JP2023092343A - 超音波振動子、超音波振動子の製造方法、及び超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の側面の電極が破損することを防止した超音波振動子を提供する。
【解決手段】超音波プローブ１０において、超音波振動子１００は、超音波を発生する圧電素子１０１１と、圧電素子１０１１の表面のうち、圧電素子１０１１の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面並びに第１面及び第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極１０１２と、第２面上に設けられており、第１電極１０１２と電気的に絶縁されている第２電極１０１３と、を有する圧電素子層１０１と、第１電極１０１２の第３面上に設けられている面に配置されている補強部材１０７と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波振動子、超音波振動子の製造方法、及び超音波プローブに関する。

従来、圧電素子の表面に電極が形成された圧電素子層を備える超音波振動子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－３５９８９７号公報

圧電素子層には、音響整合層やデマッチング層等が積層されるが、側面は外部に露出している。そのため、圧電素子の側面に形成された電極は、外部からの衝撃により破損しやすいという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧電素子の側面の電極が破損することを防止した超音波振動子、超音波振動子の製造方法、及び超音波プローブを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波振動子は、超音波を発生する圧電素子と、前記圧電素子の表面のうち、前記圧電素子の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面、並びに前記第１面及び前記第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極と、前記第２面上に設けられており、前記第１電極と電気的に絶縁されている第２電極と、を有する圧電素子層と、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面に配置されている補強部材と、を備える。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記圧電素子層の前記第１面側に積層されている第１音響部材をさらに有し、前記補強部材は、前記第１音響部材のうち、前記圧電素子層の前記第１面側と接触している面に配置されている。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記圧電素子層の前記第２面側に積層されている第２音響部材をさらに有し、前記補強部材は、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に配置されている。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記第１音響部材、及び前記第２音響部材は、前記圧電素子の厚さ方向に直交する方向に沿った幅が、前記圧電素子より大きい。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記補強部材は、前記第１電極の表面のうち、前記圧電素子の前記第３面上に設けられている面を覆う。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記第１音響部材は、接着剤により前記圧電素子に積層されており、前記補強部材は、前記接着剤からなる。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記補強部材は、エポキシ樹脂からなる。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記補強部材は、導電性を有する。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記補強部材は、外部に露出している面の厚さ方向の長さが、前記第１電極に接する面の厚さ方向の長さよりも大きい。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記補強部材は、外部に露出している面と前記第１電極に接する面との間に形成されている段差部を有する。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記第１音響部材は、前記圧電素子より音響インピーダンスが小さい音響整合層である。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子は、前記第２音響部材は、前記圧電素子より音響インピーダンスが大きいデマッチング層である。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子の製造方法は、超音波を発生する圧電素子と、前記圧電素子の表面のうち、前記圧電素子の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面、並びに前記第１面及び前記第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極と、を有する圧電素子層を備える超音波振動子の製造方法であって、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面に補強部材を形成する。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子の製造方法は、前記圧電素子層は、前記第２面上に設けられており、前記第１電極と電気的に絶縁されている第２電極を有し、前記圧電素子層の前記第１面側に、第１音響部材を積層し、前記第１音響部材のうち、前記圧電素子層の前記第１面側と接触している面に、前記補強部材を形成する。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子の製造方法は、前記圧電素子層の前記第２面側に、第２音響部材を積層し、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に前記補強部材を形成する。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子の製造方法は、前記圧電素子層の前記第１面側に接着剤により前記第１音響部材を積層し、前記圧電素子層の前記第２面側に前記接着剤により前記第２音響部材を積層し、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に前記接着剤を充填することにより前記補強部材を形成する。

また、本発明の一態様に係る超音波振動子の製造方法は、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に前記補強部材を挿入する。

また、本発明の一態様に係る超音波プローブは、互いの長手方向の両端が短手方向に沿って揃って並んでいる複数の超音波振動子を備える超音波プローブであって、前記超音波振動子は、超音波を発生する圧電素子と、前記圧電素子の表面のうち、前記圧電素子の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面、並びに前記第１面及び前記第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極と、前記第２面上に設けられており、前記第１電極と電気的に絶縁されている第２電極と、を有する圧電素子層と、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面に配置されている補強部材と、を備える。

