(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を含む超音波探触子の製造方法：
（１）シート平面に沿って整列配置された多数の小径貫通孔を有する圧電セラミックシートを用意する工程；
（２）圧電セラミックシートの下面に、各小径貫通孔の下面開口部に接する下側電極層を形成し、また各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程；
（３）圧電セラミックシートの上面に、各小径貫通孔の上面開口部の周囲に下側電極層用端子電極層を、そして上記下側電極層に対面し、かつ該下側電極層用端子電極層とは電気的に接触しない位置に、上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層とを形成し、さらに各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程；
（４）少なくとも上記（２）の工程と（３）の工程とを経た圧電セラミックシートについて、小径貫通孔の内壁面の導電層の表面にハンダ非親和性層を形成する工程；
（５）上側電極層の表面に音響整合層を付設する工程；
（６）下側電極層の表面に吸音層を付設する工程；
（７）少なくとも上記（４）の工程を経た圧電セラミックシートについて、上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層の表面のそれぞれにハンダ層を形成する工程；
（８）少なくとも上記（７）の工程を経た圧電セラミックシートについて、小径貫通孔を横断し、かつ各小径貫通孔の導電層に電気的に接続されている下側電極層と下側電極層用端子電極層、そして該下側電極層と対面している上側電極層を一区画内に包含させるように裁断する工程；
（９）上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を介してリード線を固定する工程；
ただし、（２）の工程と（３）の工程とは順序が逆でもよく、（４）の工程乃至（８）の工程の順序は、（４）の工程が（７）の工程よりも先で、かつ（７）の工程が（８）の工程よりも先であること以外は任意である。
【請求項２】
（４）の工程で付設するハンダ非親和性層が酸化ケイ素を主成分とする層である請求項１に記載の超音波探触子の製造方法。
【請求項３】
厚み方向に伸びた凹部を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片、該圧電セラミックシート片の上面に備えられた上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層、該圧電セラミックシート片の下面に備えられた下側電極層、該下側電極層に電気的に接続する上記凹部に備えられた導電層、該導電層の表面に形成されたハンダ非親和性層、該導電層に電気的に接続する圧電セラミックシート片の上面に備えられた下側電極層用端子電極層、該上側電極層用端子電極層と該下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を介して固定されたリード線、該上側電極層の上面に備えられた音響整合層、そして該下側電極層の下面に備えられた吸音層を含む超音波探触子。
【請求項４】
ハンダ非親和性層が酸化ケイ素を主成分とする層である請求項３に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子、特にカテーテルに装填するのに適した小型の超音波探触子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波探触子は、医療用超音波診断装置の超音波送受信器として利用されている。最近では、カテーテルに超音波探触子を装填して、カテーテルを体内に挿入した状態で超音波診断をすることが行なわれている。このカテーテル装填用の超音波探触子では、患者負担軽減や、血管深部など、より細径な体腔への挿入性を高めるため、小型化の要求が高い。
【０００３】
超音波探触子は、一般に、上下の面が平面な薄肉の圧電セラミックシートと、圧電セラミックシートの上下面にそれぞれに対向して形成された一対の電極層とからなる。超音波探触子の超音波の送受信を行なう側の電極層には、被検体への超音波の伝播効率を高めるための音響整合層が付設され、超音波の送受信を行なう側と反対側の電極層にはノイズとなる超音波を吸収するための吸音層が付設されている。音響整合層及び吸音層は、通常、非導電性の高分子材料から形成されているため、超音波探触子の小型化に伴い、圧電セラミックシートの上下面に形成された電極層をそれぞれリード線に接続するのが難しくなる傾向がある。
【０００４】
超音波探触子の電極層とリード線との接続を容易にする方法として、圧電セラミックシートの上下面にそれぞれ形成された電極層の一方を反対側の面にまで引き延ばして、上下面の電極層を上下いずれか一方の方向からリード線と接続できるようにする方法が知られている。一般に、上下面の電極層を反対側の面に引き延ばした電極層は折返電極層と呼ばれる。
【０００５】
