JP5377957B2 - 超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体に超音波を送受信する超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法に関する。

被検体に超音波を照射し、その反射エコー（ｅｃｈｏ）を画像化する超音波診断装置においては、超音波の送受信を行なう超音波プローブが超音波診断装置本体と接続されている。前記超音波プローブは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材からなる圧電振動子と、この圧電振動子に対して超音波照射側に配置される音響整合層と、前記圧電振動子に対して超音波照射側とは反対側に配置されるバッキング材層と、このバッキング材と前記圧電振動子の間に挟まれて、この圧電振動子の電極に接続されるフレキシブル基板とを備えている。

前記圧電振動子としては、信号電極が形成された面と同一面に、この信号電極の形成面とは反対側の面から回り込むようにして接地電極を形成した、いわゆる回り込み電極構造の圧電振動子がある（例えば、特許文献１参照）。このような構造の圧電振動子は、前記接地電極及び前記信号電極と、前記フレキシブル基板とを同一面において接続することができるので接続構造を簡単にすることができるというメリットを有している。
特開２００７−１６７４４５号公報

ところで、前記超音波プローブにおいて、超音波の走査方向に配列された圧電振動子が長くなると、前記超音波プローブの厚みが増すことになる。超音波プローブが厚くなると、特にセクタ型の超音波プローブにおいては、肋間からのスキャンを行う際に、被検体の体表との接触が不十分になり撮影上好ましくない。従って、前記圧電振動子が長くなることは好ましいことではない。しかし、前記回り込み電極構造の圧電振動子にあっては、一つの面に前記信号電極のほか前記接地電極を有する分だけ圧電振動子が長くなってしまう。ここで、回り込み電極構造の前記圧電振動子の前記信号電極が形成された面においては、この信号電極を挟むようにして両端部に接地電極が形成されているが、この両端部は超音波の送受信の際には振動しない部分であり、超音波の送受信には直接寄与しない部分である。従って、従来においては、前記接地電極をできるだけ短くして、圧電振動子の長さを抑制している。

前記圧電振動子の信号電極及び接地電極と、前記フレキシブル基板とは、エポキシ樹脂接着剤等の接着剤を用いて圧着することにより接続されるようになっている。このような接続構造においては、前記圧電振動子における前記各電極の表面と前記フレキシブル基板における導体の表面のそれぞれにおいて隆起している部分同士が接触して導通が成り立つようになっている。このようなことから、従来において、前記信号電極と同一の面に形成された前記接地電極の長さは、前記フレキシブル基板との導通が確保できる面積が最低限確保できるような長さになっている。従って、これ以上接地電極の長さを短くすることはできず、前記圧電振動子の長さを短くしようとした場合は、前記信号電極の長さを短くせざるを得ず、感度が劣化することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、従来よりも接地電極の長さを短くして超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができる超音波プローブの圧電振動子、超音波プローブ、超音波診断装置及び超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法を提供することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第１の観点の発明は、圧電体における同一の面に形成された信号電極と接地電極とを備え、前記接地電極は、表面に突起部を有することを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、前記信号電極と前記接地電極は、前記圧電体の表面に設けられた導電層により構成され、前記圧電体は、該圧電体に形成された間隙に充填材が充填されて形成された充填部と、圧電材からなる圧電材部とで構成され、前記充填部は、前記圧電体の表面を研削した時に、前記圧電材部よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体の表面から突出する突部を有しており、前記接地電極の部分の導電層が、前記突部の上において突出して前記突起部を形成していることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第３の観点の発明は、第２の観点の発明において、前記充填部の充填材として、樹脂が用いられていることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第４の観点の発明は、第１〜３のいずれか一の観点の発明において、前記信号電極及び前記接地電極には、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体が面圧着されることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第５の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記接地電極は、前記圧電体の両端部において前記信号電極と同一面に形成されて前記突起部を有する第一の部分と、前記圧電体において前記第一の部分が形成された面と反対側の面に形成された第二の部分と、前記圧電体において前記第一の部分と前記第二の部分の間の側面に形成された第三の部分とからなり、また前記信号電極は、前記圧電体における両端部の間の中間部の表面に、前記接地電極の第一の部分に挟まれるように形成されていることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第６の観点の発明は、第５の観点の発明において、前記圧電体は、前記中間部に間隙が形成されて該間隙に樹脂が充填されてなる複合圧電体であることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第７の観点の発明は、第６の観点の発明において、前記圧電体の両端部には、前記突部を有する充填部が形成され、該充填部は前記充填材として樹脂が用いられて第一充填部を構成し、前記圧電体の中間部に形成された間隙に樹脂が充填されて形成された充填部は、第二充填部を構成することを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第８の観点の発明は、第７の観点の発明において、前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第一充填部同士の間隔が、隣り合う前記第二充填部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第９の観点の発明は、第７又は８の観点の発明において、前記圧電振動子には、該圧電振動子で発生する超音波を反射する反射層が接着され、前記圧電振動子における前記反射層との接着面側の前記圧電体表面に、前記第二充填部が突出しないように形成されていることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子である。

