JP3840204B2 - 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、生体の超音波診断において用いられる積層型アレイ振動子の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
複数の振動素子が配列されたアレイ振動子として、２Ｄアレイ振動子（スパース型２Ｄアレイ振動子を含む）、１．５Ｄアレイ振動子などが知られている。そのようなアレイ振動子においては、それを構成する各振動素子のサイズが非常に小さくなる。このため、各振動素子の電気インピーダンスが極めて高くなり、各振動素子とケーブル（あるいは装置本体）との間で、電気的なインピーダンス整合がとれなくなる。その結果、著しい感度ロスという問題が生じてしまう。
【０００３】
そこで、各振動素子を積層型とする技術が提案されている。この技術によると、各振動素子は、複数の圧電層及び複数の電極層を所定順序で積層した積層体として構成される。具体的には、積層体の下面に下面電極層が設けられ、積層体の上面に上面電極層が設けられ、隣接する２つの圧電層の間に内部電極層が設けられる。そして、それらの複数の電極層における奇数番目の電極層が例えばシグナル電極層とされ、偶数番目の電極層が例えばグランド電極層とされる。複数のシグナル電極層と複数のグランド電極層との間に電圧信号が印加される。この構成によれば、振動素子の電気的なインピーダンスを下げることができる。
【０００４】
上記のような積層型の振動素子については、複数の電極層に対する電気的な接続が問題となる。特に、複数の内部電極層に対してリードあるいは電極層をどのように接続するのかが問題となる。１つの従来例としては、ビア（振動素子の例えば中央を垂直に通過した細い導電線）を用いる方法があげられる。しかし、振動素子の面積は非常に小さく、そこに事後的に加工を施すのには製作的に困難が伴い、実用的でないという問題がある。
【０００５】
これに関し、以下の特許文献１には、複数の積層型振動素子からなるアレイ振動子が開示されている。各積層型振動素子の第１側面には、グランド内部電極層に接続されたグランド側面電極層が形成され、各振動素子の第２側面（第１側面と反対側の側面）には、シグナル内部電極層に接続されたシグナル側面電極層が形成されている。このため上記問題を解消、低減することができる。そのアレイ振動子において、隣接する２つの振動素子間に着目すると、一方側振動素子のシグナル側面電極層と他方側振動素子のグランド側面電極層とが互いに近接し、且つ、それらの形成範囲は垂直方向にずれている。アレイ振動子の特性を向上するためには、電気的な絶縁性をより向上することが望まれている。また、アレイ振動子の製造に当たって、位置決め精度を向上できること、製造を容易にすること（例えば、対向する一対の側面電極層を同時形成できるようにすること）、が望まれている。また、振動素子内で良好な電場を形成することが望まれている。
【０００６】
従来において、複合化及び積層化された積層体を作成する場合に、まず最初に、水平方向に複数の部材を接着することにより、各複合化プレートが形成され、次に、複数の複合化プレートが相互に接着されて積層される。このような方法では、複数の複合化プレート相互間における水平方向の位置決め誤差が生じやすい。そのような位置決め誤差が生じると、各振動素子の特性が劣化する。下記の特許文献２には、複合化及び積層化された積層体を製造する従来方法が示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２９３４６号公報
【特許文献２】
米国特許第６０８８８９４号公報
【０００８】
本発明の目的は、複合化及び積層化された良好な性能を有する積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子の製造を容易化することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る超音波探触子は、複数の振動素子を有するアレイ振動子を含み、前記各振動素子は、水平方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの樹脂部を有し、前記圧電部は、垂直方向に所定順序で積層された複数の圧電層及び複数の水平電極層と、前記複数の水平電極層に対して所定の接続関係をもって電気的に接続された一対の垂直電極層と、を有し、前記樹脂部は、垂直方向に連続性をもった充填層として構成され、前記各振動素子が垂直方向に積層化され且つ水平方向に複合化される。
【００１１】
上記構成によれば、各振動素子は少なくとも１つの積層型圧電部と少なくとも１つの樹脂部とを有する。樹脂部は、垂直方向における個々の階層ごとに分断されているのではなく、垂直方向に連続性を有する充填層として構成されているので、基本的に、水平方向の位置決め誤差は生じない。また、樹脂部は充填層として構成されているので、例えば、既に形成された積層体に対する溝形成及び材料充填によって簡便に形成できる。そのような場合、積層型の圧電部についても、それを構成する複数の層について水平方向の位置決め誤差の問題は基本的に生じない。ここで、超音波振動子は、１Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、２Ｄアレイ振動子などである。コンベックス形状を有するアレイ振動子の場合、各振動子における超音波伝播方向が垂直方向に相当する。
【００１２】
複合化された超音波振動子は、一般に、広帯域化という利点を有するが、その反面、電気的インピーダンスが大きくなって感度が低下するという問題を有する。上記のような手法によって、超音波振動子を複合化すると共に積層化し、これによって、超音波振動子を広帯域化しつつ、その電気的インピーダンスを下げることが可能となる。これにより、感度を向上できる。また、上記のように位置決め精度が良好であるので、その意味でも超音波振動子の性能を向上できる。
【００１３】
望ましくは、前記圧電部は、更に、前記複数の圧電層及び前記複数の水平電極層で構成される圧電部本体の両側面と、前記一対の垂直電極層と、の間に設けられた一対の垂直絶縁層を含む。
【００１４】
一対の垂直電極層は、第１及び第２垂直電極層で構成される。一対の垂直絶縁層は、第１及び第２垂直絶縁層で構成される。複数の水平電極層は、互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層で構成される。第１垂直電極層は、複数の第１水平電極層に接続されるが、第１垂直絶縁層によって複数の第２水平電極層における内部電極層から絶縁される。第２垂直電極層は、複数の第２水平電極層に接続されるが、第２垂直絶縁層によって複数の第１水平電極層における内部電極層から絶縁される。それらの垂直絶縁層によって圧電部本体内における電場の乱れを軽減又は解消できる。第１及び第２垂直絶縁層は垂直方向に広がる面状の絶縁層である。
【００１５】
望ましくは、前記各振動素子は、第１水平方向及び第２水平方向の一方について複合化される。望ましくは、前記各振動素子は、第１水平方向及び第２水平方向の両方について複合化される。
【００１６】
（２）本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填し、これにより、複合化された積層体を形成する工程と、前記複合化された積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、前記複数の垂直電極層の形成後に、前記複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００１７】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、前記複数の垂直電極層の形成後に、前記積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記積層体に対し、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填し、これにより、複合化された積層体を形成する工程と、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００１８】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填する工程と、を有し、複合化された積層体を形成する工程と、前記複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００１９】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材を充填し、これにより、Ｙ方向に複合化された積層体を形成する工程と、前記Ｙ方向に複合化された積層体に対して、Ｘ方向に並んだ複数の垂直電極層を形成する工程と、Ｘ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填する工程と、を有し、二次元に複合化された積層体を形成する工程と、前記二次元に複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記二次元に複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００２０】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、Ｘ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填する工程と、を有し、Ｘ方向に複合化された積層体を形成する工程と、前記Ｘ方向に複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記Ｘ方向に複合化された積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填し、これにより、二次元に複合化された積層体を形成する工程と、前記二次元に複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００２１】
上記の各製造方法によれば、あらかじめ形成された積層体に対して複数の樹脂部を形成するので、従来のような事後的接着による位置決め誤差の問題は生じない。また、溝形成及び材料充填を行って複数の樹脂部を簡便に形成できる。
【００２２】
アレイ振動子の製造プロセス中、温度上昇等によって圧電材料の分極が減少し、あるいは消失する可能性がある。そのような場合には、再分極工程が追加的に実施される。この再分極工程の実施時に、上記の第１絶縁手段及び第２絶縁手段があることにより、分極は歪みにくくなる。第１絶縁手段及び第２絶縁手段の材料の比誘電率が振動素子の材料の比誘電率に比べて小さい程、この効果は大きい。例えば、その比率は１／１０００程度であるのが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、超音波探触子の製造プロセスの第一例がフローチャートとして示されている。この第一例は参考例であって複合化を行うものではないが、後の第二例〜第五例の理解の必要上、第一例について詳述する。
【００２５】
この超音波探触子は、生体を超音波診断する超音波診断装置に対してプローブケーブルを介して接続され、超音波の送受波を行うことによりエコーデータを取り込むプローブである。ちなみに、この超音波探触子は、生体の表面上に当接して用いられるものであってもよいし、生体の体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。以下に、その超音波探触子の製造プロセスを説明し、それに併せて、超音波探触子（特にアレイ振動子）の構造上の特徴について説明する。
【００２６】
図１に示すＳ１０１の工程に先立って、図２に示すような分極済みの積層体（積層アッセンブリ）１０が用意される。積層体１０を構成する複数の部材はあらかじめ相互に接着されている。具体的には、積層体１０は、図２に示されるように、全体として、平板状の形状を有し、具体的には、複数の圧電部材（圧電体）１２，１４，１６を有する。それらの中で、隣接する２つの圧電部材１２，１４（１４，１６）の間に、水平電極部材としての内部電極部材１８，２０が設けられている。この積層体１０における、Ｘ方向のサイズは例えば２０ｍｍであり、Y方向のサイズは例えば２０ｍｍであり、Ｚ方向のサイズは例えば０．５１ｍｍである。ちなみに、圧電部材１２，１４，１６の材料としては、公知のＰＺＴなどの圧電材料をあげることができる。もちろん、それ以外の材料（例えば複合材料）で各圧電部材１２，１４，１６を構成するようにしてもよい。なお、図２〜図９においては、図面における左右方向がＸ方向（第１水平方向）であり、図面における上下方向がＺ方向（垂直方向）である。Ｚ方向は超音波の送受波方向に相当する。
【００２７】
図１に示されるＳ１０１では、図３に示されるように、複数の基礎溝２２，２４が形成される。具体的には、積層体１０の上面１０Ａ側から、Ｘ方向に一定間隔２×Ｔをもって、複数の基礎溝（第１溝）２２が形成される。この場合において、複数の基礎溝２２におけるピッチは、複数の振動素子におけるピッチＴの２倍とされる。上記と同様に、積層体１０の下面１０Ｂ側から、Ｘ方向に一定間隔２×Ｔをもって複数の基礎溝（第２溝）２４が形成される。それらの複数の基礎溝２４におけるピッチも複数の振動素子におけるピッチＴの２倍である。ただし、複数の基礎溝２２と複数の基礎溝２４は、Ｘ方向において互い違いに形成されている。複数の基礎溝２２及び複数の基礎溝２４は、それぞれＹ方向に伸長した矩形の溝である。すなわち、それらの基礎溝２２，２４は互いに平行である。ここで、それらの基礎溝２２，２４の幅Ｗ１は、後述する特定構造（対向構造、隣合せ構造）（後の図９における符号２００Ｕ，２００Ｄを参照）を構築できる限りにおいて、適当な大きさに設定され、例えば、そのＷ１は０．０８ｍｍである。なお、積層体１０は、一般に、積層されたｎ個の圧電部材によって構成され、ここでｎは望ましくは奇数であり、特に望ましくは３である。
