(57)【要約】金属電極の圧電素体に対する密着性を向上させた圧電部材を提供する。圧電部材１０２は、圧電素体２１と、圧電素体２１の一対の対向面２１ｂ，２１ｃ上にそれぞれ形成される一対の電極４１，４２とを備え、電極４１，４２は、圧電素体２１の対向面２１ｂ，２１ｃ上に形成されチオール基を有する下地膜４１ａと、下地膜４１ａ上に形成される金属接着膜４１ｂと、金属接着膜４１ｂ上に形成され圧電素体２１に電圧を印加するための電極膜４１ｃとを有し、金属接着膜４１ｂは、電極膜４１ｃと異なる材料で形成され、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の対向面を備える圧電素体と、
前記圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備え、
前記一対の電極の少なくとも一方は、当該対向面上に形成されチオール基を有する材料を含む下地膜と、前記下地膜上に形成される金属接着膜と、前記金属接着膜上に形成され前記圧電素体に電圧を印加するための電極膜とを有し、
前記金属接着膜は、前記電極膜と異なる材料で形成され、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みを有する圧電部材。
【請求項２】
１辺が１００μｍ以下の前記一対の対向面をそれぞれ有する複数の前記圧電素体をアレイとして備えるとともに当該アレイを構成する隣接する圧電素体の間に樹脂が充填されている、請求項１に記載の圧電部材。
【請求項３】
前記圧電素体は、単結晶材料で形成されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載の圧電部材。
【請求項４】
前記下地膜は、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランで形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電部材。
【請求項５】
前記金属接着膜は、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＩｎから選ばれる材料で形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電部材。
【請求項６】
前記金属接着膜は、島状に分布する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電部材。
【請求項７】
一対の対向面を備える圧電素体と、
前記圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備え、
前記一対の電極の少なくとも一方は、当該対向面上に形成されチオール基を有する材料を含む下地膜と、前記下地膜上に形成される金属接着膜と、前記金属接着膜上に形成され前記圧電素体に電圧を印加するための電極膜とを有し、
前記金属接着膜は、前記電極膜と異なる材料で形成されて島状に分布する圧電部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電部材を備える、超音波発振素子。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波発振素子と、前記超音波発信素子を駆動する駆動回路とを備える超音波プローブ。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波プローブと、前記超音波プローブの動作を制御するとともに前記超音波プローブによる検出信号を受け取る制御装置とを備える超音波診断装置。
【請求項１１】
圧電素体と、当該圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備える圧電部材の製造方法であって、
前記圧電素体の一対の対向面のうち少なくとも一方の対向面上に、チオール基を有する材料を含む下地膜を形成し、
前記下地膜上に島状に金属接着膜を形成し、
前記金属接着膜上に、前記金属接着膜とは異なる材料で、前記圧電素体に電圧を印加するための電極膜を形成する圧電部材の製造方法。
【請求項１２】
前記下地膜上にスパッター法で前記金属接着膜を成膜する、請求項１１に記載の圧電部材の製造方法。
【請求項１３】
前記圧電素体として、１辺が１００μｍ以下の前記一対の対向面をそれぞれ有するとともにアレイを構成する複数の圧電素体と、隣接する圧電素体の間に充填されている樹脂とを含む構造体を用い、該構造体に前記一対の電極を形成する、請求項１１及び１２のいずれか一項に記載の圧電部材の製造方法。
【請求項１４】
前記圧電素体は、単結晶材料で形成されている、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の圧電部材の製造方法。
【請求項１５】
