(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
前記圧電素子の表面に形成された電極と、
前記電極に先端が接触した導電性のワイヤと、
電気めっき法により形成され、前記ワイヤの少なくとも先端と前記電極とを互いに接触させた状態で被覆することで前記電極と前記ワイヤを電気的に接続する金属膜と、
を含むことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記金属膜は、前記ワイヤの少なくとも先端を前記ワイヤの形状に沿った均一な厚みで被覆し、さらに前記ワイヤを被覆した厚みと同じ厚みで前記電極を被覆することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記ワイヤは、張力が加えられていない状態で前記電極に接触していることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記ワイヤの先端は、球形状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記圧電素子は、ＰＭＮ−ＰＴ単結晶、ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、又はリラクサー系材料からなることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項６】
圧電素子の表面に形成された電極に、導電性のワイヤの先端を接触させる第１の工程と、
前記ワイヤの先端と前記電極とを互いに接触した状態で電気めっき法により形成される金属膜によって、前記ワイヤの少なくとも先端を被覆し、さらに前記電極を被覆し、電気的に接続する第２の工程と、
を含むことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項７】
前記第２の工程は、前記金属膜によって、前記ワイヤの少なくとも先端を前記ワイヤの形状に沿った均一な厚みで被覆し、さらに前記ワイヤを被覆した厚みと同じ厚みで前記電極を被覆することを特徴とする請求項６に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程は、前記ワイヤを張力が加えられていない状態で前記電極に接触させることを特徴とする請求項６に記載の超音波振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を備える超音波振動子及び超音波振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の内部構造を観察する医療画像診断の分野や機械構造物等の内部を観察する非破壊検査の分野では、圧電素子からなる超音波観察部から発せられる超音波を用いた超音波観測装置が用いられている。例えば、日本国特開２００２−２２４１０４号公報には、複数の圧電素子を配列して形成される圧電素子アレイを備えた超音波観察部が開示されている。圧電素子アレイを備えた超音波観察部では、超音波ビームの送信方向を電子的に変更することが可能である。【０００３】
圧電素子への配線の接合には半田付けが利用されるが、半田付けの熱が圧電素子に伝わることによって、圧電素子の消極が起こるおそれがある。【０００４】
そこで本発明は、製造時における圧電素子の消極を抑制した超音波振動子を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の超音波振動子は、圧電素子と、前記圧電素子の表面に形成された電極と、前記電極に先端が接触した導電性のワイヤと、電気めっき法により形成され、前記ワイヤの少なくとも先端と前記電極とを互いに接触させた状態で被覆することで前記電極と前記ワイヤを電気的に接続する金属膜と、を含む。
【０００６】
また、本発明の一態様の超音波振動子の製造方法は、圧電素子の表面に形成された電極に、導電性のワイヤの先端を接触させる第１の工程と、前記ワイヤの先端と前記電極とを互いに接触した状態で電気めっき法により形成される金属膜によって、前記ワイヤの少なくとも先端を被覆し、さらに前記電極を被覆し、電気的に接続する第２の工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】超音波観測装置と繋がった超音波振動子の斜視図である。
【図２】超音波ビームによる走査が行われる平面に沿った方向から超音波振動子を見た図である。
【図３】図２のIII-III断面図であり、超音波振動子を、走査面に平行な平面によって切断した断面図である。
