JP2015033409A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体の分割による幅振動の干渉を抑えつつ、超音波ビームを高い信頼性で開口制御可能な超音波探触子を提供すること。
【解決手段】超音波探触子は、第１の方向に所定の厚みを有する圧電体と、第１の方向において圧電体を挟むよう互いに対向した第１の電極及び第２の電極と、第２の電極と電気的に接続され、第２の電極に対して圧電体とは反対側に設けられる中間層と、中間層を挟んで第２の電極と対向し、第１の方向と直交する第２の方向に延伸する第３の電極と、を有する積層体を備える。また、第１の電極及び第２の電極は、第２の方向において所定の間隔をあけてそれぞれ複数配列される。積層体は、第１の方向及び第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に複数配列される。また、積層体には、第１の電極、圧電体及び第２の電極を貫通して中間層の一部まで形成され、第２の方向に延伸した第１の溝が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を生体内に放射し、各生体内組織から反射する超音波により、生体内の組織情報を画像化する超音波画像診断装置用の超音波探触子に関するものである。

超音波画像診断は、超音波を生体内に放射し、各生体内組織から反射する超音波により、生体内の組織情報を画像化する画像診断方法である。超音波探触子内の圧電体は、印加した電気信号により超音波を発生させると共に、生体内組織から反射した超音波を受信して電気信号に変換する役割を有する。

図３９は、特許文献１が示す１．５Ｄ超音波トランスデューサーアレイにおける圧電体の電気的な相互接続を示す斜視図である。図３９に示される形態の超音波トランスデューサーでは、Ｘ軸で示されるアレイ方向に分割された圧電体の各々を電子走査できることに加え、溝１０８，１１０を形成することによって、Ｙ軸で示される短軸方向の開口制御ができる。

なお、上記圧電体に対しては、圧電素子のアレイ方向である幅方向の振動による干渉を防止するために、幅方向にサブダイスを行うことがある。「サブダイスを行う」とは、圧電素子の一部又は全体を貫通する溝を設けることによって当該圧電素子を分割することである。一般的に、超音波探触子内の圧電体は、その厚みＴに相当する厚み縦振動を利用している。しかし、圧電体の幅Ｗが厚みＴに対して所定値以上であると、厚み縦振動と、幅Ｗに依存する幅振動とが干渉し、目的の厚み縦振動が得られないことがある。一方、圧電体の幅Ｗが厚みＴに対して所定値未満であると、圧電体が細くなりすぎて複雑な振動モードが互いに干渉し、目的の厚み縦振動が得られないことがある。このため、圧電体の厚みＴと幅Ｗの比Ｗ／Ｔには望ましい値がある。したがって、圧電体の比Ｗ／Ｔが前記望ましい値より大きい場合には、当該圧電体の一部又は全体を貫通する溝を設ける「サブダイスを行う」ことが一般的に行われる。

米国特許第５６１７８６５号明細書

上記説明した干渉の防止のために行うサブダイスは、圧電体を分離することを目的としているが、圧電体に対応する電極まで分離してしまうと、隣り合う圧電体に対応した各電極に同一の電圧を印加することができず、超音波ビームの開口制御ができない。超音波ビームの開口制御を可能とするためには、各電極を電気的に接続する配線が必要であるが、電極の配置等によっては複雑な配線構造となる。このように、超音波ビームの開口制御が可能な超音波探触子としては、隣り合う圧電体に対応する電極の導通を確保しつつ圧電体を分離した構造が望ましい。一般的に、１Ｄアレイ超音波探触子では、アレイ方向に圧電体が数百個配列されているが、１．２５Ｄ〜１．７５Ｄアレイ超音波探触子では、さらに短軸方向にも圧電体を数個から数十個程度配列する必要があり、圧電体の総数は、数千個に及ぶ場合もある。したがって、１．２５Ｄ〜１．７５Ｄアレイ超音波探触子では、各電極を電気的に接続する配線構造がより複雑になる。

本発明の目的は、圧電体の分割による幅振動の干渉を抑えつつ、超音波ビームを高い信頼性で開口制御可能な超音波探触子を提供することである。

本発明は、第１の方向に所定の厚みを有する圧電体と、前記第１の方向において前記圧電体を挟むよう互いに対向した第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極と電気的に接続され、前記第２の電極に対して前記圧電体とは反対側に設けられる中間層と、前記中間層を挟んで前記第２の電極と対向し、前記第１の方向と直交する第２の方向に延伸する第３の電極と、を有する積層体を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記第２の方向において所定の間隔をあけてそれぞれ複数配列され、前記積層体は、前記第１の方向及び前記第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に複数配列され、前記積層体には、前記第１の電極、前記圧電体及び前記第２の電極を貫通して前記中間層の一部まで形成され、前記第２の方向に延伸した第１の溝が形成された超音波探触子を提供する。

本発明に係る超音波探触子によれば、第２の方向に所定の間隔をあけて複数配列した圧電体と、圧電体の駆動数（開口）を制御する第３の電極の間に中間層を設け、第２の方向に延伸した、第１の溝が中間層の一部まで貫通するサブダイス構成にすることにより、超音波探触子作製時の加工精度や部品ばらつきによらず高い信頼性で複数の圧電体と第３の電極間の電気的接続を実現することができる。この構成により、第２の方向に延伸した第３の電極により、第２の方向における複数配列した圧電体の開口制御が可能である。

本発明の実施の形態１における超音波探触子を示す斜視図 複合圧電構造で構成される実施の形態１の超音波探触子を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図 「圧電相幅Ｗｐ＜＜第２の電極幅Ｗｅ」の場合の複合圧電構造を示す図 「圧電相幅Ｗｐ＞第２の電極幅Ｗｅ」の場合の複合圧電構造を示す図 第２の方向（短軸方向）に複数配列した中間層の間隔が第１の方向（厚み方向）において異なる、第３の電極１１−１で切断した超音波探触子の断面図 実施の形態１の超音波探触子を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図 実施の形態１の超音波探触子を第３の方向（アレイ方向）に沿って図６に示す圧電体３−１の位置で切断した断面図 実施の形態１の超音波探触子を第３の方向（アレイ方向）に沿って第２の方向（短軸方向）における圧電体３−１の位置で切断した断面図 実施の形態１の超音波探触子を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図 複数の第２の電極にわたって形成される部分を有する中間層を示す斜視図 複数の第２の電極にわたって形成される部分を有する中間層に圧電体を積層したときの積層体の概略図 複数の第２の電極にわたって形成される部分を有する中間層の構成例を示す図 複数の第２の電極にわたって形成される部分を有する中間層の構成例を示す図 両面ＦＰＣの構成例を示す斜視図 第２の方向（短軸方向）に圧電体３を５分割した実施の形態１の超音波探触子の任意の１チャンネルにおける送信回路の構成例を示す図 第１の方向において圧電体側から見た両面ＦＰＣの上面図 信号線と第３の電極１１−１が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図 超音波探触子１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−１の位置で切断した断面図 信号線と第３の電極１１−２が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−２で切断した断面図 超音波探触子１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−３の位置で切断した断面図 信号線と第３の電極１１−３が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−３で切断した断面図 超音波探触子１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−２の位置で切断した断面図 本発明の実施の形態２における超音波探触子を示す斜視図 第１の方向において圧電体側から見た片面ＦＰＣの上面図 信号線と第３の電極１１−１が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１１１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図 超音波探触子１１１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−１の位置で切断した断面図 信号線と第３の電極１１−２が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１１１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−２で切断した断面図 超音波探触子１１１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−３の位置で切断した断面図 信号線と第３の電極１１−３が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１１１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−３で切断した断面図 超音波探触子１１１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−２の位置で切断した断面図 本発明の実施の形態３における超音波探触子を示す斜視図 第１の方向において圧電体側から見た中間層及び片面ＦＰＣの上面図 信号線と第３の電極１１−１が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１２１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図 超音波探触子１２１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−１の位置で切断した断面図 信号線と第３の電極１１−２が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１２１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−２で切断した断面図 超音波探触子１２１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−３の位置で切断した断面図 信号線と第３の電極１１−３が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１２１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−３で切断した断面図 超音波探触子１２１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−２の位置で切断した断面図 特許文献１が示す３次元超音波トランスデューサーアレイにおける圧電体の電気的な相互接続を示す斜視図

