(57)【要約】【課題】  本発明では、音響レンズ材と溝埋め材を同じ材料で一体的に形成した超音波トランスデューサを提供する。【解決手段】  超音波を放射する圧電振動子と第一の音響整合層と第二の音響整合層とを含む振動子エレメントの複数が該圧電振動子エレメントと、該圧電振動子エレメントを保持するバッキング層と、音響レンズを備える超音波トランスデューサであって、隣接する該振動子エレメント間の間隙部は、前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料により充填されていることを特徴とする超音波トランスデューサにより、上記課題の解決を図ることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を放射させるために振動する圧電振動子と１以上の音響整合層とを含む振動子エレメントと、音響レンズとを備える超音波トランスデューサであって、
隣接する該振動子エレメント間の間隙部は、前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料により充填されていることを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサの外部表面は、前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料で被覆されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記音響レンズの構成材料は、傾斜材料であることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記傾斜材料は、シリコーン樹脂に無機微粉末が分散している材質であって、前記圧電振動子の振動発生面から前記音響レンズと前記音響整合層との界面方向へ向かうにしたがって該無機微粉末の充填密度が小さくなる材質であることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記無機微粉末が、タングステン、酸化タングステン、酸化アルミニウム、及び酸化ジルコニウムのうち少なくともいずれか１つを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記傾斜材料には、シリコーン樹脂に該シリコーン樹脂より小さな比重を有し中空構造を有する粒子が分散しており、前記圧電振動子の振動発生面から前記音響レンズと前記音響整合層との界面方向へ向かうにしたがって該粒子の充填密度が小さくなることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記粒子は、ガラス材料からなることを特徴とする請求項６に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記粒子は、高分子材料からなることを特徴とする請求項６に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記音響レンズを形成して前記振動子エレメント間を充填させた材料と前記振動子エレメントとが接する面に、耐蝕性または耐湿性を有する薄膜層を介在させることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
前記薄膜層は、無機化合物成分を含むナノコーティング膜を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１１】
前記無機化合物成分は、シリコン、チタン、及びジルコニウムのうち少なくともいずれか１つを含んでいることを特徴とした請求項１０に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１２】
前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料で被覆された前記超音波トランスデューサの該被覆表面に、耐蝕性または耐湿性を有する薄膜層を介在させることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１３】
前記薄膜層は、無機化合物成分を含むナノコーティング膜を含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１４】
前記ナノコーティング膜は、シリコン、チタン、及びジルコニウムの酸化物のうち少なくともいずれか１つであることを特徴とした請求項１３に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１５】
前記薄膜層の表面に、銀のナノコーティング膜を形成することを特徴とした請求項１４に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１６】
フレキシブル基板の電極面に圧電振動子の電極を接続するように、該フレキシブル基板の電極面と該圧電振動子を接合する接合工程と、
前記接合工程により接合された接合体に、１以上の音響整合層とを接合する音響整合層接合工程と、
前記音響整合層接合工程により生成された積層体を、該積層体を保持するバッキング材部の上に接合するバッキング材部接合工程と、
前記積層体にダイシング加工を施すダイシング工程と、
前記ダイシング加工によって形成された圧電振動子エレメントの接地側を共通電位とする共通接地線を接続する接地線接続工程と、
前記ダイシング加工により形成された溝部にプライマー処理を施すプライマー処理工程と、
