JP2006345148A - 超音波探触子とその製造方法、及び超音波診断装置並びに超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 共通電極層を切断することなく音響整合層のみを確実に分割できる超音波探触子の製造方法、及び該方法により製造された超音波探触子を提供する。
【解決手段】 音響整合層１２が接合される共通電極層１６の表面の延長部に高さ計測部１９を形成し、音響整合層１２接合後に高さ計測部１９の高さを計測してその計測結果を基に音響整合層１２を分割する分割手段の切り込み深さを制御する。共通電極層１６が接合される圧電体１１または他の音響整合層１６ｂの表面の延長部分に当該圧電体１１または当該他の音響整合層１６ｂの表面の高さを計測する第２の高さ計測部１９ａをさらに形成し、双方の高さ計測部１９、１９ａにおける高さ計測結果を基に前記分割手段の切り込み深さを制御してもよい。音響接合層１２、共通電極層１６の接合前に全ての高さ計測部１９、１９ａはマスキング材１８、１８ａで保護されることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、診断、治療などの医療分野や、非破壊検査などの工業分野で利用される超音波探触子とその製造方法、及び当該超音波探触子を用いた超音波診断装置並びに超音波探傷装置に関する。

超音波診断装置、超音波探傷装置は、超音波を被検体や被検物（以下、この両者を併せて「被検物」という。）内に発信し、特定の部位で反射されるエコー信号を検出してその状況をモニタに表示し、被検物の診断、欠陥検出に必要な情報を提供する。この際、超音波診断装置及び超音波探傷装置は、超音波の送信と、反射されるエコー信号の受信のために超音波探触子を使用している。

図７は、このような超音波探触子の一例を示している。図において、超音波探触子１０は、超音波を送受信する複数個配列された圧電体１１と、圧電体１１の被検物側の前面（図の上方）に設けられる２層からなる音響整合層１２（１２ａ、１２ｂ）と、音響整合層１２の被検物側の表面に設けられる音響レンズ１３と、圧電体１１に対して音響整合層１２の反対側となる背面に設けられる保持部材１４とから構成されている。圧電体１１の前面・背面には、それぞれ図示しない電極層が配置され、圧電体１１との間で電気信号の送受信を行う。

この内、圧電体１１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミック、単結晶、あるいは前記材料と高分子を複合した複合圧電体などによって形成され、電圧を超音波に変換して被検物内に送信し、あるいは被検物内で反射したエコーを電気信号に変換して受信する。図示の例では、Ｘ方向に沿って複数の圧電体１１が配列されている。このような圧電体１１の複数個配列は、電子的に超音波を走査して偏向あるいは集束することができ、いわゆる電子走査を可能とする。

音響整合層１２は、超音波を効率よく被検物内に送受信するために設けられ、例えばエポキシ樹脂などの有機材料やガラス、グラファイトなどの無機材料などから構成される。図示の例では２層の音響整合層１２ａ、１２ｂが設けられているが、これは１層であっても３層以上であってもよい。圧電体１１（電極を含む）とこれに対応した音響整合層１２は圧電振動子を構成する。

音響レンズ１３は、診断画像の分解能を高めるために超音波ビームを絞る役割を果たす。図示の例ではＹ方向に沿って凸状となるかまぼこ型に形成され、Ｙ方向に超音波ビームを絞る。音響レンズ１３はオプション要素であり、必要に応じて設けられる。

また、保持部材１４は、超音波探触子の構成要素である例えばフェライトゴムなどから成り、複数の圧電体１１の配列を保持する。また、圧電体１１の下面から放射される不要な超音波を吸収減衰させるための保持部材であってもよく、例えば仮固着テープや仮止め剤など作成工程中に一時的に圧電体１１を保持しておくものであっても良い。なお、本明細書では、図７のＸ方向を「走査方向」、Ｙ方向を「スライス方向」、Ｚ方向を「（圧電体の）厚さ方向」とも呼ぶこともある。

図７に示すような、圧電体１１を走査方向１列に配列した１次元アレイの超音波探触子１０に対し、近年では走査方向に直交するスライス方向にも圧電体１１を配列した２次元アレイ超音波探触子が見られる。この２次元アレイ超音波探触子を利用し、前記走査方向に加えてスライス方向にもダイナミックフォーカスなどの手法を用いることで超音波画像の画質を向上させたり、あるいは電子的な制御によって超音波ビームを３次元に走査し３次元超音波画像を作成したりする装置が開発されている。

２次元アレイ超音波探触子において所望の超音波ビームを形成し、それを３次元に走査するには、各圧電振動子が個別に振動することが重要となる。そのため、各圧電振動子を個別に駆動するための個別の信号線と接続する駆動電極が、圧電振動子ごとに分割して設けられている。しかしながら、この駆動電極に対応して設けられる接地電極については、同じように圧電振動子ごとに分割して個別に接地線まで取り回すことはスペース的に極めて困難である。このため、分割することなく共通電極として圧電体１１と音響整合層１２の間に設けることが一般的である。