【００２８】
また、各基礎溝２２の深さＬ１は、上面１０Ａから見て２番目の内部電極部材２０の手前までの深さとされ、例えばそのＬ１は０．３ｍｍである。これは、各基礎溝２４の深さＬ１についても同様であり、深さＬ１は下面１０Ｂから見て２番目の内部電極体１８の手前までの深さである。このような基礎溝２２，２４の形成により、内部電極体１８は複数の要素１８Ａに分割され、これと同様に、内部電極体２０も複数の要素２０Ａに分割される。ちなみに、基礎溝２２，２４を形成する場合には、例えばダイシングソーなどの切削加工器具を用いることができる。これは後述する各種の溝の形成に当たっても同様である。
【００２９】
図１のＳ１０２では、図４に示されるように、Ｓ１０１で形成された複数の基礎溝２２，２４に対して、絶縁材２６，２８が充填される。この絶縁材２６，２８は、それを薄く形成した場合においても耐電圧レベルの高い材料であるのが望ましく、例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などを用いることができる。図４においては、基礎溝２２に充填された絶縁材が符号２６で示されており、一方、基礎溝２４に充填された絶縁材が符号２８で示されている。
【００３０】
図１のＳ１０３では、図５に示されるように、各基礎溝２２，２４に対応してそれぞれ切削溝（第３溝３０，第４溝３２）が形成される。具体的には、図５において、各基礎溝２２に充填された絶縁材料２６に対して、その中央部を突き抜けるように切削溝３０が切削加工により形成される。これと同様に、各基礎溝２４に充填された絶縁材２８に対しても、その中央部を貫くように切削溝（連絡溝、第４溝）３２が形成される。ここで、各切削溝３０，３２の幅Ｗ２は上記の基礎溝２２，２４の幅Ｗ１よりも小さく、例えば０．０４ｍｍである。また切削溝３０の深さＬ２は、基礎溝２２の深さＬ１を超えてさらに上面から２番目の内部電極部材２０を切断する深さとして設定され、例えばＬ２は０．３６ｍｍである。これは切削溝３２についても同様であり、下面側から２番目の内部電極部材１８を貫くようにその深さＬ２が設定されている。それらの切削溝３０，３２の形成により、各基礎溝２２，２４の内部には、図示のように、その溝内の各側面に一定の厚みで垂直方向に広がる面状の側面絶縁層（垂直絶縁層）２６Ａ，２６Ｂ，２８Ａ，２８Ｂが残存することになる。後に図９等で示すように、各側面絶縁層は、圧電部本体の各側面と各垂直電極層との間に配置される部材となる。また、それらの切削溝３０，３２の形成より、上述した各部分１８Ａ，２０Ａ（図５参照）はさらに二分割されることになり、具体的には、水平電極層としての複数の内部電極層１８Ｂ，２０Ｂが形成される。Ｓ１０２〜Ｓ１０３は、ＣＶＤ法などによる絶縁膜の形成工程として置き換えることができる。
【００３１】
なお、図５に示す工程において、各切削溝３０，３２の深さをあまり大きくすると、積層体１０自体が分断されてしまうため、そのような分断が生じない程度に各切削溝３０，３２の深さＬ２を設定するのが望ましい。
【００３２】
図１に示すＳ１０４では、図６に示すように、各切削溝３０，３２の内部における各側面上に面状の導電膜３４，３６が形成される。この導電膜３４，３６は例えば無電解メッキ法や蒸着法などを利用して形成することができる。各導電膜３４，３６は、最終的に、一対の垂直電極層（側面電極層など）をなすものである。図６に示す段階においては、導電膜３４が内部電極層２０Ｂに対してコンタクト部１００を介して電気的に接続されており、一方、導電膜３４は内部電極層１８Ｂに対して垂直絶縁層２６Ａ，２６Ｂにより絶縁されている。これは導電膜３６についても同様であり、その導電膜３６はコンタクト部１０２によって内部電極層１８Ｂに電気的に接続されている。なお、図６に示す工程において、切削溝３０，３２内に導電性部材を充填し、必要な切削加工を行うことにより、導電膜３４，３６を形成するようにしてもよい。
【００３３】
図１に示すＳ１０５では、図７に示すように、各切削溝３０，３２の内部に、具体的には各導電膜３４，３６によって囲まれる空間内に、補強材３８，４０が充填される。この補強材３８，４０は導電膜３４，３６を覆ってそれらを保護する部材として機能する。補強材３８，４０は絶縁性を有する材料によって構成される。その補強材３８，４０は、熱硬化性をもった高分子材料、重合体材料、樹脂材料などを用いて構成するのが望ましい。なお、補強材３８，４０が複合化のための材料として用いられてもよく、それに関しては後に詳述する。
【００３４】
図１に示すＳ１０６では、図８に示されるように、まず、積層体１０の上面１０Ａ及び下面１０Ｂに対して、それらを平面にするための研磨加工が施される。そのような加工により、導電膜３４，３６の端面が上方又は下方へ向けて適正に露出することになる。その後、スパッタ法や蒸着法などを利用して、上面１０Ａ及び下面１０Ｂに対して、一定の厚みをもって、水平電極部材としての上面電極部材４２及び下面電極部材４４が形成される。この場合においては、各導電膜３４の端面はコンタクト部１０４を介して上面電極部材４２に電気的に接続され、これと同様に、各電極膜３６の端面もコンタクト部１０６を介して下面電極部材４４に電気的に接続される。
【００３５】
図１のＳ１０７では、積層体１０の下面側にバッキング５１が接着される。後述するように、そのバッキング５１は多数の信号線を内蔵したものであり、積層体１０へのバッキング５１の接着にあたっては例えば導電性接着剤などが利用される。
【００３６】
そして、Ｓ１０８では、Ｓ１０７で形成された組立体（バッキング５１付きの積層体１０）に対し、図９及び図１０に示されるように、複数の分離溝が切削加工により形成される。ここで、図１０は、図９に示すＡ−Ａ’断面を示すものであり、図１０における左右方向はＹ方向であり、その上下方向はＺ方向である。
【００３７】
具体的には、上述した補強材３８の中央部を貫通するように、幅Ｗ３をもって、上面側から複数の分離溝４６，４８がＸ方向に一定間隔で形成される。ここで、各分離溝（第５溝）４６，４８は、Ｙ方向に伸長している。各分離溝４６は、上面側に変位した各第１特定構造（第１対向構造）２００Ｕに対して形成されるものであり、各分離溝４８（第６溝）は、下面側に変位した各第２特定構造（第２対向構造）２００Ｄに対して形成される。各特定構造２００Ｕ，２００Ｄについては、後に詳述するが、各特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、分離溝４６，４８に対して左右対称構造を有する。ここで、それらの分離溝４６，４８の幅Ｗ３は、上記の補強材３８の幅よりも小さく、例えばそのＷ３は、０．０３ｍｍである。また、それらの分離溝４６，４８の深さＬ３は、少なくとも、バッキング５１における電極部材６０を貫通する深さに設定され、例えば、そのＬ３は０．６ｍｍである。
【００３８】
図１０に示すように、積層体１０には、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０も形成される。各分離溝５０は、Ｘ方向に伸長している。各分離溝５０の幅及び深さは、分離溝４６，４８の幅Ｗ３及び深さＬ３と同じである。ちなみに、複数の分離溝５０は、複数の分離溝４６，４８の形成の前あるいは後に形成される。
【００３９】
複数の分離溝４６，４８とは異なるサイズで複数の分離溝５０を形成することも可能である。ただし、複数の分離溝５０の形成に際しても、少なくとも積層体１０及び電極部材６０が切断される深さまで切削を行う必要がある。各分離溝４６，４８，５０に対して、絶縁材料、音響分離材料、補強材料などを充填するようにしてもよい。
【００４０】
図９において、バッキング５１について説明すると、そのバッキング５１は、大別してバッキング材料５２、その上面に設けられた電極部材６０、及び、バッキング材料５２内にマトリクス状に設けられた複数の信号線５８によって構成される。複数の信号線５８は、複数の振動素子の二次元配列に対応した配列で設けられている。各信号線５８は、その内部のシグナルリードとして機能する芯材５６と、それを取り囲む被覆層５４と、によって構成される。
【００４１】
以上のように、積層体１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８を形成し、且つ、積層体１０に対して、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０を形成すると、それによって、積層体１０が複数の振動素子に分割される。その状態では、図２に示した圧電部材１２は、複数の圧電層１２Ａに分割されており、これと同様に、圧電部材１４，１６についても、それぞれ複数の圧電層１４Ａ，１６Ａに分割されている。また、図２に示した内部電極部材１８，２０についても、複数の内部電極層１８Ｂ，２０Ｂに分割されている。また、上述したように、バッキング５１における電極部材６０も複数に分割され、これにより複数の電極パッド６０Ａが構成されている。電気的な接続関係については後に図１２を用いて説明する。
【００４２】
図１１には、図９に示すＢ−Ｂ’断面が示されている。上述したように、複数の分離溝４６（あるいは４８）の形成により、Ｘ方向（図中の左右方向）に隣接する振動素子ペアごとに、そのペアを構成する２つの振動素子の端部に跨って、特定構造２００が形成される。特定構造２００としては、グランド用の第１特定構造２００Ｕと、シグナル用の第２特定構造２００Ｄとがある（図９参照）。それらの特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、互いに上下対称の関係にある。また、それらの特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、それぞれが、その中心面（具体的には、分離溝４６，４８の中心に仮想的に存在する垂直面）に対して面対称の構造を有する。
【００４３】
図１１に示すように、特定構造２００は、一方側振動素子に形成された垂直電極層（側面電極層）３４Ａと、他方側振動素子に形成された垂直電極層（側面電極層）３４Ｂと、それらの垂直電極層３４Ａ，３４Ｂの間に存在するギャップ領域と、を有する。より詳しくは、特定構造２００は、一方側振動素子に形成された垂直絶縁層２６Ａ、垂直電極層３４Ａ及び側面補強層３８Ａと、他方側振動素子に形成された垂直絶縁層２６Ｂ、垂直電極層３４Ｂ及び側面補強層３８Ｂと、側面補強層３８Ａ，３８Ｂの間に存在する分離溝４６と、で構成される。この例では、ギャップ領域は、側面補強層３８Ａ，３８Ｂ及び分離溝４６，４８を合わせた領域として定義される。後述する他の例では、ギャップ領域は、複合化用の充填層、及び分離溝４６を合わせた領域として定義される。
【００４４】
図１におけるＳ１０９では、以上のように複数の振動素子からなるアレイ振動子が形成された後、そのアレイ振動子の上面側に例えば銅箔などによって構成されるグランド電極部材が設けられ、更に、その上に二次元配列された複数の整合層が設けられる。そのように形成された組立体が図示されていない探触子ケース内に配置される。
【００４５】
図１２には、アレイ振動子における電気的な接続関係が模式的に示されている。ここで、振動素子２０２，２０４に着目する。振動素子２０２，２０４はそれらの間を境として互いに対称の構造を有している。振動素子２０２においては、上方から奇数番目に存在する上面電極層４２Ａ及び内部電極層２０Ｂに対して、垂直電極層３４Ｂが電気的に接続されている。また、上方から偶数番目に存在する内部電極層１８Ｂ及び下面電極層４４Ａに対して、垂直電極層３６Ａが電気的に接続されている。よって、下面電極層４４Ａにシグナルリードを接続し、上面電極層４２Ａにグランド電極部材を接続すれば、振動素子２０２をいわゆる積層型振動素子として機能させることができる。振動素子２０４においても、上記同様に、上方から奇数番目に存在する上面電極層４２Ａ及び内部電極層２０Ｂに対して、垂直電極層３４Ａが電気的に接続されている。また、上方から偶数番目に存在する内部電極層１８Ｂ及び下面電極層４４Ａに対して、垂直電極層３６Ｂが電気的に接続されている。
【００４６】
振動素子２０２における垂直電極層３６Ａと、振動素子２０４における垂直電極層３６Ｂは対称関係にあるためにその製作は容易である。また、振動素子２０２における垂直電極層３６Ａと、振動素子２０４における垂直電極層３６Ｂは近接対向しているが、互いに同じ極性を有しているので、絶縁性の面で有利である。
【００４７】
上記実施形態に係る超音波探触子によれば、積層型振動素子を利用することができるので、電気的なインピーダンスを低減することができ、また垂直電極層を利用するので振動素子における振動面積のロスあるいは振動効率の低下といった問題を軽減又は解消することができる。すなわち高感度化を図ることが可能となる。さらに、上述した製造プロセスによれば、２種類の特定構造を互い違いに設定して、各積層型振動素子に対して確実に電気的接続を行える。更に、対向する２つの垂直電極層の極性が同じであるので、シグナルラインとグランドラインとの間の耐電圧レベルを上げることができる。
【００４８】
以下に、超音波探触子の製造プロセスの他の幾つかの例について説明する。以下に説明する各製造プロセスは、上記製造プロセスと同様に、複数の特定構造を構築する工程を有し、一方、上記製造プロセスとは異なり、積層体を複合化する工程を有する。なお、それぞれの例において、同様の構成には同一符号を付することにする。
【００４９】
まず、図１３〜図２０を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第二例について説明する。この例は、積層体に対する複合化を前もって行うことを特徴としている。
