(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた第１の基板電極及び第２の基板電極と、
第１の面電極と該第１の面電極と対向する第２の面電極を有し、前記基板上の前記第１の基板電極に前記第１の面電極が対向するように、かつ前記第１の基板電極及び前記第２の基板電極と離間するように配置された圧電素子と、
前記基板と前記圧電素子との間に配置され、前記第１の基板電極より機械的強度が低い材料からなり、前記第１の基板電極を避けるように前記圧電素子と接する圧電素子支持部と、
前記第１の基板電極と前記第１の面電極とを接続固定する導電性接着剤と、
前記第２の基板電極と前記第２の面電極とを接続する導電性部材と、
を備えることを特徴とする圧電トランスデューサ。
【請求項２】
前記圧電素子支持部は、固化した前記導電性接着剤より機械的強度が低い材質であることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項３】
前記圧電素子支持部は、前記基板と前記圧電素子との中間の音響インピーダンスを有する材質であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項４】
前記導電性部材は、導電性を有するフィルムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項５】
前記導電性部材は、ワイヤボンディング法によって設けられたワイヤであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項６】
前記第１の面電極の材質と前記第２の面電極の材質とが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項７】
前記第１の面電極の材質が金であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の圧電トランスデューサと、
該圧電トランスデューサから超音波を生体に対して送信するように該圧電トランスデューサを駆動する駆動部と、
前記圧電トランスデューサが受信した前記生体からの反射波により脈波を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする脈波検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスデューサに係わり、詳細には、人体内部、物体内部の情報を検出するための、圧電トランスデューサ、圧電トランスデューサの製造方法及び脈波検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波探触子などに用いられる圧電トランスデューサについて図１６，１７、１８を用いて説明する。
図１６が従来の圧電トランスデューサの斜視図であり、図１７は図１６の圧電トランスデューサの側面図である。
圧電トランスデューサ１００は音響整合層１１０、バッキング材１３０、圧電素子１０１、圧電素子に電圧を印加するためのフレキシブル基板１２０とから構成される。
【０００３】
圧電トランスデューサ１００は、タングステン粉末をエポキシ樹脂に混合させたバッキング材１３０上にフレキシブル基板１２０と圧電素子１０１を貼り付け、さらに圧電素子１０１の上に樹脂などの音響整合層１１０を塗布、あるいは貼り付け、最後に圧電素子１０１をダイシングにより短冊状に切断して構成される。圧電素子１０１には、図１７に示すように、電極１０２、１０３が設けられている。電極１０２は圧電素子の上面１０１ａからフレキ１２０に電気的に接続させるため、圧電素子１０１の側面とも電気的に接続されている。
また、図１８は樹脂に圧電素子を埋め込んだ形状の圧電トランスデューサである。圧電素子２１０、２２０の両面には電圧を印加するための導線２４０が導電性の接着剤などで接着され、樹脂２３０の中に埋め込まれる。
以上が、一般的な超音波探触子、樹脂に埋め込まれた形の圧電トランスデューサの構造、である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波探触子に使用される圧電トランスデューサに関しては、圧電素子に特殊なパターニングを行う必要があるため、製造が困難であり、従来のような構造では製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００５】
