(57)【要約】【課題】簡単な工程で確実に電極を分離することができる積層型圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】この製造方法は、第１の内部電極層と第２の内部電極層とが圧電体層を挟んで交互に積層される積層体を形成する工程と、積層体の第１の側面において、第２の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成し、第２の側面において、第１の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成する工程と、積層体の第１の側面において、積層体の第１の端部に位置する圧電体層の所定の位置に合成樹脂を配置し、第２の側面において、第２の端部に位置する圧電体層の所定の位置に合成樹脂を配置する工程と、積層体の両側面及び両端面上に電極材を形成する工程と、合成樹脂を液体に溶解させて電極材をリフトオフすることにより、第２の内部電極層から絶縁された第１の電極と第１の内部電極層から絶縁された第２の電極とを形成する工程とを具備する。【選択図】図１
2009088146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層型圧電素子の製造方法であって、
複数の圧電体層において少なくとも１層の第１の内部電極層と少なくとも１層の第２の内部電極層とを含み、前記少なくとも１層の第１の内部電極層と前記少なくとも１層の第２の内部電極層とが圧電体層を挟んで交互に積層される積層体を形成する工程（ａ）と、
前記積層体の第１の側面において、前記少なくとも１層の第２の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成し、前記積層体の前記第１の側面とは異なる第２の側面において、前記少なくとも１層の第１の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記積層体の前記第１の側面において、前記積層体の第１の端部に位置して第１の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置し、前記積層体の前記第２の側面において、前記積層体の第２の端部に位置して第２の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置する工程（ｃ）と、
少なくとも前記積層体の前記第１及び第２の側面と第１及び第２の端面との上に電極材を形成する工程（ｄ）と、
前記合成樹脂を液体に溶解させてその上の前記電極材をリフトオフすることにより、前記少なくとも１層の第１の内部電極層に接続されて前記少なくとも１層の第２の内部電極層から絶縁された第１の電極と、前記少なくとも１層の第２の内部電極層に接続されて前記少なくとも１層の第１の内部電極層から絶縁された第２の電極とを形成する工程（ｅ）と、
を具備する積層型圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記合成樹脂が、光硬化型の合成樹脂であって、硬化した際に、前記積層体及び前記絶縁膜を溶解しない液体に対して溶解性を有する、請求項１記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項３】
工程（ｃ）が、ディスペンサを用いて液体状態の前記合成樹脂を所定の領域に配置し、その後、前記合成樹脂に光を照射して前記合成樹脂を硬化させることを含む、請求項２記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の電極が、前記積層体の前記第１の側面に形成された側面電極と、前記積層体の前記第２の端面に形成された端面電極とを含み、前記第２の電極が、前記積層体の前記第２の側面に形成された側面電極と、前記積層体の前記第１の端面に形成された端面電極とを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極が形成された前記積層体を所定の長さに切断する工程（ｆ）をさらに具備する、請求項１〜４のいずれか１項記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項６】
超音波を送信及び／又は受信するための複数の振動子を含む超音波探触子の製造方法であって、
複数の圧電体層において少なくとも１層の第１の内部電極層と少なくとも１層の第２の内部電極層とを含み、前記少なくとも１層の第１の内部電極層と前記少なくとも１層の第２の内部電極層とが圧電体層を挟んで交互に積層される積層体を形成する工程（ａ）と、