第１０の観点の発明は、第１〜９のいずれか一の観点の発明に係る圧電振動子を備えることを特徴とする超音波プローブである。

第１１の観点の発明は、第１０の観点の発明において、前記圧電振動子に対し、該圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面とは反対側である超音波照射側に配置される音響整合層と、前記圧電振動子に対し、前記信号電極と前記接地電極とが形成された面側に配置されるバッキング材層と、該バッキング材層と前記圧電振動子との間に配置されて、前記信号電極及び前記接地電極と接続されるフレキシブル基板と、を備えることを特徴とする超音波プローブである。

第１２の観点の発明は、第１１の観点の発明において、前記圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面と圧着されて、該圧電振動子の弾性振動によって発生する超音波を反射する導電性の反射層を備え、該反射層を介して、前記フレキシブル基板が前記信号電極及び前記接地電極と接続されることを特徴とする超音波プローブである。

第１３の観点の発明は、第１０〜１２のいずれか一の観点の発明に係る超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置である。

第１４の観点の発明は、圧電体に所定深さの溝を形成する溝形成工程と、該溝に充填材を充填して充填部を形成する充填部形成工程と、前記圧電体の表面を研削して、前記充填部の一部を前記圧電体の表面から突出させて突部を形成する突部形成工程と、該突部が形成された前記圧電体の表面に、信号電極及び接地電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、を有し、該導電層形成工程においては、前記導電層を、前記突部の上において突出して突起部が形成されるようにして前記圧電体の表面に形成し、前記導電層において前記突起部が形成された部分が接地電極であることを特徴とする超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法である。

本発明によれば、前記接地電極の表面の突起部により、前記圧電振動子に電圧を印加するために前記接地電極と圧着される導体との導通を確実にすることができるので、従来よりも前記接地電極の長さを短くすることができる。従って、感度を劣化させることなく、前記圧電振動子を従来よりも短くすることができ、これによって超音波プローブの厚み方向の寸法を小さくすることができる。

また、前記充填部の充填材として樹脂を用いた場合、前記圧電体の表面を研削する時に、前記充填部は前記圧電材部よりも弾性率が低い樹脂で形成されているので、前記充填部は圧縮され、その結果前記圧電材部に応力が集中する。従って、前記充填部よりも前記圧電材部が研削され、且つ研削後は応力が開放され前記充填部が膨張して前記圧電体の表面において突出し、前記突部を形成することができる。

また、前記圧電体の両端部に第一充填部を有し、中間部に第二充填部を有する圧電振動子において、前記第二充填部も前記圧電体の表面において突出する突部を有し、この突部の上に前記導電層によって突起部が形成されている場合には、前記圧電体の両端部に複数形成された第一充填部の隣同士の間隔を、前記圧電体の中間部に複数形成された第二充填部の隣同士の間隔よりも狭くすることにより、前記第一充填部の突部の上に形成された突起部の間隔が、前記第二充填部の突部の上に形成された突起部の間隔よりも狭くなる。これにより、前記圧電振動子における平均の厚さは、前記接地電極が形成された両端部の方が中間部よりも厚くなるので、前記信号電極及び前記接地電極と、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体とを面圧着した状態において圧着面にかかる応力が前記接地電極に集中する。従って、前記接地電極と前記導体との圧着力を強化することができる。