また、一般的に生体などに使用する圧電トランスデューサにおいては、超音波を効率的に生体内部に送信するために樹脂などからなる音響整合層が圧電素子の上面に設けられている。
この音響整合層の厚さは、使用する超音波の波長の１／４程度が最適であり、これ以上厚くなると、超音波が減衰し、結果として脈波などの検出感度が低下してしまう。そのため、樹脂に埋め込んだ形状の圧電トランスデューサのように、導電性接着剤などで導線を圧電素子に取り付ける場合では、導電性接着剤の厚さ、導線の太さを前記音響整合層の厚さ以下にする必要があり、きわめて製造が困難であり、実際には最適な厚さ以上の厚さとなり、検出感度が低下するという問題点があった。
【０００６】
また、導線が太い、あるいは硬い材質のものを使用したりすると、圧電素子の振動特性に影響が生じ、太い導線を使用すると、圧電素子に不要な応力、固定点が生じ、振動モードに影響を与え、共振周波数がずれたり、共振周波数におけるインピーダンスが変化し、効果的に振動させることができず、結果として所望の検出感度が得られない等の問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の圧電トランスデューサは、両面に電極が設けられた少なくとも１枚の圧電素子を、複数の電極（以下、基板電極）を有する基板上に固定し、更に前記圧電素子上に音響整合層を重ねた積層状の構造とし、対向するように前記圧電素子の両面にそれぞれ設けられた面電極のうち、一方の面電極は前記基板電極と重なるようにして導通させ、他方の面電極は導電性の部材を介して基板電極と導通するように構成し、しかも前記圧電素子の音響整合層側の面電極、即ち前記他方の電極と接続される前記導電性の部材端は、音響整合層の厚み内で、しかも露出しないで接続が可能なように横設接続構造、即ち前記他方の電極に対して横たわせる接続構造とした。また、本発明の圧電トランスデューサは、前記圧電素子と前記基板電極との接合具合、及び超音波送受信特性の向上を鑑み、上記構造に加えて、前記基板と前記圧電素子との間に圧電素子を支持する圧電素子支持部を有する構成とした。
【０００８】
特に、前記横設接続構造に構成するにあたっては、半導体製造工程では採用しないボールボンディング法のセカンドボンディングによる素子側のワイヤ接続、及びウェッジボンディング法による素子側のワイヤ接続を圧電素子の横設接続方法として発明し採用した。
以上のような構成により、製造が容易であり、最適な厚さで音響整合層を設けることを可能にすることができ、結果として、低コスト、高感度な圧電トランスデューサを提供することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施においては、両面に電極が設けられた少なくとも１枚の圧電素子を、電極（以下、基板電極）を有する基板上に固定し、前記圧電素子上に音響整合層を有し、入力された駆動信号に応じて前記圧電素子を駆動することで測定対象物に超音波を送信し、前記測定対象物からの反射波を受信する圧電トランスデューサにおいて、前記圧電素子の音響整合層側の電極（以下、上面電極）と前記基板電極を導電性の部材によって電気的に接続し、前記上面電極上に設けられた導電性部材の厚さを前記超音波の波長の１／４以下とした。この導電性部材としては、導電性を有するフィルムや、ワイヤボンディングによって設けられたワイヤが使用可能である。
【００１０】
このような構成にすることによって、圧電素子に複雑なパターニングをすることなく、音響整合層を所望の厚さにすることができる。また導線によって不要な応力が伝わらないため、所望の振動特性を得ることが可能になるため、エネルギーのロスが少なくなり、効果的に超音波を送信、受信可能となるため、検出感度の向上を達成することも可能である。本実施の形態では使用する超音波の周波数は９．６ＭＨｚ，音響整合層の音速が２０００ｍ／ｓであるため、ワイヤボンディング部の高さを５０μｍ程度となる。
【００１１】
