(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電振動子をチャンネル毎に切断せずに、容易かつ安価に超音波探触子の圧電振動子を製造する方法を提供する。【解決手段】超音波探触子の圧電振動子１において、信号電極１１ａの形成面に、圧電振動子１の走査方向に沿ってスライス方向に圧電振動体１０の主面が露出するように形成した複数個の有底の溝部１３と、圧電振動体１０の超音波放射面側の端面に形成したグランド共通電極１４と、を形成し、溝部１３により信号電極１１を圧電振動子１の走査方向に複数個の信号電極１１ａとグランド電極１１ｂに分離するとともに、グランド共通電極１４により、分離されたグランド電極１１ｂを電気的に接続する。【選択図】図１
2017108270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスからなる圧電振動体と、
前記圧電振動体の一方の主面に形成した信号電極と
前記圧電振動体の他方の主面に形成したグランド電極と、
からなる超音波探触子の圧電振動子において、
前記信号電極に、前記圧電振動子の走査方向に沿ってスライス方向に前記圧電振動体の主面が露出するように形成した複数個の有底の溝部と、
前記圧電振動体のスライス方向の少なくとも一方の端部端面であって、かつ、走査方向の両端部近傍に形成したグランド共通電極を形成し、前記溝部により前記信号電極を走査方向に複数個の前記信号電極に分離するとともに、前記グランド共通電極により、分離された前記信号電極の内の両端の電極と前記グランド電極とを電気的に接続した超音波探触子の圧電振動子。
【請求項２】
前記圧電振動体が、ＰＺＴ振動体からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記圧電振動体の走査方向での前記端面の両端部に前記グランド共通電極を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項４】
分離された各前記信号電極にフレキシブルプリント基板を電気的に接続して超音波信号を前記圧電振動体から導出したことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記グランド共通電極により分離された前記信号電極の内の両端の電極にフレキシブルプリント基板を電気的に接続して超音波グランドを前記圧電振動体から導出したことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項６】
請求項１に記載した超音波探触子の圧電振動子の製造方法が、
圧電セラミックス単体を準備する工程と、
圧電セラミックス単体をスライスして圧電振動体を形成する工程と、
スライスして圧電振動体の一方の主面に信号電極を、また、他方の主面にグランド電極をＮｉとＡｕとを無電解メッキして形成する工程と、
圧電振動体の信号電極を形成した主面のスライス方向に走査方向に沿ってフォトリソグラフィー技法により複数の有底の溝部を形成する工程と、
圧電振動体の両主面に形成した電極を分極処理する工程と、
分極処理した圧電振動体を指定の寸法にカットする工程と、
を有し、カットした圧電振動体の超音波放射面側の端面にメッキによりグランド共通電極を形成して分離された信号電極を電気的に接続することを特徴とする超音波探触子の圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体(生体)に対して、超音波送受信部である圧電振動子から超音波の送受信を行いつつ、圧電振動子をリニア方向に走査して被検体の超音波診断のための２次元データの取り込みを行う超音波探触子に係り、とくに、超音波探触子の圧電振動子の製造において、圧電振動子を１ｃｈ(チャンネル)毎に切断しないで製造される圧電振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波探触子では、図５（ａ）に示すように、超音波探触子本体１００は、第２音響整合層１１０、第１音響整合層１１１、圧電振動子１１４、背面材１１８、前面基板（フレキシブルプリント基板）１２０等の部材からなり、これらの部材は、積層加工後、ダイシングソーによりカットされて、溝１１４ａによりチャンネル毎に分割されて構成されている（特許文献１参照）。
【０００３】
そのため、従来の超音波探触子では、図５（ｂ）に示すように、圧電振動子１１４の一方の主面に信号電極を、また、他方の主面にグランド電極を形成して、フレキシブルプリント基板１２０を信号電極に接続した後、ダイシングソー等により１チャンネル毎に圧電振動子１１４を切断して溝１１４ａにより分割した構造になっている。そして、超音波放射面側の分割した各電極を電気的に接続して共通グランドとして機能させるために、共通電極１１４ｂを各電極に亘って半田付けして電気的に接続している（特許文献２参照）。
