択図】図１
2006128884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状超音波振動子が棒状の端子の一端に固定され、当該端子とバッキングブロック材とが固定されてなる超音波プローブであって、
前記棒状の端子の一端と前記バッキングブロック材外面とが実質的に同一平面上にあることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
マトリクス状に配置された複数の板状超音波振動子を有し、当該振動子各々が棒状の端子の一端に固定され、当該端子とバッキングブロック材とが固定される超音波プローブであって、
前記棒状の端子の一端と前記バッキングブロック材外面とが実質的に同一平面上にあることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
固定が、導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質により実現されていることを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。
【請求項４】
板状超音波振動子と棒状の端子の一端との固定の結果、各々の棒状の端子の一端と板状超音波振動子とが、個別に導電性接着剤又は導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質により接続されていることを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。
【請求項５】
複数の実質的に同一方向に伸びる貫通孔を有するバッキングブロック材の当該貫通孔に、棒状の端子をその一方の先端がバッキングブロック材外面と実質的に同一平面上に位置するように挿入し、前記バッキングブロック材と棒状の端子とを固着し、板状の超音波振動子を前記同一平面上の端子対応位置に固着する過程を経ることを特徴とする超音波プローブの製造法。
【請求項６】
板状の超音波振動子を前記同一平面上の端子対応位置に固着する過程が、複数の板状の超音波振動子に対し一括して実施する過程であることを特徴とする請求項５記載の超音波プローブの製造法。
【請求項７】
板状の超音波振動子を前記同一平面上の端子対応位置に固着する過程を、導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質により実現することを特徴とする請求項６記載の超音波プローブの製造法。
【請求項８】
板状の超音波振動子を前記同一平面上の端子対応位置に固着するに先立って、若しくは当該固着と同時に、各々の棒状の端子の一端と板状超音波振動子とが、個別に導電性接着剤又は導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質で接続する過程を経ることを特徴とする請求項５記載の超音波プローブの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば溶接部の状態を調べるための超音波検査装置、若しくは超音波を用いて映像化を行なう医療用等の超音波映像装置に用いられる、超音波プローブ及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクス状に配置された板状の超音波振動子を有する超音波プローブについては、特開２００３−１４９２１３号公報にその開示がある。板状の超音波振動子は、発生する超音波の周波数を高くすることが可能であり、十分な高解像度化が達成できる利点がある。
【特許文献１】特開平２００３−１４９２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし板状部材（超音波振動子）と前記棒状の端子の一端とを固着して超音波プローブを組み立てることは、それらの取扱い性上、通常容易ではない。そこで本発明が解決しようとする課題は、組立て容易な超音波プローブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明の超音波プローブの製造法は、複数の実質的に同一方向に伸びる貫通孔２を有するバッキングブロック材１の当該貫通孔２に、棒状の端子３をその一方の先端がバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置するように挿入し、前記バッキングブロック材１と棒状の端子３とを固定し、板状の超音波振動子６を前記同一平面上の端子３対応位置に固着する過程を経ることを特徴とする。前記「端子３」は、振動子６の特性情報を超音波プローブ制御機器に出力したり、当該機器から振動子６に超音波発生のための電圧を印加（入力）する部材である。
【０００５】