図７に示す超音波探触子１０では、音響整合層１２が複数の圧電体１１に対して一体に形成されているが、例えばダイシングソーなどの分割手段を用いて音響整合層１２を各圧電体１１に対応して分割することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。音響整合層１２をこのように分割することで隣接する圧電振動子間での音響的な結合を遮断し、超音波探触子の指向性を広くする効果を狙ったものである。しかしながら、このように音響整合層１２を分割しようとすると、上述したように圧電体１１と音響整合層１２の境界に配置される接地電極までも同時に分割してしまうリスクが生じる。

誤って接地電極を完全に分割してしまった場合、当然ながら分割した接地電極に対応する圧電振動子が駆動できなくなる。完全に分割しないまでも、不完全な接続状態に陥った場合においても安定した駆動信号が供給できなくなり、超音波ビーム形成や超音波ビーム走査などの超音波探触子の性能を劣化させる原因となる。このような事態に対処するため、従来技術では、接地電極を分割することなく、共通接地を損なわない製造方法の提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。

図８（ａ）〜（ｃ）は、前記特許文献２に開示された超音波探触子の製造手順を示している。図８（ｃ）に示す超音波探触子は、圧電体１１の音響放射面上に音響整合層１２を設けた圧電振動子２０から構成され、圧電体１１と音響整合層１２の間に接地用の共通電極層１６を形成している。また、圧電体１１の上下両面には、例えば焼付け銀や金スパッタ、金メッキなどの導電性材料からなる電極層１７ａ、１７ｂが各々設けられており、上側の電極層１７ａが共通電極層１６と、下側の電極層１７ｂは図示しない駆動用電気端子とそれぞれ接続され、これらは図示しない超音波診断装置あるいは超音波探傷装置の本体側につながっている。

特許文献２に開示された製造手順によれば、まず図８（ａ）において、音響整合層１２の一方の表面に共通電極層１６が形成される。この共通電極層１６は、隣接する圧電振動子２０相互間の間隙となる部分が他の部分よりも厚く形成されている。次に、図８（ｂ）において、圧電体１１を音響整合層１２に接着する。この際、共通電極層１６の厚い部分と薄い部分のパターンが圧電体１１の配列を反映したものであることから、共通電極層１６の薄くなっている部分に圧電体１１の一方の電極層１７ａを埋め込むようにして加圧接着する。

次に図８（ｃ）において、音響整合層１２を上からダイシングソーなどの分割手段で切断し、音響整合層１２を各圧電体１１に対応した複数の音響整合層１２に分割することで圧電振動子２０の配列が形成される。この際、分割する溝の幅を共通電極層１６の厚い部分の幅よりも狭くして、分割する位置を共通電極層１６の厚い部分の中央に設定する。こうすることによって、ダイシングソーを共通電極層１６の前記厚い部分まで追い込んで切断することができ、音響整合層１２を確実に分割できると共に、共通電極層１６を切らずに残した共通接地電極１６として形成することができる。このようにして分割された後の２次元アレイ超音波探触子２２の概要は、図９に示される。
特開平９―２３８３９９号公報 特開２００２−１８６６１７号公報

しかしながら、上述した従来技術による超音波探触子の製造方法には未だ改善の余地があった。まず、不均一厚さの共通電極層１６を作るために余分な工数が必要とされている。共通電極層１６は、箔状の薄板、あるいは音響整合層１２への金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどにより形成される。この際、共通電極層１６に対して図８（ａ）に示すような厚さの変化を設ける場合、薄板状の共通電極層１６を研磨などの追加工により部分的に板厚を薄くするか、あるいは蒸着やスパッタリングの際にパターン化したマスキングを使用して部分的に厚さの薄い部分を設けるなどの手間が必要とされる。

また、圧電体１１をこの共通電極層１６に接合する際、圧電体１１をパターン化された薄い部分に正確に位置合わせした上で接着する必要があるが、２次元（１次元の場合も同様）に展開する多数の微細な圧電体１１の配列すべてを、このように正確に位置合わせするには困難を伴う。僅かでも圧電体１１に位置ずれが生じて共通電極層１６の厚い部分にこれが重ってしまうと接合不良の原因となり、電極層１７ａと共通電極層１６との導通不良や圧電振動子２０の破損の可能性も生ずるものとなる。

さらには、たとえ圧電体１１を全て所定の位置に正確に接合し得たとしても、ダイシングソーによる音響整合層１２の切断時に、共通電極層１６の厚い部分の中央に正しくダイシングソーの切り込みを入れ、しかも所定の深さまで正確に切り込むことが極めて重要となるが、このためには分割手段の精緻な位置制御が必要となる。切り込み位置が少しでもずれた場合には隣接する圧電体間をつなぐ共通電極層１６の部分が切断され、あるいは切り込みが過剰であっても同様に切断の危険があり、逆に切り込みが少なすぎれば音響整合層１２の分割が不十分となる。各構成要素のばらつきなどを考慮して確実な音響整合層１２の分割をしようとすれば、いきおい切り込み量が過剰となり易く、共通電極層１６を切断するリスクが高まる。

