JP3546004B2 - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関し、特に、ケーブルの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次元アレイ振動子（２Ｄ振動子）は、二次元配列された複数の振動素子で構成される。そのような二次元アレイ振動子は超音波ビームを二次元走査して三次元エコーデータを取り込む場合などに利用される。その他のアレイ振動子としては、１Ｄアレイ振動子や１．５Ｄアレイ振動子などが知られている。
【０００３】
従来の一般的な製造方法において、二次元アレイ振動子から引き出される引出線群と、多芯ケーブルを構成するケーブル群とを相互接続する場合には、引出線群が密集して埋設されたフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）が用いられ、そのフレキシブル回路基板上の各電極に、端末処理された各ケーブルの内部導体が直接的に半田付けされる。あるいは、フレキシブル回路基板上の一方のコネクタと、各ケーブルの内部導体が半田付けされた他方のコネクタとが連結される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来においては、フレキシブル回路上やケーブル接続点でどうしても電気的クロストークが生じやすくなり、これが画質を低下させるという問題がある。また、各ケーブルは一般に極細であるため慎重な取扱が求められ、特に数百本のケーブルの端末処理（半田付け）のために多大な労力を要する。その結果、製造コストが増大するという問題がある。更に、そのような製造工程において、誤配線のチェックなどを行う必要も生じる。また、そのような結線部分及びフレキシブル回路基板の存在のために超音波探触子の構造が複雑となり、またその小型化の妨げとなる。
【０００５】
上記の問題は、特に素子数が増大すればするほど顕著となる。もちろん、２Ｄアレイ振動子以外のアレイ振動子についても、素子数の増大に伴って上記の問題が顕著となっている。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、アレイ振動子とケーブル群との電気的接続を簡便かつ確実に行えるようにする。
【０００７】
本発明の他の目的は、超音波探触子の製造コストを削減することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、超音波探触子の小型化を図ることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、超音波探触子の動作信頼性を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に一括接続する接続手段と、を含み、前記ケーブル群における各ケーブルの内部導体と前記各引出線群における各引出線とが直線的に接続されることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、第１部材によって、各ケーブル（望ましくは同軸ケーブル）が整列保持され、その際に各ケーブルのグランドが相互に電気的に接続される。また、そのような各ケーブルの整列保持により、各ケーブルの内部導体の端面配列に対応した第１端子アレイが形成される。ここで、第１端子アレイを構成する各端子は、各ケーブルの内部導体の研磨済み端面自体であってもよいが、そのような端面に電極パッドを取り付けたものであってもよい。
【００１２】
一方、第２部材によって、各引出線が整列保持され、それによって各引出線の端面配列に対応した第２端子アレイが形成される。その第２端子アレイを構成する各端子は、各引出線の端面に電極パッドを取り付けたものであってもよい。第１端子アレイと第２端子アレイとが相互に位置決めされつつ電気的に接続され、すなわち、各端子間が直接的に又は間接的に電気的に接続される。第１端子アレイ及び第２端子アレイの少なくとも一方が面状に広がった端子面を有していれば、第１端子アレイと第２端子アレイの位置決め誤差の許容範囲を拡大できる。
【００１３】
本発明によれば、信号が伝送される部材を直線的に接続して、配線の引き回しを回避できるので、接続部分を小型化できるとともに、信号間におけるクロストークの問題も軽減できる。更に、２つの端子アレイの一括接続を行えるので、信号線を逐次的に半田付けする場合などに比べてその作業労力を大幅に軽減でき、それ故超音波探触子の製造コストも大幅に削減できる。特に、信号線の接続時における誤配線の問題に十分に対処できる。なお、２つの端子アレイの接続を締結部材などを利用して行えば、メンテナンス時に第１部材と第２部材とを容易に分離できるという利点がある。
【００１４】
また本発明は、端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、を含み、前記接続手段は、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの間に設けられ、アレイ面に沿った水平方向に絶縁性を有し、かつ、アレイ面と直交する垂直方向に導電性を有する異方性導電部材を含むことを特徴とする。ここで、異方性導電部材は、独立した部材であってもよく、接着作用をもった固化する材料であってもよい。
【００１５】
望ましくは、前記異方性導電部材は弾性体であり、前記第１部材と前記第２部材とを加圧締結する締結部材が設けられる。この構成によれば、第１部材と第２部材とを締結する場合に、異方性導電部材の弾性作用と相俟って、すべての端子について確実な電気的接続を図ることができる。また、締結部材を緩めれば、メンテナンス時に第１部材と第２部材とを簡単に分離できるという利点がある。
【００１６】
望ましくは、前記各ケーブルの内部導体の端面には第１電極パッドが形成され、それらによって前記第１端子アレイが構成される。望ましくは、前記各引出線の端面には第２電極パッドが形成され、それらによって前記第２端子アレイが構成される。
【００１７】
また本発明は、端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、を含み、前記各ケーブルは、その端面から基端側へ所定範囲にわたって形成された内部絶縁体の剥き出し部分と、前記内部絶縁体の剥き出し部分から基端側へ所定範囲にわたって形成されたグランドの剥き出し部分と、を有し、前記第１部材は、前記内部絶縁体の剥き出し部分を整列保持する絶縁部と、前記グランドの剥き出し部分を整列保持する導体部と、を有する。
【００１８】
上記構成によれば、各ケーブルをアレイ状に確実に保持できる。特に、剥き出し加工を前提として、ケーブルの整列保持と同時に、必要な絶縁処理及び導電処理を行える。
【００１９】
上記構成において、前記第１部材は、更に、前記各ケーブルにおける内部絶縁体の剥き出し部分を挿通させる複数の位置決め孔が形成された位置決め板を有し、前記位置決め板の一方面と前記各ケーブルの端面との間に前記絶縁部が形成される。
【００２０】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明に係る方法は、複数のケーブルを内包する多芯ケーブルについて、各ケーブルごとに内部絶縁体及びグランドの段階的な剥き出し加工を行う工程と、第１の位置決め板に形成されたアレイ状の各位置決め孔に前記各ケーブルの内部絶縁体又はグランドの剥き出し部分を挿通する工程と、前記各ケーブルの端面から前記第１の位置決め板の一方面までの先端側空間に絶縁性部材を充填する工程と、前記絶縁性部材の表面上に、前記各ケーブルの内部導体の端面配列に対応した第１端子アレイを形成する工程と、前記第１の位置決め板の他方面からケーブル基端側への一定範囲までの基端側空間に導電性部材を充填し、各ケーブルのグランド剥き出し部分を相互に電気的に接続する工程と、複数の圧電素子からアレイ状に引き出された複数の引出線がバッキングに挿通された状態を形成し、そのバッキングの裏面側に、前記各引出線の端面配列に対応した第２端子アレイを形成する工程と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