所定の成型型に前記プライマー処理工程を経て得られた前記積層体を固定し、前記プライマー処理を施した部分に対して、音響レンズ、前記溝部の充填材、及び該積層体外側の被覆部となる樹脂前駆液を接触させ、該樹脂前駆液を硬化させる樹脂前駆液硬化工程と、
を行うことを特徴とするアレイ型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１７】
前記プライマー処理工程後に、該プライマー処理が施された部分にナノコーティング膜層を形成するナノコーティング膜層形成工程を行うことを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１８】
前記樹脂前駆液硬化工程後に、前記硬化した樹脂前駆体の表面にナノコーティング膜層を形成するナノコーティング膜層形成工程を行うことを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項１９】
前記樹脂前駆液は、シリコーンゴム前駆液と希釈液とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項２０】
超音波を放射する圧電振動子と１以上の音響整合層とを含む振動子エレメントを形成する振動子エレメント形成工程と、
所定の成型型に前記振動子エレメント形成工程により得られた積層体に、音響レンズ、前記振動子エレメント間の充填材、及び該積層体外側の被覆部となる樹脂前駆液を接触させ、該樹脂前駆液を硬化させる樹脂前駆液硬化工程と、
を行うことを特徴とするアレイ型超音波トランスデューサの製造方法。
【請求項２１】
請求項１に記載のアレイ型超音波トランスデューサを備える超音波内視鏡装置。
【請求項２２】
請求項１６に記載の製造方法によって製造されたアレイ型超音波トランスデューサを備える超音波内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子走査式超音波診断装置に用いられるアレイ型超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波内視鏡は、体腔内に超音波を照射し、そのエコー信号を体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が広く普及している。超音波診断法により体腔内の画像を取得するためには、超音波を発生させたり、体腔内で反射した超音波を受信したりする超音波トランスデューサを先端に取り付けた挿入部を体腔内に挿入しなければならない。
【０００３】
図１１は、従来のアレイ型超音波探触子の一例を示す。図１１（ａ）は従来のアレイ型超音波探触子の断面図であり、図１１（ｂ）は図１と直角方向で切断しその一部分を拡大した側面断面図である。
【０００４】
図１１（ａ）（ｂ）において、アレイ型超音波トランスデューサ１０１は、圧電素子１０２、電極１０３ａ，１０３ｂ、フレキシブル基板１０４、整合層１０５，１０６、音響レンズ１０７、絶縁層１０８、ダンピング部（層）８、フレキシブルリード１１０ａ，１１０ｂ、接着剤１１１、空隙部１１２から主に構成されている。
【０００５】
板状の厚み方向に分極可能とされるＰＺＴ等の圧電素子板を板の垂直方向から細い幅で薄く切断し、隣接するものとわずかに離間するよう平行に整列したアレイ型の圧電素子２の厚み方向の両面には銀等を蒸着等して電極１０３ａ，１０３ｂが形成されており、超音波が送受波される側の一方の電極１０３ａ面はアース側電極とされ、板状で伝導性のフレキシブル基板１０４で各電極１０３ａが導通保持される。
【０００６】
さらにフレキシブル基板１０４の上に各圧電素子１０２と同形状で細長に形成された第１及び第２の音響的整合層１０５及び１０６を貼着する等して積層状に形成されている。上記第２の整合層１０６の上面には各圧電素子２の長手方向の中央が凸となる音響レンズ７が形成されている。
【０００７】
一方、上記各圧電素子１０２の正極側電極１０３ｂ面は、絶縁性部材を用いた絶縁層１０８を介装してダンピング部（層）１０９に固着されて各超音波振動子エレメントが形成されている。
【０００８】
上記正極側電極１０３ｂはフレキシブルリード１１０ｂによって長手方向の両側からダンピング部１０９の裏面側に引き出され、また、アース側電極１０３ａもフレキシブルリード１１０ａで裏面側に引き出されている。
【０００９】
上記絶縁層１０８の両側の隙間には、エポキシ系等の接着剤１１１を用いて絶縁層１０８をダンピング層１０９に固着してある。
上記第１及び第２の整合層５，６は、音響レンズ１０７の前面（上面）が当接される体腔壁等に圧電素子２から送波（及び受波）される超音波を（反射を少なくして）能率よく体腔内壁側に伝達できるように、圧電素子１０２と体腔内壁との音響インピーダンスの中間の値に設定され、２層の整合層１０５，１０６にすることによってより円滑に整合できるようにしてある。
【００１０】
上記ダンピング層１０９は、各圧電素子１０２が両電極１０３ａ，１０３ｂに印加された高周波パルスによって励振して超音波を送出する際、裏面側に送出された超音波を速やかにダンピングさせて、ダンピング層１０９の裏面で反射されたものが受波されて分解能を悪化するのを防止するためのものである。
【００１１】
このダンピング層１０９は、体腔内での使用においてはその厚みを大きくして充分な減衰機能を有するようにできるが、体腔内で使用する場合には最も嵩ばる部材となるので厚みの少ないものが要求される。この場合、ダンピング層１０９の材質として、タングステン粉末をエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂等に該タングステン粉末の分散量を重量比で９５％前後となるように分散したものを用いることによりほぼ満足できる減衰量を実現できるようにしてある。
