JP4601471B2 - 超音波トランスデューサアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、曲面上に配置された複数の圧電素子（超音波トランスデューサ）を含む超音波トランスデューサアレイ及びその製造方法に関する。

超音波トランスデューサアレイは、例えば、超音波撮像装置又は超音波内視鏡等に備えられている超音波用探触子（プローブ）において、超音波を送信及び受信するために用いられる。医療用の超音波撮像装置等に備えられている超音波用探触子においては、超音波画像の画質を向上させたり、被検体への身体的負担を軽減するために、様々な改良が為されている。例えば、送信超音波の強度や受信感度を向上させるために、超音波を送受信する圧電素子（以下において、単に「素子」ともいう）の特性を向上させたり、超音波画像の解像度を向上させるために、素子を高集積化することが行われている。また、超音波内視鏡において被検体に挿入して用いられるプローブにおいては、プローブの性能を維持しつつ全体を小型化することが望まれている。

ところで、超音波撮像において用いられる様々なプローブの内には、コンベックス型プローブやラジアル走査方式のプローブのように、複数の素子が曲面上に配列されている超音波トランスデューサアレイを含むものがある。このような超音波トランスデューサアレイは、例えば、次のように作製される。まず、図２１の（ａ）に示すように、圧電セラミック等によって形成された板状の圧電体層９００の両面に電極層９０１及び９０２を配置し、さらに、音響材料（音響整合層９０３やバッキング材等）を配置する。これらの層９００〜９０３を、可撓性を有する平面の基材（シート）９０４上に配置し、精密切断砥石を用いて溝９０５を形成する。それにより、それらの層９００〜９０３は、基材９０４上に配置されたまま、複数の素子９１０に分割される。次に、図２１の（ｂ）に示すように、基材９０４を、所望の曲率となるように湾曲させる。それにより、基材９０４の曲面に沿うように配置された複数の素子９１０を含む超音波トランスデューサアレイが作製される。

関連する技術として、特許文献１には、超音波振動子列を簡便に安価に均質に曲線状に配列するために、両面に電極を付着した複数個の圧電振動子と、圧電振動子の一方の電極面上に密着した一層以上の音響整合層を有し、この音響整合層を可撓性の材料で形成し、上記圧電体振動子群をその音波放射面が曲線状または曲面状になるよう配列した超音波探触子が開示されている。

また、特許文献２には、所望の曲率を得ると共に、カッティングギャップが広がることなく、然もバッキング材裏面からの超音波の反射も防ぐために、アレイ状の振動子と薄手のバッキング材を接着して所定の曲率半径をなすように湾曲し、上記薄手のバッキング材に厚手のバッキング材を成形固着すると共に、両バッキング材を同一の音響インピーダンスとした超音波プローブが開示されている。

一方、近年、超音波トランスデューサを成膜によって作製することが検討されており、成膜技術の１つとして、エアロゾルデポジション法が注目されている。エアロゾルデポジション（aerosol deposition）法（以下、「ＡＤ法」ともいう）とは、原料の粉体を含むエアロゾルを生成して基板に噴射し、その際の衝突エネルギーにより粉体を堆積させて成膜する方法であり、噴射堆積法、又は、ガスデポジション法とも呼ばれる。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。ＡＤ法によれば、緻密で強固な膜を、接着剤等を用いることなく複数積層することができるので、今後の応用が期待されている。

関連する技術として、特許文献３には、接着層を一切用いず、裁断工程を必要とせず製造し、性能を向上させて、大幅なコスト低減を実現するために、圧電素子層、音響整合層およびダンピング層を基本構成要素とする超音波トランスデューサにおいて、上記基本構成要素の内の少なくとも１つの層が超微粒子を噴射堆積することにより形成されている超音波トランスデューサが開示されている。
特開昭５８−５４９３９号公報 特開昭６０−１２４１９９号公報 特開平６−２８５０６３号公報

しかしながら、図２１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材９０４を湾曲させることによって超音波トランスデューサアレイを作製する場合には、複数の素子９１０を精密に配列することは困難である。また、基材９０４を湾曲させる際に各素子９１０に機械的負荷がかかってしまうので、薄い脆性材料である圧電体層が破損しやすい。そのため、超音波トランスデューサアレイの組み立て精度の低下及び製造歩留まりの低下が生じており、それに伴って、コストアップや超音波画像の信頼性の低下が招かれている。また、図２１の（ａ）に示すように、精密切断砥石を用いて形成される溝の加工幅Ｗ_ｇａｐの最小値には限界がある。一方、図２１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、加工幅Ｗ_ｇａｐが同じ場合に、基材９０４の曲率半径を小さくすると（Ｒ_１＞Ｒ_２）、隣接する２つの素子９１０の為す角度が大きくなってしまう（θ_１＜θ_２）。従って、超音波トランスデューサアレイを小型化するほど、隣接する素子９１０の間隔が開いてしまう結果となり、超音波画像の解像度はますます低下してしまう。

また、図２２に示すように、特許文献３に開示されているマスクを用いたＡＤ法により、複数の素子９２０を基材９２１の曲面上に直接形成することも考えられる。しかしながら、ＡＤ法においては、セラミック微粒子が秒速数百ｍの速度で基材等に衝突するので、そのような衝撃に耐えるために、マスクの強度を向上させる必要がある。そのためには、マスク９２２において、開口部９２３以外の領域の長さＷを大きくしたり、マスク９２２の厚さＤを厚くしなければならない。その結果、素子９２０を、狭ピッチ且つ狭ギャップで曲面配列することが困難となり、隣接する素子９２０の為す角度θ_３は、図２１の（ｃ）に示す角度θ_２よりも大きくなってしまう。また、素子９２０の側面がテーパー状になり易くなる。従って、このような方法によれば、図２１に示すようなダイシングを用いる方法以上に、素子の微細化及び高集積化は困難である。

そこで、上記の問題点に鑑み、本発明は、複数の超音波トランスデューサが狭ピッチ且つ狭ギャップで曲面上に配置された超音波トランスデューサアレイを高い歩留まりで製造することができる超音波トランスデューサアレイの製造方法、及び、そのような製造方法によって製造される超音波トランスデューサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法は、曲面上に配列された複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイの製造方法であって、曲面を有する基材を用意する工程（ａ）と、該基材の曲面上に第１の導電体層を形成する工程（ｂ）と、該第１の導電体層上に圧電体層を形成する工程（ｃ）と、圧電体層上に第２の導電体層を形成する工程（ｄ）と、工程（ｂ）〜（ｄ）において形成された第１の導電体層、圧電体層、及び、第２の導電体層を含む積層体に所定の幅を有する溝を所定のピッチで形成することにより、複数の超音波トランスデューサを形成する工程（ｅ）とを具備する。