また、前記圧電振動子において超音波照射方向とは反対側に発生する超音波を反射させるため、前記圧電振動子に反射層が接着される場合に、前記第二充填部を、前記圧電振動子における前記反射層との接着面側の前記圧電体表面に突出しないように形成することにより、前記圧電振動子における前記反射層との接着面を、前記第二充填部による凹凸を有さずにできるだけ平滑な状態にすることができる。これにより、前記圧電振動子と前記反射層との間の接着層を薄くかつ均一にすることができるので、前記圧電振動子によって励起される共鳴振動における前記反射層の固定端としての機能を、前記接着層が妨げることはなく、被検体側へ放射される超音波のパワーを大きくすることができる。また、超音波の受信時においても、前記反射層の固定端としての機能を前記接着層が妨げることがないので、前記反射層側へ透過しようとするエコー信号を前記圧電振動子内にとどめ、この圧電振動子で受信されるエコー信号を大きくすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
第一実施形態について説明する。図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成を示すブロック図、図２は、図１に示す超音波診断装置における超音波プローブの外観を示す一部切欠斜視図、図３は、第一実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の外観を示す斜視図、図４は、図３に示す機能素子部の断面図、図５は、機能素子部を構成する圧電振動子を示す斜視図、図６は、圧電振動子の製造工程の概略説明図である。

先ず、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成について図１に基づいて説明する。図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１とこの超音波プローブ１０１が接続される超音波診断装置本体１０２とを備えている。

前記超音波プローブ１０１は、図２に示すように、本例ではセクター（ｓｅｃｔｏｒ）型のプローブであり、被検体に超音波を送信し、またこの超音波の送信に対して得られる超音波エコーを受信する。この超音波プローブ１０１の詳細な構成については後述する。

前記超音波診断装置本体１０２は、送受信部１０３、画像処理部１０４、表示部１０５、制御部１０６、操作部１０７を備えている。前記送受信部１０３は、前記超音波プローブ１０１を駆動して超音波を送信させ、また前記超音波プローブ１０１で受信した超音波エコーについて、整相加算処理等の信号処理を行う。

前記画像処理部１０４は、前記送受信部１０３で信号処理されたエコー信号に基づいて、Ｂモード画像等の超音波画像を作成する。そして、前記画像処理部１０４で作成された超音波画像は、前記表示部１０５に表示される。

前記操作部１０７では、操作者によって各種の指示が入力されるようになっている。前記操作部１０７は、指示の入力があると、指示信号を前記制御部１０６へ出力する。前記制御部１０６は、前記操作部１０７からの指示信号や、予め記憶されたプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）に基づいて、前記超音波診断装置本体１０２の各部を制御する。

前記超音波プローブ１０１について詳細に説明する。図２に示すように、前記超音波プローブ１０１は、先端部に音響レンズ部１０を有している。また、前記超音波プローブ１０１は、プローブ筐体１１、前記超音波診断装置本体１０２と接続するための接続ケーブル１２を備えている。

前記プローブ筐体１１内には、機能素子部１３が設けられている。この機能素子部１３について、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。前記機能素子部１３は、音響整合層１４、圧電振動子１５、接着層１６、反射層１７、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）材層１８、及びフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板１９を備えている。ｘ軸方向に長い直方体の形状を有する前記音響整合層１４、前記圧電振動子１５及び前記反射層１７は、超音波の照射方向に沿った方向であるｚ軸方向に積み重ねられて積層体２０を構成する。そして、この積層体２０が、ｙ軸方向に複数配列されている。

前記音響整合層１４は、前記圧電振動子１５における超音波照射方向側の板面に接着されている（接着層については図示省略）。前記音響整合層１４は、前記圧電振動子１５と前記音響レンズ部１０の中間の音響インピーダンスを有する。また、前記音響整合層１４は、透過する超音波の概ね１／４波長の厚さを有し、音響インピーダンスの異なる境界面での反射を抑制する。また、前記音響整合層１４は、本例では１層の例が図示されているが、２層或いは多層になっていてもよい。前記音響整合層１４は、本発明における音響整合層の実施の形態の一例である。

前記反射層１７は、前記圧電振動子１５における前記音響整合層１４とは反対側の面に、エポキシ樹脂接着剤等からなる前記接着層１６によって圧着されている。前記反射層１７は、前記圧電振動子１５の弾性振動によって前記反射層１７側へ生じる超音波を被検体の方向へ反射する。前記反射層１７は、本発明における反射層の実施の形態の一例である。