【００１２】
上記材質のダンピング層１０９の場合には、その電気抵抗が低いので、人体に対する安全対策上、超音波送受面側がアース電極側となり、ダンピング層１０９側が正極側に設定されるので、ダンピング層１０９が直接正極側に接触すると、該ダンピング層１０９を形成する部材の低い抵抗（インピーダンス）によってアレイ状に分割された各超音波振動子エレメントが導通してしまう不都合が生じるため、上記絶縁層１０８によって絶縁している。
【００１３】
ところで、各超音波振動子は、各エレメント間のクロストークを防ぐために、隣接する各エレメント間には空隙部１１２を設ける場合よりも、第１及び第２の整合層１０５，１０６を含めた３層に渡って空隙部１１２を形成することによって、より確実にクロストークを防止できるようにしてある。
【００１４】
なお、上記空隙部１１２で分離された超音波振動子は、例えば、絶縁層１０８に固着した両面に電極が形成された圧電素子板と、該圧電素子板に重ねた第１及び第２の整合板とを一体化してダイヤモンドカッターで絶縁層１０８の一部にまで切り込むようにして正極側電極１０３ｂを分離形成するよう切断して形成される。この場合、フレキシブル基板１０４は、切断後アース電極１０３ａに接するように介装される。
【００１５】
このように構成された従来例においては、上記隣接する圧電素子１０２間が、整合層１０５，１０６も含めて空隙部１１２で分離されているため、クロストークが充分防止されている。しかしながら、各エレメントは幅の薄い細長の状態で配列され、かつ細長となる両側部が保持されていないため、機械的に非常に弱いという欠点があった。
【００１６】
また、空隙部１１２に湿気等で水分が浸透し、水分が空隙部１１２に長く残ってしまい、各圧電素子１０２の両面に施された電極１０３ａ，１０３ｂの銀がマイグレーションを起こし、超音波の送受波する機能が低下したり、さらに酷い場合にはショートしてしまう状態に陥ってしまうことも起こり得るという危険性があった。
【００１７】
そこで、このような欠点を改善するために、特許文献１では、図１１（ｃ）に示すように、エレメント間の空隙部に中空を有するガラス球の中空部材１２０を詰め込むことで、クロストークを防止し、さらに湿気が入り込むのを防止している。
【特許文献１】特開昭６０−８９１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来においては、音響レンズを整合層に接着剤を用いて接着していたが、その余分が空隙部１１２に流れ込んでいた。この接着剤の流れ込む量には各空隙部１１２でばらつきがあり、このばらつきのために超音波の特性のばらつきが生じていた。
【００１９】
上記の課題に鑑み、本発明では、音響レンズ材と溝埋め材を同じ材料で一体的に形成した超音波トランスデューサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、超音波を放射させるために振動する圧電振動子と１以上の音響整合層とを含む振動子エレメントと、音響レンズとを備える超音波トランスデューサであって、隣接する該振動子エレメント間の間隙部は、前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料により充填されていることを特徴とする超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記超音波トランスデューサの外部表面は、前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料で被覆されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、前記音響レンズの構成材料は、傾斜材料であることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、前記傾斜材料は、シリコーン樹脂に無機微粉末が分散している材質であって、前記圧電振動子の振動発生面から前記音響レンズと前記音響整合層との界面方向へ向かうにしたがって該無機微粉末の充填密度が小さくなる材質であることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、前記無機微粉末が、タングステン、酸化タングステン、酸化アルミニウム、及び酸化ジルコニウムのうち少なくともいずれか１つを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、前記傾斜材料には、シリコーン樹脂に該シリコーン樹脂より小さな比重を有し中空構造を有する粒子が分散しており、前記圧電振動子の振動発生面から前記音響レンズと前記音響整合層との界面方向へ向かうにしたがって該粒子の充填密度が小さくなることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記粒子は、ガラス材料からなることを特徴とする請求項６に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記粒子は、高分子材料からなることを特徴とする請求項６に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、前記音響レンズを形成して前記振動子エレメント間を充填させた材料と前記振動子エレメントとが接する面に、耐蝕性または耐湿性を有する薄膜層を介在させることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００２９