(57)【要約】      （修正有）【課題】  フレームの材料として、耐熱性が良く、加工性が良く、かつ外形が崩れないＰＰＥ（ポリフェニルエーテル：Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌ  Ｅｔｈｅｒ）を用いることにより、残留応力による不具合の発生を防止して、分割した圧電素子を高精度に配列させて良好な超音波画像を得られる信頼性および強度の高い超音波振動子を提供すること。【解決手段】  硬質な層を含む音響整合層と、上記音響整合層より長さ寸法が短く、上記硬質な層の所定位置に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、上記分割された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層の上記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）からなる振動子形状形成部材とを備える。【選択図】      図１
2006087464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質な層を含む音響整合層と、
前記音響整合層より長さ寸法が短く、前記硬質な層の所定位置に固定配置され、前記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、
前記分割された前記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、前記圧電素子から突出する前記音響整合層の前記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）からなる振動子形状形成部材と、
を備えることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
硬質な層を含む音響整合層と、
前記音響整合層より長さ寸法が短く、前記硬質な層の所定位置に固定配置され、前記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、
前記分割された前記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、前記圧電素子から突出する前記音響整合層の前記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる硬質な振動子形状形成部材と、
前記振動子形状形成部材の外側に配置され、導体部と外部とを電気的に絶縁する繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる絶縁部材と、
を備えることを特徴とする超音波振動子。
【請求項３】
少なくとも硬質な第１音響整合層及び軟質な第２音響整合層を積層して形成した音響整合層と、
前記音響整合層より長さ寸法が短く、前記第１音響整合層面の所定位置に固定配置され、前記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、
前記分割された前記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、前記圧電素子から突出する前記音響整合層を構成する第１音響整合層面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる振動子形状形成部材と、
を備えることを特徴とする超音波振動子。
【請求項４】
少なくとも硬質な第１音響整合層及び軟質な第２音響整合層を積層して形成した音響整合層と、
前記音響整合層より長さ寸法が短く、前記第１音響整合層面の所定位置に固定配置され、前記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、
前記分割された前記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、前記圧電素子から突出する前記音響整合層を構成する第１音響整合層面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる硬質な振動子形状形成部材と、
前記振動子形状形成部材の外側に配置され、導体部と外部とを電気的に絶縁する繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる絶縁部材と、
を備えることを特徴とする超音波振動子。
【請求項５】
前記圧電素子は、前記切断手段によって前記第１音響整合層に固定配置された圧電体の表面から第１音響整合層を通過して前記第２音響整合層に至る所定間隔の分割溝を設けて形成されることを特徴とする請求項３または４に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記振動子形状形成部材は、円形形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記絶縁部材は、円形形状であることを特徴とする請求項２または４に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記振動子形状形成部材は、略部分円筒形形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記絶縁部材は、略部分円筒形形状であることを特徴とする請求項２または４に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
硬質な層を含む音響整合層と、