前記下地膜は、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランで形成される、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の圧電部材の製造方法。
【請求項１６】
前記金属接着膜は、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＩｎから選ばれる材料で形成される、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の圧電部材の製造方法。
【請求項１７】
圧電素体と、当該圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備える圧電部材の製造方法であって、
前記圧電素体の前記一対の対向面のうち少なくとも一方の対向面上に、チオール基を有する材料を含む下地膜を形成し、
前記下地膜上に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みを有する金属接着膜を形成し、
前記金属接着膜上に、前記金属接着膜とは異なる材料で、前記圧電素体に電圧を印加するための電極膜を形成する圧電部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定装置その他の各種超音波応用機器に利用可能な圧電部材、これを備える超音波発振素子、超音波プローブ、及び超音波診断装置、並びに、圧電部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電部材として、圧電素体上にチオール基を有する化合物を含む膜と、このチオール化合物膜上に形成されるＡｕ、Ｎｉ、又はＰｔからなる金属電極とを備えるものが公知になっている（特許文献１、２参照）。チオール化合物膜は、圧電素体と電極との接続強度を高める目的で使用される。また、Ａｕ等からなる金属電極は、膜応力が小さく圧電素体の変位の阻害を抑制する目的で使用される。【０００３】
しかしながら、チオール化合物膜を圧電素体と金属電極との間に設けた場合、金属電極の圧電素体に対する密着性が低下する傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７２９７８号公報
【特許文献２】特開２０１５−９２６１６号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、金属電極の圧電素体に対する密着性を向上させた圧電部材を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、金属電極の圧電素体に対する密着性を向上させた圧電部材を備える超音波発振素子、超音波プローブ、及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、金属電極の圧電素体に対する密着性を向上させた圧電部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した第１の圧電部材は、一対の対向面を備える圧電素体と、圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備え、一対の電極の少なくとも一方は、当該対向面上に形成されチオール基を有する材料を含む下地膜と、下地膜上に形成される金属接着膜と、金属接着膜上に形成され圧電素体に電圧を印加するための電極膜とを有し、金属接着膜は、電極膜と異なる材料で形成され、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みを有する。
【０００９】
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した第２の圧電部材は、一対の対向面を備える圧電素体と、圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備え、一対の電極の少なくとも一方は、当該対向面上に形成されチオール基を有する材料を含む下地膜と、下地膜上に形成される金属接着膜と、金属接着膜上に形成され圧電素体に電圧を印加するための電極膜とを有し、金属接着膜は、電極膜と異なる材料で形成されて島状に分布する。
【００１０】
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した超音波発振素子は、上述した圧電部材を備える。
【００１１】
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した超音波プローブは、上述した超音波発振素子と、超音波発信素子を駆動する駆動回路とを備える。
【００１２】
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した超音波診断装置は、上述した超音波プローブと、超音波プローブの動作を制御するとともに超音波プローブによる検出信号を受け取る制御装置とを備える。