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、前記薄膜層は、無機化合物成分を含むナノコーティング膜を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００３０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、前記無機化合物成分は、シリコン、チタン、及びジルコニウムのうち少なくともいずれか１つを含んでいることを特徴とした請求項１０に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００３１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、前記音響レンズの構成材料と同一の構成材料で被覆された前記超音波トランスデューサの該被覆表面に、耐蝕性または耐湿性を有する薄膜層を介在させることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００３２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、前記薄膜層は、無機化合物成分を含むナノコーティング膜を含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００３３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、前記ナノコーティング膜は、シリコン、チタン、及びジルコニウムの酸化物のうち少なくともいずれか１つであることを特徴とした請求項１３に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００３４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、前記薄膜層の表面に、銀のナノコーティング膜を形成することを特徴とした請求項１４に記載の超音波トランスデューサを提供することによって達成できる。
【００３５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、フレキシブル基板の電極面に圧電振動子の電極を接続するように、該フレキシブル基板の電極面と該圧電振動子を接合する接合工程と、前記接合工程により接合された接合体に、１以上の音響整合層とを接合する音響整合層接合工程と、前記音響整合層接合工程により生成された積層体を、該積層体を保持するバッキング材部の上に接合するバッキング材部接合工程と、前記積層体にダイシング加工を施すダイシング工程と、前記ダイシング加工によって形成された圧電振動子エレメントの接地側を共通電位とする共通接地線を接続する接地線接続工程と、前記ダイシング加工により形成された溝部にプライマー処理を施すプライマー処理工程と、所定の成型型に前記プライマー処理工程を経て得られた前記積層体を固定し、前記プライマー処理を施した部分に対して、音響レンズ、前記溝部の充填材、及び該積層体外側の被覆部となる樹脂前駆液を接触させ、該樹脂前駆液を硬化させる樹脂前駆液硬化工程と、を行うことを特徴とするアレイ型超音波トランスデューサの製造方法を提供することによって達成できる。
【００３６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、前記プライマー処理工程後に、該プライマー処理が施された部分にナノコーティング膜層を形成するナノコーティング膜層形成工程を行うことを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサの製造方法を提供することによって達成できる。
【００３７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１８に記載の発明によれば、前記樹脂前駆液硬化工程後に、前記硬化した樹脂前駆体の表面にナノコーティング膜層を形成するナノコーティング膜層形成工程を行うことを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサの製造方法を提供することによって達成できる。
【００３８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１９に記載の発明によれば、前記樹脂前駆液は、シリコーンゴム前駆液と希釈液とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の超音波トランスデューサの製造方法を提供することによって達成できる。
【００３９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２０に記載の発明によれば、超音波を放射する圧電振動子と１以上の音響整合層とを含む振動子エレメントを形成する振動子エレメント形成工程と、所定の成型型に前記振動子エレメント形成工程により得られた積層体に、音響レンズ、前記振動子エレメント間の充填材、及び該積層体外側の被覆部となる樹脂前駆液を接触させ、該樹脂前駆液を硬化させる樹脂前駆液硬化工程と、を行うことを特徴とするアレイ型超音波トランスデューサの製造方法を提供することによって達成できる。
【００４０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２１に記載の発明によれば、請求項１に記載のアレイ型超音波トランスデューサを備える超音波内視鏡装置を提供することによって達成できる。