【０００４】
なお、従来の超音波探触子において、超音波プローブに備えられた圧電体の一面に有底の溝を形成して複数の電極を形成したものがあるが、これらの溝は超音波プローブの走査方向に垂直なスライス方向に走査方向に連続して配列されていて、単に超音波の送受信において、圧電体の中心部の重み付けを大きくして、これにより、圧電体のスライス方向のビーム幅を均一にし、かつ、サイドローブが低い超音波が得られるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９１９４０号公報
【特許文献２】特許第３３８４８８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２９６１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述したように、従来の超音波探触子では、各電極にフレキシブルプリント基板を接続した後、ダイシングソー等により１チャンネル毎に切断して分割し、超音波放射面側の電極を共通グランドとするために、一旦分割した電極全体に亘って半田付けして電気的に接続する必要がある。
【０００７】
そのため、圧電振動子を切断するダイシングソー等の切断機器が必要となるほか、切断した各圧電振動体を電気的に接続するための半田付け作業が不可欠となる。その結果、ダイシングソー等の高価な設備装置が必要となるとともに、圧電振動子の製造工程において、半田付け等の余分な工数がかかり、圧電振動子を製作する費用が嵩むことになる。
【０００８】
そこで、当該技術分野では、圧電振動体を切断せずに、超音波探触子の圧電振動子を容易かつ安価に製造することが強く要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電振動子は、このような従来の圧電振動子が有する問題点に鑑みてなされたもので、圧電セラミックスからなる圧電振動体と、前記圧電振動体の一方の主面に形成した信号電極と、前記圧電振動体の他方の主面に形成したグランド電極と、からなる超音波探触子の圧電振動子において、前記信号電極に、前記圧電振動子の走査方向に沿ってスライス方向に前記圧電振動体の主面が露出するように形成した複数個の有底の溝部と、前記圧電振動体のスライス方向の少なくとも一方の端部端面であって、かつ、走査方向の両端部近傍に形成したグランド共通電極と、前記溝部により前記信号電極を走査方向に複数個の前記信号電極に分離するとともに、前記グランド共通電極により、分離された前記信号電極の内の両端の電極と前記グランド電極とを電気的に接続したことを特徴とする超音波探触子の圧電振動子に関する。
【００１０】
また、本発明の超音波探触子の圧電振動子では、前記圧電振動体が、ＰＺＴ振動体からなることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の超音波探触子の圧電振動子では、前記圧電振動体の前記端面の両端部に前記グランド共通電極を形成したことを特徴とする。
【００１２】
またさらに、本発明の超音波探触子の圧電振動子では、分離された各前記信号電極にフレキシブルプリント基板を電気的に接続して超音波信号を前記圧電振動体から導出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の超音波探触子の圧電振動子では、前記グランド共通電極により分離された前記信号電極の内の両端の電極にフレキシブルプリント基板を電気的に接続して超音波グランドを前記圧電振動体から導出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の超音波探触子の圧電振動子の製造方法は、圧電セラミックス（ＰＺＴ）単体を準備する工程と、圧電セラミックス単体をスライスして圧電振動体を形成する工程と、スライスして圧電振動体の一方の主面に信号電極を、また、他方の主面にグランド電極をＮｉとＡｕを無電解メッキして形成する工程と、圧電振動体の信号電極を形成した主面のスライス方向に走査方向に沿って、フォトリソグラフィー技法により複数の有底の溝部を形成する工程と、圧電振動体の両主面に形成した電極を分極処理する工程と、分極処理した圧電振動体を指定の寸法にカットする工程と、カットした圧電振動体の超音波放射面側の端面に無電解メッキによりグランド共通電極を形成して、分離された信号電極を電気的に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