前記積層体の第１の側面において、前記少なくとも１層の第２の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成し、前記積層体の前記第１の側面とは異なる第２の側面において、前記少なくとも１層の第１の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記積層体の前記第１の側面において、前記積層体の第１の端部に位置して第１の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置し、前記積層体の前記第２の側面において、前記積層体の第２の端部に位置して第２の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置する工程（ｃ）と、
少なくとも前記積層体の前記第１及び第２の側面と第１及び第２の端面との上に電極材を形成する工程（ｄ）と、
前記合成樹脂を液体に溶解させてその上の前記電極材をリフトオフすることにより、前記少なくとも１層の第１の内部電極層に接続されて前記少なくとも１層の第２の内部電極層から絶縁された第１の電極と、前記少なくとも１層の第２の内部電極層に接続されて前記少なくとも１層の第１の内部電極層から絶縁された第２の電極とを形成する工程（ｅ）と、
前記第１及び第２の電極が形成された前記積層体を所定の長さに切断することにより、複数の振動子を作製する工程（ｆ）と、
バッキング材の主面上に、前記複数の振動子を配置する工程（ｇ）と、
前記複数の振動子上に、少なくとも１層の音響整合層を配置する工程（ｈ）と、
を具備する超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサや圧電アクチュエータ等として利用される積層構造を有する圧電素子（積層型圧電素子）の製造方法に関し、さらに、そのような積層型圧電素子を用いた超音波探触子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の鉛系ペロブスカイト構造を有する材料に代表される圧電体は、電圧を印加することにより伸縮する圧電効果を生じる。このような性質を有する圧電素子は、超音波トランスデューサや、圧電アクチュエータや、圧電ポンプ等の様々な用途に利用されている。
【０００３】
圧電素子の構造は、１つの圧電体の両側に電極が形成された単層構造が基本であるが、近年のＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）関連の機器の開発に伴う圧電素子の微細化及び集積化により、複数の圧電体と複数の電極とが交互に積層された積層型の圧電素子も用いられるようになっている。そのような圧電素子においては、複数の圧電体層に電界を印加するための電極を並列に接続することにより、圧電素子全体としての静電容量を大きくすることができるので、圧電素子のサイズを小さくしても、電気インピーダンスの上昇を抑えることができる。
【０００４】
図９Ａ及び図９Ｂは、従来の積層型圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。図９Ａに示すように、３層の圧電体層１０と２層の内部電極層２１及び２２とを交互に積層することにより、積層体が構成される。さらに、積層体の側面における所定の位置に、絶縁膜２３が形成される。その後、積層体の周囲に電極材をコートすることにより、側面電極２４及び２５と、下部電極２６及び上部電極２７とが形成される。
【０００５】
ここで、下部電極２６と上部電極２７との間の短絡を解除して、３層の圧電体層１０にそれぞれ電界を印加するために、側面電極２４を下部電極２６から分離し、側面電極２５を上部電極２７から分離する必要がある。従来は、ダイシングソーを用いて、図９Ｂに示す部分Ａ及びＢを除去することにより、電極を分離していた。しかしながら、このような製造方法は、ダイシングという追加の工程が必要となるので煩雑である。
【０００６】
また、別の製造方法として、圧電体層１０上に電極分離用のマスクを形成してアライメントした後に、圧電体層１０上に電極材をコートして、電極分離用のマスクを除去することにより、電極を分離することも考えられる。しかしながら、このような製造方法は、マスクの形成やアライメントという追加の工程が必要となるので煩雑である。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、電極金属膜間のリーク電流が少ない薄膜圧電体素子とその製造方法が開示されている。この薄膜圧電体素子は、互いに対向する第１の面と第２の面とを有する薄膜圧電体と、その第１の面上の第１の電極金属膜と、第２の面上の第２の電極金属膜とからなる単位積層体を少なくとも１つ備え、第１の電極金属膜と第２の電極金属膜との間に、第１の面に平行な薄膜圧電体表面からなる電極分離面が設けられたことを特徴としている。特許文献１の製造方法においては、電極金属膜上にマスクが形成され、そのマスクの外側において薄膜圧電体面が露出するまでドライエッチングが行われるので、工程が複雑となることに変りはない。