ちなみに、前記圧電振動子１５の後述する信号電極２８及び前記接地電極２９の間に印加される電圧によって圧電振動子１５による共鳴振動が励起されると、前記反射層１７を固定端とする定在波が形成される。この定在波は前記圧電振動子１５の厚さを１／４波長とする定在波である。

前記反射層１７の材質は、超音波を反射するという目的から、音響インピーダンスの高いものが好ましく、タングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ）等が用いられる。このタングステンは導電性を有しており、前記反射層１７は、前記フレキシブル基板１９の後述する第一銅箔層２２及び第二銅箔層２３と、前記圧電振動子１５の信号電極２８及び接地電極２９とを電気的に接続する機能を有している。これにより、前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３から供給される電圧が、前記反射層１７を介して前記圧電振動子１５に印加されるようになっている。前記反射層１７は、本発明において、信号電極及び接地電極に圧着されて圧電振動子に電圧を印加するための導体の実施の形態の一例である。

前記反射層１７は、前記接着層１６をできるだけ薄く均一にするために、前記圧電振動子１５との接着面１７ａに鏡面研磨が施されている。

前記反射層１７、前記接着層１６及び前記圧電振動子１５の長さ方向における両端部には、掘削孔２１，２１が形成されている。この掘削孔２１，２１は、例えば前記圧電振動子１５及び前記反射層１７を前記接着層１６によって接着した後、前記反射層１７側からダイアモンド砥石等を用いた切削加工によって形成される。

前記反射層１７における前記圧電振動子１５との接着面１７ａとは反対側の面には、前記バッキング材層１８との間に前記フレキシブル基板１９が接着剤を用いて圧着されている。そして、前記フレキシブル基板１９は、前記バッキング材層１８の厚み方向側面に沿って引き出され、前記接続ケーブル１２と接続されている（接続構造については図示省略）。

前記フレキシブル基板１９の構成について説明すると、このフレキシブル基板１９は、第一銅箔層２２、第二銅箔層２３、第一ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）膜層２４及び第二ポリイミド膜層２５の４層からなる。前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３は、前記第一ポリイミド膜層２４によって互いに絶縁されている。前記第一銅箔層２２は、前記反射層１７に接着された状態において、前記掘削孔２１，２１よりも前記反射層１７における両端部側に位置するように形成されている。また、前記第二銅箔２３は、前記第一ポリイミド膜層２４及び前記第二ポリイミド膜層２５の間に積層されるとともに、前記掘削孔２１，２１よりも前記反射層１７における中央部側においては、スルーホール（ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ）Ｈを介して、前記第一銅箔層２２と同一面にも存在している。同一面に存在する前記第一銅箔層２２及び前記第二銅箔層２３は、分割溝Ｇにより互いに絶縁されている。この分割溝Ｇは、前記フレキシブル基板１９が前記反射層１７に接着された状態において、前記掘削孔２１，２１の位置になるように形成されている。これにより、前記第一銅箔層２２は、導電性を有する前記反射層１７における前記掘削孔２１，２１よりも端部側と電気的に接続され、一方で前記第二銅箔層２３は、前記反射層１７における前記掘削孔２１，２１の間の中間部と電気的に接続される。従って、前記第一銅箔層２２は、前記圧電振動子１５における接地電極２９の後述する第一の部分２９ａ，２９ａと前記反射層１７を介して電気的に接続され、また前記第二銅箔層２３は、前記圧電振動子１５の信号電極２８と前記反射層１７を介して電気的に接続される。

ちなみに、前記接地電極２９と接続される前記第一銅箔層２２は、前記フレキシブル基板１９の表面一面に形成されており、ｙ軸方向に配列された全ての前記圧電振動子１５の接地電極２９の導通が共通して図られている。一方、前記第二銅箔層２３は、図示しない銅箔分割溝によってｙ軸方向に複数に分割され、前記フレキシブル基板１９内に形成された図示しない銅箔パターンを複数有している。この銅箔パターンは、ｙ軸方向に複数配列された前記積層体２０ごとに形成されている。

前記バッキング材層１８は、前記フレキシブル基板１９と接着され、或いは前記フレキシブル基板１９の背面に直接形成されて、このフレキシブル基板１９を保持する。前記バッキング材層１８は、本発明におけるバッキング材層の実施の形態の一例である。