【００５０】
図１３には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ２０１では、積層体が複合化される。これを具体的に説明する。図１４には積層体１０が示されている。この積層体１０は、図２に示した積層体１０と同一であるが、図１４と図２とでは、断面の方向が異なっている。図１５に示すように、積層体１０の下面側に、接着材料３０２を利用してベース部材３００が接合される。次に、図１６に示すように、積層体１０に対して、その上面側から複数の複合化用の溝３０４がＹ方向に一定間隔をもって形成される。その溝３０４の深さは、積層体１０の全体を越えて、ベース部材３００が若干切削される程度である。複数の溝３０４の形成により、圧電部材１２，１４，１６は複数の要素１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂに分割され、同時に、複数の内部電極部材１８，２０も複数の要素１８Ｂ，２０Ｂに分割される。この段階において、複数の圧電部３０５が形成される。各圧電部３０５は、垂直方向に積層された要素１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ，１８Ｂ，２０Ｂで構成される。ベース部材３００によって複数の圧電部３０５がバラバラに分離してしまう問題が防止されている。次に、複数の溝３０４に対して、充填材料としての樹脂材料が充填され、その樹脂材料を硬化させるために積層体１０が加熱される。これにより、複数の樹脂層（樹脂部）３０６が形成される。樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする複合化のための材料である。複数の樹脂層３０６が形成された後に、ベース部材３００が積層体１０から取り除かれる。その状態が図１７に断面図として示されている。図１７では、複合化された積層体が符号３１０で示されている。図１８は積層体３１０の斜視図である。図１８においては後に形成される複数の基礎溝２２，２４が破線で示されている。
【００５１】
図１３に示すＳ２０２では、図１に示したＳ１０１〜１０７の工程が実行される。次に、積層体３１０から、１Ｄアレイ振動子を作成する場合には、Ｓ２０３からＳ２０４の工程が実行され、一方、積層体３１０から、２Ｄアレイ振動子を作成する場合には、Ｓ２０３からＳ２０５の工程が実行される。
【００５２】
Ｓ２０４の工程では、図１９に示されるように、積層体３１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長する溝である。各分離溝４６は、各特定構造（グランド用特定構造）２００Ｕごとに、その中心位置に形成される。各分離溝４８は、各特定構造（シグナル用特定構造）２００Ｄごとに、その中心位置に形成される。図１９における積層体３１０において、Ｙ方向には、互い違いに複数の圧電部３０５及び複数の樹脂部３０６が結合している。Ｘ方向には、複数の振動素子３１０Ａが並んでいる。そして、隣接する２つの振動素子ごとにそれらに跨って、特定構造２００Ｕ又は２００Ｄが構築されている。以上により、Ｘ方向をアレイ方向とし、かつＹ方向に積層された１Ｄアレイ振動子が構成される。
【００５３】
一方、Ｓ２０５の工程では、図２０に示されるように、積層体３１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８と、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０と、が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長する溝である。各分離溝５０はＸ方向に伸長する溝である。それらの分離溝４６，４８，５０の形成によって、二次元配列された複数の振動素子３１０Ｂが構成される。より詳しくは、各分離溝４６は、各特定構造（グランド用特定構造）２００Ｕごとに、その中心位置に形成される。各分離溝４８は、各特定構造（シグナル用特定構造）２００Ｄごとに、その中心位置に形成される。各分離溝５０は、圧電部３０５又は樹脂部３０６のいずれかを二分割するように形成され、あるいは、圧電部３０５と積層部３０６の境界に形成される。図２０に示す例では、各分離溝５０によって、圧電部（全体）３０５が二分割され、これによって、Ｙ方向の一方側振動素子に含まれる圧電部（一方側半分）３０５Ａと、Ｙ方向の他方側振動素子に含まれる圧電部３０５Ｂ（他方側半分）と、が形成されている。以上により、Ｙ方向に複合化された２Ｄアレイ振動子が構成される。
【００５４】
図１３のＳ２０６では、図１のＳ１０９と同様に、積層体３１０に対して、他の部材が設けられる。なお、Ｙ方向における圧電部及び樹脂部についての個数、サイズ及びピッチは任意に定めることができる。例えば、１つの振動素子に対して、より多くの個数の圧電部及び樹脂部を設けるようにしてもよい。図１９及び図２０においては、図９などに示されていた電極部材６０、複数の信号線５８などは図示省略されている。このことは、後に示す図２２，２３，３１，３２，３４，３５についても同様である。
【００５５】
次に、図２１〜図２３を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第三例について説明する。この例は、積層体に対する複合化を事後的に行うことを特徴としている。
【００５６】
図２１には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ３０１では、図１に示したＳ１０１〜Ｓ１０７の工程が実行される。Ｓ３０２では、複数の特定構造、上面電極部材及び下面電極部材が形成され、且つ、バッキングが接合された積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化用の溝が形成される。ここで、その複数の複合化用の溝はそれぞれがＸ方向に伸長した溝である。Ｓ３０３では、複数の複合化用の溝に対して複合化用の樹脂材料が充填され、その樹脂材料は加熱により硬化される。
【００５７】
Ｓ３０３の後、１Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ３０４からＳ３０５が実行される。Ｓ３０５では、図２２に示されるように、Ｘ方向に並ぶ複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長した溝である。これによって、Ｘ方向に並んだ複数の振動素子３２０Ａが構成される。各振動素子３２０Ａは、Ｙ方向に交互に並んだ複数の圧電部３２６及び複数の樹脂部３２４によって構成される。各樹脂部３２４は、上述したように、複合化用の溝３２２に対して樹脂材料を充填することによって形成されたものである。上面電極部材４２及び下面電極部材４４を形成した後に、複数の溝３２２が形成されるために、上面電極層４２及び下面電極層４４も複数の溝３２２によって複数の電極層に切断される（図２２には複数の上面電極層４２Ｂが示されている）。よって、各樹脂層（樹脂部）３２４の上面３２５Ａ及び下面３２５Ｂには、上面電極層及び下面電極層は設けられていない。
【００５８】
一方、Ｓ３０３の後、２Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ３０４からＳ３０６が実行される。Ｓ３０６では、図２３に示されるように、Ｘ方向に並ぶ複数の分離溝４６，４８と、Ｙ方向に並ぶ複数の分離溝５０が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長した溝である。各分離溝５０はＸ方向に伸長した溝である。これによって、Ｘ方向及びＹ方向の二次元に並んだ複数の振動素子３２０Ｂが構成される。各振動素子３２０Ｂは、Ｙ方向に交互に並んだ少なくとも１つの圧電部３２６及び少なくとも１つの樹脂部３２４によって構成される。各樹脂部３２４は、上述したように、複合化用の溝３２２に対して樹脂材料を充填することによって形成されたものである。各分離溝５０は、いずれかの圧電部又は樹脂部を二分する位置に形成され、あるいは、いずれかの圧電部及び樹脂部の境界位置に形成される。図２３の例では、各圧電部が各分離溝５０によって二分割され、これによって２つの圧電部３２６Ａが形成されている。上面電極部材４２及び下面電極部材４４を形成した後に、複数の溝３２２が形成される点は、図２２に示した例と同じである。図２１のＳ３０７では、図２２及び図２３に示した複数の振動素子３２０に対して、他の部材が接合される。
【００５９】
次に、図２４〜図３２を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第四例について説明する。この例は、複数の特定構造の形成と同時に、積層体に対するＸ方向の複合化を行うことを特徴としている。
【００６０】
図２４には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ４０１では、図１に示したＳ１０１と同様に、積層体に対して複数の基礎溝が形成される。具体的には、図２５に示す積層体１０（図２に示した積層体１０と同じ）に対して、その上面からＸ方向に一定の間隔で複数の幅広の基礎溝が形成され、その下面からＸ方向に一定の間隔で複数の幅広の基礎溝が形成される。それらの基礎溝の幅は、複合化のために必要な大きさに設定され、図３に示した通常の場合よりも、大きく設定される。
【００６１】
次に、Ｓ４０２では、Ｓ１０２と同様に、各基礎溝の内部に絶縁材が充填され、その絶縁材が硬化される。Ｓ４０３では、Ｓ１０３と同様に、複数の切削溝が形成される。これによって、各基礎溝内に一対の垂直絶縁層が形成される。Ｓ４０４では、Ｓ１０４と同様に、各基礎溝の内面上に導電膜が形成される。その状態が図２６に示されている。導電膜３４，３６は、垂直絶縁層２６Ａ，２６Ｂ，２８Ａ，２８Ｂの内面に形成されている。
【００６２】
図２４のＳ４０５では、図２７に示すように、まず、積層体１０の下面に対して接着材料３０２を用いてベース部材３００が接合され、次に、各切削溝３０，３２を積層体１０の全体にわたって貫通溝とするための加工が施される。すなわち、各切削溝３０については、上から３番目の圧電部材１６を部分的に切削する加工が施され、各切削溝３２については、上から１番目の圧電部材１２を部分的に切削する加工が施される。これによって、図２８に示すように、積層体１０に対して、複数の複合化用の溝３２９が形成される。また、Ｓ４０５では、それらの複合化用の溝３２９に対して、複合化のための樹脂材料３３０が充填され、その樹脂材料３３０が加熱されて硬化される。樹脂材料３３０は樹脂層つまり樹脂部を構成する。
【００６３】
図２４のＳ４０６では、図２９に示すように、ベース部材３００が積層体１０から取り除かれる。これにより、複合化された積層体３３２が得られる。次に、図３０に示すように、積層体３３２に対して、上面電極部材４２及び下面電極部材４４が形成される。また、下面電極部材４４に対してバッキングが接着される。
【００６４】
１Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４０８が実行される。Ｓ４０８では、複数の特定構造の中心位置に対応して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８が形成される。これによって、図３１に示すように、複数の振動素子３３２ＡがＸ方向に並んだ１Ｄアレイ振動子が構成される。図３１における符号３３４は１つの振動素子３３２Ａを示し、符号３３６は圧電部を示している。符号３３８は、圧電部３３６の両隣に形成された一対の樹脂部を示している。このように、各振動素子３３２Ａは、Ｘ方向に複合化されている。
【００６５】
一方、１Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４０９が実行される。Ｓ４０９では、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０が形成される。各分離溝５０はＸ方向に伸長した溝である。これによって、図３２に示すように、複数の振動素子３３２ＢがＹ方向に並んだ１Ｄアレイ振動子が構成される。各振動素子３３２Ｂは、その長手方向がＸ方向であり、その方向に複合化されている。図３２において、第１の観点から見れば、各振動素子３３２Ｂは、複数の要素（区分に相当）３４０，３４１を連結した部材である。隣接する２つの要素３４０，３４１に跨って特定構造２００Ｕ’又は２００Ｄ’が形成されており、その特定構造２００Ｕ’又は２００Ｄ’は中央部分に樹脂層（樹脂部）３４４を有する。この図３２に示す例では、樹脂層３４４は分離溝を有していないが、観念的には、樹脂層３４４は、一方側の部分３４０に属する部分３４３Ａと、他方側の部分３４１に属する部分３４３Ｂとに分けられる。第２の観点から見れば、各振動素子３３２Ｂは、Ｘ方向に互い違いに設けられた複数の圧電部３４２及び複数の樹脂部３４４を連結した部材である。
【００６６】
他方、２Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４１０が実行される。Ｓ４１０では、複数の特定構造の中心位置に対応して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。これによって、Ｘ方向に複合化された圧電体が、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の振動素子に分割される。つまり、図３１に示す圧電体３３２に対して、更に、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝（図１０に示した複数の分離溝５０に相当する）を形成することにより、複数の振動素子が構成される。図２４のＳ４１１では整合層の形成など他の加工が施される。
