(57)【要約】【課題】生体に接触する部分が小さく、しかも低コストな超音波プローブを提供すること。【解決手段】音響レンズ７と圧電振動子３との間に第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂを備えた超音波プローブにおいて、前記第１、第２の音響整合層からなる積層体の表面に電極６を配し、前記積層体を前記音響レンズと圧電振動子の間に介装し、前記圧電振動子と前記電極とを電気的に接続して得られる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響レンズと圧電振動子との間に複数の音響整合層を備えた超音波プローブにおいて、
前記複数の音響整合層からなる積層体の表面に電極を配し、前記積層体を前記音響レンズと圧電振動子の間に介装し、前記圧電振動子と前記電極とを電気的に接続して得られる超音波プローブ。
【請求項２】
圧電振動子の電極上に複数の音響整合層からなる音響積層体を備えた超音波プローブの製造方法において、
前記各音響整合層の素材であって前記音響整合層より大きい寸法を有する複数の音響整合層板を貼り合わせて素材積層体を形成する工程と、
前記素材積層体を所要の形状に整形して前記音響積層体を形成する工程と、
前記音響積層体の表面に電極を形成する工程と、
前記圧電振動子の電極上に前記音響積層体を積層して、前記圧電振動子の電極と前記音響積層体の電極とを電気的に接続する工程と、
を具備する超音波プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置や超音波探傷装置等などに用いられる超音波プローブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、対象物に向けて超音波を照射して、対象物内における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信することで、対象物の内部を画像化する装置である。このような超音波プローブは、人体の内部を検査するための超音波診断装置や、構造物の内部を検査するための超音波探傷装置等に採用されている。
【０００３】
以下、超音波診断装置に用いられる超音波プローブについて説明する。
【０００４】
図４は従来の超音波プローブの構成を示す概略図である。
【０００５】
図４に示すように、この超音波プローブは操作者に把持されるケーシング１００を有している。このケーシング１００は矩形筒状をしており、その内側には超音波トランスデューサ１０１が収容されている。
【０００６】
超音波トランスデューサ１０１は、操作者の手元側から順に、背面材１０２、信号基板１０３、圧電振動子１０４、第１の音響整合層１０５、第２の音響整合層１０６、ＧＮＤ用共通電極１０７、音響レンズ１０８を具備している。このうち信号基板１０３、圧電振動子１０４、第１の音響整合層１０５、第２の音響整合層１０６は、スキャン方向（紙面に直角な方向）に対してアレイ化されている。
【０００７】
圧電振動子１０４は、超音波の発生と検出をするためのものであり、圧電材料１０４ａと、ＧＮＤ用電極１０４ｂと、信号用電極１０４ｃとから構成されている。
【０００８】
第１、第２の音響整合層１０５、１０６は、圧電振動子１０４と被検者の音響インピーダンスを整合させるためのものであり、各々の表面には圧電振動子１０４のＧＮＤ用電極１０４ｂとＧＮＤ用共通電極１０７とを電気的に接続するための、いわゆる電極引出し用の電極１０５ａ、１０６ａがスパッタやメッキ等により形成されている。
【０００９】
ＧＮＤ用共通電極１０７は、薄板状の金属板からなり、アレイ化により分割された第２の音響整合層１０６の電極１０６ａを共通化するものである。
【００１０】
音響レンズ１０８は、超音波の分解能を高めるためのものであり、ケーシング１００の先端開口部１００ａから僅かに突出している。
【００１１】
信号基板１０３は、フレキシブル基板１０９の一部からなり、アレイ化により分割された圧電振動子１０４の各要素に対して駆動信号を印加するものである。
【００１２】
圧電振動子１０４のＧＮＤ用電極１０４ｂは、電極１０５ａ、１０６ａ、ＧＮＤ用共通電極１０７、フレキシブル基板１０９を介して、制御装置１１０に電気的に接続されている。また、圧電振動子１０４の信号用電極１０４ｃは、信号基板１０３、フレキシブル基板１０９を介して、制御装置１１０に電気的に接続されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１３】