以下に、本発明に係る超音波探触子の実施の形態について図面とともに詳細に説明する。なお、以下の説明では、構成要素に付与した符号の枝番は、当該構成要素を構成する個々の要素を区別するために付けられたものである。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波探触子を示す斜視図である。図１に示す超音波探触子１は、生体等の被検体に接触して用いられる。超音波探触子１は、超音波探触子１内の圧電体３に電気信号を印加させることで超音波を被検体に照射するとともに、被検体内からの反射超音波を圧電体３において電気信号に変換するトランスデューサーである。図１に示すように、超音波探触子１は、圧電体３と、第２の電極４と、第１の電極５と、グラウンド層６と、中間層７と、両面ＦＰＣ８と、第３の電極１１と、第１の溝１４と、第２の溝１５と、第３の溝１６と、背面材（図示せず）と、複数の整合層（図示せず）と、レンズ（図示せず）とを備える。

超音波診断装置又は超音波探触子１内の送信回路（図示せず）で生成された電圧が、超音波探触子１内の圧電体３の第１の方向（厚み方向）に対向して設けられた、第１の電極（グラウンド電極）５と第２の電極（信号電極）４の間に印加されると、圧電体３が超音波を発生する。また、圧電体３は、被検体内からの反射超音波を電気信号に変換する。圧電体３で変換された電気信号は、第１の電極５及び第２の電極４を介して、超音波診断装置又は超音波探触子１内の受信回路（図示せず）に送られ、超音波診断に必要な処理が行われる。

第１の電極５及び第２の電極４は、金又は銀等の金属材料を蒸着、メッキ、スパッタ又は焼き付けして形成される。第１の電極５及び第２の電極４は、第１の方向（厚み方向）で圧電体３を挟むよう互いに対向して形成される。第１の電極５及び第２の電極４は、第２の方向（短軸方向）に、所定の間隔を空けて複数配列されている。

圧電体３は、表面に応力を加えると当該表面に電荷が誘起する（力が電気信号に変換される）正圧電効果と、電場を加えると歪が発生する（電気信号が力に変換される）逆圧電効果とを有する材料である。圧電体３の材料としては、以下の圧電材料がある。
・チタン酸ジルコン酸鉛系やチタン酸鉛系の圧電セラミックス
・非常に高い比誘電率を有する、リラクサと呼ばれる緩和型強誘電体
・バリウム系やニオブ系、ビスマス系などの非鉛の圧電セラミックスや圧電単結晶
・亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛、又はインジウムニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛等の固溶体単結晶
・ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電高分子膜

なお、圧電体３の構成は、図２に示すように、第２の方向（短軸方向）に圧電相３１と樹脂相３２とが複数隣接した複合圧電構造であってもよい。図２は、複合圧電構造で構成される超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図である。圧電相３１には、圧電体３と同様の材料が使用される。また、樹脂相３２には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂又はウレタン樹脂などの絶縁材料が使用される。第１の電極５及び第２の電極４は、第２の方向において所定の間隔をあけ、第１の方向において圧電体３を挟んで対向している。一般的に、第２の電極４の幅Ｗｅは、発生する超音波の波長の数倍から十数倍である。一方、圧電相３１の幅Ｗｐは、超音波の波長程度である。つまり、「Ｗｅ＞＞Ｗｐ」が一般的であるため、図３に示すように、一つの圧電相３１に接続する第２の電極４は、１つ以上はない。このとき、第１の電極５及び第２の電極４に挟まれた圧電体３のみが厚み縦振動する（圧電相３１と樹脂相３２が一体となって厚み縦振動する）。

しかし、図４に示すように、圧電相３１の幅Ｗｐを超音波の波長よりも十分広くした場合（Ｗｐ＞Ｗｅ）、一つの圧電相３１が２つ以上の第２の電極４及び第１の電極５に接続する。この場合、例えば、図４に示す第２の電極４−２のみに電気信号を印加すると、圧電相３１−１と圧電相３１−２の第２の電極４−２に対向する部分から超音波が発生される。このとき、圧電相３１−１及び圧電相３１−２が振動するため、これらに対向する第２の電極４−１と第１の電極５−１の間及び第２の電極４−３と第１の電極５−３の間に電気信号が発生する「クロストーク」の可能性がある。クロストークはノイズ源になるため、低減する必要がある。したがって、圧電体３を、第２の方向に圧電相３１と樹脂相３２を隣接させた複合圧電構造とする場合、図２又は図３に示すように、第２の方向における圧電相３１の幅を第２の電極４及び第１の電極５の幅よりも狭くする必要がある。

さらに、圧電体３は、第１の方向（厚み方向）に圧電相３１と内部電極が交互に複数個積層した構成（図示せず）であってもよい。内部電極には、ニッケルや銀−パラジウムなどの金属材料が用いられる。

図１に示す中間層７は、第２の電極４に対して圧電体３とは反対側に設けられ、信号電極である第２の電極４と導通する。第３の方向（アレイ方向）に延伸する第２の溝１５が、第１の電極５、圧電体３、第２の電極４及び中間層７を貫通し、中間層７は所定の間隔で複数配列されている。

また、第２の方向（短軸方向）において所定の間隔を空けて複数配列された中間層７同士の間隔が、図５に示すように、第１の方向（厚み方向）の位置によって異なる構成であってもよい。図５に示す例では、圧電体３に近い側の中間層７同士の間隔は広いが、両面ＦＰＣ８側に近づくにつれて中間層７同士の間隔は狭い。なお、図５に示した形状以外の形態でもよい。

中間層７には、カーボン、銀フィラー若しくは銅フィラーなどの導電性フィラーを樹脂に分散させた複合材料、又は、銅、タングステン若しくはタングステンカーバイドなどの導電材料が使用される。

樹脂としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱可塑性プラスチック、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリルニトリル・スチレン樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑性汎用プラスチック、６ナイロン樹脂、６６ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタラート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂などの熱可塑性エンジニアリングブラスチック、ＰＥＥＫ樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、又はポリフッ化ビニリデン樹脂などの熱可塑性スーパーエンジニアリングプラスチックなどが用いられる。