前記音響整合層を構成する硬質な層の所定位置に前記音響整合層の一部が突出する位置関係に固定配置され、前記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される両平面部に一面側電極及び他面側電極をそれぞれ設けた圧電体と、
分割形成された前記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、前記圧電素子から突出する前記音響整合層の前記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる振動子形状形成部材と、
を備え、
前記音響整合層の端部側所定位置に、前記圧電体に平行で、前記圧電体の平面部に設けた電極に対向する所定幅の帯状導電材料を設ける一方、前記振動子形状形成部材に前記圧電体から延出配置された導電材料に対向配置される導電部を設けたことを特徴とする超音波振動子。
【請求項１１】
硬質な層を含む音響整合層と、
前記音響整合層を構成する硬質な層の所定位置に前記音響整合層の一部が突出する位置関係に固定配置され、前記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される両平面部に一面側電極及び他面側電極をそれぞれ設けた圧電体と、
分割形成された前記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、前記圧電素子から突出する前記音響整合層の前記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる硬質な振動子形状形成部材と、
前記振動子形状形成部材の外側に配置され、導体部と外部とを電気的に絶縁する繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる絶縁部材と、
を備え、
前記音響整合層の端部側所定位置に、前記圧電体に平行で、前記圧電体の平面部に設けた電極に対向する所定幅の帯状導電材料を設ける一方、前記振動子形状形成部材に前記圧電体から延出配置された導電材料に対向配置される導電部を設けたことを特徴とする超音波振動子。
【請求項１２】
前記圧電体の平面部に設けた電極と前記音響整合層に設けた帯状の導電材料との電気的導通、或いは前記導電材料と前記振動子形状形成部材の導電部との電気的導通の少なくとも一方を接触によって行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波振動子。
【請求項１３】
前記圧電体の平面部に設けた電極と前記音響整合層に設けた帯状の導電材料との電気的導通、或いは前記導電材料と前記振動子形状形成部材の導電部との電気的導通の少なくとも一方を導電部材を介して行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波振動子。
【請求項１４】
前記導電部材は、金属ロウ部材、導電性接着剤、導電性塗料或いは導体被膜であることを特徴とする請求項１３に記載の超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置等に用いられる超音波振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野においては、超音波振動子から生体組織内に超音波パルスを繰り返し送信し、生体組織から反射される超音波パルスのエコーを、同一あるいは別体に設けた超音波振動子で受信して、この超音波パルスを送受信する方向を徐々にずらすことによって、生体内の複数の方向から収集した情報を可視像の超音波断層画像として表示する超音波診断装置が、種々提案されている。
【０００３】
このような超音波診断装置などに用いられる超音波振動子として、複数の圧電素子を規則的に配列した電子走査方式のアレイ型超音波振動子がある。この超音波振動子には、複数の圧電素子を円筒状に配列したラジアルアレイ型、略部分円筒状に配列したコンベックスアレイ型、或いは平板状に配列したリニアアレイ型がある。
【０００４】
上記ラジアルアレイ型の超音波振動子は、例えば、ダンパー効果のある可撓性を有する薄板で形成された支持部材に、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等を素材とした圧電素子板及び音響整合層を順次接着して振動子ユニットを形成した後、下層の支持部材を残して長手方向の一辺に直交する所定ピッチの切り溝を切断手段で形成して多数の超音波振動子を有する振動子アレイを構成し、この振動子アレイを構成する支持部材の裏面を断面が円形状の固定部材を兼用したダンパー材（バッキング材ともいう）の周囲に接着して形成していた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、圧電素子の両面にそれぞれ音響整合層と変形しやすい材料等で形成した背面負荷材とを設け、切断手段で所望の間隔で音響整合層側から背面負荷材の一部に達する切り溝を形成し、所望の曲率に形成した曲面体の外面に背面負荷材を接着固定して超音波探触子を製造していた（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
また、音響レンズの内側にバッキング材枠が配置され、このバッキング材枠の内側にケーブル配線基板が立設され、その周囲にバッキング材が充填されるようにしている超音波アレイ振動子がある（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平２−２７１８３９号公報
【特許文献２】特許２５０２６８５号公報