【００６７】
次に、図３３〜図３５を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第五例について説明する。この例は、積層体に対するＸ方向及びＹ方向の複合化を特徴としている。
【００６８】
図３３には、製造プロセスのフローチャートが示されている。Ｙ方向についての積層体に対する事前複合化を行う場合、Ｓ５０１からＳ５０２が実行され、次にＳ５０３が実行される。具体的には、Ｓ５０２では、図１３に示したＳ２０１が実行され、圧電体に対してＹ方向の複合化を施す加工が実施される（図１７及び図１８参照）。そして、Ｓ５０３では、図２４に示したＳ４０１〜Ｓ４０６の工程が実行され、Ｘ方向に並んだ複数の特定構造の構築と同時に、Ｘ方向に並んだ複数の樹脂層が形成される。これによって、X方向及びＹ方向の両方向に複合化された圧電体が構成される。
【００６９】
一方、Ｙ方向に事後複合化を行う場合、Ｓ５０１からＳ５０４が実行され、次にＳ５０５が実行される。具体的には、Ｓ５０４において、図２４に示したＳ４０１〜Ｓ４０６の工程が実行され（図３０参照）、次に、Ｓ５０５では、図２１で示したＳ３０２及びＳ３０３と同様に、Ｙ方向に複数の複合化用の溝が形成され、各溝に対して複合化用の樹脂材料が充填される。これによって、X方向及びＹ方向の両方向に複合化された圧電体が構成される。
【００７０】
上記の二次元複合化の後、１Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５０７を経て、Ｓ５０８が実行される。そのＳ５０８では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。ここで、各分離溝はＹ方向に伸長した溝である。これによって、X方向に並んだ複数の振動素子が構成される。それらの複数の振動素子は、後に説明する図３４に示される構成から、複数の分離溝５０を除いたものに相当する。
【００７１】
上記の二次元複合化の後、１Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５０７を経て、Ｓ５０９が実行される。そのＳ５０９では、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。ここで、各分離溝はＸ方向に伸長した溝である。これによって、Ｙ方向に並んだ複数の振動素子が構成される。それらの複数の振動素子は、後に説明する図３４に示される構成から、複数の分離溝４６，４８を除いたものに相当する。
【００７２】
上記の二次元複合化の後、２Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５１０を経て、Ｓ５１１が実行される。そのＳ５１１では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。これによって図３４に示す二次元アレイ振動子が構成される。具体的には、二次元に複合化された積層体３５０に対して、Ｘ方向に複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８は、Ｙ方向に伸長した溝であり、各特定構造２００Ｕ，２００Ｄごとに形成される。ある１つの振動素子３５０Ａに着目した場合、その振動素子３５０Ａは、Ｘ方向においては圧電区間３３６と、その両側に形成された２つの樹脂区間３３８とで構成される。符号３３４は、Ｘ方向における振動素子３５０Ａの全幅を示している。その振動素子３５０Ａは、Ｙ方向においては、２つの圧電区間３５１と１つの樹脂区間３５２とで構成される。よって、上方から見て、振動素子３５０Ａは、Ｈ形状を有する樹脂部と矩形の２つの圧電部とで構成される。図３４に示す構成は一例であり、例えば、Ｙ方向に所望数の圧電区間及び樹脂区間を設けるようにしてもよい。
【００７３】
上記の二次元複合化の後、２Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５１０を経て、Ｓ５１２が実行される。そのＳ５１２では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が間引き形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が間引き形成される。具体的には、二次元に複合化された積層体３５０に対して、Ｘ方向に複数の分離溝４８が形成される。各分離溝４８は、Ｙ方向に伸長した溝であり、各特定構造２００Ｄごとに形成される。つまり、図３５に示す例では、各特定構造２００Ｕ（図３４参照）については分離溝４６は形成されていない。もちろん、複数の特定構造の並びの中で、図３５に示すように１つおきの特定構造に対して分離溝を形成するのではなく、ｍ（ｍは２以上）個おきの特定構造に対して分離溝を形成するようにしてもよい。一方、複数の分離溝５０は、任意の間隔で形成することができ、Ｙ方向について、１つの振動子当たり、より多くの圧電区間３５１及び樹脂区間３５２を設けるようにしてもよい。
【００７４】
図３５に示す例では、ある１つの振動素子３５０Ｂに着目した場合、その振動素子３５０Ｂは、Ｘ方向においては、２つの圧電区間４０２と、それらの圧電区間４０２に挟まれる樹脂区間４０６と、２つの圧電区間の両側に設けられた２つの樹脂区間４０４と、で構成される。符号４００は、Ｘ方向における振動素子３５０Ｂの全幅を示している。その振動素子３５０Ｂは、Ｙ方向においては、３つの圧電区間３５１と、２つの樹脂区間３５２とで構成される。よって、上方から見て、振動素子３５０Ｂは、６（＝２×３）個の圧電部と、それらの圧電部の間に存在する格子形状をもった樹脂部と、で構成される。図３５に示す構成は一例であり、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に、より多くの圧電区間、樹脂区間を設定するようにしてもよい。
【００７５】
図３５に示す例では、Ｘ方向について、隣接する２つの振動素子の間に特定構造２００Ｄが形成され、また振動素子３５０Ｂの中央部に特定構造２００Ｕ’が形成されている。特定構造（素子間の特定構造）２００Ｄと特定構造（素子内部の特定構造）２００Ｕ’とを対比した場合、素子間の特定構造２００Ｄが分離溝４６を有するのに対し、素子内部の特定構造２００Ｕ’が分離溝を有しない点で異なる。しかし、素子間の特定構造２００Ｄと素子内部の特定構造２００Ｕ’は、同極性をもった面対称な一対の垂直電極層を有する点で共通する。特に、両者は、絶縁性を良好にできる点、構造の構築が容易である点、で共通する。
【００７６】
上記の第二例〜第五例によれば、積層化及び複合化されたアレイ振動子を実現できる。特に、積層化の後に複合化を行うので、垂直方向に並ぶ各部材間において水平方向の位置決め誤差を排除できる。また、その複合化も溝形成及び材料充填によって行えるので容易に実現できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新しい構造及び良好な性能を有するアレイ振動子を提供でき、また、そのための効率的な製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 超音波探触子の製造プロセスの第一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】 積層体を示す断面図である。
【図３】 基礎溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図４】 絶縁材料が充填された積層体を示す断面図である。
【図５】 切削溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図６】 導電膜が形成された積層体を示す断面図である。
【図７】 補強材が充填された積層体を示す断面図である。
【図８】 上面電極部材及び下面電極部材が設けられた積層体を示す断面図である。
【図９】 アレイ振動子のＸ−Ｚ断面を示す断面図である。
【図１０】 アレイ振動子のＹ−Ｚ断面を示す断面図である。
【図１１】 図９に示すＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図１２】 各振動素子における電気的な接続関係を説明するための模式図である。
【図１３】 超音波探触子の製造プロセスの第二例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】 積層体を示す断面図である。
【図１５】 ベース部材が暫定的に接合された積層体を示す断面図である。
【図１６】 複数の複合化用溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図１７】 樹脂材料が充填された後の積層体を示す断面図である。
【図１８】 Ｙ方向に複合化された積層体を示す斜視図である。
【図１９】 Ｙ方向に複合化された積層型１Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２０】 Ｙ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２１】 超音波探触子の製造プロセスの第三例を説明するためのフローチャートである。
【図２２】 上面電極部材及び下面電極部材を設けた後に積層体に対してＹ方向に複合化を行うことにより製作された積層型１Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２３】 上面電極部材及び下面電極部材を設けた後に積層体に対してＹ方向に複合化を行うことにより製作された積層型２Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２４】 超音波探触子の製造プロセスの第四例を説明するためのフローチャートである。
【図２５】 積層体を示す断面図である。
【図２６】 基礎溝、絶縁材料及び導電膜が形成された積層体を示す断面図である。
【図２７】 ベース部材が暫定的に接合された積層体を示す断面図である。
【図２８】 複合化用の樹脂材料が充填された積層体を示す断面図である。
【図２９】 ベース部材が取り外された積層体を示す断面図である。
【図３０】 上面電極部材及び下面電極部材が設けられた積層体を示す断面図である。
【図３１】 Ｘ方向に複合化され、Ｘ方向に分離された積層型１Ｄアレイ振動子を示す図である。
【図３２】 Ｘ方向に複合化され、Ｘ方向に分離された積層型２Ｄアレイ振動子を示す図である。
【図３３】 本発明に係る製造プロセスの第五例を説明するためのフローチャートである。
【図３４】 Ｘ方向及びＹ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子の一例を示す斜視図である。
【図３５】 Ｘ方向及びＹ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 積層体、１２，１４，１６ 圧電部材、１８，２０ 内部電極部材、２２，２４ 基礎溝、２６，２８ 絶縁材料、２６Ａ，２６Ｂ 垂直絶縁層、３４Ａ，３４Ｂ 垂直電極層、３８Ａ，３８Ｂ 側面補強層、３０，３２ 切削溝、３４，３６ 導電膜、３８，４０ 補強材、４２ 上面電極部材、４４ 下面電極部材、４６，４８，５０ 分離溝、５１ バッキング、２００Ｕ，２００Ｕ’ グランド用の第１特定構造、２００Ｄ，２００Ｄ’ シグナル用の第２特定構造、３０５，３２６，３３６，３４２，３５１，４０２ 積層型圧電部、３０６，３２４，３３８，３４３，３５２，４０４ 樹脂部、３１０，３３２ 複合化された積層体、３３０ 樹脂材料。
【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、生体の超音波診断において用いられる積層型アレイ振動子の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
複数の振動素子が配列されたアレイ振動子として、２Ｄアレイ振動子（スパース型２Ｄアレイ振動子を含む）、１．５Ｄアレイ振動子などが知られている。そのようなアレイ振動子においては、それを構成する各振動素子のサイズが非常に小さくなる。このため、各振動素子の電気インピーダンスが極めて高くなり、各振動素子とケーブル（あるいは装置本体）との間で、電気的なインピーダンス整合がとれなくなる。その結果、著しい感度ロスという問題が生じてしまう。
【０００３】
そこで、各振動素子を積層型とする技術が提案されている。この技術によると、各振動素子は、複数の圧電層及び複数の電極層を所定順序で積層した積層体として構成される。具体的には、積層体の下面に下面電極層が設けられ、積層体の上面に上面電極層が設けられ、隣接する２つの圧電層の間に内部電極層が設けられる。そして、それらの複数の電極層における奇数番目の電極層が例えばシグナル電極層とされ、偶数番目の電極層が例えばグランド電極層とされる。複数のシグナル電極層と複数のグランド電極層との間に電圧信号が印加される。この構成によれば、振動素子の電気的なインピーダンスを下げることができる。
【０００４】
上記のような積層型の振動素子については、複数の電極層に対する電気的な接続が問題となる。特に、複数の内部電極層に対してリードあるいは電極層をどのように接続するのかが問題となる。１つの従来例としては、ビア（振動素子の例えば中央を垂直に通過した細い導電線）を用いる方法があげられる。しかし、振動素子の面積は非常に小さく、そこに事後的に加工を施すのには製作的に困難が伴い、実用的でないという問題がある。
【０００５】