本発明によれば、圧電素子の側面の電極が破損することを防止した超音波振動子、超音波振動子の製造方法、及び超音波プローブを実現することができる。

図１は、実施の形態１に係る超音波振動子を備える内視鏡システムを示す模式図である。 図２は、図１に示す超音波プローブの側面図である。 図３は、図１に示す超音波プローブの上面図である。 図４は、図２に示すＡ－Ａ’線に対応する断面図である。 図５は、実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図６は、積層体をダイシングする様子を示す図である。 図７は、変形例１に係る超音波振動子の断面図である。 図８は、積層体をダイシングする様子を示す図である。 図９は、変形例２に係る超音波振動子の断面図である。 図１０は、積層体をダイシングする様子を示す図である。 図１１は、変形例３に係る超音波振動子の断面図である。 図１２は、変形例４に係る超音波振動子の断面図である。 図１３は、変形例５に係る超音波振動子の断面図である。 図１４は、変形例６に係る超音波振動子の断面図である。 図１５は、変形例７に係る超音波振動子の断面図である。 図１６は、実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照して本発明に係る超音波振動子、超音波振動子の製造方法、及び超音波プローブの実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。以下の実施の形態においては、超音波内視鏡に用いられる超音波振動子を例示して説明するが、本発明は、体外式の内視鏡に用いられる超音波振動子を含む超音波振動子一般に適用することができる。

また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
〔内視鏡システムの概略構成〕
図１は、実施の形態１に係る超音波振動子を備える内視鏡システムを示す模式図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断及び処置を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、を備える。

超音波内視鏡２は、一部を被検体内に挿入可能とし、被検体内の体壁に向けて超音波パルス（音響パルス）を送信するとともに被検体にて反射された超音波エコーを受信してエコー信号を出力する機能、及び被検体内を撮像して画像信号を出力する機能を有する。なお、超音波内視鏡２の詳細な構成については、後述する。

超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３では、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。

内視鏡観察装置４には、超音波内視鏡２の後述する内視鏡用コネクタ９が着脱自在に接続される。この内視鏡観察装置４は、ビデオプロセッサ４１と、光源装置４２と、を備える。

ビデオプロセッサ４１は、内視鏡用コネクタ９を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、ビデオプロセッサ４１は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。

光源装置４２は、内視鏡用コネクタ９を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。

表示装置５は、液晶、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、又は、プロジェクタを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。

〔超音波内視鏡の構成〕
次に、超音波内視鏡２の構成について説明する。超音波内視鏡２は、挿入部６と、操作部７と、ユニバーサルコード８と、内視鏡用コネクタ９と、を備える。

挿入部６は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部６は、先端側に設けられている超音波プローブ１０と、超音波プローブ１０の基端側に連結された硬性部材６１と、硬性部材６１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部６２と、湾曲部６２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管６３と、を備える。

操作部７は、挿入部６の基端側に連結され、医師等から各種操作を受け付ける部分である。この操作部７は、湾曲部６２を湾曲操作するための湾曲ノブ７１と、各種操作を行うための複数の操作部材７２とを備える。また、操作部７には、処置具を挿通するための処置具挿入口７３が設けられている。

ユニバーサルコード８は、操作部７から延在し、ライトガイド、振動子ケーブル、信号ケーブル、及び管路の一部を構成するチューブが配設されたコードである。

内視鏡用コネクタ９は、ユニバーサルコード８の端部に設けられている。そして、内視鏡用コネクタ９は、超音波ケーブル３１が接続されるとともに、内視鏡観察装置４に挿し込まれることでビデオプロセッサ４１及び光源装置４２に接続する。

〔超音波プローブの構成〕
次に、超音波プローブ１０の構成について説明する。図２は、図１に示す超音波プローブの側面図である。図３は、図１に示す超音波プローブの上面図である。

超音波プローブ１０は、図２及び図３に示すように、互いの長手方向（図３の上下方向）の両端が短手方向（図３の左右方向）に沿って揃って並んでいる複数の超音波振動子１００を備える。なお、超音波プローブ１０は、コンベックス型、リニア型、又はラジアル型のいずれの構成であってもよい。

〔超音波振動子の構成〕
次に、超音波振動子１００の構成について説明する。図４は、図２に示すＡ－Ａ’線に対応する断面図である。超音波振動子１００は、図４に示すように、圧電素子層１０１と、第１音響部材としての第１音響整合層１０２と、第２音響整合層１０３と、第２音響部材としてのデマッチング層１０４と、接続パッド１０５と、ＦＰＣ層１０６と、補強部材１０７と、絶縁部１０８と、を有する。

