(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に伸びた凹部を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片、該圧電セラミックシート片の上面に備えられた上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層、該圧電セラミックシート片の下面に備えられた下側電極層、該下側電極層に電気的に接続する上記凹部に備えられた導電層、該導電層に電気的に接続する圧電セラミックシート片の上面に備えられた下側電極層用端子電極層、該上側電極層用端子電極層と該下側電極層用端子電極層のそれぞれに付設された一端が電気的に接続しているリード線、該上側電極層の上面に備えられた音響整合層、そして該下側電極層の下面に備えられた吸音層からなり、該吸音層が上記圧電セラミックシート片の凹部を有する側面を超えて延長された延長部を有していて、上記リード線が該吸音層延長部の表面にて途中で一旦固定され、次いで更に外に伸びている超音波探触子。
【請求項２】
上側電極層用端子電極層が、圧電セラミックシート片の凹部を有する側面側にて、下側電極層用端子電極層と隣接する位置に配置されている請求項１に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子、特にカテーテルに装填するのに適した小型の超音波探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波探触子は、医療用超音波診断装置の超音波送受信器として利用されている。最近では、カテーテルに超音波探触子を装填して、カテーテルを体内に挿入した状態で超音波診断をすることが行なわれている。このカテーテル装填用の超音波探触子では、患者負担軽減や、血管深部など、より細径な体腔への挿入性を高めるため、小型化の要求が高い。
【０００３】
超音波探触子は、一般に、上下の面が平面な薄肉の圧電セラミックシートと、圧電セラミックシートの上下面にそれぞれに対向して形成された一対の電極層とからなる。超音波探触子の超音波の送受信を行なう側の電極層には、被検体への超音波の伝播効率を高めるための音響整合層が付設され、超音波の送受信を行なう側と反対側の電極層にはノイズとなる超音波を吸収するための吸音層が付設されている。音響整合層及び吸音層は、通常、非導電性の高分子材料から形成されているため、超音波探触子の小型化に伴い、圧電セラミックシートの上下面に形成された電極層をそれぞれリード線に接続するのが難しくなる傾向がある。
【０００４】
超音波探触子の電極層とリード線との接続を容易にする方法として、圧電セラミックシートの上下面にそれぞれ形成された電極層の一方を反対側の面にまで引き延ばして、上下面の電極層を上下いずれか一方の方向からリード線と接続できるようにする方法が知られている。一般に、上下面の電極層を反対側の面に引き延ばした電極層は折返電極層と呼ばれる。
【０００５】
特許文献１には、上側電極層を、圧電セラミックシートの側面に導電層を形成することによって、圧電セラミックの下面にまでに引き延ばした折返電極層を有する超音波探触子が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、圧電セラミックシートの幅方向の周囲に配置した絶縁材料の表面に折返電極層に形成した超音波探触子が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２８００９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２９２４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、超音波探触子の電極層とリード線との接続を容易にするために、折返電極層を形成することは有用である。
一方、折返電極層などの電極層のリード線との接続部分は、超音波の送受信には関与しない。従って、超音波探触子の小型化のためには、電極層のリード線との接続部分をできるだけ小さくすることが必要となる。しかし、電極層のリード線との接続部分を小さくすると、電極層とリード線との接続強度が低下して、リード線が外れ易くなるという問題がある。特に最近では、直径が１ｍｍ以下となるような血管用カテーテルに組み込むための、極めて小型の超音波探触子が望まれているが、このような小型の超音波探触子では、電極層のリード線との接続部分が極めて狭くなるため、電極層とリード線との接続強度を強くすることが難しい。
従って、本発明の目的は、小型で、かつリード線が電極層から外れにくい構造の超音波探触子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、厚み方向に伸びた凹部を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片、該圧電セラミックシート片の上面に備えられた上側電極層と該上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層、該圧電セラミックシート片の下面に備えられた下側電極層、該下側電極層に電気的に接続する上記凹部に備えられた導電層、該導電層に電気的に接続する圧電セラミックシート片の上面に備えられた下側電極層用端子電極層、該上側電極層用端子電極層と該下側電極層用端子電極層のそれぞれに付設された一端が電気的に接続しているリード線、該上側電極層の上面に備えられた音響整合層、そして該下側電極層の下面に備えられた吸音層からなり、該吸音層が上記圧電セラミックシート片の凹部を有する側面を超えて延長された延長部を有していて、上記リード線が該吸音層延長部の表面にて途中で一旦固定され、次いで更に外に伸びている超音波探触子にある。