導電性フィラーとしては、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ若しくはグラフェンなどの炭素系フィラー、銀粒子、銅粒子、ニッケル粒子、アルミニウム繊維、ステンレス繊維若しくは銀コートガラスビーズなどの金属系フィラー、酸化スズ（アンチモンドープ）、酸化亜鉛（アルミニウムドープ）若しくは酸化インジウム（スズドープ）などの金属酸化物系フィラー、又は、ポリアニリン粒子若しくはポリピロール粒子などの導電性高分子系フィラーなどが用いられる。

中間層７の音響インピーダンスが圧電体３の音響インピーダンス未満の場合、圧電体３の厚み共振周波数は１／２波長共振モードになることが知られている。また、中間層７の音響インピーダンスが圧電体３の音響インピーダンス以上の場合、圧電体３の厚み共振周波数は１／４波長共振モードになることが知られている。したがって、超音波探触子１が発生する超音波の周波数が決定した場合、圧電体３の厚みを中間層７の音響インピーダンスに応じて変更する必要がある。なお、音響インピーダンスは、材料の密度と縦波音速の積で表される。

なお、中間層７の全体が必ずしも導電性を有する必要はない。すなわち、中間層７は、図６及び図７に示すように、例えば、ポリカーボネイト又はポリプロピレンなどの絶縁性樹脂の周囲を覆うように金メッキなどの導電層３５を形成した構成であってもよい。図６は、実施の形態１の超音波探触子を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図である。図７は、実施の形態１の超音波探触子を第３の方向（アレイ方向）に沿って図６に示す圧電体３−１の位置で切断した断面図である。図６及び図７に示した構成によれば、第３の電極１１−１に電圧を印加した場合、導電部１２−１、第４の電極１０−１及び導電層３５を介して第２の電極４−１まで導通するため、圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒを共に駆動することが可能になる。第３の電極１１−２及び第３の電極１１−３に電圧を印加した場合も同様である。

中間層７の構成としては、第３の方向（アレイ方向）において複数の導体層３３と絶縁体層３４とが隣接した複合構造であってもよい。図８は、実施の形態１の超音波探触子を第３の方向（アレイ方向）に沿って第２の方向（短軸方向）における圧電体３−１の位置で切断した断面図である。図８に示す構成では、第３の方向において第１の溝１４を挟んで隣り合う圧電体３と対向する領域に、導体層３３を各々３層配置した。圧電体３に対向する領域に導体層３３が少なくとも１層配置された構成では、第３の電極１１−１に電圧を印加した場合、導電部１２−１、第４の電極１０−１及び導体層３３を介して第２の電極４−１Ｌ及び第２の電極４−１Ｒまで導通するため、圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒを共に駆動することができる。第３の電極１１−２及び第３の電極１１−３に電圧を印加した場合も同様である。

中間層７の構成としては、第２の方向（短軸方向）において複数の導体層３３と絶縁体層３４とが交互に並んだ積層構造であってもよい。図９は、実施の形態１の超音波探触子を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図である。図９に示す構成では、第２の方向において隣り合う第２の電極４間の領域と対向する各領域に、絶縁体層３４の少なくとも一部が配置した。当該構成では、第３の電極１１−１に電圧を印加した場合、導電部１２−１及び導電部１２−５、第４の電極１０−１及び第４の電極１０−５、並びに、第４の電極１０−１及び１０−５と電気的に接続された導体層３３を介して、第２の電極４−１及び第２の電極４−５まで導通する。一方、第４の電極１０−１及び第４の電極１０−５は、絶縁体層３４によって、第２の電極４−２、第２の電極４−３及び第２の電極４−４とは導通しない。このため、第３の電極１１−１に電圧を印加した場合、圧電体３−１及び圧電体３−５のみが駆動される。第３の電極１１−２及び第３の電極１１−３に電圧を印加した場合も同様である。

中間層７は、図１０に示すように、複数の第２の電極４にわたって形成される部分を有する構成でもよい。なお、説明を簡単にするため、上述した導電材料によって形成された中間層７とする。図１０に示す中間層７は、第２の方向（短軸方向）に分割された部分（分割部分）７−Ｓと、第２の方向に沿って連続した部分（連続部分）７−Ｂとを有する。図１０に示す中間層７に圧電体３等を積層した積層体を図１１に示す。第３の溝１６がなければ、中間層７の連続部分７−Ｂを通してすべての第２の電極４が電気的に接続された状態であるため、第３の電極１１（図１１では図示しない）に電圧を印加した場合、駆動する圧電体３を選択できない。しかし、中間層７の連続部分７−Ｂがあっても、第３の溝１６を形成すると、中間層７の分割部分７−Ｓと連続部分７−Ｂは電気的に分割される。このように、図１０に示すように、中間層７が複数の第２の電極４にわたって連続して形成される連続部分７−Ｂを有していても、超音波探触子１の製造時に、中間層７を第２の方向又は第３の方向に各々分割することが可能である。したがって、電圧を印加する第３の電極１１を制御することにより、駆動する圧電体３も選択可能になる。

中間層７は、図１２に示すように、第２の方向に一部つながりがあり、かつ、第１の方向（厚み方向）へのつながりが、中間層７−Ｓよりも小さい構成であってもよい。例えば、第３の方向（アレイ方向）における中間層７−Ｂの幅が、図１１に示す第３の溝１６よりも狭い場合、第３の溝１６の形成時に中間層７−Ｂも切除される。このため、中間層７を第２の方向又は第３の方向に各々分割することが可能になる。また、図１３に示すように、中間層７のつながりのある部分は、第２の方向に必ずしも全てつながっている必要はなく、一部のみつながった構成でも同様である。また、超音波探触子１の製造時に、中間層７を第２の方向又は第３の方向に各々分割することが可能であれば、これら以外の構成でもよい。

図１４に示すように、本実施形態の超音波探触子１は両面ＦＰＣ８を使用する。両面ＦＰＣ８は、第３の電極１１、第４の電極１０、導電部１２及び絶縁層９を含む。第４の電極１０は、第２の方向（短軸方向）において、所定の間隔をあけて複数配列されている。

図１に示す超音波探触子１は、１チャンネルあたり３本の第３の電極１１（第３の電極１１−１、第３の電極１１−２、第３の電極１１−３）が、第２の方向に延伸した構成である。第３の電極１１−１〜１１−３は、第３の方向（アレイ方向）に、チャンネルピッチ毎に配列されている。第３の電極１１−１〜１１−３は互いに電気的に接続されない構成である。第３の電極１１と第４の電極１０は、絶縁層９をはさんで対向している。第３の電極１１と第４の電極１０は、選択的に、導電部１２を介して電気的に接続されている。

図１４に示した例では、第３の電極１１−１は、導電部１２−１及び導電部１２−５を通して、第４の電極１０−１及び第４の電極１０−５と電気的に接続されている。但し、第３の電極１１−１は、第４の電極１０−２〜１０−４とは電気的に接続されない。第３の電極１１−２は、導電部１２−３を通して、第４の電極１０−３と電気的に接続されている。但し、第３の電極１１−２は、第４の電極１０−１〜１０−２、１０−４〜１０−５とは電気的に接続されない。第３の電極１１−３は、導電部１２−２及び導電部１２−４を通して、第４の電極１０−２及び第４の電極１０−４と電気的に接続されている。但し、第３の電極１１−３は、第４の電極１０−１、１０−３、１０−５とは電気的に接続されない。

