(57)【要約】  本発明に係る超音波振動子は、複数の圧電素子と、圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる力を減衰させる複数のバッキング材と、基板と信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、を備え、複数の圧電素子、複数のバッキング材、基板の一部、複数の信号入出力用電極および複数の封止部は、それぞれを構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる。
2016170961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子と、
各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、
前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、
前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材と、
前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、
を備え、
前記複数の圧電素子、前記複数のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該バッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる
ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記圧電素子、前記バッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を少なくとも有する複数の発振部を取り囲む壁部と、
前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第２のバッキング材と、
をさらに備えた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】
前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記基板の一部は、前記バッキング材に保持され、
前記接続電極は、前記バッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする請求項４または５に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記基板の一部は、前記バッキング材に埋設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記基板の一部は、前記バッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記信号入出力用電極と対をなす第２の電極と、
前記圧電素子の前記バッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、
をさらに備え、
前記第２の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地される
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１０】
前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列され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１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１２】
電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、
前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、
前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記バッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および前記封止部を成形する成形工程と、
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１３】
前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記接続電極用部材配設工程は、
物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第１工程と、
湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１５】
前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記バッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記バッキング材に前記基板が保持されてなり、
前記成形工程は、
前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする請求項１２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、超音波を観測対象へ出射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを受信してエコー信号に変換して出力する超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、超音波振動子が、観測対象に超音波を送信し、その観測対象によって反射された超音波エコーを受信し、超音波観測装置が、受信した超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得することができる。【０００３】
超音波振動子は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して観測対象へ照射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する複数の圧電素子を備える（例えば、特許文献１を参照）。例えば、複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各超音波振動子の圧電体の送受信に遅延をかけたりすることで、観測対象から超音波エコーを取得する。【０００４】
ところで、各圧電素子は、パルス信号の送信およびエコー信号の受信を行う回路基板と配線により電気的に接続している。圧電素子と配線とは、例えばはんだにより接続されるが、はんだ付けの際の熱により、圧電素子の特性が消極等の劣化を生じるおそれがあった。【０００５】
