(57)【要約】【課題】積層型圧電素子の機械的、電気的な性能および信頼性を高め、超音波プローブの細径化を実現する。【解決手段】超音波プローブ１１に内蔵された超音波トランスデューサ３１は、内部電極４１ａと裏面電極４３、および内部電極４１ｂと表面電極４２を電気的に接続する金線４７ａ、４７ｂを備えている。金線４７ａは、内部電極４１ａと裏面電極４３の端面に設けられた電極パッド４６ａ、４６ｄに、金線４７ｂは、内部電極４１ｂと表面電極４２の端面に設けられた電極パッド４６ｂ、４６ｃに、それぞれワイヤボンディング接合されている。金線４７ａ、４７ｂは、電極パッド４６ａ〜４６ｄに接触する両端以外で、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３から空間的に離間して配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、前記圧電体の側面部に少なくとも一部が露出するよう形成された電極とが交互に複数積層されてなる積層型圧電素子において、
前記電極のうちの等電位となる電極同士を電気的に接続する導電性部材を備え、
前記導電性部材は、一側面に露出した前記電極の端面に部分的に接触し、他の部分が前記電極から空間的に離間して配置されていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分に設けられ、前記電極と前記導電性部材とを接合する接合部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分を保護する保護部材を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極、および最外の前記圧電体の少なくとも一部に形成された表面、裏面電極であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
圧電体と、前記圧電体の側面部に少なくとも一部が露出するよう形成された電極とが交互に複数積層されてなる積層型圧電素子の実装方法であって、
前記電極のうちの等電位となる電極同士を導電性部材により電気的に接続するにあたり、
一側面に露出した前記電極の端面に、前記導電性部材を部分的に接触させ、前記導電性部材の他の部分を、前記電極から空間的に離間して配置させたことを特徴とする積層型圧電素子の実装方法。
【請求項７】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分に、前記電極と前記導電性部材とを接合する接合部材を設けたことを特徴とする請求項６に記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項８】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分を保護する保護部材を設けたことを特徴とする請求項６または７に記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項９】
前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項１０】
前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極、および最外の前記圧電体の少なくとも一部に形成された表面、裏面電極であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項１１】
異なる電位となる二種の電極同士をそれぞれ電気的に接続する一対の導電性部材を有するブロックを一単位として、所定のサイズで複数に分割したことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項１２】
前記ブロックが複数繋がった集合体を基材上に設置した後、前記分割を行うことを特徴とする請求項１１に記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項１３】
前記分割を行った後、前記ブロックを基材上に設置することを特徴とする請求項１１に記載の積層型圧電素子の実装方法。
【請求項１４】
請求項１ないし５のいずれかに記載の積層型圧電素子を用いた超音波トランスデューサを内蔵したことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項１５】
前記超音波トランスデューサは、異なる電位となる二種の電極同士をそれぞれ電気的に接続する一対の導電性部材を有する前記積層型圧電素子の単一のブロック、または前記ブロックをアレイ状に配列してなることを特徴とする請求項１４に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体と電極とが交互に複数積層されてなる積層型圧電素子、およびその実装方法、並びに超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野において、超音波画像を利用した医療診断が実用化されている。超音波画像は、超音波プローブから体腔内の被観察部位に超音波を照射し、そのエコー信号を電気的に検出することによって得られる。