【００１３】
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した第１の圧電部材の製造方法は、圧電素体と、当該圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備える圧電部材の製造方法であって、圧電素体の一対の対向面のうち少なくとも一方の対向面上に、チオール基を有する材料を含む下地膜を形成し、下地膜上に島状に金属接着膜を形成し、金属接着膜上に、前記金属接着膜とは異なる材料で、圧電素体に電圧を印加するための電極膜を形成する。
【００１４】
また、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した第２の圧電部材の製造方法は、圧電素体と、当該圧電素体の一対の対向面上にそれぞれ形成される一対の電極とを備える圧電部材の製造方法であって、圧電素体の一対の対向面のうち少なくとも一方の対向面上に、チオール基を有する材料を含む下地膜を形成し、下地膜上に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みを有する金属接着膜を形成し、金属接着膜上に、金属接着膜と異なる材料で、圧電素体に電圧を印加するための電極膜を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の圧電部材を説明する拡大断面図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、図１に示す圧電部材を含む超音波発振素子を説明する平面図、ＡＡ矢視断面図、及び側面図である。
【図３】電極の構造を説明する概念的な断面図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、圧電部材の製造方法を説明する図である。
【図５】図５Ａは、実施例の圧電部材における電極の状態を示し、図５Ｂは、比較例の圧電部材における電極の状態を示し、図５Ｃは、図５Ｂと同様に電極の状態を示すが剥がれの箇所を付記した図である。
【図６】図２に示す超音波発振素子を組み込んだ超音波プローブ及び超音波診断装置を説明する概念図である。
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、変形例の圧電部材を説明する概念的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態である圧電部材若しくは超音波発振素子及びその製造方法について説明する。
【００１７】
図１は、実施形態の圧電部材の拡大断面図であり、図２Ａ〜２Ｃは、図１に示す圧電部材を複数組み合わせた集合体である超音波発振素子を説明する平面図、断面図等である。
【００１８】
図１に示すように、個片の圧電部材１０２は、複数の圧電素体２１を周期的に配置して成る立体構造群２０と、立体構造群２０の隙間を埋める多数の充填部３１と、立体構造群２０を挟むように上下に設けられる第１及び第２電極４１，４２とを備える。ここで、立体構造群２０は、複数の圧電素体２１からなるアレイである。立体構造群２０とこの隙間を埋める充填部３１とを組み合わせたもの、つまり圧電部材１０２から電極４１，４２を除いたコンポジット構造を持つ構造体を、以下では複合型圧電体１２０と呼ぶ。複合型圧電体１２０は、ＸＹ面においてＸ方向に比較的長い長方形の輪郭を有するとともにＺ方向に薄い直方体状又は板状の部材である。複合型圧電体１２０の上側対向面１２０ｂ上には、薄膜状の第１電極４１が接合された状態で形成され、複合型圧電体１２０の下側対向面１２０ｃ上には、薄膜状の第２電極４２が接合された状態で形成されている。
【００１９】
図２Ａ〜２Ｃに示す超音波発振素子２０２は、図１に示す構造をそれぞれ有する多数のブロック状の圧電部材１０２をＹ方向に近接して配列したものであり、広義には圧電部材とみることもできる。超音波発振素子２０２を構成する個々の圧電部材１０２は、不図示の支持体や接着剤によって相互の配置関係を保つように固定されている。
【００２０】
圧電部材１０２のうち立体構造群２０を構成する圧電素体２１は、単結晶材料で形成され、具体的には固溶体単結晶材料で形成されている。圧電素体２１を適宜の単結晶材料で形成することにより、比較的大きな圧電特性を有する圧電部材１０２を実現することができる。圧電素体２１は、具体例では、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛）、ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）その他のＰｂ系圧電材料（例えばＰＭＮＴ、ＰＩＭＮＴ、ＰＳＭＮＴを含む）で形成することができる。ここで、ＰＭＮ−ＰＴは、ＰｂＯ−ＭｇＯ−Ｎｂ２Ｏ５−ＴｉＯ２で構成され、例えば酸化鉛を６９．９〜７０．６質量％、酸化マグネシウムを２．５〜３．１質量％、酸化ニオブを１６．８〜２０．３質量％、酸化チタンを６．７〜１０．１質量％含む。立体構造群２０は、薄板状又は壁状に形成された多数の圧電素体２１からなり、これらを一方向に重ねて配列した構造を有する。多数の圧電素体２１は、奥行きのＹ方向及び縦のＺ方向に薄く板状に延びるとともにＸ方向に略等間隔で配列されている。各圧電素体２１は、略同一の形状を有し、ＹＺ面に平行な横断面で見た場合、正方形に近い矩形の輪郭を有する。