圧電素子層１０１は、圧電素子１０１１と、第１電極１０１２と、第２電極１０１３と、を有する。

圧電素子１０１１は、超音波を発生する。圧電素子１０１１は、ＰＭＮ－ＰＴ単結晶、ＰＭＮ－ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ－ＰＴ単結晶、ＰＩＮ－ＰＺＮ－ＰＴ単結晶又はリラクサー系材料等の圧電材料を用いて形成される。なお、ＰＭＮ－ＰＴ単結晶は、マグネシウム・ニオブ酸鉛及びチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＭＮ－ＰＺＴ単結晶は、マグネシウム・ニオブ酸鉛及びチタン酸ジルコン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＺＮ－ＰＴ単結晶は、亜鉛・ニオブ酸鉛及びチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＩＮ－ＰＺＮ－ＰＴ単結晶は、インジウム・ニオブ酸鉛、亜鉛・ニオブ酸鉛及びチタン酸鉛の固溶体の略称である。リラクサー系材料は、圧電定数や誘電率を増加させる目的でリラクサー材料である鉛系複合ペロブスカイトをチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に添加した三成分系圧電材料の総称である。鉛系複合ペロブスカイトは、Ｐｂ（Ｂ１、Ｂ２）Ｏ_３で表され、Ｂ１はマグネシウム、亜鉛、インジウム又はスカンジウムのいずれかであり、Ｂ２はニオブ、タンタル又はタングステンのいずれかである。これらの圧電材料は、優れた圧電効果を有している。このため、小型化しても電気的なインピーダンスの値を低くすることができ、電極との間のインピーダンスマッチングの観点から好ましい。

第１電極１０１２及び第２電極１０１３は、圧電素子１０１１の表面上にメッキ加工等によって設けられている。

第１電極１０１２は、圧電素子１０１１の表面のうち、圧電素子１０１１の厚さ方向（図４の上下方向）の反対側に位置する第１面（上面）及び第２面（下面）、並びに第１面及び第２面とそれぞれ隣り合う第３面（側面）、の各面上に連続して設けられている。すなわち、第１電極１０１２は、圧電素子１０１１の上面から側面を経由して下面まで連続して形成された折り返し電極である。このように、第１電極１０１２を折り返し電極とすることにより、第１電極１０１２の下面側に電気配線を接続することができ、超音波振動子１００の小型化や配線作業の簡易化等を実現することができる。

第２電極１０１３は、第２面上に設けられており、絶縁部１０８により第１電極１０１２と電気的に絶縁されている。第１電極１０１２と第２電極１０１３とが互いに絶縁されていることにより、グランドとシグナルとをそれぞれ分けて印加することが可能となる。

第１音響整合層１０２は、圧電素子層１０１の第１面側に接着剤により積層されている。第２音響整合層１０３は、第１音響整合層１０２の圧電素子層１０１と反対側に接着剤により積層されている。また、第１音響整合層１０２は、圧電素子１０１１の厚さ方向に直交する方向（図４の左右方向）に沿った幅が、圧電素子１０１１より大きい。第１音響整合層１０２及び第２音響整合層１０３は、圧電素子１０１１より音響インピーダンスが小さい互いに異なる材料からなり、圧電素子１０１１が発生した超音波を透過する。第１音響整合層１０２及び第２音響整合層１０３は、圧電素子１０１１と観測対象との間で音（超音波）を効率よく透過させるために、圧電素子１０１１と観測対象との音響インピーダンスをマッチングさせる。なお、本実施の形態１では、二つの音響整合層（第１音響整合層１０２及び第２音響整合層１０３）を有するものとして説明するが、圧電素子１０１１と観測対象との特性により一層としてもよいし、三層以上としてもよい。また、超音波振動子１００は、音響整合層を有しない構成であってもよい。この場合、第１音響部材として第１音響整合層１０２に代えて、超音波を透過する材料からなり、超音波を収束、発散させる音響レンズを用いるような構成であってもよい。

デマッチング層１０４は、圧電素子層１０１の第２面側に接着剤により積層されている。また、デマッチング層１０４は、圧電素子１０１１の厚さ方向に直交する方向（図４の左右方向）に沿った幅が、圧電素子１０１１より大きい。デマッチング層１０４は、圧電素子１０１１よりも音響インピーダンスが大きい材料からなり、圧電素子１０１１が発生した超音波を反射する。