【０００３】
また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能で、バッキング材、圧電体、電極、および音響整合層からなる超音波トランスデューサを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン機構を備えた超音波プローブや、複数の超音波トランスデューサをアレイ状に配列し、駆動する超音波トランスデューサを電子スイッチなどで選択的に切り替える電子スキャン走査方式の超音波プローブも知られている。
【０００４】
最近では、血管などの微小部分を観察するために、より細径な超音波プローブの開発が待たれており、これに伴ってより小型な超音波トランスデューサへのニーズが高まっている。しかしながら、超音波トランスデューサを小型化すると、その電気インピーダンスが増加し、超音波トランスデューサを駆動する回路との電気インピーダンスの格差が拡がるため、感度が低下し、鮮明な超音波画像が得られなくなるという問題があった。この問題に対処するために、圧電体を積層構造とした積層型圧電素子を用いる手法が提案されている（特許文献１および２参照）。
【０００５】
図１３において、特許文献１に記載の積層型圧電素子２００は、内部電極２０１ａ、２０１ｂ、および表面、裏面電極２０２、２０３で表裏全面を覆うように挟まれた圧電体２０４ａ〜２０４ｃと、内部電極２０１ａ、２０１ｂの端面の一部を露出するように形成された絶縁パターン２０５ａ、２０５ｂと、絶縁パターン２０５ａ、２０５ｂを跨いで、内部電極２０１ａと裏面電極２０３、および内部電極２０１ｂと表面電極２０２をそれぞれ電気的に接続する導体パターン２０６ａ、２０６ｂとから構成される。
【０００６】
図１４において、特許文献２に記載の積層型圧電素子３００は、内部電極３０１ａ、３０１ｂ、および表面、裏面電極３０２、３０３で挟まれた圧電体３０４ａ〜３０４ｃと、内部電極３０１ａ、３０１ｂの片側に設けられた絶縁体３０５ａ、３０５ｂと、絶縁体３０５ａ、３０５ｂを跨いで、内部電極３０１ａと裏面電極３０３、および内部電極３０１ｂと表面電極３０２をそれぞれ電気的に接続する側面電極３０６ａ、３０６ｂとから構成される。
【特許文献１】特開２０００−１３８４００号公報
【特許文献２】特開２００５−２１０２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１３および図１４に示す特許文献１および２に記載の積層型圧電素子２００、３００には、圧電体２０４ａ〜２０４ｃ、３０４ａ〜３０４ｃの繰り返し伸縮に伴う応力によって、絶縁パターン２０５ａ、２０５ｂや絶縁体３０５ａ、３０５ｂと他の部材との界面や、導体パターン２０６ａ、２０６ｂや側面電極３０６ａ、３０６ｂと他の部材との界面などにクラックが発生するといった信頼性を損なう問題があった。
【０００８】
また、圧電体２０４ａ〜２０４ｃ、３０４ａ〜３０４ｃの伸縮運動が、絶縁パターン２０５ａ、２０５ｂや絶縁体３０５ａ、３０５ｂ、導体パターン２０６ａ、２０６ｂや側面電極３０６ａ、３０６ｂによってダンピングされることにより、機械的、電気的な性能が低下したりするなど、実用化に困難が予測される構造上の問題が多々あった。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、機械的、電気的な性能および信頼性を高めることができる積層型圧電素子、およびその実装方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、機械的、電気的な性能を低下させることなく、細径化を実現することができる超音波プローブ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】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、圧電体と、前記圧電体の側面部に少なくとも一部が露出するよう形成された電極とが交互に複数積層されてなる積層型圧電素子において、前記電極のうちの等電位となる電極同士を電気的に接続する導電性部材を備え、前記導電性部材は、一側面に露出した前記電極の端面に部分的に接触し、他の部分が前記電極から空間的に離間して配置されていることを特徴とする。
【００１２】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分に設けられ、前記電極と前記導電性部材とを接合する接合部材を備えることが好ましい。
【００１３】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分を保護する保護部材を備えることが好ましい。