【００４１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２２に記載の発明によれば、請求項１６に記載の製造方法によって製造されたアレイ型超音波トランスデューサを備える超音波内視鏡装置を提供することによって達成できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明を用いることにより、音響レンズ材と溝埋め材を同じ材料で一体的に形成することで、別途接着剤を用いることがなく、そのため、余分な接着剤のエレメント間への不均一な流入による超音波の特性のばらつきを防止することができる。また、クロストークを防止し、また、エレメントの倒れ掛けを防止するための機械的強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１の外観を示す。図１（ａ）は、アレイ型超音波トランスデューサ１の斜め側面外観図であり、図１（ｂ）は長手方向の側面外観図であり、図１（ｃ）は短手方向の側面外観図である。
【００４４】
同図において、バッキング材部４の上部が音響レンズ兼外部被覆部２により被覆され、バッキング材部４の側面から底部にかけてフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）３が配設されている。なお、ＦＰＣ３の表面には本来信号を送受信するためのケーブルが配設されているが、同図では省略している。２０１は音響レンズ兼外部被覆部２のうちの音響レンズを形成している部分であり、２０２は外部被覆部（または側面樹脂膜部）を形成している部分である。
【００４５】
図２は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１の各方向から観察した図を示す。図２（ａ）は側面から観察した図であり、図２（ｂ）は直角方向の側面から観察した断面図であり、図２（ｃ）は上方の断面図であって図２（ｂ）の破線Ｘによる切断面に対応するものである。
【００４６】
本実施形態において、圧電振動子５、第一音響整合層６、第二音響整合層７から構成されるものを振動子エレメント、または単にエレメントという。圧電振動子５は、電圧信号を受信すると振動を起こして、超音波を発生させる。第一音響整合層６、第二音響整合層７は、超音波を空気中や水や生体等にそのまま放出すると、圧電振動子と空気中や水や生体等の間では音響インピーダンス差があるにで、その界面で超音波が跳ね返って効率よく放出されないので、それを抑制し効率よく放出するためのものである。
【００４７】
バッキング材部４は、圧電振動子を背面保持（バッキング）するためと、超音波振動を減衰させ、広帯域の超音波パルスを得るためのものである。これにより、広帯域化の反面感度は低下する。
【００４８】
バッキング材部４の上部には複数のエレメントが配設されている。圧電振動子５の左右両端の上部には共通接地ワイヤ１２が設けられており、エレメント間に渡って設けられている。なお、図２（ｂ），（ｃ）に破線Ｙがあるが、以下の図面は、この破線Ｙで切断した断面図とする。
【００４９】
図３は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１の内部構成を示す。図３（ａ）は長手方向の側面断面図であり、図３（ｂ）は短手方向の側面断面の一部を示す図である。圧電振動子５の下部表面には配線電極１０が設けられている。また、バッキング材部４の上部表面には、ストライプ状にフレキシブルプリント基板９が配設されている。この配線９と圧電振動子５の下部表面の配線電極１０とが接着した構造になっており、接着剤１１で接着固定されている。上記したようにバッキング材部４上にエレメントが複数配設され、これらのエレメントを覆うようにして、音響レンズ兼外部被覆部２がある。
【００５０】
音響レンズ兼外部被覆部２については、主に２０１，２０２，２０３の部分がある。２０１は音響レンズ部分を形成し、２０２は外部被覆部（または側面樹脂膜部）を形成し、２０３はエレメント間にある溝部を充填している溝充填部となっており、これらはすべて同一の材質の樹脂から構成させる。このような材質は、超音波の減衰効果の大きいものを選択する必要がある。また、材料固有の音速も考慮する必要がある。本実施形態では、これらを考慮して、シリコーン樹脂（旭化成ワッカーケミカルズ社製、品名「エラストジル」）を用いることにする。
【００５１】
また、溝部２０３だけでなく、外部被覆部２０２までシリコーン樹脂で固定するのは、エレメントの機械的強度を上げるためである。音響レンズ材と溝埋め材を同じ材料で一体的に形成することで、別途接着剤を用いることがなく、そのため、余分な接着剤のエレメント間への不均一な流入による超音波の特性のばらつきを防止することができる。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、第１の実施形態のアレイ型トランスデューサに保護膜１３を用いたものについて説明する。なお、この保護膜は、ナノメートルサイズの粒子から構成された膜（ナノコーティング膜）である。
【００５３】
図４は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１を示す。同図は、エレメント、接着層１１、共通接地ワイヤ１２を保護膜１３で被覆し、その上に音響レンズ兼外部被膜部で覆ったものである。
【００５４】
アレイ型超音波トランスデューサ１は、超音波内視鏡で使用される医療器具の一部であるので、超音波内視鏡の使用前または使用後に洗浄、消毒する必要がある。しかし、ここで用いられる消毒剤は音響レンズ兼外部被膜部２を形成するシリコーン樹脂に浸透するため、浸透した消毒剤が圧電振動子５のあるシリコーン樹脂層の最下部まで浸透する場合がある。また、加圧状態下において、水蒸気が浸透する可能性もある。