【特許文献１】特開２００３−１７９２８１号公報（第１−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、簡単な工程で確実に電極を分離することができる積層型圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような積層型圧電素子を用いた超音波探触子の製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る積層型圧電素子の製造方法は、複数の圧電体層において少なくとも１層の第１の内部電極層と少なくとも１層の第２の内部電極層とを含み、少なくとも１層の第１の内部電極層と少なくとも１層の第２の内部電極層とが圧電体層を挟んで交互に積層される積層体を形成する工程（ａ）と、積層体の第１の側面において、少なくとも１層の第２の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成し、積層体の第１の側面とは異なる第２の側面において、少なくとも１層の第１の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、積層体の第１の側面において、積層体の第１の端部に位置して第１の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置し、積層体の第２の側面において、積層体の第２の端部に位置して第２の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置する工程（ｃ）と、少なくとも積層体の第１及び第２の側面と第１及び第２の端面との上に電極材を形成する工程（ｄ）と、合成樹脂を液体に溶解させてその上の電極材をリフトオフすることにより、少なくとも１層の第１の内部電極層に接続されて少なくとも１層の第２の内部電極層から絶縁された第１の電極と、少なくとも１層の第２の内部電極層に接続されて少なくとも１層の第１の内部電極層から絶縁された第２の電極とを形成する工程（ｅ）とを具備する。
【００１０】
また、本発明の１つの観点に係る超音波探触子の製造方法は、複数の圧電体層において少なくとも１層の第１の内部電極層と少なくとも１層の第２の内部電極層とを含み、少なくとも１層の第１の内部電極層と少なくとも１層の第２の内部電極層とが圧電体層を挟んで交互に積層される積層体を形成する工程（ａ）と、積層体の第１の側面において、少なくとも１層の第２の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成し、積層体の第１の側面とは異なる第２の側面において、少なくとも１層の第１の内部電極層の端部を覆う絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、積層体の第１の側面において、積層体の第１の端部に位置して第１の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置し、積層体の第２の側面において、積層体の第２の端部に位置して第２の内部電極層に隣接する圧電体層の所定の領域に合成樹脂を配置する工程（ｃ）と、少なくとも積層体の第１及び第２の側面と第１及び第２の端面との上に電極材を形成する工程（ｄ）と、合成樹脂を液体に溶解させてその上の電極材をリフトオフすることにより、少なくとも１層の第１の内部電極層に接続されて少なくとも１層の第２の内部電極層から絶縁された第１の電極と、少なくとも１層の第２の内部電極層に接続されて少なくとも１層の第１の内部電極層から絶縁された第２の電極とを形成する工程（ｅ）と、第１及び第２の電極が形成された積層体を所定の長さに切断することにより、複数の振動子を作製する工程（ｆ）と、バッキング材の主面上に、複数の振動子を配置する工程（ｇ）と、複数の振動子上に、少なくとも１層の音響整合層を配置する工程（ｈ）とを具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定の液体に溶解する合成樹脂を積層体上に配置してから電極材を形成し、合成樹脂を液体に溶解させてその上の電極材をリフトオフすることにより、簡単な工程で確実に電極を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法によって製造される積層型圧電素子を示す一部断面斜視図である。
【００１３】