次に、前記圧電振動子１５について、図３及び図４のほか、図５も参照して説明する。前記圧電振動子１５は、圧電体２６の表面にスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）等によって形成された導電層２７を有し、この導電層２７により信号電極２８及び接地電極２９が構成されている。前記圧電体２６、導電層２７、信号電極２８及び接地電極２９は、それぞれ本発明における圧電体、導電層、信号電極及び接地電極の実施の形態の一例である。

前記信号電極２８は、前記圧電体２６における前記掘削孔２１，２１の間の中間部２６ａに形成されている。また、前記接地電極２９は、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂにおいて、前記信号電極２８と前記掘削孔２１，２１を隔てて同一面に形成された第一の部分２９ａ，２９ａと、前記圧電体２６において前記第一の部分２９ａ，２９ａが形成された面と反対側の面に形成された第二の部分２９ｂと、前記圧電体２６において前記第一の部分２９ａ，２９ａと前記第二の部分２９ｂの間の側面に形成された第三の部分２９ｃ，２９ｃとからなっている。前記信号電極２８は、前記接地電極２９における第一の部分２９ａ，２９ａに挟まれるようにして形成されており、前記両電極２８，２９は、前記掘削孔２１，２１によって電気的に絶縁されている。そして、前記信号電極２８及び前記接地電極２９における第一の部分２９ａ，２９ａが、前記反射層１７と圧着されている。前記第一の部分２９ａ、前記第二の部分２９ｂ及び前記第三の部分２９ｃは、本発明における前記第一の部分、前記第二の部分及び前記第三の部分の実施の形態の一例である。

前記圧電体２６は、間隙３０に充填材が充填されて形成された充填部３１と、ＰＺＴ等の圧電材からなる圧電材部３２とで構成されている。前記充填部３１及び前記圧電材部３２は、それぞれ本発明における充填部及び圧電材部の実施の形態の一例である。

前記充填部３１は、前記圧電体２６における両端部、すなわち端部２６ｂ，２６ｂに、二つずつ形成されている。前記充填部３１は、前記圧電体２６の表面を研削した時に、前記圧電材部３２よりも研削されずに前記圧電体２６の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体２６の表面から突出する突部３１ａ，３１ａを有している。この突部３１ａ，３１ａは、本発明における突部の実施の形態の一例である。前記充填部３１を構成する充填材としては、具体的には樹脂が挙げられ、本例ではエポキシ樹脂が用いられている。

前記導電層２７は、前記突部３１ａ，３１ａの上において突出しており、前記接地電極２９における第一の部分２９ａ及び第二の部分２９ｂは、突起部３３を有している。この突起部３３は、本発明における突起部の実施の形態の一例である。ここで、前記圧電振動子１５と前記反射層１７の間には前記接着層１６が介在しているが、前記突起部３３と前記反射層１７との間には前記接着層１６は介在せず、これにより前記突起部３３と前記反射層１７とが接触して互いに導通している。

さて、上述のような構成の前記圧電振動子１５の製造方法について図６に基づいて説明する。先ず、図６（Ａ）に示すように、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂに、所定深さの溝４０を形成する（溝形成工程）。この溝４０は、前記圧電振動子１５における前記間隙３０を構成する。次に、図６(Ｂ)に示すように、前記溝４０にエポキシ樹脂からなる充填材を充填して充填部３１を形成する（充填部形成工程）。ただし、この時には前記充填部３１は、前記突部３１ａ，３１ａを有さない。

前記充填部３１を構成するエポキシ樹脂が硬化した後、図６（Ｃ）に示すように、前記圧電体２６の両面を研削する（研削工程）。この時、前記充填部３１は前記圧電材部３２よりも弾性率が低いため圧縮され、この結果前記充填部３１よりも前記圧電材部３２に大きな応力がかかる。従って、前記充填部３１よりも前記圧電材部３２が研削され、且つ研削後は応力が開放され前記充填部３１が膨張して前記圧電体２６の表面において突出し、前記突部３１ａ，３１ａが形成される（突部形成工程）。