【００５５】
これらの場合には、浸透した消毒剤または水蒸気により圧電振動子がショートしたり、腐食したりする可能性がある。また、正常な診断画像が得られないということも考えられる。
【００５６】
そこで、シリコーン樹脂とエレメントの間（界面）に耐蝕性、耐湿性を有する薄膜層（保護膜）をおくことで、シリコーン樹脂に浸透した消毒剤や水蒸気から圧電振動子を保護するができる。本実施形態では、コーティング薄膜層を用いた。これについて図５で説明する。
【００５７】
図５は、本実施形態における保護膜（ＮＡＮＯ−Ｘ社製、製品名：ｘ−ｐｒｏｔｅｃｔ  ＤＳ  ３０１０）の構成を示す。同図に示すように、膜の成分はシリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）の無機成分、酸素（Ｏ）、及び、その他の有機成分（高分子化合物）から構成され、網目構造となっている。この構造は、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）等の金属アルコキシド化合物を加水分解することで得られる。
【００５８】
この図５に示すように、無機成分の網目構造に絡む様に、基材の有機成分が存在している。この構造は膜全体に網目状に形成されているが、無機成分の網目構造に、有機成分が絡まない領域も製法上出来る。絡んでいないので、網目構造から遊離したナノ粒子として存在することになる。従って、ナノ粒子（これも網目構造をもっている）になるか、膜全体に広がる有機成分が絡んだ網目状構造になるかは、例えば、加熱条件の違いや、加水分解のしかた、ＰＨ調整、等の製造条件を振り分けることにより、ナノコーティング膜の構造を制御することができる。なお、ナノメータサイズの無機化合物成分は、シリコン、チタン、ジルコニウムのいずれか１つ、または複数の成分であってもよい。また、シリコンの酸化物、チタンの酸化物、ジルコニウムの酸化物のいずれか１つ、または複数の成分であってもよい。これらの無機化合物を成分とする保護膜は、耐蝕性、耐湿性を有している。
【００５９】
また、上記で形成した薄膜層の表面に、銀のナノコーティング膜を形成してもよい。すなわち、図４において、保護膜１３とシリコーン樹脂との界面に銀のナノコーティング膜を形成しても良い。銀の特性として、抗菌効果がある。なぜなら、微生物の細胞はマイナス（−）の電荷を帯びているが、これにプラス（＋）の銀イオンが触れると、その細胞が破壊され、微生物は死滅するためである。
【００６０】
この銀のナノコーティング膜は、ナノメートルサイズの銀粒子を、例えばイミド樹脂化合物に分散し、網目構造を持ったナノメートルサイズの銀粒子の網目にイミド樹脂が絡んで膜全体を構成している。
【００６１】
以上より、シリコン、チタン、ジルコニウムを構成成分とするナノコーティング膜を用いることで、耐蝕性、耐湿性を有するアレイ型超音波トランスデューサを実現することができる。さらに、銀のナノコーティング膜も形成することで、抗菌効果を有するアレイ型超音波トランスデューサを実現することができる。これにより、体腔内に対して超音波内視鏡をより安全に使用することができる。
【００６２】
＜第３の実施形態＞
第２の実施形態ではシリコーン樹脂とエレメントの界面に保護膜の層を形成したが、本実施形態ではシリコーン樹脂の表面、すなわち音響レンズ兼外部被膜部２を保護膜で覆うことにより、消毒剤または水蒸気がシリコーン樹脂に浸透するのを防止する。
【００６３】
図６は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す。図６は、図３のアレイ型超音波トランスデューサの音響レンズ兼外部被膜部２の外界と接する表面（外側表面）を第２の実施形態で説明した保護膜１４で覆ったものである。
【００６４】
本実施形態では、第２の実施形態と同様に、耐蝕性、耐湿性を兼ね備えた保護膜（薄膜層）１４が無機化合物成分からなるナノ粒子から構成されている。また、第２の実施形態と同様に、無機化合物成分からなるナノ粒子の構成成分は、シリコン、チタン、ジルコニウムのいずれか１つ、または複数の成分であってもよい。また、シリコンの酸化物、チタンの酸化物、ジルコニウムの酸化物のいずれか１つ、または複数の成分であってもよい。また、第２の実施形態と同様に、薄膜層の表面に、銀のナノコーティング膜を形成してもよい。
【００６５】
このようにすることにより、消毒剤または水蒸気が音響レンズ兼外部被膜部２を構成するシリコーン樹脂に浸透することがないので、圧電振動子がショートしたり、腐食したりすることを防止することができる。なお、第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせて、音響レンズ兼外部被膜部２とエレメントの間、及び音響レンズ兼外部被膜部２の外部と接する表面にそれぞれ保護膜の層を形成することで、より耐蝕・耐湿効果を高めることができる。
【００６６】
＜第４の実施形態＞
本実施形態では、音響レンズ兼外部被膜部２の材料に傾斜材料（材料内部の成分組成及び微視組織の傾斜分布化によって、新しい機能を発現させる材料）を用いる場合について説明する。
【００６７】
図７は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す。図６は、図７のアレイ型超音波トランスデューサの各エレメント間に中空構造の無機微粉末１５を用いる場合を示している。無機微粉末としては、タングステン、酸化タングステン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムのうちの少なくともいずれか一種を含む成分からなる。無機微粉末は、中空構造をとっている。この無機微粉末は、例えば、中空のガラス材料であってもよいし、中空の高分子材料であってもよい。