【００１４】
前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極であることが好ましい。あるいは、前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極、および最外の前記圧電体の少なくとも一部に形成された表面、裏面電極であることが好ましい。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、圧電体と、前記圧電体の側面部に少なくとも一部が露出するよう形成された電極とが交互に複数積層されてなる積層型圧電素子の実装方法であって、前記電極のうちの等電位となる電極同士を導電性部材により電気的に接続するにあたり、一側面に露出した前記電極の端面に、前記導電性部材を部分的に接触させ、前記導電性部材の他の部分を、前記電極から空間的に離間して配置させたことを特徴とする。
【００１６】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分に、前記電極と前記導電性部材とを接合する接合部材を設けることが好ましい。
【００１７】
前記端面の前記導電性部材が接触する部分を保護する保護部材を設けることが好ましい。
【００１８】
前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極であることが好ましい。あるいは、前記電極は、前記圧電体に挟まれた内部電極、および最外の前記圧電体の少なくとも一部に形成された表面、裏面電極であることが好ましい。
【００１９】
異なる電位となる二種の電極同士をそれぞれ電気的に接続する一対の導電性部材を有するブロックを一単位として、所定のサイズで複数に分割することが好ましい。この場合、前記ブロックが複数繋がった集合体を基材上に設置した後、前記分割を行うことが好ましい。あるいは、前記分割を行った後、前記ブロックを基材上に設置することが好ましい。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は、超音波プローブであって、請求項１ないし５のいずれかに記載の積層型圧電素子を用いた超音波トランスデューサを内蔵したことを特徴とする。
【００２１】
前記超音波トランスデューサは、異なる電位となる二種の電極同士をそれぞれ電気的に接続する一対の導電性部材を有する前記積層型圧電素子の単一のブロック、または前記ブロックをアレイ状に配列してなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の積層型圧電素子、およびその実装方法によれば、電極のうちの等電位となる電極同士を電気的に接続する導電性部材を、一側面に露出した電極の端面に部分的に接触させ、他の部分を電極から空間的に離間して配置させたので、圧電体の繰り返し伸縮に伴う応力によるクラックの発生や、ダンピング効果による性能低下がなくなり、機械的、電気的な性能および信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の超音波プローブによれば、請求項１ないし５のいずれかに記載の積層型圧電素子を用いた超音波トランスデューサを内蔵したので、機械的、電気的な性能を低下させることなく、細径化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１において、超音波診断装置２は、内視鏡１０と、超音波プローブ１１と、超音波観測器１２とからなる。内視鏡１０は、軟性部材からなり、体腔内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、内視鏡用モニタ（図示せず）に接続されるコード１５とを備えている。挿入部１３の先端１３ａには、体腔内撮影用のカメラ（図示せず）が内蔵されており、このカメラで撮影した画像を内視鏡用モニタを介して観察することが可能となっている。
【００２５】
超音波プローブ１１は、内視鏡１０の鉗子孔１６に挿通され、挿入部１３と同様に軟性部材からなるシース１７と、モータ５４（図３参照）などが内蔵されたトランスレータ１８と、超音波観測器１２に接続されるコード１９とを備えている。超音波観測器１２は、超音波画像を表示するモニタ２０を備えている。なお、内視鏡用モニタとモニタ２０とを兼用してもよい。
【００２６】
図２において、シース１７の先端１７ａには、ポリエチレンを材質とするキャップ３０が取り付けられており、このキャップ３０内には、超音波トランスデューサ３１が内蔵されている。超音波トランスデューサ３１は、コントロールケーブル３２が連結された台座３３に載置されている。コントロールケーブル３２は、フレキシブルシャフト３２ａと、フレキシブルシャフト３２ａを被覆する可撓チューブ３２ｂとからなる。フレキシブルシャフト３２ａの先端は台座３３に連結され、その基端はトランスレータ１８内に延長されており、トランスレータ１８に内蔵されたモータ５４（図３参照）により、所定の回転速度（例えば１０〜４０回転／秒）で回転駆動される。これにより、超音波トランスデューサ３１は、フレキシブルシャフト３２ａを回転軸として所定の回転速度で回転される。