【０００９】
上記本発明の超音波探触子は、上側電極層用端子電極層が、圧電セラミックシート片の凹部を有する側面側にて、下側電極層用端子電極層と隣接する位置に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超音波探触子は、凹部を利用した折返電極層を有すると共に、リード線が電極層と吸音層延長部の二カ所で固定されるため、小型化のために、電極層のリード線との接続部分を狭くしても、リード線が電極層から外れにくい。本発明の超音波探触子は、例えば、カテーテル装填用として有利に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の超音波探触子、そしてその製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明に従う超音波探触子の一例の斜視図である。
図１において、超音波探触子は、厚み方向に伸びた湾曲面によって形成された凹部１を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片２、圧電セラミックシート片２の上面に備えられた上側電極層３と上側電極層３に電気的に接続する上側電極層用端子電極層４、圧電セラミックシート片２の下面に備えられた下側電極層５、下側電極層５に電気的に接続する凹部１に備えられた導電層６、導電層６に電気的に接続する圧電セラミックシート片２の上面に備えられた下側電極層用端子電極層７、上側電極層用端子電極層４と下側電極層用端子電極層７のそれぞれに、接合材層８によって固定された一端が電気的に接続している上側電極層用リード線９ａと下側電極層用リード線９ｂ、上側電極層３の上面に備えられた音響整合層１０、そして下側電極層５の下面に備えられた吸音層１１からなる。本発明の超音波探触子では、導電層６と下側電極層用端子電極層７とで、下側電極層５を圧電セラミックシート片２の上面に引き延ばす折返電極層を形成する。
【００１３】
上側電極層用リード線９ａと下側電極層用リード線９ｂとは、圧電セラミックシート片２の凹部１を有する側面を超えて延長された吸音層１１の延長部１２の表面に、接着剤１３によって途中で一旦固定され、次いで更に外に伸びている。すなわち、リード線９ａ、９ｂは、電極層４、７と吸音層延長部１２の二カ所で固定されている。
【００１４】
圧電セラミックシート片２の側面に形成されている凹部１は、上から見て円弧状の湾曲面であることが製造を容易とするため好ましいが、矩形であってもよい。凹部１は、下側電極層用端子電極層７の中央に形成されていてもよいが、下側電極層用端子電極層７の下側電極層用リード線９ｂとの接続部分を拡げるために、凹部１は下側電極層用端子電極層７の中央から外れた位置に形成されていることが好ましい。
【００１５】
圧電セラミックシート片２の材料の例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やニオブ酸リチウムなどの圧電セラミック材料を挙げることができる。
【００１６】
上側電極層３は、超音波の送受信面となる。上側電極層３の幅Ｗと長さＬとの比（Ｗ：Ｌ）は、０．８：１．０〜１．０：０．８の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
下側電極層５は、上側電極層３に対面する位置に形成される。下側電極層５は、圧電セラミックシート片２の下面全体に形成されていることが好ましい。
【００１８】
上側電極層用端子電極層４は、上側電極層３を挟んで下側電極層用端子電極層７と対向する位置に配置されていてもよいが、圧電セラミックシート片２の凹部１を有する側面側にて、下側電極層用端子電極層７と隣接する位置に配置されていることが好ましい。
【００１９】
上側電極層３、上側電極層用端子電極層４、下側電極層５、導電層６及び下側電極層用端子電極層７を形成する導電性材料の例としては、銀、クロム、銅、ニッケル、金などの金属、及びこれらの金属からなる薄膜の積層体を挙げることができる。
【００２０】
上側電極層用リード線９ａと下側電極層用リード線９ｂとをそれぞれ電極層４、７に固定するための接合材層８の材料の例としては、ハンダ及び導電性接着剤を挙げることができる。リード線９ａ、９ｂを溶接によって電極層４、７に固定してもよい。
【００２１】
音響整合層１０の材料の例としては、エポキシ樹脂などの樹脂材料を挙げることができる。音響整合層１０は、二層以上としてもよい。
【００２２】
吸音層１１と吸音層延長部１２とは、一体的に連結していることが好ましい。吸音層１１及び吸音層延長部１２の材料の例としては、ゴム材料、及びタングステン粉末などの金属粉末を分散させたエポキシ樹脂を挙げることができる。
【００２３】
吸音層延長部１２は、上側電極層用リード線９ａと下側電極層用リード線９ｂとを、その表面にて部分的に固定して、上側電極層用端子電極層４又は下側電極層用端子電極層７から外れにくくするために設けられている。従って、吸音層延長部１２は、圧電セラミックシート片２の全ての側面を超えるように形成されている必要はなく、上側電極層用端子電極層４と下側電極層用端子電極層７とが備えられている側の側面（圧電セラミックシート片２の凹部１を有する側面）を超えるように形成されていればよい。