接続パッド１０５は、圧電素子１０１１とＦＰＣ層１０６とを電気的に接続する。

ＦＰＣ層１０６は、圧電素子１０１１に電気的に接続されている導電層１０６１と、絶縁性を有する絶縁層１０６２と、を有するフレキシブル基板である。

補強部材１０７は、第１電極１０１２の第３面上に設けられている面と第１音響整合層１０２とデマッチング層１０４とに囲まれた領域に配置されている。補強部材１０７は、第１電極１０１２の表面のうち、圧電素子１０１１の第３面上に設けられている面を覆う。補強部材１０７は、例えば塗布する際には流動性を有し、その後硬化する接着剤からなるが、エポキシ樹脂やエラストマーにより形成してもよい。

絶縁部１０８は、第１電極１０１２と第２電極１０１３とを絶縁する。

また、超音波振動子１００は、デマッチング層１０４に替えて、バッキング層を備えていてもよいし、デマッチング層１０４を設けず、第２音響部材として接続パッド１０５およびＦＰＣ層１０６のみを設けてもよい。また、超音波振動子１００は、ＦＰＣ層１０６の接続パッド１０５と反対側にバッキング層を備えていてもよい。バッキング層は、圧電素子１０１１の動作によって生じる不要な超音波が圧電素子１０１１に戻らないように、不要な超音波を吸収、減衰するバッキング材により形成されている。具体的には、バッキング層は、減衰率の大きい材料、例えば、アルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂や、これらのフィラーを分散したゴムを用いて形成される。

〔超音波振動子の製造方法〕
次に、超音波振動子１００の製造方法を説明する。図５は、実施の形態１に係る超音波振動子の製造方法を示すフローチャートである。まず、超音波振動子１００を構成する各層を積層した積層体を形成する（ステップＳ１）。図６は、積層体をダイシングする様子を示す図である。図６に示すように、圧電素子層１０１の第１面に接着剤により第１音響整合層１０２及び第２音響整合層１０３をこの順に積層し、圧電素子層１０１の第２面に接着剤によりデマッチング層１０４、接続パッド１０５及びＦＰＣ層１０６をこの順に積層することにより、積層体１１０を形成する。

続いて、積層体１１０を積層方向（図６の上下方向）に沿って加圧する（ステップＳ２）。このとき、第１電極１０１２の第３面上に設けられている面と第１音響整合層１０２とデマッチング層１０４とに囲まれた領域に、積層体１１０を形成する際に用いた接着剤が充填される。

その後、破線Ｌ１に沿って積層体１１０をダイシングする（ステップＳ３）。その結果、超音波振動子１００が形成される。

以上説明した実施の形態１によれば、補強部材１０７により第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が覆われていることにより、第１電極１０１２が外部からの衝撃によって破損することを防止することができる。

また、第１電極１０１２と第２電極１０１３との間に電力を印加すると、圧電素子１０１１が厚さ方向（図４の上下方向）に伸縮して振動し、超音波が発生する。この振動により、第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が破断する場合がある。実施の形態１によれば、補強部材１０７が第１電極１０１２の側面を補強しているため、圧電素子１０１１の振動により第１電極１０１２の側面が破断することも防止することができる。

また、ステップＳ１～Ｓ３により製造した超音波振動子１００を、図６の左右方向に沿って短冊状にダイシングすることにより、複数の超音波振動子１００を備える超音波プローブ１０を製造することができる。このダイシングの際に、第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が破断する場合がある。実施の形態１によれば、補強部材１０７が第１電極１０１２の側面を補強しているため、ダイシングの際に第１電極１０１２の側面が破断することも防止することができる。また、この製造方法によれば、第１電極１０１２の側面が破断することが防止されているため、超音波プローブ１０を製造する際の歩留まりをよくすることが可能となる。

（変形例１）
図７は、変形例１に係る超音波振動子の断面図である。図７に示すように、変形例１に係る超音波プローブ１０Ａの超音波振動子１００Ａにおいて、第１音響整合層１０２Ａには、傾斜部１０２Ａａが形成されており、デマッチング層１０４Ａには、傾斜部１０４Ａａが形成されている。そして、補強部材１０７Ａは、外部に露出している面の厚さ方向の長さが、第１電極１０１２に接する面の厚さ方向の長さよりも大きい。