【００６８】
また、このような中空粒子は、シリコーン樹脂より比重が小さいものを用いる。これは、中空粒子を分散密度に傾斜をつけてシリコーン樹脂で満たされたエレメント間に分散させるために、中空粒子の浮力によって中空粒子をシリコーン樹脂中に浮かせる必要があるからである。
【００６９】
また、中空粒子は、超音波放射面から遠ざかるにしたがってその分散密度が大きくなるような構造をとっている。すなわち、圧電振動子に接近するほど、中空粒子の分散密度は小さく（中空粒子の充填率が高い）、圧電振動子から離れるほど（エレメントの上方へ行くほど）、中空粒子の分散密度は大きく（中空粒子の充填率が低い）なっている。このように圧電振動子付近で中空粒子の充填率を高くするのは、エレメント相互間において、エレメント下方の圧電振動子同士の間が最もクロストークが起こり易いため、これを効果的に抑制するためである。
【００７０】
中空粒子は、エレメント間に分散させ、エレメント上方部へ行くほど分散密度を小さくするが、この分散は、エレメント間に留めるようにする。つまり、エレメント間からはみだして音響レンズを形成している部分２０１まで到達しないようにする。具体的には中空粒子の混合率の制御による音響レンズ部分２０１にまで中空粒子が分散してしまうと、超音波特性を低下させるからである。
【００７１】
また、エレメントの下部から上部方向にかけて、中空粒子を緩やかに傾斜をつけて分散させるようにし、急激に分散密度が変化することのないようにする。なぜならば、分散密度が急激に変化すると、その部分は超音波を反射する界面となってしまうからである。
【００７２】
なお、中空粒子の大きさは、溝幅や深さの寸法にもよるが、数μmから数十ミクロンの間のものを使用するが、これに限定されない。
また、比重の小さい中空粒子と大きい中空粒子とを混合して用いることもできる。この場合には、比重の小さいものの方が先に溝の深い所に分布し、大きいものが溝の浅部に分布することにより、クロストークを低減することができる。
【００７３】
以上より、隣接するエレメント間のクロストークを効果的に防止し、さらに、機械的強度を向上させることができる。
＜第５の実施形態＞
本実施形態は第４の実施形態の変形例である。第４の実施形態では、中空粒子を用いたが、本実施形態では、中空でない粒子、すなわち中身が充填されている粒子を用いる。
【００７４】
図８は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す。図８は、図７の中空粒子１５の代わりに中身が充填された粒子１６を用いる。このようにすることで、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
以上より、隣接するエレメント間のクロストークを効果的に防止し、さらに、機械的強度を向上させることができる。
＜第６の実施形態＞
本実施形態では、エレメントを表面と裏面それぞれの面からダイシングを行ったアレイ型超音波トランスデューサを用いる場合について説明する。
【００７６】
図９は、本実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す。図９は、図３に比べて、圧電振動子の下部５１が上部５２より大きくなっており、隣接する圧電振動子の下部５１間には底部溝充填部８がある。なお、この底部溝充填部に対して、エレメント上部間の溝充填部を上部充填部という。
【００７７】
同図は、製造工程において、まず圧電素子５と第一音響整合層６と第二音響整合層７を接合して接合体を構成した後、圧電素子５側の面をダンシングして底部溝を形成し、その後、第二音響整合層７側の面をダンシングして底部のダンシング幅より大きい幅で上部溝を形成する。
【００７８】
このように設計することにより、底部側の方の幅を太くするので、振動子エレメントが倒れにくくなり、機械的強度を向上させることができる。なお、本実施形態で用いた形状のエレメントは、第１〜第５の実施形態のうちのいずれにおいても適用することができる。
【００７９】
＜第７の実施形態＞
本実施形態では、上記の実施形態で説明したアレイ型超音波トランスデューサの製造方法について説明する。
【００８０】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施形態における製造工程の様子を示す。次に、これらの図を参照しながら、本発明にかかるアレイ型超音波トランスデューサの製造工程を説明する。なお、以下の工程のうちＳ１〜Ｓ３の工程に対応する図は示していない。
【００８１】
Ｓ１：まず、フレキシブルプリント基板９の電極面に、圧電振動子５の電極１０が接続するように接合する（接合したものを以下では接合体という）。
Ｓ２：次に、この接合体に第一音響整合層と、第二音響整合層とを接合する。このようにして得られる積層体をバッキング材部の上に接合して配置させる。
【００８２】
Ｓ３：次に、フレキシブル基板と、圧電振動子５と、第一音響整合層６と、第二音響整合層７とからなる接合積層体の全層にわたってダイシング加工を施す。ダイシング加工の結果、複数のエレメントが形成され、エレメント間にはダイシング加工によって生じた溝部１７が形成される。
【００８３】
Ｓ４：それから、ダイシングによって形成された圧電振動子エレメントの接地側を共通電位とする為の共通接地線１２の接続を行う（図１０Ａ（ａ）参照）。