【図４】図２のIV-IV断面図であり、超音波振動子を、走査面に直交する平面によって切断した断面図である。
【図５】圧電素子単体を拡大した斜視図である。
【図６】超音波振動子の製造方法を説明するための図である。
【図７】超音波振動子の製造方法を説明するための図である。
【図８】超音波振動子の製造方法を説明するための図である。
【図９】超音波振動子の製造方法の、電気めっき工程を説明するための図である。
【図１０】超音波振動子の製造方法を説明するための図である。
【図１１】超音波振動子の製造方法を説明するための図である。
【図１２】超音波振動子の製造方法における効果を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。【０００９】
以下に、本発明に係る超音波振動子の実施形態の一例を説明する。図１に示す本実施形態の超音波観察部１は、複数の圧電素子３からなる圧電素子アレイ２を有して構成された超音波振動子１ａを含む。超音波振動子１ａは、電子走査方式の超音波探触子である。図２は、超音波振動子１ａによって超音波ビームによる走査が行われる平面（走査面と称する）に沿った方向（図１中の矢印Ａ）から超音波観察部１を見た図である。【００１０】
なお、圧電素子アレイ２を構成する複数の圧電素子３の数や配列の形態は特に限定されるものではなく、複数の圧電素子３が１列に配列されることにより構成される１次元アレイ（１Ｄアレイ）であってもよいし、複数の圧電素子３が行列状に配列されることにより構成される２次元アレイ（２Ｄアレイ）であってもよい。【００１１】
また、複数の圧電素子が行列状に配列されてなる圧電素子アレイの形態として、一般に１．２５Ｄアレイと称され、超音波ビームの幅が可変である構成や、一般に１．５Ｄアレイと称され、超音波ビームの幅と焦点距離が可変である構成が知られている。圧電素子アレイ２は、このような、１．２５Ｄアレイや１．５Ｄアレイと称される形態であってもよい。【００１２】
また、圧電素子アレイ２が１次元アレイである場合には、複数の圧電素子３が直線に沿って配列される形態であってもよいし、曲線に沿って配列される形態であってもよい。また、圧電素子アレイ２が、例えば１．２５Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ又は２Ｄアレイ等のように、複数の圧電素子が行列状に配列された形態である場合には、複数の圧電素子３が一つ又は複数の平面に沿って配列される形態であってもよいし、一つ又は複数の曲面に沿って配列される形態であってもよい。【００１３】
本実施形態では一例として、超音波振動子１ａが含む圧電素子アレイ２は、略円筒面上に複数の圧電素子３が行列状に配列されてなる１．２５Ｄアレイの形態を有している。圧電素子アレイ２は、略円筒面の円周方向が走査方向と一致するように構成されており、略扇状に超音波ビームの走査を行うことが可能である。このような形態の圧電素子アレイ２を有する超音波観察部１は、一般にコンベックス型と称される。【００１４】
詳しくは後述するが、超音波振動子１ａは、ハウジング部２１内に収容されている。ハウジング部２１は、超音波振動子１ａの超音波を送受信する面を露出させた状態で超音波振動子１ａを保持するように構成されている。【００１５】
超音波観察部１は、超音波観測装置２２から送られてくる信号を、接続部２０を介して受信し超音波を発生させる。また超音波観察部が受信した超音波信号を、接続部２０を介して超音波観測装置２２に送信して、超音波画像を得る。図１に示す本実施形態では一例として、接続部２０は、超音波観察部１から延出する電気ケーブル２０ａと、電気ケーブル２０ａの端部に設けられ超音波観測装置２２に接続可能に構成されたコネクタ２０ｂからなる。電気ケーブル２０ａは、後述する構成を介して、複数の圧電素子３に電気的に接続されている。【００１６】
なお、接続部２０の形態は、本実施形態に限られるものではなく、例えばコネクタ２０ｂが電気ケーブルを介さずに超音波観察部１に設けられた形態であってもよい。【００１７】
以下に、超音波観察部１及び超音波観察部１に含まれる超音波振動子１ａの構成の詳細について説明する。図３は、超音波観察部１を、走査面に平行な平面によって切断した断面図である。図４は、超音波観察部１を、走査面に直交する平面によって切断した断面図である。図５は、超音波振動子１ａが有する圧電素子３とワイヤ７単体を拡大した斜視図である。【００１８】
個々の圧電素子３は、例えば、ＰＭＮ−ＰＴ単結晶、ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、又はリラクサー系材料によって構成されている。【００１９】