前記構成の超音波トランスデューサを製造する場合、ダイシング等により所要の大きさと寸法に整形された圧電振動子１０４、第１の音響整合層１０５、第２の音響整合層１０６を用意し、圧電振動子１０４のＧＮＤ用電極１０４ｂ上に第１、第２の音響整合層１０５、１０６を順に貼り合せる。そして、圧電振動子１０４の信号用電極１０４ｃ上に信号基板１０３、背面材１０２を順に貼り合せ、これら圧電振動子１０４、第１、第２の音響整合層１０５、１０６、信号基板１０３から構成される積層体をスキャン方向に対してアレイ化する。そして、第２の音響整合層１０６上にＧＮＤ用共通電極１０７、音響レンズ１０８を順に貼り付け、フレキシブル基板１０９を介して制御装置１１０を電気的に接続する。これにより、超音波トランスデューサ１０１が完成する。
【特許文献１】特開平４−３４７１４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の超音波プローブの製造方法では、超音波トランスデューサが完成したときに、圧電振動子１０４と第１の音響整合層１０５、または第１の音響整合層１０５と第２の音響整合層１０６に位置ズレが生じていることがあった。そのため、この位置ズレによりケーシング１００内に超音波トランスデューサ１０１が入らなくなるのを防止するために、ケーシング１００の寸法に予めマージンＭを持たせていた。
【００１５】
しかしながら、ケーシング１００の寸法にマージンＭを持たせると、超音波プローブの生体接触部Ｓ、すなわち被検者と接触する部分が大きくなってしまい、肋骨の間などの狭い部分を診断するときに、効率の良い超音波送受信が行えないという問題があった。
【００１６】
また、第１、第２の音響整合層１０５、１０６の表面に電極１０５ａ、１０６ａを形成するのにあたり、スパッタ等のように第１、第２の音響整合層１０５、１０６が高温に曝される方法を用いると、これら整合層１０５、１０６に反りなどの変形が生じ易くなる。そのため、高音に曝されてもあまり変形しない材料を選択する必要があり、結果としてコストが上昇するという問題があった。
【００１７】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、生体に接触する部分が小さく、しかも低コストな超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波プローブ及びその製造方法は次のように構成されている。
【００１９】
（１）音響レンズと圧電振動子との間に複数の音響整合層を備えた超音波プローブにおいて、前記複数の音響整合層からなる積層体の表面に電極を配し、前記積層体を前記音響レンズと圧電振動子の間に介装し、前記圧電振動子と前記電極とを電気的に接続して得られる。
【００２０】
（２）圧電振動子の電極上に複数の音響整合層からなる音響積層体を備えた超音波プローブの製造方法において、前記各音響整合層の素材であって前記音響整合層より大きい寸法を有する複数の音響整合層板を貼り合わせて素材積層体を形成する工程と、前記素材積層体を所要の形状に整形して前記音響積層体を形成する工程と、前記音響積層体の表面に電極を形成する工程と、前記圧電振動子の電極上に前記音響積層体を積層して、前記圧電振動子の電極と前記音響積層体の電極とを電気的に接続する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超音波プローブの生体に接触する部分を小さくすることができる。また、音響整合層の材料選択の幅が広がり、材料コストを低下することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、図１と図２を参照しながら本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブを示す概略図である。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係る超音波プローブは、操作者が把持するためのケーシング１を有している。このケーシング１は矩形筒状をしており、その内側には超音波トランスデューサ２が収納されている。
【００２５】
超音波トランスデューサ２は、超音波を送受信するための圧電振動子３を有している。この圧電振動子３は、扁平な直方体状の圧電材料３ａと、圧電材料３ａの被検者Ｐ側の面に形成されたＧＮＤ用電極（電極）３ｂと、圧電材料３ａの手元側の面に形成された信号用電極３ｃとから構成される。
【００２６】
圧電振動子３の被検者Ｐ側の面、すなわちＧＮＤ用電極３ｂ上には、圧電振動子３と被検者Ｐの音響インピーダンスを整合させるための音響整合層４が設けられている。この音響整合層４は、圧電振動子３から被検者Ｐに向かって段階的に変化するように、材料の異なる第１の音響整合層（音響整合層）４ａと第２の音響整合層（音響整合層）４ｂとからなり、圧電振動子３と共に送受信積層体５を構成している。
【００２７】
なお、本実施の形態では、音響整合層４を２層で構成しているが、層の数は全く限定されるものではない。また、本実施の形態では、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂの素材として絶縁性部材を用いている。
