JP5880559B2 - 超音波探触子及び超音波探触子に用いるフレキシブル基板 - Google Patents

Description

本発明は、送受信信号の接続不良を減少させることができる超音波探触子及びその超音波探触子に用いるフレキシブル基板に関する。

従来の超音波探触子は、例えば、特許文献１に記載された筐体内に満たされた音響カップリング液内を超音波素子が機械的に揺動する構成である。この超音波素子から超音波を送受信し、これを超音波診断装置本体で処理することにより二次元画像、三次元画像を生成するものが知られている。

図１２に従来の超音波探触子１００の概略構造図を示す。超音波素子部１０１は探触子ケーブル１０２を介して超音波診断装置本体（図示せず）に接続している。超音波素子部１０１が格納される筐体１０３の内部には音響カップリング液１０４が満たされ、その音響カップリング液１０４内に超音波素子部１０１が浸漬されている。超音波素子部１０１は設定された回転軸によって機械的に揺動するように構成されている。

また、従来の超音波素子では、圧電素子と、信号取り出し用のフレキシブル基板と、背面負荷材とが、積層しているものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

次に、図１３は、超音波素子部１０１の概略図を示す。超音波素子部１０１は、圧電素子１０５と、圧電素子１０５へ送信あるいは受信を行うための電気信号を伝達させる信号・グランド用フレキシブル基板１０６と、圧電素子１０５の超音波放射面と反対側に取り付けた背面負荷材１０７とから構成される。圧電素子１０５はダイシング加工などにより数十から数百のエレメントに分割される。そして信号・グランド用フレキシブル基板１０６にはそれらのエレメントに応じた導体パターニングが形成されている。図１２で示したように、超音波素子部１０１と探触子ケーブル１０２とは、信号・グランド用フレキシブル基板１０６で接続され、信号・グランド用フレキシブル基板１０６は折り曲げる工夫がされている。この信号・グランド用フレキシブル基板１０６の折り曲げ部は背面負荷材１０７に固定されるか、あるいは、その他の部品によって圧電素子１０５近傍に固定される。

ここで、従来の超音波探触子に用いる信号・グランド用フレキシブル基板１０６は一般にＩ／Ｏ信号層とグランド層が積層された構成となっている。そして、Ｉ／Ｏ信号層の導体は、数十から数百のエレメントに分割された超音波素子に応じたパターニングが施され、グランド層は、数十から数百のエレメントに分割された超音波素子を共通に電位するパターニングが施されている（例えば、特許文献３参照）。

また、超音波素子部１０１では、超音波診断装置本体（図示せず）からの駆動信号が探触子ケーブル１０２及び信号・グランド用フレキシブル基板１０６を通って、圧電素子１０５に印可される。圧電素子１０５は、超音波診断装置本体からの駆動信号を超音波に変換し、超音波が被検体（図示せず）に照射される。また被検体から反射した超音波は、圧電素子１０５により受信され電気信号に変換され、信号・グランド用フレキシブル基板１０６及び探触子ケーブル１０２を通って、超音波診断装置本体へ送られる。超音波診断装置本体では、被検体から反射された超音波に基づく電気信号を信号処理し、二次元の画像が得られる。同様に、超音波素子部１０１が機械的に揺動している場合には、超音波診断装置本体において三次元の画像を生成することができる。

なお、信号・グランド用フレキシブル基板１０６では、超音波素子部１０１の揺動で生じた機械的な負荷による信号ラインの断線を防止するため、可撓性が求められている。そのため、従来の信号・グランド用フレキシブル基板は、グランド層を複数の小丸穴でくり抜いたメッシュ形状にし、折り曲げ部に加わる折り曲げ負荷を軽減させていた（例えば、特許文献４参照）。

特開平６−３８９６２号公報 特開平５−２４４６９３号公報 特表２００３−５１８３９４号公報 特開２００６−２９４９２９号公報

しかしながら、従来の構成では、信号・グランド用フレキシブル基板１０６のグランド層の一部への負荷を軽減させるために、信号・グランド用フレキシブル基板１０６のグランド層を複数の丸穴で抜いたメッシュ形状にパターニングし、信号・グランド用フレキシブル基板１０６の可撓性を持たせていたため、背面負荷材１０７に固定された信号・グランド用フレキシブル基板１０６の折り曲げ部の急峻な折り曲げ負荷が、グランド層のメッシュ形状の境界に集中して、グランド層の断線が発生してしまうという問題が生じる場合があった。

