(57)【要約】【課題】本発明は、大きな検出電圧を得ることができ、しかも、接続不良を起こすおそれの少ない圧電デバイスおよび超音波探触子の提供を目的とする。【解決手段】本発明の超音波探触子における圧電デバイスとしての超音波送受信部は、基板８の薄肉領域８３と、圧電部材６２と、圧電部材６２の後面と前面とにそれぞれに配設され第１電極６３及び第２電極６４とを有する円形状のダイヤフラムかなる圧電セル６ａ〜６ｄを複数、備えている。又、圧電セル６ａ〜６ｄは、４つで１つの単素子６６を構成しており、それらの４つの圧電セル６ａ〜６ｄは、接続元と接続先とは分極方向が逆であって、第１電極６３同士及び第２電極６４同士を互いに接続することで直列接続されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電部材と、前記圧電部材の厚さ方向の一方面に配設された複数の第１電極と、前記圧電部材の厚さ方向の他方面に配設され前記複数の第１電極とそれぞれ対となる複数の第２電極とを備え、前記一対の第１および第２電極とその間にある前記圧電部材とを有するものから１個の圧電セルが構成される圧電デバイスであって、
前記複数の圧電セルは、接続元と接続先とは分極方向が逆であって、前記第１電極同士又は前記第２電極同士を互いに接続することで直列接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
厚さが他の領域より薄い複数の薄肉領域を持つ基板を備え、
前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記基板の各薄肉領域に形成され、
前記複数の圧電セルの圧電部材は、互いに分割され、
前記第１電極は、前記基板に接合するように配設され、
前記第２電極同士を互いに接続した第２電極間接続部は、空中配線であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
厚さが他の領域より薄い複数の薄肉領域を持つ基板を備え、
前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記基板の各薄肉領域に形成され、
前記複数の圧電セルの圧電部材は、互いに分割され、
前記圧電部材同士の間に、絶縁材料からなる絶縁部材が配設され、
前記第１電極は、前記基板に接合するように配設され、
前記第２電極同士を接続した第２電極間接続部は、前記基板と当該電極間接続部との間に前記絶縁部材が介在するようにして配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
厚さが他の領域より薄い複数の薄肉領域を持つ基板を備え、
前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記基板の各薄肉領域に形成され、
前記複数の圧電セルの圧電部材は、互いに接合され、
前記第１電極は、前記基板に接合するように配設され、
前記第２電極同士を接続した第２電極間接続部は、前記基板と当該電極間接続部との間に前記圧電部材が介在するようにして配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記薄肉領域は、前記他の領域に全周が囲まれるようにして形成され、
前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記薄肉領域に形成されてダイヤフラムを構成していることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の圧電デバイスを備える超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスおよび超音波探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、非侵襲で内部組織の観察ができ、又、リアルタイムで観察ができるといった特徴を有するため、診断への応用場面が益々増加している。この超音波診断装置の超音波として、例えば基板にＰＺＴなどの圧電部材を形成したユニモルフ構造の圧電セルを太鼓状に振動させて超音波の送受信を行なうｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）が知られている。
【０００３】
このようなｐＭＵＴの超音波探触子は、バルクＰＺＴをダイシングにより分割したものに比し、周波数帯域を広くすることができ、微細化して高解像度とすることができるとともに、３次元画像を取得するための圧電セル（振動子）の２次元配列化に適しており、また、小型薄型化が可能であるために超音波内視鏡への応用に適している等の利点を有する。このようなｐＭＵＴの超音波探触子において、１次元配列の振動子では、取得できる画像が断層画像であるため、操作による偽陰性の危険性があることから、操作者（医師、超音波診断技師）の熟練度が要求される。このような課題を軽減するため、３次元画像を取得できる２次元配列の超音波探触子のニーズは高い。
【０００４】
又、ｐＭＵＴセルは、厚さ数ミクロンの薄膜ＰＺＴの厚さ方向の両面に電極を配置する構成にすると、低い電圧で大きな電界強度を印加可能となり、低い電圧で大きな音圧を得ることができる。ところが受信時には、電極間隔が小さいことから、応力に対して得られる電圧が小さい。超音波診断においては、安全性のため体内に入れられる超音波の強度は規定されているため、受信感度を送信音圧で補うことはできない。従って、高画質の画像を得るためには、所定の受信感度を確保する必要がある。この課題を補うために、複数の圧電セルを直列接続することで、数倍の電圧感度を得ることが可能となり、送信感度（単位電圧当たりの音圧値）は低下するが電圧を上げることで対応が可能である。
【０００５】