ＰＭＮ−ＰＴとは、マグネシウム・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶とは、マグネシウム・ニオブ酸鉛およびチタン酸ジルコン酸鉛の固溶体の略称である。【００２０】
ＺＮ−ＰＴ単結晶とは、亜鉛・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。【００２１】
ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶とは、インジウム・ニオブ酸鉛、亜鉛・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。【００２２】
リラクサー系材料とは、圧電定数や誘電率を増加させる目的でリラクサー材料である鉛系複合ペロブスカイトをチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に添加した３成分系圧電材料のことを総称している。前記鉛系複合ペロブスカイトは、Ｐｂ（Ｂ１、Ｂ２）Ｏ３で示される材料であり、Ｂ１はマグネシウム、亜鉛、インジウム、またはスカンジムのいずれかであり、Ｂ２はニオブ、タンタル、またはタングステンのいずれかである。【００２３】
これらの材料は、優れた圧電効果を有している。このため、小型化しても電気的なインピーダンスの値を低くすることができ、配線との間のインピーダンスマッチングの観点から好ましい。【００２４】
圧電素子３は、一対の導電性層である第１電極４ａ及び第２電極４ｂを含む。第１電極４ａ及び第２電極４ｂは、圧電素子３の、互いに反対の方向に向く両主面に形成されている。第１電極４ａ及び第２電極４ｂは、導電性を有する材料からなり、例えば金属製の薄膜である。以下では、圧電素子３の、第１電極４ａが形成された面を第１面３ａと称し、第２電極４ｂが形成された面を第２面３ｂと称する。【００２５】
導電性層である第１電極４ａは、個々の圧電素子３の電圧信号の入出力を行うための信号電極である。また、第２電極４ｂは、接地電位とされるグランド電極である。個々の圧電素子３に設けられた全ての第２電極４ｂは、同一の第２導電性層５に電気的に接続されている。第２導電性層５は、接地電位とされるグランド電極である。なお、第２導電性層５は、複数に分割されていてもよい。【００２６】
個々の第１電極４ａには、詳しくは後述する構成によって、導電性の材料からなるワイヤ７の先端部が接合されている。複数のワイヤ７は、１つ又は複数の回路基板８から、個々の圧電素子３に向かって延出している。ワイヤ７は、例えば金や銅等の金属製である。回路基板８には、電気ケーブル２０ａと個々のワイヤ７とを電気的に接続する電気回路が形成されている。【００２７】
回路基板８は、１つ又は複数の層の導電性層を有したプリント回路基板である。回路基板８は、電気絶縁材料からなる基材が所定の剛性を有する、いわゆるリジッド回路基板であってもよいし、基材が軟質で可撓性を有する、いわゆるフレキシブル回路基板であってもよい。【００２８】
ワイヤ７は、張力が加えられていない、弛みのある状態で第１電極４ａと回路基板８との間に架設されている。仮に、ワイヤ７に張力が加えられた状態であると、ワイヤ７の張力が圧電素子３に加えられて圧電素子３の振動の妨げとなる場合がある。ワイヤ７を弛みを有する状態とすることによって、ワイヤ７の張力が圧電素子３の振動に及ぼす影響を防止もしくは抑制することができる。【００２９】
なお、ワイヤ７の断面形状は特に限定されるものではなく、円形状であってもよいし、矩形状であってもよいし、扁平な形状であってもよい。また、ワイヤ７は、回路基板８の電気回路を形成する導電性層の一部を回路基板８の外縁から延出させた、いわゆるフライングリードの形態を有していてもよい。本実施形態では一例として、ワイヤ７は、幅がおよそ５０μｍから７５μｍ、厚さがおよそ２５μｍの扁平な断面形状を有しているものを使用している。【００３０】
また、図３及び図４に例示するように、第１電極４ａの、圧電素子３とは反対側の面には、バッキング材９が配設されている。バッキング材９は、超音波観察部１内において圧電素子３の内側に充填された後に硬化した合成樹脂であり、圧電素子３から超音波観察部１の内側に向かう超音波を減衰させるためのものである。バッキング材９は、例えばアルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂によって構成されている。【００３１】