【特許文献３】特開２００２−２２４１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている超音波プローブでは、可撓性の支持部材とダンパー材とを接着剤で固定して形成した超音波振動子では、支持部材とダンパー材との間に設けられる接着層によってパルス幅が延びる等の性能上の不具合が発生するおそれがあった。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載されている超音波探触子の製造方法では、可撓性を有する或いは変形しやすい弾性部材を曲げた状態にしてダンパー材或いは曲面体に接着固定することにより所定形状を形作っていた。このため、弾性部材に残留応力が発生して断線等の不具合の要因になるおそれがあった。
【０００９】
さらに、柔らかな部材を接着によって固定するとき、硬質部材同士を接着する場合と異なり、接着層の厚みにばらつきが生じることや、部材形状を高精度にできないことによって、所望の形状精度を得ることが難しかった。
【００１０】
また、バッキング材枠（フレーム）には、高い形状精度、絶縁性、リード線との接続があるために導体パターン付加が可能で半田付けの熱に耐えることなどが求められるが、このような用途に使用されているガラスエポキシ基板等の一般の基板材料は、形状加工したエッジの部分で樹脂とガラス繊維との剥離が発生してしまい、微細な形状が変わってしまうため、機械加工精度を高めることが困難であるという問題点があった。
【００１１】
また、ポリイミドは合成が低く、接着性が低いため、フレームの使用には向いていないという問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フレームの材料として、耐熱性が良く、加工性が良く、かつ外形が崩れないＰＰＥ（ポリフェニルエーテル：Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌ  Ｅｔｈｅｒ）を用いることにより、残留応力による不具合の発生を防止して、分割した圧電素子を高精度に配列させて良好な超音波画像を得られる信頼性および強度の高い超音波振動子を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の超音波振動子は、硬質な層を含む音響整合層と、上記音響整合層より長さ寸法が短く、上記硬質な層の所定位置に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、上記分割された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層の上記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）からなる振動子形状形成部材とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様によれば、本発明の超音波振動子は、硬質な層を含む音響整合層と、上記音響整合層より長さ寸法が短く、上記硬質な層の所定位置に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、上記分割された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層の上記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる硬質な振動子形状形成部材と、上記振動子形状形成部材の外側に配置され、導体部と外部とを電気的に絶縁する繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる絶縁部材とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様によれば、本発明の超音波振動子は、少なくとも硬質な第１音響整合層及び軟質な第２音響整合層を積層して形成した音響整合層と、上記音響整合層より長さ寸法が短く、上記第１音響整合層面の所定位置に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、上記分割された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層を構成する第１音響整合層面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる振動子形状形成部材とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、本発明の超音波振動子は、少なくとも硬質な第１音響整合層及び軟質な第２音響整合層を積層して形成した音響整合層と、上記音響整合層より長さ寸法が短く、上記第１音響整合層面の所定位置に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される圧電体と、上記分割された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層を構成する第１音響整合層面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる硬質な振動子形状形成部材と、上記振動子形状形成部材の外側に配置され、導体部と外部とを電気的に絶縁する繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる絶縁部材とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の超音波振動子は、上記圧電素子が、上記切断手段によって上記第１音響整合層に固定配置された圧電体の表面から第１音響整合層を通過して上記第２音響整合層に至る所定間隔の分割溝を設けて形成されることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の超音波振動子は、上記振動子形状形成部材が、円形形状であることが望ましい。