上記「実質的に同一方向」の「実質的」は、厳密な同一方向が要求されない意味である。例えば上記挿入を容易にするために貫通孔２を僅かなテーパー形状とすること、超音波プローブ端子として機能する程度の若干の貫通孔２方向のずれが存在することも、「実質的に同一方向」である。
【０００６】
また上記「実質的に同一平面上」の「実質的」も、厳密な同一平面が要求されない意味である。例えば、板状の超音波振動子６とバッキングブロック材１外面の平滑度が、上記組立て作業に支障を来たすことがなく、且つ超音波振動子６と端子３の一方の先端との電気接続がなされていれば、「実質的に同一平面上」にある。
【０００７】
まず、上記棒状の端子３を例えばマトリクス状に直立した状態に維持することは通常困難である。そのため、複数の実質的に同一方向に伸びる貫通孔２を有するバッキングブロック材１を用い、当該貫通孔２に挿入することで、かかる困難性を緩和できる。また前記棒状の端子３をその一方の先端がバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置するようにすることで、前記棒状の端子３の一端の配置位置を揃えることができている。
【０００８】
次に、前記バッキングブロック材１と棒状の端子３とを固定する。かかる固定には接着剤４を用いるか、また前記貫通孔２が棒状の端子３を締め付ける力を十分なものとする等により実現する。すると、上記棒状の端子３の一端各々に、板状の超音波振動子６を容易に固着することができる。その理由は、板状の超音波振動子６と電気接続するべき棒状の端子３の一端とが、共に平面をなしており、両者を固定するのに困難性が少ないためである。仮にバッキングブロック材１を用いず棒状の端子３の一端と板状の超音波振動子６とを電気接続しようとすれば、その作業は困難を極めると考えられる。よって上記本発明により、組立て容易な超音波プローブを提供することができ、本発明が解決しようとする課題が解決される。
【０００９】
上記「接着剤４」には、絶縁性接着剤、導電性接着剤の両者を含む。但し、導電性接着剤を使用する際には、隣り合う端子３間を絶縁する。しかしかかる絶縁する作業は困難な場合が多いため、絶縁性接着剤を用いるのが有利である。また、接着性を有する異方性導電物質５を用いることもできる。導電性接着剤又は接着性を有する異方性導電物質５を用いることにより、棒状の端子３の一端と板状の超音波振動子６との固着と電気接続の両方を同時に実現することができ、有利な場合がある。
【００１０】
上記「バッキングブロック材１」は、振動子６に伝播された振動の反射を抑えるダンパーとしての機能を有する。かかる役割を全うするに適した材質としては、硬質ゴムやエポキシ樹脂を挙げることができる。
【００１１】
上記本発明の超音波プローブの製造法において、板状の超音波振動子６を前記同一平面上の端子３対応位置に固着する過程が、複数の板状の超音波振動子６に対し一括して実施する過程であることが好ましい。製造に要する時間の短縮化ができるためである。
【００１２】
上記一括に実施する場合において、固着の工程を、導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質５により実現することが、更に好ましい。前述のように、棒状の端子３の一端と板状の超音波振動子６との固着と電気接続の両方を同時に実現することができ、有利だからである。この場合導電性粒子は、棒状の端子３の一端と板状の超音波振動子６との間を電気接続するが、マトリクス状に隣接する超音波振動子６間、及び／又は端子３間を電気接続しない。即ち、各素子間を接続しない。この理由は、棒状の端子３の一端と板状の超音波振動子６との距離が、通常前記導電性粒子径以下程度の極めて短距離であるのに対し、マトリクス状に隣接する超音波振動子６間、及び／又は端子３間の距離は、導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質５では導通できない程度の長距離だからである。
【００１３】
上記本発明の超音波プローブの製造法を実施することにより、例えばマトリクス状に配置された複数の板状超音波振動子６を有し、当該振動子６各々が棒状の端子３の一端に固定され、当該端子３とバッキングブロック材１とが固定される超音波プローブであって、前記棒状の端子３の一端と前記バッキングブロック材１外面とが実質的に同一平面上にある本発明の超音波プローブが製造される。
【００１４】
また、上記本発明の超音波プローブの製造法を、一つの超音波振動子６を用い、マトリクス状に配置されない超音波プローブに対して転用して実施することにより、板状超音波振動子６が棒状の端子３の一端に固定され、当該端子３とバッキングブロック材１とが固定されてなる超音波プローブであって、前記棒状の端子３の一端と前記バッキングブロック材１外面とが実質的に同一平面上にある超音波プローブが製造される。