バッキング材９及び回路基板８の周囲は、側壁部１０によって囲まれている。側壁部１０の内面には、第３導電性層１１が設けられている。第３導電性層１１は、導電性を有する材料からなり、例えば金属製の薄膜である。【００３２】
第３導電性層１１は、グランド線１２を介して、回路基板８に電気的に接続されている。回路基板８には、接地電位とされる電気回路が形成されており、グランド線１２は、この接地電位である電気回路に接続される。第３導電性層１１は、電磁シールドの役割を担った構成である。【００３３】
また、第２導電性層５は、第３導電性層１１と後述する構成によって電気的に接続されている。すなわち、第２導電性層５は、第３導電性層１１及びグランド線１２を介して回路基板８の接地電位とされる電気回路に電気的に接続される。【００３４】
第２導電性層５の、圧電素子３とは反対側の面には、音響整合層６が配設されている。音響整合層６は、圧電素子３と被検体との音響インピーダンスマッチングを行うためのものである。本実施形態では一例として、音響整合層６は異なる材料からなる複数の層である、第１音響整合層６ａ及び第２音響整合層６ｂが積層されて構成されている。第１音響整合層６ａが、第２音響整合層６ｂよりも圧電素子３に近い側に配設されている。なお、音響整合層６の構成は、単層であってもよいし、３層以上であってもよい。また、本実施形態では、音響整合層６が、超音波観察部１の外表面に露出しているが、音響整合層６の外側には、音響レンズが設けられていてもよい。【００３５】
より詳細には、本実施形態では、図３及び図４に示すように、第１音響整合層６ａの内面上に、金属製の薄膜である第２導電性層５が形成されている。そして、第２導電性層５上に、複数の圧電素子３が所定の配列で配設されている。圧電素子３は、第２面３ｂに形成された第２電極４ｂが第２導電性層５に電気的に接続されるように配設されている。図４に示すように、本実施形態では、３列の圧電素子３が走査方向に沿って配列されている。例えば、超音波観察部１を内視鏡に用いる場合、圧電素子アレイ２の、走査面に直交する方向の幅（図４のＷで示す幅）は、およそ２ｍｍから６ｍｍ程度である。【００３６】
本実施形態の回路基板８は、ガラス繊維とエポキシ樹脂からなるガラスエポキシ基板を電気絶縁性の基材８ｃとして用いている。回路基板８は、圧電素子３の第１電極４ａに電気的に接続される配線パターンを形成する導電性層である信号回路層８ａと、接地電位とされ回路基板８の全面に形成される導電性層であるグランド層８ｂとを有している。【００３７】
本実施形態では、回路基板８は、３つの信号回路層８ａと、該３つの信号回路層８ａの間に配設される２つのグランド層８ｂと、の５層の導電性層を有している。これらの５層の導電性層の間には、電気絶縁性の基材８ｃが介装されている。信号回路層８ａの間に、いわゆるベタ電極状のグランド層８ｂを介装させることによって、複数の信号回路層８ａ間のクロストークを防止することができる。なお、回路基板８は、厚さ方向及び平面方向に複数に分割されていてもよい。【００３８】
回路基板８は、第１電極４ａよりも内側において、厚さ方向が、超音波観察部１の走査面に対して略直交するように配設されている。すなわち、３つの信号回路層８ａは、圧電素子３の３つの列に沿うように配設される。圧電素子３と回路基板８との位置関係は、バッキング材９によって固定されている。【００３９】
３つの信号回路層８ａは、それぞれ、３つの圧電素子３の列に対応した配線パターンを有している。すなわち、図４において、中央の信号回路層８ａは、中央の列に含まれる圧電素子３の第１電極４ａに電気的に接続される電気回路を構成しており、図中右側の信号回路層８ａは、図中右側の列に含まれる圧電素子３の第１電極４ａに電気的に接続される電気回路を構成しており、図中左側の信号回路層８ａは、図中左側の列に含まれる圧電素子３の第１電極４ａに電気的に接続される電気回路を構成している。【００４０】
回路基板８の信号回路層８ａによって形成された配線パターンと圧電素子３の第１電極４ａとは、ワイヤ７によって電気的に接続される。ここで、回路基板８の配線パターンとワイヤ７の基端との電気的な接続の形態は特に限定されるものではない。例えば、回路基板８の配線パターンとワイヤ７の基端とは、半田付け又は導電性接着剤等によって接続される形態であってもよいし、その他、いわゆるワイヤボンディングの方法と知られている接合方法によって接続される形態であってもよい。また、前述のように、ワイヤ７は、回路基板８の信号回路層８ａを外側に延出させたフライングリードであり、基端において配線パターンと一体となった形態であってもよい。【００４１】