本発明の１つの観点に係る超音波トランスデューサアレイは、曲面を有する基材と、該基材の曲面上に直接的又は間接的に配置された複数の超音波トランスデューサであって、各々が、第１の導電体層と、圧電体層と、第２の導電体層とを含み、圧電体層の基材と反対側の面の面積が、圧電体層の基材側の面の面積よりも大きく、基材の曲面に沿って隣接する圧電体層の間に略一定の幅を有する複数の溝が所定のピッチで形成された複数の超音波トランスデューサとを具備する。

本発明によれば、曲面の素子配列面を有する基材の表面に形成された積層体に対して溝を形成することにより複数の素子を形成するので、複数の素子が曲面上に狭ピッチ且つ狭ギャップで配列された超音波トランスデューサアレイを、容易に作製することができる。従って、解像度の高い超音波を送受信できる超音波トランスデューサを、高歩留まり且つ低コストで製造することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す図である。図１の（ａ）に示すように、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイ１００は、円柱形状に成形されたバッキング材１０１と、該バッキング材１０１の円柱側面上に配置された複数の超音波トランスデューサ（以下、「素子」ともいう）１１０とを含んでいる。この超音波トランスデューサアレイ１００は、全体として、例えば、直径Ｒが１０ｍｍ程度、長さＬが２０ｍｍ程度の円柱形状を有している。その内で、バッキング材１０１の直径は、例えば、５ｍｍ程度であり、各素子１１０の高さＨは、例えば、２．５ｍｍ程度、又は、それ以下である。このような超音波トランスデューサアレイ１００は、超音波の送信方向を回転させつつ被検体内を走査するラジアル走査方式において用いられる。なお、図１においては簡略化して示されているが、実際には、さらに多数の素子（例えば、１９２個、即ち、１９２チャンネル）が、バッキング材１０１の周囲に配置される。

図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＢ−Ｂにおける超音波トランスデューサアレイ１００の断面を示している。また、図１の（ｃ）は、図１の（ａ）に示す超音波トランスデューサアレイ１００の一方の端面（図の右側）を示している。

図１の（ｂ）に示すように、各素子１１０は、圧電体１０３と、該圧電体１０３の両端面に配置された下部電極１０２及び上部電極１０４とを含んでいる。
圧電体１０３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料によって形成されている。圧電体１０３の高さは、概ね１００μｍ〜５００μｍ程度であり、高周波用の素子の場合には、概ね２００μｍ以下である。

また、図１の（ｃ）に示すように、超音波トランスデューサアレイ１００の一方の端面において、下部電極１０２から配線１０６が引き出され、上部電極１０４から配線１０７が引き出されている。これらの引き出し配線１０６及び１０７は、具体的には、超音波トランスデューサアレイの一方の端面に配線基板を配置することによって形成される。これらの配線１０６及び１０７を介して、圧電体１０３の両端に配置されている下部電極１０２及び上部電極１０４にパルス状又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体１０３は伸縮する。この伸縮により、各素子１１０からパルス状又は連続波の超音波が発生する。また、各素子１１０は、超音波用探触子において超音波を受信するために用いられる場合に、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。この電気信号は、超音波の検出信号として出力される。なお、上部電極１０４と下部電極１０２との内の一方、望ましくは上部電極１０４を共通電極としても良い。その場合には、図１の（ｃ）に示すように、上部電極１０４から離れた位置において配線１０７を共通接続しても良いし、超音波トランスデューサアレイの端面に露出している複数の上部電極１０４を電気的に互いに接続するための電極をさらに形成しても良い。

バッキング材１０１は、例えば、ポリイミド樹脂や、ポリイミド樹脂を含む材料のように、超音波を吸収し易い材料によって形成されている。バッキング材１０１は、素子１１０から発生した超音波を吸収して速やかに減衰させることにより、超音波トランスデューサアレイ１００の内部における超音波の多重反射に起因するノイズを抑制する。

また、素子１１０は、上部電極１０４の上面に配置されている音響整合層１０５を含んでも良い。音響整合層１０５は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）やガラス等によって形成されており、圧電体１０３から発生した超音波を被検体に効率良く伝搬させるために設けられている。

後述するように、バッキング材１０１の円柱側面上に配置されている複数の素子１１０は、円環柱形状を有する圧電体等に対して、長さＬ方向に溝を形成して分割することにより形成されている。そのため、図１の（ｂ）に示すように、隣接する素子１１０を隔てる溝の幅はほぼ一定となっている。それにより、各素子１１０の断面は、内側（下部電極１０２側）から外側（上部電極１０４側）に向けて放射状に広がる扇の一部を為す形状となっている。従って、各素子１１０においては、上面の面積が下面の面積よりも大きくなっている。また、各素子１１０の超音波送信面は、その断面が円弧を描くように、曲面となっている。

図２は、図１に示す超音波トランスデューサアレイ１００を含む超音波用探触子の概観を示す模式図である。超音波トランスデューサアレイ１００は、筐体１に収納されると共に、被覆材３に保護された配線１０６及び１０７を介して、超音波撮像装置本体に接続される。また、超音波トランスデューサアレイ１００と筐体１との間には、被検体との間における音響インピーダンスを整合させるために、水等の液体２が配置される。このような超音波用探触子は、例えば、内視鏡装置のスコープの先端に取り付けられて被検体に挿入され、ラジアル走査方式により被検体内を走査する。即ち、超音波トランスデューサアレイ１００は、配線１０６及び１０７を介して供給される駆動信号に従って、周囲３６０°に渡って１つ又は複数の超音波送信方向を回転させながら超音波を順次送信すると共に、被検体内において生じた超音波エコーを受信する。

図３の（ａ）は、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイから超音波ＵＳが送信される様子を示しており、図３の（ｂ）は、従来の超音波トランスデューサアレイから超音波ＵＳが送信される様子を示している。図３の（ａ）に示すように、各素子１１０が、下面（バッキング材１０１側）から上面（超音波送信面側）に向けて放射状に広がる形状を有している場合には、超音波ＵＳは、周辺の空間に向けて大きく広がるように伝搬する。これに対して、図３の（ｂ）に示すように、各素子９１０の下面と上面との面積がほぼ等しい場合には、そこから送信される超音波ＵＳの広がりはそれほど大きくはなく、隣接する素子９１０から送信される超音波ＵＳの伝搬領域のすき間が多い。即ち、図３の（ａ）と（ｂ）とを比較すれば明らかなように、本実施形態における方が、超音波トランスデューサアレイ周辺の空間に、万遍なく超音波を伝搬させることができる。言い換えれば、より多くの領域に関する超音波情報を取得することができ、解像度の高い超音波画像を生成することが可能になる。

次に、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法について、図４〜図７を参照しながら説明する。
まず、図４の（ａ）に示すように、曲面を有する基材１１１を用意する。この曲面は、完成品の超音波トランスデューサアレイにおける素子配列面となる。本実施形態においては、ラジアル走査方式の超音波トランスデューサアレイを作製するために、円柱形状の基材１１１を用いる。