【００２７】
キャップ３０により密閉された空間内には、超音波伝達媒体３４が充填されている。超音波伝達媒体３４は、超音波の伝達効率を向上させるとともに、超音波トランスデューサ３１の回転を円滑にする潤滑油として働く。なお、超音波伝達媒体３４としては、水、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）水溶液、生理食塩水、ひまし油、流動パラフィンなどを用いることができる。
【００２８】
図３に示すように、超音波トランスデューサ３１は、台座３３上に載置されるバッキング材４０（請求項８および９に記載される基材に相当）、内部電極４１ａ、４１ｂ、表面、裏面電極４２、４３、圧電体４４ａ〜４４ｃ、および音響整合層４５が積層されてなる。圧電体４４ａ〜４４ｃは、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３により、表裏全面を覆うように挟まれている。
【００２９】
超音波トランスデューサ３１の４つの側面において、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３の端面は、外部に露出されている。超音波トランスデューサ３１の一側面の各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３の端面には、金製の電極パッド４６ａ〜４６ｄが設けられている。内部電極４１ａと裏面電極４３の端面、および内部電極４１ｂと表面電極４２の端面に設けられた電極パッド４６ａ、４６ｄ、および電極パッド４６ｂ、４６ｃは、超音波トランスデューサ３１を構成する各層の積層方向に平行となるように配置されており、これらは対になっている。
【００３０】
電極パッド４６ａ、４６ｄ、および４６ｂ、４６ｃには、金線４７ａ、４７ｂがそれぞれ接合されている。すなわち、金線４７ａの一端が電極パッド４６ａに、他端が電極パッド４６ｄに接合されており、金線４７ｂの一端が電極パッド４６ｂに、他端が電極パッド４６ｃに接合されている。金線４７ａ、４７ｂは、電極パッド４６ａ〜４６ｄに接触する両端以外で、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３から空間的に離間して配置されている。この金線４７ａ、４７ｂにより、内部電極４１ａと裏面電極４３、および内部電極４１ｂと表面電極４２が電気的に接続され、内部電極４１ａと裏面電極４３、および内部電極４１ｂと表面電極４２は、それぞれ等電位となる。
【００３１】
バッキング材４０には、裏面電極４３に電気的に接続する引き出し電極４８が形成されている。この引き出し電極４８および表面電極４２には、配線４９ａ、４９ｂがそれぞれ接続されている。配線４９ｂは、アースに接続されている。一方、配線４９ａは、コントロールケーブル３２内に挿通され、トランスレータ１８内の送受信切替回路５０に接続されている。
【００３２】
送受信切替回路５０は、超音波トランスデューサ３１による超音波の送受信切り替えを所定の時間間隔で行う。送受信切替回路５０には、パルス発生回路５１および電圧測定回路５２が接続されている。パルス発生回路５１は、超音波トランスデューサ３１から超音波を発生させる際（超音波の送信時）に、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３を介して、パルス電圧を圧電体４４ａ〜４４ｃに印加する。これにより、超音波トランスデューサ３１は、所定の周波数を有する超音波を発生する。
【００３３】
電圧測定回路５２は、生体からのエコー信号を超音波トランスデューサ３１で受信した際（超音波の受信時）に、圧電体４４ａ〜４４ｃに発生する電圧を測定する。電圧測定回路５２は、この測定結果をコントローラ５３に送信する。コントローラ５３は、電圧測定回路５２から送信された測定結果を超音波画像に変換し、超音波観測器１２に送信する。
【００３４】
以下、図４および図５の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、超音波トランスデューサ３１の作製手順を説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、圧電体４４ａ〜４４ｃ、および内部電極４１ａ、４１ｂを積層する。この積層に際しては、グリーンシート法で作製された圧電体シートにパラジウム銀（ＡｇＰｄ）導電ペーストを積層して焼結させる方法や、エアロゾルデポジション法で作製された圧電体厚膜上にスパッタにより白金（Ｐｔ）電極を成膜する工程を繰り返し行う方法を採用することができる。次に、（Ｂ）に示すように、圧電体４４ａの表面、および圧電体４４ｃの裏面に、スパッタや蒸着などで表面、裏面電極４２、４３を成膜する。