この積層型圧電素子は、複数の圧電体層１０と少なくとも１層の第１の内部電極層１１と少なくとも１層の第２の内部電極層１２とを含む積層体と、内部電極層１２の片方の端部に形成されている絶縁膜１３ａと、内部電極層１１の片方の端部に形成されている絶縁膜１３ｂと、側面電極１４及び１５と、下部電極１６と、上部電極１７とを有している。図１には、３層の圧電体層１０が示されているが、圧電体層は４層以上であっても構わない。圧電体層が５層以上の場合には、積層体が、複数の第１の内部電極層１１と、複数の第２の内部電極層１２とを含むことになる。
【００１４】
ここで、側面電極１４と上部電極１７とは、同時に形成しても良いし、別個に形成しても良い。また、側面電極１５と下部電極１６とは、同時に形成しても良いし、別個に形成しても良い。いずれにしても、側面電極１４及び上部電極１７は、第１の内部電極層１１に接続されて、第２の内部電極層１２から絶縁される。また、側面電極１５及び下部電極１６は、第２の内部電極層１２に接続されて、第１の内部電極層１１から絶縁される。下部電極１６と上部電極１７との間に電圧を印加すると、３層の圧電体層１０にそれぞれ電界が印加され、各圧電体層１０における圧電効果によって、積層型圧電素子が全体として伸縮する。
【００１５】
図１に示す積層型圧電素子は、例えば、底面の一辺（長さＬ、幅Ｗ）が２００μｍ〜１．０ｍｍ程度で、高さＨが３００μｍ〜１．０ｍｍ程度の柱状の構造体である。圧電体層１０は、例えば、１００μｍ程度の厚さを有しており、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を用いて形成されている。
【００１６】
第１の内部電極層１１と第２の内部電極層１２とは、圧電体層１０を挟んで交互に積層されている。第１及び第２の内部電極層１１及び１２の各々は、例えば、１μ〜３μｍ程度の厚さを有しており、１種類の材料によって形成されていても良いし、複数の異なる材料によって形成される多層構造を有していても良い。前者の例においては、白金（Ｐｔ）や銀パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属材料が用いられる。また、後者の例においては、酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いて５０ｎｍ程度の厚さに形成される密着層と、白金（Ｐｔ）を用いて３μｍ程度の厚さに形成される導電層とを含む２層構造が用いられる。
【００１７】
絶縁膜１３ａ及び１３ｂは、エポキシ系、シリコーン系、ウレタンアクリレート系、又は、オキセタン系等の高絶縁性樹脂によって形成される。このような樹脂においては、ヤング率が、例えば、１．３×１０９Ｐａ〜２．０×１０９Ｐａと、ガラス等に比較して非常に小さい。そのため、圧電体層１０が伸縮しようとするときに、絶縁膜１３も圧電体層１０の伸縮（変位）に追随できるので、絶縁膜１３に起因する圧電体層１０の変位の制動は殆どない。
【００１８】
側面電極１４及び１５、下部電極１６、及び、上部電極１７としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）等の内から選択された１種類の材料の電極や、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の２層構造の電極や、ニッケル（Ｎｉ）とチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）の３層構造の電極が用いられる。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｆは、本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。ここでは、３層の圧電体層を有する積層型圧電素子を製造する場合について説明する。
【００２０】
まず、図２Ａに示すように、３層の圧電体層１０と第１の内部電極層１１と第２の内部電極層１２とを積層することにより、積層体を作製する。第１の内部電極層１１と第２の内部電極層１２とは、圧電体層１０を挟んで交互に積層されることになる。この積層体は、例えば、グリーンシート法を用いて作製しても良いし、内部電極層を形成した圧電体のバルク材を積層することにより作製しても良いし、粉体状の材料を下層に向けて高速で吹き付けることにより材料を堆積させるエアロゾルデポジション（ＡＤ）法を用いて作製しても良い。なお、ＡＤ法は、セラミックス膜の形成方法として近年注目されている成膜方法である。
【００２１】
次に、図２Ｂに示すように、積層体の第１の側面（図中左側）において、第２の内部電極層１２の端部を覆う絶縁膜１３ａを形成すると共に、積層体の上記第１の側面とは異なる第２の側面（図中右側）において、第１の内部電極層１１の端部を覆う絶縁膜１３ｂを形成する。ここで、絶縁膜１３ａ及び１３ｂとして、ＵＶ（紫外線）硬化型樹脂を用いることにより、絶縁膜１３ａ及び１３ｂの形成工程を簡単にすることができる。