望ましくは、前記絶縁性部材及び前記導電性部材の充填時に、前記先端側空間及び前記基端側空間を囲い込む治具が利用される。
【００２２】
望ましくは、前記複数の圧電素子の裏面側に前記複数の引出線が埋設されるようにバッキング組成材を充填してそれを固化させ、これにより前記複数の引出線がバッキングに挿通された状態が形成される。もちろん、バッキングの機械加工によって複数の貫通孔を形成し、各貫通孔に引出線を挿通させるようにしてもよい。
【００２３】
望ましくは、第２の位置決め板に形成された各位置決め孔に各引出線を挿通すると共に、前記第２の位置決め板と前記複数の圧電素子との間に充填空間を形成し、その充填空間にバッキング組成材を充填してそれを固化させ、これにより前記複数の引出線がバッキングに挿通された状態が形成される。
【００２４】
上記構成によれば、バッキング組成材の充填固化により、バッキング内に複数の引出線を埋設させることができる。バッキング組成材の充填に当たっては、上記の絶縁性部材の充填と同様の手法を適用できる。例えば、上記第１の位置決め板と同様の形態をもった第２位置決め板を用いて、その各位置決め孔に各引出線の一部を貫通させ、その第２の位置決め板の一方面と複数の圧電素子との間に治具などを利用して充填空間を形成し、その充填空間にバッキング組成材を充填し、それを固化させてもよい。この場合、位置決め板及びバッキング組成材は絶縁性の部材で構成される。また、第２の位置決め板の他方面と各引出線の先端面との間に治具などを利用して別の充填空間を形成し、そこに絶縁性の部材を充填するようにしてもよい。その絶縁性の部材が固化した後、その表面が研磨されて第２端子アレイが形成される。なお、第２位置決め板はバッキングの一部とみなすことができる。
【００２５】
望ましくは、前記第１端子アレイを形成する工程は、前記絶縁性部材の表面を研削して前記各ケーブルの内部導体の端面を露出させる工程と、前記研削後の絶縁性部材の表面上に、前記各ケーブルの内部導体の端面に対応させて複数の電極パッドを形成する工程と、を含み、前記第２端子アレイを形成する工程は、前記バッキングの裏面上に、前記各引出線の端面に対応させて複数の電極パッドを形成する工程を含む。
【００２６】
望ましくは、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの間に異方性導電部材が介在配置される。
【００２７】
望ましくは、前記位置決め板の位置決め孔の配列、前記第１端子アレイの配列、前記第２端子アレイの配列及び前記複数の引出線の配列は、前記複数の圧電素子の配列に一致する。
【００２８】
望ましくは、前記複数の振動子には超音波の送受波を実際に行う複数の有効素子とそれ以外の複数の無効素子とが含まれ、前記複数のケーブルを前記複数の有効素子のみに対して電気的に接続されるように、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの電気的な接続関係が形成される。すなわち、この構成によれば、スパース型アレイ振動子を簡単に構成できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１及び図２には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１は超音波探触子の要部構成を示す斜視図であり、図２は超音波探触子の要部構成を示す断面図である。
【００３１】
図１及び図２において、多芯ケーブル１２には第１部材としての接続ユニット１４が設けられており、その接続ユニット１４には振動子ユニット１０が連結される。
【００３２】
振動子ユニット１０は、超音波の送受波を行うマトリックス状に配列された複数の圧電素子１６を有している。各圧電素子１６の一方面には電極層１６Ａが形成され、圧電素子１６の他方面には電極層１６Ｂが形成されている。複数の圧電素子１６の生体側には、銅箔などで構成されるグランドリード１８を介して、複数の整合層２０が設けられている。整合層２０は圧電素子１６と生体との間における音響インピーダンス整合を図るための部材であり、各圧電素子１６ごとに整合層２０が設けられている。
【００３３】
複数の圧電素子１６の背面側すなわち非生体側には後方への不要な超音波を吸収するバッキング２２が設けられている。バッキング２２の生体側には各圧電素子１６の配列に合致したアレイ状の複数の電極層２２Ａが形成されており、バッキング２２の背面側すなわち非生体側には上記アレイ状の配列に対応して複数の電極パッド（電極層）２２Ｂが形成されている。ここで、圧電素子１６の配列、整合層２０の配列、電極層２２Ａの配列及び電極パッド２２Ｂの配列はそれぞれ同一である。
【００３４】
一方、接続ユニット１４は、後にその製造方法を詳述するように、固定台３６と、位置決め枠３８と、電極下地４０と、アレイ状に形成される複数の電極パッド４０Ａとを含んでいる。ここで、複数の電極パッド４０Ａは第１端子アレイを構成しており、一方、上述した複数の電極パッド２２Ｂは第２端子アレイを構成しており、それらの２つの端子アレイは後に詳述する異方性導電部材４２を介して互いに電気的に接続される。この異方性導電部材４２は、アレイ面と垂直の方向には導電性を有し、一方アレイ面と平行の方向には絶縁性を有する部材である。例えばこれは絶縁性をもった弾性的基材内に垂直方向に貫通した多数の金線を埋め込んでなるものである。
【００３５】
多芯ケーブル１２は複数のケーブル３２を有しており、それらのケーブル３２の外周囲には多芯フレームグランド３４が設けられ、さらにその外側には多芯ケーブル外皮３０が設けられている。
【００３６】
図２に断面図を示すように、各ケーブル３２は、中心軸上に設けられたケーブル内部導体５０と、そのケーブル内部導体５０を包囲するケーブル内部絶縁体４８と、そのケーブル内部絶縁体４８を包囲するケーブルグランド４６と、さらにそのケーブルグランド４６を包み込むケーブル外皮４４とで構成されている。図２に示されるように、ケーブルの端面すなわちケーブル内部絶縁体４８及びケーブル内部導体５０の端面から基端側への一定の距離Ｌ１にわたってケーブルグランド４６が除去されており、すなわちその範囲においてはケーブル内部絶縁体４８が剥き出されている。また、その位置から基端側へＬ２の距離にわたってケーブル外皮４４が除去されており、すなわちその範囲においてケーブルグランド４６が剥き出されている。また、その位置から基端側へ距離Ｌ３にわたって多芯フレームグランド３４が除去されており、その位置から基端側へ距離Ｌ４だけ後退した位置まで多芯ケーブル外皮３０が除去されている。すなわち、多芯ケーブル１２については図２に示すようにその端部が段階的に剥き出し加工されている。
【００３７】