両面ＦＰＣ８としては、一般的に、第３の電極１１、絶縁層９及び第４の電極１０が予め積層された部品が市販されているので、それを使うのが最も簡便である。ただし、第３の電極１１及び第４の電極１０の材料に銅箔フィルムを用い、かつ、絶縁層９にポリイミドフィルム又はポリエステルフィルムなどを用いて、両面ＦＰＣ８と同様な構成を形成しても良い。

導電部１２は、第３の電極１１、絶縁層９及び第４の電極１０を積層した部品の両面ＦＰＣ８が必要な箇所にドリルなどで穴を開け、穴の周囲を金属めっきなどしたスルーホールや、穴を開けた部分に導電材料を埋めたフィルドビアと呼ばれる構成により実現される。導電部１２により、第３の電極１１と第４の電極１０を選択的に導通することができる。

図１には、第２の方向（短軸方向）において、第１の電極５、圧電体３、第２の電極４及び中間層７を貫通する第２の溝１５が４つ設けられ、各々５分割された構成が示されている。例えば、図６や図７、図８に示す中間層７を使用する場合、第２の溝１５が第１の電極５、圧電体３、第２の電極４及び中間層７を貫通する構成である。当該構成以外にも、例えば、図２に示す圧電体３を使用する場合、第２の溝１５が中間層７を貫通する構成でもよい。また、図９に示す中間層７を使用する場合は、第２の溝１５が第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４のみを貫通する構成としてもよい。第２の溝１５は、一般的には、ダイサーを用いて機械加工で形成されるが、レーザーなどで形成されても良い。形成された第２の溝１５には、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂などの絶縁材料が充填される。

グラウンド層６は、第１の電極５と電気的に接続し、第２の方向（短軸方向）に延伸している。グラウンド層６は、送信回路又は受信回路のグラウンド線（図示せず）と電気的に接続する。グラウンド層６の材料としては、銅箔などの導電材料や、銅箔とポリイミドフィルムなどを積層した片面ＦＰＣ材料を用いるのがよい。

第３の溝１６は、第３の方向（アレイ方向）において、積層体２をチャンネルピッチ毎に形成するための溝である。第３の溝１６は、一般的には、ダイサーを用いて機械加工で形成されるが、レーザーなどで形成されても良い。形成された第３の溝１６には、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂などの絶縁材料が充填される。

第１の溝１４は、第１の方向（厚み方向）について、積層体２を構成する第１の電極５、圧電体３、第２の電極４、中間層７の一部まで貫通し、第２の方向（短軸方向）に延伸している。第１の溝１４は、一般的には、ダイサーを用いて機械加工で形成されるが、レーザーなどで形成されても良い。形成された第１の溝１４は、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂などの絶縁材料が充填される。

例えば、第３の方向における圧電体３の幅を０．１８ｍｍ、第１の方向における圧電体３の厚みを０．１５ｍｍとすると、圧電体３のＷ／Ｔ＝０．１８／０．１５＝１．２である。ブレード幅０．０２ｍｍのダイサーで、第３の方向における圧電体３の中央に１つだけ第１の溝１４を形成すると、第３の方向における一つの圧電体３の幅は、（０．１８−０．０２）／２＝０．０８ｍｍとなる。第１の方向における圧電体３の厚みは０．１５ｍｍで変わらないため、圧電体３のＷ／Ｔ＝０．５３となる。このように、一般的なＷ／Ｔ＝０．４〜０．６を満たすことができる。

また、第１の溝１４は、中間層７の一部まで貫通するように設定し加工するが、中間層７の厚みが薄いと、中間層７に電気的に接続する第４の電極１０を切断する可能性がある。超音波探触子１の製造方法は後述するが、中間層７の厚みは０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。

絶縁層９に対して第３の電極１１と反対側に、背面材（図示せず）を設けてもよい。背面材は、積層体２の形状を保持したり、コンベックス形状への成形を行う際の基材として用いられる。また、圧電体３で発生した超音波は、生体側だけでなく、背面材側へも伝搬する。背面材側へ伝搬し、背面材と外部との境界で反射した超音波は、圧電体３で受信されることになるが、この超音波は、生体から反射した超音波と識別が出来ない。このため、一般的には、背面材は、背面材側に伝搬する超音波を出来るだけ減衰させ、仮に反射した超音波があっても、生体からの反射信号に影響を与えないようにする機能を有する材料が用いられる。背面材の材料としては、フェライトゴム、ウレタン樹脂又はエポキシ樹脂などが用いられる。さらに、これらの材料に、鉄若しくはタングステンなどの金属粉末フィラー、アルミナなどの金属酸化物フィラー、又はマイクロバルーンなどを混合した複合材料を用いてもよい。また、中間層７と同じ材料を用いてもよい。

第１の電極５に対して圧電体３と反対側に、整合層（図示せず）を設けてもよい。整合層は、圧電体３と生体の音響インピーダンスの整合をとるために用いられる。圧電体３から生体に向かって徐々に音響インピーダンスが低くなるように、複数の整合層を積層するのが一般的である。図１に示した例では、所定の間隔をあけて第１の電極５を複数配列され、その上面に第２の方向（短軸方向）に延伸するグラウンド層６が設けられた構成であるが、導電性を有する整合層を第１の電極５を電気的に接続し、整合層に対して第１の電極５と反対側に、グラウンド層６を設けてもよい。さらに、このグラウンド層６に複数の整合層を積層した構成にしてもよい。整合層の材料としては、快削性セラミックスなどのセラミックス系、シリコン、グラファイト系、エポキシ樹脂若しくはフェノール樹脂などに金属若しくは金属酸化物フィラーなどのフィラーを混合した複合材料、ポリカーボネイト、ポリスチレン若しくはポリイミドなどのブラスチック、又は、ウレタンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）若しくはクロロプレンゴムなどのゴム系の材料などが用いられる。

圧電体３で発生した超音波を生体内で集束するためにレンズ（図示せず）が用いられる。レンズは、その材料の縦波音速に応じて凸状や凹面状に形成される。一般的には生体との密着性を考慮し、縦波音速が水（生体）よりも速いシリコン樹脂などを用いて、圧電体３と反対側の整合層側に凸状のレンズが形成される。なお、レンズを用いずに、超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）について凹面形状に成形することで、超音波を生体内で集束する構成としてもよい。

（実施の形態１の超音波探触子１の製造方法）
以下、図１に示した超音波探触子１の製造方法の一例を示す。両面ＦＰＣ８は、図１４に示すように、第３の電極１１、第４の電極１０、絶縁層９及び導電部１２を含む。第４の電極１０は、第２の方向において、所定の間隔をあけて予め５分割されている。第３の電極１１は、図１に示す１つの積層体２に対して３本、第２の方向（短軸方向）に延伸するよう構成されている。中間層７は、図１０に示すように、直方体の中間層の一部を第２の方向（短軸方向）に５分割した形状に予め加工されている。圧電体３には第１の方向（厚み方向）に対向する第１の電極５と第２の電極４を予め形成しておく。