【００２２】
さらに、図２Ｃに示すように、積層体の第１の側面（図中左側）において、積層体の第１の端部（図中下側）に位置して第１の内部電極層１１に隣接する圧電体層１０の所定の領域に合成樹脂１８ａを配置すると共に、積層体の第２の側面（図中右側）において、積層体の第２の端部（図中上側）に位置して第２の内部電極層１２に隣接する圧電体層１０の所定の領域に合成樹脂１８ｂを配置する。
【００２３】
この合成樹脂は、光硬化型の合成樹脂であって、硬化した際に、積層体や絶縁膜１３ａ及び１３ｂを溶解しない液体に対して溶解性を有する（以下においては、硬化した合成樹脂を溶解する液体を、「溶解液」という）。そのような合成樹脂として、例えば、アクリレート系のＵＶ硬化型樹脂であるケミテック社製のＵ−１４４４Ｋは、硬化した際に水溶性であり、上記の目的に使用することができる。これ以外にも、硬化した際に水又はエタノール等の低級アルコールに溶解するスリーボンド社製のＴＢ３０４６Ｂやアーデル社製のＫＭシリーズのＵＶ硬化型樹脂も使用することができる。そのような合成樹脂を積層体の所定の領域にコートしても良いし、図３に示すようなディスペンサを用いて、液体状態の合成樹脂を積層体の所定の領域に配置しても良い。
【００２４】
図３は、液体状態の合成樹脂を配置するために用いられるディスペンサの構成を示す図である。ここで、ディスペンサ（ディスペンスシステム）とは、液体を定量供給するための装置又はシステムのことであり、液体の供給を制御するための制御装置（コントローラ）及び周辺機器を含んでいる。本実施形態においては、図３に示すように、コントローラ３０と、アダプタチューブ３１と、シリンジ３２と、プランジャ３３と、ノズル３４と、ノズルステージ３５と、試料ステージ３６と、治具３７とを含むディスペンサが用いられる。
【００２５】
コントローラ３０は、ステージの位置及び変位、並びに、ノズルからの液体吐出量（吐出速度）を含むディスペンサ全体の動作を制御する。コントローラ３０は、アダプタチューブ３１を介してシリンジ３２にエアを供給するためのコンプレッサを備えている。シリンジ３２は、液体状態の合成樹脂が注入される容器であり、先端にはノズル３４が取り付けられている。ノズル３４は、内径が、例えば、１００μｍ以下の高精細ノズルである。あるいは、ノズル３４の替わりにニードルを用いても良い。シリンジ３２に、アダプタチューブ３１を介してエアを供給することにより、プランジャ３３がエアの圧力に応じて押し下げられる。それにより、シリンジ３２に充填された液体がノズル３４から吐出する。このノズル３４からの液体吐出量は、シリンジ３２に供給されるエアの圧力によって調節される。
【００２６】
ノズルステージ３５は、シリンジ３２を固定するための治具を備えており、コントローラ３０の制御の下でＸ軸方向に移動する。また、試料ステージ３６は、試料（本実施形態においては、積層体）を固定するための治具３７を備えており、治具３７は、コントローラ３０の制御の下でＹ軸方向に移動する。さらに、この治具３７には、あおり角を調整するための機構が設けられている。
【００２７】
このようなディスペンサにおいて、オペレータが、積層体を、合成樹脂形成面が上を向き、内部電極層１１及び１２がＹ軸と平行になるように、治具３７を用いて試料ステージ３６にセットし、あおり角の調整機構により、合成樹脂形成面が水平になるように調整する。一方、オペレータは、シリンジ３２に液体状態の合成樹脂を注入し、真空中で脱泡を行った後、シリンジ３２をノズルステージ３５にセットする。さらに、オペレータは、顕微鏡で観察しながら、ノズル３４の先端を合成樹脂の塗布開始点に合わせる。
【００２８】
また、オペレータは、コントローラ３０に対して、合成樹脂の塗布開始点、塗布終了点、治具３７の移動速度、積層体の合成樹脂形成面とノズル３４の先端との間隔、及び、合成樹脂の吐出圧力等をプログラムしておく。コントローラ３０の制御の下で、合成樹脂の塗布が開始される。ノズル３４が先端から合成樹脂を吐出しながら、治具３７がＹ方向に移動し、それにより、積層体に液体状態の合成樹脂が塗布される。さらに、合成樹脂の塗布領域に光（例えば、紫外線）が照射される。液体状態の合成樹脂は、光を照射されることにより硬化する。このようにして、図２Ｃに示すように、積層体の第１及び第２の側面の所定の領域上に、合成樹脂１８ａ及び１８ｂがそれぞれ形成される。
【００２９】
その後、図２Ｄに示すように、例えば、スパッタ等の物理的蒸着法によって、積層体の第１及び第２の側面と第１及び第２の端面との上に、電極材１９をコートする。ここで、電極材１９の形成は、２つの側面と２つの端面について連続的に行われても良いし、別個に行われても良い。また、積層体の前面及び背面には電極材が形成されないようにする。
【００３０】