特許文献１には、上側電極層を、圧電セラミックシートの側面に導電層を形成することによって、圧電セラミックの下面にまでに引き延ばした折返電極層を有する超音波探触子が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、圧電セラミックシートの幅方向の周囲に配置した絶縁材料の表面に折返電極層を形成した超音波探触子が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２８００９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２９２４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、超音波探触子の外部電源への接続を容易にするために、超音波探触子に折返電極層を形成することは有用である。しかしながら、超音波探触子の小型化に伴って、折返電極層を形成することが難しくなる。特に最近では、直径が１ｍｍ以下となるような血管用カテーテルに組み込むための極めて小型の超音波探触子が望まれているが、このような小型の超音波探触子では、折返電極層を工業的に形成することは難しい。
従って、本発明の目的は、特に、カテーテル装填用に適した、小型でかつ折返電極層を有する超音波探触子を工業的に有利に製造するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下記（１）乃至（９）の工程を含む超音波探触子の製造方法にある。
（１）シート平面に沿って整列配置された多数の小径貫通孔を有する圧電セラミックシートを用意する工程。
（２）圧電セラミックシートの下面に、各小径貫通孔の下面開口部に接する下側電極層を形成し、また各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程。
（３）圧電セラミックシートの上面に、各小径貫通孔の上面開口部の周囲に下側電極層用端子電極層を、そして上記下側電極層に対面し、かつ該下側電極層用端子電極層とは電気的に接触しない位置に、上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層とを形成し、さらに各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程。
（４）少なくとも上記（２）の工程と（３）の工程とを経た圧電セラミックシートについて、小径貫通孔の内壁面の導電層の表面にハンダ非親和性層を形成する工程。
（５）上側電極層の表面に音響整合層を付設する工程。
（６）下側電極層の表面に吸音層を付設する工程。
（７）少なくとも上記（４）の工程を経た圧電セラミックシートについて、上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層の表面のそれぞれにハンダ層を形成する工程。
（８）少なくとも上記（７）の工程を経た圧電セラミックシートについて、小径貫通孔を横断し、かつ各小径貫通孔の導電層に電気的に接続されている下側電極層と下側電極層用端子電極層、そして該下側電極層と対面している上側電極層を一区画内に包含させるように裁断する工程。
（９）上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を介してリード線を固定する工程。
ただし、（２）の工程と（３）の工程とは順序が逆でもよく、（４）の工程乃至（８）の工程の順序は、（４）の工程が（７）の工程よりも先で、かつ（７）の工程が（８）の工程よりも先であること以外は任意である。
【０００９】
上記本発明の超音波探触子の製造方法において、（４）の工程で付設するハンダ非親和性層が酸化ケイ素を主成分とする層であることが好ましい。
【００１０】
本発明はまた、厚み方向に伸びた凹部を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片、該圧電セラミックシート片の上面に備えられた上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層、該圧電セラミックシート片の下面に備えられた下側電極層、該下側電極層に電気的に接続する上記凹部に備えられた導電層、該導電層の表面に形成されたハンダ非親和性層、該導電層に電気的に接続する圧電セラミックシート片の上面に備えられた下側電極層用端子電極層、該上側電極層用端子電極層と該下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を介して固定されたリード線、該上側電極層の上面に備えられた音響整合層、そして該下側電極層の下面に備えられた吸音層を含む超音波探触子にもある。
【００１１】
上記本発明の超音波探触子において、ハンダ非親和性層は酸化ケイ素を主成分とする層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法を利用することによって、折返電極層を有する小型の超音波探触子を、一個の圧電セラミックシートから複数個製造することが可能となる。
本発明の製造方法を利用して製造された小型の超音波探触子は、カテーテル装填用として有利に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の超音波探触子、そしてその製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明に従う超音波探触子の一例の斜視図である。