【００２１】
圧電素体２１の対向面２１ｂは、１辺が１００μｍ以下となっている。ここで、１辺とは、圧電素体２１が正方形端面でなく長方形端面を有する場合、短辺を意味する。具体的には、圧電素体２１は、対向面２１ｂの１辺、つまりＸＺ面に平行な横断面における幅（横幅とも呼ぶ）Ｗ１が１００μｍ以下であって例えば５〜３０μｍ程度に設定される。また、圧電素体２１は、ＸＺ面に平行な横断面における高さ（深さとも呼ぶ）ｈが例えば６０〜３００μｍ程度に設定される。なお、隣接する圧電素体２１の間隔Ｗ２（つまり個々の充填部３１の厚み）については、特に制限がないが、例えば１〜３０μｍ程度に設定される。
【００２２】
充填部３１は、例えばエポキシ樹脂で形成され、個々の圧電素体２１間の超音波のアイソレーション及び絶縁性を確保しつつ、多数の圧電素体２１と一体となって複合型圧電体１２０を構成している。多数の圧電素体２１は、その側面２１ａを介して充填部３１に支持されている。各圧電素体２１は、充填部３１の存在により、隣接する圧電素体２１から電気的に独立しており、超音波的にも相互作用が生じにくい状態となっている。
【００２３】
図２Ａ〜２Ｃに示すように、超音波発振素子２０２において、一群の第１電極４１は、多数の複合型圧電体１２０の上側対向面１２０ｂに沿ってＸ方向に延びており、全体として櫛歯状電極１４１を成している。同様に、一群の第２電極４２も、多数の複合型圧電体１２０の下側対向面１２０ｃに沿ってＸ方向に延びており、全体として櫛歯状電極１４２を成している。なお、複合型圧電体１２０及びこれを挟む第１及び第２電極４１，４２は、Ｙ方向に例えば１９２チャンネル分存在しており、これら１９２チャンネルの複合型圧電体１２０は、例えば独立して駆動信号を受ける。つまり、各圧電部材１０２には、タイミング等が異なる個別の駆動信号が供給される。
【００２４】
図３は、第１電極４１の構造を説明する概念的な断面図である。第１電極４１は、多層膜であり、圧電素体２１の表面である対向面２１ｂ上や充填部３１の表面３１ａ上に形成される。第１電極４１は、チオール基を有する材料を含む下地膜４１ａを下地として、下地膜４１ａ上に形成される金属接着膜４１ｂと、金属接着膜４１ｂ上に形成され圧電素体２１に電圧を印加するための電極膜４１ｃとで構成されている。
【００２５】
下地膜４１ａは、分子サイズの膜厚を有し、下地膜４１ａを形成するチオール基含有化合物としては、例えば（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランを用いることができる。下地膜４１ａを形成するチオール基含有化合物としては、例えば特開平１０−７７３１１号公報に記載されているメルカプト基含有重合体、すなわちチオール基含有重合体を用いることもできる。具体的には、下記の一般式（１）又は（２）
−ＣＨ（ＳＨ）−ＣＨ（ＳＨ）−      …      （１）
−ＣＨ２−Ｃ（ＳＨ）（ＳＨ）−      …      （２）
で表される構造単位を主鎖に有するチオール基含有重合体（特開平１０−７７３１１号公報の請求項１記載のメルカプト基含有重合体に対応）を用いることができる。また、下記の一般式（３）又は（４）
−ＣＨ（Ｃｌ）−ＣＨ（Ｃｌ）−      …      （３）
−ＣＨ２−Ｃ（Ｃｌ）（Ｃｌ）−      …      （４）
で表される構造単位を主鎖に有する塩素化ポリエチレンに、アルカリ金属の水硫化物を反応させて得られるチオール基含有重合体（特開平１０−７７３１１号公報の請求項２記載のメルカプト基含有重合体に対応）を用いることができる。
【００２６】
金属接着膜４１ｂは、電極膜４１ｃとの密着性向上を達成する観点で付加され、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ等で形成される。金属接着膜４１ｂは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みを有する。金属接着膜４１ｂは、厚みが１〜１０ｎｍであることもあって、島状に形成されている。金属接着膜４１ｂを島状に分布させることにより、金属接着膜４１ｂが対向面２１ｂに沿って分離して配置されるため、電極４１による圧電変形阻害の影響が少なくなる。つまり、金属接着膜４１ｂの厚みが１〜１０ｎｍ又は金属接着膜４１ｂが島状に形成されている場合、金属接着膜４１ｂの剛性が高まることが防止され、電極４１の延びる面に沿っての変形が比較的容易になる。金属接着膜４１ｂは、物理成膜法、具体的にはスパッター法によって形成される。スパッター法で金属接着膜４１ｂを成膜することにより、金属接着膜４１ｂの島を緻密にすることが容易になる。