【００１５】
ここで上記固定が、導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質５により実現されていることが、上述のように、棒状の端子３の一端と板状の超音波振動子６との固着と電気接続の両方を同時に実現することができる観点から好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、組立て容易な超音波プローブを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面を参照しながら、本発明の超音波プローブの製造法の一例を説明する。
図１（ａ）は、底面（外面）が平滑なバッキングブロック材１の貫通孔２を観察できる縦断面図である。まず、当該貫通孔２中に銅線や、りん青銅からなる端子３を挿入する（図１（ｂ））。かかる挿入の際には、バッキングブロック材１の底面と棒状の端子３の一端とが実質的に同一平面上に存在するように、当該底面に平滑な台座を密着させた状態で、棒状の端子３が当該台座に接触するまで挿入する。
【００１８】
ここで、棒状の端子３の一方の先端をバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置させる別の手段として、図２に示すように当該一端に鍔部９を設け、当該鍔部９がバッキングブロック材１に収容される関係のバッキングブロック材１形状とすることが考えられる。かかる手段では、上記台座を要することなく端子３の一方の先端をバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置させることができる利点がある。但し、鍔部９及びそれを収容するバッキングブロック材１の貫通孔２の成形加工が煩雑である点で不利である。また、鍔部９及びバッキングブロック材１形状に起因して両者の隙間に空気が入り込み易い。空気は極めて超音波を伝播し難いため、超音波映像装置等では超音波プローブを介した情報の入出力の正確性が低下するおそれがある点で不利である。更に、鍔部９が超音波を反射することに起因するノイズが発生するおそれがある点で不利である。
【００１９】
また、棒状の端子３の一方の先端をバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置させる更に別の手段は、バッキングブロック材１の貫通孔２内に端子３を挿入し、例えば後述する接着剤４にてバッキングブロック材１と端子３を固定した後、前記バッキングブロック材１外面を端子３と共にヤスリで研削する等である。かかる手段によれば、端子３の一方の先端をバッキングブロック材１外面と実質的に同一平面上に位置させる際の、端子３の貫通孔２方向の位置精度を極めて良好なものとすることができる利点がある。
【００２０】
また、端子３をバッキングブロック材１に挿入する別の手段は、図３に示すように、予め複数の端子３を台座等にマトリクス状に固定し（図３（ａ））、その後バッキングブロック材１の貫通孔２を、固定された端子３位置に合わせて端子３を貫通孔２内に収容する手段（図３（ｂ））等が考えられる。かかる手段は、端子３を予め固定する工程における端子３の取扱い性上の困難性、バッキングブロック材１と端子３との位置合わせ工程の困難性を有しているため、上記図１（ａ）から図１（ｂ）の過程を経る工程に比して不利である。
【００２１】
次に、バッキングブロック材１上面全域に絶縁性のエポキシ系接着剤４を塗布する。その際には棒状の端子３側面の一部にも当該接着剤４が塗布されるため、バッキングブロック材１と棒状の端子３とが固定される（図１（ｃ））。更にエポキシ系の絶縁性接着剤に導電性粒子としてのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を５乃至５０重量％混入した異方性導電物質５を、バッキングブロック材１の底面に塗布する（図１（ｄ））。
【００２２】
上記導電性粒子に代えて、Ｎｉ単体、銅等の導電材料を表面にメッキしたポリマー等を用いることができる。また粒子形状はボール状やフレーク状とすることができる。また粒子径は略一定であることが好ましい。マトリクス状に振動子６及び端子３の一端が配置されている場合には、例えば一部の振動子６と端子３の一端の間に過剰に大きな粒径の導電性粒子が存在すると、隣接する他の振動子６と端子３の一端の間に小さな粒径の導電性粒子が存在しても、そこでは両者間の電気接続が確保できない場合があると考えられるためである。また導電性粒子の混入比は、バッキングブロック材１の外面と実質的に同一平面上に露出した棒状の端子３の一端の面積が大きければ小さくて足り、当該面積が小さければ大きくすることが好ましい。その理由は、当該面積が小さければ、前記混入比を大きくして、全ての端子に前記導電性粒子が接触する確率を大きくすることで、確実に端子３と振動子６との電気接続を実現するためである。