圧電素子の消極を抑制する技術として、圧電素子を構成する母材の側面に、回路基板と電気的に接続するための導電性の薄膜を形成し、薄膜形成後に母材を分割することで、はんだ付けを行わずに、複数の圧電素子と回路基板とを電気的に接続することが可能な技術が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２４１０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２０１９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、例えば、被検体内に挿入され、該被検体内の観察を行なう内視鏡に超音波振動子を実装する場合など、超音波振動子の小型化が求められている。超音波振動子を小型化する場合は、複数の圧電素子のピッチを狭くすることが望ましいが、特許文献２が開示する技術では、母材を狭ピッチで分割する際に生じる応力などにより母材（圧電素子）から薄膜が剥がれてしまう場合があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧電素子の特性劣化を抑制するとともに、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができる超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子と、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材と、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、を備え、前記複数の圧電素子、前記複数のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該バッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなることを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記圧電素子、前記バッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を少なくとも有する複数の発振部を取り囲む壁部と、前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第２のバッキング材と、をさらに備えたことを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有することを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えたことを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板の一部は、前記バッキング材に保持され、前記接続電極は、前記バッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする。【００１４】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする。【００１５】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板の一部は、前記バッキング材に埋設されていることを特徴とする。【００１６】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記基板の一部は、前記バッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする。【００１７】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記信号入出力用電極と対をなす第２の電極と、前記圧電素子の前記バッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、をさらに備え、前記第２の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地されることを特徴とする。【００１８】
また、本発明に係る超音波振動子は、上記発明において、前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列されることを特徴とする。【００１９】
また、本発明に係る超音波プローブは、上記の発明に係る超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする。【００２０】
また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記バッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および前記封止部を成形する成形工程と、を含むことを特徴とする。【００２１】
また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含むことを特徴とする。【００２２】
また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記接続電極用部材配設工程は、物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第１工程と、湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする。【００２３】
また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記バッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記バッキング材に前記基板が保持されてなり、前記成形工程は、前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、超音波振動子において、製造時の圧電素子の特性劣化を抑制するとともに、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態１の変形例５に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態１の変形例６に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態１の変形例７に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態１の変形例８に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態１の変形例９に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図３０】図３０は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【図３２】図３２は、本発明の実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る内視鏡システム１を模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。
【００２８】
超音波内視鏡２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。
【００２９】
超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や呼吸器、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。
【００３０】
超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルケーブル２３と、コネクタ２４とを備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられる超音波振動子７と、超音波振動子７の基端側に連結される硬性部材２１１と、硬性部材２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３とを備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処理具用挿通路が形成されている。
【００３１】
超音波振動子７は、コンベックス振動子、リニア振動子およびラジアル振動子のいずれでも構わない。超音波内視鏡２は、超音波振動子７をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子７として複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。圧電素子の構成については、後述する。
【００３２】
操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等からの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２とを備える。また、操作部２２には、挿入部２１内に形成された処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。