図２において、位置決め枠３８は、例えばステンレスなどの金属で構成されており、その位置決め枠３８には貫通孔としての複数の挿通孔が形成されている。例えばそのような挿通孔はエッチング加工により形成可能である。各挿通孔には各ケーブル３２におけるケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分が挿入されており、その位置決め枠３８から突出した部分の突出量にあわせて電極下地４０が形成されている。この電極下地４０は後に説明するように絶縁性の接着剤を充填してなるものである。また、位置決め枠３８の非生体側にはケーブル外皮４４の一部を取り込んで所定の厚さをもって固定台３６が形成されており、その固定台３６は例えば導電性接着剤を充填してなるものである。ここで、電極下地４０を構成する絶縁性接着剤は例えばエポキシ系のものを利用することが可能であり、これと同様に、固定台３６を構成する導電性接着剤についてもエポキシ系のものを利用することが可能である。
【００３８】
固定台３６には、複数のネジ穴３６Ａが貫通孔として形成されており、また上述したバッキング２２にも貫通孔としてのネジ穴２２Ｃが形成されている。それらのネジ穴３６Ａ及び２２Ｃには、振動子ユニット１０に接続ユニット１４を接続する際にネジ５２の軸部が挿通され、その軸部の一端側にはナット５４が取付けられる。すなわちネジ５２及びナット５４の締付によって振動子ユニット１０と接続ユニット１４とが強固に連結され、具体的には異方性導電部材４２を介して、複数の電極パッド２２Ｂで構成される第２端子アレイと、複数の電極パッド４０Ａで構成される第１端子アレイとが電気的に接続される。ここで、異方性導電部材４２は弾性を有しており、そのような弾性作用を利用して、各電極パッド間における電気的な接続を安定かつ確実に行うことができる。
【００３９】
図２に示されるように、バッキング２２には、各圧電素子１６に対応して複数の貫通孔２２Ｄが形成されており、その貫通孔２２Ｄには引出線５６が設けられている。引出線５６の一方端はバッキング２２の生体側に形成された電極層２２Ａに接続されており、引出線５６の他方端側はバッキング２２の非生体側の面に形成された電極パッド２２Ｂに接続されている。ちなみに、電極層２２Ａは、圧電素子１６に形成された電極層１６Ｂに例えば導電性接着剤などによって加圧接着されている。
【００４０】
このバッキング２２内に複数の引出線５６を設ける手法としては各種のものを挙げることができ、例えば、位置決め枠３８などを利用した後述の充填法を利用できる。すなわち、バッキング２２の基材としてエポキシ樹脂を使用して、エポキシ樹脂が固化する前に引出線５６を埋め込み、その後にエポキシ樹脂を硬化させて、引出線５６を整列保持するようにしてもよい。
【００４１】
図２に示されるように、グランドリード１８の両端部は振動子ユニット１０及び接続ユニット１４の外周囲を取り囲んでケーブルの基端側に引き出されている。そして、そのグランドリード１８は導電性をもった固定台３６を介してあるいは導電性をもった位置決め枠３８を介してケーブル３２のケーブルグランド４６に電気的に接続されている。すなわち、固定台３６は、各ケーブル３２の固定保持作用の他、各ケーブル３２が有するケーブルグランド４６を相互に電気的に接続する機能を有している。ちなみに、そのような固定台３６及び位置決め枠３８が導電性を有していても、電極下地４０が絶縁性を有しているため、各ケーブル内部導体５０や電極パッド４０Ａの間における絶縁性が保たれている。
【００４２】
次に、図３〜図７を用いて図１及び図２に示した超音波探触子の製造方法について詳述する。
【００４３】
図３において、まず最初に多芯ケーブル１２に対して上述のようなその端部の剥き出し加工がなされ、その剥き出し加工後に、治具６０によって保持された位置決め枠３８の各挿通孔に各ケーブル３２のケーブル内部絶縁体剥き出し部分が挿入される。ここで、治具６０は枠体６０Ａと底体６０Ｂとで構成され、それら全体として皿状の形態を有している。
【００４４】
上記のような位置決め枠３８の各挿通孔へのケーブル３２の挿入が完了した状態において、位置決め枠３８と底体６０Ｂとの間に挟まれる空間内に所定量のエポキシ系の接着剤が流し込まれる。それが固化することにより電極下地４０が構成される。ただし、後に説明するように、実際の製造にあたっては電極下地４０がその表面から一定深さまで研削される。ちなみに、上記の接着剤の充填にあたっては例えば枠体６０Ａに形成された注入孔６１を利用して接着剤を流し込むようにしてもよい。その場合においては所定の場所に空気穴などを設けるのが望ましい。
【００４５】
次に、図４に示すように、位置決め枠の他方面側と枠体６０Ａとで囲まれる空間内に導電性をもったエポキシ系の接着剤が流し込まれる。それが固化することによって固定台３６が構成される。
【００４６】
上述したように、この固定台３６は各ケーブル３２の配列を保持する機能及びケーブルグランド４６を相互に電気的に接続する機能を有している。
【００４７】
次に、図５に示すように、治具６０が取り外され、その後電極下地４０に対して表面上から一定深さにわたって研削処理がなされる。このような研削処理により、ケーブル内部導体５０の端面が確実に露出することになり、電気的な接続をより確実に行えるという利点がある。ちなみに、図５に示す段階では、固定台３６に対してネジ穴３６Ａの形成が行われる。
【００４８】
次に、図６に示すように、電極下地４０の表面上に各ケーブル内部導体５０の端面に対応させて複数の電極パッド４０Ａが形成される。具体的には、まず、電極下地４０の表面上に無電解メッキ処理によってニッケルを付着させ、次に、その上に電解メッキ処理によって金層を付着させる。その後、ダイシングによって、生成された電極層を分離分割し、これによって個々の電極パッド４０Ａを形成する。ちなみに、電極パッド４０Ａの製造方法としては、上記の他にスパッタを利用したものを挙げることができ、またエッチングなどを利用してもよい。
【００４９】
図７には、以上のように形成された複数の電極パッド４０Ａを有する電極下地４０の正面図が示されている。本実施形態においては、各部材が八角形の外径を有しているが、このような形態には限られず、例えば円形の外径を有していてもよい。また、図７に示すように、接続ユニットには本実施形態において４つのネジ穴３６Ａが形成されており、端子アレイの周囲全体にわたって均一に締付け作用を発揮させることができる。
【００５０】
以上のように、多芯ケーブル１２に対して接続ユニット１４が設けられると、図１及び図２に示したように、その接続ユニット１４と振動子ユニット１０との間に異方性導電部材４２が介在配置されつつ、それらがネジ５２及びナット５４の締付け作用により加圧連結されることになる。そのような状態では、複数の電極パッド４０Ａで構成される第１端子アレイと、複数の電極パッド２２Ｂで構成される第２端子アレイとが各端子ごとにそれぞれ電気的に接続されることになる。これによって、最終的に、各圧電素子１６に対してそれに対応するケーブル３２の内部導体を電気的に接続することが可能となる。
【００５１】
以上の構成において、例えばいわゆるスパース型のアレイ振動子を構成する場合には、いずれかの端子アレイにおける端子を取り除くことによって容易にスパース型構成を実現できるという利点がある。また、上述した接続ユニット１４の製造にあたり、形成された電極パッド４０Ａについてそれぞれ電気的な良否を判定する場合には、多芯ケーブル１２の基端側において選択されたケーブル３２に所定の信号を流し込み、対応する電極パッド４０Ａにてその信号を観測すれば、その動作と各ケーブルの配列位置を容易に確認できるという利点がある。
【００５２】
上記実施形態においては、従来のように個々の信号線ごとに個別的にはんだ付けを行う必要がなく、また電極パッド４０Ａ，２２Ｂを利用しているので、メンテナンスを容易に行えるという利点がある。また多芯ケーブル１２から複数の圧電素子１６までアレイ構成が維持されているため、クロストークの問題を軽減できると共に、最小限の容積で配線を行えるために超音波探触子の形態を小型化できるという利点がある。本発明に係る手法は特に２Ｄアレイ振動子を有する超音波探触子の製造にあたってより効果が大きいが、もちろん１Ｄアレイ振動子や１．５Ｄアレイ振動子などを製造する場合においても効果を得ることができる。