また、基材１１１は、後述する成膜工程における成膜基材として用いられるだけでなく、完成品におけるバッキング材（図１参照）としても用いられる。そのため、基材１１１として、成膜可能な程度の硬度を有すると共に、超音波を吸収し易い性質を有する材料を選択する必要がある。また、後述する熱処理工程における耐熱性を考慮することも必要である。そのため、本実施形態においては、基材１１１として、ポリイミド樹脂を主成分とする材料を用いている。

次に、図４の（ｂ）に示すように、基材１１１の円柱側面領域に、例えば、スパッタ法やメッキ法等によって白金等の導電材料を成膜することにより、下部電極層１１２を形成する。ここで、下部電極層１１２は、完成品における電極として用いられると共に、この後の成膜工程におけるアンカー層としても用いられる。即ち、本実施形態においては、この後で、原料の粉体を下層に衝突させる成膜方法を用いて圧電体層を形成するが、その際に、原料の粉体が下層に食い込む現象（「アンカーリング」と呼ばれる）が生じる。このアンカーリングによって生じるアンカー層（粉体が食い込んだ層）の厚さは、下層（下部電極層１１２）の材質や粉体の速度等によって異なるが、通常は、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度となる。従って、十分にアンカーリングを生じさせることによって圧電体層を下層に密着させると共に、電極としての導電性を十分に確保するためには、下部電極層１１３の厚さは、２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度又はそれ以上あることが望ましい。また、下部電極層１１２の材料としては、圧電体層との密着性が高く、アンカーリングが比較的生じ易い硬さを有する白金を用いることが望ましい。

次に図４の（ｃ）に示すように、下部電極層１１２の表層に、圧電体層１１３を形成する。本実施形態においては、圧電体層１１３として、例えば、１ｍｍ程度のＰＺＴ膜をエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって形成する。その理由は、以下に説明するように、ＡＤ法によれば、ＰＺＴ等のセラミックの膜を曲面上に容易に形成できるからである。また、ＡＤ法により形成されたＰＺＴ膜は、緻密且つ強固で、不純物を含まないので、素子の特性を向上できる可能性があるからである。

図５は、ＡＤ法を用いた成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、圧力調整部１１が設けられたガスボンベ１０と、搬送管１２及び１５と、エアロゾル生成部１３と、容器駆動部１４と、エアロゾル成膜が行われる成膜室１６と、排気ポンプ１７と、成膜室１６に配置されたノズル１８と、ノズル駆動部１９と、支持部２０と、回転駆動部２１とを含んでいる。成膜対象となる基材１１１は、支持部２０にセットされる。
ガスボンベ１０には、キャリアガスとして使用される窒素（Ｎ_２）が充填されている。なお、キャリアガスとしては、この他に、酸素（Ｏ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等を用いても良い。

エアロゾル生成部１３は、成膜材料である原料の微小な粉体を配置する容器である。このエアロゾル生成部１３に、搬送管１２を介してキャリアガスを導入することにより、原料の粉体が噴き上げられてエアロゾルが生成される。その際に、圧力調整部１１によってガス圧を調節することにより、エアロゾルの濃度等を制御することができる。

容器駆動部１４は、エアロゾル生成部１３に、微小な振動や、比較的ゆっくりとした運動を与える。ここで、エアロゾル生成部１３に配置された原料の粉体（１次粒子）は、時間の経過と共に、静電気力やファンデルワールス力等によって結合して凝集粒子を形成してしまう。その中でも、数μｍ〜数ｍｍの巨大な凝集粒子は質量も大きいため容器の底部に溜まるが、それらがキャリアガスの出口付近（搬送管１２の出口付近）に留まると、キャリアガスによって１次粒子を噴き上げることができなくなる。そのため、凝集粒子が１箇所に留まらないように、容器駆動部１４は、エアロゾル生成部１３に振動等を与えることにより、その内部に配置された粉体を攪拌している。

排気ポンプ１７は、成膜室１６の内部を排気することによって所定の真空度に保っている。
ノズル１８は、例えば、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍ程度の開口を有しており、搬送管１５を介してエアロゾル生成部１３から供給されたエアロゾルを、この開口から基材１１１に向けて高速で噴射する。また、このノズル１８は、ノズル駆動部１９に設置されている。ノズル駆動部１９は、ノズル１８を所定の方向（図５においては、左右方向又は奥行き方向）に移動させることにより、基材１１１に対向するノズル１８の開口位置を変化させる。

回転駆動部２１は、基材１１１を支持している支持部２０を回転させることにより、ノズル１８に対向する基材１１１上の領域（成膜領域）を変化させる。
なお、ノズル１８及び支持部２０のいずれか又は両方を駆動させる機構を設けることにより、両者間の距離（即ち、ノズル１８の開口と成膜領域との間隔）を調節するようにしても良い。

また、図５において、支持部２０は、基材１１１の中心を貫くようにして基材１１１を支持しているが、基材１１１を回転可能な状態で保持できればどのような方式で基材１１１を支持しても良い。例えば、図の左右両側から基材１１１を挟み込むようにしても良い。

このような成膜装置において、例えば、平均粒子径０．３μｍのＰＺＴ粉体をエアロゾル生成部１３に配置し、装置を駆動する。それにより、ノズル１８からＰＺＴ粉体を含むエアロゾルが基材１１１に向けて噴射され、基材１１１上の所定の領域にＰＺＴ膜が形成される。

図６は、ノズル１８と基材１１１との位置関係を示している。図６の（ａ）に示すように、基材１１１を、その回転軸がノズル１８に設けられた開口の長辺（開口幅Ａ）に平行となるように配置しても良い。この場合には、基材１１１を回転させることにより、基材１１１の周囲に、開口幅に応じた幅で圧電体層１１３を形成することができる。また、図６の（ｂ）に示すように、基材１１１を、その回転軸が開口幅Ａと垂直となるように配置しても良い。この場合には、基材１１１を回転させると共に、ノズル１８を基材１１１の回転軸と垂直の方向に移動させることにより、基材１１１の周囲に圧電体層１１３を形成することができる。
なお、図６の（ｂ）に示す場合において、ノズル１８を移動させる替わりに、基材１１１を回転させながら平行移動させても良い。この場合には、図５に示す成膜装置に、回転駆動部２１に加えて、支持部２０を平行移動させる駆動手段を設ければ良い。

次に、基材１１１を支持部２０から外し、基材１１１〜圧電体層１１３を含む積層体を、例えば、４００℃の酸素雰囲気中において熱処理を行う。それにより、圧電体層１１３に含まれるＰＺＴ結晶のグレインサイズを大きくする。
次に、図４の（ｄ）に示すように、熱処理された圧電体層１１３の表層に、例えば、スパッタ法やメッキ法等によって導電材料を成膜することにより、上部電極層１１４を形成する。