前記圧電体２６の両面を研削して前記突部３１ａ，３１ａを形成すると、図６（Ｄ）に示すように、前記圧電体２６の表面に導電層２７をスパッタ等によって形成する（導電層形成工程）。前記導電層２７の形成は、前記突部３１ａ，３１ａの上に、前記突起部３３が形成されるように行う。

ちなみに、前記各工程を経て得られた圧電振動子１５を、前記反射層１７と前記接着層１６によって接着した後、前記反射層１７側から切削加工を行って前記掘削孔２１，２１(図６では図示省略)を形成することにより、前記信号電極２８及び前記接地電極２９が形成される。また、前記各工程を経て得られた圧電振動子１５は、縦方向及び横方向にほぼ同じ長さを有する板状体であり、この板状体からなる圧電振動子１５を前記バッキング材層１８及び前記フレキシブル基板１９上に積層した後に、ｙ軸方向に分割することにより、ｙ軸方向に配列された短冊状の圧電振動子１５を形成する。

以上説明した本例によれば、前記接地電極２９に形成された突起部３３により、前記接地電極２９と前記反射層１７との導通を確実にすることができるので、前記信号電極２８と同一の面に形成された前記接地電極２９の第一の部分２９ａ，２９ａの長さを、従来よりも短くすることができる。従って、感度を劣化させることなく、前記圧電振動子１５を従来よりも短くすることができ、これによって超音波プローブ１０１の厚み方向（ｘ軸方向）の寸法を小さくすることができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。図７は、第二実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。なお、第一実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示す本例の圧電振動子５０は、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂに、第一実施形態の前記充填部３１と同様の構成を有する第一充填部５１が形成されている。ここでは、第一充填部５１は、前記端部２６ｂ，２６ｂにそれぞれ三つずつ形成されている。また、前記第一充填部５１において前記圧電体２６の表面から突出する突部５１ａ，５１ａの上には、第一実施形態と同様に導電層２７が突出しており、前記接地電極２９は第一突起部５２を有している。この第一突起部５２は、本発明における突起部の実施の形態の一例である。

前記圧電体２６の中間部２６ａにも、間隙５３に充填材が充填されて第二充填部５４が複数形成されている。従って、本例では、前記圧電体２６は、前記圧電材部３２、前記第一充填部５１及び前記第二充填部５４で構成されている。前記第一充填部５１は、本発明における第一充填部及び充填部の実施の形態の一例であり、また前記第二充填部５４は、本発明における第二充填部の実施の形態の一例である。

前記第二充填部５４の充填材は、前記第一充填部５１の充填材と同様に、エポキシ樹脂などの樹脂である。このように樹脂からなる前記第二充填部５４を有する本例の前記圧電体２６は複合圧電体であり、音響インピーダンスがＰＺＴよりも小さくなって前記音響整合層１４の音響インピーダンスに近づくとともに、電気機械結合係数を向上させることができる。

ちなみに、前記第二充填部５４も、前記圧電体２６の表面から突出する突部５４ａ，５４ａを有しており、この突部５４ａ，５４ａの上の導電層２７も突出して、第二突起部５５が形成されている。

本例の圧電振動子５０も、第一実施形態の圧電振動子１５の製造工程と基本的には同様の製造工程を経て製造される。ただし、溝形成工程においては、図８に示すように、前記圧電体２６の端部２６ｂ，２６ｂのみならず中間部２６ａにも溝４０を形成し、充填部形成工程において前記溝４０に充填材を充填して前記第一充填部５１のみならず前記第二充填部５２を形成する。