圧電振動子を１チャンネル毎に切断せずに、超音波探触子の圧電振動子を容易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（１）は、本発明の圧電振動子のグランド電極形成面を示し、（ａ）は、その平面図を、（ｂ）は、その走査方向に沿った正面図を、また，（ｃ）は、そのスライス方向に沿った側面図を示す。また、図１（２）は、本発明の圧電振動子の信号電極形成面を反転して示した状態を示し、（ａ）は、その平面図を、（ｂ）は、その走査方向に沿った正面図を、また，（ｃ）は、そのスライス方向に沿った側面図を示す。
【図２】図１に示した本発明の圧電振動子の信号電極にフレキシブルプリント基板を接続した平面図（ａ）、正面図（ｂ）及び側面図（ｃ）を示す。
【図３】本発明の圧電振動子のグランド電極形成面側から見た圧電振動子の斜視図である。
【図４】本発明の圧電振動子の製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、従来の超音波探触子の探触子本体の斜視図を、また、（ｂ）は、フレキシブルプリント基板を、その信号電極に接続した圧電振動子の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、超音波探触子の超音波探触子本体に用いられる、本発明の圧電振動子及びその製造方法の実施例を、添付した図面に基いて説明する。
【００１８】
本発明の圧電振動子の構成
本発明の圧電振動子が装備される超音波探触子は、前出の図５ａに図示したように、例えば、従来の超音波探触子と同じように、積層された第２音響整合層、第１音響整合層、圧電振動子、背面材及び圧電振動子の信号電極に電気的に接続されるフレキシブルプリント基板、グランド電極に電気的に接続される銅箔等の部材からなる。
【００１９】
そして、図１に示すように、超音波探触子に装備される本発明の圧電振動子１は、圧電セラミックス、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、その一方の主面に信号電極１１が、また、他方の主面にはグランド電極１２がＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）を無電解メッキして形成されている。
【００２０】
ここで、図１の（１）は、本発明の圧電振動子のグランド電極形成面を示し、（ａ）は、その平面図を、（ｂ）は、その走査方向に沿った正面図を、また，（ｃ）は、そのスライス方向に沿った側面図を示し、(ｂ)及び（ｃ）では、ＰＺＴ振動体１０の走査方向及びスライス方向の端面部が露出して図示されている。
【００２１】
また、図１（２）は、本発明の圧電振動子の信号電極形成面を反転して示した状態を示し、（ａ）は、その平面図を、（ｂ）は、その走査方向に沿った正面図を、また，（ｃ）は、そのスライス方向に沿った側面図を示し、これらの図では、ＰＺＴ振動体(圧電振動体)１０の走査方向及びスライス方向の端面部が露出して示されている。
【００２２】
そして、図１（２）に示すように、ＰＺＴ振動体１０の信号電極形成面には、後述するように、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）を無電解メッキして信号電極１１ａを形成する。そして、信号電極１１ａが形成された面をマスキングしてエッチング等を用いたフォトグラフィー技法により、スライス方向に素子数が、例えば、６４〜２５６チャンネル（ｃｈ）の独立した信号電極１１ａとなるように、無電解メッキにより、無電解メッキにより形成した信号電極１１ａの面の一部を除去し、ＰＺＴ振動体１０の主面の一部が露出するようにして、複数個の有底の溝１３を形成して複数個の信号電極１１ａを形成する。
【００２３】
これらの複数個の有底の溝１３により、ＰＺＴ振動体１０と信号電極１１ａとは、分断されずに一体になっている。
【００２４】
これに加えて、図１（１）（ｂ）に示すように、ＰＺＴ振動体１０のスライス方向の少なくとも一方の端部端面であり、かつ、走査方向の両端部近傍にＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）を無電解メッキしてグランド共通電極１４を形成する。
【００２５】
このグランド共通電極１４により、溝１３により分離された信号電極１１ａの内の両端の信号電極１１ａの各素子とグランド電極１１ｂとを電気的に接続して、グランド電極を共通化する。
【００２６】
ここで、本実施例では、ＰＺＴ振動体１０の超音波放射面側の両端部のみに、無電解メッキでグランド共通電極１４を形成したので、図１（１）（ｂ）に示すように、ＰＺＴ振動体１０の走査方向の端面が露出されて見えている。
【００２７】
また、上述した実施例では、ＰＺＴ振動体１０の製造コストを抑制するために、グランド共通電極１４をＰＺＴ振動体１０の超音波放射面側の両端部のみに、無電解メッキにより形成したが、メッキの追加作業をして、ＰＺＴ振動体１０の超音波放射面側の端面全体にグランド共通電極１４を形成してもよい。