これに関し、以下の特許文献１には、複数の積層型振動素子からなるアレイ振動子が開示されている。各積層型振動素子の第１側面には、グランド内部電極層に接続されたグランド側面電極層が形成され、各振動素子の第２側面（第１側面と反対側の側面）には、シグナル内部電極層に接続されたシグナル側面電極層が形成されている。このため上記問題を解消、低減することができる。そのアレイ振動子において、隣接する２つの振動素子間に着目すると、一方側振動素子のシグナル側面電極層と他方側振動素子のグランド側面電極層とが互いに近接し、且つ、それらの形成範囲は垂直方向にずれている。アレイ振動子の特性を向上するためには、電気的な絶縁性をより向上することが望まれている。また、アレイ振動子の製造に当たって、位置決め精度を向上できること、製造を容易にすること（例えば、対向する一対の側面電極層を同時形成できるようにすること）、が望まれている。また、振動素子内で良好な電場を形成することが望まれている。
【０００６】
従来において、複合化及び積層化された積層体を作成する場合に、まず最初に、水平方向に複数の部材を接着することにより、各複合化プレートが形成され、次に、複数の複合化プレートが相互に接着されて積層される。このような方法では、複数の複合化プレート相互間における水平方向の位置決め誤差が生じやすい。そのような位置決め誤差が生じると、各振動素子の特性が劣化する。下記の特許文献２には、複合化及び積層化された積層体を製造する従来方法が示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２９３４６号公報
【特許文献２】
米国特許第６０８８８９４号公報
【０００８】
本発明の目的は、複合化及び積層化された良好な性能を有する積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、積層型アレイ振動子を備えた超音波探触子の製造を容易化することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る超音波探触子は、複数の振動素子を有するアレイ振動子を含み、前記各振動素子は、水平方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの樹脂部を有し、前記圧電部は、垂直方向に所定順序で積層された複数の圧電層及び複数の水平電極層と、前記複数の水平電極層に対して所定の接続関係をもって電気的に接続された一対の垂直電極層と、を有し、前記樹脂部は、垂直方向に連続性をもった充填層として構成され、前記各振動素子が垂直方向に積層化され且つ水平方向に複合化される。
【００１１】
上記構成によれば、各振動素子は少なくとも１つの積層型圧電部と少なくとも１つの樹脂部とを有する。樹脂部は、垂直方向における個々の階層ごとに分断されているのではなく、垂直方向に連続性を有する充填層として構成されているので、基本的に、水平方向の位置決め誤差は生じない。また、樹脂部は充填層として構成されているので、例えば、既に形成された積層体に対する溝形成及び材料充填によって簡便に形成できる。そのような場合、積層型の圧電部についても、それを構成する複数の層について水平方向の位置決め誤差の問題は基本的に生じない。ここで、超音波振動子は、１Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、２Ｄアレイ振動子などである。コンベックス形状を有するアレイ振動子の場合、各振動子における超音波伝播方向が垂直方向に相当する。
【００１２】
複合化された超音波振動子は、一般に、広帯域化という利点を有するが、その反面、電気的インピーダンスが大きくなって感度が低下するという問題を有する。上記のような手法によって、超音波振動子を複合化すると共に積層化し、これによって、超音波振動子を広帯域化しつつ、その電気的インピーダンスを下げることが可能となる。これにより、感度を向上できる。また、上記のように位置決め精度が良好であるので、その意味でも超音波振動子の性能を向上できる。
【００１３】
望ましくは、前記圧電部は、更に、前記複数の圧電層及び前記複数の水平電極層で構成される圧電部本体の両側面と、前記一対の垂直電極層と、の間に設けられた一対の垂直絶縁層を含む。
【００１４】
一対の垂直電極層は、第１及び第２垂直電極層で構成される。一対の垂直絶縁層は、第１及び第２垂直絶縁層で構成される。複数の水平電極層は、互い違いに設けられた複数の第１水平電極層及び複数の第２水平電極層で構成される。第１垂直電極層は、複数の第１水平電極層に接続されるが、第１垂直絶縁層によって複数の第２水平電極層における内部電極層から絶縁される。第２垂直電極層は、複数の第２水平電極層に接続されるが、第２垂直絶縁層によって複数の第１水平電極層における内部電極層から絶縁される。それらの垂直絶縁層によって圧電部本体内における電場の乱れを軽減又は解消できる。第１及び第２垂直絶縁層は垂直方向に広がる面状の絶縁層である。
【００１５】
望ましくは、前記各振動素子は、第１水平方向及び第２水平方向の一方について複合化される。望ましくは、前記各振動素子は、第１水平方向及び第２水平方向の両方について複合化される。
【００１６】
（２）本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填し、これにより、複合化された積層体を形成する工程と、前記複合化された積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、前記複数の垂直電極層の形成後に、前記複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００１７】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、前記複数の垂直電極層の形成後に、前記積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記積層体に対し、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填し、これにより、複合化された積層体を形成する工程と、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００１８】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填する工程と、を有し、複合化された積層体を形成する工程と、前記複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００１９】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材を充填し、これにより、Ｙ方向に複合化された積層体を形成する工程と、前記Ｙ方向に複合化された積層体に対して、Ｘ方向に並んだ複数の垂直電極層を形成する工程と、Ｘ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填する工程と、を有し、二次元に複合化された積層体を形成する工程と、前記二次元に複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記二次元に複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００２０】
本発明に係る製造方法は、複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、Ｘ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填する工程と、を有し、Ｘ方向に複合化された積層体を形成する工程と、前記Ｘ方向に複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、前記一対の表面電極部材の形成後に、前記Ｘ方向に複合化された積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填し、これにより、二次元に複合化された積層体を形成する工程と、前記二次元に複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、を含む。
【００２１】
上記の各製造方法によれば、あらかじめ形成された積層体に対して複数の樹脂部を形成するので、従来のような事後的接着による位置決め誤差の問題は生じない。また、溝形成及び材料充填を行って複数の樹脂部を簡便に形成できる。
【００２２】
アレイ振動子の製造プロセス中、温度上昇等によって圧電材料の分極が減少し、あるいは消失する可能性がある。そのような場合には、再分極工程が追加的に実施される。この再分極工程の実施時に、上記の第１絶縁手段及び第２絶縁手段があることにより、分極は歪みにくくなる。第１絶縁手段及び第２絶縁手段の材料の比誘電率が振動素子の材料の比誘電率に比べて小さい程、この効果は大きい。例えば、その比率は１／１０００程度であるのが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、超音波探触子の製造プロセスの第一例がフローチャートとして示されている。この第一例は参考例であって複合化を行うものではないが、後の第二例〜第五例の理解の必要上、第一例について詳述する。
【００２５】
この超音波探触子は、生体を超音波診断する超音波診断装置に対してプローブケーブルを介して接続され、超音波の送受波を行うことによりエコーデータを取り込むプローブである。ちなみに、この超音波探触子は、生体の表面上に当接して用いられるものであってもよいし、生体の体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。以下に、その超音波探触子の製造プロセスを説明し、それに併せて、超音波探触子（特にアレイ振動子）の構造上の特徴について説明する。
【００２６】
図１に示すＳ１０１の工程に先立って、図２に示すような分極済みの積層体（積層アッセンブリ）１０が用意される。積層体１０を構成する複数の部材はあらかじめ相互に接着されている。具体的には、積層体１０は、図２に示されるように、全体として、平板状の形状を有し、具体的には、複数の圧電部材（圧電体）１２，１４，１６を有する。それらの中で、隣接する２つの圧電部材１２，１４（１４，１６）の間に、水平電極部材としての内部電極部材１８，２０が設けられている。この積層体１０における、Ｘ方向のサイズは例えば２０ｍｍであり、Y方向のサイズは例えば２０ｍｍであり、Ｚ方向のサイズは例えば０．５１ｍｍである。ちなみに、圧電部材１２，１４，１６の材料としては、公知のＰＺＴなどの圧電材料をあげることができる。もちろん、それ以外の材料（例えば複合材料）で各圧電部材１２，１４，１６を構成するようにしてもよい。なお、図２〜図９においては、図面における左右方向がＸ方向（第１水平方向）であり、図面における上下方向がＺ方向（垂直方向）である。Ｚ方向は超音波の送受波方向に相当する。
【００２７】
図１に示されるＳ１０１では、図３に示されるように、複数の基礎溝２２，２４が形成される。具体的には、積層体１０の上面１０Ａ側から、Ｘ方向に一定間隔２×Ｔをもって、複数の基礎溝（第１溝）２２が形成される。この場合において、複数の基礎溝２２におけるピッチは、複数の振動素子におけるピッチＴの２倍とされる。上記と同様に、積層体１０の下面１０Ｂ側から、Ｘ方向に一定間隔２×Ｔをもって複数の基礎溝（第２溝）２４が形成される。それらの複数の基礎溝２４におけるピッチも複数の振動素子におけるピッチＴの２倍である。ただし、複数の基礎溝２２と複数の基礎溝２４は、Ｘ方向において互い違いに形成されている。複数の基礎溝２２及び複数の基礎溝２４は、それぞれＹ方向に伸長した矩形の溝である。すなわち、それらの基礎溝２２，２４は互いに平行である。ここで、それらの基礎溝２２，２４の幅Ｗ１は、後述する特定構造（対向構造、隣合せ構造）（後の図９における符号２００Ｕ，２００Ｄを参照）を構築できる限りにおいて、適当な大きさに設定され、例えば、そのＷ１は０．０８ｍｍである。なお、積層体１０は、一般に、積層されたｎ個の圧電部材によって構成され、ここでｎは望ましくは奇数であり、特に望ましくは３である。
【００２８】
また、各基礎溝２２の深さＬ１は、上面１０Ａから見て２番目の内部電極部材２０の手前までの深さとされ、例えばそのＬ１は０．３ｍｍである。これは、各基礎溝２４の深さＬ１についても同様であり、深さＬ１は下面１０Ｂから見て２番目の内部電極体１８の手前までの深さである。このような基礎溝２２，２４の形成により、内部電極体１８は複数の要素１８Ａに分割され、これと同様に、内部電極体２０も複数の要素２０Ａに分割される。ちなみに、基礎溝２２，２４を形成する場合には、例えばダイシングソーなどの切削加工器具を用いることができる。これは後述する各種の溝の形成に当たっても同様である。
【００２９】
図１のＳ１０２では、図４に示されるように、Ｓ１０１で形成された複数の基礎溝２２，２４に対して、絶縁材２６，２８が充填される。この絶縁材２６，２８は、それを薄く形成した場合においても耐電圧レベルの高い材料であるのが望ましく、例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などを用いることができる。図４においては、基礎溝２２に充填された絶縁材が符号２６で示されており、一方、基礎溝２４に充填された絶縁材が符号２８で示されている。
【００３０】