【００２７】
金属接着膜４１ｂの膜厚の測定方法としては、スパッターデプスプロファイル、集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）等を用いる方法がある。スパッターデプスプロファイルを用いる場合、イオンでエッチングしながら表面分析を繰り返す。深さ方向分析法としては、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、オージェ電子分光（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ：Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry）等がある。ＦＩＢを用いる場合、ＦＩＢで薄い断面を作製し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission ElectronMicroscope）で観察する。
【００２８】
電極膜４１ｃは、所定以上の導電性を有し、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ等で形成される。電極膜４１ｃは、０．０５〜１μｍの厚みを有する。電極膜４１ｃは、各種の物理的成膜法や化学的成膜法によって形成することができ、例えば、めっき、スパッタリング、蒸着等の成膜法を用いて形成することができる。電極膜４１ｃの材料は、金属接着膜４１ｂの材料に応じて選択することが望ましい。具体的には、電極膜／金属接着膜の組合せとして、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｉｎ、Ｐｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｐｄ、Ｎｉ／Ｃｒ、Ａｇ／Ｃｒ等の組合せを用いることができる。このような組合せとすることで、金属接着膜４１ｂを介して電極膜４１ｃと下地膜４１ａ又は圧電素体２１とが十分な強度で密着する。
【００２９】
第２電極４２は、詳細な説明を省略するが、第１電極４１と同一の構造を有する。ただし、第２電極４２を構成する下地膜、金属接着膜及び電極膜と、第１電極４１を構成する下地膜４１ａ、金属接着膜４１ｂ及び電極膜４１ｃとが同一材料である必要はない。
【００３０】
以下、図４Ａ〜４Ｄを参照して、図１Ａ等に示す圧電部材１０２や超音波発振素子２０２の製造方法について説明する。まず、多数の圧電素体２１を得るため、バルク材をダイシングソー等を利用して切断加工することによって多数の薄板状の前駆体を準備する。次に、多数の薄板状の前駆体をフッ化物等を含むエッチング液に浸漬して、薄板状の前駆体の表面をウェットエッチングすることで圧電素体２１となる部分を得る。次に、層状に重ねた圧電素体２１となる部分の間に適度な粘度のエポキシ樹脂その他の樹脂接着剤を供給する。その後、層状に重ねた圧電素体２１を適度の圧力で挟んで樹脂接着剤の厚みが目標値になるように調整するとともに樹脂接着剤を硬化させる。結果的に、多数の圧電素体２１と多数の充填部３１とを交互に積層した複合型圧電体１２０が得られる（図４Ａ参照）。なお、複合型圧電体１２０に対しては、研削や研磨が行われて、一対の対向面１２０ｂ，１２０ｃが形成される。一対の対向面１２０ｂ，１２０ｃは、圧電素体２１の一対の対向面２１ｂ，２１ｃを含むものとなっている。
【００３１】
その後、複合型圧電体１２０の一対の対向面１２０ｂ，１２０ｃ上に第１及び第２電極４１，４２を形成する。具体的には、まず下地膜４１ａを形成する。すなわち、複合型圧電体１２０をチオール基含有重合体（例えば（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン）を水とアルコールと酢酸で希釈した溶液中に浸漬し、複合型圧電体１２０を溶液から引き揚げて、乾燥炉内に所定時間投入した後に乾燥炉から取り出して流水で洗浄し、再び複合型圧電体１２０を乾燥炉内に投入して乾燥させる。これにより、一対の対向面１２０ｂ，１２０ｃ上に下地膜４１ａが形成される（図４Ｂ参照）。次に、下地膜４１ａ上に金属接着膜４１ｂを形成する。すなわち、下地膜４１ａ上にスパッター法でＣｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属材料を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みで形成する（図４Ｃ参照）。この厚みでは、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属材料は、島状に小さく分離した状態で形成され、金属接着膜４１ｂは、一様な厚みの層ではなく横方向に非連続となっている。最後に、電極膜４１ｃを形成する。すなわち、金属接着膜４１ｂ上に物理成膜法や化学気相成長法でＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属材料を０．０５〜１μｍの厚みで形成する（図４Ｄ参照）。第１及び第２電極４１，４２は、図示の例では、並行して形成されているが、両者をそれぞれ個別に形成することができる。このように第１及び第２電極４１，４２を形成した複合型圧電体１２０を、以下では超音波発振素子母材２０２ａと呼ぶ。