また、本発明の超音波振動子は、上記絶縁部材が、円形形状であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の超音波振動子は、上記振動子形状形成部材が、略部分円筒形形状であることが望ましい。
また、本発明の超音波振動子は、上記絶縁部材が、略部分円筒形形状であることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の一態様によれば、本発明の超音波振動子は、硬質な層を含む音響整合層と、上記音響整合層を構成する硬質な層の所定位置に上記音響整合層の一部が突出する位置関係に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される両平面部に一面側電極及び他面側電極をそれぞれ設けた圧電体と、分割形成された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層の上記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる振動子形状形成部材とを備え、上記音響整合層の端部側所定位置に、上記圧電体に平行で、上記圧電体の平面部に設けた電極に対向する所定幅の帯状導電材料を設ける一方、上記振動子形状形成部材に上記圧電体から延出配置された導電材料に対向配置される導電部を設けたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様によれば、本発明の超音波振動子は、硬質な層を含む音響整合層と、上記音響整合層を構成する硬質な層の所定位置に上記音響整合層の一部が突出する位置関係に固定配置され、上記固定配置された状態で切断手段によって複数の圧電素子に分割される両平面部に一面側電極及び他面側電極をそれぞれ設けた圧電体と、分割形成された上記圧電素子の表面を内周面側に配置した状態で、上記圧電素子から突出する上記音響整合層の上記圧電素子を配置した面に固定配置されて、複数の圧電素子を所定形状に配列させる硬質な振動子形状形成部材と、上記振動子形状形成部材の外側に配置され、導体部と外部とを電気的に絶縁する繊維強化型熱硬化性ＰＰＥからなる絶縁部材とを備え、上記音響整合層の端部側所定位置に、上記圧電体に平行で、上記圧電体の平面部に設けた電極に対向する所定幅の帯状導電材料を設ける一方、上記振動子形状形成部材に上記圧電体から延出配置された導電材料に対向配置される導電部を設けたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の超音波振動子は、上記圧電体の平面部に設けた電極と上記音響整合層に設けた帯状の導電材料との電気的導通、或いは上記導電材料と上記振動子形状形成部材の導電部との電気的導通の少なくとも一方を接触によって行うことが望ましい。
【００２２】
また、本発明の超音波振動子は、上記圧電体の平面部に設けた電極と上記音響整合層に設けた帯状の導電材料との電気的導通、或いは上記導電材料と上記振動子形状形成部材の導電部との電気的導通の少なくとも一方を導電部材を介して行うことが望ましい。
【００２３】
また、本発明の超音波振動子は、上記導電部材が、金属ロウ部材、導電性接着剤、導電性塗料或いは導体被膜であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、残留応力による不具合の発生を防止して、分割した圧電素子を高精度に配列させて良好な超音波画像を得られる高信頼性の超音波振動子を提供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】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
図１は、超音波振動子を示す斜視図である。
図１に示すように本実施の形態の超音波振動子１は、ラジアルアレイ型に構成したものであり、音響整合層２と、後述する圧電素子と、バッキング材３と、円筒状に形成した振動子形状形成部材４とで主に構成されている。
【００２６】
上記音響整合層２は、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系等の樹脂部材に金属、セラミックス、ガラス等の粉体や繊維を混合したものや、ガラス、マシナブルセラミックス・シリコーン等で硬質に形成した第１音響整合層２ａと、柔軟性を有する例えばシリコーン系、エポキシ系・ＰＥＥＫ・ポリイミド・ポリエーテルイミド・ポリサルフォン・ポリエーテルサルフォン・フッ素系樹脂等の樹脂部材やゴム状の材料で形成した第２音響整合層２ｂとを積層して形成したものである。なお、基板７については後述する。
【００２７】
振動子形状形成部材４は、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥで形成されている。繊維強化型熱硬化性ＰＰＥは、高い形状精度・絶縁性・導体パターン付加が可能・半田付けの熱に対する耐熱性・接着性が高いなどの特徴を有しており、例えば、京セラケミカル（株）製の「ＴＬＣ−Ｗ−５９６」、「ＴＬＣ−Ｗ−５９８」、旭化成工業（株）製の「ＰＰＣシリーズ」、「ＲＣＣシリーズ」、「Ａ−ＰＰＥシリーズ」、及び利昌工業（株）製の「ＣＳ−３３７６シリーズ」、「ＣＳ−３６６５Ｅ」、等を好適に使用できる。
【００２８】
図２は、超音波振動子の構成を説明する長手方向断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
図２及び図３に示すように、上記超音波振動子１は、中心側より順にバッキング材３、圧電素子５及び基板７、第１音響整合層２ａ、第２音響整合層２ｂを配置して構成されている。
【００２９】
図１及び図３に示すように、上記圧電素子５及び第１音響整合層２ａは、所定数である例えば１９２個等の複数に分割された状態で配列されている。各圧電素子５の内周面側には一面側電極５ａが設けられ、外周面側には他面側電極５ｂが設けられている。