一方、ワイヤ７の先端と圧電素子３の第１電極４ａとは、図５に示すように、互いが接触した状態において、ワイヤ７の少なくとも先端部の表面と第１電極４ａとが、所定の厚さの金属膜１３によって被覆されることにより、接合されている。【００４２】
金属膜１３は、電気めっき法により形成されものである。詳しくは後述するが、金属膜１３は、ワイヤ７の少なくとも先端部と第１電極４ａとを接触させた状態において電解液（めっき液）中に浸漬し、ワイヤ７及び第１電極４ａが被めっき物となるようにワイヤ７に電流を流すことによって形成される。【００４３】
したがって、図５に示されるようにワイヤ７の先端側は均一な厚みの金属膜１３により筒状に被覆され、第１電極４ａもワイヤ７を覆う厚みと同じ均一な厚みで金属膜１３により被覆されている。【００４４】
これは、電気めっき法による特異的なものであり、従来のハンダを用いた方法ではこの様な均一な厚みの金属膜でワイヤを覆うことはできず、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）や物理気相蒸着法（ＰＶＤ）によっても成しえない。また、電気めっき法を用いることにより、熱負荷を圧電素子にかけないため、圧電素子の消極を抑制し、圧電効果の低下または消滅を防止することができる。【００４５】
金属膜１３による被覆によって、ワイヤ７の先端と圧電素子３の第１電極４ａとが電気的に接続されるものであれば、金属膜１３の厚さ、材料、及び電気めっきの詳細な方法は特に限定されるものではない。【００４６】
例えば、金属膜１３を形成するに当たって、断続的に電流を流すパルスめっき法を用いれば、金属膜１３を緻密なものとし、金属膜１３による接合の信頼性を向上させることができるため好ましい。【００４７】
また例えば、金属膜１３を、スルファミン酸ニッケルめっきやピロリン酸銅めっきによって形成すれば、金属膜１３の内部応力を、他のニッケルめっきよりも低くすることができるため、金属膜１３を比較的厚くすることが可能となる。また、金属膜１３の内部応力を低下させるために、電気めっき時に応力緩和剤を用いてもよい。【００４８】
例えば、金属膜１３の厚さの上限は、金属膜１３を構成する材料の物性と超音波観察部１が送受信する超音波の波長に応じて以下のように定める。本実施形態では、超音波観察部１が送受信する超音波のうちの最も高周波数である超音波の、金属膜１３を構成する材料中における波長をλとした場合に、金属膜１３の厚さの上限ｔmaxを、λ／１０以下、好ましくはλ／２０以下とすることが好ましい。【００４９】
例えば、金属膜１３がニッケルである場合、ニッケル中の縦波音速Ｃは、およそ６０００ｍ／ｓである。ここで、超音波観察部１が送受信する超音波の周波数の上限を１５ＭＨｚとした場合、ニッケル中の当該超音波の波長λはおよそ４００μｍとなる。したがって、金属膜１３がニッケルである場合の金属膜１３の厚さの上限ｔmaxは、４０μｍとすることが好ましく、より好ましくは２０μｍとする。【００５０】
また例えば、金属膜１３が銅である場合、銅中の縦波音速Ｃは、およそ５０００ｍ／ｓである。ここで、超音波観察部１が送受信する超音波の周波数の上限を１５ＭＨｚとした場合、銅中の当該超音波の波長λはおよそ３３３μｍとなる。したがって、金属膜１３が銅である場合の金属膜１３の厚さの上限ｔmaxは、３３μｍとすることが好ましく、より好ましくは１６μｍとする。【００５１】
金属膜１３の厚さは、本実施形態では例えば０．１μｍ以上１５μｍ以下であり、接合強度や電流容量と、金属膜１３の存在が圧電素子３の音響特性に与える影響との釣り合いを考慮すると、およそ０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。【００５２】
また、上述のように、ワイヤ７は、張力が加えられていない、弛みのある状態で第１電極４ａに接合されていることが好ましい。さらに、ワイヤ７は、圧電素子３の第１面３ａと平行となる部分がないように取り回されていることが好ましい。これは、圧電素子３の第１面３ａ側から送信された超音波が、ワイヤ７によって反射されて圧電素子３に戻ることを防止するためである。【００５３】
また、本実施形態では、図５に示すように、ワイヤ７と第１電極４ａとを接合する前の段階において、ワイヤ７の先端を溶融させることによって、先端を略球形状としている。ワイヤ７の先端を略球形状とすることによって、ワイヤ７先端の第１電極４ａに対する角度にかかわらず、ワイヤ７先端と第１電極４ａの接触面積を略一定に保つことができ、両者間の電気的な接続が安定する。【００５４】