また、両面に電極が設けられた少なくとも１枚の圧電素子と、電極（以下、基板電極）を有する基板と、前記圧電素子上に音響整合層を有し、前記圧電素子の音響整合層側の電極（以下、上面電極）と前記基板電極をワイヤボンディングにより電気的に接続し、入力された駆動信号に応じて前記圧電素子を駆動することで測定対象物に超音波を送信し、前記測定対象物からの反射波を受信する圧電トランスデューサにおいて、ボールボンディング法によるセカンドボンディング、あるいはウェッジボンディング法を用いて前記圧電素子の前記上面電極上に導電性の部材を這わせるようにして接続する構造、及び製造方法とした。このような構成にすることにより、圧電素子への配線部の高さを低く設定することが可能となり、音響整合層からワイヤボンディングが露出せずにセンサを製造することが可能となる。
【００１２】
また、前記基板は、最上面に前記圧電素子と接する圧電素子支持部を有し、前記下面電極と前記下面用基板電極は導電性の接着剤等で固定し、前記ワイヤボンディングを前記圧電素子において、前記接着剤で固定された固定部の反対面の前記上面電極上に行う構成とした。
さらに前記圧電素子に設けられた前記音響整合層の厚さは、前記超音波の波長の１／４程度とした。
以上のような構成により、製造が容易であり、最適な厚さで音響整合層を設けることを可能とすることができる。
詳細は以下の実施の形態において述べる。
【００１３】
【実施の形態１】
図１〜図１０を参照して本発明の圧電トランスデューサを使用した、脈波検出装置の１実施の形態について詳細に説明する。
先ず、図１〜図２を参照して、脈波検出装置１の外観について説明する。図１は、本発明を適用した脈波検出装置１の外観上の構成を示す側面図であり、図２は、図１に示した脈波検出装置１を生体２（腕）に装着した状態を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、脈波検出装置１は、処理部３、圧電トランスデューサ４、バンド５、及び止め金具６によって概略構成されており、図２に示すように、脈波検出装置１は、生体２に装着することにより常時携帯可能である。ここで、処理部３及び圧電トランスデューサ４は、バンド５に取り付けられており、バンド５及び止め金具６によって生体２（図中の破線部）に装着される。この時、圧電トランスデューサ４は、生体２の橈骨（とうこつ）動脈あるいは尺骨動脈付近（図示省略）に当接される。また図示しないが、処理部３と圧電トランスデューサ４は導線により接続されており、この導線を介して処理部３から駆動用電圧信号が圧電トランスデューサ４に入力され、圧電トランスデューサ４で測定された電圧信号が処理部３に入力される。
【００１５】
次に、図３を参照して脈波検出装置１の処理部３について説明する。図３は、処理部３の内部構成と、処理部３と圧電トランスデューサ４の接続状態を示すブロック図である。図３に示すように、処理部３は、演算処理部３１、駆動回路３２、及び表示部３３によって概略構成されている。
【００１６】
演算処理部３１は、内部に備えた記憶領域（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行することによって、脈の検出に関する各種処理を実行し、その処理結果を表示部３３に表示する。この演算処理部３１は、脈測定時に、駆動回路３２から圧電トランスデューサ４の圧電素子４１（詳細は後述）に特定の駆動用電圧信号を出力させる。また、演算処理部３１は、圧電素子４１から発せられた超音波の周波数と、圧電素子４２で受信され血流のドップラ効果により変化した超音波の周波数と、を比較して脈波を検出する。
【００１７】
駆動回路３２は、演算処理部３１の指示に従って、特定の駆動用電圧信号を圧電トランスデューサ４の圧電素子４１に出力する。表示部３３は、液晶表示画面等によって構成されており、演算処理部３１から入力される脈波検出結果等を表示する。
次に、図３及び図６を参照して、脈波検出装置１における処理部３及び圧電トランスデューサ４の動作について説明する。先ず、生体に脈波検出装置１を装着すると、図６に示すように、圧電トランスデューサ４が生体２（の橈骨（とうこつ）動脈あるいは尺骨動脈付近）に当接される。そして、脈の検出時に、図３に示す演算処理部３１は、駆動回路３２から圧電素子４１の両面の電極（図示省略）に特定の駆動用電圧信号を出力させる。