さらに、図４の（ｅ）に示すように、上部電極層１１４の表層に、ガラス等の音響整合層１１５を形成する。音響整合層１１５は、図５に示すＡＤ法を用いて形成しても良いし、蒸着法やスパッタ法を含む周知の成膜技術を用いて形成しても良い。それにより、基材１１１〜音響整合層１１５を含む円柱形状の積層体１１６が作製される。なお、音響整合層１１５は、シート状に成形された音響整合層の材料を上部電極層１１５の表層に貼り付けることによって形成しても良いが、その場合には、超音波の伝搬効率をなるべく妨げないように、接着剤を使用しないで貼り付けることが望ましい。
また、この後で、積層体１１６の２つの端面（円柱形状の底面）を研磨又は切断することによって成形すると共に、２つの電極層１１２及び１１４を端面に露出させることが望ましい。

次に、図７の（ａ）に示す積層体１１６の破線で示す領域に、精密切断砥石を用いてダイシングすることにより、所定のピッチで基材１１１に至るまで溝を形成する。或いは、ダイシングの替わりに、サンドブラスト法を用いて溝を形成しても良い。これにより、図７の（ｂ）に示すように、溝１１７によって互いに隔てられ、所定のピッチで基材１１１上に配列された複数の素子１１０が形成される。さらに、図７の（ｃ）に示すように、各素子１１０に含まれる下部電極１０２及び上部電極１０４から配線１０６及び１０７をそれぞれ引き出す。これにより、図１に示す超音波トランスデューサアレイ１００が完成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、曲面上に配列された複数の素子を、円柱形状を有する積層体に溝を形成することによって作製するので、複数の素子を平面の基材上に配列した後で基材を湾曲する従来の製法とは異なり、素子に大きな機械的負担をかけることがなくなる。そのため、製造歩留まりを向上させることができる。また、精密切断砥石による加工幅に応じた間隔で、複数の素子を正確に配列することができる。

以上においては、１つの超音波トランスデューサアレイを作製する場合について説明したが、同様の工程によって複数の超音波トランスデューサアレイを作製することも可能である。即ち、必要な長さ（例えば、１つの超音波トランスデューサの長さ×作製する数＋α）を有する円柱形状の積層体（基材１１１〜音響整合層１１５）を作製し、図７の（ｃ）に示す配線引き出し工程の前に、円柱形状の積層体を分割すれば良い。

次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイについて説明する。図８は、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す断面図である。
図８に示すように、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイは、バッキング材１０１と、複数の素子１１０と、それらの間に配置されている中間層２００とを含んでいる。バッキング材１０１及び複数の素子１１０の材料や形状や配列等については、本発明の第１の実施形態におけるものと同様である。

中間層２００は、マシナブルセラミックス（精密機械加工が容易なセラミックの種類）のように、機械加工が可能で、ある程度の硬度を有する材料によって形成されている。本実施形態においては、中間層２００が、後述する成膜工程におけるダミーの成膜基材として用いられるからである。また、中間層２００の音響インピーダンスは、素子１１０に含まれる圧電体１０３と比較的近いことが望ましい。素子１１０において発生した超音波を、効率良くバッキング材１０１に伝搬させるためである。

本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法について、図９及び図１０を参照しながら説明する。
まず、図９の（ａ）に示すように、マシナブルセラミックスの一種であるマコール（登録商標）によって形成された円柱形状を有する基材２０１を用意する。次に、図９の（ｂ）に示すように、基材２０１の表層に、下部電極層２０１及び圧電体層２０２を順次形成する。これらの層の形成方法については、本発明の第１の実施形態において、図４の（ｂ）及び（ｃ）を参照しながら説明したものと同様である。

次に、図９の（ｃ）に示すように、基材２０１の内側をくり抜くことにより、基材２０１を筒状にする。その際には、切削加工、研磨、溶融等の公知の加工方法を用いることができる。本実施形態においては、基材２０１としてマコール（登録商標）を使用しているので、切削加工を行う。なお、このくり抜き加工は、後述する熱処理工程の後や、上部電極層２０４及び音響整合層２０５を形成した後で行っても良い。

その後で、基材２０１〜圧電体層２０３を、例えば、４００℃の酸素雰囲気中において熱処理を行う。それにより、圧電体層２０３に含まれるＰＺＴ結晶のグレインサイズを大きくする。また、基材２０１としてセラミックを用いているので、さらに高い温度で熱処理することも可能である。

次に、図９の（ｄ）に示すように、熱処理された圧電体層２０３の表層に、上部電極層２０４及び音響整合層２０５を順次形成する。これらの層の形成方法については、本発明の第１の実施形態において、図４の（ｄ）及び（ｅ）を参照しながら説明したものと同様である。これにより、図１０の（ａ）に示すように、円筒状の積層体２０６が作製される。

次に、図１０の（ｂ）に示すように、円筒状の積層体２０６の内側に、バッキング材２０７を充填して硬化させる。バッキング材２０７としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ゴムや、それらの内の少なくとも１つを含む材料を用いることができる。このように、圧電体層２０３の熱処理後にバッキング材２０６を充填する場合には、バッキング材の耐熱性をあまり考慮する必要がなくなるので、材料選択の幅を広げることができる。なお、このバッキング材２０６は、熱処理の後、上部電極層２０４を形成する前に充填しても良い。

次に、図１０の（ｃ）に示すように、バッキング材２０７が充填された積層体２０６の破線で示す領域に、ダイシング等により、所定のピッチで基材２０１に至るまで溝２０８を形成する。これにより、溝２０８によって互いに隔てられ、所定のピッチで基材２０１（即ち、図８に示す中間層２００）上に配列された複数の素子１１０が形成される。さらに、各素子１１０の下部電極及び上部電極から配線を引き出すことにより、超音波トランスデューサアレイが完成する。

以上説明したように、本実施形態においては、セラミックのように適切な硬度を有する材料を成膜基材として用いるので、ＡＤ法によって圧電体層を形成する際に、成膜効率を高くすることができる。その際に、音響インピーダンスが圧電体層と比較的近い材料を成膜基材として選択することにより、成膜基材が完成品に残っていても、圧電体層において発生した振動がバッキング材に伝搬するのを大きく妨げることはなくなる。
なお、本実施形態においては、円柱形状を有する基材上にＡＤ法による成膜を行った後で円柱の中身をくり抜いているが、予め筒状に成形された基材を用いても良い。

次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法について、図９及び図１１を参照しながら説明する。
まず、本発明の第２の実施形態において、図９の（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明したのと同様に、マコール（登録商標）の基材２０１の表層に、下部電極層２０２及び圧電体層２０３を形成する。次に、基材２０１を内側からくり抜き、さらに研磨することにより、基材２０１を除去して圧電体層２０３の端面を露出させる。次に、それにより残った円筒状の圧電体層２０３を、例えば、４００℃の酸素雰囲気中において熱処理を行う。なお、本実施形態においては、下部電極層２０２は、圧電体層２０３をＡＤ法によって形成する際におけるアンカー層として用いられるのみなので、基材２０１を除去するときに一緒に剥離しても構わない。