【００２３】
次に、板状超音波振動子６をバッキングブロック材１底面及び棒状の端子３の一端の対応位置に固着させる（図１（ｅ））。かかる固着により、対向する板状超音波振動子６と棒状の端子３の一端との電気接続が、前記異方性導電物質５により実現された。しかし、前記異方性導電物質５によっても、隣接する棒状の端子３の一端同士の電気接続は実現されなかった。ここで板状超音波振動子６を固着させる、超音波プローブ組立て作業の一部は、固着される側の形状が、板状超音波振動子６同様に平滑なバッキングブロック材１底面及び棒状の端子３の一端であったため、両者の平滑面を合わせて積層する作業であり、極めて容易だった。
【００２４】
上記板状超音波振動子６は、厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍのＰｂＺｒＴｉＯ３（ＰＺＴ）からなるセラミック圧電体である。１枚の大型の板状超音波振動子６に格子状の切れ目８をダイシング等で形成し、マトリクス状に配置された端子３と個々の超音波振動子６（肉厚部）とが対向するようにした（図１（ｅ））。前記切れ目８は、マトリクス状に区画された各々の振動子６が、各々独立した素子の構成部材として機能させるためのものである。
【００２５】
ここで図４に示すように、板状の超音波振動子６を前記実質的に同一平面上の端子３対応位置に固着するに先立って、若しくは当該固着と同時に、各々の棒状の端子の一端と板状超音波振動子とが、個別に導電性接着剤４’又は導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質で接続する過程を経ることが好ましい。前記「個別に」接続するためには、ここでの導電性接着剤４’又は異方性導電物質を、端子３位置若しくは当該端子３と対応する振動子６位置にディスペンサによる吐出やスクリーン印刷の手法により供給する。「個別に」接続するとは、隣接する端子３や素子を短絡させないように、供給された導電性接着剤４’又は異方性導電物質間に所定の距離を確保しながら接続することを意味する。短絡が防止されるため、導電性接着剤４’や、導電性粒子含有率の高い異方性導電物質の使用が許容される。その許容の結果、端子３と振動子６との電気接続の確実性が飛躍的に向上する。
【００２６】
図４に示したのは、板状超音波振動子と棒状の端子の一端との固定の結果、各々の棒状の端子の一端と板状超音波振動子とが、個別に導電性接着剤４’又は導電性粒子と絶縁性接着剤との混合物からなる異方性導電物質により接続されている、上記本発明の超音波プローブである。前記固定は、図４に示す通り絶縁性の接着剤４により実現されている。
【００２７】
次に、音響整合層７を振動子６の切れ目８存在面とは反対側の面に固定する（図１（ｆ））。音響整合層７は、厚み２５μｍ〜２００μｍのポリイミドフィルムやセラミック粉末を含有するエポキシ樹脂を好適に使用することができる。本実施の形態では、ポリイミドフィルムをエポキシ系接着剤にて振動子６に貼付する工程を経た。音響整合層７は、端子３の振動面と空気間の音響インピーダンスの差を軽減し、効率よく超音波を送受信するための役割を担う。以上の過程を経ることで本発明の超音波プローブの製造法が完了し、本発明の超音波プローブを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、例えば溶接部の状態を調べるための超音波検査装置、若しくは超音波を用いて映像化を行なう医療用等の超音波映像装置及びその関連産業における利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の超音波プローブを製造する過程を示す縦断面図である。
【図２】本発明の超音波プローブの一例を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る超音波プローブ製造の一過程を示す縦断面図である。
【図４】本発明の超音波プローブにおいて、各々の棒状の端子の一端と板状超音波振動子とが、個別に導電性接着剤で接続されている状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１． バッキングブロック材
２． 貫通孔
３． 端子
４． 接着剤
４’．導電性接着剤
５． 異方性導電物質
６． 振動子
７． 音響整合層
８． 切れ目
９．鍔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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