【００３３】
ユニバーサルケーブル２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、および光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。
【００３４】
コネクタ２４は、ユニバーサルケーブル２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１、ビデオケーブル４１、および光ファイバケーブル６１がそれぞれ接続される第１〜第３コネクタ部２４１〜２４３を備える。
【００３５】
超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。
【００３６】
内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。
【００３７】
表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro  Luminescence）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。
【００３８】
光源装置６は、光ファイバケーブル６１を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。
【００３９】
続いて、超音波振動子７の構成を図２〜４を参照して説明する。図２は、本実施の形態１に係る超音波振動子７を示す斜視図である。図３は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の要部の構成を示す模式図である。図４は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の要部の構成を示す模式図であって、図３の矢視Ａ方向の平面図であり、図３とは上下を反転した図である。なお、図４では、圧電素子７１を含むエレメント７０が１０個並んでいるものを図示しているが、説明のために超音波振動子７の構成を簡略化した図であり、実際に配設される個数はこの限りではない。本実施の形態１では、超音波振動子７が、図２に示すようなコンベックス型の超音波振動子であって、複数の圧電素子７１が一列に配列された一次元アレイ（１Ｄアレイ）であるものとして説明する。換言すれば、本実施の形態１に係る超音波振動子７では、複数のエレメント７０が、当該超音波振動子７の曲面をなす外表面に沿って配置されている。
【００４０】
超音波振動子７は、図３，４に示すように、複数の圧電素子７１と、圧電素子７１に対して、当該超音波振動子７の外表面側に設けられる第１音響整合層７２と、第１音響整合層７２の圧電素子７１と接する側と反対側に設けられる第２音響整合層７３と、第２音響整合層７３の第１音響整合層７２と接する側と反対側に設けられる音響レンズ７４と、圧電素子７１の第１音響整合層７２と接する側と反対側に設けられるバッキング材７５と、圧電素子７１のバッキング材７５側の主面に設けられる第１電極７６（信号入出力用電極）と、圧電素子７１の第１音響整合層７２側の主面に設けられる第２電極７７と、第１電極７６と後述するＦＰＣ（Flexible  Printed  Circuits）基板８０上の配線パターンとを電気的に接続する導電性薄膜７８（接続電極）と、導電性薄膜７８およびＦＰＣ基板８０の接続部分を封止する封止部７９と、各圧電素子７１に対して電気信号を入出力するＦＰＣ基板８０と、を有する。なお、本実施の形態１では、第１音響整合層７２およびバッキング材７５が、圧電素子７１ごとに設けられるとともに、第２音響整合層７３および音響レンズ７４が、複数の圧電素子７１および第１音響整合層７２を一括して覆う構成をなしている。本実施の形態１におけるエレメント７０とは、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６および第２電極７７を含み、あるパルス信号に応じた一つの超音波パルスを出力する出力単位のことをいう。本実施の形態１では、一つの圧電素子７１を出力単位として説明するが、ＦＰＣ基板８０に形成されている配線パターンにより複数の圧電素子７１から同時に超音波を出射する場合は、対象となる複数の圧電素子７１を出力単位として一つのエレメントを構成する。
【００４１】
圧電素子７１は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。
【００４２】
圧電素子７１は、導電性薄膜７８により第１電極７６を介してＦＰＣ基板８０と電気的に接続している。第１電極７６および第２電極７７は、導電性を有する金属材料または樹脂材料を用いて形成される。
【００４３】
圧電素子７１は、ＰＭＮ−ＰＴ単結晶、ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶またはリラクサー系材料を用いて形成される。ＰＭＮ−ＰＴ単結晶は、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。ＰＺＮ−ＰＴ単結晶は、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。ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶は、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。リラクサー系材料は、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）に添加した三成分系圧電材料の総称である。鉛系複合ペロブスカイトは、Ｐｂ（Ｂ１、Ｂ２）Ｏ３で表され、Ｂ１はマグネシウム、亜鉛、インジウムまたはスカンジウ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。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、薄膜電極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。
【００４４】
第１音響整合層７２および第２音響整合層７３は、圧電素子７１と観測対象との間で音（超音波）を効率よく透過させるために、圧電素子７１と観測対象との間の音響インピーダンスをマッチングさせる。第１音響整合層７２および第２音響整合層７３は、互いに異なる材料からなる。なお、本実施の形態１では、二つの音響整合層（第１音響整合層７２および第２音響整合層７３）を有するものとして説明するが、圧電素子７１と観測対象との特性により一層としてもよいし、三層以上としてもよい。また、音響整合層は、観測対象との音響インピーダンスの整合が取れていれば、該音響整合層を有しない超音波振動子であってもよい。
【００４５】
音響レンズ７４は、ポリメチルペンテンや、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミドなどを用いて形成され、一方の面が凹状をなして超音波を絞る機能を有する。なお、シリコーン樹脂のように音速が被検体より遅い材料を用い、表面が凸状をなして超音波ビームを収束させるものであってもよい。音響レンズ７４についても、任意に設けることができ、当該音響レンズ７４を有しない構成であってもよい。
【００４６】
バッキング材７５は、圧電素子７１の動作によって生じる不要な超音波振動を減衰させる。バッキング材７５は、減衰率の大きい材料、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や、上述したフィラーを分散したゴムを用いて形成される。
【００４７】
第１電極７６は、上述した導電性薄膜７８を介してＦＰＣ基板８０と電気的に接続している。第１電極７６は、圧電素子７１への信号の入出力を行うための電極である。
【００４８】
第２電極７７は、第１音響整合層７２に形成され、グラウンド電位に接地されたグラウンド電極７２ａと電気的に接続されている。
【００４９】