図１において、超音波探触子は、厚み方向に伸びた湾曲面によって形成された凹部１を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片２、圧電セラミックシート片２の上面に備えられた上側電極層３と上側電極層３に電気的に接続する上側電極層用端子電極層４、圧電セラミックシート片２の下面に備えられた下側電極層５、下側電極層５に電気的に接続する凹部１に備えられた導電層６、導電層６の表面に形成されたハンダ非親和性層７、導電層６に電気的に接続する圧電セラミックシート片２の上面に備えられた下側電極層用端子電極層８、上側電極層用端子電極層４と下側電極層用端子電極層８のそれぞれにハンダ層９を介して固定された上側電極層用リード線１０ａと下側電極層用リード線１０ｂ、上側電極層３の上面に備えられた音響整合層１１、そして下側電極層５の下面に備えられた吸音層１２からなる。本発明の超音波探触子では、導電層６と下側電極層用端子電極層８とで、下側電極層５を圧電セラミックシート片２の上面に引き延ばす折返電極層を形成する。
【００１５】
圧電セラミックシート片２の側面に形成されている凹部１は、上から見て円弧状の湾曲面であることが製造を容易とするため好ましいが、矩形であってもよい。凹部１は、下側電極層用端子電極層８の中央に形成されていてもよいが、下側電極層用端子電極層８の下側電極層用リード線１０ｂとの接続領域を拡げるために、凹部１は下側電極層用端子電極層８の中央から外れた位置に形成されていることが好ましい。
【００１６】
圧電セラミックシート片２の材料の例としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）やニオブ酸リチウムなどの圧電セラミック材料を挙げることができる。
【００１７】
上側電極層３は、超音波の送受信面となる。上側電極層３の幅Ｗと長さＬとの比（Ｗ：Ｌ）は、０．８：１．０〜１．０：０．８の範囲にあることが好ましい。
【００１８】
下側電極層５は、上側電極層３に対面する位置に形成される。下側電極層５は、圧電セラミックシート片２の下面全体に形成されていることが好ましい。
【００１９】
上側電極層用端子電極層４と下側電極層用端子電極層８とは、上側電極層３を挟んで対向する位置に配置されていてもよいが、上側電極層用端子電極層４と下側電極層用端子電極層８とは隣接する位置に配置されていることが好ましい。
【００２０】
上側電極層３、上側電極層用端子電極層４、下側電極層５、導電層６及び下側電極層用端子電極層８をのする導電性材料の例としては、銀、クロム、銅、ニッケル、金などの金属、及びこれら金属の積層体を挙げることができる。
【００２１】
ハンダ非親和性層７は、少なくとも導電層６と比べて、ハンダに対する親和性（濡れ性）が低いことが必要である。ハンダ非親和性層７は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）及び二酸化チタン（ＴｉＯ2）などの無機酸化物を主成分とする層であることが好ましい。ハンダ非親和性層７の効果については、後述する。
【００２２】
音響整合層１１の材料の例としては、エポキシ樹脂などの樹脂材料を挙げることができる。音響整合層１１は、二層以上としてもよい。
【００２３】
吸音層１２の材料の例としては、ゴム、及びタングステン粉末などの金属粉末を分散させたエポキシ樹脂などを挙げることができる。
【００２４】
上記本発明の超音波探触子は、下記の（１）乃至（９）の工程を含む方法によって製造することができる。
（１）シート平面に沿って整列配置された多数の小径貫通孔を有する圧電セラミックシートを用意する工程。
（２）圧電セラミックシートの下面に、各小径貫通孔の下面開口部に接する下側電極層を形成し、また各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程。
（３）圧電セラミックシートの上面に、各小径貫通孔の上面開口部の周囲に下側電極層用端子電極層を、そして上記下側電極層に対面し、かつ該下側電極層用端子電極層とは電気的に接触しない位置に、上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層とを形成し、さらに各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程。
（４）少なくとも上記（２）の工程と（３）の工程とを経た圧電セラミックシートについて、小径貫通孔の内壁面の導電層の表面にハンダ非親和性層を形成する工程。
（５）上側電極層の表面に音響整合層を付設する工程。
（６）下側電極層の表面に吸音層を付設する工程。
（７）少なくとも上記（４）の工程を経た圧電セラミックシートについて、上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層の表面のそれぞれにハンダ層を形成する工程。
（８）少なくとも上記（７）の工程を経た圧電セラミックシートについて、小径貫通孔を横断し、かつ各小径貫通孔の導電層に電気的に接続されている下側電極層と下側電極層用端子電極層、そして該下側電極層と対面している上側電極層を一区画内に包含させるように裁断する工程。
（９）上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を介してリード線を固定する工程。
【００２５】
上記の超音波探触子の製造方法を、添付図面の図２〜図９を参照して説明する。
【００２６】
図２は、（１）の工程で用意する小径貫通孔２１を有する圧電セラミックシート２２の一例の平面図である。図２において、圧電セラミックシート２２は、小径貫通孔２１がシート平面に沿って縦横方向にそれぞれ４個ずつ整列配置された円形状シートである。一個の小径貫通孔に対して、一個の超音波探触子を製造することができる。圧電セラミックシート２２一枚当たりの小径貫通孔２１の個数には、特には制限はないが、好ましくは２〜１０００個の範囲、特に好ましくは１０〜５００個の範囲である。