【００２４】
上側電極層用リード線９ａと下側電極層用リード線９ｂとを吸音層延長部１２の表面に固定するための接着剤１３は、熱硬化性、熱可塑性又は紫外線硬化性であることが好ましい。接着剤１３の例としては、エポキシ樹脂系接着剤、イソシアネート系接着剤、合成ゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤及びアクリル系接着剤を挙げることができる。
【００２５】
上記本発明の超音波探触子は、例えば下記の（１）〜（８）の工程を含む方法によって、工業的に有利に製造することができる。
（１）シート平面に沿って整列配置された多数の小径貫通孔を有する圧電セラミックシートを用意する工程。
（２）圧電セラミックシートの下面に、各小径貫通孔の下面開口部に接する下側電極層を形成し、また各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程。
（３）圧電セラミックシートの上面に、各小径貫通孔の上面開口部の周囲に下側電極層用端子電極層を、また上記下側電極層に対面し、かつ下側電極層用端子電極層とは電気的に接触しない位置に上側電極層を、そして下側電極層用端子電極層と隣接する位置に上側電極層に電気的に接続する上側電極層用端子電極層を形成し、更に各小径貫通孔の内壁面に導電層を付設する工程。
（４）上側電極層の表面に音響整合層を付設する工程。
（５）上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層とに、それぞれ接合材層を形成する工程。
（６）圧電セラミックシートを、小径貫通孔を横断し、かつ各小径貫通孔の導電層に電気的に接続されている下側電極層と下側電極層用端子電極層、そして下側電極層と対面している上側電極層を一区画内に包含させるように裁断して、厚み方向に伸びた凹部を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片とする工程。
（７）圧電セラミックシート片の下側電極層の表面に、圧電セラミックシート片の凹部を有する側面を超えて延長された延長部を有する吸音層を付設して吸音層付き圧電セラミックシート片を得る工程。
（８）吸音層付き圧電セラミックシート片の上側電極層用端子電極層及び下側電極層用端子電極層のそれぞれに接合材層を介してリード線を接続し、そのリード線の途中の部位を吸音層の延長部に固定する工程。
【００２６】
上記の超音波探触子の製造方法を、添付図面の図２〜図８を参照して説明する。
【００２７】
図２は、（１）の工程で用意する小径貫通孔２１を有する圧電セラミックシート２２の一例の平面図である。図２において、圧電セラミックシート２２は、小径貫通孔２１がシート平面に沿って縦横方向にそれぞれ４個ずつ整列配置された円形状シートである。一個の小径貫通孔２１に対して、一個の超音波探触子を製造することができる。圧電セラミックシート２２一枚当たりの小径貫通孔２１の個数には、特には制限はないが、好ましくは２〜１０００個の範囲、特に好ましくは１０〜５００個の範囲である。
【００２８】
圧電セラミックシート２２の厚さは、好ましくは０．０１０〜０．２０ｍｍの範囲、特に好ましくは０．０２０〜０．１０ｍｍの範囲である。小径貫通孔２１の内径は、好ましくは０．０１０〜０．４０ｍｍの範囲、特に好ましくは０．０２０〜０．２０ｍｍの範囲である。小径貫通孔２１のアスペクト比（＝圧電セラミックシート２２の厚さ／小径貫通孔２１の内径）は、好ましくは０．１〜１．０の範囲、特に好ましくは０．２〜０．８の範囲である。
【００２９】
小径貫通孔２１を有する圧電セラミックシート２２は、例えば、予め所望の厚さに成形した薄肉の圧電セラミックシートに穿孔により所定の位置に小径貫通孔を形成する方法、あるいは所望の厚さよりも厚肉の圧電セラミック板に穿孔により所定の位置に小径貫通孔を形成し、次いで圧電セラミック板の上下面のそれぞれを研磨する方法によって製造することができる。後者の穿孔の後に研磨する方法が好ましい。
【００３０】
図３は、（２）の工程に従って、圧電セラミックシート２２の下面に、下側電極層２３と導電層２４とを付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大背面図である。図３において、下側電極層２３は各小径貫通孔２１に対応してそれぞれ一個ずつ形成されているが、下側電極層２３は縦又は横方向に延びたストライプ状に形成してもよく、また圧電セラミックシート２２の下面全体に形成してもよい。
【００３１】
図４は、（３）の工程に従って、圧電セラミックシート２２の上面に導電層２４、下側電極層用端子電極層２５、上側電極層２６及び上側電極層用端子電極層２７を付設した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図であり、図５は、図４のＩ−Ｉ線断面図である。
【００３２】
上記のように（２）の工程において、下側電極層２３と導電層２４とを付設し、（３）の工程において、導電層２４と下側電極層用端子電極層２５とを付設することによって、下側電極層２３と導電層２４と下側電極層用端子電極層２５とが一体的に高い導電性を持って形成される。また、（３）の工程において、上側電極層２６と上側電極層用端子電極層２７とを付設することによって、上側電極層２６と上側電極層用端子電極層２７とも一体的に高い導電性を持って形成される。なお、（２）の工程と（３）の工程は、順序を逆にしてもよい。