このようにして電極材１９が形成された積層体を、溶解液で満たされた洗浄槽の内部に載置することにより、電極材が形成されていない積層体の前面及び背面から溶解液が合成樹脂１８ａ及び１８ｂに侵入し、合成樹脂１８ａ及び１８ｂが溶解して除去される。これにより、合成樹脂１８ａ及び１８ｂ上に形成された電極材１９がリフトオフされる。その際に、超音波洗浄を併用しても良い。
【００３１】
その結果、図２Ｅに示すように、残った電極材によって、第１の内部電極層１１に接続されて第２の内部電極層１２から絶縁された電極（側面電極１４及び上部電極１７）が形成されると共に、第２の内部電極層１２に接続されて第１の内部電極層１１から絶縁された電極（側面電極１５及び下部電極１６）が形成される。
【００３２】
さらに、図２Ｆに示すように、側面電極１４及び１５、下部電極１６、及び、上部電極１７が形成された積層体を所定の長さに切断することにより、所望のサイズを有する積層型圧電素子が製造される。このような積層型圧電素子は、例えば、超音波探触子における超音波トランスデューサ（圧電振動子）として用いられる。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る超音波探触子の製造方法について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る超音波探触子の製造方法によって製造される超音波探触子の内部構造を模式的に示す斜視図である。この超音波探触子は、被検体に当接して体腔外走査を行う際に、又は、被検体の体腔内に挿入して体腔内走査を行う際に用いられる。
【００３４】
図４に示すように、超音波探触子は、バッキング材１と、バッキング材１上に配置され、超音波を送信及び／又は受信するための複数の超音波トランスデューサ（圧電振動子）２と、振動子間における干渉を低減し、振動子の横方向の振動を抑えて振動子が縦方向のみに振動するようにするために、複数の振動子２の間や周囲に充填されたエポキシ樹脂等の充填材３と、振動子２上に設けられた少なくとも１層の音響整合層（図４においては、２層の音響整合層４ａ及び４ｂを示す）と、必要に応じて音響整合層上に設けられる音響レンズ５とを有している。本実施形態においては、アジマス方向（Ｘ軸方向）に並べられた複数の振動子２が、１次元振動子アレイを構成している。
【００３５】
図５は、図４に示す超音波探触子において用いられる振動子を示す斜視図である。振動子２は、ＰＺＴ等によって形成されている複数の圧電体層２ａと、複数の圧電体層２ａの間に交互に挿入された第１の内部電極層２ｂ及び第２の内部電極層２ｃと、絶縁膜２ｄと、側面電極２ｅ及び２ｆと、下部電極２ｇと、上部電極２ｈとを含んでおり、積層構造を有している。
【００３６】
ここで、側面電極２ｆ及び上部電極２ｈは、第１の内部電極層２ｂに接続されていると共に、第２の内部電極層２ｃから絶縁されている。また、側面電極２ｅ及び下部電極２ｇは、第２の内部電極層２ｃに接続されていると共に、第１の内部電極層２ｂから絶縁されている。複数の電極をこのように形成することにより、３層の圧電体に電界を印加するための３組の電極が並列に接続される。
【００３７】
このような積層型圧電振動子においては、対向する電極の面積が単層型圧電振動子よりも増加するので、電気的インピーダンスが低下する。従って、同じサイズの単層型圧電振動子と比較して、印加される電圧に対して効率良く動作する。具体的には、圧電体層をＮ層とすると、圧電体層の数は単層型圧電振動子のＮ倍となり、各圧電体層の厚さは単層型圧電振動子の１／Ｎ倍となるので、振動子の電気インピーダンスは１／Ｎ２倍となる。従って、圧電体層の積層数を増減させることにより、振動子の電気的インピーダンスを調整できるので、駆動回路又は信号ケーブルとの電気的インピーダンスマッチングを図り易くなり、感度を向上させることができる。
【００３８】
図６は、図４に示す超音波探触子の製造方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、先に説明した本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法に従って、複数の振動子２を作製する。次に、ステップＳ２において、バッキング材１の主面上に、複数の振動子２を配置する。複数の振動子２の間には、充填材３が充填される。
【００３９】
通常、複数の振動子の上部電極２ｈは、接地電位（ＧＮＤ）となる共通電極に接続される。また、複数の振動子の下部電極２ｇは、例えば、バッキング材１の前面及び背面に配置される２枚のＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）に形成されたプリント配線を介してケーブル（シールドケーブル）に接続され、さらに、ケーブルを介して超音波診断装置本体内の電子回路に接続される。
【００４０】