本発明の一態様は、上記従来の問題を解決するもので、グランド層の断線を防止し、良好な信号伝達を行う超音波探触子及び超音波探触子に用いられるフレキシブル基板を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、絶縁層を介してグランド層と信号層が積層されたフレキシブル基板が接続される超音波素子部を備え、フレキシブル基板は折り曲げ部と平坦部を有し、信号層は互いに隣り合うライン状の第１の信号ラインとライン状の第２の信号ラインを含み、折り曲げ部においてグランド層は互いに隣り合うライン状の第１のグランドラインとライン状の第２のグランドラインを含み、第１の信号ラインと第１のグランドラインは対向しており、第２の信号ラインと前記第２のグランドラインは対向している構成とした。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、平坦部において、グランド層は第１の信号ラインの上から第２の信号ラインの上にわたって連続的に形成されている部分を有する構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、折り曲げ部において信号層とグランド層の間に形成された絶縁層が、第１の信号ラインの上から第２の信号ラインの上にわたって連続的に形成されている構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、第１の信号ラインの幅が、第１のグランドラインの幅よりも小さい構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、折り曲げ部は、積層されたグランド層と信号層のうちグランド層側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部とを含み、第１のグランドラインと第２のグランドラインは山折り部にある構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、谷折り部において、グランド層が第１の信号ラインの上から第２の信号ラインの上にわたって連続的に形成されている部分を有する構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、フレキシブル基板に、折り曲げ部に折り曲げ位置が視認できる目印が備えられている構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、目印が、絶縁層に刻印されている構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、平坦部において、グランド層がメッシュ形状にパターニングされている構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現される超音波探触子は、折り曲げ部が、積層されたグランド層と信号層のうちグランド層側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部とを含み、谷折り部となる部分のグランド層はメッシュ形状にパターニングされている構成としてもよい。

また、本発明の一態様によって実現されるフレキシブル基板は、上述のような本発明の一態様によって実現される超音波探触子に用いられる。

本発明は、フレキシブル基板が折り曲げ部と平坦部を有し、信号層は互いに隣り合うライン状の第１の信号ラインとライン状の第２の信号ラインを含み、折り曲げ部においてグランド層は互いに隣り合うライン状の第１のグランドラインとライン状の第２のグランドラインを含み、第１の信号ラインと第１のグランドラインは対向しており、第２の信号ラインと前記第２のグランドラインは対向している構造としている。

この構成により、フレキシブル基板の折り曲げ部におけるグランド層の断線を防止し、送受信信号の接続不良を減少させることができ、良好な信号伝達を行うことができる。

なお、本発明の一態様が有する効果及び利点は上記に限定されるものではなく、更なる効果及び利点が本明細書及び図面の開示内容から明らかとなるであろう。上記の更なる効果及び利点は、例えば、本明細書及び図面に開示されている様々な実施の形態及び特徴によって個別に提供されるものであり、必ずしも、本発明の一態様によってすべての効果及び利点が提供される必要はない。

本発明の実施の形態１における超音波探触子の概略構造図 本発明の実施の形態１における超音波素子部の概略図 Ａ方向から超音波素子部を見た概略図 本発明の実施の形態１における超音波素子部の詳細図 本発明の実施の形態１における接着積層後の超音波素子部の概略図 本発明の実施の形態１における信号・グランド用フレキシブル基板のＩ／Ｏ信号層を示す正面図 本発明の実施の形態１における信号・グランド用フレキシブル基板のグランド層を示す正面図 本発明の実施の形態１における信号・グランド用フレキシブル基板の折り曲げ加工線を示す正面図 本発明の実施の形態２における信号・グランド用フレキシブル基板のグランド層を示す正面図 本発明の実施の形態２における信号・グランド用フレキシブル基板の折り曲げ部の断面図 本発明の実施の形態３における信号・グランド用フレキシブル基板のグランド層を示す正面図 本発明の実施の形態３における信号・グランド用フレキシブル基板の積層方向断面図 本発明の実施の形態４における信号・グランド用フレキシブル基板のグランド層を示す正面図 本発明の実施の形態５における信号・グランド用フレキシブル基板の絶縁層を示す正面図 従来の超音波探触子の概略構造図 従来の超音波探触子の超音波素子部を示す概略図