【００２８】
更に、図１には図示していないが、この送受信積層体５は、紙面に直角な方向にアレイ化されており、圧電振動子３に印加する駆動信号を制御することで、被検者Ｐに対して超音波スキャンを実行できるようになっている。
【００２９】
送受信積層体５の表面のうち環状領域３ｄを除いた部分には、金などの金属からなる電極６が形成されている。この電極６は、主に圧電振動子３のＧＮＤ用電極３ｂを音響整合層４の被検者Ｐ側に引き出すためのものであり、送受信積層体５と共に送受信ユニット１２を構成している。環状領域３ｄは、圧電材料３ａの４つの側面に亘って環状に設けられており、電極６をＧＮＤ側電極６ａと信号側電極６ｂとに分離している。これにより、ＧＮＤ側電極６ａと信号側電極６ｂに駆動電圧を印加することで、圧電振動子３が駆動されるようになっている。なお、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂが導電性を有している場合には、送受信積層体５の表面に電極６を形成する必要はない。
【００３０】
送受信ユニット１２の被検者Ｐ側の面には、超音波分解能を向上させるための音響レンズ７がＧＮＤ用共通電極８を介して設けられている。この音響レンズ７は、ケーシング１の被検者Ｐ側の端面に形成された開口部１ａから被検者Ｐ側に突出しており、その突出面には被検者Ｐと接触する曲面状の当接部７ａが形成されている。
【００３１】
音響レンズ７の素材としては、生体に近い音響インピーダンスを持つシリコーンゴム等が用いられる。なお、ＧＮＤ用共通電極８は、送受信積層体５の被検者Ｐ側の面が完全に覆われるように設けられており、アレイ化により分割された複数のＧＮＤ側電極６ａを電気的に共通化している。
【００３２】
音響レンズ７の当接部７ａを被検者Ｐに当てると、ケーシング１の開口部１ａの端面も被検者Ｐに接触することになる。そこで、被検者Ｐに接触する部分、すなわち当接部７ａとケーシング１の開口部１ａの端面を被検者接触部（生体接触部）Ｓと呼ぶことにする。
【００３３】
送受信ユニット１２の手元側の面には、背面材９が信号基板１０ｂ（後述する）を介して設けられている。この背面材９は、圧電振動子３で発生した超音波のうち、手元側に伝播してきた超音波を吸収して、不要な超音波を除去するためのものである。
【００３４】
送受信ユニット１２の側方にはフレキシブル基板１０が配設されている。なお、このフレキシブル基板１０は、ケーシング１内に配置されるものであるが、ここでは便宜的にケーシング１の側方に示している。
【００３５】
フレキシブル基板１０はＧＮＤ基板１０ａと信号基板１０ｂとを具備している。ＧＮＤ基板１０ａはＧＮＤ配線（図示しない）を有しており、このＧＮＤ配線とＧＮＤ用共通電極８とは電気的に接続されている。信号基板１０ｂは、複数の信号配線パターン（図示しない）を有しており、これらの信号配線パターンとアレイ化により分割された複数の信号側電極６ｂとはそれぞれ電気的に接続されている。
【００３６】
これにより、制御装置１１のパルサ（図示しない）からの駆動電圧は、ＧＮＤ側電極６ａと信号側電極６ｂを介して圧電振動子３に印加され、圧電振動子３からの受信電圧はＧＮＤ側電極６ａと信号側電極６ｂを介して制御装置１１のレシーバ（図示しない）に受信されるようになっている。
【００３７】
次に、前記構成の超音波プローブの製造工程について説明する。
【００３８】
図２は同実施の形態に係る超音波プローブの製造工程を示す工程図である。
【００３９】
本実施の形態に係る方法で超音波プローブを製造する場合、図２（ａ）に示すように、まず圧電振動子３の素材となるダイシング前の圧電振動子板１５、第１の音響整合層４ａの素材となるダイシング前の第１の音響整合層板（音響整合層板）１６、第２の音響整合層４ｂの素材となるダイシング前の第２の音響整合層板（音響整合層板）１７を用意する。
【００４０】
なお、ここで用意する圧電振動子板１５、第１の音響整合層板１６、第２の音響整合層板１７は、圧電振動子３、第１の音響整合層４ａ、第２の音響整合層４ｂよりも大きい寸法を有している。
【００４１】
また、圧電振動子板１５は、ダイシングにより圧電材料３ａとなる圧電材料板１５ａと、ダイシングによりＧＮＤ用電極３ｂとなる第１の電極１５ｂと、ダイシングにより信号用電極３ｃとなる１５ｃとから構成されている。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、これらの圧電振動子板１５、第１の音響整合層板１６、第２の音響整合層板１７を接着剤等で貼り合わせて積層板１８を形成し、この積層板１８の外周部分をダイシング等により整形する。これにより、図２（ｃ）に示すような、超音波トランスデューサ２に搭載される大きさと形状の前記送受信積層体５が完成する。
【００４３】
次に、完成した送受信積層体５の表面全体に、金などの金属からなる電極６をスパッタあるいはメッキにより形成する。なお、本実施の形態では、電極６の形成方法としてスパッタあるいはメッキを用いているが、これに限定されるものではない。