【００５３】
図２などに示した実施形態では、位置決め枠３８がケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分の上端（ケーブルグランド４６の剥き出し部分の端面に当接する位置）に設けられていたため、高さ方向の位置決めが容易であるという利点があるが、必要に応じて、位置決め枠３８をそれ以外の位置に設けてもよい。例えば、図８に示すように、位置決め枠３８をケーブルグランド４６の剥き出し部分に設け、基端側空間１００に導電性部材を充填し、先端側空間１０２に絶縁性部材を充填するようにしてもよい。なお、符号１０４は治具の一部としての底板の上面を示している。図８に示す場合には、導電性部材で各ケーブルのケーブルグランドを電気的に接続するため、符号４６Ａで示すように、ケーブルグランド４６の剥き出し部分が位置決め枠３８の上側から部分的に露出するようにする必要がある。
【００５４】
また、図９に示すように、位置決め枠３８を、ケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分上において、上面１０４側へ引き下げた位置に設けるようにしてもよい。この場合にも基端側空間１００に導電性部材が充填され、先端側空間１０２に絶縁性部材が充填される。更に、図１０に示すように、ケーブル内部導体５０についても剥き出し加工を施し、例えばケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分上に位置決め枠３８を設け、基端側空間１００に導電性部材を充填し、先端側空間１０２に絶縁性部材を充填するようにしてよい。いずれにしても各ケーブルが確実に保持され、各部材の機能が有効に発揮される限りにおいて各種の態様を採用しうる。
【００５５】
なお、スパース型アレイ振動子を構成する場合には、それに含まれる複数の有効素子だけに複数のケーブルが電気的に接続されるように、第１端子アレイと第２端子アレイとの電気的な接続関係を設定する。すなわち、例えば、通常通り２Ｄアレイ振動子を形成しつつも、有効素子以外の無効素子については個別的に電極パッド２２Ｂ（図２参照）を除去するか、あるいは電極パッド２２Ｂを形成しないようにすれば、結果として、事実上の無効素子を形成することができる。もちろん、電極パッド２２Ａや引出線５６などの他の信号伝達部材を除去しても同様の作用を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アレイ振動子とケーブル群との電気的な接続を簡便かつ確実に行える。また本発明によれば超音波探触子の製造コストを削減できると共に、超音波探触子の動作信頼性を向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図７】マトリックス状に形成された複数の電極パッドを示す図である。
【図８】段階的な抜き出し加工がなされたケーブルと位置決め板との関係を示す図である。
【図９】段階的な抜き出し加工がなされたケーブルと位置決め板との関係を示す図である。
【図１０】段階的な抜き出し加工がなされたケーブルと位置決め板との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 振動子ユニット、１２ 多芯ケーブル、１４ 接続ユニット（第１部材）、１６ 圧電素子、１８ グランドリード、２０ 整合層、２２ バッキング（第２部材）、３０ 多芯ケーブル外皮、３２ ケーブル、３４ 多芯フレームグランド、３６ 固定台、３８ 位置決め枠、４０ 電極下地、４２ 異方性導電部材、４４ ケーブル外皮、４６ ケーブルグランド、４８ ケーブル内部絶縁体、５０ ケーブル内部導体、５２ ネジ、５４ ナット、５６ 引出線、６０ 治具。
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関し、特に、ケーブルの接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次元アレイ振動子（２Ｄ振動子）は、二次元配列された複数の振動素子で構成される。そのような二次元アレイ振動子は超音波ビームを二次元走査して三次元エコーデータを取り込む場合などに利用される。その他のアレイ振動子としては、１Ｄアレイ振動子や１．５Ｄアレイ振動子などが知られている。
【０００３】
従来の一般的な製造方法において、二次元アレイ振動子から引き出される引出線群と、多芯ケーブルを構成するケーブル群とを相互接続する場合には、引出線群が密集して埋設されたフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）が用いられ、そのフレキシブル回路基板上の各電極に、端末処理された各ケーブルの内部導体が直接的に半田付けされる。あるいは、フレキシブル回路基板上の一方のコネクタと、各ケーブルの内部導体が半田付けされた他方のコネクタとが連結される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来においては、フレキシブル回路上やケーブル接続点でどうしても電気的クロストークが生じやすくなり、これが画質を低下させるという問題がある。また、各ケーブルは一般に極細であるため慎重な取扱が求められ、特に数百本のケーブルの端末処理（半田付け）のために多大な労力を要する。その結果、製造コストが増大するという問題がある。更に、そのような製造工程において、誤配線のチェックなどを行う必要も生じる。また、そのような結線部分及びフレキシブル回路基板の存在のために超音波探触子の構造が複雑となり、またその小型化の妨げとなる。
【０００５】
上記の問題は、特に素子数が増大すればするほど顕著となる。もちろん、２Ｄアレイ振動子以外のアレイ振動子についても、素子数の増大に伴って上記の問題が顕著となっている。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、アレイ振動子とケーブル群との電気的接続を簡便かつ確実に行えるようにする。
【０００７】
本発明の他の目的は、超音波探触子の製造コストを削減することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、超音波探触子の小型化を図ることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、超音波探触子の動作信頼性を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に一括接続する接続手段と、を含み、前記ケーブル群における各ケーブルの内部導体と前記各引出線群における各引出線とが直線的に接続されることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、第１部材によって、各ケーブル（望ましくは同軸ケーブル）が整列保持され、その際に各ケーブルのグランドが相互に電気的に接続される。また、そのような各ケーブルの整列保持により、各ケーブルの内部導体の端面配列に対応した第１端子アレイが形成される。ここで、第１端子アレイを構成する各端子は、各ケーブルの内部導体の研磨済み端面自体であってもよいが、そのような端面に電極パッドを取り付けたものであってもよい。
【００１２】