【００３０】
図４は、図２の矢印Ｂで示す部分の拡大図であり、図５は、図２の矢印Ｂで示した部分の他の構成例を説明する図であり、図６は、図２の矢印Ｂで示した部分の他の構成例を説明する図であり、図７は、図２の矢印Ｃで示す部分の拡大図である。
【００３１】
図４および図５に示すように、上記超音波振動子１の一端側では音響整合層２が上記圧電素子５より突出するように構成されている。そして、この突出した音響整合層２を構成する第１音響整合層２ａの内周面には上記振動子形状形成部材４が接着固定されている。
【００３２】
また、上記音響整合層２を構成する第１音響整合層２ａの所定位置には、例えばこの第１音響整合層２ａの表面と略面一致になるように帯状の導電材料を配置構成したグランド用導電材料（以下、グランド電極と記載する）６が設けられている。このグランド電極６上に上記他面側電極５ｂを載置させることによって、この他面側電極５ｂと上記グランド電極６とが電気的導通状態になる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、上記振動子形状形成部材４の所定位置である外周面の上記グランド電極６に対向する面及び一側面には導電部４ａが設けてある。そして、この振動子形状形成部材４を上記第１音響整合層２ａの内周面に対して導電部材である例えば導電接着剤（不図示）で接着固定することによって、上記導電部４ａと上記グランド電極６とが電気的な導通状態になる。この導電部材としては導電接着剤に限定されるものではなく、半田や銀ロウ、金ロウ等の金属ロウ部材、或いは導体被膜等であってもよい。
【００３４】
また、図６に示すように、導電部４ａを上記振動子形状形成部材４の一側面に設けるのみでもよい。この場合は、上記クランド電極６が外側に露出する構成とし、導電部４ａとグランド電極６との間を、導電性樹脂・導電性塗料等の導体材料や、各種の導体薄膜、導体厚膜、メッキ等の導体皮膜で電気的な導通状態とする。また、これらを組み合わせることも可能である。
【００３５】
図７に示すように、上記超音波振動子１の他端側には上記圧電素子５と略同一厚み寸法で形成された基板７が隣設配置されている。この基板７は、３次元基板、アルミナ基板、ガラスエポキシ基板、リジットフレキシブル基板・フレキシブル基板等であり、この基板７に形成されている導電パターン７ａと上記圧電素子５の一面側電極５ａとはこの導電パターン７ａ上及び一面側電極５ａ上に配置された導電部材８によって電気的に接続されている。
【００３６】
なお、上記圧電素子５は、板状に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛・チタン酸バリウム系・ＢＮＴ−ＢＳ−ＳＴ系等の圧電セラミック又は、ＬｉＮｂＯ3・ＰＺＮＴ等の圧電性結晶・リラクサー強誘電体を切断して形成したものである。上記一面側電極５ａ及び他面側電極５ｂは板状の圧電セラミックの面上に金、銀、銅あるいはニッケル ・クロム等の導電部材を焼付け又は蒸着・スパッタ・イオンプレーティング等の薄膜又はメッキ等により、単層・多層又は合金層として予め設けたものである。
【００３７】
また、上記バッキング材３は、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系、ポリエーテルイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）・ウレタン系・フッ素系等の樹脂部材やクロロプレンゴム・プロピレン系ゴム・ブタジエン系ゴム・ウレタン系ゴム・シリコーンゴム・フッ素系ゴム等のゴム材、又はこれら樹脂部材やゴム材にタングステン等の金属、アルミナ・ジルコニア・シリカ・酸化タングステン・圧電セラミックス粉・フェライト等のセラミックス、ガラス、樹脂等の粉体や繊維・中空の粒子などからなる単一又は複数の物質・形状のフィラーを混合したものであり、本実施の形態においてはアルミナ粉末入りのエポキシ樹脂を硬化させたものである。
【００３８】
次に、上述のように構成される超音波振動子１の組立て手順を、図８乃至図２０を参照して説明する。
（１）音響整合層２を形成する工程
図８は、音響整合層を形成する部材を説明する図であり、図９は、音響接合層を説明する図である。
【００３９】
まず、上記音響整合層２を形成するため、図８に示すように所定寸法及び形状で所定の音響インピーダンス値に調整した第１音響整合層２ａ及び第２音響整合層２ｂを用意する。この第１音響整合層２ａの一面側所定位置には板状のグランド電極６が配置してある。
【００４０】
そして、図９に示すように上記第１音響整合層２ａと第２音響整合層２ｂとを一体的に積層して音響整合層２を形成する。このとき、上記第２音響整合層２ａを、グランド電極６が設けられていない第１音響整合層２ａの他面側に配置する。音響整合層は、本実施の形態で示したように各々を所定厚さとした後に一体化すること、一体化させた後に所定厚さとすること、接合で無く一方に他方を塗布、注型、成膜等により直接形成すること、及びこれらの組合せが可能である。
【００４１】
なお、上記グランド電極６は例えば、上記第１音響整合層２ａの所定位置に形成した所定幅寸法及び深さ寸法の溝１１に、所定幅寸法及び厚み寸法に形成した板状の導電部材１２を接着配置して構成したり、或いは、上記溝１１に所定幅寸法で上記深さ寸法より厚めに形成した板状の導電部材を接着配置するか、導電樹脂等を突出するように塗布或いは充填した後、この導電部材の突出部分を第１音響整合層２ａの面と面一致状態になるように加工して構成したり、或いは所定厚み寸法より厚めに形成した上記第１音響整合層２ａの上記溝１１内に導電部材を接合ないし塗布或いは充填した後、全体を所定厚み寸法になるように加工して構成したり、或いは各種の導体膜により構成したものである。なお、グランド電極６には、導電性樹脂・導電性塗料・金属等の導体材料や、各種の導体薄膜・導体厚膜・メッキ等の導体皮膜が使用可能である。