【００２８】
さらに、このようにして形成されたＰＺＴ振動体１０の１ｃｈ毎にパターン化された各信号電極１１ａに、図２と図３に示すように、１ｃｈ毎に導体パターンが形成された、信号電極１１ａから超音波信号を導出するフレキシブルプリント基板１５を電気的に接続する。また、ＰＺＴ振動体１０の超音波放射面側の端面の両端部に形成したグランド共通電極１４にフレキシブルプリント基板１５を電気的に接続し、グランド電極を共通化して、グランド共通電極１４から超音波グランドを導出して、圧電振動体１０のグランド電極１２とフレキシブルプリント基板１５のグランドパターンを接続するようにする。
【００２９】
本発明の圧電振動子では、グランド共通電極１４が設けられているので、フレキシブルプリント基板１５が信号電極１１ａの側とグランド電極１１ｂの側とに分離される。
【００３０】
そのため、フレキシブルプリント基板１５ａ，１５ｂに信号電極１１ａとグランド電極１１ｂを同時に電気的に接続することが可能となり、従来例では不可欠であった、図５に示したような、グランド共通電極の接続作業が不要となる。
【００３１】
本発明の圧電振動子の製造方法
次に、本発明の圧電振動子の製造方法を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
先ず、工程Ｓ１で、圧電セラミックス、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）単体を準備する。
【００３３】
次いで、工程Ｓ２で、ＰＺＴ単体(例えば、長さ×幅が９５ｍｍ×９５ｍｍのもの)をダイシングソー等によりスライスしてＰＺＴ振動体を形成する。
【００３４】
工程Ｓ３で、スライスしたＰＺＴ振動体の一方の主面全体にＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）を無電解メッキして信号電極を形成する。また、他方の主面全体に同じくＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）を無電解メッキしてグランド電極を形成する。
【００３５】
さらに、工程Ｓ４で、信号電極を形成したＰＺＴ振動体の一方の主面に、エッチング等のフォトリソグラフィー技法を用いて、超音波探触子の走査方向に垂直なスライス方向に有底の溝部（例えば、６４〜２５６ｃｈ数）を形成して、１チャンネル（ｃｈ）毎にパターン化された信号電極を、それぞれが分離・独立した状態で形成する。
【００３６】
工程Ｓ５で，ＰＺＴ振動体の両主面に形成した電極に電界を印加して分極処理を行い、分極処理されたＰＺＴ振動体のその後の切削・切断加工による圧電効果の劣化を抑制する。
【００３７】
そして、工程Ｓ６で、ＰＺＴ振動体を指定の寸法（例えば、長さ×幅が４４×７ｍｍの物）にカットする。
【００３８】
最後に、工程Ｓ７で、ＰＺＴ振動体の超音波放射面側の端面に、複数個の溝部により分離された各信号電極に跨るように、超音波探触子の走査方向の端面の両端部に、あるいは端面全体に亘って、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）を無電解メッキ(１μｍ程度の厚さ)して、共通グランド電極を形成し、圧電振動子を製造する。
【００３９】
このようにして製造した圧電振動子の信号電極に、信号電極から信号を導出するフレキシブルプリント基板を電気的に接続し、また、ＰＺＴ振動体のスライス方向の少なくとも一方の端部両面であって、かつ、走査方向の両端部近傍に形成したグランド共通電極に、グランド電極から超音波グランドを導出するフレキシブルプリント基板を電気的に接続する。
【符号の説明】
【００４０】
１      圧電振動子
１０    ＰＺＴ振動体（圧電振動体)
１１ａ  信号電極
１１ｂ  グランド電極
１２    グランド電極
１３    溝部
１４    グランド共通電極
１５ａ  信号電極に接続されたフレキシブルプリント基板
１５ｂ  グランド電極に接続されたフレキシブルプリント基板
１００  超音波探触子本体（超音波トランスジューサ）
１１０  第２音響整合層
１１１  第１音響整合層
１１４    圧電振動子
１１４ａ  溝部
１１４ｂ  グランド共通電極
１１８    背面材
１２０    フレキシブルプリント基板
【図１】
2017108270.tif 000003
【図２】
2017108270.tif 000004
【図３】
2017108270.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017108270.tif 000007