以上より、本発明は上述したような従来技術にある問題を解決するためになされたもので、圧電体の正確な位置合わせを必要とせず、簡便な方法で音響整合層のみを確実に分割し、共通電極を形成することができる超音波探触子の製造方法と、その製造方法によって作成された性能劣化の恐れのない超音波探触子、およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置および超音波探傷装置を提供することを目的としている。

本発明は、音響整合層が接合される共通電極層の表面上に当該表面の高さを計測するための高さ計測部を設け、前記音響整合層の接合後に前記高さ計測部の高さを計測し、当該計測結果を基に各圧電体に対応して音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御することによって上述した問題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明にかかる１つの態様は、被検物の表面に押し当てて超音波の送受信を行う超音波探触子を製造する方法であって、音響整合層が接合される側の共通電極層の表面上に当該表面の高さを計測するための高さ計測部を設け、前記音響整合層の接合後に前記高さ計測部の高さを計測し、当該計測結果を基に各圧電体に対応して音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御することを特徴とする製造方法に関する。

前記共通電極層が接合される側の圧電体の電極層表面上、または前記音響整合層と前記圧電体の間に第２の音響整合層が設けられている場合には前記音響整合層が接合される側にある当該第２の音響整合層の表面上に、当該圧電体の電極層表面の高さまたは当該第２の音響整合層の表面の高さを計測する第２の高さ計測部をさらに設け、前記音響整合層の接着後に前記第２の高さ計測部の高さをさらに計測し、前記高さ計測部及び当該第２の高さ計測部の双方における計測結果を基に各圧電体に対応して音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御することができる。

前記音響接合層または共通電極層が接合される前に、前記全ての高さ計測部にマスキング材を取り付け、前記計測をする直前に当該マスキングを取り除くステップを含むことができる。

本発明にかかる他の態様は、被検物との間で超音波を送受信する複数の圧電体と、前記圧電体の被検物側に設けられる共通電極層と、前記共通電極層の被検物側に設けられる音響整合層とを備える超音波探触子を製造する方法であって、前記複数の圧電体の被検物側にある電極層の表面に前記共通電極層を接合し、前記複数の圧電体の配列方向に沿う前記共通電極層の被検物側面上の少なくとも１つの軸のいずれか一方または双方の端部に第１の高さ計測部を設け、前記共通電極層の被検物側の面上で前記第１の高さ計測部に干渉しない位置に前記音響整合層を接合し、前記音響整合層の接合後に前記第１の高さ計測部の高さを計測し、前記計測結果に基づいて、前記各圧電体に対応して前記音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御する、各ステップを含むことを特徴とする製造方法に関する。

前記音響整合層と前記圧電体の間に第２の音響整合層が設けられている場合、前記共通電極層を接合するステップでは、当該共通電極層は前記第２の音響整合層の被検体側の表面に接合される。

前記第１の高さ計測部を形成するステップに加え、前記第１の高さ計測部に対応して前記圧電体の電極層の表面上に第２の高さ計測部を設けるステップをさらに加えることができ、この場合、前記第１の高さ計測部の高さを計測するステップでは前記第１及び第２の双方の高さ計測部の高さを計測し、前記分割手段の切り込み深さを制御するステップでは、前記第１及び第２の双方の高さ計測部における計測結果に基づいて当該切り込み深さを制御することができる。この際、前記音響整合層と前記圧電体の間に第２の音響整合層が設けられている場合には、前記第２の高さ計測部は前記第２の音響整合層の被検物側の表面上に設けられる。

前記計測部の高さを測定するステップでは、前記音響整合層を分割するための分割手段を用いて直接高さを測定することができる。

前記音響整合層を分割するステップでは、被検物側から前記音響整合層に切り込んで音響整合層を分割する際の分割手段の切り込み深さを前記第１の高さ計測部の高さにほぼ等しくすることができ、また、第２の高さ計測部の高さが計測される場合においては、前記切り込み深さは第１の高さ計測部の高さよりも深く、第２の高さ計測部の高さよりも浅くすることができる。

前記超音波探触子が２次元アレイに形成されている場合、前記複数の圧電体が配列される直交する２方向に沿う前記共通電極層の被検物側面上の２軸の各軸いずれか一方または双方の端部に第１の高さ計測部が設けられていることが好ましい。また、これら第１の高さ計測部に対応した位置に、前記第２の高さ計測部がさらに形成されることが好ましい。

本発明にかかる他の態様は、被検物等との間で超音波を送受信する複数の圧電体と、前記圧電体の被検物側に設けられる共通電極層と、前記共通電極層の被検物側に設けられる音響整合層とを備える超音波探触子であって、上述したいずれかの製造方法により製造されることを特徴とする超音波探触子に関する。