次に、図１１の（ａ）に示すように、熱処理された円筒状の圧電体層２０３の内側及び外側に、スパッタ法やメッキ法等により導電材料をそれぞれ成膜することにより、下部電極層３００及び上部電極層３０１を形成する。次に、図１１の（ｂ）に示すように、上部電極層３０１の表層に音響整合層３０２を形成することにより、円環柱形状の積層体３０４を作製する。さらに、図１１の（ｃ）に示すように、下部電極層３００の内側にバッキング材３０３を充填して硬化させる。次に、図１１の（ｄ）に示すように、バッキング材３０３が充填された積層体３０４の破線で示す領域に、精密切断砥石を用いたダイシング等により、所定のピッチでバッキング材３０３に至るまで溝３０５を形成する。これにより、溝３０４によって互いに隔てられ、所定のピッチでバッキング材３０３上に配列された複数の素子１１０が形成される。さらに、各素子１１０の下部電極及び上部電極から配線を引き出すことにより、図１に示す超音波トランスデューサアレイが完成する。

以上説明したように、本実施形態においては、セラミック等のように、適切な硬度を有する材料を基材として用いるので、ＡＤ法によって圧電体層を形成する際に、成膜効率を高くすることができる。また、成膜工程において用いた基材を除去してから圧電体層の熱処理を行うので、基材と圧電体層との間で生じる熱歪みに起因する圧電体層の破損を防ぐことができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイについて、図１２を参照しながら説明する。
図１２の（ａ）に示すように、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイ４００は、円柱形状に成形されたバッキング材４０１と、該バッキング材４０１の円柱側面上に配置された複数の素子４１０とを含んでいる。超音波トランスデューサアレイ４００及び各素子４１０の形状や大きさについては、本発明の第１の実施形態におけるものとほぼ同じである。

図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）に示すＢ−Ｂにおける超音波トランスデューサアレイの断面を示している。
図１２の（ｂ）に示すように、各素子４１０は、下部電極層４０２と、複数の圧電体層４０３と、複数の圧電体層４０３の間に配置された内部電極層４０４ａ及び４０４ｂと、上部電極層４０５とを含んでいる。また、各素子４１０の端面には、側面電極４０６ａ及び４０６ｂが形成されている。これらの側面電極４０６ａ及び４０６ｂからは、配線４０８及び４０９がそれぞれ引き出されている。さらに、各素子４１０は、音響整合層４０７を含んでも良い。

内部電極層４０４ａ及び４０４ｂの各々は、素子４１０の向かい合う２つの側面（図１２の（ｂ）においては、右側面及び左側面）の内で、一方の側面のみに延在するように配置されている。これにより、側面電極４０６ａは、内部電極層４０４ａ及び上部電極層４０５と電気的に接続されると共に、内部電極層４０４ｂ及び下部電極層４０２から絶縁される。また、側面電極４０６ｂは、内部電極層４０４ｂ及び下部電極層４０２と電気的に接続されると共に、内部電極層４０４ａ及び上部電極層４０５から絶縁される。電極層及び側面電極をこのように配置することにより、積層された複数の層が電気的に並列に接続される。このような積層構造を有する構造体は、単層の構造体と比較して、対向する電極の面積を増加させることが可能であるので、電気的インピーダンスを下げることができる。従って、単層の構造体と比較して、印加される電圧に対して効率良く動作するので、強度の小さい駆動信号によって効率良く超音波を送信したり、超音波の受信感度を向上させることができる。なお、本実施形態において、内部電極層４０４ａ及び４０４ｂを１つずつ設けることにより、３層の圧電体層４０２を形成しているが、内部電極層４０４ａ及び４０４ｂの各々を複数設けることにより、圧電体層４０２の積層数を増やしても良い。

ここで、内部電極層４０４ａを側面電極４０６ｂから絶縁するために設けられている絶縁領域、及び、内部電極層４０４ｂを側面電極４０６ａから絶縁するために設けられている絶縁領域は、素子４１０に電圧を印加しても伸縮しない。そのため、この領域に応力が集中して破損し易くなる可能性はある。しかしながら、本実施形態におけるように、絶縁領域の幅（例えば、５０μｍ）と比較して、素子全体の長さが長い場合（例えば、２０ｍｍ）には、素子の性能に対して大きな影響を及ぼすことなないと考えられる。

次に、本実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。
まず、図１３の（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂のように、バッキング材として用いられる材料によって円柱状に形成された基材４１１を用意し、その円柱側面領域に、スパッタ法等によって白金等の導電材料を成膜することにより、下部電極層４１２を形成する。
次に、図１３の（ｂ）に示すように、下部電極層４１２の表層に、ＡＤ法によって圧電体層４１３を形成する。

次に、図１３の（ｃ）に示すように、圧電体層４１３の表層の内で、一方の端部に設けられる絶縁領域４１４ａを除く領域に、内部電極層４１４を形成する。さらに、図１３の（ｄ）に示すように、内部電極層４１４及び絶縁領域４１４ａの表層に、圧電体層４１５を形成する。

次に、図１４の（ａ）に示すように、圧電体層４１５の表層の内で、絶縁領域４１４ａとは反対側の端部に設けられる絶縁領域４１６ａを除く領域に、内部電極層４１６を形成する。さらに、図１４の（ｂ）に示すように、内部電極層４１６及び絶縁領域４１６ａの表層に、圧電体層４１７を形成する。
この後で、必要であれば、図１３の（ｃ）〜図１４の（ｂ）に示す工程を所望の回数だけ繰り返す。さらに、基材４１１〜圧電体層４１７を含む積層体を、例えば、４００℃の酸素雰囲気中において熱処理を行う。

次に、図１４の（ｃ）に示すように、熱処理された圧電体層４１７の表層に、上部電極層４１８を形成し、図１４の（ｄ）に示すように、音響整合層４１９を形成する。これにより、図１５の（ａ）に示すような積層構造を有する円柱形状の積層体４２０が形成される。

次に、図１５の（ｂ）に示すように、積層体４２０の２つの端面に側面電極４２１及び４２２を形成する。その際に、一方の側面（図の左側）においては、側面電極４２１を、下部電極層４１２に接続されると共に上部電極層４１７から絶縁されるように配置する。また、反対側の側面（図の右側）においては、側面電極４２２を、上部電極層４１８に接続されると共に下部電極層４１２から絶縁されるように配置する。

次に、図１５の（ｃ）に示すように、側面電極４２１及び４２２が形成された積層体４２０の破線で示す領域に、ダイシング等により、所定のピッチで基材４１１に至るまで溝４２３を形成する。これにより、所定のピッチで基材４１１上に配列された複数の素子４１０が形成される。さらに、各素子４１０の下部電極層及び上部電極層から配線を引き出すことにより、超音波トランスデューサアレイが完成する。

以上説明した本実施形態においては、成膜時に用いた基材４１１を、完成した超音波トランスデューサアレイにおけるバッキング材４０１としてそのまま使用している。しかしながら、本発明の第２又は第３の実施形態におけるのと同様に、マシナブルセラミックス等を基材として成膜を行い、圧電体層の熱処理を行う前に基材の一部又は全部を除去し、熱処理後にバッキング材を充填しても良い。