（２）第１積層体を形成する工程
図１０は、第１積層体を形成する部材を説明する図であり、図１１は、第１積層体を説明する図である。
【００４２】
第１積層体を形成するため、図１０に示すように上記音響整合層２と、一面側電極５ａ及び他面側電極５ｂとをそれぞれ設けた圧電セラミック１３とを用意する。この圧電セラミック１３は、上記音響整合層２の長さ寸法より所定寸法だけ短く形成され、幅寸法は略同一寸法で形成され、厚み寸法は所定寸法に形成されている。
【００４３】
図１１に示すように上記音響整合層２をひっくり返した状態にして、第１音響整合層２ａに設けたグランド電極６上の所定位置に上記圧電セラミック１３の他面側電極５ｂを載置させた状態にして、この圧電セラミック１３を上記第１音響整合層２ａに対して接着剤（不図示）によって一体的に接着固定する。
【００４４】
このことによって、上記他面側電極５ｂと上記圧電セラミック１３のグランド電極６とが電気的導通状態で、上記音響整合層２と上記圧電セラミック１３とが一体な第１積層体２１が形成される。このとき、上記グランド電極６が配置されている音響整合層２の一端面側が上記圧電セラミック１３の一端面側から所定量ａだけ突出した状態になる。
（３）第２積層体を形成する工程
図１２は、第２積層体を形成する部材を説明する図であり、図１３は、第２積層体を説明する図である。
【００４５】
第２積層体を形成するため、図１２に示すように上記第１積層体２１と、例えば一面側に複数の導電パターン７ａを規則的に設けた厚み寸法が上記圧電セラミック１３と略同寸法の基板７とを用意する。そして、導電パターン７ａを上向きにした状態で図１３に示すように上記基板７を上記圧電セラミック１３に並べて隣り合わせに配設し、この基板７を上記第１音響整合層２ａに対して接着固定する。
【００４６】
このことによって、上記第１音響整合層２ａの面上に圧電セラミック１３と基板７とが隣設した第２積層体２２が形成される。なお、上記基板７の幅寸法及び長さ寸法は所定寸法に設定されている。
（４）基板の導電パターン７ａと圧電セラミック１３の一面側電極５ａとを電気的に接続する工程
図１４は、基板の導電パターンと圧電セラミックの一面側電極とを電気的に接続する工程を説明する図である。
【００４７】
図１４に示すように上記第２積層体２２の導電パターン７ａが形成されている基板７及び一面側電極５ａが設けられている圧電セラミック１３の表面の所定位置に図示しないマスク部材を配置し、膜部材である導電性塗料又は導電性接着剤等を塗布して導電膜部１４を設ける。
【００４８】
このことによって、この導電膜部１４によって、上記導電パターン７ａと一面側電極５ａとが電気的に接続される。
（５）圧電セラミック１３を複数の圧電素子５に分割する工程
図１５は、分割溝を形成して圧電セラミックを圧電素子に分割している状態を示す図であり、図１６は、所定数の分割溝を形成した第２積層体を示す図であり、図１７は、複数の圧電素子を設けた第２積層体を変形させた状態を示す図である。
【００４９】
図１５に示すように図示しないダイシングソー又はレーザ装置等の切断手段を使用して、圧電セラミック１３及び基板７の表面側から上記音響整合層２を構成する第１音響整合層２ａを通過させて、第２音響整合層２ｂの一部に到達する所定深さ寸法で所定幅寸法又は所定形状の分割溝１５を長手方向に対して直交する方向に所定ピッチで形成していく。このとき、上記切断手段を２つの導電パターン７ａを分割する中央線上に配置させる。
【００５０】
このことによって、複数の導電パターン７ａを設けた基板７が導電パターン７ａを設けた複数の基板７に分割されるとともに、１枚の圧電セラミック１３が複数の圧電素子５に分割される。このとき、上記導電膜部１４も導電部材８に分割されていく。このことによって、上記音響整合層２上に導電パターン７ａを導電部材８で電気的に接続した圧電素子５が配列されていく。
【００５１】
そして、図１６に示すように上記第２積層体２２に分割溝１５を所定ピッチで所定数形成することによって、上記圧電セラミック１３、基板７、導電膜部１４及び第１音響整合層２ａが所定数に分割されて、圧電セラミック１３及び基板７を有していた第２積層体２２が、複数の圧電素子５及び基板７を配置した第２積層体２２ａに変化する。つまり、上記音響整合層２を構成する柔軟性を有する第２音響整合層２ｂに、複数の圧電素子５を配列した状態になる。
【００５２】
したがって、上記第２音響整合層２ｂを最外周側に配置した状態にして、この第２積層体２２を曲げ変形することにより、図１７に示すように複数の圧電素子５を備えた第２積層体２２ａを円筒形状に形作れる。
【００５３】
なお、上記分割溝１５を形成した後、上記超音波振動子１を形成するに当たって不要になる、例えば図１５の斜線で示す音響整合層２を除去しておく。また同様に、上記第２積層体を構成する各部材について、例えば長さなどについては所定形状よりも大きいものを用い、最終的に不要部分を除去することも可能である。さらに必要に応じ、それぞれの圧電素子５の一面側電極５ａと、基板７の導電パターン７ａとが導電部材８によって電気的に接続されているかの導通検査を行う。
（６）円筒状ユニット２３を形成する工程
図１８は、円筒状の振動子ユニットを形成する部材を説明する図であり、図１９は、第１音響整合層に振動子形状形成部材を配置した状態を説明する図であり、図２０は、基板に振動子形状形成部材を配置した状態を説明する図である。
【００５４】