導電性薄膜７８は、第１電極７６とＦＰＣ基板８０との間の電気的な導通経路を形成する。導電性薄膜７８は、スパッタなどの物理蒸着法（Physical  Vapor  Deposition：ＰＶＤ）、および電解めっきなどの湿式めっきにより圧電素子７１の側面に形成される導電性の薄膜であり、第１電極７６とＦＰＣ基板８０上に形成された配線パターンとを電気的に接続する。導電性薄膜７８は、クロム／銅、クロム／金、ニッケル−クロム／銅またはクロム／銅／ニッケルのいずれかにより形成される積層膜上に、めっき皮膜が形成されてなる。
【００５０】
封止部７９は、絶縁性を有する樹脂材料を用いて形成され、バッキング材７５の一部、ならびにＦＰＣ基板８０と導電性薄膜７８との接続部分を含むＦＰＣ基板８０および導電性薄膜７８の一部の外表面を封止する。
【００５１】
ＦＰＣ基板８０は、ポリイミド等により形成された絶縁性および屈曲性を有するフィルム状の基材上に、銅箔等の導電性金属により形成された配線パターンが形成された基板である。
【００５２】
以上の構成を有する超音波振動子７は、パルス信号の入力によって圧電素子７１が振動することで、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７４を介して観測対象に超音波を照射する。この際、圧電素子７１において、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７４の配設側の反対側は、バッキング材７５により、圧電素子７１の振動が減衰され、ＦＰＣ基板８０などには圧電素子７１の振動は伝わらないようになっている。また、観測対象から反射された超音波は、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３および音響レンズ７４を介して圧電素子７１に伝えられる。伝達された超音波により圧電素子７１が振動し、圧電素子７１が該振動を電気的なエコー信号に変換して、エコー信号として導電性薄膜７８を介してＦＰＣ基板８０に出力する。
【００５３】
次に、超音波振動子７の製造方法について、図５〜１２を参照して説明する。図５〜１０は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の製造方法を説明する模式図である。まず、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６および第２電極７７を形成するための成形用部材（後述する成形用部材７００）を作製する処理について説明する。
【００５４】
圧電素子７１を構成する材料を用いて形成された長方体状の圧電素子用母材７１０の対向する主面に、第１電極７６を構成する材料を用いて形成された第１薄膜７６０、および第２電極７７を構成する材料を用いて形成された第２薄膜７７０をそれぞれ積層した後、第１薄膜７６０の圧電素子用母材７１０側と反対側にバッキング材７５を構成する材料を用いて形成されたバッキング材用母材７５０を積層する（図５参照：積層部材作製工程）。バッキング材用母材７５０には、ＦＰＣ基板８０の一部が埋め込まれて積層されている。
【００５５】
その後、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０の一部を被覆するマスキング材９０を配設する（図６参照）。マスキング材９０は、後述するスパッタ処理による成膜領域において、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０の一部をマスクするものであればよい。これにより、スパッタ処理による第２薄膜７７０への成膜を防止する。
【００５６】
マスキング材９０の配設後、導電性薄膜７８の一部を構成する材料を用いたスパッタ処理により、第３薄膜７８１を形成する（図７参照）。ここで、第３薄膜７８１としては５０ｎｍの厚さのクロム（Ｃｒ）を下地に３００ｎｍの厚さの金（Ａｕ）を形成したり、５０ｎｍの厚さのニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を下地に１００ｎｍの厚さの銅（Ｃｕ）、そして４００ｎｍの厚さの白金（Ｐｔ）を積層して、密着力が良好な導電性薄膜を形成したりすることができる。スパッタ以外の成膜方法としては、蒸着により１０００ｎｍの銀（Ａｇ）や、７００ｎｍの銀パラジウム（ＡｇＰｄ）を成膜して形成してもよい。第３薄膜７８１の形成により、第１薄膜７６０とＦＰＣ基板８０上に形成された配線パターンとが電気的に接続可能となる。
【００５７】
第３薄膜７８１を形成後、マスキング材９０を除去し（図８参照）、電解めっき処理によりめっき皮膜７８２を形成する（図９参照）。第３薄膜７８１およびめっき皮膜７８２により導電性薄膜７８を構成する積層膜（接続用部材）が形成される（接続電極用部材配設工程）。めっき皮膜７８２としては、スルファミン酸浴やピロリン酸浴により形成された導電性薄膜７８の一部を構成する材料であってニッケルや銅が用いられる。電解めっき処理により、第３薄膜７８１がめっき皮膜７８２に覆われた状態となる。物理蒸着では、膜応力が課題となるため、抵抗を下げるための厚膜化ができなかった。より具体的には、膜応力が強いとダイシングソーなどの精密裁断機による切断時に剥離してしまい、厚膜形成が困難であった。一方で、スルファミン酸ニッケルやピロリン酸銅のメッキは膜応力の制御が可能で１〜１０μｍの厚膜形成が可能であり、振動子への配線として必要な導電性皮膜の厚さを確保できる。つまり、めっき皮膜７８２により導電性薄膜７８の強度などの物理的特性や電気的特性を向上させることが可能となる。以上の処理によって積層部材が作製され、これらの処理が、本発明の積層部材作製工程に相当する。
【００５８】
めっき皮膜７８２を形成後、バッキング材用母材７５０の表面であって、ＦＰＣ基板８０が埋設された表面に封止用部材７９０を設けて、ＦＰＣ基板８０と第３薄膜７８１との接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第３薄膜７８１の一部およびめっき皮膜７８２の一部の外表面を封止用部材７９０により封止する（図１０参照：成形用部材作製工程）。上述した処理により成形用部材７００を作製する。
【００５９】
図１１は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の製造方法を説明する模式図であって図１０のＦＰＣ基板８０側から見た図である。図１１は、上述した処理により作製された成形用部材７００の第２薄膜７７０上に、第２音響整合層７３を積層した第１音響整合層用母材７２０を配設し、加工治具１０１に載置した状態を示す上面図である。第１音響整合層用母材７２０は、第１音響整合層７２の構成材料を用いて形成されている。
【００６０】
ここで、ＦＰＣ基板８０には、配線パターンを形成する導電性の材料を用いて形成され、当該ＦＰＣ基板８０の表面の一部に一様に延びる箔状のベタ部８１と、ベタ部８１から配線パターンに応じて複数の配線８２ａがそれぞれ延びるパターン部８２とが形成されている。ベタ部８１およびパターン部８２は、例えば銅を用いて形成される。上述した第３薄膜７８１は、ベタ部８１と接触している。
【００６１】
また、ＦＰＣ基板８０は、位置決めピン９１により加工治具１０１上で位置決めされる。この際、ベタ部８１のパターン部８２に連なる側の端部は、マシナブルセラミックスなどにより形成された高さ調整部材Ｍ（図１２参照）によって高さが調整されている。ここでは、ＦＰＣ基板８０の表面であって、高さ調整部材Ｍと接触する表面を通過する平面が、第１音響整合層用母材７２０を通過する高さに調整されている。
【００６２】