本発明にかかるさらに他の態様は、前記超音波探触子を利用する超音波診断装置、または超音波探傷装置に関する。

本発明にかかる超音波探触子の製造方法の実施により、音響整合層を確実に分割することが可能となり、指向性の広い超音波探触子の製造が可能になると共に、誤って共通電極層まで分割することが回避される結果、常に安定した駆動状態ならびに受信状態を維持でき、感度がばらつくなどの特性劣化が生じることのない超音波探触子の製造が可能になる。

また、本発明にかかる製造方法により製造された超音波探触子は、上述したような特性を備える結果、当該超音波探触子を利用する超音波診断装置、超音波探傷装置では、正確な診断、非破壊検査を実施することが可能となる。

以下、本発明にかかる第１の実施の形態の超音波探触子の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の各説明において、従来技術で説明したものと同一の構成要素に対しては同一の符号を付するものとし、以下では従来技術との相違点を主に説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態にかかる超音波探触子の製造方法を示しており、以下、図面に基づいて本製造方法の各手順を説明する。

まず、図１（ａ）において、上下面に電極層１７ａ、１７ｂをそれぞれ形成した圧電体１１が、保持部材１４に固着されている。図は一方の側面から見ており、１次元アレイの場合は圧電体１１がこのような配置となるが、２次元アレイの場合には図面に垂直な方向においても同様にして圧電体１１が配列されている。圧電体１１の下側の電極層１７ｂには図示しない個別の駆動用電気端子がそれぞれ接続されており、保持部材１４内を貫通して超音波診断装置、または超音波探傷装置の本体側につながっている。隣接する圧電体１１相互間には一定の間隙（例えば、数十μｍ）が設けられ、相互間の音響的な結合、いわゆるクロストークが遮断される。

複数の圧電体１１の上面には共通電極層１６が配置され、例えば導電性接着剤などにより固着される。共通電極層１６は、例えば銅箔などの金属薄膜とポリイミドなどの樹脂とが一体となった樹脂付き銅箔などからなり、各圧電体１１上面にある電極層１７ａを電気的に共通接続させている。共通電極層１６の厚さは、一般に数十μｍである。圧電体１１の配列の両端側に位置する共通電極層１６の上面であって、後に高さ測定部とされる部分には、マスキング材１８が取り付けられている。このマスキング材１８は、例えばポリ四フッ化エチレン・テープやポリイミド・テープなどのテープ類、あるいは後から除去可能な仮止め用接着剤などが使用可能であり、共通電極層１６の表面を覆い隠す役割を果たす。図示の例では左右方向の１軸両端に一対のマスキング材１８が配置されているが、２次元アレイの場合には図面に垂直な方向の１軸両端にも同様に一対のマスキング材１８が配置されることが望ましい。

次に図１（ｂ）に移り、共通電極層１６の両端にあるマスキング材１８の間に音響整合層１２が配置され、例えば接着剤を利用して加圧接着される。この加圧接着の際、余分な接着剤が共通電極層１６の上面に流れ出ることがある。しかしながら、マスキング材１８が配置されているため、接着剤がマスキング材１８に付着することはあってもマスキング材１８に覆われた共通電極層１６の表面部分に接着剤が付着することはない。

次に、図１（ｃ）において、マスキング材１８が除去され、共通電極層１６の表面の高さ計測部１９が露出する。マスキング材１８の作用により、上述したように高さ計測部１９には接着剤などの付着がなく、共通電極層１６自身の表面が露呈している。この高さ計測部１９に高さ確認手段２１が当接し、共通電極層１６の表面高さが計測される。

超音波探触子１０の製造に当っては、事前に使用するすべての部材の厚みを測定しておくのが常であり、その測定値から共通電極層１６の表面の高さを算出することは不可能ではない。しかしながら、音響整合層１２が加圧接着される際、例えば保持部材１４が変形するなど超音波探触子１０を構成する各層の厚みに変化が生ずることがある。その他にも共通電極層１６の厚さのばらつきなど各要素の寸法のばらつきや傾斜などに起因し、実際の高さは上述した各部材の厚さ測定結果に基づいて算出される高さからは外れる可能性が高い。従って加圧接着工程以降の共通電極層１６の表面高さを実測し、これを音響整合層１２の分割加工に生かすことが有効である。

その際、あらかじめマスキング材１８によって接着剤などの異物の付着を防止し、共通電極層１６の表面が計測可能となるよう高さ計測部１９を形成しておくことは、正確な高さ測定を行う上で重要である。高さ計測部１９の形成は、マスキング材１８で保護した表面からマスキング材１８を除去して露出させるという手法により、製造工数の増加を最小限に抑えつつ、簡便でありながら確実な形成を可能とする。高さ確認手段２１は、定盤などの予め定められた基準面を基にして較正されたハイトゲージなどを利用することができ、正確な高さ計測が可能である。