一方、第２部材によって、各引出線が整列保持され、それによって各引出線の端面配列に対応した第２端子アレイが形成される。その第２端子アレイを構成する各端子は、各引出線の端面に電極パッドを取り付けたものであってもよい。第１端子アレイと第２端子アレイとが相互に位置決めされつつ電気的に接続され、すなわち、各端子間が直接的に又は間接的に電気的に接続される。第１端子アレイ及び第２端子アレイの少なくとも一方が面状に広がった端子面を有していれば、第１端子アレイと第２端子アレイの位置決め誤差の許容範囲を拡大できる。
【００１３】
本発明によれば、信号が伝送される部材を直線的に接続して、配線の引き回しを回避できるので、接続部分を小型化できるとともに、信号間におけるクロストークの問題も軽減できる。更に、２つの端子アレイの一括接続を行えるので、信号線を逐次的に半田付けする場合などに比べてその作業労力を大幅に軽減でき、それ故超音波探触子の製造コストも大幅に削減できる。特に、信号線の接続時における誤配線の問題に十分に対処できる。なお、２つの端子アレイの接続を締結部材などを利用して行えば、メンテナンス時に第１部材と第２部材とを容易に分離できるという利点がある。
【００１４】
また本発明は、端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、を含み、前記接続手段は、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの間に設けられ、アレイ面に沿った水平方向に絶縁性を有し、かつ、アレイ面と直交する垂直方向に導電性を有する異方性導電部材を含むことを特徴とする。ここで、異方性導電部材は、独立した部材であってもよく、接着作用をもった固化する材料であってもよい。
【００１５】
望ましくは、前記異方性導電部材は弾性体であり、前記第１部材と前記第２部材とを加圧締結する締結部材が設けられる。この構成によれば、第１部材と第２部材とを締結する場合に、異方性導電部材の弾性作用と相俟って、すべての端子について確実な電気的接続を図ることができる。また、締結部材を緩めれば、メンテナンス時に第１部材と第２部材とを簡単に分離できるという利点がある。
【００１６】
望ましくは、前記各ケーブルの内部導体の端面には第１電極パッドが形成され、それらによって前記第１端子アレイが構成される。望ましくは、前記各引出線の端面には第２電極パッドが形成され、それらによって前記第２端子アレイが構成される。
【００１７】
また本発明は、端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、を含み、前記各ケーブルは、その端面から基端側へ所定範囲にわたって形成された内部絶縁体の剥き出し部分と、前記内部絶縁体の剥き出し部分から基端側へ所定範囲にわたって形成されたグランドの剥き出し部分と、を有し、前記第１部材は、前記内部絶縁体の剥き出し部分を整列保持する絶縁部と、前記グランドの剥き出し部分を整列保持する導体部と、を有する。
【００１８】
上記構成によれば、各ケーブルをアレイ状に確実に保持できる。特に、剥き出し加工を前提として、ケーブルの整列保持と同時に、必要な絶縁処理及び導電処理を行える。
【００１９】
上記構成において、前記第１部材は、更に、前記各ケーブルにおける内部絶縁体の剥き出し部分を挿通させる複数の位置決め孔が形成された位置決め板を有し、前記位置決め板の一方面と前記各ケーブルの端面との間に前記絶縁部が形成される。
【００２０】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明に係る方法は、複数のケーブルを内包する多芯ケーブルについて、各ケーブルごとに内部絶縁体及びグランドの段階的な剥き出し加工を行う工程と、第１の位置決め板に形成されたアレイ状の各位置決め孔に前記各ケーブルの内部絶縁体又はグランドの剥き出し部分を挿通する工程と、前記各ケーブルの端面から前記第１の位置決め板の一方面までの先端側空間に絶縁性部材を充填する工程と、前記絶縁性部材の表面上に、前記各ケーブルの内部導体の端面配列に対応した第１端子アレイを形成する工程と、前記第１の位置決め板の他方面からケーブル基端側への一定範囲までの基端側空間に導電性部材を充填し、各ケーブルのグランド剥き出し部分を相互に電気的に接続する工程と、複数の圧電素子からアレイ状に引き出された複数の引出線がバッキングに挿通された状態を形成し、そのバッキングの裏面側に、前記各引出線の端面配列に対応した第２端子アレイを形成する工程と、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
望ましくは、前記絶縁性部材及び前記導電性部材の充填時に、前記先端側空間及び前記基端側空間を囲い込む治具が利用される。
【００２２】
望ましくは、前記複数の圧電素子の裏面側に前記複数の引出線が埋設されるようにバッキング組成材を充填してそれを固化させ、これにより前記複数の引出線がバッキングに挿通された状態が形成される。もちろん、バッキングの機械加工によって複数の貫通孔を形成し、各貫通孔に引出線を挿通させるようにしてもよい。
【００２３】
望ましくは、第２の位置決め板に形成された各位置決め孔に各引出線を挿通すると共に、前記第２の位置決め板と前記複数の圧電素子との間に充填空間を形成し、その充填空間にバッキング組成材を充填してそれを固化させ、これにより前記複数の引出線がバッキングに挿通された状態が形成される。
【００２４】
上記構成によれば、バッキング組成材の充填固化により、バッキング内に複数の引出線を埋設させることができる。バッキング組成材の充填に当たっては、上記の絶縁性部材の充填と同様の手法を適用できる。例えば、上記第１の位置決め板と同様の形態をもった第２位置決め板を用いて、その各位置決め孔に各引出線の一部を貫通させ、その第２の位置決め板の一方面と複数の圧電素子との間に治具などを利用して充填空間を形成し、その充填空間にバッキング組成材を充填し、それを固化させてもよい。この場合、位置決め板及びバッキング組成材は絶縁性の部材で構成される。また、第２の位置決め板の他方面と各引出線の先端面との間に治具などを利用して別の充填空間を形成し、そこに絶縁性の部材を充填するようにしてもよい。その絶縁性の部材が固化した後、その表面が研磨されて第２端子アレイが形成される。なお、第２位置決め板はバッキングの一部とみなすことができる。
【００２５】
望ましくは、前記第１端子アレイを形成する工程は、前記絶縁性部材の表面を研削して前記各ケーブルの内部導体の端面を露出させる工程と、前記研削後の絶縁性部材の表面上に、前記各ケーブルの内部導体の端面に対応させて複数の電極パッドを形成する工程と、を含み、前記第２端子アレイを形成する工程は、前記バッキングの裏面上に、前記各引出線の端面に対応させて複数の電極パッドを形成する工程を含む。
【００２６】
望ましくは、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの間に異方性導電部材が介在配置される。
【００２７】
望ましくは、前記位置決め板の位置決め孔の配列、前記第１端子アレイの配列、前記第２端子アレイの配列及び前記複数の引出線の配列は、前記複数の圧電素子の配列に一致する。
【００２８】
望ましくは、前記複数の振動子には超音波の送受波を実際に行う複数の有効素子とそれ以外の複数の無効素子とが含まれ、前記複数のケーブルを前記複数の有効素子のみに対して電気的に接続されるように、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの電気的な接続関係が形成される。すなわち、この構成によれば、スパース型アレイ振動子を簡単に構成できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１及び図２には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１は超音波探触子の要部構成を示す斜視図であり、図２は超音波探触子の要部構成を示す断面図である。