図１２は、本実施の形態１に係る超音波振動子７の製造方法を説明する模式図であって、図１１において、パターン部８２の各配線８２ａの配列方向からみた側面図である。図１２に示すように、加工治具１０１に対して、ＦＰＣ基板８０や、該ＦＰＣ基板８０に接続された成形用部材７００、成形用部材７００に配設され、第２音響整合層７３が積層された第１音響整合層用母材７２０を配置後、ダイシングソー１００を用いてベタ部８１を含むＦＰＣ基板８０の一部、成形用部材７００、および第１音響整合層用母材７２０に切り込みを入れる。具体的には、図１１，１２に示すように、パターン部８２の配線８２ａ間を通過し、ＦＰＣ基板８０の長手方向に延びる切断経路Ｃ１に沿ってダイシングソー１００などの精密裁断機の刃を回転させながら移動させることによって、ＦＰＣ基板８０の一部、成形用部材７００および第１音響整合層用母材７２０を、成形用部材７００の積層方向に沿って切断して分割する（成形工程）。なお、ここでいう積層方向とは、圧電素子用母材７１０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０およびバッキング材用母材７５０の積み重ね方向のことをいう。ダイシングソー１００により、各配線８２ａに応じてベタ部８１が分割されるとともに、圧電素子７１、第１音響整合層７２、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８および封止部７９が形成され、その後音響レンズ７４を配設することで、図３，４に示す超音波振動子７を得る。
【００６３】
圧電素子７１は、ダイシングソー１００により圧電素子用母材７１０が分割されることにより成形される。この際、圧電素子７１は、長方体状をなしており、切断面と直交する平面における複数の圧電素子７１の配列方向の長さをｗ、この配列方向と直交する方向であって、第１音響整合層７２などの積層方向の長さをｔとすると、ｗ／ｔで表される比が、０．３〜０．７であることが、電気−機械の変換効率を高効率で得ることができるという点で好ましい。
【００６４】
以上説明した本実施の形態１によれば、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０および第３薄膜７８１を含む成形用部材７００であって、ＦＰＣ基板８０と第３薄膜７８１との接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第３薄膜７８１の一部およびめっき皮膜７８２の一部を封止用部材７９０により封止した成形用部材７００を形成し、ベタ部８１を含むＦＰＣ基板８０とともに成形用部材７００を配線８２ａに応じて切断するようにした。半田など熱が生じる接合材を使用せずに圧電素子７１とＦＰＣ基板８０とを電気的に接続するため、圧電素子７１の特性劣化を抑制するとともに、圧電素子７１間が、ダイシングソー１００などの刃の厚さ程度の間隔となるため、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態１によれば、ダイシングソー１００を用いた切断により、ベタ部８１を分割するのみで複数の圧電素子７１とＦＰＣ基板８０とをそれぞれ接続するようにしたので、圧電素子７１と配線（例えば配線８２ａ）との位置合わせを高精度に行う必要がなく、圧電素子７１間が微細なピッチであっても容易に作製することができる。そのために、狭ピッチ化が求められた高画質の超音波振動子の作製が可能となる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態１において、成形用部材７００とＦＰＣ基板８０との間にワックスなどを充填して、成形用部材７００およびＦＰＣ基板８０の相対的な位置関係を固定してもよい。
【００６７】
また、上述した実施の形態１では、成形用部材７００が、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０および第３薄膜７８１を含むものとして説明したが、第１音響整合層用母材７２０などをさらに含むものであってもよい。
【００６８】
（実施の形態１の変形例１）
図１３は、本実施の形態１の変形例１に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、一つのバッキング材（バッキング材７５）のみを備えるものとして説明したが、本変形例１では、二つのバッキング材を備える。図１３に示すように、上述した超音波振動子７の構成において、第１音響整合層７２に中空角柱状をなす壁部９２を立設し、該壁部９２のなす中空空間に第２バッキング材７５ａを充填することにより超音波振動子７ａを作製する。壁部９２は、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８および封止部７９からなる複数の発振部を取り囲む。第２バッキング材７５ａは、壁部９２と複数の発振部とが形成する中空空間に設けられる。
【００６９】
第２バッキング材７５ａは、音響インピーダンスが、バッキング材７５（第１バッキング材）の音響インピーダンスよりも小さい。このような関係を有する二つのバッキング材を用いることで、バッキング材７５が圧電素子７１を保持し、高効率に不要振動を減衰させることができるとともに、第２バッキング材７５ａにより、隣接する圧電素子７１に対してクロストークの原因となる振動を伝達しないようにすることができる。このため、本変形例１によれば、パルス幅低減と、クロストークの抑制とを実現することができる。
【００７０】
（実施の形態１の変形例２）
図１４は、本実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、平板状をなす第１電極７６を備えるものとして説明したが、本変形例２では、超音波振動子７ｂが、第１電極７６の導電性薄膜７８と接触する側に、肉厚部７６ａを備える。
【００７１】
肉厚部７６ａは、第１電極７６とＦＰＣ基板８０との間の電気的な導通経路の一部をなし、例えば、第１電極７６と同じ導電性の材料を用いて形成され、導電性薄膜７８と接触する。図１５，１６は、本実施の形態１の変形例２に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。変形例２にかかる超音波振動子７ｂの成形用部材は、図１５に示すように、圧電素子用母材７１１の一方の主面に、切断処理後に肉厚部７６ａとなる複数の凸部７６１が形成された第１薄膜７６２が形成され、他方の主面に第２薄膜７７１が形成された部材を用いて作製される。具体的には、図１６に示すように、第１薄膜７６２上にバッキング材用母材７５１を配設後、凸部７６１を通過する切断経路Ｃ２に沿って切断することで、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第２薄膜７７０などを含む、成形用部材を形成するための積層体を得る。
【００７２】
本変形例２によれば、肉厚部７６ａの形成により、上述した肉厚部７６ａを有しない第１電極７６と比して、第１電極７６と導電性薄膜７８との接触面積が大きくなり、電気的な接続を一層確実なものとすることができる。
【００７３】
（実施の形態１の変形例３）
図１７は、本実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した変形例２では、超音波振動子７ｂが、肉厚部７６ａを有する第１電極７６を備えるものとして説明したが、本変形例３では、超音波振動子７ｃが、対向する側面でそれぞれ露出する第１電極７６ｂおよび第２電極７７ａを備える。
【００７４】
第１電極７６ｂは、導電性薄膜７８が配設される側に肉厚部７６ａを有し、導電性薄膜７８が配設される側で圧電素子７１の側面に連なって外部に露出するとともに、導電性薄膜７８と接触する側と反対側の圧電素子７１の側面に対して退避している。また、第２電極７７ａは、導電性薄膜７８が配設される側と反対側で圧電素子７１の側面に連なって外部に露出するとともに、導電性薄膜７８が配設される側の圧電素子７１の側面に対して退避している。
【００７５】
図１８は、本実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子の成形用部材の作製を説明する模式図である。変形例３にかかる超音波振動子７ｃの成形用部材は、図１８に示すように、圧電素子用母材７１１の一方の主面に、肉厚部７６ａとなる凸部７６３が形成された複数の第１薄膜７６４が形成され、他方の主面に複数の第２薄膜７７２が形成された部材を用いて作製される。第１薄膜７６４および第２薄膜７７２は、圧電素子用母材７１１の厚さ方向からみて互い違いに並べられており、凸部７６３と対向する位置に、第２薄膜７７２間のスペース（ギャップ）が存在している。凸部７６３を有する第１薄膜７６４上にバッキング材用母材７５１を配設後、凸部７６３を通過する切断経路Ｃ３に沿って切断することで、成形用部材を形成するための積層体を得る。
【００７６】