【００１８】
圧電素子４１は、両面の電極に入力された駆動用電圧信号に基づいて励振して超音波を発生し、該超音波を音響整合層４９を介して生体２（図６参照）内に送信する。生体２内に送信された超音波は血流２ａにより反射され、圧電トランスデューサ４の圧電素子４２により受信される。圧電素子４２は、受信した超音波を電圧信号に変換して、両面の電極から演算処理部３１に出力する。
【００１９】
次に、演算処理部３１は、圧電素子４１から送信された超音波の周波数と、圧電素子４２で受信され血流のドップラ効果により変化した超音波の周波数と、を比較して生体の脈を検出する。そして、演算処理部３１は、脈の検出結果を表示部３３に表示する。このようにして、脈波検出装置１は、生体の脈を測定・表示する。本実施の形態では、超音波の送信、受信を別々の圧電素子で行うこととしたが、これを送信時、受信時に時間的に差をつけることで、送信、受信を切り替え、１枚の圧電素子で行うことも可能である。
【００２０】
次に、図４、図５を参照して、脈波検出装置１の圧電トランスデューサ４について説明する。図４は、圧電トランスデューサ４の構成を示す概要図であり、図５は、圧電トランスデューサ４の側面図である。圧電素子４１，４２には、上面電極５２、下面電極５３が設けられている（図４では省略する。）。図４に示すように、圧電トランスデューサ４は、基板４３、圧電素子４１、圧電素子４２、基板４３の上面に設けられた下面用基板電極４７ａ、上面用基板電極４７ｂ、音響整合層４９によって構成される。下面用基板電極４７ａは圧電素子４１，４２の下面（基板４３側）の下面電極５３（図５参照）と電気的に接続され、上面用基板電極４７ｂは、圧電素子４１，４２の上面（音響整合層４９側）の上面電極５２（図５参照）とワイヤ６１を介して電気的に接続される。
【００２１】
はじめに本発明の圧電トランスデューサの製造方法を図４を用いて説明する。まず、所定の大きさに圧電素子を加工する。本実施の形態では、ダイシングによって圧電素子を加工した。つぎに所定の大きさに加工された圧電素子（上下面に図示しない電極が設けられている）を基板４３上に固定する。本実施の形態では、ダイシングによって圧電素子を加工した。
【００２２】
この際、下面用基板電極４７ａと圧電素子４１、４２が重なるように配置する。固定には、絶縁性、導電性の接着剤を用いるかあるいは、圧電素子４１、４２と下面用基板電極４７ａを熱圧着させることも可能であるが、圧電素子４１、４２の下面電極５３と下面用基板電極４７ａが電気的に導通されることが必要である。なお、絶縁性接着剤の場合には、圧電素子４１，４２と下面用基板電極４７ａの間に絶縁性接着剤を塗布し、圧電素子を加圧して局所的に圧電素子と基板電極を接触させることで導通、固定させることが可能となる。
【００２３】
次に、圧電素子４１、４２の上面電極５２と上面用基板電極４７ｂをワイヤボンディングによりワイヤ６１を設けることで電気的に接続する。さらに音響整合層４９を基板４３上に設ける。音響整合層４９は熱硬化、紫外線硬化、あるいは常温硬化の樹脂を用いる。音響整合層４９の塗布にはスピンコートあるいはラミネートによって塗布する。ラミネートの場合は、所定の厚さのフィルムを使用することになる。後述するように、音響整合層４９の厚さは０．１ｍｍ以下程度に均一に塗布する必要があるためである。図４のように、圧電素子４１、４２の下面に電極４７ａが、上面に電極４７ｂが電気的に接続されているため、圧電素子４１の上下両面に異なった電位の電圧を印加することが可能となる。
【００２４】
次に、本発明の圧電トランスデューサに使用した部材について説明する。圧電素子４１、４２は、厚さ０．２ｍｍ（共振周波数９．６ＭＨｚ）、外形０．５×８ｍｍのＰＺＴを使用した。また、圧電素子４１，４２はスパッタ、メッキなどにより両面に電圧印加用の電極が形成されている。圧電素子４１、４２の上面電極５２はワイヤボンディングを行うため、信頼性、強度の点から金を用いることが望ましい。また、圧電素子４１，４２の上下両面に金の電極を設けると、コストが高くなるため、ワイヤボンディングする部分のみ、金電極をパターニングにより設けることも可能である。また、下面電極５３にはワイヤボンディングを行う必要がないため、Ａｌなど安価な材質とすることも可能である。