Ｓ５：ダイシング溝部１７に後の工程で接着させる樹脂前駆液との密着性を改善するためにプライマー処理を行う。プライマー処理は、例えばプライマー処理液に、上記のダンシングされた接合積層体を浸漬後、スプレーガン等で吹き飛ばしてもよいし、その他の公知の手法を使用してもよい。これにより、ダイシングされた接合体表面はプライマー処理膜で覆われる（図１０Ａ（ｂ）参照）。
【００８４】
Ｓ６：次に、第２の実施形態の場合には、ナノコーティング膜１９で保護膜（ＮＡＮＯ−Ｘ社製、製品名：ｘ−ｐｒｏｔｅｃｔ  ＤＳ  ３０１０）を形成しても良い（図１０Ａ（ｃ）参照）。保護膜の形成は、プライマー処理でプライマー処理膜を形成したのと同様に、ダンシングされた接合積層体を浸漬後、スプレーガン等で吹き飛ばしてもよいし、その他の公知の手法を使用してもよい。保護膜を形成した後には、再度プライマー処理を行い、ダイシングされた接合積層体表面をプライマー処理膜で覆うようにする。
【００８５】
Ｓ７：次に、成型型２１にプライマー処理された接合積層体を固定し、音響レンズ、溝埋め、および外側面の被覆部となる樹脂前駆液を注入し、硬化させる（図１０Ｂ（ｄ），（ｅ））。樹脂前駆液は、シリコーンゴム前駆液と希釈液からなる。シリコーンゴム（シリコーン樹脂）は、旭化成ワッカーケミカルズ社製の品名「エラストジル」を用いた。希釈剤には、品名「アイソパーＥ（ＩＳＯＰＡＲ  Ｅ）」（発売元：エクソンモービル化学）を用いた。これにより、音響レンズ兼外部被覆部２が形成される。
【００８６】
また、ここで、５５℃の条件下において２時間で硬化するが、程よい粘性にする為に加える希釈剤（キシレン等の芳香族系の溶剤）を用いるために、硬化後に残臭がある。これをなくす為に、更に８５℃で３６時間の後硬化処理が有効である。
【００８７】
なお、Ｓ７において、第４の実施形態で説明したように、傾斜材料のシリコーン樹脂を形成するようにしてもよい。すなわち、シリコーン樹脂に中空粒子を分散した音響レンズ前駆液を用い、音響レンズ前駆液を注入後に、この成型型２１ごと逆さにする（図１０Ｂ（ｄ）の状態にする）と重力の関係で溝の深部に、中空粒子が浮いてくる。
【００８８】
また、第３の実施形態を実現するために、Ｓ７の後に、さらに、音響レンズ兼外部被覆部２の表面にナノコーティング膜層を形成して、第３の実施形態のようにしてもよい。
このようにして、上記で構成した構造体を音響レンズ兼外部被覆部２で覆うことで、本発明にかかるアレイ型超音波トランスデューサを製造することができる。
【００８９】
なお、第１〜第６の実施形態を用途に応じてどのようにも組み合わせることができる。また、第１〜第７の実施形態では、第一音響整合層と第二音響整合層の２つを用いたが、これに限定されず、例えば１つでもよいし、または２以上でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１の外観を示す図である。
【図２】第１の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１の各方向から観察した図である。
【図３】第１の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサ１の内部構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す図である。
【図５】第２の実施形態における保護膜の構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す図である。
【図７】第４の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す図である。
【図８】第５の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す図である。
【図９】第６の実施形態におけるアレイ型超音波トランスデューサを示す図である。
【図１０Ａ】第７の実施形態における製造工程の様子（その１）を示す図である。
【図１０Ｂ】第７の実施形態における製造工程の様子（その２）を示す図である。
【図１１】従来のアレイ型超音波探触子の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１      アレイ型超音波トランスデューサ
２      音響レンズ兼外部被覆部
３      ＦＰＣ
４      バッキング材部
５      圧電振動子
６      第一音響整合層
７      第二音響整合層
８      底部溝充填部
１０    ＦＰＣプリント配線
１１    接着層
１２    共通接地ワイヤ
１３，１４    保護膜
１５，１６  微小粒子
１７    上部溝部
１８    プライマー処理膜
１９    保護膜
２０    樹脂前駆液
２１    成型型
２０１  音響レンズ部
２０２  外部被覆部
２０３  溝充填部
【図５】
2005340903.tif 000003
【図１】
2005340903.tif 000004
【図２】
2005340903.tif 000005
【図３】
2005340903.tif 000006
【図４】
2005340903.tif 000007
【図６】
2005340903.tif 000008
【図７】
2005340903.tif 000009
【図８】
2005340903.tif 000010
【図９】
2005340903.tif 000011
【図１０Ａ】
2005340903.tif 000012
【図１０Ｂ】
2005340903.tif 000013
【図１１】
2005340903.tif 000014