次に、変形例１に係る超音波振動子１００Ａの製造方法を説明する。図８は、積層体をダイシングする様子を示す図である。ダイシングする前の積層体１１０Ａにおいて、第１音響整合層１０２Ａには、凹部１１０Ａａが形成されており、デマッチング層１０４Ａには、凹部１１０Ａｂが形成されている。その結果、積層体１１０Ａを形成する際に各層の間に塗布した接着剤が凹部１１０Ａａと凹部１１０Ａｂとの間の空間に溜まりやすい。その後、破線Ｌ２に沿って積層体１１０Ａをダイシングする。その結果、超音波振動子１００Ａが形成される。

（変形例２）
図９は、変形例２に係る超音波振動子の断面図である。図９に示すように、変形例２に係る超音波プローブ１０Ｂの超音波振動子１００Ｂにおいて、第１音響整合層１０２Ｂには、段差部１０２Ｂａが形成されており、デマッチング層１０４Ｂには、段差部１０４Ｂａが形成されている。換言すると、補強部材１０７Ｂは、外部に露出している面と第１電極１０１２に接する面との間に形成されている段差部を有する。従って、補強部材１０７Ｂは、外部に露出している面の厚さ方向の長さが、第１電極１０１２に接する面の厚さ方向の長さよりも大きい。

次に、変形例２に係る超音波振動子１００Ｂの製造方法を説明する。図１０は、積層体をダイシングする様子を示す図である。ダイシングする前の積層体１１０Ｂにおいて、第１音響整合層１０２Ｂには、溝部１１０Ｂａが形成されており、デマッチング層１０４Ｂには、溝部１１０Ｂｂが形成されている。その結果、積層体１１０Ｂを形成する際に各層の間に塗布した接着剤が溝部１１０Ｂａと溝部１１０Ｂｂとの間の空間に溜まりやすい。その後、破線Ｌ３に沿って積層体１１０Ｂをダイシングする。その結果、超音波振動子１００Ｂが形成される。

（変形例３）
図１１は、変形例３に係る超音波振動子の断面図である。図１１に示すように、変形例３に係る超音波プローブ１０Ｃの超音波振動子１００Ｃにおいて、第１音響整合層１０２Ｃには、傾斜部１０２Ｃａが形成されており、デマッチング層１０４Ｃには、傾斜部１０４Ｃａが形成されている。そして、補強部材１０７Ｃは、外部に露出している面の厚さ方向の長さが、第１電極１０１２に接する面の厚さ方向の長さよりも小さい。その結果、積層体を形成する際に各層の間に塗布した接着剤が傾斜部１０２Ｃａと傾斜部１０４Ｃａとの間の空間に溜まりやすい。

（変形例４）
図１２は、変形例４に係る超音波振動子の断面図である。図１２に示すように、変形例４に係る超音波プローブ１０Ｄの超音波振動子１００Ｄにおいて、第１音響整合層１０２Ｄには、段差部１０２Ｄａが形成されており、デマッチング層１０４Ｄには、段差部１０４Ｄａが形成されている。換言すると、補強部材１０７Ｄは、外部に露出している面と第１電極１０１２に接する面との間に形成されている段差部を有する。従って、補強部材１０７Ｄは、外部に露出している面の厚さ方向の長さが、第１電極１０１２に接する面の厚さ方向の長さよりも小さい。その結果、積層体を形成する際に各層の間に塗布した接着剤が段差部１０２Ｄａと段差部１０４Ｄａとの間の空間に溜まりやすい。

（変形例５）
図１３は、変形例５に係る超音波振動子の断面図である。図１３に示すように、変形例５に係る超音波プローブ１０Ｅの超音波振動子１００Ｅにおいて、補強部材１０７Ｅは、圧電素子層１０１とデマッチング層１０４Ｅとに跨って形成されている。その結果、補強部材１０７Ｅにより第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が覆われていることにより、第１電極１０１２が外部からの衝撃によって破損することを防止することができる。

また、この構成では、圧電素子層１０１とデマッチング層１０４Ｅとが剥がれる方向（図１３の上下方向）に交差する方向に沿って補強部材１０７Ｅが形成されているため、圧電素子層１０１とデマッチング層１０４Ｅとが剥がれることを防止することができる。