ここで、図７に示すように、隣り合う前記第一充填部５１同士の間隔Ｔ１は、隣り合う前記第二充填部５４同士の間隔Ｔ２よりも狭くなっている。これにより、隣り合う前記第一突起部５２同士の間隔Ｔ１が、隣り合う前記第二突起部５５同士の間隔Ｔ２よりも狭くなるので、前記圧電振動子１５における平均の厚さは、前記接地電極２９が形成された両端部の方が中間部よりも厚くなる。従って、本例によれば、前記圧電振動子１５と前記反射層１７との圧着面にかかる応力が前記接地電極２９の第一の部分２９ａに集中するので、この接地電極２９と前記反射層１７との圧着力を強化することができる。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態について説明する。図９は、第三実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。なお、第一、第二実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示す本例の圧電振動子６０では、前記間隙５３は、前記圧電振動子６０における前記音響整合層１４側の面から、前記反射層１７との接着面６０ａ側の前記圧電体２６の表面まで達しないように形成され、前記接着面６０ａ側の前記圧電体２６の表面に、前記第二充填部５４が突出しないように形成されている。これにより、前記圧電振動子６０における接着面６０ａ側には、第二実施形態における前記圧電振動子５０が有するような前記第二突起部５５が形成されず、前記接着面６０ａは表面の凹凸が数μｍ程度に抑えられて平滑な状態になる。従って、前記第二突起部５５を有しない分だけ、前記接着層１６を薄くかつ均一にすることができるので、前記圧電振動子６０によって励起される共鳴振動における前記反射層１７の固定端としての機能を、前記反射層１７よりも弾性の大きい前記接着層１６が妨げることはない。これにより、前記反射層１７による超音波の反射性を向上させることができ、被検体側へ放射される超音波のパワーを大きくすることができる。また、超音波の受信時においても、前記反射層１７の固定端としての機能を前記接着層１６が妨げることがないので、前記反射層１７側へ透過しようとするエコー信号を前記圧電振動子１５内にとどめ、この圧電振動子１５で受信されるエコー信号を大きくすることができる。

ちなみに、図９では、前記接着層１６の厚さが、図７に示す接着層１６と同じ厚さで示されているが、実際には図９に示す接着層１６の方が、図７に示す接着層１６よりも薄くなる。

本例の前記圧電振動子６０も、第一実施形態の圧電振動子１５の製造工程と基本的には同様の製造工程を経て製造される。ただし、溝形成工程においては、図１０に示すように、第二実施形態と同様に前記圧電体２６の中間部２６ａにも溝４０を形成するとともに、この中間部２６ａの溝４０の深さを端部２６ｂ，２６ｂに形成される溝４０よりも浅い溝とする。

以上、本発明を前記各実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記充填部３１又は前記第一充填部５１を設けることなく、前記導電層２７の一部を突出させることにより、前記接地電極２９の突起部３３又は第一突起部５２を形成してもよい。この場合、例えば、前記圧電体２６の表面に導電層２７を一旦形成した後、さらにこの導電層２７の一部のみに導電材のスパッタ等を行って前記突起部３３を形成する。

また、本発明に係る圧電振動子が、第二実施形態で示したような複合圧電体からなる場合、隣り合う前記第一充填部５１同士の間隔Ｔ１が、隣り合う前記第二充填部５４同士の間隔Ｔ２よりも小さくなっているものに限られるものではない。

また、本発明においては、前記接地電極２９に形成される突起部３３又は第一突起部５２は、前記信号電極２８と同一の面に形成された接地電極２９、すなわち、前記接地電極２９の第一の部分２９ａ側のみに設けられていてもよい。この場合、前記充填部３１及び前記第一充填部５１は、前記接地電極２９の第二の部分２９ｂ側には前記突部３１ａ，５１ａを有さず、第一の部分２９ａ側のみに突部３１ａ，５１ａを有するように形成してもよい。

さらに、前記機能素子部１３は、前記反射層１７を有していなくてもよい。この場合、前記圧電振動子１５における前記音響整合層１４とは反対側の面には、前記フレキシブル基板１９を接着剤を用いて圧着する。

本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す超音波診断装置における超音波プローブの外観を示す一部切欠斜視図である。 第一実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の外観を示す斜視図である。 図３に示す機能素子部の断面図である。 機能素子部を構成する圧電振動子を示す斜視図である。 圧電振動子の製造工程の概略説明図である。 第二実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。 第二実施形態における圧電振動子の製造工程の中の溝形成工程を示す概略説明図である。 第三実施形態の超音波プローブにおける機能素子部の断面図である。 第三実施形態における圧電振動子の製造工程の中の溝形成工程を示す概略説明図である。

符号の説明

１４ 音響整合層
１５，５０，６０ 圧電振動子
１７ 反射層
１８ バッキング材層
１９ フレキシブル基板
２６ 圧電体
２６ａ 中間部
２６ｂ 端部
２７ 導電層
２８ 信号電極
２８ａ 第一の部分
２８ｂ 第二の部分
２８ｃ 第三の部分
２９ 接地電極
３０ 間隙
３１ 充填部
３１ａ 突部
３２ 圧電材部
３３ 突起部
４０ 溝
５１ 第一充填部（充填部）
５１ａ 突部
５２ 第一突起部（突起部）
５３ 間隙
５４ 第二充填部
６０ａ 接着面
１００ 超音波診断装置
１０１ 超音波プローブ