以下に、本発明の超音波探触子及びその超音波探触子に用いるフレキシブル基板の実施の形態を図面とともに説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における超音波探触子の概略構造図を図１に示す。

図１において、超音波探触子２０は、超音波の送受信を行う超音波素子部１、筐体２、筐体２の超音波素子部１からの超音波照射部分である音響ウィンドウ３、超音波素子部１を機械的に揺動させる揺動機構部４、超音波素子部１と超音波診断装置本体（図示せず）との電気的な接続を行う探触子ケーブル５、筐体２内に充填された音響カップリング液６、超音波素子部１と探触子ケーブル５とを電気的に接続させるフレキシブル基板（以下、信号・グランド用フレキシブル基板という）７で構成される。

超音波素子部１は、超音波診断装置本体からの駆動信号が探触子ケーブル５及び信号・グランド用フレキシブル基板７を通って、圧電素子８に印可され、圧電素子８によって超音波に変換されて、音響カップリング液６、音響ウィンドウ３を通って被検体に照射される。また被検体から反射した超音波は、音響ウィンドウ３、音響カップリング液６を通り、圧電素子８により受信され電気信号に変換され、信号・グランド用フレキシブル基板７及び探触子ケーブル５を通って、超音波診断装置本体へ送られ信号処理され、二次元の画像が得られる。

さらに、超音波素子部１によって二次元情報を取得しながら、超音波素子部１をモータなどで構成される揺動機構部４によって機械的に揺動させることで三次元情報を入出力することが可能となる。この三次元情報を超音波診断装置本体で情報処理することで、三次元画像を描出することができる。超音波素子部１が揺動するため、信号・グランド用フレキシブル基板７は筐体２内でゆとりを持たせる必要がある。また、信号・グランド用フレキシブル基板７が揺動時の負荷で破損するのを抑制するために、信号・グランド用フレキシブル基板７は揺動機構部４の回転軸を上面から見て弧あるいはＳ字状な形状を設けている。この弧あるいはＳ字状の形状によって、信号・グランド用フレキシブル基板７は揺動による負荷の集中を無くしている。

次に、前述の超音波素子部１の詳細な説明を行う。超音波素子部１の概略図を図２Ａ、図２Ｂに示す。なお、図２Ｂは図２ＡをＡ方向から見た図となっている。

図２Ａに示すように、超音波の送受信を行う超音波素子部１は、送信あるいは受信を行うための電気信号を伝達させ、ポリイミドなどの高分子材料に銅などの導体を極めて薄く（１μｍから１０μｍ程度）積層された信号・グランド用フレキシブル基板７、ＰＺＴ系などの圧電セラミックス等が用いられる圧電素子８、圧電素子８の超音波放射面に超音波を効率よく伝搬させるために用いられ、一層以上で構成される音響整合層９、圧電素子８のマイナス側の電極に取りつけられるグランド銅箔１０、圧電素子８を機械的に保持し、且つ、不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材１１で構成される。

次に、圧電素子８のプラス側の電極には、信号・グランド用フレキシブル基板７の一部が配置され、圧電素子８と背面負荷材１１とで信号・グランド用フレキシブル基板７の一部を挟むように配置されている。

また、圧電素子８のマイナス側の電極には、グランド銅箔１０の一部が配置され、圧電素子８と音響整合層９とでグランド銅箔１０の一部を挟むように配置されている。

このように、超音波素子部１は、音響ウィンドウ３側から見て、音響整合層９、グランド銅箔１０、圧電素子８、信号・グランド用フレキシブル基板７のＩ／Ｏ信号層７ａ、背面負荷材１１の順に積層される。また、圧電素子８はアレイ方向（図２Ｂの矢印Ｂ方向）にダイシングなどの手段によって、数十から数百のエレメントに分割される。