【００３５】
続いて、図５（Ｃ）に示すように、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３の端面をマスキングして、スパッタや蒸着などで電極パッド４６ａ〜４６ｄを形成する。そして、（Ｄ）に示すように、電極パッド４６ａ〜４６ｄに金線４７ａ、４７ｂをワイヤボンディング接合し、積層型圧電素子６０を完成させる。その後、この積層型圧電素子６０をバッキング材４０の所定位置に載置し、表面電極４２に音響整合層４５を積層して、配線４９ａ、４９ｂを引き出し電極４８および表面電極４２に接続し、図３に示す超音波トランスデューサ３１を得る。
【００３６】
体腔内の超音波画像を取得する際には、超音波プローブ１１を鉗子孔１６に挿通した内視鏡１０の挿入部１３を体腔内に挿入し、内視鏡用モニタにより体腔内を観察しながら体腔内の被観察部位を探索する。
【００３７】
体腔内の被観察部位にシース１７の先端１７ａが到達し、超音波画像を取得する指示がなされると、フレキシブルシャフト３２ａを回転軸として、超音波トランスデューサ３１が所定の回転速度で回転される。そして、送受信切替回路５０により超音波トランスデューサ３１の超音波の送受信が切り替えられながら、パルス発生回路５１からのパルス電圧の印加により、超音波トランスデューサ３１から超音波が発せられ、キャップ３０を介して被観察部位に超音波が走査される。また、被観察部位からのエコー信号が超音波トランスデューサ３１で受信され、電圧測定回路５２により圧電体４４ａ〜４４ｃに発生した電圧が測定される。
【００３８】
電圧測定回路５２の測定結果はコントローラ５３に送信され、コントローラ５３で超音波画像に変換される。変換された超音波画像は、コード１９を介して超音波観測器１２に送信され、超音波観測器１２のモニタ２０に表示される。
【００３９】
以上、詳細に説明したように、超音波プローブ１１は、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３が、その端面の一部分で金線４７ａ、４７ｂにより電気的に接続された積層型圧電素子６０を用いた超音波トランスデューサ３１を内蔵したので、圧電体４４ａ〜４４ｃの伸縮に伴うダンピング効果による性能低下がなくなる。実際に、図１３および図１４に示す従来の積層型圧電素子２００、３００を用いた場合、電機機械結合係数ｋ３３＝０．６３、圧電歪み係数ｄ３３＝６００ｐｍ／Ｖであったのに対し、積層型圧電素子６０を用いた場合、ｋ３３＝０．７０、ｄ３３＝６６０ｐｍ／Ｖとなり、従来よりも性能が約１０％向上した。
【００４０】
従来の積層型圧電素子２００、３００では、圧電体の繰り返し伸縮に伴う応力によるクラックが発生することがあったが、積層型圧電素子６０は、圧電体の表裏全面を覆うように電極で挟んでおり、且つ絶縁パターン２０５ａ、２０５ｂ、絶縁体３０５ａ、３０５ｂのように応力が掛かる部分を持たないので、クラックが発生するおそれがない。
【００４１】
また、金線４７ａ、４７ｂと他の電極との間の距離を、金線４７ａ、４７ｂを空間的に離間させて配置することにより大きくとれるので、耐電圧牲が向上し、高電圧駆動が可能となる。したがって、超音波トランスデューサ３１から発せられる超音波の出力を高めることができる。さらに、電極パッド４６ａ〜４６ｄに金線４７ａ、４７ｂをワイヤボンディング接合するだけで配線が済むので、製造コストを削減することができる。
【００４２】
上記実施形態では、フレキシブルシャフト３２ａを回転軸として超音波トランスデューサ３１を回転させる超音波プローブ１１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、超音波トランスデューサを揺動、あるいはスライドさせて生体に超音波を走査する超音波プローブについても適用することができる。
【００４３】
また、メカニカルスキャン機構を備えた超音波プローブに限らず、複数の超音波トランスデューサをアレイ状に配列し、駆動する超音波トランスデューサを電子スイッチなどで選択的に切り替える電子スキャン走査方式の超音波プローブについても、本発明を適用することが可能である。
【００４４】
上記の場合、一次元アレイを作製する際には、まず、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す手順で積層型圧電素子６０の原型を作製した後、図６（Ａ）に示すように、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３の端面に、スパッタや蒸着などで金製の電極パッド７０〜７４ａ〜ｄ（７０ａ〜７０ｄ、７４ａ〜７４ｄのみを図示する。）を形成する。電極パッド７０〜７４ａ〜ｄは、図３に示す電極パッド４６ａ〜４６ｄに相当する４個の電極パッドＸａ〜Ｘｄ（Ｘ＝７０〜７４）を一纏まりとして、この一纏まりが、一次元アレイを構成する超音波トランスデューサ８５（図７（Ｄ）参照）の個数分（この例では７０〜７４の計５個分）、所定の位置に設けられている。