このような圧電セル間を直列接続するものとして、例えば特許文献１に加速度センサが提案されている。このものは、例えば図１１に示すように薄板状の圧電部材１０１と前記圧電部材１０１の厚さ方向の一方面である下面に配設された第１電極（下部電極）１０２及び前記厚さ方向の他方面である上面に配設された第２電極（上部電極）１０３とを、基板１０４に設けた薄肉領域に配設することによって複数の圧電セル１００を備えたものとし、又、各圧電セル１００の第２電極１０３と第１電極１０２とを、絶縁層（ＴＥＯＳ）１０５を介して、圧電部材１０１の上面から側面を伝わせるようにした電極間接続部１０３ａにより接続することにより、複数の圧電セル１００を互いに直列接続したものである。このようにして圧電セル１００を互いに直列接続することで、圧電部材１０１の歪みに対して大きな検出電圧を得ることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】神田健介、他２名、“ＪＳＴ新技術説明会”、［生体活動モニタリング用センサデバイス及びシステム］、２０１０年１２月１６日、インターネット＜：ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：/Ｊｓｔｓｈｉｎｇｉ.ｊｐ/ａｂｓｔ/ｐ/１０/１０５０/ｈｙｏｇｏ４.ｐｄｆ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば電極を成膜によって形成する場合、圧電部材１０１の上面に較べて側面や上面と側面との境界角部には、電極材料がつき難く、側面に電極間接続部１０３ａを形成し難い。そのため、圧電部材１０１の側面や境界角部で接続不良を起こすおそれがある。また、その場合において、接続不良を防止するために電極を厚くすると圧電セル１００が変形し難くなる等、性能に影響を及ぼすおそれがあるという問題点がある。
【０００８】
又、第１電極を第２電極に接続するためのスペースが必要であり、圧電セル同士のピッチを小さくすることができず、単位面積当たりの検出感度が低下するという問題点もある。
【０００９】
本発明は、大きな検出電圧を得ることができ、しかも、接続不良を起こすおそれの少ない圧電デバイスおよび超音波探触子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る圧電デバイスは、板状の圧電部材と、前記圧電部材の厚さ方向の一方面に配設された複数の第１電極と、前記圧電部材の厚さ方向の他方面に配設され前記複数の第１電極とそれぞれ対となる複数の第２電極とを備え、前記一対の第１および第２電極とその間にある前記圧電部材とを有するものから１個の圧電セルが構成される圧電デバイスであって、前記複数の圧電セルは、接続元と接続先とは分極方向が逆であって、前記第１電極同士又は前記第２電極同士を互いに接続することで直列接続されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、複数の圧電セルが直列接続されているため、圧電セルが受けた負荷に対して高い電圧が得られ、高感度なものにできる。
【００１２】
又、その際、圧電部材の厚さ方向の一方面に配設された第１電極同士を接続し、又は、前記圧電部材の厚さ方向の他方面に配設された第２電極同士を接続するため、例えば第２電極同士を接続する電極間接続部を圧電部材の他方面と同じ平面上に形成して圧電部材同士に跨がるようにして第２電極同士を接続でき、従来のように圧電部材の他方面となる上面から側面を伝わせるようにして形成しなくてもよいものにできる。これにより、電極を成膜によって形成し難い圧電部材の側面等に形成せずに済みその側面で接続不良を起こすおそれの少ないものにできる。
【００１３】
又、電極間接続部を、圧電部材の上面から側面を伝わせるようにして圧電部材同士間に形成しなくてもよいため、隣接する圧電セル同士のピッチ間隔を、絶縁破壊しない程度に小さくでき、圧電セルのピッチ間隔を小さくでき、単位面積当たりの検出感度を向上できる。
【００１４】
他の一態様では、前記圧電デバイスにおいて、厚さが他の領域より薄い複数の薄肉領域を持つ基板を備え、前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記基板の各薄肉領域に形成され、前記複数の圧電セルの圧電部材は、互いに分割され、即ち、前記圧電部材は、前記複数の一対の第１および第２電極間に配置された複数から構成され、前記第１電極は、前記基板に接合するように配設され、前記第２電極同士を互いに接続した第２電極間接続部は、空中配線であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、第２電極間接続部は空中配線であるため、各圧電セルが撓み変形する際に、第２電極間接続部がその変形の抵抗になるおそれの少ないものにでき、各圧電セルを円滑に撓み変形させることができる。
【００１６】
他の一態様では、前記圧電デバイスにおいて、厚さが他の領域より薄い複数の薄肉領域を持つ基板を備え、前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記基板の各薄肉領域に形成され、前記複数の圧電セルの圧電部材は、互いに分割され、前記圧電部材同士の間に、絶縁材料からなる絶縁部材が配設され、前記第１電極は、前記基板に接合するように配設され、前記第２電極同士を接続した第２電極間接続部は、前記基板と当該第２電極間接続部との間に前記絶縁部材が介在するようにして配設されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、絶縁部材が基板と第２電極間接続部との間に介在するため、各圧電セルの撓み変形に際して、第２電極同士を接続した第２電極間接続部が絶縁部材によって過度の力を受けずに済み、第２電極間接続部が破壊するおそれの少ないものにできる。
【００１８】