図１６は、本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの変形例を示す断面図である。この超音波トランスデューサアレイに含まれる複数の素子の各々は、図１に示す下部電極層４０２〜上部電極層４０５及び側面電極４０６ａ、４０６ｂの替わりに、下部電極層４３１と、複数の圧電体層４３２と、内部電極層４３３ａ及び４３３ｂと、上部電極層４３４と、絶縁膜４３５と、側面電極４３６ａ及び４３６ｂとを含んでいる。ここで、図１２に示す超音波トランスデューサアレイにおいては、内部電極層の層内に絶縁領域を設けることにより、側面電極から絶縁した。それに対して、図１６においては、内部電極層４３３ａ及び４３３ｂを、素子の２つの端面に延在するように形成すると共に、素子の端面に露出した２つの端部のいずれか一方に絶縁膜４３５を形成する。それにより、内部電極層４３３ａは、側面電極４３６ａと接続されると共に、絶縁膜４３５によって側面電極４３６ｂから絶縁される。また、内部電極層４３３ｂは、側面電極４３６ｂと接続されると共に、絶縁膜４３５によって側面電極４３６ａから絶縁される。なお、下部電極層４３１及び上部電極層４３４についても、端面に絶縁膜４３５を形成することにより、側面電極４３６ａ及び４３６ｂからそれぞれ絶縁するようにしても良い。

このような超音波トランスデューサアレイを作製する場合には、図１３の（ｃ）〜図１４の（ｂ）において、圧電体層４１３及び４１５の表層全体に内部電極層４１４及び４１６をそれぞれ形成する。そして、図１５の（ｂ）及び（ｃ）に示す側面電極４２１及び４２２を形成する前に、積層体の端面に露出した内部電極層の所定の端面に絶縁膜を形成する。絶縁膜は、例えば、電気泳動法を用いて、内部電極層の端面をガラスで被膜することにより形成することができる。

図１６に示すように各電極層を構成する場合には、層内に絶縁領域を設ける場合と異なり、圧電体層の一部に応力が集中するのを防ぐことができるだけでなく、複数の超音波トランスデューサアレイを効率的に作製することができる。即ち、内部電極層の形成パターンを考慮することなく、必要な長さ（例えば、１つの超音波トランスデューサの長さ×作製する数＋α）を有する円柱形状の積層体を作製し、それを複数個に分割した後で、露出した端面に絶縁膜及び側面電極を形成すれば良い。

次に、本発明の第５の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイについて、図１７を参照しながら説明する。
図１７に示すように、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイ５００は、バッキング材１０１と、該バッキング材１０１の円柱側面上に２次元状に配置された複数の素子１１０ａ及び１１０ｂとを含んでいる。複数の素子１１０ａ及び１１０ｂの各々の構造については、図１に示す素子１１０におけるものと同様である。また、超音波トランスデューサアレイ５００の一方の端面（図の左側）においては、複数の素子１１０ａの各々から、配線１０６ａ及び１０７ａが引き出されている。一方、超音波トランスデューサアレイ５００の他方の端面（図の右側）においては、複数の素子１１０ｂの各々から、配線１０６ｂ及び１０７ｂが引き出されている。

本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイは、例えば、図７の（ｂ）に示す円柱状の積層体１１６に溝１１７を形成する工程において、併せて、溝１１７と異なる方向（例えば、垂直方向）に、別の溝をバッキング材１１１に至るまで形成することにより作製することができる。

次に、本発明の第６の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイについて、図１８を参照しながら説明する。
図１８に示すように、本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイ６００は、円柱形状を有するバッキング材６０１と、該バッキング材６０１の円柱側面上に２次元状に配置された複数の素子１１０ｃとを含んでいる。複数の素子１１０ｃの各々の構造については、図１に示す素子１１０におけるものと同様である。

本実施形態に係る超音波トランスデューサアレイは、例えば、図７の（ｂ）に示す円柱状の積層体１１６に溝１１７を形成する工程において、併せて、溝１１７と異なる方向（例えば、垂直方向）に、別の複数の溝をバッキング材１１１に至るまで形成することにより作製することができる。

或いは、円柱状の積層体１１６に溝１１７を形成した後で、溝１１７と異なる方向（例えば、垂直方向）に積層体１１６をスライスすることにより、複数の円盤状の超音波トランスデューサアレイを作製し、それぞれの円盤状の超音波トランスデューサアレイの端面に配線基板を配置した後で、それらの円盤状の超音波トランスデューサアレイを、中央に配置されたバッキング材の部分で、接着剤等を用いて接合しても良い。

ここで、本実施形態においては、内側に配置された素子１１０ｃの配線引き出しが困難になると考えられるので、共通配線を設けることが望ましい。配線の形成方法については後で詳しく説明する。

次に、本発明の第７の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイについて、図１９を参照しながら説明する。
図１９の（ａ）に示す超音波トランスデューサアレイ７００は、曲面の素子配列面７０１ａを有するバッキング材７０１と、該バッキング材７０１の素子配列面７０１ａ上に配置された複数の素子７１０とを含むコンベックスアレイである。複数の素子７１０の各々は、下部電極７０２と、圧電体７０３と、上部電極７０４とを含んでいる。また、各素子は、音響整合層７０５をさらに含んでも良い。これらの各部分７０２〜７０５の材料や機能については、図１に示す下部電極１０２〜音響整合層１０５と同様である。なお、図１９においては、下部電極７０２及び上部電極７０４からの引き出し配線は省略されている。

このような超音波トランスデューサアレイ７００は、次のようにして作製することができる。即ち、バッキング材７０１を基材として用い、その素子配列面７０１ａの表層に、成膜によって下部電極層、圧電体層、上部電極層、及び、音響整合層を順次形成する。次に、これらの積層体に、ダイシング等により、所定のピッチでバッキング材７０１に至るまで溝を形成する。それにより、溝によって互いに隔てられ、所定のピッチでバッキング材７０１上に配列された複数の素子７１０が形成される。

また、図１９の（ｂ）に示す超音波トランスデューサアレイ７２０は、半円柱形状を有するバッキング材７２１と、該バッキング材７２１の素子配列面７２１ａ上に配置された複数の素子７１０とを含んでいる。
このように、円柱形状を有する超音波トランスデューサアレイだけでなく、コンベックス型の超音波トランスデューサアレイにおいても、複数の素子を、所望の曲率を有する曲面上に、容易且つ高歩留まりで配置することができる。

以上説明した本発明の第１〜第７の実施形態においては、超音波トランスデューサアレイに含まれる複数の素子の各々において、圧電体層の表層に上部電極層及び音響整合層が設けられている。しかしながら、導電性を有する音響材料によって音響整合層を形成することにより、上部電極層を省略しても良い。この場合には、製造工程を簡単にすることができる。音響整合層として用いることができる導電性の音響材料としては、金属等の無機物を添加したエポキシ樹脂やグラファイト等が挙げられる。