なお、図１（ｃ）では左側の高さ計測部１９にのみ高さ確認手段２１を表示しているが、右側に位置する高さ計測部１９も同様に計測することで共通電極層１６の傾斜が確認できる点で好ましい。但し、一方の高さ計測部１９のみの計測結果を用いることであっても従来技術に比べてはるかに正確度を高められる。さらに２次元アレイの場合には、これと直交する図面に垂直な方向に設けられた図示しない高さ計測部においても同様に計測することが好ましく、この場合においても２箇所で計測することがより好ましい。

次に図１（ｄ）において、図１（ｃ）の段階で測定した高さに対応して、例えばダイシングソーなどの分割手段の加工高さ（切り込み深さ）を制御し、音響整合層１２の分割加工を実施する。この際、左右の高さ計測部１９の間で共通電極層１６に傾きが認められた場合には、その傾きに応じてダイシングソーの加工位置ごとに補正が加えられる。これは２次元アレイにおいて４箇所の測定位置での傾きが認められたときも同様である。このような共通電極層１６の実測値に基づく分割手段の制御により、共通電極層１６を分割することなく、音響整合層１２のみを確実に分割することが可能となる。

加工時におけるダイシングソーなどの分割手段の切り込み深さは、基本的に高さ計測部１９の計測高さ（左右の傾斜による補正を含む）と一致させることで、音響整合層１２のみを分割させ、共通電極層１６を完全に残すことができる。しかしながら、分割手段の加工高さ精度なども考慮した場合、計測した共通電極層１６の表面高さより若干低く（切り込みを深く）設定し、多少共通電極層１６に加工筋が入る程度の方が好ましい。これによって、音響整合層１２のより確実な分割が得られ、隣接する圧電振動子２０の間での音響的な結合が排除された配列が形成される。

図１（ｃ）に示す段階において、高さ確認手段２１の代替として、例えばダイシングソーにおけるダイシングブレードなど、分割手段として実際に用いる加工ツールを使用し、高さ計測部１９に直接加工ツールを接触させて高さを計測した後、図１（ｄ）の分割加工へそのまま移行させることもできる。これにより、高さ計測時における誤差や分割手段の加工高さ精度の影響が排除され、より確実な分割加工が実施できるようになる。

なお、高さ計測部１９は、上述した高さ計測目的のみではなく、加工ツールの基準高さを確認したり、加工溝幅を確認するための試し切り部として利用したりすることも可能であり、正確な分割加工を行うために有効利用することができる。

本実施の形態では、圧電体１１の電極層１７ａの表面に共通電極層１６を設けた構成について説明したが、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、音響整合層１２を２層（１２ａ、１２ｂ）とし、１層目の音響整合層１２ａの材料に例えばグラファイトのような導電性を有する材料を用いて圧電体１１上面の電極層１７ａと電気的に接続させながら固着させ、その音響整合層１２ａと被検物側にある他の音響整合層１２ｂとの間に共通電極層１６を配置する構成も存在している。この場合にあっても、同様に共通電極層１６の上面に高さ計測部１９を形成するようにマスキング材１８を配置することで、同様の効果を得ることができる。

本実施の形態における他の態様として、マスキング材１８を使用せず、他の方策によって高さ計測部１９を保護することが可能である。マスキング材１８の利用は、高さ計測部１９に異物などが付着し、これによる高さ計測時の障害を回避することを目的としている。中でも、音響整合層１２を共通電極層４に接着する際に流れ出る接着剤の付着を防ぐことが主目的である。一般に音響整合層１２の接合には熱硬化型の接着剤が利用されるが、これが加熱時に一時的に流動化し、高さ計測部１９に流れ出るリスクが存在している。したがって、このような接着材の流動化が回避できればマスキング材１８を不要とし得る。

このための１つの態様としては、流動化しにくい接着剤の利用がある。具体的には、加熱時においても一定の粘性が確保できる接着材を利用することであり、その外にも、例えばフィルム状に形成された接着材を音響整合層上に配置して利用することでも接着材の流出は防ぎ得る。さらに他の態様としては、共通電極層１６の周囲（音響整合層１２が接着される位置よりも外側の周囲）に溝または凸状の囲いを設け、接着剤の流出をくい止めることで、前記囲いの外部にある高さ計測部１９への接着剤付着を回避することができる。いずれの態様にせよ、高さ計測部１９への接着剤のはみ出しが回避されれば、マスキング材１８を使用することなく、後は先の態様で説明したものと全く同様にして共通電極層１６の高さを計測し、音響整合層１２の正確な分割が可能となる。

次に、本発明にかかる第２の実施の形態の超音波探触子の製造方法につき、図面を参照して説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態にかかる超音波探触子の製造方法を示しており、両図はそれぞれ図１（ｂ）、（ｃ）に示す段階の手順に対応している。