【００３３】
各電極層及び導電層のパターンは、例えば、マスク材を用いたイオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法により形成することができる。
【００３４】
図６は、（４）の工程に従って、図４の圧電セラミックシート２２に音響整合層２８を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。図６において、音響整合層２８は複数個の上側電極層２６の表面に横方に延びたストライプ状に形成されているが、音響整合層２８は各上側電極層２６に対応してそれぞれ一個ずつ形成してもよいし、上側電極層用端子電極層２７及び下側電極層用端子電極層２５が形成されている部分を除く、圧電セラミックシート２２の上面全体に形成してもよい。
【００３５】
音響整合層２８は、音響整合層形成用樹脂シートを貼り合わせる方法、あるいは液状の音響整合層形成用樹脂材料を塗布して、硬化させる方法などによって形成することができる。
【００３６】
図７は、（５）の工程に従って、図６の圧電セラミックシート２２の上側電極層用端子電極層２７及び下側電極層用端子電極層２５とに、それぞれ接合材層２９を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。なお、（４）の工程と（５）の工程は、順序を逆にしてもよい。
【００３７】
接合材層２９は、マスク材を用いた印刷法やディスペンサによる塗布法により形成することができる。
【００３８】
図８は、（６）の工程に従って、圧電セラミックシート２２を裁断する際の裁断線３０を示す圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。裁断線３０に従って小径貫通孔２１を横断するように、圧電セラミックシート２２を裁断することによって、小径貫通孔２１の内壁面が、圧電セラミックシート片の側面に凹部として現れる。小径貫通孔２１と共に、リードを固定するための上側電極層用端子電極層２７と下側電極層用端子電極層２５とが裁断され、電極層のリード線との接続部分が狭い、小型の超音波探触子を得ることができる。
【００３９】
上記の（６）の工程で得られた圧電セラミックシート片の下側電極層の表面に、（７）の工程に従って、例えば、圧電セラミックシート片よりもサイズが大きい吸音材シートを、圧電セラミックシート片の凹部を有する側面を超えるように貼り付けることにより、圧電セラミックシート片の凹部を有する側面を超えて延長された延長部を有する吸音層付きの圧電セラミックシート片を得ることができる。そして、（８）の工程に従って、上側電極層用端子電極層及び下側電極層用端子電極層のそれぞれにリード線を接続し、そのリード線の途中の一部を吸音層延長部に固定することによって、本発明の超音波探触子は製造することができる。
【００４０】
なお、吸音層付き圧電セラミックシート片は、（６）の工程の前に、圧電セラミックシートの下面全体に一枚の吸音材シートを貼り付け、次いで（６）の工程に従って圧電セラミックシートを裁断して、吸音材シートの上に多数個の凹部を側面に有する矩形の圧電セラミックシート片を形成した後、吸音材シートを裁断することによって製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に従う超音波探触子の一例の斜視図である。
【図２】本発明の超音波探触子の製造に有利に用いることができる圧電セラミックシートの一例の平面図である。
【図３】図２の圧電セラミックシートに下側電極層と小径貫通孔内壁面の導電層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大背面図である。
【図４】図３の圧電セラミックシートに上側電極層、上側電極層用端子電極層、下側電極層用端子電極層、及び小径貫通孔内壁面の導電層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ線断面図である。
【図６】図４の圧電セラミックシートに音響整合層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【図７】図６の圧電セラミックシートの上側電極層用端子電極層と下側電極層用端子電極層のそれぞれに接合材層を形成した後の圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【図８】圧電セラミックシートの裁断線を説明する圧電セラミックシートの一例の部分拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  凹部
２  圧電セラミックシート片
３  上側電極層
４  上側電極層用端子電極層
５  下側電極層
６  導電層
７  下側電極層用端子電極層
８  接合材層
９ａ  上側電極層用リード線
９ｂ  下側電極層用リード線
１０  音響整合層
１１  吸音層
１２  吸音層延長部
１３  接着剤
２１  小径貫通孔
２２  圧電セラミックシート
２３  下側電極層
２４  導電層
２５  下側電極層用端子電極層
２６  上側電極層
２７  上側電極層用端子電極層
２８  音響整合層
２９  接合材層
３０  裁断線
【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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