【００２７】
圧電セラミックシート２２の厚さは、好ましくは０．０１０〜０．２０ｍｍの範囲、特に好ましくは０．０２０〜０．１０ｍｍの範囲である。小径貫通孔２１の内径は、好ましくは０．０１０〜０．４０ｍｍの範囲、特に好ましくは０．０２０〜０．２０ｍｍの範囲である。小径貫通孔２１のアスペクト比（＝圧電セラミックシート２２の厚さ／小径貫通孔２１の内径）は、好ましくは０．１〜１．０の範囲、特に好ましくは０．２〜０．８の範囲である。
【００２８】
小径貫通孔２１を有する圧電セラミックシート２２は、例えば、予め所望の厚さに成形した薄肉の圧電セラミックシートに穿孔により所定の位置に小径貫通孔を形成する方法、あるいは所望の厚さよりも厚肉の圧電セラミック板に穿孔により所定の位置に小径貫通孔を形成し、次いで圧電セラミック板の上下面のそれぞれを研磨する方法によって製造することができる。後者の穿孔の後に研磨する方法が好ましい。
【００２９】
図３は、（２）の工程に従って、圧電セラミックシート２２の下面に、下側電極層２３と導電層２４とを付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大背面図である。図３において、下側電極層２３は各小径貫通孔２１に対応してそれぞれ一個ずつ形成されているが、下側電極層２３は縦又は横方向に延びたストライプ状に形成してもよく、また圧電セラミックシート２２の下面全体に形成してもよい。
【００３０】
図４は、（３）の工程に従って、圧電セラミックシート２２の上面に導電層２４、下側電極層用端子電極層２５、上側電極層２６、上側電極層用端子電極層２７を付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【００３１】
本発明では、（２）の工程において、下側電極層２３と導電層２４とを付設し、（３）の工程において、導電層２４と下側電極層用端子電極層２５とを付設することによって、下側電極層２３と導電層２４と下側電極層用端子電極層２５とが一体的に高い導電性を持って形成される。また、（３）の工程において、上側電極層２６と上側電極層用端子電極層２７とを付設することによって、上側電極層２６と上側電極層用端子電極層２７とも一体的に高い導電性を持って形成される。なお、（２）の工程と（３）の工程は、順序を逆にしてもよい。
【００３２】
各電極層及び導電層のパターンは、例えば、マスク材を用いたイオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法により形成することができる。
【００３３】
図５は、（４）の工程に従って、小径貫通孔の導電層の表面にハンダ非親和性層２８を形成した後の圧電セラミックシートの一例の断面図である。ハンダ非親和性層２８は、（７）の工程で、下側電極層用端子電極層２５の表面にハンダ層を形成する際に、小径貫通孔２１の内部へのハンダの浸入を防止する。
【００３４】
ハンダ非親和性層２８の厚さは、好ましくは０．０５〜０．３０μｍの範囲、特に好ましくは０．１０〜０．１５μｍの範囲である。
【００３５】
ハンダ非親和性層２８は、イオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法を用いて、形成することができる。ハンダ非親和性層２８の形成は、上側電極層用端子電極層２７及び下側電極層用端子電極層２５の対ハンダ親和性を低減させないようにするために、下側電極層２３の側から行なうことが好ましい。なお、図５の例では、ハンダ非親和性層２８は、下側電極層２３の表面全体に形成されているが、ハンダ非親和性層２８は小径貫通孔２１の導電層２４の表面に形成されていればよい。
【００３６】
図６は、（５）の工程に従って、図５の圧電セラミックシート２２に音響整合層２９を付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。図６において、音響整合層２９は複数個の上側電極層２６の表面に横方に延びたストライプ状に付設されているが、音響整合層２９は各上側電極層２６に対応してそれぞれ一個ずつ付設してもよいし、上側電極層用端子電極層２７及び下側電極層用端子電極層２５が付設されている部分を除く、圧電セラミックシート２２の上面全体に付設してもよい。
【００３７】
音響整合層２９は、音響整合層形成用樹脂シートを貼り合わせる方法、あるいは液状の音響整合層形成用樹脂材料を塗布して、硬化させる方法などによって付設することができる。
【００３８】
図７は、（６）の工程に従って、図６の圧電セラミックシート２２に吸音層３０を付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大背面図である。図７において、吸音層３０は各ハンダ非親和性層２８の上に横方に延びたストライプ状に付設されているが、吸音層３０は各ハンダ非親和性層２８に対応して一個ずつ付設してもよいし、圧電セラミックシート２２の下面全体に付設してもよい。
【００３９】
吸音層３０は、吸音層形成用シートを貼り合わせる方法、あるいは液状の吸音層形成用材料を塗布して、硬化させる方法などによって付設することができる。
【００４０】