（変形例６）
図１４は、変形例６に係る超音波振動子の断面図である。図１４に示すように、変形例６に係る超音波プローブ１０Ｆの超音波振動子１００Ｆにおいて、補強部材１０７Ｆは、圧電素子層１０１と第１音響整合層１０２Ｆと第２音響整合層１０３Ｆとデマッチング層１０４Ｆとに跨って形成されている。その結果、補強部材１０７Ｆにより第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が覆われていることにより、第１電極１０１２が外部からの衝撃によって破損することを防止することができる。

また、この構成では、圧電素子層１０１と第１音響整合層１０２Ｆと第２音響整合層１０３Ｆとデマッチング層１０４Ｆとがそれぞれ剥がれる方向（図１４の上下方向）に交差する方向に沿って補強部材１０７Ｆが形成されているため、圧電素子層１０１と第１音響整合層１０２Ｆと第２音響整合層１０３Ｆとデマッチング層１０４Ｆとがそれぞれ剥がれることを防止することができる。

（変形例７）
図１５は、変形例７に係る超音波振動子の断面図である。図１５に示すように、変形例７に係る超音波プローブ１０Ｇの超音波振動子１００Ｇにおいて、補強部材１０７Ｇは、圧電素子層１０１と第１音響整合層１０２Ｇとデマッチング層１０４Ｇとに跨って形成されている。その結果、補強部材１０７Ｇにより第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が覆われていることにより、第１電極１０１２が外部からの衝撃によって破損することを防止することができる。

また、この構成では、圧電素子層１０１と第１音響整合層１０２Ｇとデマッチング層１０４Ｇとがそれぞれ剥がれる方向（図１５の上下方向）に交差する方向に沿って補強部材１０７Ｇが形成されているため、圧電素子層１０１と第１音響整合層１０２Ｇとデマッチング層１０４Ｇとがそれぞれ剥がれることを防止することができる。

（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２に係る超音波振動子の製造方法を示すフローチャートである。まず、実施の形態１と同様に、超音波振動子１００を構成する各層を積層した積層体を形成し（ステップＳ１）、積層体１１０を積層方向に沿って加圧する（ステップＳ２）。

続いて、第１電極１０１２の第３面上に設けられている面と第１音響整合層１０２とデマッチング層１０４とに囲まれた領域に、補強部材１０７を挿入する（ステップＳ１１）。具体的には、この領域に接着剤や樹脂をすり込んで補強部材１０７を形成してもよいし、線状又は板状の部材を接着やロー付けして補強部材１０７を形成してもよい。

その後、積層体１１０をダイシングする（ステップＳ３）。その結果、超音波振動子１００が形成される。

以上説明した実施の形態２によれば、補強部材１０７により第１電極１０１２の第３面上に設けられている面（側面）が覆われていることにより、第１電極１０１２が外部からの衝撃によって破損することを防止することができる。

また、実施の形態２では、ステップＳ２の後に補強部材１０７を挿入したが、ステップＳ３の後に補強部材１０７を挿入してもよい。

なお、上述した実施の形態では、補強部材１０７が接着剤や樹脂からなる例を説明したが、これに限られない。例えば、補強部材１０７は、導電樹脂により形成されていてもよい。この場合、補強部材１０７が導電性を有するため、第１電極１０１２の側面が破断した場合であっても補強部材１０７が電流を流す経路となる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 内視鏡システム
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 内視鏡観察装置
５ 表示装置
６ 挿入部
７ 操作部
８ ユニバーサルコード
９ 内視鏡用コネクタ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ 超音波プローブ
３１ 超音波ケーブル
４１ ビデオプロセッサ
４２ 光源装置
６１ 硬性部材
６２ 湾曲部
６３ 可撓管
７１ 湾曲ノブ
７２ 操作部材
７３ 処置具挿入口
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ 超音波振動子
１０１ 圧電素子層
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ、１０２Ｆ、１０２Ｇ 第１音響整合層
１０２Ａａ、１０２Ｃａ、１０４Ａａ、１０４Ｃａ 傾斜部
１０２Ｂａ、１０２Ｄａ、１０４Ｂａ、１０４Ｄａ 段差部
１０３、１０３Ｆ 第２音響整合層
１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄ、１０４Ｅ、１０４Ｆ、１０４Ｇ デマッチング層
１０５ 接続パッド
１０６ ＦＰＣ層
１０７、１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ、１０７Ｄ、１０７Ｅ、１０７Ｆ、１０７Ｇ 補強部材
１０８ 絶縁部
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 積層体
１１０Ａａ、１１０Ａｂ 凹部
１１０Ｂａ、１１０Ｂｂ 溝部
１０１１ 圧電素子
１０１２ 第１電極
１０１３ 第２電極
１０６１ 導電層
１０６２ 絶縁層