なお、圧電素子８のプラス側およびマイナス側の電極（図示せず）は、金、銀、クロム、ニッケルあるいはチタンなどの金属でめっきあるいはスパッタで形成されている。また、音響整合層９に積層したグランド銅箔１０とは反対側の面に超音波を集束されるための音響レンズ（図示せず）が設けられた構成も考えられる。

次に、信号・グランド用フレキシブル基板７について、図３に示す超音波素子部１の詳細図で説明する。なお、図１、図２Ａ、図２Ｂと同一構成部分について、同一符号を付すことでその説明を簡略化する。

まず、信号・グランド用フレキシブル基板７は、Ｉ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｂと絶縁層７ｃで構成されている。Ｉ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｂは絶縁層７ｃを介して積層されている。このＩ／Ｏ信号層７ａは、圧電素子８のプラス側の電極のみ積層される構成である。また、圧電素子８のマイナス側電極に取り付けられたグランド銅箔１０は、電気接続部１３ではんだあるいは導電性の接着剤などで、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂと電気的に接続される。このようにして、圧電素子８から信号・グランド用フレキシブル基板７を構成するＩ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｂの二層の信号層が延出した構成になる。また、信号・グランド用フレキシブル基板７のＩ／Ｏ信号層７ａは超音波素子部１のエレメントに応じたパターンがライン状に形成されている。

次に、前述の超音波素子部１の加工手順を図２Ａ、図２Ｂ、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを用いて説明する。なお、図４は、接着積層後の超音波素子部１の概略図であり、図４の超音波素子部１に後述する折り曲げ加工などを施すことで、図２Ｂの超音波素子部１の形状となる。また、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、信号・グランド用フレキシブル基板７の加工方法を詳細に説明するための図である。

まず、図２Ａのように、音響整合層９、グランド銅箔１０、圧電素子８、信号・グランド用フレキシブル基板７、背面負荷材１１をエポキシ系などの接着剤あるいは導電性の接着剤などによって順に接着積層させる。次に、信号・グランド用フレキシブル基板７に折り曲げ加工を施す前に、超音波素子部１を図２Ａに示したＡ方向と同じ方向から見ると、図４のように信号・グランド用フレキシブル基板７が折り曲げられる前の状態となる。この後、圧電素子８はダイシング加工などによりエレメント分割を行い、分割溝にエポキシ樹脂あるいはシリコーンゴムなどを充填する場合もある。なお、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂは各エレメントのグランド信号を電気的に共通な電位としている。また、図２Ｂでは、電気接続部１３を介してグランド銅箔１０とグランド層７ｂが接続されているが、グランド層７ｂがエレメント分割によって分離された状態で、グランド銅箔１０に接続されてもよい。また、図４では、信号・グランド用フレキシブル基板７は４つのブロックに分割しているが、これに限らない。

さらに、図４の信号・グランド用フレキシブル基板７に折り曲げ加工を施し、４つのブロックを重ねることで、図２Ｂの形状にする。

ここで、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工を詳細に説明する。そのため、信号・グランド用フレキシブル基板７のＩ／Ｏ信号層７ａ、グランド層７ｂ、折り曲げ加工線１２を、図５Ｃに示す。このとき、折り曲げ部は、折り曲げ加工線１２とその周辺を示す。また、平坦部は、信号・グランド用フレキシブル基板７のうち、折り曲げ加工が行われない平坦部分を示す。

まず、図５Ａにおいて、Ｉ／Ｏ信号層７ａは、超音波素子部１のエレメントに応じたパターンが探触子ケーブル５との接続部までライン状に形成されている。図中に示すとおり、Ｉ／Ｏ信号層７ａは、互いに並行に延伸する複数のライン状の信号ラインを含んでいる。超音波素子部１が筐体２の音響カップリング液６内で揺動されたことで生じる揺動負荷によって信号・グランド用フレキシブル基板７が断線することを抑制するため、信号・グランド用フレキシブル基板７には可撓性を持たせる必要がある。そのために、図５Ｂに示すように信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂにおいて機械的揺動による可動部は、導体の一部を丸穴で抜いたメッシュ形状のパターニングとした構造とし、可撓性を持たせている。