本実施形態のように、金属膜１３によって、ワイヤ７と第１電極４ａとを接合すれば、例えば用いる金属の種類によっては、導電性接着剤や異方性導電シートを用いた接合に比して、より高い耐薬品性を持たせることができる。【００５５】
また、本実施形態では、圧電素子アレイ２を構成する全ての圧電体３について、電気めっき法によって形成される均質な金属膜１３によって、ワイヤ７と第１電極４ａとが接合される。このため、ワイヤ７と第１電極４ａとの接合は、圧電素子アレイ２の全体において均質であり、導電性樹脂を用いた場合に発生する接合部における電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。したがって、超音波振動子１ａの送受信特性を安定させることができる。【００５６】
第１音響整合層６ａの内面上には、前記圧電素子アレイ２、回路基板８及びワイヤ７を囲むように側壁部１０が立設されている。側壁部１０の内面には、第３導電性層１１が形成されている。【００５７】
第１音響整合層６ａの内面に形成された第２導電性層５は、第３導電性層１１の一部と接する領域にまで延出した延出部５ａを有しており、第３導電性層１１と第２導電性層５とは一部において接触している。【００５８】
そして、第３導電性層１１と第２導電性層５との接触した箇所の内側の面上には、金属膜１４が形成されており、該金属膜１４によって第３導電性層１１と第２導電性層５との間の電気的な接続が行われるようになっている。【００５９】
金属膜１４は、前述したワイヤ７の先端と第１電極４ａとを接合している金属膜１３と同一の電気めっき工程によって形成されたものであり、金属膜１３と同一の材料からなり、金属膜１３と略同一の厚さを有している。【００６０】
次に、以上に説明した構成を有する超音波振動子１ａの製造方法を説明する。【００６１】
まず、図６に示すように、第１音響整合層６ａの内面の所定の領域もしくは全体に第２導電性層５を形成する。そして、第２導電性層５の内側の面上に、複数の圧電素子３を配設する。ここで、圧電素子３の第２面３ｂに形成されている第２電極４ｂを、第２導電性層５の内側の面上に当接させ、両者を電気的に接触させる。よって、圧電素子３の第１面３ａに形成された、第１電極４ａは、露出した状態となる。【００６２】
また一方で、図７に示すように、回路基板８から延出する複数のワイヤ７を、圧電素子アレイ２を形成する複数の圧電素子３のそれぞれの第１電極４ａに接するように成形する。【００６３】
そして、図８に示すように、全てのワイヤ７の先端が、対応する第１電極４ａに接するように、第１音響整合層６ａと回路基板８との相対的な位置を図示しない治具を用いて固定する。また、この工程では、第３導電性層１１が第２導電性層５の延出部５ａと電気的に接するように、側壁部１０が接着剤等によって固定される。【００６４】
次に、図９に示すように、ワイヤ７の先端と第１電極４ａとが接触した箇所を電解液１５中に浸漬する。また、第３導電性層１１と第２導電性層５とが接触した箇所も電解液中に浸漬する。そして、電源装置１６によって全てのワイヤ７及び第３導電性層１１と、電解液１５中に浸漬した電極１７との間に所定の条件で電流を流す電気めっき工程を実施する。本実施形態では電気めっき法として、スルファミン酸ニッケル浴を用いる。【００６５】
電気めっき工程では、電解液１５に浸漬しているワイヤ７の表面及びワイヤ７の先端と接触している第１電極４ａの表面に、ニッケルからなるめっき膜が形成される。また、第３導電性層１１と第２導電性層５の、電解液１５に浸漬している箇所の表面にも、ニッケルからなるめっき膜が形成される。【００６６】
そして、図１０に示すように、電気めっき工程の実施後には、ワイヤ７の先端部と第１電極４ａが、ニッケルからなる所定の厚さの金属膜１３によって被覆され、接合される。また、電気めっき工程の実施後には、第３導電性層１１と第２導電性層５とが接触した箇所も、ニッケルからなる所定の厚さの金属膜１４によって接合される。そして、図示はしないが、第３導電性層１１と、グランド層８ｂとを、グランド線１２によって電気的に接続する。【００６７】
次に、図１１に示すように、側壁部１０の全体を第１音響整合層６ａに固定し、側壁部１０によって囲まれた空間内に、バッキング材９を充填して硬化させる。バッキング材９が硬化することにより、回路基板８は、第１音響整合層６ａに対して固定された状態となる。【００６８】
なお、電気めっき工程により金属膜１３及び１４を形成した後であって、バッキング材９を充填する前に、金属膜１３及び１４の表面を電気絶縁性の材料によって被覆する工程を加えてもよい。電気絶縁性の材料の被膜は、例えば電着法によって形成することができる。このように、ワイヤ７の周囲を電気絶縁性の材料によって被覆することによって、バッキング材９を充填する際にワイヤ７が変形して、他のワイヤ７との短絡が生じることを防止することができる。【００６９】