【００４５】
次に、（Ｂ）に示すように、電極パッド７０〜７４ａ〜ｄに金線７５ａ、７５ｂ〜７９ａ、７９ｂ（７５ａ、７５ｂ、７９ａ、７９ｂのみを図示する。）をワイヤボンディング接合する。すなわち、金線７５ａ〜７９ａの一端を電極パッド７０ａ〜７４ａに、他端を電極パッド７０ｄ〜７４ｄに接合し、金線７５ｂ〜７９ｂの一端を電極パッド７０ｂ〜７４ｂに、他端を電極パッド７０ｃ〜７４ｃに接合する。このようにして、積層型圧電素子８０を得る。
【００４６】
続いて、図７（Ｃ）に示すように、一次元アレイを構成する超音波トランスデューサ８５の個数分の裏面電極用引き出し電極８１ａ〜８１ｅ（８１ａ、８１ｅのみを図示する。）が所定の間隔で形成された積層型圧電素子８０をバッキング材８２に載置し、表面電極用引き出し線８３ａ〜８３ｅ（８３ａ、８３ｅのみを図示する。）を表面電極４２に設けた後、音響整合層４５を表面電極４２上に積層する。
【００４７】
最後に、（Ｄ）に示すように、異なる電位となる二種の電極（内部電極４１ａと裏面電極４３、および内部電極４１ｂと表面電極４２）同士をそれぞれ電気的に接続する一対の金線Ｘａ、Ｘｂ（Ｘ＝７５〜７９）を有するブロック８４（（Ｃ）において２点鎖線で囲む部分）を一単位として、積層型圧電素子８０をダイシングブレードなどで所定のサイズに分割する。このようにして、直方体状の５個の超音波トランスデューサ８５を有する一次元超音波トランスデューサアレイ８６を得る。
【００４８】
二次元アレイを作製する際には、まず、図４の（Ａ）、（Ｂ）、および図６（Ａ）、（Ｂ）と同様の手順で、図８（Ａ）に示す直方体状の積層型圧電素子９０を作製する。積層型圧電素子９０は、長辺を有する一側面に露出した各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３の端面に、電極パッド９１〜９５ａ〜ｄ（９１ａ〜９１ｄ、９５ａ〜９５ｄのみを図示する。）が設けられ、電極パッド９１〜９５ａ〜ｄに金線９６ａ、９６ｂ〜１００ａ、１００ｂ（９６ａ、９６ｂ、１００ａ、１００ｂのみを図示する。）がワイヤボンディング接合されてなる。また、電極パッド９１〜９５ａ〜ｄが設けられた側面の反対側の面に、表面電極用引き出し線１０１ａ〜１０１ｅ（１０１ａ、１０１ｅのみを図示する。煩雑を避けるため、（Ｂ）以降は不図示。）が、後述する各ブロック１０４に対応した間隔で表面電極４２にワイヤボンディング接合されて形成されている。
【００４９】
次に、（Ｂ）に示すように、二次元アレイを構成する超音波トランスデューサ１０５（図９参照）の個数分（この場合５×５＝２５個）の貫通電極１０２が形成されたバッキング材１０３の所定位置に、５個の積層型圧電素子９０をチップアライナーなどで載置する。
【００５０】
続いて、図９に示すように、音響整合層４５を表面電極４２上に積層した後、一次元超音波トランスデューサアレイ８６の作製時と同様に、異なる電位となる二種の電極（内部電極４１ａと裏面電極４３、および内部電極４１ｂと表面電極４２）同士をそれぞれ電気的に接続する一対の金線Ｘａ、Ｘｂ（Ｘ＝９６〜１００）を有するブロック１０４（図８（Ｂ）において２点鎖線で囲む部分）を一単位として、積層型圧電素子９０をダイシングブレードなどで所定のサイズに分割する。これにより、断面正方形状の直方体状の２５個の超音波トランスデューサ１０５を有する二次元超音波トランスデューサアレイ１０６を得る。
【００５１】
なお、超音波トランスデューサアレイ８６、１０６を作製する際には、超音波トランスデューサアレイ１０６の場合を例にとった図１０に示すように、バッキング材１０３に載置する前に積層型圧電素子９０をブロック１０４単位で分割しておくか、あるいは、ブロック１０４の集合体としての積層型圧電素子９０ではなく、ブロック１０４自体を複数個作製しておき、このブロック１０４をチップアライナーなどでバッキング材１０３の所定位置に載置するようにしてもよい。また、超音波トランスデューサ８５、１０５同士の隙間に、エポキシ樹脂などの充填材を充填してもよい。あるいは、必要に応じて音響レンズを音響整合層４５上に積層してもよい。
【００５２】
なお、金線は、上記実施形態で例示した１本だけでなく、接続の信頼性を確保するために、複数本を接合してもよい。また、積層型圧電素子６０を例にとった図１１に示すように、電極パッド４６ａ〜４６ｄと金線４７ａ、４７ｂとを、絶縁性の樹脂や真空パッキングなどの保護材１１０で封止してもよい。このようにすれば、金線と他の電極や金線同士が接触してショートするなどの事故を確実に防止することができる。
【００５３】
また、各電極４１ａ、４１ｂ、４２、４３は、必ずしも圧電体４４ａ〜４４ｃの一面全体に設ける必要はなく、例えば、図１２に示す積層型圧電素子１２０を用いてもよい。積層型圧電素子１２０は、各電極１２１ａ、１２１ｂ、１２２、１２３の一部分のみが一側面に露出し、この露出した部分に電極パットや金線を形成するように構成されている。なお、符号１２４は、内部電極１２１ａ、１２１ｂの切欠き部分を埋める絶縁体である。