図１のＳ１０３では、図５に示されるように、各基礎溝２２，２４に対応してそれぞれ切削溝（第３溝３０，第４溝３２）が形成される。具体的には、図５において、各基礎溝２２に充填された絶縁材料２６に対して、その中央部を突き抜けるように切削溝３０が切削加工により形成される。これと同様に、各基礎溝２４に充填された絶縁材２８に対しても、その中央部を貫くように切削溝（連絡溝、第４溝）３２が形成される。ここで、各切削溝３０，３２の幅Ｗ２は上記の基礎溝２２，２４の幅Ｗ１よりも小さく、例えば０．０４ｍｍである。また切削溝３０の深さＬ２は、基礎溝２２の深さＬ１を超えてさらに上面から２番目の内部電極部材２０を切断する深さとして設定され、例えばＬ２は０．３６ｍｍである。これは切削溝３２についても同様であり、下面側から２番目の内部電極部材１８を貫くようにその深さＬ２が設定されている。それらの切削溝３０，３２の形成により、各基礎溝２２，２４の内部には、図示のように、その溝内の各側面に一定の厚みで垂直方向に広がる面状の側面絶縁層（垂直絶縁層）２６Ａ，２６Ｂ，２８Ａ，２８Ｂが残存することになる。後に図９等で示すように、各側面絶縁層は、圧電部本体の各側面と各垂直電極層との間に配置される部材となる。また、それらの切削溝３０，３２の形成より、上述した各部分１８Ａ，２０Ａ（図５参照）はさらに二分割されることになり、具体的には、水平電極層としての複数の内部電極層１８Ｂ，２０Ｂが形成される。Ｓ１０２〜Ｓ１０３は、ＣＶＤ法などによる絶縁膜の形成工程として置き換えることができる。
【００３１】
なお、図５に示す工程において、各切削溝３０，３２の深さをあまり大きくすると、積層体１０自体が分断されてしまうため、そのような分断が生じない程度に各切削溝３０，３２の深さＬ２を設定するのが望ましい。
【００３２】
図１に示すＳ１０４では、図６に示すように、各切削溝３０，３２の内部における各側面上に面状の導電膜３４，３６が形成される。この導電膜３４，３６は例えば無電解メッキ法や蒸着法などを利用して形成することができる。各導電膜３４，３６は、最終的に、一対の垂直電極層（側面電極層など）をなすものである。図６に示す段階においては、導電膜３４が内部電極層２０Ｂに対してコンタクト部１００を介して電気的に接続されており、一方、導電膜３４は内部電極層１８Ｂに対して垂直絶縁層２６Ａ，２６Ｂにより絶縁されている。これは導電膜３６についても同様であり、その導電膜３６はコンタクト部１０２によって内部電極層１８Ｂに電気的に接続されている。なお、図６に示す工程において、切削溝３０，３２内に導電性部材を充填し、必要な切削加工を行うことにより、導電膜３４，３６を形成するようにしてもよい。
【００３３】
図１に示すＳ１０５では、図７に示すように、各切削溝３０，３２の内部に、具体的には各導電膜３４，３６によって囲まれる空間内に、補強材３８，４０が充填される。この補強材３８，４０は導電膜３４，３６を覆ってそれらを保護する部材として機能する。補強材３８，４０は絶縁性を有する材料によって構成される。その補強材３８，４０は、熱硬化性をもった高分子材料、重合体材料、樹脂材料などを用いて構成するのが望ましい。なお、補強材３８，４０が複合化のための材料として用いられてもよく、それに関しては後に詳述する。
【００３４】
図１に示すＳ１０６では、図８に示されるように、まず、積層体１０の上面１０Ａ及び下面１０Ｂに対して、それらを平面にするための研磨加工が施される。そのような加工により、導電膜３４，３６の端面が上方又は下方へ向けて適正に露出することになる。その後、スパッタ法や蒸着法などを利用して、上面１０Ａ及び下面１０Ｂに対して、一定の厚みをもって、水平電極部材としての上面電極部材４２及び下面電極部材４４が形成される。この場合においては、各導電膜３４の端面はコンタクト部１０４を介して上面電極部材４２に電気的に接続され、これと同様に、各電極膜３６の端面もコンタクト部１０６を介して下面電極部材４４に電気的に接続される。
【００３５】
図１のＳ１０７では、積層体１０の下面側にバッキング５１が接着される。後述するように、そのバッキング５１は多数の信号線を内蔵したものであり、積層体１０へのバッキング５１の接着にあたっては例えば導電性接着剤などが利用される。
【００３６】
そして、Ｓ１０８では、Ｓ１０７で形成された組立体（バッキング５１付きの積層体１０）に対し、図９及び図１０に示されるように、複数の分離溝が切削加工により形成される。ここで、図１０は、図９に示すＡ−Ａ’断面を示すものであり、図１０における左右方向はＹ方向であり、その上下方向はＺ方向である。
【００３７】
具体的には、上述した補強材３８の中央部を貫通するように、幅Ｗ３をもって、上面側から複数の分離溝４６，４８がＸ方向に一定間隔で形成される。ここで、各分離溝（第５溝）４６，４８は、Ｙ方向に伸長している。各分離溝４６は、上面側に変位した各第１特定構造（第１対向構造）２００Ｕに対して形成されるものであり、各分離溝４８（第６溝）は、下面側に変位した各第２特定構造（第２対向構造）２００Ｄに対して形成される。各特定構造２００Ｕ，２００Ｄについては、後に詳述するが、各特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、分離溝４６，４８に対して左右対称構造を有する。ここで、それらの分離溝４６，４８の幅Ｗ３は、上記の補強材３８の幅よりも小さく、例えばそのＷ３は、０．０３ｍｍである。また、それらの分離溝４６，４８の深さＬ３は、少なくとも、バッキング５１における電極部材６０を貫通する深さに設定され、例えば、そのＬ３は０．６ｍｍである。
【００３８】
図１０に示すように、積層体１０には、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０も形成される。各分離溝５０は、Ｘ方向に伸長している。各分離溝５０の幅及び深さは、分離溝４６，４８の幅Ｗ３及び深さＬ３と同じである。ちなみに、複数の分離溝５０は、複数の分離溝４６，４８の形成の前あるいは後に形成される。
【００３９】
複数の分離溝４６，４８とは異なるサイズで複数の分離溝５０を形成することも可能である。ただし、複数の分離溝５０の形成に際しても、少なくとも積層体１０及び電極部材６０が切断される深さまで切削を行う必要がある。各分離溝４６，４８，５０に対して、絶縁材料、音響分離材料、補強材料などを充填するようにしてもよい。
【００４０】
図９において、バッキング５１について説明すると、そのバッキング５１は、大別してバッキング材料５２、その上面に設けられた電極部材６０、及び、バッキング材料５２内にマトリクス状に設けられた複数の信号線５８によって構成される。複数の信号線５８は、複数の振動素子の二次元配列に対応した配列で設けられている。各信号線５８は、その内部のシグナルリードとして機能する芯材５６と、それを取り囲む被覆層５４と、によって構成される。
【００４１】
以上のように、積層体１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８を形成し、且つ、積層体１０に対して、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０を形成すると、それによって、積層体１０が複数の振動素子に分割される。その状態では、図２に示した圧電部材１２は、複数の圧電層１２Ａに分割されており、これと同様に、圧電部材１４，１６についても、それぞれ複数の圧電層１４Ａ，１６Ａに分割されている。また、図２に示した内部電極部材１８，２０についても、複数の内部電極層１８Ｂ，２０Ｂに分割されている。また、上述したように、バッキング５１における電極部材６０も複数に分割され、これにより複数の電極パッド６０Ａが構成されている。電気的な接続関係については後に図１２を用いて説明する。
【００４２】
図１１には、図９に示すＢ−Ｂ’断面が示されている。上述したように、複数の分離溝４６（あるいは４８）の形成により、Ｘ方向（図中の左右方向）に隣接する振動素子ペアごとに、そのペアを構成する２つの振動素子の端部に跨って、特定構造２００が形成される。特定構造２００としては、グランド用の第１特定構造２００Ｕと、シグナル用の第２特定構造２００Ｄとがある（図９参照）。それらの特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、互いに上下対称の関係にある。また、それらの特定構造２００Ｕ，２００Ｄは、それぞれが、その中心面（具体的には、分離溝４６，４８の中心に仮想的に存在する垂直面）に対して面対称の構造を有する。
【００４３】
図１１に示すように、特定構造２００は、一方側振動素子に形成された垂直電極層（側面電極層）３４Ａと、他方側振動素子に形成された垂直電極層（側面電極層）３４Ｂと、それらの垂直電極層３４Ａ，３４Ｂの間に存在するギャップ領域と、を有する。より詳しくは、特定構造２００は、一方側振動素子に形成された垂直絶縁層２６Ａ、垂直電極層３４Ａ及び側面補強層３８Ａと、他方側振動素子に形成された垂直絶縁層２６Ｂ、垂直電極層３４Ｂ及び側面補強層３８Ｂと、側面補強層３８Ａ，３８Ｂの間に存在する分離溝４６と、で構成される。この例では、ギャップ領域は、側面補強層３８Ａ，３８Ｂ及び分離溝４６，４８を合わせた領域として定義される。後述する他の例では、ギャップ領域は、複合化用の充填層、及び分離溝４６を合わせた領域として定義される。
【００４４】
図１におけるＳ１０９では、以上のように複数の振動素子からなるアレイ振動子が形成された後、そのアレイ振動子の上面側に例えば銅箔などによって構成されるグランド電極部材が設けられ、更に、その上に二次元配列された複数の整合層が設けられる。そのように形成された組立体が図示されていない探触子ケース内に配置される。
【００４５】
図１２には、アレイ振動子における電気的な接続関係が模式的に示されている。ここで、振動素子２０２，２０４に着目する。振動素子２０２，２０４はそれらの間を境として互いに対称の構造を有している。振動素子２０２においては、上方から奇数番目に存在する上面電極層４２Ａ及び内部電極層２０Ｂに対して、垂直電極層３４Ｂが電気的に接続されている。また、上方から偶数番目に存在する内部電極層１８Ｂ及び下面電極層４４Ａに対して、垂直電極層３６Ａが電気的に接続されている。よって、下面電極層４４Ａにシグナルリードを接続し、上面電極層４２Ａにグランド電極部材を接続すれば、振動素子２０２をいわゆる積層型振動素子として機能させることができる。振動素子２０４においても、上記同様に、上方から奇数番目に存在する上面電極層４２Ａ及び内部電極層２０Ｂに対して、垂直電極層３４Ａが電気的に接続されている。また、上方から偶数番目に存在する内部電極層１８Ｂ及び下面電極層４４Ａに対して、垂直電極層３６Ｂが電気的に接続されている。
【００４６】
振動素子２０２における垂直電極層３６Ａと、振動素子２０４における垂直電極層３６Ｂは対称関係にあるためにその製作は容易である。また、振動素子２０２における垂直電極層３６Ａと、振動素子２０４における垂直電極層３６Ｂは近接対向しているが、互いに同じ極性を有しているので、絶縁性の面で有利である。
【００４７】
上記実施形態に係る超音波探触子によれば、積層型振動素子を利用することができるので、電気的なインピーダンスを低減することができ、また垂直電極層を利用するので振動素子における振動面積のロスあるいは振動効率の低下といった問題を軽減又は解消することができる。すなわち高感度化を図ることが可能となる。さらに、上述した製造プロセスによれば、２種類の特定構造を互い違いに設定して、各積層型振動素子に対して確実に電気的接続を行える。更に、対向する２つの垂直電極層の極性が同じであるので、シグナルラインとグランドラインとの間の耐電圧レベルを上げることができる。
【００４８】
以下に、超音波探触子の製造プロセスの他の幾つかの例について説明する。以下に説明する各製造プロセスは、上記製造プロセスと同様に、複数の特定構造を構築する工程を有し、一方、上記製造プロセスとは異なり、積層体を複合化する工程を有する。なお、それぞれの例において、同様の構成には同一符号を付することにする。
【００４９】
まず、図１３〜図２０を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第二例について説明する。この例は、積層体に対する複合化を前もって行うことを特徴としている。
【００５０】
図１３には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ２０１では、積層体が複合化される。これを具体的に説明する。図１４には積層体１０が示されている。この積層体１０は、図２に示した積層体１０と同一であるが、図１４と図２とでは、断面の方向が異なっている。図１５に示すように、積層体１０の下面側に、接着材料３０２を利用してベース部材３００が接合される。次に、図１６に示すように、積層体１０に対して、その上面側から複数の複合化用の溝３０４がＹ方向に一定間隔をもって形成される。その溝３０４の深さは、積層体１０の全体を越えて、ベース部材３００が若干切削される程度である。複数の溝３０４の形成により、圧電部材１２，１４，１６は複数の要素１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂに分割され、同時に、複数の内部電極部材１８，２０も複数の要素１８Ｂ，２０Ｂに分割される。この段階において、複数の圧電部３０５が形成される。各圧電部３０５は、垂直方向に積層された要素１２Ｂ，１４Ｂ，１６Ｂ，１８Ｂ，２０Ｂで構成される。ベース部材３００によって複数の圧電部３０５がバラバラに分離してしまう問題が防止されている。次に、複数の溝３０４に対して、充填材料としての樹脂材料が充填され、その樹脂材料を硬化させるために積層体１０が加熱される。これにより、複数の樹脂層（樹脂部）３０６が形成される。樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする複合化のための材料である。複数の樹脂層３０６が形成された後に、ベース部材３００が積層体１０から取り除かれる。その状態が図１７に断面図として示されている。図１７では、複合化された積層体が符号３１０で示されている。図１８は積層体３１０の斜視図である。図１８においては後に形成される複数の基礎溝２２，２４が破線で示されている。
【００５１】