また、第１〜第７の実施形態においては、超音波トランスデューサアレイに含まれる複数の素子の各々に、下部電極及び上部電極の両方が個別に設けられている。しかしながら、それらの電極の内の一方を、複数の素子間において共通としても良い。

図２０の（ａ）は、各素子の上部電極を共通とする例を示している。図２０の（ａ）に示す超音波トランスデューサアレイは、バッキング材１０１と、下部電極１０２及び圧電体１０３を含む複数の素子と、導電性を有する音響整合層１２０と、隣接する素子間に配置された樹脂材料１２１と、複数の素子の上部連続して配置されている導電膜１２２とを含んでいる。個別配線１２３は、各素子の下部電極１０２から引き出されており、共通配線１２４は、導電膜１２２から引き出されている。なお、バッキング材１０１、下部電極１０２、及び、圧電体１０３の形状や材料については、図１におけるものと同様である。また、樹脂材料１２１は、隣接する２つの素子を互いに絶縁している。なお、図２０の（ａ）において、樹脂材料１２１は音響整合層１２０の高さに至るまで配置されているが、少なくとも隣接する圧電体１０３の高さまで配置されていれば良い。

導電性を有する音響整合層１２０は、音響整合層としての機能に加えて、各素子における上部電極としても機能する。導電性を有する音響整合層１２０の材料としては、先に述べた金属等の無機物を添加したエポキシ樹脂やグラファイト等を用いることができる。

導電膜１２２は、複数の素子に形成されている導電性を有する音響整合層１２０を電気的に接続する。導電膜１２２は、導電性の樹脂材料を成膜したり貼り付けることによって形成しても良いし、白金等の金属や合金、或いはグラファイトを成膜することによって形成しても良い。導電膜１２２として用いることができる樹脂材料としては、金属等の無機物を添加したエポキシ樹脂のように、導電性を有すると共に、音響整合層１２０との音響整合性の良好な材料を選択することが望ましい。

音響整合層１２０としてグラファイトを用いる場合には、音響整合層１２０の表面に導電膜１２２を配置する替わりに、隣接する音響整合層１２０の間に導電性を有する樹脂材料を配置しても良い。この場合には、導電性を有する樹脂材料として、金属等の無機物を添加したエポキシ樹脂のように超音波を吸収し易いものを選択することが望ましい。また、被検体との音響整合性を良くするために、最外周に音響整合層をさらに形成しても良い。最外周の音響整合層は、絶縁体でも良く、例えば、エポキシ樹脂やプラスチック材料を用いることができる。

図２０の（ｂ）は、各素子の下部電極を共通とする例を示している。図２０の（ｂ）に示す超音波トランスデューサアレイは、バッキング材１０１と、共通電極１３０と、圧電体１０３、上部電極１０４及び音響整合層１０５を含む複数の素子とを含んでいる。バッキング材１０１、圧電体１０３、上部電極１０４、及び、音響整合層１０５の形状や材料については、図１におけるものと同様である。

共通配線１３１は、複数の素子の下部に連続して形成された共通電極１３０から引き出されており、個別配線１３２は、各素子に配置された上部電極１０４から引き出されている。このような共通電極１３０は、例えば、図７の（ｂ）において、ダイシング等によってバッキング材１０１に至るまで溝を入れるのではなく、下部電極層１１２の表面又は下部電極層１１２の途中まで溝を入れることによって形成することができる。或いは、バッキング材の全部又は表層部分を、導電性を有する樹脂等によって形成しても良い。そのような材料としては、例えば、タングステン粉末等の導電性粉末とエポキシ樹脂とを混和することによって作製された材料が挙げられる。

或いは、本発明の第２又は第３の実施形態におけるように、成膜時に用いた基材の一部又は全部を除去する場合には、円筒の積層体の内部にバッキング材を充填する前に、円筒の内側に共通電極又は所定の配線パターンを形成することにより配線を引き出す方法も考えられる。また、所定の配線パターンが形成された円柱形状又は円環柱形状のバッキング材を予め作製しておいて、それを円筒の積層体の内部に配置しても良い。この場合には、スパッタ法等により所望の配線パターンを比較的容易に形成することができる。いずれの手法においても、基材の側面領域に形成された積層体に溝を形成して複数の素子を形成し、それらの素子の間に樹脂等を充填することにより素子の配列を固定した後に、基材をくり抜くようにする。

本発明は、曲面上に配置された複数の圧電素子（超音波トランスデューサ）を含む超音波トランスデューサアレイにおいて利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイを含む超音波用探触子（プローブ）を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイから超音波が送信される様子を従来の超音波トランスデューサアレイにおけるものと比較して示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第１〜第７の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイを製造する際に用いられる成膜装置の構成を示す模式図である。 図５に示す成膜装置のノズル部分を拡大して示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの製造方法を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの変形例を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。 本発明の第７の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの構成を示す平面図である。 本発明の第１〜第７の実施形態に係る超音波トランスデューサアレイの変形例を説明するための図である。 複数の素子が曲面上に配列されている超音波トランスデューサアレイの従来の作製方法を説明するための図である。 複数の素子が曲面上に配列されている超音波トランスデューサアレイを、マスクを用いたＡＤ法によって作製する様子を示す図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 液体
３ 被覆材
１０ ガスボンベ
１１ 圧力調整部
１２、１５ 搬送管
１３ エアロゾル生成部
１４ 容器駆動部
１６ 成膜室
１７ 排気ポンプ
１８ ノズル
１９ ノズル駆動部
２０ 支持部
２１ 回転駆動部
１００、３００、４００、５００、６００、７００、７２０ 超音波トランスデューサアレイ
１０１、２０７、３０３、４０１、６０１、７０１、７２１ バッキング材
１０２、７０２ 下部電極
１０３、７０３ 圧電体
１０４、７０４ 上部電極
１０５、１１５、２０５、３０２、４０７、４１９、７０５、９０３ 音響整合層
１０６、１０６ａ、１０６ｂ、１０７、１０７ａ、１０７ｂ、４０８、４０９ 配線
１１０、１１０ａ〜１１０ｃ、４１０、７１０、９１０、９２０ 超音波トランスデューサ（素子）
１１１、２０１、４１１、９０４、９２１ 基材
１１２、２０２、３００、４０２、４１２、４３１ 下部電極層
１１３、２０３、４０３、４１３、４１５、４１７、４３２、９００ 圧電体層
１１４、２０４、３０１、４０５、４１８、４３４ 上部電極層
１１６、２０６、３０４、４２０ 積層体
１１７、２０８、３０５、４２３、９０５ 溝
１２２ 導電膜
１２４、１３１、６０３ 共通配線
１２３、１３２、６０４ 個別配線
１２０ 導電性を有する音響整合層
１２１ 樹脂材料
１３０、６０２ 共通電極
２００ 中間層
４０４ａ、４０４ｂ、４１４、４１６、４３３ａ、４３３ｂ 内部電極層
４０６ａ、４０６ｂ、４２１、４２２、４３６ａ、４３６ｂ 側面電極
４１４ａ、４１６ａ 絶縁領域
４３５ 絶縁膜
７０１ａ、７２１ａ 素子配列面
９０１、９０２ 電極層
９２２ マスク
９２３ 開口部