基板４３は、ガラスエポキシ樹脂を使用した。電極４７ａ、４７ｂはＣｕに金メッキを施した電極であり、厚さは５０μｍ程度である。音響整合層４９の材質は、圧電トランスデューサによって検査、測定される対象物の材質に応じて適当な材質が選択されるが、本実施の形態では、生体（人体）内の情報検出に使用するため、生体との適合性を基に選定を行った。
【００２５】
音響整合層４９を介して生体と各圧電素子４１、４２との間で効率良く超音波を伝搬するためには、音響整合層４９の音響インピーダンスを、生体の音響インピーダンスＺｌと圧電素子の音響インピーダンスＺｃとの間の値にする必要がある。音響インピーダンスとは、音波の伝搬のしやすさを示す値であり、その値はヤング率や密度によって変化する。
【００２６】
そして、音響整合層４９の理想的な音響インピーダンスＺｍは、
Ｚｍ＝（Ｚｃ×Ｚｌ）1/2  …式（１）
によって示すことができる。そして、式（１）に、公知であるＺｌ＝１．５Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）、Ｚｃ（ＰＺＴを使用）＝３０Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）を代入すると、Ｚｍ＝約６．７Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）となる。
【００２７】
この計算値を基に、本実施の形態では、音響整合層４９に、音響インピーダンスが約６Ｍ（Ｎ・ｓｅｃ／ｍ3 ）である紫外線硬化性を有するエポキシ樹脂を使用している。また、超音波の伝搬について、音響整合層４９の厚さも重要な要素である。音響整合層４９の厚さが不適当な場合には、上述の音響インピーダンスと同様に、音響整合層４９において超音波の反射、さらには音響整合層４９内で超音波が減衰してしまいが起こってしまい、効率良く超音波が伝搬しない。
【００２８】
音響整合層４９の圧電素子４１、４２上の厚さ（図５のｈ）は、音響整合層４９が伝搬する超音波の周波数で波長の１／４程度にするのが好ましい。具体的には、超音波の周波数が９．６ＭＨｚ（通常、２．３〜１０ＭＨｚの超音波を使用する）で、音響整合層４９における音速が約２０００ｍ／ｓの場合、音響整合層４９の厚さは５０μｍ程度が適当である。ここで、上面用電極５２の厚さは音響整合層に比べ、十分薄いため、通常は考慮する必要が無いが、ワイヤボンディングの接合強度をあげるため、電極として金を数μｍ程度メッキする場合や、使用する超音波の周波数を高く設定した場合（波長を短くした場合）などでは、この厚さも考慮に入れる必要がある。
【００２９】
図７は、音響整合層４９の厚さと水中に設置した真鍮板への超音波の反射強度（圧電素子４１から送信された超音波が圧電トランスデューサ４から４．０ｍｍ程度離して水中に対向・設置された真鍮板に反射して圧電素子４２によって検出される信号割合）の測定結果である。図７から、音響整合層４９の厚さは４０〜５０μｍ程度で大きくなり、音響整合層４９の厚さが８０〜９０μｍである場合の２倍以上の強度があることがわかる。
【００３０】
次に、ワイヤボンディング部について図８、図９、図１０をもとに説明する。前述の通り、音響整合層４９の厚さは５０μｍ程度が適当であり、これ以上厚くなると厚さとともに感度が低下する。図８、図９は本発明の圧電トランスデューサの拡大図である。図８はボールボンディング法におけるセカンドボンディングを圧電素子４１，４２の上面電極５２に行った状態の説明図であり、図９はボールボンディング法におけるファーストボンディングを上面電極５２に行った状態の説明図である。図８，図９ともに下面電極５３は省略してある。
【００３１】
図１０は一般的なワイヤボンディング工程の説明である。ワイヤボンディングは、図１０のようなキャピラリ６６と呼ばれる針に金などのワイヤ６１（線径２５μｍ程度）を通し、ワイヤ６１の先端に放電により電気的にボール６１ａ（直径１００μｍ程度）を形成する（図１０ａ）。次にキャピラリ６６をＩＣ等のチップ部品６７に押し当て、超音波を印加することでボールを溶解してチップ部品と電気的に接続する（ファーストボンディング）（図１０ｂ）。