【００４４】
次に、圧電材料３ａの側面に形成された電極６の一部をダイシングにより除去して、圧電材料３ａの４つの側面に亘って連なる、電極６の存在しない環状領域３ｄを形成する。これにより、電極６がＧＮＤ側電極６ａと信号側電極６ｂに分離されて、前記送受信ユニット１２が完成する。なお、本実施の形態では、環状領域３ｄを形成するためにダイシングを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば電極６を形成する前に、圧電材料３ａの側面に金属の付着を妨げるマスクを形成するようにしてもよい。
【００４５】
次に、送受信ユニット１２の手元側の面に、フレキシブル基板１０の信号基板１０ｂ、背面材９を順に接合する。そして、送受信ユニット１２をダイシングによりアレイ化した後、送受信ユニット１２の被検者Ｐ側の面に、ＧＮＤ用共通電極８、音響レンズ７を順に接合して前記超音波トランスデューサ２が完成する。
【００４６】
前記構成の超音波プローブによれば、圧電振動子３の素材となるダイシング前の圧電振動子板１５と、第１の音響整合層４ａの素材となる第１の音響整合層板１６と、第２の音響整合層４ｂの素材となる第２の音響整合層板１７とを貼り合せた後、その外周部分をダイシング等により整形することで、超音波トランスデューサ２に搭載される形状と寸法の送受信積層体５を形成している。
【００４７】
そのため、送受信積層体５が完成したときには、圧電振動子３の外周部と、第１の音響整合層４ａの外周部と、第２の音響整合層４ｂの外周部とがぴったり揃っており、すなわち超音波トランスデューサ２の軸心線と交差する方向に対するズレが殆んど存在しないから、超音波トランスデューサ２を収容するためのケーシング１のサイズを小さくすることができる。その結果、被検者接触部Ｓが小さくなり、肋骨の間などの狭い部分であっても、効率の良い超音波送受信を行うことができる。
【００４８】
しかも、送受信積層体５が完成した後に電極６を形成している。すなわち、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂに比べて厚さのある送受信積層体５に対して電極６を形成している。
【００４９】
そのため、電極６の形成方法として、スパッタ等のような被処理物が高温に曝される方法を用いた場合であっても、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂに反りなどが生じ難くなる。その結果、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂの素材選択の幅が広がり、材料コストの低下を図ることも可能となる。
【００５０】
また、完成した送受信積層体５の表面にＧＮＤ側電極６ａを形成している。そのため、第１の音響整合層４ａと第２の音響整合層４ｂの素材に制限を受けることなく、ＧＮＤ用電極３ｂとＧＮＤ用共通電極８を電気的に接続することができる。その結果、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂの素材選択の幅が広がり、材料コストの低下を図ることも可能となる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、図２に示すように、圧電振動子板１５、第１の音響整合層板１６、第２の音響整合層板１７をそれぞれ１枚ずつ用いて、１つの送受信積層体５を製作しているが、比較的大きな圧電振動子板１５、第１の音響整合層板１６、第２の音響整合層板１７を用いれば、複数の送受信積層体５を製作することが可能である。
【００５２】
例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍの圧電振動子板、第１の音響整合層、第２の音響整合層を用いれば、実行口径が１２ｍｍ×２０ｍｍのセクタ型プローブ用振動子を８つ製作することができる。
【００５３】
次に、図３を参照しながら本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは前記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略する。
【００５４】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブを示す概略図である。
【００５５】
図３に示すように、本実施の形態に係る超音波プローブは、音響整合層（音響積層体）４の表面全体にだけ金などの金属からなる電極２０を形成したものである。この電極２０は、第１の実施の形態と同じく、圧電振動子３のＧＮＤ用電極３ｂを音響整合層４の被検者Ｐ側に引き出すためのものであり、音響整合層４と共に音響整合ユニット２９を構成している。