【００５４】
上記実施形態では、超音波トランスデューサの一側面の各電極の端面に、異なる電位の電極に設けられる２対の電極パッドを纏めて設け、これに金線を接合しているが、２対の電極パッドを、超音波トランスデューサ３１の別々の側面に１対ずつ設け、金線を別々の側面に配置するようにしてもよい。これにより、さらなる耐電圧牲の向上が見込まれ、さらに高電圧での駆動が可能となる。
【００５５】
上記実施形態では、導電性部材として金線を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、リボン形状の電線や、被覆された電線を用いてもよい。また、導電性部材と電極との接合は、上記実施形態で例示したワイヤボンディング接合に限らず、微小ハンダ法や常温接合法を用いてもよい。さらに、電極パッドなどの接合部材を設けずに、導電性部材を直接電極に接合してもよい。
【００５６】
上記実施形態では、導電性部材の材質として金を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、アルミ、銅、白金、銀などの導電性を有する材料を使用してもよい。また、圧電体は上記実施形態のように３層に限らず、２層、あるいは３層以上であってもよい。また、表面、裏面電極が形成された例を挙げて説明したが、内部電極のみで構成された積層型圧電素子についても、本発明は同様に適用することができる。
【００５７】
さらに、本発明は、上記実施形態で例示した内視鏡の鉗子孔に挿通するタイプの超音波プローブ１１に限らず、体腔内撮影用のカメラと超音波トランスデューサとが先端に配置された、いわゆる超音波内視鏡に適用してもよい。また、積層型圧電素子の用途は、超音波トランスデューサに限らず、例えば、カメラのレンズ駆動機構に内蔵されるアクチュエータに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】超音波診断装置の構成を示す概略図である。
【図２】超音波プローブの先端の構造を示す拡大断面図である。
【図３】超音波トランスデューサの構成およびトランスレータの電気的構成を示す説明図である。
【図４】超音波トランスデューサの作製手順を示す図であり、（Ａ）は、圧電体と内部電極とを積層した状態、（Ｂ）は、表面、裏面電極を成膜した状態をそれぞれ示す。
【図５】超音波トランスデューサの作製手順を示す図であり、（Ｃ）は、電極パッドを設けた状態、（Ｄ）は、金線を接続した状態をそれぞれ示す。
【図６】一次元超音波トランスデューサアレイの作製手順を示す図であり、（Ａ）は、電極パッドを設けた状態、（Ｂ）は、金線を接続した状態をそれぞれ示す。
【図７】一次元超音波トランスデューサアレイの作製手順を示す図であり、（Ｃ）は、積層型圧電素子をバッキング材上に載置した状態、（Ｄ）は、積層型圧電素子をブロック単位で分割し、一次元超音波トランスデューサアレイを完成させた状態をそれぞれ示す。
【図８】二次元超音波トランスデューサアレイの作製手順を示す図であり、（Ａ）は、作製に用いる積層型圧電素子、（Ｂ）は、積層型圧電素子をバッキング材上に載置している状態をそれぞれ示す。
【図９】積層型圧電素子をブロック単位で分割し、二次元超音波トランスデューサアレイを完成させた状態を示す図である。
【図１０】二次元超音波トランスデューサアレイの別の作製方法を示す図である。
【図１１】保護材を設けた積層型圧電素子の例を示す図である。
【図１２】積層型圧電素子の別の例を示す図である。
【図１３】従来の積層型圧電素子の概略構成を示す平面図である。
【図１４】従来の積層型圧電素子の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２  超音波診断装置
１０  内視鏡
１１  超音波プローブ
１２  超音波観察器
３１、８５、１０５  超音波トランスデューサ
４０、８２、１０３  バッキング材
４１ａ、４１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ  内部電極
４２、１２２  表面電極
４３、１２３  裏面電極
４４ａ〜４４ｃ  圧電体
４６ａ〜４６ｄ、７０〜７４ａ〜ｄ、９１〜９５ａ〜ｄ  電極パッド
４７ａ、４７ｂ、７５ａ、７５ｂ〜７９ａ、７９ｂ、９６ａ、９６ｂ〜１００ａ、１００ｂ  金線
５３  コントローラ
６０、８０、９０、１２０  積層型圧電素子
８４、１０４  ブロック
８６  一次元超音波トランスデューサアレイ
１０６  二次元超音波トランスデューサアレイ
１１０  保護材
【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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