（実施の形態１の変形例４）
図１９は、本実施の形態１の変形例４に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、切断により形成されるスリットが一様な幅であるものとして説明したが、本変形例４のように、スリットが、ＦＰＣ基板８０側に向けて幅が大きくなるような略Ｖ字状をなすものであってもよい。本変形例４によれば、ＦＰＣ基板８０側の溝幅を広げることで、コンベックス型振動子やラジアル型振動子の作製時、切断した積層体を湾曲させた後の第２バッキング材の注型作業がしやすくなる。
【００７７】
（実施の形態１の変形例５）
図２０は、本実施の形態１の変形例５に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、超音波振動子７が、切断により形成されるスリットが一様な幅であるものとして説明したが、本変形例５のように、スリットが、ＦＰＣ基板８０側に向けて幅が大きくなる段付き形状をなすものであってもよい。
【００７８】
（実施の形態１の変形例６）
図２１は、本実施の形態１の変形例６に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、バッキング材７５が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例６に係る超音波振動子７ｄのように、ＦＰＣ基板８０を保持する側の面の外縁が面取りされたバッキング材７５ｂであってもよい。この面取りによって導電性薄膜７８の損傷を抑制することができる。
【００７９】
（実施の形態１の変形例７）
図２２は、本実施の形態１の変形例７に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、バッキング材７５が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例７に係る超音波振動子７ｅのように、ＦＰＣ基板８０を保持する側に向けて幅が小さくなるような側面視で台形状をなすバッキング材７５ｃであってもよい。
【００８０】
（実施の形態１の変形例８）
図２３は、本実施の形態１の変形例８に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態１では、バッキング材７５が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例７に係る超音波振動子７ｆのように、ＦＰＣ基板８０を保持する側の面が曲面をなすバッキング材７５ｄであってもよい。
【００８１】
（実施の形態１の変形例９）
図２４は、本実施の形態１の変形例９に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、ＦＰＣ基板８０がバッキング材７５に埋め込まれ、導電性薄膜７８により第１電極７６と接続するものとして説明したが、本変形例９に係る超音波振動子７ｇのように、ＦＰＣ基板８０をバッキング材７５の側面に配置して、第１電極７６とＦＰＣ基板８０の分割後のベタ部８１とを直接接続するようにしてもよい。この場合、第１電極７６とＦＰＣ基板８０との接続部分に封止部７９ａが形成される。
【００８２】
なお、本変形例９において、上述した変形例２に係る超音波振動子７ｂの構成を適用すれば、肉厚部７６ａによりＦＰＣ基板８０との接触領域が増大するため、電気的な接続を一層容易かつ確実なものとすることができる。
【００８３】
（実施の形態１の変形例１０）
図２５は、本実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。図２６は、本実施の形態１の変形例１０に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、１Ｄアレイを例に説明したが、超音波振動子の走査方向（１Ｄアレイにおける圧電素子の配列方向であって、成形用部材７００を分割してなる圧電素子の配列方向）と略直交する方向（エレベーション方向）に複数の圧電素子（発振部）が配列される１．２５Ｄアレイや１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイなどであっても適用できる。なお、コンベックス型の超音波振動子においては、圧電素子の配列方向に沿った球面に沿った方向であって、走査方向と直交する方向に複数の圧電素子（発振部）が配列されるものとする。例えば、図２５に示す１．２５Ｄアレイの超音波振動子の製造方法では、上述したような成形用部材を三つ、例えば、異なるＦＰＣ基板８０ａ〜８０ｃにそれぞれ接続する第１成形用部材７０１、第２成形用部材７０２および第３成形用部材７０３を設けて、ダイシングソー１００の移動方向に配列した後、ダイシングソー１００を用いて切断経路Ｃ４に沿って各々分割することより、図２６に示すようなエレメント７０ａ〜７０ｃを有する１．２５Ｄアレイの超音波振動子７ｈを作製することができる。
【００８４】
図２６に示す１．２５Ｄアレイの超音波振動子７ｈは、変形例１（図１３参照）に示すようなバッキング材を注型する際の堰となる壁部を立設後、ダイシングソー１００によって分割した溝部および壁部との間を液状のバッキング材により注型し、該バッキング材を固化させて１．２５Ｄアレイの超音波振動子としてもよい。液状のバッキング材としては、硬化後も柔軟性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂にフィラーとしてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やジルコニア（ＺｒＯ2）などを混合した液状材料が挙げられる。なお、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイなどの超音波振動子においても同様である。
【００８５】
（実施の形態２）
図２７は、本実施の形態２に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１では、第２電極７７が第１音響整合層７２に設けられたグラウンド電極７２ａと接続するものとして説明したが、本実施の形態２では、第２電極７７が、ＦＰＣ基板８０に形成されたグラウンドパターン８３と電気的に接続する。
【００８６】
本実施の形態２に係る超音波振動子７ｉは、図２７に示すように、上述した超音波振動子７に対して、ＦＰＣ基板８０の導電性薄膜７８の接続面と反対側の面に設けられたグラウンドパターン８３と第２電極７７とを接続する第２導電性薄膜７８ａを備える。なお、本実施の形態２では、第１音響整合層７２は、グラウンド電極７２ａを有しない。
【００８７】
次に、超音波振動子７ｉの製造方法について、図２８〜３２を参照して説明する。図２８〜３２は、本実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を説明する模式図である。ここでは、圧電素子７１、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８（第１導電性薄膜）および第２導電性薄膜７８ａを形成するための成形用部材の作製について説明する。
【００８８】
まず、上述したように、圧電素子用母材７１０の対向する主面に、第１薄膜７６０および第２薄膜７７０をそれぞれ形成した後、第１薄膜７６０の圧電素子用母材７１０側と反対側にバッキング材用母材７５０を設ける（図５参照）。
【００８９】
その後、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０の一部を被覆するマスキング材９３、および第１薄膜７６０の導電性薄膜７８形成面の反対側の面には、スパッタによる薄膜形成を防止する薄膜形成防止部材７６５を配設する（図２８参照）。導電性薄膜７８および第２導電性薄膜７８ａの一構成材料である積層膜の材料を用いたスパッタ処理により、第４薄膜７８３を形成する（図２９参照）。
【００９０】
第４薄膜７８３を形成後、マスキング材９３を除去すると（図３０参照）、第４薄膜７８３が、第１薄膜７６０およびＦＰＣ基板８０上に形成された配線パターンを接続する第３薄膜７８１と、第２薄膜７７０およびＦＰＣ基板８０上に形成されたグラウンドパターンを接続する第５薄膜７８４とに分割される。その後、電解めっき処理により、第３薄膜７８１を被覆するめっき皮膜７８２と、第５薄膜７８４を被覆する第２めっき皮膜７８５と、を形成する（図３１参照）。