他の一態様では、前記圧電デバイスにおいて、厚さが他の領域より薄い複数の薄肉領域を持つ基板を備え、前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記基板の各薄肉領域に形成され、前記複数の圧電セルの圧電部材は、互いに接合され、前記第１電極は、前記基板に接合するように配設され、前記第２電極同士を接続した第２電極間接続部は、前記基板と当該第２電極間接続部との間に前記圧電部材が介在するようにして配設されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、圧電部材が基板と第２電極間接続部との間に介在するため、各圧電セルの撓み変形に際して、第２電極同士を接続した第２電極間接続部が圧電部材によって過度の力を受けずに済み、第２電極間接続部が破壊するおそれの少ないものにできる。
【００２０】
又、製造に際しては、絶縁部材を不要にでき、製作容易なものにできるとともに、低コストで製作できる。
【００２１】
他の一態様では、前記圧電デバイスにおいて、前記薄肉領域は、前記他の領域に全周が囲まれるようにして形成され、前記複数の圧電セルは、それぞれ、前記薄肉領域に形成されてダイヤフラムを構成していることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、送受信感度を高めることができ、超音波探触子に適したものにできる。
【００２３】
又、本発明の超音波探触子は、上述の何れかに記載の圧電デバイスを備える。
【００２４】
この構成によれば、受信感度を高めることができ、高画質な画像をうることができる超音波探触子にできる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の圧電デバイスおよび超音波探触子は、大きな検出電圧を得ることができ、しかも、接続不良を起こすおそれの少ないものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態の超音波探触子を有する超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の超音波探触子を有する超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の超音波探触子における超音波送受信部の背面図である。
【図５】（ａ）は、第１実施形態の超音波探触子における超音波送受信部の要部を拡大した正面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】第１実施形態の超音波探触子における超音波送受信部の変形例の一例の背面図である。
【図７】図６の変形例の要部を拡大した正面図である。
【図８】（ａ）は、第２実施形態の超音波送受信部の要部を拡大した正面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】本発明の圧電デバイスを備えたセンサーの一実施の形態の概略の斜視図である。
【図１０】図９のセンサーの要部の拡大断面図である。
【図１１】従来例の要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の超音波探触子を有する超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、第１実施形態の超音波探触子を有する超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、第１実施形態の超音波探触子の構成を示す断面図である。
【００２８】
この実施形態における超音波診断装置Ｓは、図１に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（第１超音波信号）を送信すると共に、この第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波（第２超音波信号）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体内から来た第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基いて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２９】
この第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不整合によって被検体内で第１超音波信号が反射した反射波（エコー）だけでなく、例えば微小気泡（マイクロバブル）等の超音波造影剤（コントラスト剤）が用いられている場合には、第１超音波信号に基いて超音波造影剤の微小気泡で生成される超音波もある。超音波造影剤では、超音波の照射を受けると、超音波造影剤の微小気泡は、共振もしくは共鳴し、さらに一定の閾値以上の音圧では崩壊、消失する。超音波造影剤では、微小気泡の共振によって、あるいは微小気泡の崩壊、消失によって、超音波が生じている。
【００３０】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像処理部１４と、表示部１５と、制御部１６とを備えて構成されている。
【００３１】
操作入力部１１は、例えば、診断開始等を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００３２】
送信部１２は、例えば制御部１６からの制御信号を超音波探触子２に送信する。受信部１３は、例えば超音波探触子２から送られてくる受信信号を受信して画像処理部１４へ出力する。
【００３３】