Claims (18)

1. 超音波を発生する圧電素子と、
   前記圧電素子の表面のうち、前記圧電素子の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面、並びに前記第１面及び前記第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極と、
   前記第２面上に設けられており、前記第１電極と電気的に絶縁されている第２電極と、
   を有する圧電素子層と、
   前記第１電極の前記第３面上に設けられている面に配置されている補強部材と、
   を備える超音波振動子。
2. 前記圧電素子層の前記第１面側に積層されている第１音響部材をさらに有し、
   前記補強部材は、前記第１音響部材のうち、前記圧電素子層の前記第１面側と接触している面に配置されている請求項１に記載の超音波振動子。
3. 前記圧電素子層の前記第２面側に積層されている第２音響部材をさらに有し、
   前記補強部材は、前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に配置されている請求項２に記載の超音波振動子。
4. 前記第１音響部材、及び前記第２音響部材は、前記圧電素子の厚さ方向に直交する方向に沿った幅が、前記圧電素子より大きい請求項３に記載の超音波振動子。
5. 前記補強部材は、前記第１電極の表面のうち、前記圧電素子の前記第３面上に設けられている面を覆う請求項１に記載の超音波振動子。
6. 前記第１音響部材は、接着剤により前記圧電素子に積層されており、
   前記補強部材は、前記接着剤からなる請求項２に記載の超音波振動子。
7. 前記補強部材は、エポキシ樹脂からなる請求項２に記載の超音波振動子。
8. 前記補強部材は、導電性を有する請求項１に記載の超音波振動子。
9. 前記補強部材は、外部に露出している面の厚さ方向の長さが、前記第１電極に接する面の厚さ方向の長さよりも大きい請求項３に記載の超音波振動子。
10. 前記補強部材は、外部に露出している面と前記第１電極に接する面との間に形成されている段差部を有する請求項９に記載の超音波振動子。
11. 前記第１音響部材は、前記圧電素子より音響インピーダンスが小さい音響整合層である請求項２に記載の超音波振動子。
12. 前記第２音響部材は、前記圧電素子より音響インピーダンスが大きいデマッチング層である請求項３に記載の超音波振動子。
13. 超音波を発生する圧電素子と、
    前記圧電素子の表面のうち、前記圧電素子の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面、並びに前記第１面及び前記第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極と、
    を有する圧電素子層を備える超音波振動子の製造方法であって、
    前記第１電極の前記第３面上に設けられている面に補強部材を形成する超音波振動子の製造方法。
14. 前記圧電素子層は、前記第２面上に設けられており、前記第１電極と電気的に絶縁されている第２電極を有し、
    前記圧電素子層の前記第１面側に、第１音響部材を積層し、
    前記第１音響部材のうち、前記圧電素子層の前記第１面側と接触している面に、前記補強部材を形成する請求項１３に記載の超音波振動子の製造方法。
15. 前記圧電素子層の前記第２面側に、第２音響部材を積層し、
    前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に前記補強部材を形成する請求項１４に記載の超音波振動子の製造方法。
16. 前記圧電素子層の前記第１面側に接着剤により前記第１音響部材を積層し、
    前記圧電素子層の前記第２面側に前記接着剤により前記第２音響部材を積層し、
    前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に前記接着剤を充填することにより前記補強部材を形成する請求項１５に記載の超音波振動子の製造方法。
17. 前記第１電極の前記第３面上に設けられている面と前記第１音響部材と前記第２音響部材とに囲まれた領域に前記補強部材を挿入する請求項１５に記載の超音波振動子の製造方法。
18. 互いの長手方向の両端が短手方向に沿って揃って並んでいる複数の超音波振動子を備える超音波プローブであって、
    前記超音波振動子は、
    超音波を発生する圧電素子と、
    前記圧電素子の表面のうち、前記圧電素子の厚さ方向の反対側に位置する第１面及び第２面、並びに前記第１面及び前記第２面とそれぞれ隣り合う第３面、の各面上に連続して設けられている第１電極と、
    前記第２面上に設けられており、前記第１電極と電気的に絶縁されている第２電極と、
    を有する圧電素子層と、
    前記第１電極の前記第３面上に設けられている面に配置されている補強部材と、
    を備える超音波プローブ。

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