以上のような製造方法では、例えば、図１２に示すように、一部のワイヤ７の先端が第１電極４ａに接触していない状態で電気めっき工程を開始した場合、ワイヤ７と接触していない第１電極４ａ１（図１２の右側の第１電極４ａ）には、金属膜１３が形成されない。したがって、本実施形態では、電気めっき工程中に、個々のワイヤ７が第１電極４ａに接触しているか否かを、目視で容易かつ確実に確認することができる。電気めっき工程の初期の段階でこの確認を行い、金属膜１３が形成されていない第１電極４ａ１について、ワイヤ７の形状を修正する作業を行えば、確実に、全てのワイヤ７と第１電極４ａとの接合を行うことができる。【００７０】
以上に説明したように、本実施形態の超音波観察部１は、複数の圧電素子３と、圧電素子３の一方の面に形成された第１電極４ａと、第１電極４ａに先端が接触した導電性のワイヤ７と、電気めっき法により形成され、ワイヤ７の少なくとも先端をワイヤ７の形状に沿った均一な厚みで被覆し、さらにワイヤ７を被覆した厚みと同じ厚みで第１電極４ａを被覆する金属膜１３と、を有している。【００７１】
このような、本実施形態の超音波観察部１では、圧電素子３の電極である第１電極４ａに接続される電気的な配線は細線状のワイヤ７であり、第１電極４ａとワイヤ７との接合は、電気めっき法によって形成される導電性の薄膜である金属膜１３によって行われている。【００７２】
このため、圧電素子３が消極する温度にまで圧電素子３を加熱することなく、第１電極４ａとワイヤ７との接合を行うことができ、製造時における圧電素子の消極を抑制した超音波振動子を提供することができる。【００７３】
また、本実施形態では、電気的な配線のために個々の圧電素子３に接している部材は、軽量なワイヤ７及び金属膜１３のみであり、これらの配線のための部材が圧電素子３の振動に与える影響は軽微である。よって、本実施形態の超音波観察部１では、音響特性の悪化を抑制しながら、微細な圧電素子３を用いることが可能である。このことは、例えば、超音波内視鏡のように、人体等の生体内に導入可能な、小型の超音波振動子の分解能及び感度の向上に寄与する。【００７４】
また、本実施形態では、超音波振動子１ａが含む全ての圧電素子３について、一度の電気めっき法によって形成される均質な金属膜１３によって、ワイヤ７と第１電極４ａとが接合される。したがって、例えば個々の圧電素子に半田付けによってワイヤを接合する場合に比して電気的な配線のための作業が遙かに容易であるし、より微細な圧電素子３を用いた圧電素子アレイ２を製造することが可能である。【００７５】
また、本実施形態では、圧電素子３を、ＰＭＮ−ＰＴ単結晶、ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、又はその他リラクサー系材料によって構成することが好ましい。これらの材料からなる圧電素子３は、キュリー点が低いため、半田付けのような加熱工程を用いると消極してしまい圧電効果が低下するか、又は失われる。本実施形態では、電気めっき法によって加熱することなくワイヤ７と第１電極４ａとを接合することが可能であるため、これらの大きい比誘電率を有する材料を用いることができる。圧電素子３を、比誘電率が大きい材料によって構成することにより、前述したように、圧電素子３を微細化しても電気的なインピーダンスの値を低くすることができる。【００７６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波振動子及び超音波振動子の製造方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。【００７７】
本出願は、２０１３年７月２６日に日本国に出願された特願２０１３−１５５８１７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【要約】
本発明の超音波振動子は複数の圧電素子と、前記圧電素子の表面に形成された電極と、前記電極に先端が接触した導電性のワイヤと、電気めっき法により形成され、前記ワイヤの少なくとも先端を前記ワイヤの形状に沿った均一な厚みで被覆し、さらに前記ワイヤを被覆した厚みと同じ厚みで前記電極を被覆する金属膜と、を含む。【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１２】
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