なお、図５Ｂでは、メッシュ形状は丸穴としたが、信号・グランド用フレキシブル基板７に可撓性を持たせることができる形状や大きさ、例えば、パンチングメタル状の楕円、多角形などの穴で構成してもよい。また、メッシュ形状のパターニングは、図５Ｂのように複数の丸穴が配列されているが、この配列の間隔が等しくても、等しくないことがあってもよい。さらにまた、メッシュ形状のパターニングによる穴全体の面積と信号・グランド用フレキシブル基板７の導体部分の面積の比を表す開口率は、５％から９５％を想定している。なお、メッシュ形状のパターニングには、単に数箇所程度あける穴、例えばスルーホールなどは含まない。

さらにまた、信号・グランド用フレキシブル基板７は、図１で示したように図１の筐体２に満たされた音響カップリング液６内を超音波素子部１の一部として機械的に揺動する。このとき、信号・グランド用フレキシブル基板７は、揺動中に音響カップリング液６から受ける抵抗を小さくし揺動機構部４のモータ出力を抑える必要がある。そのため、信号・グランド用フレキシブル基板７の表面積を小さくする必要があり、図５Ｃの折り曲げ加工線１２に沿って信号・グランド用フレキシブル基板７を折り曲げ、図２Ｂの形状に加工する。ここで、折り曲げ部は、積層されたＩ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｂのうちグランド層７ｂ側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部を含む。図２ＡのようにＡ方向から超音波素子部１を見てグランド層７ｂがＩ／Ｏ信号層７ａよりも上方にある場合、図５Ｃの折り曲げ加工線１２の破線がグランド層７ｂから見て谷折り部である。また、図５Ｃの折り曲げ加工線１２の実線がグランド層７ｂから見て山折り部となる。なお、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げを行ってから、ダイシング加工を行ってもよい。

また、グランド層７ｂはメッシュ形状のパターニングを設けたので、信号・グランド用フレキシブル基板７を折り曲げ、超音波素子部１を揺動すると、機械的な負荷がグランド層７ｂのメッシュ部の境界に集中する。このため、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂは、断線する恐れがある。そのため、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂにおいて、メッシュ部の境界で折り曲げによる負荷の集中を抑制する必要がある。そこで、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂの折り曲げ部は揺動による機械的な負荷の影響が小さいため、メッシュ形状でパターニングを行わずに全面導体である構成にする。

このようにすることで、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂの折り曲げ部にはメッシュ形状のパターニングがなく、折り曲げによる負荷がグランド層７ｂのメッシュ部分に集中することを抑制する。よって、信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｂの断線を防止できる。なお、グランド層７ｂの折り曲げ部は、揺動による機械的な負荷の影響が小さいためメッシュ形状のパターニングがなくても、超音波素子部１の可撓性を損なうことはない。

以上のような構成にすることで、グランド層７ｂの断線を防止し、送受信信号の接続不良を減少させることができ、良好な信号伝達を行うことができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２の超音波探触子における信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｄを説明する正面図である。

図６において、グランド層７ｄの、実施の形態１で示した図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のうち谷折り部に相当する部分はメッシュ形状にパターンニングされている。また、折り曲げ加工線１２の山折り部に相当する部分は、実施の形態１と同様に全面導体としている。また、折り曲げ部ではない領域はメッシュ形状にパターニングされている。なお、ここでの谷折り部、山折り部は、実施の形態１での説明と同様、積層されたＩ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｄのうちグランド層７ｄ側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部のことをいい、超音波素子部１を図２ＡのＡ方向から見て信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｄがＩ／Ｏ信号層７ａより手前側にある場合を想定する。

以下に、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のうち山折り部のみ全面導体にした理由を図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６、図７を用いて説明する。図７は、図２Ｂの折り曲げ加工後の超音波素子部１における、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部の断面図を示す。ここで、図７は、折り曲げ部が図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の複数ある折り曲げ加工線のうち、山折り部の一つを単純化して図示している。Ｉ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｄは絶縁層７ｃを介して積層されている。

図７の折り曲げ部おいて、折り曲げられた信号・グランド用フレキシブル基板７の層のうち外側となるグランド層７ｄが内側に位置するＩ／Ｏ信号層７ａに比べて長く、伸びる方向になる。このため、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部のグランド層７ｄをメッシュ形状にパターニングした構造とすると、折り曲げによる負荷がグランド層７ｄのメッシュ部の境界に集中するので、グランド層７ｄが断線する可能性があった。