画像処理部１４は、制御部１６の制御に従って、受信部１３で受信された、第１超音波信号に基づく被検体内から来た第２超音波信号における所定の周波数成分に基いて被検体内の内部状態を表す画像（超音波画像）を形成する回路である。前記所定の周波数成分は、例えば、基本波成分、ならびに、例えば２次高調波成分、３次高調波成分および４次高調波成分等の高調波成分を挙げることができる。画像処理部１４は、複数の周波数成分を用いて超音波画像を形成するように構成されてもよい。画像処理部１４は、例えば、受信部１３の出力に基いて被検体の超音波画像を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）、および、表示部１５に超音波画像を表示すべく、前記ＤＳＰで処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ回路）等を備えて構成される。前記ＤＳＰは、例えば、Ｂモード処理回路、ドプラ処理回路およびカラーモード処理回路等を備え、いわゆるＢモード画像、ドプラ画像およびカラーモード画像の生成が可能とされている。
【００３４】
表示部１５は、制御部１６の制御に従って、画像処理部１４で生成された被検体の超音波画像を表示する装置である。表示部１５は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３５】
制御部１６は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら超音波探触子２、操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、画像処理部１４および表示部１５を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３６】
超音波探触子（超音波プローブ、トランスデューサ）２は、図３に示すように探触子本体４と、探触子本体４に設けられ超音波の送受信を行なう超音波送受信部（圧電デバイス）５とを備えている。尚、図３のＸ方向を前方側、Ｙ方向を後方側として説明する。後述の図５（ｂ）、図８（ｂ）において同じである。
【００３７】
探触子本体４は、前端に設けられた被覆層４１と、後端側に設けられた信号処理回路部４２と、被覆層４１と信号処理回路部４２との間に配設されたバッキング材層４３とを備えている。
【００３８】
被覆層４１は、診断に際して、例えば被検体としての生体と当接し、その当接に際し不快感を与えることがないものであって、人体との音響整合をとるために音響インピーダンスが人体に近いシリコーンゴム等から形成されている。
【００３９】
バッキング材層４３は、超音波送受信部５に発生する不要振動を減衰する等の役割を果たす。
【００４０】
信号処理回路部４２は、ケーブル３を介して超音波診断装置Ｓと接続されているとともに、超音波送信用のパルス信号の生成、或いは、受信パルス信号の処理などを行なう。
【００４１】
詳しくは、制御部１６の制御に従って、上記送信部１２から送られてくる電気信号の送信信号を供給して超音波送受信部５に第１超音波信号を発生させる。例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。この信号処理回路部４２で生成された駆動信号は、後述の複数の圧電セル６（図５参照）それぞれに対し適宜に遅延時間を個別に設定した、パルス状の複数の信号であり、圧電セル６のそれぞれに供給される。この複数の駆動信号によっては、各圧電セル６から放射された超音波の位相が特定方向（特定方位）（あるいは、特定の送信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームを形成した送信ビームの第１超音波信号を発生する。
【００４２】
又、信号処理回路部４２は、制御部１６の制御に従って、超音波送受信部５から電気信号の受信信号を受信し処理する。そして、送信時の送信ビームの形成と同様に、受信時もいわゆる整相加算することによって受信ビームが形成されてよい。すなわち、圧電セル６それぞれから出力される複数の出力信号に対し適宜に遅延時間を個別に設定し、これら遅延された複数の出力信号を加算することによって、各出力信号の位相が特定方向（特定方位、あるいは、特定の受信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームが形成される。このような場合において、例えば、前記増幅器で増幅された各出力信号が入力される受信ビームフォーマ等も備えてよい。尚、この信号処理回路部４２は、超音波診断装置本体１に設けるようにしてもよく、適宜変更できる。
【００４３】
超音波送受信部５は、探触子本体４の被覆層４１とバッキング材層４３との間に配設されている。この実施形態の超音波送受信部５は、図４及び図５に示すように基板８と、基板８に形成された複数の圧電セル６ａ〜６ｄとを備えている。
【００４４】
基板８は、第１基板８１と、第１基板８１の前面全体に配設された第２基板８２とを備えている。
【００４５】
第１基板８１は、この実施形態では、シリコン製の板状体から構成されている。この第１基板８１には、図４に示すように、左右方向及び上下方向に配列された複数の円形状の貫通孔８１ａが設けられている。各貫通孔８１ａは、図５に示すように第１基板８１の前面から後面に貫通するようにして形成されている。
【００４６】
第２基板８２は、この実施形態では、絶縁性の物質、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）或いは窒化シリコン（ＳｉＮ）から構成され、第１基板８１よりも厚さの薄い薄板状（この実施形態では、２μｍ程度の厚さ）のものから構成されている。
【００４７】
そして、この第２基板８２は、図５（ｂ）に示すように第１基板８１の前面の全体に積層されるようにして貫通孔８１ａ夫々を前方側から覆うように配設されている。これにより、基板８は、貫通孔８１ａの前方側に第２基板８２により形成された円形状の薄肉領域８３と、その薄肉領域８３の全周を囲むようにして第１基板８１及び第２基板８２とにより形成され上記薄肉領域８３よりも厚さの厚い厚肉領域８４とから構成されている。
【００４８】
圧電セルは、上記各薄肉領域８３に形成されている。この実施形態では、図４に示すように第１圧電セル６ａ〜第４圧電セル６ｄの４つ（２点鎖線で囲んだ４つ）で１つの単素子６６が構成され、そして、このようにして構成される単素子６６が複数、左右上下に２次元的に配列されている。これらの単素子６６は、夫々、同一構成を採っている。以下に、１つの単素子６６について、図４、図５に基いて説明する。