図３（ａ）において、超音波探触子１０の基本的構成は先の実施の形態と同様であり、一対の電極層１７（１７ａ、１７ｂ）を配した圧電体１１が保持部材１４上に配列され、圧電体１１の上には共通電極層１６が接合されてさらにその上に音響整合層１２が載置されている。本実施の形態では、マスキング材１８が共通電極層１６の上に取り付けられることに加え、共通電極層１６が接合される圧電体１１表面の電極層１７ａの上にマスキング材１８ａが取り付けられている。この状態で音響整合層１２が加圧され、例えば導電性接着剤を用いて共通電極層１６上に接着される。

次に、図３（ｂ）において、全てのマスキング材１８、１８ａが除去され、共通電極層１６の表面上に第１の高さ計測部１９が、圧電体１１の電極層１７ａ表面上に第２の高さ計測部１９ａがそれぞれ露出する。マスキング材１８、１８ａの作用により、接着時に流れ出た接着剤は、マスキング材１８、１８ａに付着することはあってもその下にある共通電極層１６および圧電体１１の電極層１７ａに付着することはなく、共通電極層１６及び電極層１７ａの各表面自身が露呈している。

この電極層１７ａ表面及び共通電極層１６の表面に形成された第１及び第２の高さ計測部１９、１９ａの高さが、図３（ｂ）に示すように例えばハイトゲージなどの高さ計測手段２１を用いて計測される。続いて、計測された高さを基に、例えばダイシングソーなどの分割加工装置の加工高さ（切り込み深さ）を設定して音響整合層１２を分割し、圧電振動子２０の配列を形成する。図３（ｂ）では、高さ計測手段２１による計測を左側のみに表示しているが、図の右側においても同様に計測することが好ましい。

共通電極層１６単体での厚さを事前に測定しておくことにより、例えば共通電極層４の第１の高さ計測部１９における高さが把握されれば、第２の高さ計測部１９ａの高さも換算可能ではある。しかしながら、接着工程の段階で共通電極層１６が加熱、加圧され、また、共通電極層１６の厚さのばらつきもあって、事前の測定値がそのまま使用できるとは限らない。特に音響整合層１２を分割した後、さらに深く分割手段を切り込んで共通電極層１６にも部分的に切り込みを入れるような場合には、電極層１７ａ側にある第２の高さ測定部１９ａの高さを計測しておくことがその切り込みの限界を知る上で有用である。

共通電極層１６が一体に連結されることによる隣接振動子２０間の音響的な結合を抑え、指向性を改善するためには、音響整合層１２のみならず、共通電極層１６の接続部分も極力薄くしておく方が好ましい。特に共通電極層１６としてポリイミドなどの樹脂と一体となった樹脂付き銅箔などが用いられる場合、銅箔部分のみを残して樹脂部分を分割することがより好ましい。このような場合、共通電極層１６の高さに加えて圧電体１１の電極１７ｂの高さも計測しておけば、計測した２つの高さの間で分割手段の最適な切り込み量を任意選択することが可能となり、共通電極層１６の切断を回避しつつ圧電振動子２０相互間のクロストークを最小とする超音波探触子１０を得ることができる。

左右２箇所、さらには２次元アレイであればこれと直交する方向の２箇所での高さ測定をすることで、測定部の傾きによる補正が可能となってより高精度の高さ制御が可能となることは、先の実施の形態と同様である。

なお、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態においても音響整合層１２を２層（１２ａ、１２ｂ）にする構成である場合、１層目の音響整合層１２ａの上面と共通電極層１６表面との双方に第１及び第２の高さ計測部１９、１９ａを形成するようマスキング材１８、１８ａを配置することができる。

以上、本発明にかかる各実施の形態の超音波探触子の製造方法について説明してきたが、これらの製造方法で作成した超音波探触子は、音響整合層の分割が確実で広い指向性が得られ、かつ共通電極層の接続状態が良好で常に確実な導通が確保できる。このため、安定した駆動状態ならびに受信状態が維持されて感度がばらつくなどの特性劣化が生じることなく、安定した特性を維持することができる。本発明は、上述した各実施の形態にかかる製造方法により製造された超音波探触子をも包含している。当該超音波探蝕子によれば、音響整合層が確実に分割されており、さらに分割を共通電極層まで切り込んでいる場合には、各共通電極層の切り込み深さが均一に形成されるという特徴を有する。

また、本超音波探触子によれば、高さ計測部が、音響整合層のない、あるいは少なくとも音響整合層の１層は存在しない箇所となり、信号の送受信に最も関係のない圧電体の最外周部分位置している。したがって、音響的あるいは電気的なクロストークが発生して最外周部分の圧電体が駆動されてしまうようなことがたったとしても、高さ計測部が形成されていることによって不要な音の発生が抑制される、という効果が得られる。