（１）まず、固定台の上にワックスなどで背面材を固定する。
（２）次に、背面材の上に、両面ＦＰＣ８、中間層７、圧電体３をこの順に積層する。両面ＦＰＣ８の上に中間層７を積層する際、第４の電極１０と中間層７が対向するように位置あわせを行う。各材料はエポキシ樹脂などの接着剤を用いて接着硬化させる。
（３）接着硬化させた後、ダイサーを用いて、中間層７の分割された位置に合わせて、第３の方向（アレイ方向）に沿って、第１の電極５、圧電体３、第２の電極４まで貫通する第２の溝１５を４本形成する。中間層７は予め５分割されるように加工しているため、第２の溝１５は、第１の電極５、圧電体３、第２の電極４、中間層７を貫通する構成になる。
（４）次に、第２の溝１５にエポキシ樹脂を充填すると共に、第１の電極５の上に、グラウンド層６及び複数の整合層を順次積層、接着硬化させる。
（５）次に、ダイサーを用いて、第２の方向（短軸方向）に沿って、整合層から背面材の一部までを貫通する第３の溝１６を設けて複数の積層体２を形成すると共に、各々の積層体２において、整合層から中間層７の一部まで貫通する第１の溝１４を形成する。また、中間層７の一部は、第２の方向につながっている部分を有するが、第３の溝１６を形成する際に、隣接する積層体２と電気的に分割される。
（６）次に、背面材を固定台から外した後、背面材上に形成された複数の積層体２からなる構造物をコンベックスやリニア形状に成形した後、第１の溝１４及び第３の溝１６にシリコン樹脂などを充填する。その後、シリコン系接着剤などを用いて、整合層の上面にレンズを接着する。
（７）第３の電極１１−１〜１１−３とグラウンド層６を各々、図１５に示すような信号線１１０１〜１１０３及びグラウンド線１１０４と電気的に接続して、超音波探触子１が完成する。

図１５は、第２の方向（短軸方向）に圧電体３を５分割した実施の形態１の超音波探触子１の任意の１チャンネルにおける送信回路の構成例を示す図である。送信回路６１から出た信号線１１０１〜１１０３は、マルチプレクサなどから構成されるスイッチング回路６２を介して又は直接に、第２の電極４と接続される。スイッチング回路６２は、スイッチ６３とスイッチ６４とを有する。図１５に示した例では、第２の電極４−３は信号線１１０２に接続される。第２の電極４−１と第２の電極４−５は、信号線１１０１を介してスイッチ６３に接続される。第２の電極４−２と第２の電極４−４は、信号線１１０３を介してスイッチ６４に接続される。また、送信回路６１から出たグラウンド線１１０４は、第１の電極５に接続される。

超音波探触子１に近い位置にフォーカスさせたい場合は大きな開口が必要ないので、スイッチ６３及びスイッチ６４をオフにする。このとき、送信回路６１は信号線１１０２を通して第２の電極４−３のみと接続され、超音波は圧電体３−３のみから発生する。これよりも深い位置にフォーカスさせたい場合は、スイッチ６４のみをオンにする。このとき、送信回路６１は信号線１１０２を通して第２の電極４−３に接続されるとともに、スイッチ６４がオンになったことで、送信回路６１は信号線１１０３を通して第２の電極４−２及び第２の電極４−４とも接続される。その結果、圧電体３−２、圧電体３−３及び圧電体３−４から超音波が発生する。このとき、圧電体３−３のみからの超音波の発生時と比べて短軸開口は広がり、より深い位置に超音波ビームを集束させることができる。さらにもっと深い位置にフォーカスさせたい場合は、スイッチ６３とスイッチ６４を共にオンにする。このとき、送信回路６１は、スイッチ６３がオンになったことで、信号線１１０１を通して第２の電極４−１及び第２の電極４−５にも接続される。つまり、５つの圧電体３−１〜３−５の全てから超音波が発生する。これは、圧電体３−３のみ又は圧電体３−２〜３−４が超音波を発生する場合よりも短軸開口が広がり、より深い位置に超音波ビームを集束させることができる。

このように、第２の方向（短軸方向）の圧電体の短軸開口（駆動する圧電体の数とその位置）を制御することにより、複数の生体内深さにおいて、超音波ビームを集束させることができる。また、１Ｄアレイ超音波探触子に比べ、超音波診断画像の縦分解能及び横分解能がより改善される。なお、特に、１．２５Ｄ〜１．７５Ｄアレイ超音波探触子では、圧電体３の数が非常に多くなるため、図１５に示すような、マルチプレクサなどで構成されるスイッチング回路６２を超音波探触子１が内蔵する。

（実施の形態１の超音波探触子１の動作）
図１６〜図２２を用いて、実施の形態１の超音波探触子１の動作を説明する。

超音波診断装置又は超音波探触子１内の送信回路（図示せず）で生成された電圧が、信号線（図示せず）及びグラウンド線（図示せず）を通して圧電体３に印加される。マルチプレクサなどのスイッチング回路（図示せず）によって、圧電体３に電圧を印加する際に信号線と接続する第３の電極１１が選択される。

図１７は、信号線と第３の電極１１−１が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図である。図１７に示した状態では、第３の電極１１−１は、導電部１２−１及び導電部１２−５を通して、第４の電極１０−１及び第４の電極１０−５に電気的に接続される。第４の電極１０−１及び第４の電極１０−５は、電気的に接続された中間層７−１及び中間層７−５を通して、第２の電極４−１及び第２の電極４−５に電気的に接続される。一方、グラウンド線は、第１の電極５に電気的に接続されたグラウンド層６に電気的に接続される。この状態において、信号線を通して電圧が印加されるのは第２の電極４−１及び第２の電極４−５のみであるため、超音波は圧電体３−１及び圧電体３−５のみで発生し、それ以外の圧電体３−２〜３−４で超音波は発生しない。

図１８は、超音波探触子１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−１の位置で切断した断面図である。積層体２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図１８に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−１Ｌ，５−１Ｒ、圧電体３−１Ｌ，３−１Ｒ、第２の電極４−１Ｌ，４−１Ｒとする。第３の電極１１−１を通った電気信号は、導電部１２−１を通して第４の電極１０−１及び中間層７と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−１Ｌ及び第２の電極４−１Ｒを通して圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒに流れる。本実施の形態においては、第２の電極４が第１の溝１４で分割されても、完全に分割されない中間層７が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒ共に電圧を印加できる。圧電体３−１に限らず圧電体３−５の位置で切断した断面の場合も同様である（図示せず）。したがって、第３の電極１１−１とグラウンド層６の間に電圧が印加されると、圧電体３−１Ｌ、圧電体３−１Ｒ、圧電体３−５Ｌ及び圧電体３−５Ｒで超音波が発生する。

図１９は、信号線と第３の電極１１−２が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−２で切断した断面図である。図１９に示した状態では、第３の電極１１−２は、導電部１２−３を通して、第４の電極１０−３に電気的に接続される。第４の電極１０−３は、電気的に接続された中間層７−３を通して、第２の電極４−３に電気的に接続される。一方、グラウンド線は、第１の電極５に電気的に接続されたグラウンド層６に電気的に接続される。この状態において、信号線を通して電圧が印加されるのは第２の電極４−３のみであるため、超音波は圧電体３−３のみで発生し、それ以外の圧電体３−１〜３−２、３−４〜３−５で超音波は発生しない。