【００４９】
４つの第１圧電セル６ａ〜第４圧電セル６ｄは、夫々、上述の薄肉領域８３を構成した第２基板８２と、薄板円形状の圧電部材６２と、圧電部材６２の後面（一方面）に配設され第２基板８２の前面に接合された円形状の第１電極６３と、圧電部材６２の前面（他方面）に配設され上記第１電極６３とで一対をなす円形状の第２電極６４とから構成されており、これらにより、第１圧電セル６ａ〜第４圧電セル６ｄは、夫々、ダイヤフラムを構成している。
【００５０】
圧電部材６２は、圧電材料から構成されている。この実施形態では、圧電部材６２は、ＰＺＴから構成されている。尚、圧電部材６２は、ＰＺＴから構成されるものに限らず、例えば圧電部材を、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム［Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、ＰＺＮ−ＰＴおよびＰＭＮ−ＰＴ等から構成することもでき、適宜変更できる。
【００５１】
又、この実施形態の圧電部材６２は、第１基板８１の貫通孔８１ａと同程度の大きさで、厚さが２μｍ程度の円板状のものから構成されている。
【００５２】
又、この実施形態では、第１圧電セル６ａの圧電部材６２は、分極方向Ｐ１が前方向きとなるように設定され、第２圧電セル６ｂの圧電部材６２は、分極方向Ｐ２が上記第１圧電セル６ａの圧電部材６２の分極方向Ｐ１とは逆向きの後方向きとなるように設定されている。又、第３圧電セル６ｃの圧電部材６２は、分極方向（図示せず）が上記第２圧電セル６ｂの圧電部材６２の分極方向Ｐ２と逆向き（第１圧電セル６ａの圧電部材６２の分極方向Ｐ１と同じ向き）の前方向きとなるように設定され、第４圧電セル６ｄの圧電部材６２は、分極方向が上記第３圧電セル６ｃの圧電部材６２の分極方向とは逆向き（第２圧電セル６ａの圧電部材６２の分極方向Ｐ２と同じ向き）の後方向きとなるように設定されている。
【００５３】
第１電極６３と第２電極６４とは、金又は白金等から構成されている。第１圧電セル６ａの第１電極６３は、第１引き出し部６５ａに接続されて引き出されている。又、第４圧電セル６ｄの第１電極６３は、第２引き出し部６５ｂに接続されて引き出されている。
【００５４】
又、第２圧電セル６ｂの第１電極６３と第３圧電セル６ｃの第１電極６３とは、図５（ａ）に示すように第１電極間接続部６６ａにより接続されている。
【００５５】
一方、第１圧電セル６ａの第２電極６４と第２圧電セル６ｂの第２電極６４とは、第２電極間接続部６６ｂにより接続されている。又、第３圧電セル６ｃの第２電極６４と第４圧電セル６ｄの第２電極６４とは、第２電極間接続部６６ｃにより接続されている。
【００５６】
又、第２電極６４同士を接続した上記第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃは、図５（ｂ）に示すように第２基板８２から前方側に所定距離を持ってその第２基板８２と略平行に延ばされて空中配線とされている。従って、第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃと第２基板８２との間に、空間部６７が形成されており、第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃは、第２基板８２及び圧電部材６２の側面と非接触とされている。
【００５７】
そして、この状態で、第１圧電セル６ａ〜第４圧電セル６ｄに順次に直列接続された状態になっており、第１引き出し部６５ａと第２引き出し部６５ｂとに給電されると、第１引き出し部６５ａと第２引き出し部６５ｂとの間に電圧が印加されるようになっている。
【００５８】
又、この実施形態では、複数の素子６６は、上記第１引き出し部６５ａの夫々から延設された素子接続配線（図示せず）によって独立に接続されている。
【００５９】
このように構成される超音波送受信部５は、この実施形態では、次のようにして形成されている。
【００６０】
基板８として、ＳｉＯ２酸化膜（厚さ２μm）が両面に付いたＳｉ基板（厚さ２００μm）を用いる。このＳｉ基板が第１基板８１を構成し、前面側のＳｉＯ２酸化膜が第２基板８２を構成する。
【００６１】
後面のＳｉＯ２上にレジストを塗布し、露光、現像を行い、貫通孔８１ａ用のレジストパターンを得る。そして、レジストをマスクパターンとして、ＳｉＯ２層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置でドライエッチング（ＣＨＦ３ガス）し、レジストで保護されていないＳｉＯ２層を除去しておく。
【００６２】
次に、ＳｉＯ２酸化膜が付いている前面にチタン（厚さ２０ｎｍ）、白金（厚さ１００ｎｍ）をスパッタで成膜する。チタンは密着層で、白金が第１電極６３、第１電極間接続部６６ａ、第１引き出し部６５ａ及び第２引き出し部６５ｂとなるものである。
【００６３】
その後、その白金上にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電部材６２をスパッタで６００度の温度で成膜する（厚さ２μm）。成膜した膜は圧電特性が得られるペロブスカイト層の（１１１）に配向している。
【００６４】
そして、その圧電部材６２の前面にウェットエッチングでパターニングするためのレジストパターンを形成する。そして、フッ硝酸で圧電部材６２をウェットエッチングして、パターンを形成する。
【００６５】
その後、レジストを塗布し、露光、現像を行い、チタン、白金のエッチングを、上記レジストをマスクにして行うようにして、第１電極６３、第１電極間接続部６６ａ、第１引き出し部６５ａ及び第２引き出し部６５ｂのパターニングを行う。
【００６６】