図１３に示すＳ２０２では、図１に示したＳ１０１〜１０７の工程が実行される。次に、積層体３１０から、１Ｄアレイ振動子を作成する場合には、Ｓ２０３からＳ２０４の工程が実行され、一方、積層体３１０から、２Ｄアレイ振動子を作成する場合には、Ｓ２０３からＳ２０５の工程が実行される。
【００５２】
Ｓ２０４の工程では、図１９に示されるように、積層体３１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長する溝である。各分離溝４６は、各特定構造（グランド用特定構造）２００Ｕごとに、その中心位置に形成される。各分離溝４８は、各特定構造（シグナル用特定構造）２００Ｄごとに、その中心位置に形成される。図１９における積層体３１０において、Ｙ方向には、互い違いに複数の圧電部３０５及び複数の樹脂部３０６が結合している。Ｘ方向には、複数の振動素子３１０Ａが並んでいる。そして、隣接する２つの振動素子ごとにそれらに跨って、特定構造２００Ｕ又は２００Ｄが構築されている。以上により、Ｘ方向をアレイ方向とし、かつＹ方向に積層された１Ｄアレイ振動子が構成される。
【００５３】
一方、Ｓ２０５の工程では、図２０に示されるように、積層体３１０に対して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８と、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０と、が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長する溝である。各分離溝５０はＸ方向に伸長する溝である。それらの分離溝４６，４８，５０の形成によって、二次元配列された複数の振動素子３１０Ｂが構成される。より詳しくは、各分離溝４６は、各特定構造（グランド用特定構造）２００Ｕごとに、その中心位置に形成される。各分離溝４８は、各特定構造（シグナル用特定構造）２００Ｄごとに、その中心位置に形成される。各分離溝５０は、圧電部３０５又は樹脂部３０６のいずれかを二分割するように形成され、あるいは、圧電部３０５と積層部３０６の境界に形成される。図２０に示す例では、各分離溝５０によって、圧電部（全体）３０５が二分割され、これによって、Ｙ方向の一方側振動素子に含まれる圧電部（一方側半分）３０５Ａと、Ｙ方向の他方側振動素子に含まれる圧電部３０５Ｂ（他方側半分）と、が形成されている。以上により、Ｙ方向に複合化された２Ｄアレイ振動子が構成される。
【００５４】
図１３のＳ２０６では、図１のＳ１０９と同様に、積層体３１０に対して、他の部材が設けられる。なお、Ｙ方向における圧電部及び樹脂部についての個数、サイズ及びピッチは任意に定めることができる。例えば、１つの振動素子に対して、より多くの個数の圧電部及び樹脂部を設けるようにしてもよい。図１９及び図２０においては、図９などに示されていた電極部材６０、複数の信号線５８などは図示省略されている。このことは、後に示す図２２，２３，３１，３２，３４，３５についても同様である。
【００５５】
次に、図２１〜図２３を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第三例について説明する。この例は、積層体に対する複合化を事後的に行うことを特徴としている。
【００５６】
図２１には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ３０１では、図１に示したＳ１０１〜Ｓ１０７の工程が実行される。Ｓ３０２では、複数の特定構造、上面電極部材及び下面電極部材が形成され、且つ、バッキングが接合された積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化用の溝が形成される。ここで、その複数の複合化用の溝はそれぞれがＸ方向に伸長した溝である。Ｓ３０３では、複数の複合化用の溝に対して複合化用の樹脂材料が充填され、その樹脂材料は加熱により硬化される。
【００５７】
Ｓ３０３の後、１Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ３０４からＳ３０５が実行される。Ｓ３０５では、図２２に示されるように、Ｘ方向に並ぶ複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長した溝である。これによって、Ｘ方向に並んだ複数の振動素子３２０Ａが構成される。各振動素子３２０Ａは、Ｙ方向に交互に並んだ複数の圧電部３２６及び複数の樹脂部３２４によって構成される。各樹脂部３２４は、上述したように、複合化用の溝３２２に対して樹脂材料を充填することによって形成されたものである。上面電極部材４２及び下面電極部材４４を形成した後に、複数の溝３２２が形成されるために、上面電極層４２及び下面電極層４４も複数の溝３２２によって複数の電極層に切断される（図２２には複数の上面電極層４２Ｂが示されている）。よって、各樹脂層（樹脂部）３２４の上面３２５Ａ及び下面３２５Ｂには、上面電極層及び下面電極層は設けられていない。
【００５８】
一方、Ｓ３０３の後、２Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ３０４からＳ３０６が実行される。Ｓ３０６では、図２３に示されるように、Ｘ方向に並ぶ複数の分離溝４６，４８と、Ｙ方向に並ぶ複数の分離溝５０が形成される。各分離溝４６，４８はＹ方向に伸長した溝である。各分離溝５０はＸ方向に伸長した溝である。これによって、Ｘ方向及びＹ方向の二次元に並んだ複数の振動素子３２０Ｂが構成される。各振動素子３２０Ｂは、Ｙ方向に交互に並んだ少なくとも１つの圧電部３２６及び少なくとも１つの樹脂部３２４によって構成される。各樹脂部３２４は、上述したように、複合化用の溝３２２に対して樹脂材料を充填することによって形成されたものである。各分離溝５０は、いずれかの圧電部又は樹脂部を二分する位置に形成され、あるいは、いずれかの圧電部及び樹脂部の境界位置に形成される。図２３の例では、各圧電部が各分離溝５０によって二分割され、これによって２つの圧電部３２６Ａが形成されている。上面電極部材４２及び下面電極部材４４を形成した後に、複数の溝３２２が形成される点は、図２２に示した例と同じである。図２１のＳ３０７では、図２２及び図２３に示した複数の振動素子３２０に対して、他の部材が接合される。
【００５９】
次に、図２４〜図３２を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第四例について説明する。この例は、複数の特定構造の形成と同時に、積層体に対するＸ方向の複合化を行うことを特徴としている。
【００６０】
図２４には、製造プロセスがフローチャートとして示されている。Ｓ４０１では、図１に示したＳ１０１と同様に、積層体に対して複数の基礎溝が形成される。具体的には、図２５に示す積層体１０（図２に示した積層体１０と同じ）に対して、その上面からＸ方向に一定の間隔で複数の幅広の基礎溝が形成され、その下面からＸ方向に一定の間隔で複数の幅広の基礎溝が形成される。それらの基礎溝の幅は、複合化のために必要な大きさに設定され、図３に示した通常の場合よりも、大きく設定される。
【００６１】
次に、Ｓ４０２では、Ｓ１０２と同様に、各基礎溝の内部に絶縁材が充填され、その絶縁材が硬化される。Ｓ４０３では、Ｓ１０３と同様に、複数の切削溝が形成される。これによって、各基礎溝内に一対の垂直絶縁層が形成される。Ｓ４０４では、Ｓ１０４と同様に、各基礎溝の内面上に導電膜が形成される。その状態が図２６に示されている。導電膜３４，３６は、垂直絶縁層２６Ａ，２６Ｂ，２８Ａ，２８Ｂの内面に形成されている。
【００６２】
図２４のＳ４０５では、図２７に示すように、まず、積層体１０の下面に対して接着材料３０２を用いてベース部材３００が接合され、次に、各切削溝３０，３２を積層体１０の全体にわたって貫通溝とするための加工が施される。すなわち、各切削溝３０については、上から３番目の圧電部材１６を部分的に切削する加工が施され、各切削溝３２については、上から１番目の圧電部材１２を部分的に切削する加工が施される。これによって、図２８に示すように、積層体１０に対して、複数の複合化用の溝３２９が形成される。また、Ｓ４０５では、それらの複合化用の溝３２９に対して、複合化のための樹脂材料３３０が充填され、その樹脂材料３３０が加熱されて硬化される。樹脂材料３３０は樹脂層つまり樹脂部を構成する。
【００６３】
図２４のＳ４０６では、図２９に示すように、ベース部材３００が積層体１０から取り除かれる。これにより、複合化された積層体３３２が得られる。次に、図３０に示すように、積層体３３２に対して、上面電極部材４２及び下面電極部材４４が形成される。また、下面電極部材４４に対してバッキングが接着される。
【００６４】
１Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４０８が実行される。Ｓ４０８では、複数の特定構造の中心位置に対応して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝４６，４８が形成される。これによって、図３１に示すように、複数の振動素子３３２ＡがＸ方向に並んだ１Ｄアレイ振動子が構成される。図３１における符号３３４は１つの振動素子３３２Ａを示し、符号３３６は圧電部を示している。符号３３８は、圧電部３３６の両隣に形成された一対の樹脂部を示している。このように、各振動素子３３２Ａは、Ｘ方向に複合化されている。
【００６５】
一方、１Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４０９が実行される。Ｓ４０９では、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝５０が形成される。各分離溝５０はＸ方向に伸長した溝である。これによって、図３２に示すように、複数の振動素子３３２ＢがＹ方向に並んだ１Ｄアレイ振動子が構成される。各振動素子３３２Ｂは、その長手方向がＸ方向であり、その方向に複合化されている。図３２において、第１の観点から見れば、各振動素子３３２Ｂは、複数の要素（区分に相当）３４０，３４１を連結した部材である。隣接する２つの要素３４０，３４１に跨って特定構造２００Ｕ’又は２００Ｄ’が形成されており、その特定構造２００Ｕ’又は２００Ｄ’は中央部分に樹脂層（樹脂部）３４４を有する。この図３２に示す例では、樹脂層３４４は分離溝を有していないが、観念的には、樹脂層３４４は、一方側の部分３４０に属する部分３４３Ａと、他方側の部分３４１に属する部分３４３Ｂとに分けられる。第２の観点から見れば、各振動素子３３２Ｂは、Ｘ方向に互い違いに設けられた複数の圧電部３４２及び複数の樹脂部３４４を連結した部材である。
【００６６】
他方、２Ｄアレイ振動子を形成する場合には、Ｓ４０７からＳ４１０が実行される。Ｓ４１０では、複数の特定構造の中心位置に対応して、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。これによって、Ｘ方向に複合化された圧電体が、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の振動素子に分割される。つまり、図３１に示す圧電体３３２に対して、更に、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝（図１０に示した複数の分離溝５０に相当する）を形成することにより、複数の振動素子が構成される。図２４のＳ４１１では整合層の形成など他の加工が施される。
【００６７】
次に、図３３〜図３５を用いて、超音波探触子の製造プロセスの第五例について説明する。この例は、積層体に対するＸ方向及びＹ方向の複合化を特徴としている。
【００６８】
図３３には、製造プロセスのフローチャートが示されている。Ｙ方向についての積層体に対する事前複合化を行う場合、Ｓ５０１からＳ５０２が実行され、次にＳ５０３が実行される。具体的には、Ｓ５０２では、図１３に示したＳ２０１が実行され、圧電体に対してＹ方向の複合化を施す加工が実施される（図１７及び図１８参照）。そして、Ｓ５０３では、図２４に示したＳ４０１〜Ｓ４０６の工程が実行され、Ｘ方向に並んだ複数の特定構造の構築と同時に、Ｘ方向に並んだ複数の樹脂層が形成される。これによって、X方向及びＹ方向の両方向に複合化された圧電体が構成される。
【００６９】
一方、Ｙ方向に事後複合化を行う場合、Ｓ５０１からＳ５０４が実行され、次にＳ５０５が実行される。具体的には、Ｓ５０４において、図２４に示したＳ４０１〜Ｓ４０６の工程が実行され（図３０参照）、次に、Ｓ５０５では、図２１で示したＳ３０２及びＳ３０３と同様に、Ｙ方向に複数の複合化用の溝が形成され、各溝に対して複合化用の樹脂材料が充填される。これによって、X方向及びＹ方向の両方向に複合化された圧電体が構成される。
【００７０】
上記の二次元複合化の後、１Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５０７を経て、Ｓ５０８が実行される。そのＳ５０８では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。ここで、各分離溝はＹ方向に伸長した溝である。これによって、X方向に並んだ複数の振動素子が構成される。それらの複数の振動素子は、後に説明する図３４に示される構成から、複数の分離溝５０を除いたものに相当する。
【００７１】
上記の二次元複合化の後、１Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５０７を経て、Ｓ５０９が実行される。そのＳ５０９では、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。ここで、各分離溝はＸ方向に伸長した溝である。これによって、Ｙ方向に並んだ複数の振動素子が構成される。それらの複数の振動素子は、後に説明する図３４に示される構成から、複数の分離溝４６，４８を除いたものに相当する。