Claims (23)

1. 曲面上に配列された複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイの製造方法であって、
   曲面を有する基材を用意する工程（ａ）と、
   前記基材の曲面上に第１の導電体層を形成する工程（ｂ）と、
   前記第１の導電体層上に圧電体層を形成する工程（ｃ）と、
   前記圧電体層上に第２の導電体層を形成する工程（ｄ）と、
   工程（ｂ）〜（ｄ）において形成された前記第１の導電体層、前記圧電体層、及び、前記第２の導電体層を含む積層体に所定の幅を有する複数の溝を所定のピッチで形成することにより、複数の超音波トランスデューサを形成する工程（ｅ）と、
   を具備する超音波トランスデューサアレイの製造方法。
2. 工程（ｄ）の後で、前記第２の導電体層の表面に音響整合層を形成する工程（ｄ'）をさらに具備し、
   工程（ｅ）が、工程（ｂ）〜（ｄ'）において形成された前記第１の導電体層、前記圧電体層、前記第２の導電体層、及び、前記音響整合層を含む積層体に対して複数の溝を形成することを含む、
   請求項１記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
3. 曲面上に配列された複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイの製造方法であって、
   曲面を有する基材を用意する工程（ａ）と、
   前記基材の曲面上に第１の導電体層を形成する工程（ｂ）と、
   前記第１の導電体層上に複数の圧電体層と少なくとも１つの内部電極層とを交互に積層する工程（ｃ）と、
   最上層の圧電体層上に第２の導電体層を形成する工程（ｄ）と、
   工程（ｂ）〜（ｄ）において形成された前記第１の導電体層、前記複数の圧電体層、前記少なくとも１つの内部電極層、及び、前記第２の導電体層を含む積層体に所定の幅を有する複数の溝を所定のピッチで形成することにより、複数の超音波トランスデューサを形成する工程（ｅ）と、
   を具備する超音波トランスデューサアレイの製造方法。
4. 工程（ｄ）の後で、前記第２の導電体層上に音響整合層を形成する工程（ｄ'）をさらに具備し、
   工程（ｅ）が、工程（ｂ）〜（ｄ'）において形成された前記第１の導電体層、前記複数の圧電体層、前記少なくとも１つの内部電極層、前記第２の導電体層、及び、前記音響整合層を含む積層体に対して複数の溝を形成することを含む、
   請求項３記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
5. 工程（ｄ）が、音響整合層として働く第２の導電体層を形成することを含む、請求項１又は３記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
6. 工程（ｃ）が、圧電材料の粉体を含むエアロゾルを前記基材に向けて吹き付けることにより前記圧電材料の粉体を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて前記圧電体層を形成することを含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
7. 工程（ｃ）の後で、前記圧電体層を熱処理する工程をさらに具備する、請求項６記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
8. 工程（ｄ'）が、音響整合層の材料の粉体を含むエアロゾルを前記基材に向けて吹き付けることにより前記音響整合層の材料の粉体を堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて前記音響整合層を形成することを含む、請求項２又は４又は５記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
9. 工程（ａ）が、バッキング材として働く基材を用意することを含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
10. 工程（ｃ）の後で、前記基材の一部を除去すると共に、前記基材の一部にバッキング材を配置する工程をさらに具備する請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
11. 工程（ｃ）の後で、前記基材を除去することにより、前記圧電体層の１つの面を露出させる工程（ｆ）と、
    工程（ｆ）において露出した前記圧電体層の面上に第３の導電体層を形成する工程（ｇ）と、
    工程（ｇ）において形成された第３の導電体層上にバッキング材を配置する工程（ｈ）と、
    をさらに具備する請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
12. 工程（ｅ）が、互いに平行な複数の溝を形成することにより、曲面上に１次元的に配列された複数の超音波トランスデューサを形成することを含む、請求項１〜１１のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
13. 工程（ｅ）が、互いに異なる２つの方向に複数の溝を形成することにより、曲面上に２次元的に配列された複数の超音波トランスデューサを形成することを含む、請求項１〜１１のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
14. 曲面上に配列された複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサアレイの製造方法であって、
    曲面を有する基材を用意する工程（ａ）と、
    前記基材の曲面上に第１の導電体層を形成する工程（ｂ）と、
    前記第１の導電体層上に圧電体層を形成する工程（ｃ）と、
    工程（ｂ）及び（ｃ）において形成された前記第１の導電体層及び前記圧電体層を含む積層体に所定の幅を有する複数の溝を所定のピッチで形成する工程（ｄ）と、
    前記圧電体層上に第２の導電体層を形成することにより、複数の超音波トランスデューサを形成する工程（ｅ）と、
    を具備する超音波トランスデューサアレイの製造方法。
15. 前記基材が円柱形状を有する、請求項１〜１４のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイの製造方法。
16. 曲面を有する基材と、
    前記基材の曲面上に直接的又は間接的に配置された複数の超音波トランスデューサであって、各々が、第１の導電体層と、圧電体層と、第２の導電体層とを含み、前記圧電体層の前記基材と反対側の面の面積が、前記圧電体層の基材側の面の面積よりも大きく、前記基材の曲面に沿って隣接する圧電体層の間に略一定の幅を有する複数の溝が所定のピッチで形成された前記複数の超音波トランスデューサと、
    を具備する超音波トランスデューサアレイ。
17. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、第１の導電体層と、複数の圧電体層と、前記複数の圧電体層と交互に積層された少なくとも１つの内部電極層と、第２の導電体層とを含む、請求項１６記載の超音波トランスデューサアレイ。
18. 前記複数の超音波トランスデューサの各々が、前記第２の導電体層上に形成された音響整合層をさらに含む、請求項１６又は１７記載の超音波トランスデューサアレイ。
19. 前記複数の超音波トランスデューサの各々において、前記第２の導電体層が音響整合層として働く、請求項１６又は１７記載の超音波トランスデューサアレイ。
20. 前記複数の超音波トランスデューサが、前記基材の曲面上に１次元的又は２次元的に配列されている、請求項１６〜１９のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイ。
21. 前記基材が円柱形状を有する、請求項１６〜２０のいずれか１項記載の超音波トランスデューサアレイ。
22. ラジアル走査方式に用いられる超音波トランスデューサアレイであって、
    前記基材が、円柱形状のバッキング材を構成し、
    前記複数の超音波トランスデューサが、該円柱形状のバッキング材の側面の周囲に配置されている、
    請求項２０記載の超音波トランスデューサアレイ。
23. コンベックス式の超音波トランスデューサアレイであって、
    前記基材が、所定の曲率の凸面を有するバッキング材を構成する、請求項２０記載の超音波トランスデューサアレイ。