次に、絶縁部材としての樹脂材をスプレーコーターにより凹凸面とならないよう均一に充填塗布する。そして、アッシング装置により圧電部材６２の表面が出るまで樹脂材の表面を除去、もしくは圧電部材６２の表面が出るようマスク、露光、現像する。
【００６７】
次に、その圧電部材６２の前面上にスパッタでクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）を０．２μｍの厚さで成膜する。クロムは密着層で、金が第２電極６４及び第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃとなるものである。そして、その表面上にレジストを塗布し、露光、現像を行い、クロムと金のエッチングを上記レジストをマスクにして行うようにして、第２電極６４及び第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃのパターニングを行う。
【００６８】
次に、第１基板８１の後面のＳｉＯ２酸化膜のパターンをマスクに第１基板８１をＩＣＰエッチング装置のボッシュプロセスで深堀加工して直径５０μmの貫通孔８１ａを左右上下に形成する。これにより、直径５０μmのダイヤフラムからなり第１電極間接続部６６ａ及び第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃを介して接続された４つの第１圧電セル６ａ〜第４圧電セル６ｄで構成された単素子６６が複数、左右上下に２次元的に配列したものを得ることができる。
【００６９】
又、前面側の樹脂をアッシングにより除去する。これにより、第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃは、空中配線となる。
【００７０】
又、第１引き出し部６５ａと第２引き出し部６５ｂと間に、数Ｖ／ｕｍ以上の電界がかかるように電圧を印加することにより、第１圧電セル６ａの圧電部材６２の分極方向Ｐ１を前方向きに、第２圧電セル６ｂの圧電部材６２の分極方向Ｐ２を後方向きに、又、第３圧電セル６ｃの圧電部材６２の分極方向を前方向きに、第４圧電セル６ｄの圧電部材６２の分極方向を後方向きにする。
【００７１】
以上により、直列接続された４つの第１圧電セル６ａ〜第４圧電セル６ｄからなる単素子６６を、複数、形成できる。
【００７２】
尚、上記実施形態では、圧電部材６２間の樹脂材は除去したが、除去せずに樹脂材を有したものとしてもよい。樹脂材を配設しておけば、各圧電セルの撓み変形に際して、第２電極６４同士を接続した第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃが樹脂材によって過度の力を受けずに済み、第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃが破壊するおそれの少ないものにできる。
【００７３】
この樹脂材としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やポリイミド樹脂といった感光性樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、合成ゴム等の圧電部材６２よりヤング率が小さく、且つ電気的に絶縁特性を有する材料であり、樹脂材は圧電部材６２と同じ厚さで形成される。
【００７４】
以上のように構成された超音波探触子を有する超音波診断装置Ｓで診断する場合、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１６の制御に従い、信号処理回路部４２で超音波送信用のパルス信号が生成される。
【００７５】
この生成されたパルス信号は、超音波送受信部５の複数（４つ）の圧電セル６ａ〜６ｄからなる単素子６６ごとに所定の遅延時間でパルス電圧を、第１引き出し部６５ａと第２引き出し部６５ｂとの間に印加して、圧電部材６２の厚さ方向に電界を生じさせる。
【００７６】
この電界により、各圧電セル６ａ〜６ｄの圧電部材６２が歪み、その歪により、各圧電セル６ａ〜６ｄは、厚さ方向である前後方向の前方側に太鼓状に撓み変形する。その際、第２電極６４同士を接続した第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃが空中配線とされているため、その第２電極間接続部６６ｂ、６６ｃが、各圧電セル６が撓み変形する際の変形抵抗になるおそれの少ないものにでき、各圧電セル６を円滑に撓み変形させ得るものにできる。
【００７７】
そして、各圧電セル６ａ〜６ｄが撓み変形し、その共振特性（共振周波数と減衰特性）に応じた振動が加振され、パルス状の超音波が生体内へ発信される。アレイの各単素子６６の位相を所定量ずらすことで、超音波ビームをフォーカシング、ステアリング（方向制御）し、必要領域を３次元状に走査する。生体内では、超音波は減衰しながら伝わり、音響インピーダンスの差が生じている部位で反射が起こり、超音波探触子２へ帰還する。
【００７８】
戻った超音波により各圧電セル６ａ〜６ｄは振動し、それに伴う圧電部材６２の歪みに応じて第１電極６３及び第２電極６４に電荷が発生する。その際、１つの単素子６６を構成した４つの圧電セル６ａ〜６ｄが直列接続されているため、高い電圧が得られ、高感度なものにできる。
【００７９】
そして、信号処理回路部４２で処理され、画像処理部１４へ出力され、画像処理部１４は、制御部１６の制御によって、受信された受信信号に基いて、送信から受信までの時間により被検体までの距離が、素子間の時間差により被検体の方向が、夫々検出され、被検体の超音波画像を生成する。さらに、画像処理部１４では、フィルタ法によって受信信号から高調波成分が抽出され、この抽出された高調波成分に基いてハーモニックイメージング技術を用いて被検体内部の内部状態の超音波画像が生成される。また例えば、画像処理部１４では、位相反転法（パルスインバージョン法）によって受信信号から高調波成分が抽出され、この抽出された高調波成分に基いてハーモニックイメージング技術を用いて被検体内部の内部状態の超音波画像が生成される。そして、表示部１５は、制御部１６の制御によって、画像処理部１４で生成された被検体の超音波画像を表示する。