【００５６】
次に、前記構成の超音波プローブの製造工程について説明する。
【００５７】
本実施の形態に係る超音波プローブを製造する場合、まず第１の音響整合層４ａの素材となるダイシング前の第１の音響整合層板と、第２の音響整合層４ｂの素材となるダイシング前の第２の音響整合層板とを接着材で貼り合せ、その外周部分をダイシング等により整形する。これにより、超音波トランスデューサ２に搭載される大きさと形状の前記音響整合層４が形成される。
【００５８】
次に、音響整合層４の表面全体に、金などの金属からなる前記電極２０をスパッタあるいはメッキにより形成する。これにより、音響整合ユニット２９が完成する。なお、本実施の形態では、電極２０の形成方法としてスパッタあるいはメッキを用いているが、これに限定されるものではない。
【００５９】
次に、第１の音響整合層４ａが手元側、第２の音響整合層４ｂが被検者Ｐ側となるように、音響整合ユニット２９を圧電振動子３のＧＮＤ用電極３ｂに接合する。そして、圧電振動子３の信号用電極３ｃに、フレキシブル基板１０の信号基板１０ｂ、背面材９を順に接合し、送受信ユニット１２をダイシングによりアレイ化した後、送受信ユニット１２の被検者Ｐ側の面に、ＧＮＤ用共通電極８、音響レンズ７を順に接合して前記超音波トランスデューサ２が完成する。
【００６０】
本実施の形態に係る超音波プローブによれば、第１の音響整合層４ａの素材となる第１の音響整合層板２５と、第２の音響整合層４ｂの素材となる第２の音響整合層板２６とを貼り合せた後、その外周部分をダイシング等により整形することで、超音波トランスデューサ２に搭載される大きさと形状の音響整合層４を形成している。
【００６１】
そのため、音響整合層４が完成したときには、第１の音響整合層４ａの外周部と、第２の音響整合層４ｂの外周部とがぴったり揃っており、すなわち超音波トランスデューサ２の軸心線と交差する方向に対するズレが殆んど存在しないから、超音波トランスデューサ２を収容するためのケーシング１のサイズを小さくすることができる。その結果、被検者接触部Ｓが小さくなり、肋骨の間などの狭い領域であっても、効率の良い超音波送受信を行うことができる。
【００６２】
また、完成した音響整合層４の表面全体に電極２０を形成している。そのため、第１の音響整合層４ａと第２の音響整合層４ｂに導電部材を用いなくても、圧電振動子３のＧＮＤ用電極３ｂとＧＮＤ用共通電極８とを電気的に接続することができる。その結果、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂの素材選択の幅を広がり、材料コストの低下を図ることも可能となる。
【００６３】
しかも、音響整合層４が完成した後に電極２０を形成している。すなわち、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂに比べて厚さのある音響整合層４に対して電極２０を形成している。
【００６４】
そのため、電極２０の形成方法として、スパッタ等のような被処理物が高温に曝される方法を用いたとしても、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂに反りなどが生じ難くなる。その結果、第１、第２の音響整合層４ａ、４ｂの素材選択の幅が広がり、材料コストの低下を図ることも可能となる。
【００６５】
本発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００６６】
具体的には、本実施の形態では、音響整合層４を第１、第２の音響整合層板１６、１７で構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば接着剤にフィラーを混合したものを板状にし、乾燥硬化後に厚み研磨を施して構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブを示す概略図。
【図２】同実施の形態に係る超音波プローブの製造工程を示す工程図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブを示す概略図。
【図４】従来の超音波プローブを示す概略図。
【符号の説明】
【００６８】
３…圧電振動子、３ｂ…ＧＮＤ用電極（電極）、４…音響整合層（音響積層体）、４ａ…第１の音響整合層、４ｂ…第２の音響整合層、５…送受信積層体、６…電極、７…音響レンズ、１５…圧電振動子板、１６…第１の音響整合層板（音響整合層板）、１７…第２の音響整合層板（音響整合層板）、１８…積層板（素材積層体）
【図１】
2007158467.tif 000003
【図２】
2007158467.tif 000004
【図３】
2007158467.tif 000005
【図４】
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