図２０は、超音波探触子１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−３の位置で切断した断面図である。積層体２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図２０に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−３Ｌ，５−３Ｒ、圧電体３−３Ｌ，３−３Ｒ、第２の電極４−３Ｌ，４−３Ｒとする。第３の電極１１−２を通った電気信号は、導電部１２−３を通して第４の電極１０−３及び中間層７と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−３Ｌ及び第２の電極４−３Ｒを通して圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒに流れる。本実施の形態においては、第２の電極４が第１の溝１４で分割されても、完全に分割されない中間層７が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒ共に電圧を印加できる。したがって、第３の電極１１−２とグラウンド層６の間に電圧が印加されると、圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒで超音波が発生する。

図２１は、信号線と第３の電極１１−３が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−３で切断した断面図である。図２１に示した状態では、第３の電極１１−３は、導電部１２−２及び導電部１２−４を通して、第４の電極１０−２及び第４の電極１０−４に電気的に接続される。第４の電極１０−２及び第４の電極１０−４は、電気的に接続された中間層７−２及び中間層７−４を通して、第２の電極４−２及び第２の電極４−４に電気的に接続される。一方、グラウンド線は、第１の電極５に電気的に接続されたグラウンド層６に電気的に接続される。この状態において、信号線を通して電圧が印加されるのは第２の電極４−２及び第２の電極４−４のみであるため、超音波は圧電体３−２及び圧電体３−４のみで発生し、それ以外の圧電体３−１，３−３，３−５で超音波は発生しない。

図２２は、超音波探触子１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−２の位置で切断した断面図である。積層体２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図２２に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−２Ｌ，５−２Ｒ、圧電体３−２Ｌ，３−２Ｒ、第２の電極４−２Ｌ，４−２Ｒとする。第３の電極１１−３を通った電気信号は、導電部１２−２を通して第４の電極１０−２及び中間層７と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−２Ｌ及び第２の電極４−２Ｒを通して圧電体３−２Ｌ及び圧電体３−２Ｒに流れる。本実施の形態においては、第２の電極４が第１の溝１４で分割されても、完全に分割されない中間層７が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−２Ｌ及び圧電体３−２Ｒ共に電圧を印加できる。圧電体３−２に限らず圧電体３−４の位置で切断した断面の場合も同様である（図示せず）。したがって、第３の電極１１−３とグラウンド層６の間に電圧が印加されると、圧電体３−２Ｌ、圧電体３−２Ｒ、圧電体３−４Ｌ及び圧電体３−４Ｒで超音波が発生する。

ここで、ある任意の一チャンネルにおいて、第２の方向（短軸方向）に図１７に示したように、第２の方向（短軸方向）において、端から圧電体３−１、圧電体３−２、圧電体３−３、圧電体３−４、圧電体３−５の順に複数配列された５つの圧電体３−１〜３−５の内、駆動する圧電体の短軸開口を以下の条件１〜３で変えたときの超音波強度分布について説明する。
条件１：圧電体３−３のみ駆動
条件２：圧電体３−２〜３−４を駆動
条件３：全ての圧電体（圧電体３−１〜３−５）を駆動

条件１に示されるように、５つの圧電体の内、中央の圧電体３−３のみを駆動した場合、超音波強度が高い値を示すのは、第２の方向（短軸方向）における圧電体３の中央付近のみであり、中央から外れると徐々に超音波強度が低下する。また、条件２に示されるように、圧電体３−２〜３−４を同時に駆動した場合、超音波強度が高い値を示す範囲は第２の方向（短軸方向）における圧電体３の中央付近であるが、その範囲は、圧電体３−３のみを駆動した場合よりも第２の方向（短軸方向）において広くなる。同様に、条件３に示されるように、全ての圧電体３−１〜３−５を同時に駆動した場合は、超音波強度の高い範囲は条件１，２と比べて最も広い。このように、短軸開口（駆動する圧電体の数とその位置）を制御することで、超音波ビームの開口を制御できる。

第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通した場合、チャンネルでの第２の方向（短軸方向）の超音波強度分布は、同様の短軸開口制御にもかかわらず、第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通していない場合とは異なる超音波強度分布が得られる。

圧電体３−３のみを駆動する場合では超音波強度分布に大きな違いは見られない。しかし、圧電体３−２〜圧電体３−４を同時に駆動した場合、超音波強度の高い範囲が、第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通した場合の方が狭くなる。さらに、全ての圧電体３−１〜３−５を同時に駆動した場合には、第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通した場合の方が超音波強度の高い範囲が狭くなり、圧電体３−１及び圧電体３−５の位置に相当する範囲で大きく超音波強度が低下している。

このように、第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通することが、中央の圧電体３−３には影響しないと考えられるが、それ以外の圧電体３−１〜３−２、３−４〜３−５に関しては、意図通り駆動できなくなる。すなわち、第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通した構成では、短軸開口制御を行っても、特に中央部以外の圧電体では意図した超音波ビームが得られない。しかし、実施の形態１のように第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通しない構成であれば、短軸開口制御に応じた所望の超音波ビームを発することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、圧電体３を分割するための第１の溝１４が第４の電極１０まで貫通しないよう中間層７を備えた構成であるため、短軸開口制御に応じた所望の超音波ビームを発することができる。したがって、圧電体３の分割による幅振動の干渉を抑えつつ、超音波ビームを高い信頼性で開口制御可能な超音波探触子１を提供することができる。

（実施の形態２）
図２３は、本発明の実施の形態２における超音波探触子を示す斜視図である。実施の形態２の超音波探触子１１１は、実施の形態１の超音波探触子１が備える両面ＦＰＣ８の代わりに、片面ＦＰＣ１３を備える。この点以外は実施の形態１と同様であり、図２３において、図１と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

片面ＦＰＣ１３は、第２の方向（短軸方向）に延伸する第３の電極１１と、絶縁層９とを含む。絶縁層９は、ポリイミドフィルム又はポリエステルフィルムなどが用いられる。片面ＦＰＣ１３についても、両面ＦＰＣ８と同様、第３の電極１１と絶縁層９が予め積層された部品が市販されているので、それを使うのが最も簡便である。

片面ＦＰＣ１３の第３の電極１１の一部には、第２の方向（短軸方向）において、図２３に示す絶縁層１９が設けられる。絶縁層１９には、レジスト材料又はポリイミドフィルムなどの絶縁材料が使用される。図２４に絶縁層１９の配置例を示す。図２４に示す絶縁層１９−１２、絶縁層１９−１３及び絶縁層１９−１４は、それぞれ中間層７−２、中間層７−３及び中間層７−４と対向する第３の電極１１−１上に設けられている。絶縁層１９−２１、絶縁層１９−２２、絶縁層１９−２４及び絶縁層１９−２５は、それぞれ中間層７−１、中間層７−２、中間層７−４及び中間層７−５と対向する第３の電極１１−２上に設けられている。また、絶縁層１９−３１、絶縁層１９−３３及び絶縁層１９−３５は、それぞれ中間層７−１、中間層７−３及び中間層７−５と対向する第３の電極１１−３上に設けられている。

（実施の形態２の超音波探触子１１１の動作）
図２５〜図３０を用いて、実施の形態２の超音波探触子１１１の動作を説明する。

図２５は、信号線（図示せず）と第３の電極１１−１が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１１１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図である。図２５に示した状態では、第３の電極１１−１は、中間層７−１及び中間層７−５とは電気的に接続しているが、中間層７−２、中間層７−３及び中間層７−４とは絶縁層１９−１２、絶縁層１９−１３及び絶縁層１９−１４によって電気的に接続できない。したがって、第３の電極１１−１に電圧を印加すると、圧電体３−１及び圧電体３−５は中間層７−１，７−５及び第２の電極４−１，４−５を介して駆動可能であるが、圧電体３−２、圧電体３−３及び圧電体３−４は駆動できない。