【００８０】
尚、上記第１実施形態では、４つの圧電セルで１つの単素子を構成したが、１つの単素子を構成する圧電セルの数は、２以上であればよく、特に限定されない。
【００８１】
例えば、図６に示すように、第１圧電セル２０６ａ〜第１０圧電セル２０６ｊの１０個（図６で２点鎖線で囲んだ１０個）で１つの単素子６６を構成し、このようにして構成される単素子６６が複数、左右に１次元的に配列されたものとしてもよい。
【００８２】
詳しくは、第１圧電セル２０６ａ〜第１０圧電セル２０６ｊの圧電部材２６２の分極方向が、第１圧電セル２０６ａ〜第１０圧電セル２０６ｊにかけて交互に前方向きと後方向きとの逆向きになるように設定する。
【００８３】
そして、図７に示すように第２圧電セル２０６ｂと第３圧電セル２０６ｃ、第４圧電セル２０６ｄと第５圧電セル２０６ｅ、第６圧電セル２０６ｆと第７圧電セル２０６ｇ、第８圧電セル２０６ｈと第９圧電セル２０６ｉの第１電極２６３同士が、第１電極間接続部６６ｂ〜２６６ｄにより接続する。
【００８４】
一方、第１圧電セル２０６ａと第２圧電セル２０６ｂ、第３圧電セル２０６ｃと第４圧電セル２０６ｄ、第５圧電セル２０６ｅと第６圧電セル２０６ｆ、第７圧電セル２０６ｇと第１０圧電セル２０６ｊの第２電極２６４同士が、第２電極間接続部２６６ｅ〜２６６ｉにより接続されている。
【００８５】
このようにして、１つの単素子６６を構成した第１圧電セル２０６ａ〜第１０圧電セル２０６ｊが直列に接続されたものとする。
【００８６】
次に、第２実施形態の超音波探触子について、図８に基いて説明する。この第２実施形態の超音波探触子における超音波送受信部３０５も、先の第１実施形態のものと同様に、基板３０８と、基板３０８の薄肉領域３８３に形成された複数の圧電セル３０６ａ〜３０６ｄとを備えている。基板３０８は、先の第１実施形態のものと同構成を採っており、第１基板３８１と、第２基板３８２とからなる。
【００８７】
圧電セル３０６ａ〜３０６ｄにおける圧電部材３６２は、互いに接合されている。この実施形態では、圧電部材３６２は、基板３０８の第２基板３８２の前面の略全体に配設されており、４つの圧電部材３６２全体が接合されている。
【００８８】
又、各圧電部材３６２は、基板３０８の薄肉領域３８３における中心部に対応する部分に、円形状の圧電部材用孔３６２ａを備えている。
【００８９】
圧電セル３０６ａ〜３０６ｄにおける第１電極３６３は、先の第１実施形態のものと同構成を採っている。圧電セル３０６ａ〜３０６ｄにおける第２電極３６４も、先の第１実施形態のものと同様に、基板３０８の各薄肉領域３８３における各圧電部材３６２の前面に配設されている。ただし、この第２実施形態における第２電極３６４は、各圧電部材３６２の圧電部材用孔３６２ａに対応する部分に円形状の電極用孔３６４ａを備えている。
【００９０】
又、第２電極３６４同士を接続した第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃは、圧電部材３６２の前面に接合されるようにして配設されている。従って、この第２実施形態では、第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃと基板３０８の第２基板３８２との間に、圧電部材３６２が配設されている。その他は、先の第１実施形態のものと同構成を採っている。
【００９１】
この第２実施形態の超音波送受信部３０５は、次のようにして形成されている。
【００９２】
基板３０８として、ＳｉＯ２酸化膜（厚さ２μm）が両面に付いたＳｉ基板（厚さ２００μm）を用いる。このＳｉ基板が第１基板３８１を構成し、前面側のＳｉＯ２酸化膜が第２基板３８２を構成する。
【００９３】
後面のＳｉＯ２上にレジストを塗布し、露光、現像を行い、貫通孔３８１ａ用のレジストパターンを得る。そして、レジストをマスクパターンとして、ＳｉＯ２層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置でドライエッチング（ＣＨＦ３ガス）し、レジストで保護されていないＳｉＯ２層を除去しておく。
【００９４】
次に、ＳｉＯ２酸化膜が付いている前面にチタン（厚さ２０ｎｍ）、白金（厚さ１００ｎｍ）をスパッタで成膜する。チタンは密着層で、白金が第１電極３６３、第１電極間接続部３６６ａ、第１引き出し部３６５ａ及び第２引き出し部３６５ｂとなるものである。
【００９５】
その後、レジストを塗布し、露光、現像を行い、チタン、白金のエッチングを、上記レジストをマスクにして行うようにして、第１電極３６３、第１電極間接続部３６６ａ、第１引き出し部３６５ａ及び第２引き出し部３６５ｂのパターニングを行う。
【００９６】
次に、その表面（前面）全体にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電部材３６２をスパッタで６００度の温度で成膜する（厚さ２μm）。成膜した膜は圧電特性が得られるペロブスカイト層の（１１１）に配向している。
【００９７】
そして、その圧電部材３６２の表面にスパッタでクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）を０．２μｍの厚さで成膜する。クロムは密着層で、金が第２電極３６４及び第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃとなるものである。
【００９８】
又、その表面上にレジストを塗布し、露光、現像を行い、クロムと金のエッチングを上記レジストをマスクにして行うようにして、第２電極３６４及び第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃのパターニングを行う。