【００９１】
めっき皮膜７８２および第２めっき皮膜７８５を形成後、バッキング材用母材７５０の表面であって、ＦＰＣ基板８０が埋設された表面に封止用部材７９１を設けて、ＦＰＣ基板８０と、第３薄膜７８１および第５薄膜７８４との各接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第３薄膜７８１および第５薄膜７８４の一部、およびめっき皮膜７８２および第２めっき皮膜７８５の一部を封止用部材７９１により封止する（図３２参照）。上述した処理により成形用部材７００Ａを作製する。
【００９２】
その後は、上述した処理と同様に、成形用部材７００Ａの第２薄膜７７０上に、第２音響整合層７３を積層した第１音響整合層用母材７２０を配設し、加工治具１０１に載置して、ＦＰＣ基板８０の長手方向に延びる切断経路Ｃ１（図１１，１２参照）に沿ってダイシングソー１００を回転させながら移動させることによって、ＦＰＣ基板８０の一部、成形用部材７００Ａおよび第１音響整合層用母材７２０を切断する。ダイシングソー１００により、各配線８２ａに応じてベタ部８１およびグラウンドパターン８３が切断されるとともに、圧電素子７１、第１音響整合層７２、バッキング材７５、第１電極７６、第２電極７７、導電性薄膜７８、第２導電性薄膜７８ａおよび封止部７９ｂが形成され、その後音響レンズ７４を配設することで、図２７に示す超音波振動子７ｉを得る。なお、第１電極７６の第２導電性薄膜７８ａ側は、薄膜形成防止部材７６５により形成された第２封止部７６ｃが形成され、第１電極７６と第２導電性薄膜７８ａとの間を絶縁している。
【００９３】
以上説明した本実施の形態２によれば、圧電素子用母材７１０、バッキング材用母材７５０、第１薄膜７６０、第２薄膜７７０、第５薄膜７８４および第２めっき皮膜７８５を含む成形用部材７００Ａであって、ＦＰＣ基板８０と第３薄膜７８１および第５薄膜７８４との各接触部分を含むＦＰＣ基板８０の一部、第１薄膜７８１および第５薄膜７８４の一部およびめっき皮膜７８２および第２めっき皮膜７８５の一部を封止用部材７９１により封止した成形用部材７００Ａを形成し、ベタ部８１およびグラウンドパターン８３を含むＦＰＣ基板８０とともに成形用部材７００Ａを配線８２ａに応じて切断するようにした。半田など熱が生じる接合材を使用せずに圧電素子７１とＦＰＣ基板８０とを電気的に接続するため、圧電素子７１の特性劣化を抑制するとともに、圧電素子７１間が、ダイシングソー１００などの刃の厚さ程度の間隔となるため、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現することができる。
【００９４】
なお、本実施の形態２において、上述した実施の形態１の変形例３に係る超音波振動子７ｃの構成を適用すれば、バッキング材７５（バッキング材用母材７５０）により、第１電極７６ｂの導電性薄膜７８との接触側と反対側が外部に露出しないため、薄膜形成防止部材７６５が不要となり、部品点数を削減した超音波振動子を作製することができる。
【００９５】
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態および変形例によってのみ限定されるべきものではない。本発明は、以上説明した実施の形態および変形例には限定されず、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。また、実施の形態および変形例の構成を適宜組み合わせてもよい。
【００９６】
このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、本発明にかかる超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法は、圧電素子の特性劣化を抑制するとともに、複数の圧電素子の狭ピッチ化を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００９８】
１  内視鏡システム
２  超音波内視鏡
３  超音波観測装置
４  内視鏡観察装置
５  表示装置
６  光源装置
７〜７ｉ  超音波振動子
２１  挿入部
２２  操作部
２３  ユニバーサルケーブル
２４  コネクタ
３１  超音波ケーブル
４１  ビデオケーブル
６１  光ファイバケーブル
７０  エレメント
７１  圧電素子
７２  第１音響整合層
７３  第２音響整合層
７４  音響レンズ
７５  バッキング材
７５ａ  第２バッキング材
７６，７６ｂ  第１電極
７６ａ  肉厚部
７７，７７ａ  第２電極
７８  導電性薄膜
７８ａ  第２導電性薄膜
７９  封止部
８０，８０ａ〜８０ｃ  ＦＰＣ基板
９２  壁部
１０１  加工治具
１００  ダイシングソー
２１１  硬性部材
２１２  湾曲部
２１３  可撓管部
２２１  湾曲ノブ
２２２  操作部材
２２３  処置具挿入口
２４１  第１コネクタ部
２４２  第２コネクタ部
２４３  第３コネクタ部
７００，７００Ａ  成形用部材
７１０，７１１  圧電素子用母材
７２０  第１音響整合層用母材
７５０，７５１  バッキング材用母材
７６０，７６２，７６４  第１薄膜
７６１，７６３  凸部
７７０，７７１  第２薄膜
７８１  第３薄膜
７８２  めっき皮膜
７８３  第４薄膜
７８４  第５薄膜
７８５  第２めっき皮膜
７９０  封止用部材
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【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】
電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子と、
各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、
前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、
前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材と、
前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、
前記圧電素子、前記バッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を有する複数の発振部を取り囲む壁部と、
前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第２のバッキング材と、
を備え、
前記複数の圧電素子、前記複数のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該バッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる
ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有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】
前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えた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】
前記基板の一部は、前記バッキング材に保持され、
前記接続電極は、前記バッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記基板の一部は、前記バッキング材に埋設されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記基板の一部は、前記バッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記信号入出力用電極と対をなす第２の電極と、