本発明はさらに、本発明にかかる製造方法により製造された超音波探触子を使用する超音波診断装置、及び超音波探傷装置をも包含している。図５は、超音波診断装置の概要を示している。図において、超音波診断装置５０は、各実施の形態で説明した超音波探触子１０が診断装置本体３０とケーブル２５を介して電気的に接続されている。超音波探触子１０は被検物１５の表面に当てられ、診断装置本体３０から超音波探触子１０に電圧パルスの駆動信号が送られる。この駆動信号は、超音波探触子１０の電極１７（図１参照）を介して圧電体１１に伝えられ、超音波に変換される。被検物１５に送波された超音波は体内で反射され、反射エコーの一部が圧電体１１で受信される。ここで反射波は電気信号に変換され、超音波診断装置本体３０に入力される。入力された受信信号は、超音波診断装置本体３０にて信号処理され、例えば断層画像としてＣＲＴなどの表示装置３５に出力される。

また、図６には、超音波探傷装置の概要を示している。図において、超音波探傷装置６０は、探傷装置本体４０と、ケーブル２５を介してこれと電気的に接続された超音波探触子１０とを備えており、超音波探触子１０は、各実施の形態にかかる超音波探触子の構成を備えている。ここにおいても同様に、超音波探触子１０が被検物１５の表面に当てられ、探傷装置本体４０から超音波探触子１０に電気パルスの駆動信号が送信される。この駆動信号が超音波に変換されて、被検物１５に送波され、被検物１５の内部の傷や欠陥で反射されて反射波の一部が超音波探触子１０で受波される。これが電気信号（受信信号）に変換されて探傷装置本体４０に入力される。入力された受信信号は、探傷装置本体４０にて信号処理され、例えば断層画像としてＣＲＴなどの表示装置３５に表示される。

このように、各実施の形態で述べた製造方法により製造された超音波探触子を使用することで、超音波の送受信の指向性、安定性が良好であるという長所が発揮され、精度の高い診断ないし非破壊検査を実施することができる。

なお、明細書中にも触れているが、本発明にかかる超音波探触子の製造方法は、圧電振動子が一定方向に配列される形式の１次元アレイ超音波振動子と、前記一定方向に加えてこれと直交する方向にも圧電振動子が配列される形式の２次元アレイ超音波振動子のいずれにも適用が可能である。そして本発明にかかる製造方法により製造される超音波探触子は、この１次元アレイ、２次元アレイの両超音波探索子を包含している。

本発明にかかる超音波探触子は、人体などの被検体の超音波診断を行う各種医療分野、さらには材料や構造物などの被検物の内部探傷を目的とした工業分野において利用が可能である。

本発明にかかる実施の形態の超音波探触子の製造方法を示す説明図である。 図１に示す超音波探触子の製造方法の他の態様を示す説明図である。 本発明にかかる他の実施の形態の超音波探触子の製造方法を示す説明図である。 図３に示す超音波探触子の製造方法の他の態様を示す説明図である。 本発明にかかる超音波探触子の製造方法により製造された超音波探触子を利用する超音波診断装置を示す概略図である。 本発明にかかる超音波探触子の製造方法により製造された超音波探触子を利用する超音波探傷装置を示す概略図である。 従来技術による超音波探触子の構成を示す概略斜視図である。 従来技術による超音波探触子の製造方法を示す説明図である。 図８に示す製造方法により製造された２次元アレイ超音波探触子を示す斜視図である。

符号の説明

１０．超音波探触子、 １１．圧電体、 １２．音響整合層、 １３．音響レンズ、 １４．保持部材、 １５．被検物、 １６．共通電極層、 １７ａ、１７ｂ．電極層、 １８、１８ａ．マスキング材、 １９、１９ａ．高さ計測部、 ２０．圧電振動子、 ２１．高さ確認手段、 ２５．ケーブル、 ３０．診断装置本体、 ３５．表示装置、 ４０．探傷装置本体、 ５０．超音波診断装置、 ６０．超音波探傷装置。

Claims (16)