【００３２】
最後に、第１及び第２電極４１，４２を形成した複合型圧電体１２０、すなわち超音波発振素子母材２０２ａをダイシング装置等によってＸＺ面に平行にＹ方向に分割することによって複数個の圧電部材１０２を得る（図２Ａ〜２Ｃ参照）。１つ以上の超音波発振素子母材２０２ａから得た多数の圧電部材１０２は、超音波発振素子２０２を構成する。なお、圧電部材１０２に含まれＸ方向に配列される圧電素体２１の具体的な数は、例えば数１０〜数１００個程度となっている。このようにして得た多数の圧電部材１０２をＹ方向に規定数配列して相互に固定することで、超音波発振素子２０２を得ることができる。
【００３３】
以下、圧電部材若しくは超音波発振素子の具体的な作製例について説明する。共通する事項について説明すると、圧電部材のうち電極を除いた基材部分は、ブロック状の圧電素体のバルク材、又は、アレイ状に配置された複数の圧電素体間に樹脂が充填されたコンポジット構造体を用いた。圧電素体の材料としては、ＰＭＮ−ＰＴを用い、充填される樹脂としては、エポキシ樹脂を用いた。また、下地膜は、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランを用いて形成した。具体的には、０．０５６ｇの（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランと、０．００５ｇ酢酸と、６．１ｇの水と、１ｇのエタノールとを混合し６０分間撹拌した溶液に、複合型圧電体を５分浸漬し、６０℃の乾燥炉に２０分入れた後取り出し、流水で３分洗浄した後、５０℃乾燥炉で１５分乾燥した。金属接着膜は、Ｃｒを材料としてスパッター法によって形成した。電極膜は、Ａｕを材料として蒸着によって形成した。なお、金属接着膜及び電極膜は、いずれもＲＦ出力が１５０Ｗ、プロセス圧力が０．３Ｐａ、アルゴンガス流量が２０ｓｃｃｍの条件でスパッタリングを行うことで形成し、前者は成膜時間を２０秒〜３００秒（２ｎｍ〜３０ｎｍ）、後者は成膜時間を２９７０秒（４５０ｎｍ）とした。以上のようにして得た圧電部材にダイシングを行い、電極の剥離状態を光学顕微鏡で観察した。以下の表１は、結果をまとめたものである。
〔表１〕
2018164047.tif 000003
【００３４】
上記表１から明らかなように、下地膜としてチオール基含有膜を用い、その上に、２〜１０ｎｍ程度のＣｒを金属接着膜として成膜することで、ダイシングによっても剥離しにくい電極を形成できることが分かる。
【００３５】
図５Ａは、実施例３の圧電部材の電極面を示すものであり、電極の剥離が生じていない。また、図５Ｂは、比較例１の圧電部材の電極面を示すものであり、電極の一部剥離が生じている。なお、図５Ｃは、図５Ｂにマークを付記した図であり、破線で示した円内の部分は、剥がれの生じた箇所となっている。
【００３６】
図６は、図２Ａ等に示す超音波発振素子２０２を用いて作製された超音波プローブ及び超音波診断装置を説明する図である。
【００３７】
超音波診断装置１００は、超音波プローブ７０と、制御装置８０とを有する。超音波プローブ７０は、超音波発振素子２０２を含む振動部７１と、振動部７１の背後に配置されるバッキング材７２と、振動部７１の前面に配置される整合層７３と、振動部７１を動作させる駆動回路７４とを備える。振動部７１を構成する超音波発振素子２０２は、規定数ｎ個（具体的には例えば１２８チャンネル分）の図面横方向に配列された複合型圧電体１２０と、これを上下から挟む櫛歯状電極１４１，１４２とを有する。一方の櫛歯状電極１４１は、例えばプラス電極であり、個々の第１電極４１単位でリボン状の並列配線７８ａに接続され、他方の櫛歯状電極１４２は、例えばマイナス電極であり、個々の第２電極４２単位でリボン状の並列配線７８ｂに接続されている。両並列配線７８ａ，７８ｂは、駆動回路７４から延びており、各チャンネルに対応する単位プローブ又は画素（図１に示す圧電部材１０２に相当）に超音波に対応する周期の電圧を印加して、これを構成する多数の圧電素体２１に超音波振動を発生させるとともに、これら多数の圧電素体２１で受けた超音波振動を電圧信号に変換する。なお、バッキング材７２は、超音波が振動部７１の後方へ放射されることを防止する。また、整合層７３は、振動部７１の前方へ入射または出射される超音波の反射を抑制する役割を有する。
【００３８】