図２６は、超音波探触子１１１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−１の位置で切断した断面図である。積層体１１２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図２６に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−１Ｌ，５−１Ｒ、圧電体３−１Ｌ，３−１Ｒ、第２の電極４−１Ｌ，４−１Ｒとする。第３の電極１１−１を通った電気信号は、中間層７−１と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−１Ｌ及び第２の電極４−１Ｒを通して圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒに流れる。本実施の形態においては、第１の溝１４が第２の電極４を貫通しても、完全に貫通されない中間層７が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒ共に電圧を印加できる。圧電体３−１に限らず圧電体３−５の位置で切断した断面の場合も同様である（図示せず）。

図２７は、信号線と第３の電極１１−２が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１１１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−２で切断した断面図である。図２７に示した状態では、第３の電極１１−２は、中間層７−３とは電気的に接続しているが、中間層７−１、中間層７−２、中間層７−４及び中間層７−５とは絶縁層１９−２１、絶縁層１９−２２、絶縁層１９−２４及び絶縁層１９−２５によって電気的に接続できない。したがって、第３の電極１１−２に電圧を印加すると、圧電体３−３は中間層７−３及び第２の電極４−３を介して駆動可能であるが、圧電体３−１、圧電体３−２、圧電体３−４及び圧電体３−５は駆動できない。

図２８は、超音波探触子１１１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−３の位置で切断した断面図である。積層体１１２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図２８に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−３Ｌ，５−３Ｒ、圧電体３−３Ｌ，３−３Ｒ、第２の電極４−３Ｌ，４−３Ｒとする。第３の電極１１−２を通った電気信号は、中間層７−３と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−３Ｌ及び第２の電極４−３Ｒを通して圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒに流れる。本実施の形態においては、第１の溝１４が第２の電極４を貫通しても、完全に貫通されない中間層７が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒ共に電圧を印加できる。

図２９は、信号線と第３の電極１１−３が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１１１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−３で切断した断面図である。図２９に示した状態では、第３の電極１１−３は、中間層７−２及び中間層７−４とは電気的に接続しているが、中間層７−１、中間層７−３及び中間層７−５とは絶縁層１９−３１、絶縁層１９−３３及び絶縁層１９−３５によって電気的に接続できない。したがって、第３の電極１１−３に電圧を印加すると、圧電体３−２及び圧電体３−４は、中間層７−２，７−４及び第２の電極４−２，４−４を介して駆動可能であるが、圧電体３−１、圧電体３−３及び圧電体３−５は駆動できない。

図３０は、超音波探触子１１１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−２の位置で切断した断面図である。積層体１１２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図３０に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−２Ｌ，５−２Ｒ、圧電体３−２Ｌ，３−２Ｒ、第２の電極４−２Ｌ，４−２Ｒとする。第３の電極１１−３を通った電気信号は、中間層７−２と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−２Ｌ及び第２の電極４−２Ｒを通して圧電体３−２Ｌ及び圧電体３−２Ｒに流れる。本実施の形態においては、第１の溝１４が第２の電極４を貫通しても、完全に貫通されない中間層７が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−２Ｌ及び圧電体３−２Ｒ共に電圧を印加できる。圧電体３−２に限らず圧電体３−４の位置で切断した断面の場合も同様である（図示せず）。

（実施の形態３）
図３１は、本発明の実施の形態３における超音波探触子を示す斜視図である。実施の形態２の超音波探触子１１１では、絶縁層１９を第３の電極１１の一部に設けたが、本実施の形態では、図３１に示すように、第２の方向（短軸方向）において、中間層７に絶縁層２９が設けられる。この点以外は実施の形態２と同様であり、図３１において、図２３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

絶縁層２９は、中間層７がアルミニウムなどの金属材料から形成されている場合は、アルマイト処理を選択的に行うことで形成される。また、中間層７が絶縁材料から形成されている場合は、図６及び図７に示すように、導電層を選択的に形成することで、導電層を設けない部分の中間層７を絶縁層２９としてもよい。

図３２に絶縁層２９の配置例を示す。図３２に示す絶縁層２９−１２３は、第３の電極１１−２及び第３の電極１１−３に対向する中間層７−１の表面に形成されている。絶縁層２９−２１２は、第３の電極１１−１及び第３の電極１１−２に対向する中間層７−２の表面に形成されている。絶縁層２９−３１１は、第３の電極１１−１に対向する中間層７−３の表面に形成されている。絶縁層２９−３３３は第３の電極１１−３に対向する中間層７−３の表面に形成されている。絶縁層２９−４１２は、第３の電極１１−１及び第３の電極１１−２に対向する中間層７−４の表面に形成されている。絶縁層２９−５２３は、第３の電極１１−２及び第３の電極１１−３に対向する中間層７−５の表面に形成されている。

（実施の形態３の超音波探触子１２１の動作）
図３３〜図３８を用いて、実施の形態３の超音波探触子１２１の動作を説明する。

図３３は、信号線（図示せず）と第３の電極１１−１が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１２１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−１で切断した断面図である。図３３に示した状態では、第３の電極１１−１は、中間層７−１及び中間層７−５とは電気的に接続しているが、中間層７−２、中間層７−３及び中間層７−４とは絶縁層２９−２１２、絶縁層２９−３１１及び絶縁層２９−４１２によって電気的に接続できない。したがって、第３の電極１１−１に電圧を印加すると、圧電体３−１及び圧電体３−５は中間層７−１，７−５及び第２の電極４−１，４−５を介して駆動可能であるが、圧電体３−２、圧電体３−３及び圧電体３−４は駆動できない。

図３４は、超音波探触子１２１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−１の位置で切断した断面図である。積層体１２２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図３４に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−１Ｌ，５−１Ｒ、圧電体３−１Ｌ，３−１Ｒ、第２の電極４−１Ｌ，４−１Ｒとする。第３の電極１１−１を通った電気信号は、中間層７−１と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−１Ｌ及び第２の電極４−１Ｒを通して圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒに流れる。本実施の形態においては、第１の溝１４が第２の電極４を貫通しても、完全に貫通されない中間層７（中間層７の表面に設けた絶縁層２９は貫通しない）が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−１Ｌ及び圧電体３−１Ｒ共に電圧を印加できる。圧電体３−１に限らず圧電体３−５の位置で切断した断面の場合も同様である（図示せず）。

図３５は、信号線と第３の電極１１−２が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１２１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−２で切断した断面図である。図３５に示した状態では、第３の電極１１−２は、中間層７−３とは電気的に接続しているが、中間層７−１、中間層７−２、中間層７−４及び中間層７−５とは絶縁層２９−１２３、絶縁層２９−２１２、絶縁層２９−４１２及び絶縁層２９−５２３によって電気的に接続できない。したがって、第３の電極１１−２に電圧を印加すると、圧電体３−３は、中間層７−３及び第２の電極４−３を介して駆動可能であるが、圧電体３−１、圧電体３−２、圧電体３−４及び圧電体３−５は駆動できない。