次にキャピラリを基板電極６８上に移動し、キャピラリ６６を基板電極に押し当て、超音波を印加することで基板電極６８とワイヤ６１を接続する（セカンドボンディング）（図１０ｃ、ｄ）。セカンドボンディングの場合のほうが加圧力、超音波エネルギーが強いため、一般的な電子部品の実装方法としては、チップ部品の破損防止のためファーストボンディングをチップ部品側、セカンドボンディングを基板電極側に行っている。以上がＩＣの実装工程などで一般的に行われているワイヤボンディング工程（ボールボンディング法）の説明である。
【００３２】
ファーストボンディングの際にボール６１ａを形成せず、セカンドボンディングと同様にキャピラリを押し当てることのみでワイヤを形成する方式（ウェッジボンディング法）も行われている。
ここで前述の通り、一般にワイヤボンディング６１のワイヤの線径は２５μｍ、ボール６１ａの径は５０〜１００μｍ程度である。また、最適な音響整合層４９の厚さは５０μｍ程度である。そのため、図９のようにボールボンディング法におけるファーストボンディングを上面電極５２に行うと、音響整合層４９よりワイヤボンディング部が高くなり、音響整合層４９の外に飛び出してしまう。
このようにワイヤボンディング部が音響整合層４９の外に出ると、ワイヤが切れやすくなったり、他の電気的なノイズがのってしまったり、使用時に汗をかいた場合などでは、圧電素子４１，４２が電気的にショートしてしまい、所望の信号が得られなくなるといった問題が生じてしまう。
【００３３】
一方、図８のように、上面電極５２にボールボンディング法におけるセカンドボンディングを行うと、ワイヤを上面電極５２に横たわせて寝かせるようにして接続し、しかも音響整合層４９からワイヤが露出しないように埋設することが可能となり、セカンドボンディングではワイヤの線径程度の高さで電気的な接続を行えるため、音響整合層４９よりワイヤボンディング部の厚さを薄く形成することが可能である。また、ワイヤボンディングに使用するワイヤの径は２５μｍと細いため、圧電素子に不要な応力が生じる可能性が低く、所望の振動特性を得ることが可能である。なお、本実施の形態では、ボールボンディング法おけるセカンドボンディングを行ったが、ウェッジボンディングでも同様の形状、即ちワイヤを上面電極５２に寝かせるように横設してワイヤの線径程度の高さでワイヤボンディングを行うことが可能である。この場合、ファーストボンディングでもセカンドボンディングでも可能である。
【００３４】
また、基板４３はスルーホールメッキ処理などを施すことで、基板４３の裏面（音響整合層４９が形成されていない面）に電極を設け、基板４３の裏面の電極を通して圧電素子に電圧を印加することも可能である。なお、本実施の形態の詳細な部分については、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では、使用する超音波の周波数が９．６ＭＨｚであったため、上面電極５２にセカンドボンディングを行ったが、例えば使用する周波数が１．０ＭＨｚであれば、最適な音響整合層４９の厚さは０．４５ｍｍ以下、３．０ＭＨｚであれば０．１５ｍｍ以下となり、通常のボールボンディング法におけるファーストボンディングでもワイヤ部が音響整合層４９の外側に露出することがないため使用可能であるが、波長λの１／４（λ／４）がボールの径以下になる場合（λ／４が１００μｍ以下）、λ／４がワイヤの線径以上（λ／４が２５μｍ以上）、つまり使用する周波数での波長が１００μｍ〜４００μｍ程度の場合には、上述の通り、セカンドボンディングを圧電素子の上面電極５２に行うことが非常に有効となる。
【００３５】
さらに、ワイヤボンディングの替わりに電極がパターニングされたフレキシブル基板を使用することもできる。しかし、フレキシブル基板の厚さを正確に管理する必要があり、また、フレキシブル基板と上面電極５２との接合に接着剤を使用する場合にはその厚さも管理しなければならず、また、フレキシブル基板のように剛性が大きいと、圧電素子の振動モードにも影響する恐れがあるため、使用することは難しい。
【００３６】
また、基板４３についても、基板形状になっている必要は無く、バッキング材に電極を設けた形状であってもよい。更にまた、ワイヤボンディングのかわりに金属などのフィルムを上面電極５２に設けることも可能である。例えば、図１５はフィルム上の電極６２を設けた例であるが、前述と同様、このような構造でもよいが、フィルム面積、フィルムの硬さなどによって圧電素子の振動モードに影響を与えるため、柔らかく、面積が小さいものを使用することが望ましい。