これを回避するため、図６では、図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のグランド層７ｄから見て山折り部になる場合に、グランド層７ｄの折り曲げ部にメッシュ形状のパターニングを設けず全面導体としている。その結果、折り曲げられた信号・グランド用フレキシブル基板７の層のうち外側がグランド層７ｄとなる場合において、折り曲げによる負荷が一様となる。つまり、グランド層７ｄの山折り部にメッシュ形状のパターニングがないので、グランド層７ｄは断線には至らない。また、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部が図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のグランド層から見て谷折り部の場合、折り曲げられた信号・グランド用フレキシブル基板７の層のうちの外側がＩ／Ｏ信号層７ａ、内側がグランド層７ｄとなるが、外側のＩ／Ｏ信号層７ａは、たとえ伸びる方向になってもライン形状であるため、断線には至らない。このため、信号・グランド用フレキシブル基板７を複数のブロックで重ねた場合に折り曲げ部の内側の層がグランド層７ｄとなる箇所では、メッシュ形状のパターニングを含む構成にしてもよい。

以上のような構成にすることで、グランド層７ｄの一部のみのパターン変更によってグランド層７ｄの断線を防止し、送受信信号の接続不良を減少させることができ、良好な信号伝達を行うことができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、信号・グランド用フレキシブル基板７におけるグランド層のパターニング形状が実施の形態１と異なるが、その他の構成は実施の形態１と同様であり、また、同じ構成については実施の形態１で説明した符号を用い、ここではその説明を省略する。

図８は、本発明の実施の形態３の超音波探触子における信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｅを説明する正面図である。

図８は、実施の形態３に係る超音波探触子の、実施の形態１の図５Ｂに対応する図面である。信号・グランド用フレキシブル基板７のＩ／Ｏ信号層７ａは、図５Ａと同様に、探触子ケーブル５との接続部まで互いに並行に延伸する複数のライン状に形成された信号ラインを含んでいる。図８に示すとおり、グランド層７ｅは、図５Ｃに示す折り曲げ加工線１２が存在する部分においては、互いに並行に延伸する複数のライン状に形成されたグランドラインを含んでいる。グランド層７ｅのうち折り曲げない平坦部は、導体の一部を丸穴で抜いたメッシュ形状にパターニングされた構造とし、信号・グランド用フレキシブル基板７に可撓性を持たせている。平坦部のグランド層７ｅは、メッシュ形状にパターニングせず、複数の信号ライン上を覆うような構造としてもよい。更に、図５Ｂの折り曲げ部のグランド層７ｂのように、すべての信号ライン上にわたって全面導体の構造としてもよい。

図９は、折り曲げ部における信号・グランド用フレキシブル基板７の積層方向の断面図である。複数のライン状の信号ラインを含むＩ／Ｏ信号層７ａの上に絶縁層７ｃが積層され、絶縁層７ｃの上に複数のライン状のグランドラインを含むグランド層７ｅが積層され、更にこれらの積層の上下に保護絶縁膜が形成され、Ｉ／Ｏ信号層７ａやグランド層７ｅが保護されている。図９に示すように、一つの信号ラインの上に一つのグランドラインが対向するように配置され、一つの信号ラインは、絶縁層７ｃを介して、対向する一つのグランドラインに覆われるように積層されている。絶縁層７ｃは、隣り合う二つの信号ラインの上にわたって連続的に形成されている。更に、一つのグランドラインの幅は、それに対向する一つの信号ラインの幅よりも広い形状となっている。

折り曲げ部のグランド層７ｅがメッシュ形状の場合は、信号・グランド用フレキシブル基板７を折り曲げると、機械的な負荷がグランド層７ｅのメッシュ部の境界に集中し、グランド層７ｅが断線する恐れがあるが、本実施の形態のような構成とすると、Ｉ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｅとは、信号・グランド用フレキシブル基板７の積層方向で同じライン上に位置しており、折り曲げ加工による機械的な負荷は均一となり、グランド層７ｅへの負荷の集中を抑制する働きがある。グランドラインはＩ／Ｏ信号ラインよりも幅の広い形状とすることで、更にグランド層７ｅへの負荷の集中を抑制することができる。また、グランド層７ｅの折り曲げ部を全面導体とする構成よりも、導体の面積が少なくなることから、信号・グランド用フレキシブル基板７が可撓性に優れたものとなる。