図３６は、超音波探触子１２１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−３の位置で切断した断面図である。積層体１２２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図３６に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−３Ｌ，５−３Ｒ、圧電体３−３Ｌ，３−３Ｒ、第２の電極４−３Ｌ，４−３Ｒとする。第３の電極１１−２を通った電気信号は、中間層７−３と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−３Ｌ及び第２の電極４−３Ｒを通して圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒに流れる。本実施の形態においては、第１の溝１４が第２の電極４を貫通しても、完全に貫通されない中間層７（中間層７の表面に設けた絶縁層２９は貫通しない）が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−３Ｌ及び圧電体３−３Ｒ共に電圧を印加できる。

図３７は、信号線と第３の電極１１−３が接続するよう切り替えが行われた場合の超音波探触子１２１を第２の方向（短軸方向）に沿って第３の電極１１−３で切断した断面図である。図３７に示した状態では、第３の電極１１−３は、中間層７−２及び中間層７−４とは電気的に接続しているが、中間層７−１、中間層７−３及び中間層７−５とは絶縁層２９−１２３、絶縁層２９−３３３及び絶縁層２９−５２３によって電気的に接続できない。したがって、第３の電極１１−３に電圧を印加すると、圧電体３−２及び圧電体３−４は、中間層７−２，７−４及び第２の電極４−２，４−４を介して駆動可能であるが、圧電体３−１、圧電体３−３及び圧電体３−５は駆動できない。

図３８は、超音波探触子１２１を第３の方向（アレイ方向）に沿って圧電体３−２の位置で切断した断面図である。積層体１２２には、第１の電極５、圧電体３及び第２の電極４を貫通して、中間層７の一部まで形成された第１の溝１４が１つ設けられた結果、圧電体３は、第３の方向（アレイ方向）に２分割されている。図３８に示した構成では、２分割された左右の第１の電極５、圧電体３、第２の電極４を、それぞれ、第１の電極５−２Ｌ，５−２Ｒ、圧電体３−２Ｌ，３−２Ｒ、第２の電極４−２Ｌ，４−２Ｒとする。第３の電極１１−３を通った電気信号は、中間層７−２と電気的に接続され、さらに、第２の電極４−２Ｌ及び第２の電極４−２Ｒを通して圧電体３−２Ｌ及び圧電体３−２Ｒに流れる。本実施の形態においては、第１の溝１４が第２の電極４を貫通しても、完全に貫通されない中間層７（中間層７の表面に設けた絶縁層２９は貫通しない）が第２の電極４と第３の電極１１の間に介在することで、圧電体３−２Ｌ及び圧電体３−２Ｒ共に電圧を印加できる。圧電体３−２に限らず圧電体３−４の位置で切断した断面の場合も同様である（図示せず）。

本発明に係る超音波探触子は、第２の方向（短軸方向）に所定の間隔をあけて複数配列した圧電体を有し、かつ、第３の方向（アレイ方向）にサブダイスが必要な超音波探触子において、複数の圧電体と、圧電体の駆動数（開口）を制御する第３の電極の間に中間層を設けた。当該超音波探触子は、第２の方向に延伸する第１の溝が中間層の一部まで貫通するサブダイス構成である。したがって、超音波探触子を作製時の加工精度や部品ばらつきによらず、高い信頼性で複数の圧電体と第３の電極間の電気的接続を実現することができ、超音波画像診断に用いる超音波探触子等として有用である。

１、１１１、１２１ 超音波探触子
２、１１２、１２２ 積層体
３ 圧電体
４ 第２の電極（信号電極）
５ 第１の電極（グラウンド電極）
６ グラウンド層
７ 中間層
８ 両面ＦＰＣ
９ 絶縁層
１０ 第４の電極
１１ 第３の電極
１２ 導電部
１３ 片面ＦＰＣ
１４ 第１の溝
１５ 第２の溝
１６ 第３の溝
１９ 絶縁層
２９ 絶縁層
３１ 圧電相
３２ 樹脂相
３３ 導体層
３４ 絶縁体層
３５ 導電層
６１ 送信回路
６２ スイッチング回路
６３〜６４ スイッチ
１１０１〜１１０３ 信号線
１１０４ グラウンド線

Claims (15)

1. 第１の方向に所定の厚みを有する圧電体と、
   前記第１の方向において前記圧電体を挟むよう互いに対向した第１の電極及び第２の電極と、
   前記第２の電極と電気的に接続され、前記第２の電極に対して前記圧電体とは反対側に設けられる中間層と、
   前記中間層を挟んで前記第２の電極と対向し、前記第１の方向と直交する第２の方向に延伸する第３の電極と、
   を有する積層体を備え、
   前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記第２の方向において所定の間隔をあけてそれぞれ複数配列され、
   前記積層体は、前記第１の方向及び前記第２の方向とそれぞれ直交する第３の方向に複数配列され、
   前記積層体には、前記第１の電極、前記圧電体及び前記第２の電極を貫通して前記中間層の一部まで形成され、前記第２の方向に延伸した第１の溝が形成された超音波探触子。
2. 前記積層体は、
   前記中間層と前記第３の電極の間に設けられる第４の電極と、
   前記第４の電極と前記第３の電極の間に設けられる絶縁層と、
   前記絶縁層を貫通して前記第３の電極と前記第４の電極を電気的に接続する導電部と、
   を更に有する請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記第２の方向において、前記第３の電極の一部と前記中間層の一部の間に絶縁層が形成された領域を備える請求項１に記載の超音波探触子。
4. 前記第３の電極は、前記第３の方向において複数形成された請求項３に記載の超音波探触子。
5. 前記積層体には、少なくとも前記第１の電極、前記圧電体、前記第２の電極及び前記中間層を貫通する、前記第３の方向に延伸した第２の溝が形成された請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波探触子。
6. 前記中間層は、前記第２の方向において所定の間隔を空けて複数配列され、
   前記第２の方向において隣り合う前記中間層同士の間隔は、前記第１の方向の位置によって異なる請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波探触子。
7. 前記圧電体は、前記第２の方向において複数の圧電層と樹脂層とが隣接した複合構造であり、
   前記第２の方向における前記圧電層の幅が前記第２の電極の幅よりも狭い請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
8. 前記中間層の少なくとも表面の一部は導電性を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波探触子。
9. 前記中間層が導電体である請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波探触子。
10. 前記中間層は、前記第３の方向において複数の導体層と絶縁体層とが隣接した複合構造であり、
    前記中間層の前記第３の方向において前記第１の溝を挟んで隣り合う前記圧電体と対向する領域に、前記導体層が少なくとも１層配置された請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波探触子。
11. 前記中間層は、前記第２の方向において複数の導体層と絶縁体層とが交互に並んだ積層構造であり、
    前記中間層の前記第２の方向において隣り合う前記第２の電極間の領域と対向する領域に、前記絶縁体層の少なくとも一部が配置された請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波探触子。
12. 前記中間層は、前記複数の第２の電極にわたって形成される部分を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載の超音波探触子。
13. 前記中間層の音響インピーダンスが前記圧電体の音響インピーダンス以上である請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波探触子。
14. 前記中間層の音響インピーダンスが前記圧電体の音響インピーダンス未満である請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波探触子。
15. 前記中間層の厚みが０．０１ｍｍ以上である請求項１から１４のいずれか１項に記載の超音波探触子。

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