さらに、ステップＳ３において、複数の振動子２上に、少なくとも１層の音響整合層（図４においては、２層の音響整合層４ａ及び４ｂ）を配置する。ここで、音響整合層４ａの下面に共通電極を形成しておいても良い。以上により、図４に示す超音波探触子が製造される。
【００４１】
図７は、図４に示す超音波探触子の変形例を示す平面図である。図７においては、振動子の配列を示すために、音響整合層と、音響レンズとが省略されている。この超音波探触子は、被検体に当接して体腔外走査を行う際に、又は、被検体の体腔内に挿入して体腔内走査を行う際に用いられる。
【００４２】
図７に示すように、超音波探触子は、バッキング材１と、バッキング材１上に配置された複数の超音波トランスデューサ（圧電振動子）６と、複数の振動子６の間や周囲に充填されたエポキシ樹脂等の充填材３とを有している。さらに、図４に示すのと同様に、超音波探触子は、振動子６上に設けられた少なくとも１層の音響整合層と、必要に応じて音響整合層上に設けられる音響レンズとを有している。本実施形態においては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に並べられた複数の振動子６が、２次元振動子アレイを構成している。
【００４３】
図８は、図７に示す超音波探触子において用いられる振動子を示す斜視図である。振動子６は、ＰＺＴ等によって形成されている複数の圧電体層６ａと、複数の圧電体層６ａの間に交互に挿入された第１の内部電極層６ｂ及び第２の内部電極層６ｃと、絶縁膜６ｄと、側面電極６ｅ及び６ｆと、下部電極６ｇと、上部電極６ｈとを含んでおり、積層構造を有している。
【００４４】
ここで、側面電極６ｅ及び上部電極６ｈは、第１の内部電極層６ｂに接続されていると共に、第２の内部電極層６ｃから絶縁されている。また、側面電極６ｆ及び下部電極６ｇは、第２の内部電極層６ｃに接続されていると共に、第１の内部電極層６ｂから絶縁されている。複数の電極をこのように形成することにより、３層の圧電体に電界を印加するための３組の電極が並列に接続される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、超音波トランスデューサや圧電アクチュエータ等として利用される積層構造を有する圧電素子（積層型圧電素子）の製造において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法によって製造される積層型圧電素子を示す一部断面斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態に係る積層型圧電素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図３】液体状態の合成樹脂を配置するために用いられるディスペンサの構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の製造方法によって製造される超音波探触子の内部構造を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４に示す超音波探触子において用いられる振動子を示す斜視図である。
【図６】図４に示す超音波探触子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】図４に示す超音波探触子の変形例を示す平面図である。
【図８】図７に示す超音波探触子において用いられる振動子を示す斜視図である。
【図９Ａ】従来の積層型圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図９Ｂ】従来の積層型圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  バッキング材
２、６  超音波トランスデューサ（圧電振動子）
２ａ、６ａ  圧電体層
２ｂ、６ｂ  第１の内部電極層
２ｃ、６ｃ  第２の内部電極層
２ｄ、６ｄ  絶縁膜
２ｅ、２ｆ、６ｅ、６ｆ  側面電極
２ｇ、６ｇ  下部電極
２ｈ、６ｈ  上部電極
３  充填材
４ａ、４ｂ  音響整合層
５  音響レンズ
１０  圧電体層
１１  第１の内部電極層
１２  第２の内部電極層
１３ａ、１３ｂ  絶縁膜
１４、１５  側面電極
１６  下部電極
１７  上部電極
１８ａ、１８ｂ  合成樹脂
１９  電極材
３０  コントローラ
３１  アダプタチューブ
３２  シリンジ
３３  プランジャ
３４  ノズル
３５  ノズルステージ
３６  試料ステージ
３７  治具
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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