制御装置８０は、入出力部８１と、記憶部８２と、主制御部８５とを有する。入出力部８１は、超音波プローブ７０との間のインターフェース回路、ユーザーためのディスプレイキーボード等を含む。記憶部８２は、超音波プローブ７０を動作させるためのプログラムやデータを保管しており、超音波プローブ７０によって得た計測結果を記録することもできる。主制御部８５は、ユーザーの指示に基づいて、超音波プローブ７０に超音波の送信動作や受信動作を行わせる。
【００３９】
超音波プローブ７０及び超音波診断装置１００の具体的な動作について説明する。超音波診断装置１００は、ナノ秒からマイクロ秒といった期間で行われる超音波の送信動作と、同様の期間で行われる超音波の受信動作とを交互に繰り返す。送信動作に際して、駆動回路７４は、制御装置８０からのトリガー信号を受けて超音波プローブ７０を構成する各圧電部材１０２に設定された所定の遅延時間で超音波振動を行わせる。受信動作に際して、駆動回路７４は、各圧電部材１０２で検出した超音波の反射に対応する電圧信号を受けて各圧電部材１０２に設定された所定の遅延時間で信号の合成を行う。これにより、超音波の波面制御が可能になり、超音波プローブ７０前方の点状の対象に向けて所望の振動数の超音波を当てることができるとともに、かかる点状の対象から反射されて戻って来た超音波を選択的に受け取って検出信号とすることができる。制御装置８０の主制御部８５は、超音波プローブ７０によって得た検出信号から対象の断層像等を再構成し、例えば入出力部８１のディスプレイに表示させることができる。
【００４０】
以上で説明した実施形態の超音波プローブ７０又は超音波診断装置１００に組み込まれる圧電部材１０２では、チオール基を有する材料で形成された下地膜４１ａと圧電素体２１に電圧を印加するための電極膜４１ｃとの間に挿入される金属接着膜４１ｂの厚みが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるので、金属接着膜４１ｂは、極めて薄くなり例えば島状になる。結果的に、金属接着膜４１ｂや電極膜４１ｃを含む電極本体の剛性が下がるので、圧電変形阻害の影響を少なくできる。一方、金属接着膜４１ｂの存在により、チオール基を有する下地膜４１ａによる接着強化と相まって圧電素体２１と電極膜４１ｃとの密着性が向上し、圧電素体２１の変形量を確保しつつ電極膜４１ｃの剥離を抑制することができる。
【００４１】
複数の圧電素体２１間に樹脂が充填された構造は、超音波プローブ７０の高感度化に有利である。また、複数の圧電素体２１間に樹脂が充填された構造をとることによって、圧電素体２１を微小化した場合でも、電極４１，４２に沿った面方向の変形が少なくなるため、電極４１，４２がより剥離しにくくなる。なお、樹脂は圧電変形しないため、樹脂部上の膜は剥離しない。
【００４２】
また、超音波発振素子２０２や超音波プローブ７０が上述の圧電部材１０２を備えることにより、圧電部材１０２の密着性向上によって耐久性、動作性能、製造の歩留まり等が向上する。また、上述の超音波プローブ７０を備える超音波診断装置１００は、当該超音波プローブ７０によって診断の精度を向上させることができる。
【００４３】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明に係る圧電部材等は、上記のものには限られない。例えば圧電素体２１の横幅、奥行き長さ、高さ（又は深さ）の具体例は、単なる例示であり、特許請求の範囲に記載の制限内で任意に設定することができる。
【００４４】
圧電素体２１は、図２Ａ及び２Ｂに示すように板状又は壁状のものを１次元に配列したものに限らず、平面視で正方形又は長方形の柱状に形成された圧電素体２１を２次元的に配列したものとできる。つまり、例えば図７Ａ及び７Ｂに部分的に示すように、四角柱状の圧電素体２１を２次元周期的に配列し、これらの圧電素体２１間を充填部３１によって充填し端面を研磨することで、対向面１２０ｂ（片側のみ図示）を有する複合型圧電体１２０が得られる。図示を省略するが、対向面１２０ｂ上には、第１電極４１が形成される。
【００４５】
電極膜４１ｃについては、単一の金属導電膜で構成されるものに限らず、複数種類の金属導電膜を積層したものとできる。
【００４６】
第１及び第２電極４１，４２を同じ材料及び同じ構造とすることが好ましいが、両者の材料及び構造のうち少なくも一方を他方と異ならせても構わない。例えば、電極膜、金属接着膜、及び下地膜のうち少なくとも一つを２つの電極で異ならせたり、これらの膜のうち少なくとも一つの厚みを２つの電極で異ならせたりしてもよい。また、圧電部材の用途等によっては、第１及び第２電極４１、４２のいずれか一方が、１０ｎｍを超える厚みを持つ金属接着膜を有するものとしたり、金属接着膜を省略したりすることができる。
【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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【国際調査報告】
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