【００３１】
図１及び図２において、多芯ケーブル１２には第１部材としての接続ユニット１４が設けられており、その接続ユニット１４には振動子ユニット１０が連結される。
【００３２】
振動子ユニット１０は、超音波の送受波を行うマトリックス状に配列された複数の圧電素子１６を有している。各圧電素子１６の一方面には電極層１６Ａが形成され、圧電素子１６の他方面には電極層１６Ｂが形成されている。複数の圧電素子１６の生体側には、銅箔などで構成されるグランドリード１８を介して、複数の整合層２０が設けられている。整合層２０は圧電素子１６と生体との間における音響インピーダンス整合を図るための部材であり、各圧電素子１６ごとに整合層２０が設けられている。
【００３３】
複数の圧電素子１６の背面側すなわち非生体側には後方への不要な超音波を吸収するバッキング２２が設けられている。バッキング２２の生体側には各圧電素子１６の配列に合致したアレイ状の複数の電極層２２Ａが形成されており、バッキング２２の背面側すなわち非生体側には上記アレイ状の配列に対応して複数の電極パッド（電極層）２２Ｂが形成されている。ここで、圧電素子１６の配列、整合層２０の配列、電極層２２Ａの配列及び電極パッド２２Ｂの配列はそれぞれ同一である。
【００３４】
一方、接続ユニット１４は、後にその製造方法を詳述するように、固定台３６と、位置決め枠３８と、電極下地４０と、アレイ状に形成される複数の電極パッド４０Ａとを含んでいる。ここで、複数の電極パッド４０Ａは第１端子アレイを構成しており、一方、上述した複数の電極パッド２２Ｂは第２端子アレイを構成しており、それらの２つの端子アレイは後に詳述する異方性導電部材４２を介して互いに電気的に接続される。この異方性導電部材４２は、アレイ面と垂直の方向には導電性を有し、一方アレイ面と平行の方向には絶縁性を有する部材である。例えばこれは絶縁性をもった弾性的基材内に垂直方向に貫通した多数の金線を埋め込んでなるものである。
【００３５】
多芯ケーブル１２は複数のケーブル３２を有しており、それらのケーブル３２の外周囲には多芯フレームグランド３４が設けられ、さらにその外側には多芯ケーブル外皮３０が設けられている。
【００３６】
図２に断面図を示すように、各ケーブル３２は、中心軸上に設けられたケーブル内部導体５０と、そのケーブル内部導体５０を包囲するケーブル内部絶縁体４８と、そのケーブル内部絶縁体４８を包囲するケーブルグランド４６と、さらにそのケーブルグランド４６を包み込むケーブル外皮４４とで構成されている。図２に示されるように、ケーブルの端面すなわちケーブル内部絶縁体４８及びケーブル内部導体５０の端面から基端側への一定の距離Ｌ１にわたってケーブルグランド４６が除去されており、すなわちその範囲においてはケーブル内部絶縁体４８が剥き出されている。また、その位置から基端側へＬ２の距離にわたってケーブル外皮４４が除去されており、すなわちその範囲においてケーブルグランド４６が剥き出されている。また、その位置から基端側へ距離Ｌ３にわたって多芯フレームグランド３４が除去されており、その位置から基端側へ距離Ｌ４だけ後退した位置まで多芯ケーブル外皮３０が除去されている。すなわち、多芯ケーブル１２については図２に示すようにその端部が段階的に剥き出し加工されている。
【００３７】
図２において、位置決め枠３８は、例えばステンレスなどの金属で構成されており、その位置決め枠３８には貫通孔としての複数の挿通孔が形成されている。例えばそのような挿通孔はエッチング加工により形成可能である。各挿通孔には各ケーブル３２におけるケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分が挿入されており、その位置決め枠３８から突出した部分の突出量にあわせて電極下地４０が形成されている。この電極下地４０は後に説明するように絶縁性の接着剤を充填してなるものである。また、位置決め枠３８の非生体側にはケーブル外皮４４の一部を取り込んで所定の厚さをもって固定台３６が形成されており、その固定台３６は例えば導電性接着剤を充填してなるものである。ここで、電極下地４０を構成する絶縁性接着剤は例えばエポキシ系のものを利用することが可能であり、これと同様に、固定台３６を構成する導電性接着剤についてもエポキシ系のものを利用することが可能である。
【００３８】
固定台３６には、複数のネジ穴３６Ａが貫通孔として形成されており、また上述したバッキング２２にも貫通孔としてのネジ穴２２Ｃが形成されている。それらのネジ穴３６Ａ及び２２Ｃには、振動子ユニット１０に接続ユニット１４を接続する際にネジ５２の軸部が挿通され、その軸部の一端側にはナット５４が取付けられる。すなわちネジ５２及びナット５４の締付によって振動子ユニット１０と接続ユニット１４とが強固に連結され、具体的には異方性導電部材４２を介して、複数の電極パッド２２Ｂで構成される第２端子アレイと、複数の電極パッド４０Ａで構成される第１端子アレイとが電気的に接続される。ここで、異方性導電部材４２は弾性を有しており、そのような弾性作用を利用して、各電極パッド間における電気的な接続を安定かつ確実に行うことができる。
【００３９】
図２に示されるように、バッキング２２には、各圧電素子１６に対応して複数の貫通孔２２Ｄが形成されており、その貫通孔２２Ｄには引出線５６が設けられている。引出線５６の一方端はバッキング２２の生体側に形成された電極層２２Ａに接続されており、引出線５６の他方端側はバッキング２２の非生体側の面に形成された電極パッド２２Ｂに接続されている。ちなみに、電極層２２Ａは、圧電素子１６に形成された電極層１６Ｂに例えば導電性接着剤などによって加圧接着されている。
【００４０】
このバッキング２２内に複数の引出線５６を設ける手法としては各種のものを挙げることができ、例えば、位置決め枠３８などを利用した後述の充填法を利用できる。すなわち、バッキング２２の基材としてエポキシ樹脂を使用して、エポキシ樹脂が固化する前に引出線５６を埋め込み、その後にエポキシ樹脂を硬化させて、引出線５６を整列保持するようにしてもよい。
【００４１】
図２に示されるように、グランドリード１８の両端部は振動子ユニット１０及び接続ユニット１４の外周囲を取り囲んでケーブルの基端側に引き出されている。そして、そのグランドリード１８は導電性をもった固定台３６を介してあるいは導電性をもった位置決め枠３８を介してケーブル３２のケーブルグランド４６に電気的に接続されている。すなわち、固定台３６は、各ケーブル３２の固定保持作用の他、各ケーブル３２が有するケーブルグランド４６を相互に電気的に接続する機能を有している。ちなみに、そのような固定台３６及び位置決め枠３８が導電性を有していても、電極下地４０が絶縁性を有しているため、各ケーブル内部導体５０や電極パッド４０Ａの間における絶縁性が保たれている。
【００４２】
次に、図３〜図７を用いて図１及び図２に示した超音波探触子の製造方法について詳述する。
【００４３】
図３において、まず最初に多芯ケーブル１２に対して上述のようなその端部の剥き出し加工がなされ、その剥き出し加工後に、治具６０によって保持された位置決め枠３８の各挿通孔に各ケーブル３２のケーブル内部絶縁体剥き出し部分が挿入される。ここで、治具６０は枠体６０Ａと底体６０Ｂとで構成され、それら全体として皿状の形態を有している。
【００４４】