前記圧電素子の前記バッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、
をさらに備え、
前記第２の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地される
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９】
前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列され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１０】
請求項１に記載の超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１１】
電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、
前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、
前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記バッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および封止部を成形する成形工程と、
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１２】
前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１３】
前記接続電極用部材配設工程は、
物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第１工程と、
湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記バッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記バッキング材に前記基板が保持されてなり、
前記成形工程は、
前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする請求項１１に記載の超音波振動子の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月4日(2017.4.4)
【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】
電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子と、
各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、
前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、
前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数の第１のバッキング材と、
前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、
前記圧電素子、前記第１のバッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を有する複数の発振部を取り囲む壁部と、
前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第２のバッキング材と、
を備え、
前記複数の圧電素子、前記複数の第１のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該第１のバッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる
ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有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】
前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えた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】
前記基板の一部は、前記第１のバッキング材に保持され、
前記接続電極は、前記第１のバッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記基板の一部は、前記第１のバッキング材に埋設されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記基板の一部は、前記第１のバッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記信号入出力用電極と対をなす第２の電極と、
前記圧電素子の前記第１のバッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、
をさらに備え、
前記第２の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地される
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９】
前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列され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１０】
請求項１に記載の超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１１】
電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波を電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数の第１のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、
前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、
前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記第１のバッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および封止部を成形する成形工程と、
前記成形工程で成形された前記圧電素子、前記第１のバッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および前記封止部からなる複数の発振部を取り囲む壁部を配設する壁部配設工程と、
前記壁部と前記複数の発振部とにより形成される中空空間に第２のバッキング材を充填する充填工程と、
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１２】
前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１３】
前記接続電極用部材配設工程は、
物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第１工程と、
湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記第１のバッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記第１のバッキング材に前記基板が保持されてなり、
前記成形工程は、
前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする請求項１１に記載の超音波振動子の製造方法。
【国際調査報告】
2016170961.tif 000035
2016170961.tif 000036
2016170961.tif 000037
2016170961.tif 000038