【００３７】
【実施の形態２】
図１１〜１２を用いて本発明の圧電トランスデューサについて説明する。図１１は圧電トランスデューサ４の断面図（図４において、ＰＺＴの長手方向に圧電トランスデューサ４を切断したA-A ’断面図）であり、基板４３上に圧電素子の支持部５９を設けた図である。なお、上面用基板電極４７ｂは点線で示してある。圧電素子４１を駆動すると、圧電素子と他の物体の界面で超音波の反射がおきる。この反射波はノイズの原因となり、検出信号のＳ／Ｎ比を著しく低下させる。圧電素子４１，４２を下面用基板電極４７ａ上に直接固定した場合、通常使用される電極は、銅や金であるため、接着剤などの層より硬く、音響インピーダンスの差が大きいため、電極と接着剤、あるいは電極と基板の基材の界面での反射波が大きくなってしまう。そこで、本実施の形態のように、圧電素子４１，４２を、下面用基板電極４７ａより機械的強度が低い材料からなる圧電素子支持部５９を介して基板４３上に支持することで、上記問題を軽減することができる。
【００３８】
ここで、圧電素子４１、４２と下面用基板電極４７ａとは導電性の接着剤５５を介して固定され、その他の部分は圧電素子支持部５９と接している。図１１に示すように、この圧電素子支持部５９は、圧電素子４１、４２と下面用基板電極４７ａとが導電性の接着剤５５を介して導通可能なように、下面用基板電極４７ａを避けるように切り欠き状の凹部を有している。本実施の形態では、圧電素子支持部５９として、レジストを使用した。このような構成にすることで、圧電素子４１，４２との界面での反射が少なくなり、所望の検出感度を得ることができる。また、実施の形態１でも述べたが、セカンドボンディングの際には、加圧力、超音波をファーストボンディング時よりも高く印加する必要があるため、キャピラリを押し当てる際に、局所的に高い応力が生じ、圧電素子４１、４２が破損する恐れがある。例えば、図１２は下面用基板電極４７ａが圧電素子支持部５９より高い場合の説明図であるが、図１２のようにセカンドボンディングの際に圧電素子４１には局所的に高い応力が発生し、破損してしまう。下面用基板電極４７ａと圧電素子支持部５９の高さが同一であり、下面用基板電極４７ａと圧電素子支持部５９に段差がない場合であれば、圧電素子に応力が生じても破損する恐れは少ないが、圧電素子は弾性が低いため、わずかな段差でも破損してしまう。
【００３９】
また、図１２のように圧電素子が浮いている場合、圧電トランスデューサは皮膚や測定対象物に接触させて使用するため、使用時に圧電素子が破損するなどの問題が生じてしまう。また、図１３のように下面用基板電極４７ａを圧電素子４１，４２の全面に配置して、全面に圧電素子４１，４２を固定した場合では、前述の反射波の問題、及び下面用基板電極４７ａの材質が硬く、質量も大きいこと、さらに接続の際に接着剤などが均一に塗布されていない場合、振動モードに変化が生じ、所望の周波数での振幅が小さくなるなどの問題点が生じてしまう。そこで、図１１のように、下面用基板電極４７ａ及び上面用基板電極４７ｂを圧電素子支持部５９より低い位置に形成し、ワイヤボンディング６１を上面用基板電極４７ｂと圧電素子４１の固定部の反対面で行うと、この部分の底面は圧電素子が確実に固定されており、さらに圧電素子支持部５９が柔らかいため、セカンドボンディングを圧電素子の上面電極５２に行っても、応力が分散して圧電素子が破損することがなく、製造を容易にすることができ、さらに超音波の反射をも低減することが可能となり、検出感度の維持、向上をも達成することができる。
【００４０】
なお、上記の通り、圧電素子支持部５９の材質としては、界面での反射を低減するという効果を考慮すると圧電素子４１，４２と基板４３との中間程度の音響インピーダンス（こ密度、ヤング率）を持つことが望ましい。また、ワイヤボンディング時での圧電素子の破損を防止するという点では、柔らかく（少なくとも下面用基板電極４７ａより）、ワイヤボンディング時あるいは、使用時に圧電素子に応力が生じてもその応力を吸収するような材質であることが望ましい。本実施の形態では、さらにパターニングの点を考慮してレジストを使用した。