1. 被検物の表面に押し当てて超音波の送受信を行う超音波探触子を製造する方法であって、音響整合層が接合される側の共通電極層の表面上に当該表面の高さを計測するための高さ計測部を設け、前記音響整合層の接合後に前記高さ計測部の高さを計測し、当該計測結果を基に各圧電体に対応して音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御することを特徴とする製造方法。
2. 前記共通電極層が接合される側の圧電体の電極層表面上、または前記音響整合層と前記圧電体の間に第２の音響整合層が設けられている場合には前記音響整合層が接合される側にある当該第２の音響整合層の表面上に、当該圧電体の電極層表面の高さまたは当該第２の音響整合層の表面の高さを計測する第２の高さ計測部をさらに設け、前記音響整合層の接着後に前記第２の高さ計測部の高さをさらに計測し、前記高さ計測部及び当該第２の高さ計測部の双方における計測結果を基に各圧電体に対応して音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記音響接合層または共通電極層が接合される前に前記全ての高さ計測部にマスキング材を取り付け、前記計測をする直前に当該マスキングを取り除くことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の製造方法。
4. 被検物との間で超音波を送受信する複数の圧電体と、前記圧電体の被検物側に設けられる共通電極層と、前記共通電極層の被検物側に設けられる音響整合層とを備える超音波探触子を製造する方法であって、
   前記複数の圧電体の被検物側にある電極層の表面に前記共通電極層を接合し、
   前記複数の圧電体の配列方向に沿う前記共通電極層の被検物側面上の少なくとも１つの軸のいずれか一方または双方の端部に第１の高さ計測部を設け、
   前記共通電極層の被検物側の面上で前記第１の高さ計測部に干渉しない位置に前記音響整合層を接合し、
   前記音響整合層の接合後に前記第１の高さ計測部の高さを計測し、
   前記計測結果に基づいて、前記各圧電体に対応して前記音響整合層を分割する分割手段の切り込み深さを制御する、各ステップを含むことを特徴とする製造方法。
5. 前記音響整合層と前記圧電体の間に第２の音響整合層が設けられ、前記共通電極層を接合するステップにおいて、当該共通電極層が前記第２の音響整合層の被検体側の表面に接合されることを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
6. 前記第１の高さ計測部を形成するステップに加え、前記第１の高さ計測部に対応して前記圧電体の電極層の表面上に第２の高さ計測部を設けるステップをさらに備え、
   前記第１の高さ計測部の高さを計測するステップにおいて、前記第１及び第２の双方の高さ計測部の高さを計測し、
   前記分割手段の切り込み深さを制御するステップにおいて、前記第１及び第２の双方の高さ計測部における計測結果に基づいて当該切り込み深さを制御することを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
7. 前記第１の高さ計測部を形成するステップに加え、前記第１の高さ計測部に対応して前記第２の音響整合層の被検物側の表面上に第２の高さ計測部を設けるステップをさらに備え、
   前記第１の高さ計測部の高さを計測するステップにおいて、前記第１及び第２の双方の高さ計測部の高さを計測し、
   前記分割手段の切り込み深さを制御するステップにおいて、前記第１及び第２の双方の高さ計測部における計測結果に基づいて当該切り込み深さを制御することを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。
8. 前記音響整合層を接合するステップの前に前記高さ計測部にマスキング材を取り付けるステップをさらに含み、
   前記高さを計測するステップの前に前記マスキング材を取り除くステップをさらに含むことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか一に記載の製造方法。
9. 前記計測部の高さを測定するステップにおいて、前記音響整合層を分割するための分割手段を用いて高さを測定することを特徴とする、請求項４から請求項８のいずれか一に記載の製造方法。
10. 前記音響整合層を分割するステップにおいて、被検物側から前記音響整合層に切り込んで音響整合層を分割する際の分割手段の切り込み深さが、前記高さを計測するステップで得られた前記第１の高さ計測部の高さにほぼ等しいことを特徴とする、請求項４から請求項９のいずれか一に記載の製造方法。
11. 前記音響整合層を分割するステップにおいて、被検物側から前記音響整合層に切り込んで音響整合層を分割する際の分割手段の切り込み深さが、前記高さを計測するステップで得られた前記第１の高さ計測部の高さよりも深く、前記第２の高さ計測部の高さよりも浅いことを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれか一に記載の製造方法。
12. 前記超音波探触子が２次元アレイに形成され、前記複数の圧電体が配列される直交する２方向に沿う前記共通電極層の被検物側面上の２軸の各軸いずれか一方または双方の端部に第１の高さ計測部が設けられていることを特徴とする、請求項４から請求項１１のいずれか一に記載の製造方法。
13. 前記超音波探触子が２次元アレイに形成され、前記複数の圧電体が配列される直交する２方向に沿う前記共通電極層の被検物側面上の２軸の各軸いずれか一方または双方の端部に第１の高さ計測部を設け、前記第１の高さ計測部に対応した位置に前記第２の高さ計測部を設けることを特徴とする、請求項６から請求項１１のいずれか一に記載の製造方法。
14. 被検物等との間で超音波を送受信する複数の圧電体と、
    前記圧電体の被検物側に設けられる共通電極層と、
    前記共通電極層の被検物側に設けられる音響整合層とを備える超音波探触子であって、
    請求項１から請求項１３のいずれか一に記載の製造方法により製造されることを特徴とする超音波探触子。
15. 被検物との間に超音波を送受信する超音波探触子と、
    前記超音波探触子との間に電気的に接続され、前記超音波探触子に駆動信号を送信し、前記超音波探触子からの電気信号を処理して診断結果を出力する診断装置本体とから構成される超音波診断装置において、
    前記超音波探触子が、請求項１４に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波診断装置。
16. 被検物との間に超音波を送受信する超音波探触子と、
    前記超音波探触子との間に電気的に接続され、前記超音波探触子に駆動信号を送信し、前記超音波探触子からの電気信号を処理して被検物の欠陥に関する情報を出力する探傷装置本体とから構成される超音波探傷装置において、
    前記超音波探触子が、請求項１４に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波探傷装置。
    
    

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