円筒状ユニット２３を形成するため、図１８に示すように第２積層体２２ａと、所定寸法に形成した繊維強化型熱硬化性ＰＰＥ部材で形成した円筒状の振動子形状形成部材４Ａ、４Ｂとを用意する。そして、図１９に示すように上記第２積層体２２ａを円筒状に形作った後、上記振動子形状形成部材４Ａを音響整合層２の第１音響整合層２ａに導電接着剤で一体的に接着固定する。一方、図２０に示すように上記振動子形状形成部材４Ｂを上記圧電素子５に隣設する基板７の内周面側に非導電性の接着剤によって一体的に接着固定する。
【００５５】
このことによって、硬質な部材である第１音響整合層２ａと繊維強化型熱硬化性ＰＰＥである振動子形状形成部材４Ａ及び基板７と繊維強化型熱硬化性ＰＰＥである振動子形状形成部材４Ｂとを接着固定して上記第２積層体２２ａが所定の曲率の円筒状ユニット２３として形成される。このとき、分割された圧電素子５にそれぞれ設けられている他面側電極５ｂと導通状態になっている上記グランド電極６と、振動子形状形成部材４Ａの導電部４ａとが一体的な導通状態になる。この導電部４ａに図示しない超音波観測装置から延出するグラント線を接続することによって容量が十分に大きなグランドが確保される。なお、上記振動子形状形成部材４Ａは、固定を非導電性接着剤により行い、その後に導体薄膜、導電性樹脂、導体厚膜等によって電気的に接続しても、何ら問題はない。
【００５６】
バッキング材は、圧電素子５の一面電極５ａ側に、フェライト入りゴム材・アルミナ粉入りエポキシ等を材料として用い、接着・注型等の方式により、付加する。これにより、上記図１乃至図３に示したような構成のラジアルアレイ型の超音波振動子が形成される。
【００５７】
図２１は、コンベックスアレイ型振動子ユニットを形成するための振動子形状形成部材及び第２積層体を示す図であり、図２２は、リニアアレイ型振動子ユニットを形成するための振動子形状形成部材及び第２積層体を示す図である。
【００５８】
上述したように、本実施の形態においては振動子形状形成部材４Ａ、４Ｂを用いてラジアルアレイ型の超音波振動子１を形成する工程を説明したが、上記（６）の円筒状ユニット２３を形成する工程で示した振動子形状形成部材４Ａ、４Ｂを使用する代わりに、図２１に示すように例えば部分円形形状等に形成した振動子形状形成部材４Ｃ、４Ｄを上述と同様に所定形状で所定数に分割された圧電素子５を有する第２積層体２２ｂの第１音響整合層２ａに固定することによってコンベックスアレイ型振動子ユニットが形成される。
【００５９】
また、図２２に示すように端部が平坦である平板状の振動子形状形成部材４Ｅを上述と同様に第２積層体２２ｃの第１音響整合層２ａに該平坦部が接するように固定することによってリニアアレイ型振動子ユニットが形成される。さらに、振動子形状形成部材の端部形状は円弧や直線に限定されるものではなく、これらの組合せや変形も可能であり、これにより超音波走査方向を自在に設定することができる。
【００６０】
このように、圧電素子から突出している音響整合層を構成する硬質な第１音響整合層に、所定形状に形成した繊維強化型熱硬化性ＰＰＥである振動子形状形成部材を固定配置することによって、所定形状の超音波振動子を高精度に形成することができるとともに、残留応力による不具合の発生を確実に防止した超音波振動子を形成することができる。
【００６１】
このことによって、圧電セラミックを複数に分割して形成した圧電素子が高精度に配列されて、高画質の超音波観察像を長期にわたって安定して得られる。
なお、上述の実施の形態においては、振動子形状形成部として繊維強化型熱硬化性ＰＰＥを用いたが、振動子形状形成部材としては一般的な硬質部材を用い、さらにその外側に超音波振動子を絶縁するための部材として振動子形状形成部と同一形状の繊維強化型熱硬化性ＰＰＥを用いた絶縁部材を用意しても良い。
【００６２】
図２３は、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたラジアル型超音波振動子の構成を説明するための図であり、図２４は、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたラジアル型超音波振動子を示す図である。
【００６３】
ラジアル型超音波振動子１ａを形成するため、図２３に示すように音響整合層２と、所定寸法に形成した硬質部材で形成した円筒状の振動子形状形成部材３１ａ、３１ｂと、これら振動子形状形成部材３１ａ、３１ｂとほぼ同一寸法に形成した繊維強化型熱硬化性ＰＰＥで形成した円筒状の絶縁部材３２ａとを用意する。
【００６４】
そして、図２４に示すように、上記振動子形状形成部材３１ａ、３１ｂを音響整合層２に導電接着剤で一体的に接着固定した後、絶縁部材３２ａを接着固定して、ラジアル型超音波振動子１ａを形成する。
【００６５】
図２５は、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたコンベックス型超音波振動子の構成を説明するための図であり、図２６は、繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたコンベックス型超音波振動子を示す図である。
【００６６】
コンベックス型超音波振動子１ｂを形成するため、図２５に示すように音響整合層２と、所定寸法に形成した硬質部材で形成した円盤状の振動子形状形成部材３１ｃ、３１ｄと、これら振動子形状形成部材３１ｃ、３１ｄとほぼ同一寸法に形成した繊維強化型熱硬化性ＰＰＥで形成した円盤状の絶縁部材３２ｂとを用意する。
【００６７】
そして、図２６に示すように、上記振動子形状形成部材３１ｃ、３１ｄを音響整合層２に導電接着剤で一体的に接着固定した後、絶縁部材３２ｂを接着固定して、コンベックス型超音波振動子１ｂを形成する。
【００６８】
なお、本発明は、以上述べた実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。例えば、本例では基板７を圧電素子５に併設配置し導電部材により両者を電気的に接続したが、これに限定されるものではなく、例えばバッキング材の内部又は側面に基板を位置させることや、フレームと基板とを合一すること、基板と圧電素子との接続を金属細線等で行うことも可能である。