なお、図８では、メッシュ形状は丸穴としたが、信号・グランド用フレキシブル基板７に可撓性を持たせることができる形状や大きさ、例えば、パンチングメタル状の楕円、多角形などの穴で構成してもよい。また、メッシュ形状のパターニングは、図８のように複数の丸穴が配列されているが、この配列の間隔が等しくても、等しくないことがあってもよい。さらにまた、メッシュ形状のパターニングによる穴全体の面積と信号・グランド用フレキシブル基板７の導体部分の面積の比を表す開口率は、５％から９５％を想定している。

以上のような構成にすることで、グランド層７ｅの断線を防止し、送受信信号の接続不良を減少させることができ、良好な信号伝達を行うことができる。

（実施の形態４）
実施の形態４は信号・グランド用フレキシブル基板７におけるグランド層のパターニング形状が実施の形態３と異なるが、その他の構成は実施の形態３と同様であり、また、同じ構成については実施の形態３で説明した符号を用い、ここではその説明を省略する。

図１０は、本発明の実施の形態４の超音波探触子における信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｆを示す正面図である。

実施の形態４における信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部を示す図は図５Ｃと同様である。図１０において、グランド層７ｆの、図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のうち谷折り部に相当する部分はメッシュ形状にパターンニングされている。また、折り曲げ加工線１２の山折り部に相当する部分のグランド層７ｆは、実施の形態３と同様に互いに並行に延伸する複数のライン状に形成されたグランドラインを含んでいる。また、折り曲げ部ではない領域、すなわち平坦部はメッシュ形状にパターニングされている。平坦部及び谷折り部のグランド層７ｆは、メッシュ形状にパターニングせず、複数の信号ライン上を覆うような構造としてもよい。更に、すべての信号ライン上にわたって全面導体の構造としてもよい。なお、ここでの谷折り部、山折り部は、実施の形態１での説明と同様、積層されたＩ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｆのうちグランド層７ｆ側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部のことをいい、超音波素子部１を図２ＡのＡ方向から見て信号・グランド用フレキシブル基板７のグランド層７ｆがＩ／Ｏ信号層７ａより手前側にある場合を想定する。

山折り部における信号・グランド用フレキシブル基板７の積層方向の断面図は図９のグランド層７ｅをグランド層７ｆに置き換えたものである。複数のライン状の信号ラインを含むＩ／Ｏ信号層７ａの上に絶縁層７ｃが積層され、絶縁層７ｃの上に複数のライン状のグランドラインを含むグランド層７ｆが積層され、更にこれらの積層の上下に保護絶縁膜が形成され、Ｉ／Ｏ信号層７ａやグランド層７ｆが保護されている。図９に示すように、一つの信号ラインの上に一つのグランドラインが対向するように配置され、一つの信号ラインは、絶縁層７ｃを介して、対向する一つのグランドラインに覆われるように積層されている。絶縁層７ｃは、隣り合う二つの信号ラインの上にわたって連続的に形成されている。更に、一つのグランドラインの幅は、それに対向する一つの信号ラインの幅よりも広い形状となっている。

山折り部のグランド層７ｆがメッシュ形状の場合は、信号・グランド用フレキシブル基板７を折り曲げると、機械的な負荷がグランド層７ｆのメッシュ部の境界に集中し、グランド層７ｆが断線する恐れがあるが、本実施の形態のような構成とすると、Ｉ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｆとは、信号・グランド用フレキシブル基板７の積層方向で同じライン上に位置しており、折り曲げ加工による機械的な負荷は均一となり、グランド層７ｆへの負荷の集中を抑制する働きがある。グランドラインはＩ／Ｏ信号ラインよりも幅の広い形状とすることで、更にグランド層７ｆへの負荷の集中を抑制することができる。また、グランド層７ｆの折り曲げ部を全面導体とする構成よりも、導体の面積が少なくなることから、信号・グランド用フレキシブル基板７が可撓性の優れたものとなる。