上記のような位置決め枠３８の各挿通孔へのケーブル３２の挿入が完了した状態において、位置決め枠３８と底体６０Ｂとの間に挟まれる空間内に所定量のエポキシ系の接着剤が流し込まれる。それが固化することにより電極下地４０が構成される。ただし、後に説明するように、実際の製造にあたっては電極下地４０がその表面から一定深さまで研削される。ちなみに、上記の接着剤の充填にあたっては例えば枠体６０Ａに形成された注入孔６１を利用して接着剤を流し込むようにしてもよい。その場合においては所定の場所に空気穴などを設けるのが望ましい。
【００４５】
次に、図４に示すように、位置決め枠の他方面側と枠体６０Ａとで囲まれる空間内に導電性をもったエポキシ系の接着剤が流し込まれる。それが固化することによって固定台３６が構成される。
【００４６】
上述したように、この固定台３６は各ケーブル３２の配列を保持する機能及びケーブルグランド４６を相互に電気的に接続する機能を有している。
【００４７】
次に、図５に示すように、治具６０が取り外され、その後電極下地４０に対して表面上から一定深さにわたって研削処理がなされる。このような研削処理により、ケーブル内部導体５０の端面が確実に露出することになり、電気的な接続をより確実に行えるという利点がある。ちなみに、図５に示す段階では、固定台３６に対してネジ穴３６Ａの形成が行われる。
【００４８】
次に、図６に示すように、電極下地４０の表面上に各ケーブル内部導体５０の端面に対応させて複数の電極パッド４０Ａが形成される。具体的には、まず、電極下地４０の表面上に無電解メッキ処理によってニッケルを付着させ、次に、その上に電解メッキ処理によって金層を付着させる。その後、ダイシングによって、生成された電極層を分離分割し、これによって個々の電極パッド４０Ａを形成する。ちなみに、電極パッド４０Ａの製造方法としては、上記の他にスパッタを利用したものを挙げることができ、またエッチングなどを利用してもよい。
【００４９】
図７には、以上のように形成された複数の電極パッド４０Ａを有する電極下地４０の正面図が示されている。本実施形態においては、各部材が八角形の外径を有しているが、このような形態には限られず、例えば円形の外径を有していてもよい。また、図７に示すように、接続ユニットには本実施形態において４つのネジ穴３６Ａが形成されており、端子アレイの周囲全体にわたって均一に締付け作用を発揮させることができる。
【００５０】
以上のように、多芯ケーブル１２に対して接続ユニット１４が設けられると、図１及び図２に示したように、その接続ユニット１４と振動子ユニット１０との間に異方性導電部材４２が介在配置されつつ、それらがネジ５２及びナット５４の締付け作用により加圧連結されることになる。そのような状態では、複数の電極パッド４０Ａで構成される第１端子アレイと、複数の電極パッド２２Ｂで構成される第２端子アレイとが各端子ごとにそれぞれ電気的に接続されることになる。これによって、最終的に、各圧電素子１６に対してそれに対応するケーブル３２の内部導体を電気的に接続することが可能となる。
【００５１】
以上の構成において、例えばいわゆるスパース型のアレイ振動子を構成する場合には、いずれかの端子アレイにおける端子を取り除くことによって容易にスパース型構成を実現できるという利点がある。また、上述した接続ユニット１４の製造にあたり、形成された電極パッド４０Ａについてそれぞれ電気的な良否を判定する場合には、多芯ケーブル１２の基端側において選択されたケーブル３２に所定の信号を流し込み、対応する電極パッド４０Ａにてその信号を観測すれば、その動作と各ケーブルの配列位置を容易に確認できるという利点がある。
【００５２】
上記実施形態においては、従来のように個々の信号線ごとに個別的にはんだ付けを行う必要がなく、また電極パッド４０Ａ，２２Ｂを利用しているので、メンテナンスを容易に行えるという利点がある。また多芯ケーブル１２から複数の圧電素子１６までアレイ構成が維持されているため、クロストークの問題を軽減できると共に、最小限の容積で配線を行えるために超音波探触子の形態を小型化できるという利点がある。本発明に係る手法は特に２Ｄアレイ振動子を有する超音波探触子の製造にあたってより効果が大きいが、もちろん１Ｄアレイ振動子や１．５Ｄアレイ振動子などを製造する場合においても効果を得ることができる。
【００５３】
図２などに示した実施形態では、位置決め枠３８がケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分の上端（ケーブルグランド４６の剥き出し部分の端面に当接する位置）に設けられていたため、高さ方向の位置決めが容易であるという利点があるが、必要に応じて、位置決め枠３８をそれ以外の位置に設けてもよい。例えば、図８に示すように、位置決め枠３８をケーブルグランド４６の剥き出し部分に設け、基端側空間１００に導電性部材を充填し、先端側空間１０２に絶縁性部材を充填するようにしてもよい。なお、符号１０４は治具の一部としての底板の上面を示している。図８に示す場合には、導電性部材で各ケーブルのケーブルグランドを電気的に接続するため、符号４６Ａで示すように、ケーブルグランド４６の剥き出し部分が位置決め枠３８の上側から部分的に露出するようにする必要がある。
【００５４】
また、図９に示すように、位置決め枠３８を、ケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分上において、上面１０４側へ引き下げた位置に設けるようにしてもよい。この場合にも基端側空間１００に導電性部材が充填され、先端側空間１０２に絶縁性部材が充填される。更に、図１０に示すように、ケーブル内部導体５０についても剥き出し加工を施し、例えばケーブル内部絶縁体４８の剥き出し部分上に位置決め枠３８を設け、基端側空間１００に導電性部材を充填し、先端側空間１０２に絶縁性部材を充填するようにしてよい。いずれにしても各ケーブルが確実に保持され、各部材の機能が有効に発揮される限りにおいて各種の態様を採用しうる。
【００５５】
なお、スパース型アレイ振動子を構成する場合には、それに含まれる複数の有効素子だけに複数のケーブルが電気的に接続されるように、第１端子アレイと第２端子アレイとの電気的な接続関係を設定する。すなわち、例えば、通常通り２Ｄアレイ振動子を形成しつつも、有効素子以外の無効素子については個別的に電極パッド２２Ｂ（図２参照）を除去するか、あるいは電極パッド２２Ｂを形成しないようにすれば、結果として、事実上の無効素子を形成することができる。もちろん、電極パッド２２Ａや引出線５６などの他の信号伝達部材を除去しても同様の作用を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アレイ振動子とケーブル群との電気的な接続を簡便かつ確実に行える。また本発明によれば超音波探触子の製造コストを削減できると共に、超音波探触子の動作信頼性を向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図７】マトリックス状に形成された複数の電極パッドを示す図である。
【図８】段階的な抜き出し加工がなされたケーブルと位置決め板との関係を示す図である。
【図９】段階的な抜き出し加工がなされたケーブルと位置決め板との関係を示す図である。
【図１０】段階的な抜き出し加工がなされたケーブルと位置決め板との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 振動子ユニット、１２ 多芯ケーブル、１４ 接続ユニット（第１部材）、１６ 圧電素子、１８ グランドリード、２０ 整合層、２２ バッキング（第２部材）、３０ 多芯ケーブル外皮、３２ ケーブル、３４ 多芯フレームグランド、３６ 固定台、３８ 位置決め枠、４０ 電極下地、４２ 異方性導電部材、４４ ケーブル外皮、４６ ケーブルグランド、４８ ケーブル内部絶縁体、５０ ケーブル内部導体、５２ ネジ、５４ ナット、５６ 引出線、６０ 治具。