【００４１】
【実施の形態３】
図１４を用いて本発明の圧電トランスデューサについて説明する。図１４は圧電トランスデューサ４の断面図（図４において、ＰＺＴの長手方向に切った断面図）である。
前述の通り、音響整合層４９は超音波の波長の１／４以下（９．６ＭＨｚの場合、５０μｍ以下）に設定する必要がある。しかし、ワイヤボンディング６１が音響整合層４９より高くなってしまった場合や、ワイヤの線径より音響整合層４９の厚さを低く設定し無ければならない場合、図１４のようにワイヤボンディング６１付近のみ、音響整合層４９を厚くすることで、感度の低下を最小限に抑えて、ワイヤボンディングを封止することが可能となり、耐久性を向上させることが可能となる。
【００４２】
上記構造は、一度音響整合層４９を所定の厚さで塗布した後、音響整合層４９と同じ材質、あるいは別の材質で音響整合層の突出部４９ｂを設けることで作製可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の圧電トランスデューサ、圧電トランスデューサの製造方法及び圧電トランスデューサを利用した脈波検出装置によれば、複雑なパターニングを圧電素子に施す必要がなく、圧電素子を駆動させることが可能であり、圧電素子に不要な応力が生じにくく、また音響整合層を所定の厚さにすることが可能であるため、検出感度の向上、製造コストの低減が可能となり、更にまた、ワイヤボンディング時に圧電素子を破損させることなく製造可能であるため、製造コストの低減が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脈波検出装置の説明図である。
【図２】本発明の脈波検出装置を装着した図である。
【図３】本発明の脈波検出装置の処理部の説明図である。
【図４】本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図５】本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図６】本発明の圧電トランスデューサと生体の配置図である。
【図７】  音響整合層の厚さと感度の関係を示す図である。
【図８】  本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図９】本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図１０】ワイヤボンディング工程の説明図である。
【図１１】本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図１２】圧電トランスデューサの説明図である。
【図１３】圧電トランスデューサの説明図である。
【図１４】本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図１５】本発明の圧電トランスデューサの説明図である。
【図１６】従来の圧電トランスデューサの説明図である。
【図１７】従来の圧電トランスデューサの説明図である。
【図１８】従来の圧電トランスデューサの説明図である。
【符号の説明】
１  脈波検出装置
２  生体
３  処理部
３１  演算処理部
３２  駆動回路
３３  表示部
４  圧電トランスデューサ
４１  圧電素子
４２  圧電素子
４３  基板
４７ａ  下面用基板電極（第１の基板電極）
４７ｂ  上面用基板電極（第２の基板電極）
４９  音響整合層
５  バンド
５２  上面電極
５３  下面電極
５５  接着剤
５９  圧電素子支持部
６  止め金具
６１  ワイヤ
６１ａ  ボール
６６  キャピラリ
６７  チップ部品
６８  基板電極
１００  圧電トランスデューサ
１０１  圧電素子
１０２  電極
１０３  電極
１１０  音響整合層
１２０  フレキシブル基板
１３０  バッキング材
２１０  圧電素子
２２０  圧電素子
２３０  樹脂
２４０  導線
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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