【００９９】
その後、圧電部材３６２の表面をウェットエッチングでパターニングするためのレジストパターンを形成する。そして、フッ硝酸で圧電部材３６２をウェットエッチングして、パターンを形成する。
【０１００】
次に、第１基板３８１の後面（裏面）のＳｉＯ２酸化膜のパターンをマスクに第１基板３８１をＩＣＰエッチング装置のボッシュプロセスで深堀加工して直径５０μmの貫通孔３８１ａを左右上下に形成する。これにより、直径５０μmのダイヤフラムからなり第１電極間接続部３６６ａ及び第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃを介して接続された４つの第１圧電セル３０６ａ〜第４圧電セル３０６ｄで構成された単素子が複数、左右上下に２次元的に配列したものを得ることができる。
【０１０１】
このように構成された第２実施形態においては、第２電極３６４同士を接続した第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃは、その第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃと第２基板３８２との間に圧電部材３６２が介在されるようにして配設されているため、圧電セル３０６ａ〜３０６ｄの撓み変形に際して第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃが圧電部材３６２によって過度の力を受けずに済み、第２電極間接続部３６６ｂ、３６６ｃが破壊するおそれの少ないものにできる。
【０１０２】
又、製造に際しては、先の第１実施形態のように絶縁部材としての樹脂材を不要にでき、製作容易なものにできるとともに、低コストで製作できる。尚、上記第２実施形態では、各圧電部材３６２に圧電部材用孔３６２ａを形成するとともに、第２電極３６４に電極用孔３６４ａを形成したが、これらの孔を設けないものとしてもよい。ただし、これらの孔を設けたものでは、設けないものに較べて、圧電セル３０６ａ〜３０６ｄが撓み変形し易くなるので、これらの孔を設けておくのが好ましい。
【０１０３】
尚、上記実施形態では、本発明の圧電デバイスは、超音波探触子の超音波送受信部として使用されたが、超音波探触子に用いられる形態のものに限らず、例えば加速度センサやエネルギハーベスタ（振動発電デバイス）としても使用できる。
【０１０４】
以下に、本発明の圧電デバイスを加速度センサ４００とした一実施形態について、図９、図１０に基いて説明する。この加速度センサ４００は、第１基板４８１と第２基板４８２とを備えた基板４０８と、第２基板４８２上に形成された複数の圧電セル４０６ａ〜４０６ｊとを備えたものから構成されている。
【０１０５】
第２基板４８２は、第１基板４８１よりも薄い薄板状のものから構成されている。そして、第２基板４８２の基端側は、第１基板４８１に支持され、第２基板４８２の先端側が基板４０８の薄肉領域を形成している。
【０１０６】
複数の圧電セル４０６ａ〜４０６ｊは、矩形状のものから構成され、第１基板４８１の長手方向及び幅方向に並列されている。又、第１圧電セル４０６ａ〜第１０圧電セル４０６ｊの圧電部材４６２の分極方向Ｐが、第１圧電セル４０６ａ〜第１０圧電セル４０６ｊにかけて交互に逆向きになるように設定されている。
【０１０７】
そして、第２圧電セル４０６ｂと第３圧電セル４０６ｃ、第４圧電セル４０６ｄと第５圧電セル４０６ｅ、第６圧電セル４０６ｆと第７圧電セル４０６ｇ、第８圧電セル４０６ｈと第９圧電セル４０６ｉの第１電極４６３同士が、第１電極間接続部４６６ａ〜４６６ｄにより接続されている。
【０１０８】
一方、第１圧電セル４０６ａと第４圧電セル４０６ｂ、第３圧電セル４０６ｃと第４圧電セル４０６ｄ、第５圧電セル４０６ｅと第６圧電セル４０６ｆ、第７圧電セル４０６ｇと第１０圧電セル４０６ｊの第２電極３６４同士が、第２電極間接続部４６６ｅ〜４６６ｈにより接続されている。
【０１０９】
このようにして１０個（複数）の第１圧電セル４０６ａ〜第１０圧電セル４０６ｊが直列に接続されている。
【０１１０】
そして、第２基板４８２に外部からの負荷がかかって第２基板４８２が撓むと、その撓みに応じて第１圧電セル４０６ａ〜第１０圧電セル４０６ｊの夫々の圧電部材４６２が歪む。そして、その歪みに応じて第１圧電セル４０６ａ〜第１０圧電セル４０６ｊの夫々の第１電極４６３及び第２電極４６４に電荷が発生するようになっている。
【０１１１】
そして、例えば加速度センサ４００と接続された図示しない加速度装置の信号処理回路部で処理され、電荷に関するデータに基いて外部からの負荷を検出する。
【符号の説明】
【０１１２】
１    超音波診断装置本体
２    超音波探触子
５、３０５、４００    超音波送受信部（圧電デバイス）
６ａ〜６ｄ、２０６ａ〜２０６ｊ、３０６ａ〜３０６ｄ、４０６ａ〜４０６ｊ  圧電セル
６２、２６２、３６２、４６２    圧電部材
６３、２６３、３６３、４６３    第１電極
６４、２６４、３６４、４６４    第２電極
６６ａ、２６６ａ〜２６６ｄ、４６６ａ〜４６６ｄ    第１電極間接続部
６６ｂ、６６ｃ、２６６ｅ〜２６６ｉ、３６６ｂ、３６６ｃ、４６６ｅ〜４６６ｈ    第２電極間接続部
Ｓ    超音波診断装置
【図１】
2013123150.tif 000003
【図２】
2013123150.tif 000004
【図３】
2013123150.tif 000005
【図４】
2013123150.tif 000006
【図５】
2013123150.tif 000007
【図６】
2013123150.tif 000008
【図７】
2013123150.tif 000009
【図８】
2013123150.tif 000010
【図９】
2013123150.tif 000011
【図１０】
2013123150.tif 000012
【図１１】
2013123150.tif 000013