Claims (15)
- 端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、
複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、
前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に一括接続する接続手段と、
を含み、
前記ケーブル群における各ケーブルの内部導体と前記各引出線群における各引出線とが直線的に接続されることを特徴とする超音波探触子。 - 端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、
複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、
前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、
を含み、
前記接続手段は、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの間に設けられ、アレイ面に沿った水平方向に絶縁性を有し、かつ、アレイ面と直交する垂直方向に導電性を有する異方性導電部材を含むことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項２記載の超音波探触子において、
前記異方性導電部材は弾性体であり、
前記第１部材と前記第２部材とを加圧締結する締結部材が設けられたことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１又は２記載の超音波探触子において、
前記各ケーブルの内部導体の端面には第１電極パッドが形成され、それらによって前記第１端子アレイが構成されたことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１又は２記載の超音波探触子において、
前記各引出線の端面には第２電極パッドが形成され、それらによって前記第２端子アレイが構成されたことを特徴とする超音波探触子。 - 端部が剥き出し加工されたケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、
複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、
前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、
を含み、
前記各ケーブルは、その端面から基端側へ所定範囲にわたって形成された内部絶縁体の剥き出し部分と、前記内部絶縁体の剥き出し部分から基端側へ所定範囲にわたって形成されたグランドの剥き出し部分と、を有し、
前記第１部材は、前記内部絶縁体の剥き出し部分を整列保持する絶縁部と、前記グランドの剥き出し部分を整列保持する導体部と、を有し、
前記第１部材は、更に、前記各ケーブルにおける内部絶縁体の剥き出し部分を挿通させる複数の位置決め孔が形成された位置決め板を有し、
前記位置決め板の一方面と前記各ケーブルの端面との間に前記絶縁部が形成されたことを特徴とする超音波探触子。 - ケーブル群をアレイ状に整列保持する部材であって、各ケーブルのグ ランドを電気的に相互接続すると共に、各ケーブルの内部導体の端面配列としての第１端子アレイを形成する第１部材と、
複数の圧電素子から引き出された引出線群をアレイ状に整列保持する部材であって、各引出線の端面配列としての第２端子アレイを形成する第２部材と、
前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する接続手段と、
を含み、
前記接続手段は、前記第１部材と前記第２部材とを分離可能に加圧締結する締結部材を含むことを特徴とする超音波探触子。 - 複数のケーブルを内包する多芯ケーブルについて、各ケーブルごとに内部絶縁体及びグランドの段階的な剥き出し加工を行う工程と、
第１の位置決め板に形成されたアレイ状の各位置決め孔に前記各ケーブルの内部絶縁体又はグランドの剥き出し部分を挿通する工程と、
前記各ケーブルの端面から前記第１の位置決め板の一方面までの先端側空間に絶縁性部材を充填する工程と、
前記絶縁性部材の表面上に、前記各ケーブルの内部導体の端面配列に対応した第１端子アレイを形成する工程と、
前記第１の位置決め板の他方面からケーブル基端側への一定範囲までの基端側空間に導電性部材を充填し、各ケーブルのグランド剥き出し部分を相互に電気的に接続する工程と、
複数の圧電素子からアレイ状に引き出された複数の引出線がバッキングに挿通された状態を形成し、そのバッキングの裏面側に、前記各引出線の端面配列に対応した第２端子アレイを形成する工程と、
前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとを位置決めしつつ相互に電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
前記絶縁性部材及び前記導電性部材の充填時に、前記先端側空間及び前記基端側空間を囲い込む治具が利用されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
前記複数の圧電素子の裏面側に前記複数の引出線が埋設されるようにバッキング組成材を充填してそれを固化させ、
これにより前記複数の引出線がバッキングに挿通された状態が形成されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
第２の位置決め板に形成された各位置決め孔に各引出線を挿通する共に、前記第２の位置決め板と前記複数の圧電素子との間に充填空間を形成し、その充填空間にバッキング組成材を充填してそれを固化させ、
これにより前記複数の引出線がバッキングに挿通された状態が形成されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
前記第１端子アレイを形成する工程は、
前記絶縁性部材の表面を研削して前記各ケーブルの内部導体の端面を露出させる工程と、
前記研削後の絶縁性部材の表面上に、前記各ケーブルの内部導体の端面に対応させて複数の電極パッドを形成する工程と、
を含み、
前記第２端子アレイを形成する工程は、
前記バッキングの裏面上に、前記各引出線の端面に対応させて複数の電極パッドを形成する工程を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの間に異方性導電部材が介在配置されたことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
前記第１の位置決め板の位置決め孔の配列、前記第１端子アレイの配列、前記第２端子アレイの配列及び前記複数の引出線の配列は、前記複数の圧電素子の配列に一致することを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 請求項８記載の方法において、
前記複数の振動子には超音波の送受波を実際に行う複数の有効素子とそれ以外の複数の無効素子とが含まれ、
前記複数のケーブルを前記複数の有効素子のみに対して電気的に接続されるように、前記第１端子アレイと前記第２端子アレイとの電気的な接続関係が形成されることを特徴とする超音波探触子の製造方法。
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