【００６９】
以上本発明の実施の形態を図面を用いて説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】超音波振動子を示す斜視図である。
【図２】超音波振動子の構成を説明する長手方向断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２の矢印Ｂで示す部分の拡大図である。
【図５】図２の矢印Ｂで示した部分の他の構成例を説明する図である。
【図６】図２の矢印Ｂで示した部分の他の構成例を説明する図である。
【図７】図２の矢印Ｃで示す部分の拡大図である。
【図８】音響整合層を形成する部材を説明する図である。
【図９】音響接合層を説明する図である。
【図１０】第１積層体を形成する部材を説明する図である。
【図１１】第１積層体を説明する図である。
【図１２】第２積層体を形成する部材を説明する図である。
【図１３】第２積層体を説明する図である。
【図１４】基板の導電パターンと圧電セラミックの一面側電極とを電気的に接続する工程を説明する図である。
【図１５】分割溝を形成して圧電セラミックを圧電素子に分割している状態を示す図である。
【図１６】所定数の分割溝を形成した第２積層体を示す図である。
【図１７】複数の圧電素子を設けた第２積層体を変形させた状態を示す図である。
【図１８】円筒状の振動子ユニットを形成する部材を説明する図である。
【図１９】第１音響整合層に振動子形状形成部材を配置した状態を説明する図である。
【図２０】基板に振動子形状形成部材を配置した状態を説明する図である。
【図２１】コンベックスアレイ型振動子ユニットを形成するための振動子形状形成部材及び第２積層体を示す図である。
【図２２】リニアアレイ型振動子ユニットを形成するための振動子形状形成部材及び第２積層体を示す図である。
【図２３】繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたラジアル型超音波振動子の構成を説明するための図である。
【図２４】繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたラジアル型超音波振動子を示す図である。
【図２５】繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたコンベックス型超音波振動子の構成を説明するための図である。
【図２６】繊維強化型熱硬化性ＰＰＥの絶縁部材を用いたコンベックス型超音波振動子を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１        超音波振動子
１ａ      ラジアル型超音波振動子
１ｂ      コンベックス型超音波振動子
２        音響整合層
２ａ      第１音響整合層
２ｂ      第２音響整合層
３        バッキング材
４        振動子形状形成部材
４ａ      導電部
４Ａ      振動子形状形成部材
４Ｂ      振動子形状形成部材
４Ｃ      振動子形状形成部材
４Ｄ      振動子形状形成部材
４Ｅ      振動子形状形成部材
５        圧電素子
５ａ      一面側電極
５ｂ      他面側電極
６        グランド電極
７        基板
７ａ      導電パターン
８        導電部材
１１      溝
１２      導電部材
１３      圧電セラミック
１４      導電膜部
１５      分割溝
２１      第１積層体
２２      第２積層体
２２ａ    第２積層体
２２ｂ    第２積層体
２２ｃ    第２積層体
２３      円筒状ユニット
３１ａ    振動子形状形成部材
３１ｂ    振動子形状形成部材
３１ｃ    振動子形状形成部材
３１ｄ    振動子形状形成部材
３２ａ    絶縁部材
３２ｂ    絶縁部材
【図１】
2006087464.tif 000003
【図２】
2006087464.tif 000004
【図３】
2006087464.tif 000005
【図４】
2006087464.tif 000006
【図５】
2006087464.tif 000007
【図６】
2006087464.tif 000008
【図７】
2006087464.tif 000009
【図８】
2006087464.tif 000010
【図９】
2006087464.tif 000011
【図１０】
2006087464.tif 000012
【図１１】
2006087464.tif 000013
【図１２】
2006087464.tif 000014
【図１３】
2006087464.tif 000015
【図１４】
2006087464.tif 000016
【図１５】
2006087464.tif 000017
【図１６】
2006087464.tif 000018
【図１７】
2006087464.tif 000019
【図１８】
2006087464.tif 000020
【図１９】
2006087464.tif 000021
【図２０】
2006087464.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2006087464.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2006087464.tif 000026
【図２５】
2006087464.tif 000027
【図２６】
2006087464.tif 000028