【００７２】
上記の二次元複合化の後、２Ｄアレイ振動子（タイプＡ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５１０を経て、Ｓ５１１が実行される。そのＳ５１１では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が形成される。これによって図３４に示す二次元アレイ振動子が構成される。具体的には、二次元に複合化された積層体３５０に対して、Ｘ方向に複数の分離溝４６，４８が形成される。各分離溝４６，４８は、Ｙ方向に伸長した溝であり、各特定構造２００Ｕ，２００Ｄごとに形成される。ある１つの振動素子３５０Ａに着目した場合、その振動素子３５０Ａは、Ｘ方向においては圧電区間３３６と、その両側に形成された２つの樹脂区間３３８とで構成される。符号３３４は、Ｘ方向における振動素子３５０Ａの全幅を示している。その振動素子３５０Ａは、Ｙ方向においては、２つの圧電区間３５１と１つの樹脂区間３５２とで構成される。よって、上方から見て、振動素子３５０Ａは、Ｈ形状を有する樹脂部と矩形の２つの圧電部とで構成される。図３４に示す構成は一例であり、例えば、Ｙ方向に所望数の圧電区間及び樹脂区間を設けるようにしてもよい。
【００７３】
上記の二次元複合化の後、２Ｄアレイ振動子（タイプＢ）を形成する場合には、Ｓ５０６，Ｓ５１０を経て、Ｓ５１２が実行される。そのＳ５１２では、Ｘ方向に並んだ複数の分離溝が間引き形成され、また、Ｙ方向に並んだ複数の分離溝が間引き形成される。具体的には、二次元に複合化された積層体３５０に対して、Ｘ方向に複数の分離溝４８が形成される。各分離溝４８は、Ｙ方向に伸長した溝であり、各特定構造２００Ｄごとに形成される。つまり、図３５に示す例では、各特定構造２００Ｕ（図３４参照）については分離溝４６は形成されていない。もちろん、複数の特定構造の並びの中で、図３５に示すように１つおきの特定構造に対して分離溝を形成するのではなく、ｍ（ｍは２以上）個おきの特定構造に対して分離溝を形成するようにしてもよい。一方、複数の分離溝５０は、任意の間隔で形成することができ、Ｙ方向について、１つの振動子当たり、より多くの圧電区間３５１及び樹脂区間３５２を設けるようにしてもよい。
【００７４】
図３５に示す例では、ある１つの振動素子３５０Ｂに着目した場合、その振動素子３５０Ｂは、Ｘ方向においては、２つの圧電区間４０２と、それらの圧電区間４０２に挟まれる樹脂区間４０６と、２つの圧電区間の両側に設けられた２つの樹脂区間４０４と、で構成される。符号４００は、Ｘ方向における振動素子３５０Ｂの全幅を示している。その振動素子３５０Ｂは、Ｙ方向においては、３つの圧電区間３５１と、２つの樹脂区間３５２とで構成される。よって、上方から見て、振動素子３５０Ｂは、６（＝２×３）個の圧電部と、それらの圧電部の間に存在する格子形状をもった樹脂部と、で構成される。図３５に示す構成は一例であり、例えば、Ｘ方向及びＹ方向に、より多くの圧電区間、樹脂区間を設定するようにしてもよい。
【００７５】
図３５に示す例では、Ｘ方向について、隣接する２つの振動素子の間に特定構造２００Ｄが形成され、また振動素子３５０Ｂの中央部に特定構造２００Ｕ’が形成されている。特定構造（素子間の特定構造）２００Ｄと特定構造（素子内部の特定構造）２００Ｕ’とを対比した場合、素子間の特定構造２００Ｄが分離溝４６を有するのに対し、素子内部の特定構造２００Ｕ’が分離溝を有しない点で異なる。しかし、素子間の特定構造２００Ｄと素子内部の特定構造２００Ｕ’は、同極性をもった面対称な一対の垂直電極層を有する点で共通する。特に、両者は、絶縁性を良好にできる点、構造の構築が容易である点、で共通する。
【００７６】
上記の第二例〜第五例によれば、積層化及び複合化されたアレイ振動子を実現できる。特に、積層化の後に複合化を行うので、垂直方向に並ぶ各部材間において水平方向の位置決め誤差を排除できる。また、その複合化も溝形成及び材料充填によって行えるので容易に実現できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、新しい構造及び良好な性能を有するアレイ振動子を提供でき、また、そのための効率的な製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 超音波探触子の製造プロセスの第一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】 積層体を示す断面図である。
【図３】 基礎溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図４】 絶縁材料が充填された積層体を示す断面図である。
【図５】 切削溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図６】 導電膜が形成された積層体を示す断面図である。
【図７】 補強材が充填された積層体を示す断面図である。
【図８】 上面電極部材及び下面電極部材が設けられた積層体を示す断面図である。
【図９】 アレイ振動子のＸ−Ｚ断面を示す断面図である。
【図１０】 アレイ振動子のＹ−Ｚ断面を示す断面図である。
【図１１】 図９に示すＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。
【図１２】 各振動素子における電気的な接続関係を説明するための模式図である。
【図１３】 超音波探触子の製造プロセスの第二例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】 積層体を示す断面図である。
【図１５】 ベース部材が暫定的に接合された積層体を示す断面図である。
【図１６】 複数の複合化用溝が形成された積層体を示す断面図である。
【図１７】 樹脂材料が充填された後の積層体を示す断面図である。
【図１８】 Ｙ方向に複合化された積層体を示す斜視図である。
【図１９】 Ｙ方向に複合化された積層型１Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２０】 Ｙ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２１】 超音波探触子の製造プロセスの第三例を説明するためのフローチャートである。
【図２２】 上面電極部材及び下面電極部材を設けた後に積層体に対してＹ方向に複合化を行うことにより製作された積層型１Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２３】 上面電極部材及び下面電極部材を設けた後に積層体に対してＹ方向に複合化を行うことにより製作された積層型２Ｄアレイ振動子を示す斜視図である。
【図２４】 超音波探触子の製造プロセスの第四例を説明するためのフローチャートである。
【図２５】 積層体を示す断面図である。
【図２６】 基礎溝、絶縁材料及び導電膜が形成された積層体を示す断面図である。
【図２７】 ベース部材が暫定的に接合された積層体を示す断面図である。
【図２８】 複合化用の樹脂材料が充填された積層体を示す断面図である。
【図２９】 ベース部材が取り外された積層体を示す断面図である。
【図３０】 上面電極部材及び下面電極部材が設けられた積層体を示す断面図である。
【図３１】 Ｘ方向に複合化され、Ｘ方向に分離された積層型１Ｄアレイ振動子を示す図である。
【図３２】 Ｘ方向に複合化され、Ｘ方向に分離された積層型２Ｄアレイ振動子を示す図である。
【図３３】 本発明に係る製造プロセスの第五例を説明するためのフローチャートである。
【図３４】 Ｘ方向及びＹ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子の一例を示す斜視図である。
【図３５】 Ｘ方向及びＹ方向に複合化された積層型２Ｄアレイ振動子の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 積層体、１２，１４，１６ 圧電部材、１８，２０ 内部電極部材、２２，２４ 基礎溝、２６，２８ 絶縁材料、２６Ａ，２６Ｂ 垂直絶縁層、３４Ａ，３４Ｂ 垂直電極層、３８Ａ，３８Ｂ 側面補強層、３０，３２ 切削溝、３４，３６ 導電膜、３８，４０ 補強材、４２ 上面電極部材、４４ 下面電極部材、４６，４８，５０ 分離溝、５１ バッキング、２００Ｕ，２００Ｕ’ グランド用の第１特定構造、２００Ｄ，２００Ｄ’ シグナル用の第２特定構造、３０５，３２６，３３６，３４２，３５１，４０２ 積層型圧電部、３０６，３２４，３３８，３４３，３５２，４０４ 樹脂部、３１０，３３２ 複合化された積層体、３３０ 樹脂材料。
Claims (9)
- 複数の振動素子を有するアレイ振動子を含み、
前記各振動素子は、水平方向に連結された少なくとも１つの圧電部及び少なくとも１つの複合化用の樹脂部を有し、
前記圧電部は、垂直方向に所定順序で積層された複数の圧電層及び複数の水平電極層と、前記複数の水平電極層に対して所定の接続関係をもって電気的に接続された一対の垂直電極層と、を有し、
前記圧電部は、更に、前記複数の圧電層及び前記複数の水平電極層で構成される圧電部本体の両側面と、前記一対の垂直電極層と、の間に設けられた一対の垂直絶縁層を有し、
前記樹脂部は、垂直方向に連続性をもった充填層として構成され、
前記各振動素子が垂直方向に積層化され且つ水平方向に複合化され、
隣接する振動素子間において、ギャップ領域を介して隣り合う、一方の振動素子が有する垂直電極層及び垂直絶縁層と、他方の振動素子が有する垂直電極層及び垂直絶縁層と、が当該ギャップ領域を中心として対称の位置関係にあることを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１記載の超音波探触子において、
前記各垂直絶縁層は垂直方向に広がる面状の形態を有することを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、第１水平方向及び第２水平方向の一方について複合化されたことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項１記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は、第１水平方向及び第２水平方向の両方について複合化されたことを特徴とする超音波探触子。 - 複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填し、これにより、複合化された積層体を形成する工程と、
前記複合化された積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、
前記複数の垂直電極層の形成後に、前記複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、
前記一対の表面電極部材の形成後に、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、
前記複数の垂直電極層の形成後に、前記積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、
前記一対の表面電極部材の形成後に、前記積層体に対し、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填し、これにより、複合化された積層体を形成する工程と、
前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、水平方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填する工程と、を有し、複合化された積層体を形成する工程と、
前記複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、
前記一対の表面電極部材の形成後に、前記複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材を充填し、これにより、Ｙ方向に複合化された積層体を形成する工程と、
前記Ｙ方向に複合化された積層体に対して、Ｘ方向に並んだ複数の垂直電極層を形成する工程と、Ｘ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に樹脂材料を充填する工程と、を有し、二次元に複合化された積層体を形成する工程と、
前記二次元に複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、
前記一対の表面電極部材の形成後に、前記二次元に複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 - 複数の圧電部材及び複数の内部電極部材を有する積層体に対して、複数の垂直電極層を形成する工程と、Ｘ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填する工程と、を有し、Ｘ方向に複合化された積層体を形成する工程と、
前記Ｘ方向に複合化された積層体に対して、一対の表面電極部材を形成する工程と、
前記一対の表面電極部材の形成後に、前記Ｘ方向に複合化された積層体に対して、Ｙ方向に並んだ複数の複合化溝を形成し、各複合化溝内に充填材料を充填し、これにより、二次元に複合化された積層体を形成する工程と、
前記二次元に複合化された積層体を複数の振動素子に分割する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
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