Claims (13)

1. 圧電体における同一の面に形成された信号電極と接地電極とを備え、前記接地電極は、接着層が形成される表面に突起部を有し、前記信号電極及び前記接地電極には、前記圧電振動子に電圧を印加するための導体が面圧着されることを特徴とする超音波プローブの圧電振動子。
2. 前記信号電極と前記接地電極は、前記圧電体の表面に設けられた導電層により構成され、
   前記圧電体は、該圧電体に形成された間隙に充填材が充填されて形成された充填部と、圧電材からなる圧電材部とで構成され、前記充填部は、前記圧電体の表面を研削した時に、前記圧電材部よりも研削されずに前記圧電体の表面において突出することになる材質の充填材によって形成されていて、前記圧電体の表面から突出する突部を有しており、
   前記接地電極の部分の導電層が、前記突部の上において突出して前記突起部を形成している
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブの圧電振動子。
3. 前記充填部の充填材として、樹脂が用いられていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブの圧電振動子。
4. 前記接地電極は、前記圧電体の両端部において前記信号電極と同一面に形成されて前記突起部を有する第一の部分と、前記圧電体において前記第一の部分が形成された面と反対側の面に形成された第二の部分と、前記圧電体において前記第一の部分と前記第二の部分の間の側面に形成された第三の部分とからなり、
   また、前記信号電極は、前記圧電体における両端部の間の中間部の表面に、前記接地電極の第一の部分に挟まれるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波プローブの圧電振動子。
5. 前記圧電体は、前記中間部に間隙が形成されて該間隙に樹脂が充填されてなる複合圧電体であることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブの圧電振動子。
6. 前記圧電体の両端部には、前記突部を有する充填部が形成され、該充填部は前記充填材として樹脂が用いられて第一充填部を構成し、
   前記圧電体の中間部に形成された間隙に樹脂が充填されて形成された充填部は、第二充填部を構成する
   ことを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブの圧電振動子。
7. 前記第一充填部と前記第二充填部をそれぞれ複数有し、隣り合う前記第一充填部同士の間隔が、隣り合う前記第二充填部同士の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブの圧電振動子。
8. 前記圧電振動子には、該圧電振動子で発生する超音波を反射する反射層が接着され、
   前記圧電振動子における前記反射層との接着面側の前記圧電体表面に、前記第二充填部が突出しないように形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の超音波プローブの圧電振動子。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電振動子を備えることを特徴とする超音波プローブ。
10. 前記圧電振動子に対し、該圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面とは反対側である超音波照射側に配置される音響整合層と、
    前記圧電振動子に対し、前記信号電極と前記接地電極とが形成された面側に配置されるバッキング材層と、
    該バッキング材層と前記圧電振動子との間に配置されて、前記信号電極及び前記接地電極と接続されるフレキシブル基板と、
    を備えることを特徴とする請求項９に記載の超音波プローブ。
11. 前記圧電振動子における前記信号電極と前記接地電極とが形成された面と圧着されて、該圧電振動子の弾性振動によって発生する超音波を反射する導電性の反射層を備え、該反射層を介して、前記フレキシブル基板が前記信号電極及び前記接地電極と接続されることを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
12. 請求項９〜１１のいずれか一項に記載の超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置。
13. 圧電体に所定深さの溝を形成する溝形成工程と、
    該溝に充填材を充填して充填部を形成する充填部形成工程と、
    前記圧電体の表面を研削して、前記充填部の一部を前記圧電体の表面から突出させて突部を形成する突部形成工程と、
    該突部が形成された前記圧電体の表面に、信号電極及び接地電極となる導電層を形成する導電層形成工程と、を有し、
    該導電層形成工程においては、前記導電層を、前記突部の上において突出して突起部が形成されるようにして前記圧電体の表面に形成し、前記導電層において前記突起部が形成された部分が接地電極である
    ことを特徴とする超音波プローブにおける圧電振動子の製造方法。

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