図８は、（７）の工程に従って、図７の圧電セラミックシート２２の上側電極層用端子電極層２７と下側電極層用端子電極層２５の表面のそれぞれにハンダ層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。ハンダ層３１は、ハンダペーストを、マスク材を用いた印刷法やディスペンサによる塗布法により、上側電極層用端子電極層２７と下側電極層用端子電極層２５の上に塗布し、次いで加熱することによって形成することができる。本発明では、圧電セラミックシート２２の小径貫通孔２１の内壁表面にハンダ非親和性層２８が形成されているので、下側電極層用端子電極層２５の表面に塗布したハンダペーストの加熱により、ハンダペーストが流動化しても小径貫通孔２１の内部には浸入しにくい。このため、ハンダペーストの塗布と加熱によって、ハンダ層３１を均一に形成することができる。
【００４１】
図９は、（８）の工程に従って、圧電セラミックシート２２を裁断する際の裁断線３２を説明する圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。裁断線３２に従って小径貫通孔２１を横断するように、圧電セラミックシート２２を裁断することによって、小径貫通孔２１の内壁面が、圧電セラミックシート片の側面に凹部として現れる。小径貫通孔２１と共に、リードを固定するための上側電極層用端子電極層２７と下側電極層用端子電極層２５とが裁断され、電極層のリード線との接続部分が狭い、小型の超音波探触子を得ることができる。
【００４２】
そして、（９）の工程で、上記（８）の工程によって得られた圧電セラミックシート片の上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を介してリード線を接続することによって、前記図１に示した超音波探触子を製造することができる。
【００４３】
（４）の工程乃至（８）の工程の順序は、（４）の工程が（７）の工程よりも先で、かつ（７）の工程が（８）の工程よりも先であること以外は任意に決定することができる。例えば、ハンダ非親和性層を形成する工程［（４）の工程］の前に、音響整合層を付設する工程［（５）の工程］と吸音層を付設する工程［（６）の工程］を行なってもよいし、また、上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層の表面にハンダ層を形成する工程［（７）の工程］の後に、音響整合層を付設する工程［（５）の工程］と吸音層を付設する工程［（６）の工程］を行なってもよいし、さらに、裁断工程［（８）の工程］の後に、音響整合層を付設する工程［（５）の工程］と吸音層を付設する工程［（６）の工程］を行なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従う超音波探触子の一例の斜視図である。
【図２】本発明の超音波探触子の製造方法において用いる、小径貫通孔を有する圧電セラミックシートの一例の平面図である。
【図３】図２の圧電セラミックシートに下側電極層と貫通孔内壁面の導電層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大背面図である。
【図４】図３の圧電セラミックシートに上側電極層、上側電極層用端子電極層、下側電極層用端子電極層、及び貫通孔内壁面の導電層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【図５】図４の圧電セラミックシートの小径貫通孔の表面にハンダ非親和性層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の断面図である。
【図６】図５の圧電セラミックシートに音響整合層を付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【図７】図６の圧電セラミックシートに吸音層を付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大背面図である。
【図８】図７の圧電セラミックシートの上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層のそれぞれにハンダ層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【図９】圧電セラミックシートの裁断線を説明する圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  凹部
２  圧電セラミックシート片
３  上側電極層
４  上側電極層用端子電極層
５  下側電極層
６  導電層
７  ハンダ非親和性層
８  下側電極層用端子電極層
９  ハンダ層
１０ａ  上側電極層用リード線
１０ｂ  下側電極層用リード線
１１  音響整合層
１２  吸音層
２１  小径貫通孔
２２  圧電セラミックシート
２３  下側電極層
２４  導電層
２５  下側電極層用端子電極層
２６  上側電極層
２７  上側電極層用端子電極層
２８  ハンダ非親和性層
２９  音響整合層
３０  吸音層
３１  ハンダ層
３２  裁断線
【図１】
0005225670.tif 000002
【図２】
0005225670.tif 000003
【図３】
0005225670.tif 000004
【図４】
0005225670.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005225670.tif 000007
【図７】
0005225670.tif 000008
【図８】
0005225670.tif 000009
【図９】
0005225670.tif 000010