なお、図８では、メッシュ形状は丸穴としたが、信号・グランド用フレキシブル基板７に可撓性を持たせることができる形状や大きさ、例えば、パンチングメタル状の楕円、多角形などの穴で構成してもよい。また、メッシュ形状のパターニングは、図８のように複数の丸穴が配列されているが、この配列の間隔が等しくても、等しくないことがあってもよい。さらにまた、メッシュ形状のパターニングによる穴全体の面積と信号・グランド用フレキシブル基板７の導体部分の面積の比を表す開口率は、５％から９５％を想定している。

以下に、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のうち山折り部のみライン状のグランドラインを含むような構成にした理由を図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図７、図１０を用いて説明する。ただし、本実施の形態４では図５Ａ、図５Ｂにおけるグランド層７ｂはグランド層７ｆと置き換え、図７におけるグランド層７ｄはグランド層７ｆと置き換えるものとする。図７は、図２Ｂの折り曲げ加工後の超音波素子部１における、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部の断面図を示す。ここで、図７は、折り曲げ部が図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の複数ある折り曲げ加工線１２のうち、山折り部の一つを単純化して図示している。Ｉ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｆは絶縁層７ｃを介して積層されている。

図７の折り曲げ部において、折り曲げられた信号・グランド用フレキシブル基板７の層のうち外側となるグランド層７ｆが内側に位置するＩ／Ｏ信号層７ａに比べて長く、伸びる方向になる。このため、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部のグランド層７ｆをメッシュ形状にパターニングした構造とすると、折り曲げによる負荷がグランド層７ｆのメッシュ部の境界に集中するので、グランド層７ｆが断線する可能性があった。

これを回避するため、図１０は、図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のグランド層７ｆから見て山折り部になる場合に、グランド層７ｆの折り曲げ部にメッシュ形状のパターニングを設けずライン状のグランドラインを含むような構成としている。その結果、折り曲げられた信号・グランド用フレキシブル基板７の層のうち外側がグランド層７ｆとなる場合において、折り曲げによる負荷が一様となる。つまり、グランド層７ｆの山折り部にメッシュ形状のパターニングがないので、グランド層７ｆは断線には至らない。また、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ部が図５Ｃの信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ加工線１２のグランド層から見て谷折り部の場合、折り曲げられた信号・グランド用フレキシブル基板７の層のうちの外側がＩ／Ｏ信号層７ａ、内側がグランド層７ｆとなるが、外側のＩ／Ｏ信号層７ａは、たとえ伸びる方向になってもライン形状であるため、断線には至らない。このため、信号・グランド用フレキシブル基板７を複数のブロックで重ねた場合に折り曲げ部の内側の層がグランド層７ｆとなる箇所では、メッシュ形状のパターニングを含む構成にしてもよい。

以上のような構成にすることで、グランド層７ｆの一部のみのパターン変更によってグランド層７ｆの断線を防止し、送受信信号の接続不良を減少させることができ、良好な信号伝達を行うことができる。

（実施の形態５）
実施の形態５は、実施の形態１〜４で説明した超音波探触子のフレキシブル基板７に折り曲げ部を示す目印がある点で異なるが、それ以外の構成は同様であり、実施の形態１〜４のいずれとも組み合わせることができる。

図１１は、本発明の実施の形態５の超音波探触子における信号・グランド用フレキシブル基板７のＩ／Ｏ信号層７ａとグランド層７ｂ、７ｄ、又は７ｅとの間の絶縁層７ｃを示した正面図である。フレキシブル基板７は、折り曲げ部の折り曲げ加工線１２の位置が視認できるように目印１４が備えられている。目印１４は、図５に示した折り曲げ加工線１２に相当する位置を絶縁層７ｃに明示している。目印１４を明示する手段としては、レーザー加工やエッチングなど化学的な処理によって、絶縁層７ｃの表面を粗化させる手段、極めて薄い（例えば数ミクロン）のインクを塗布する手段、あるいは、着色する手段などがある。

ここで、目印１４は、絶縁層７ｃのＩ／Ｏ信号層７ａ側の面、あるいは、グランド層７ｂ、７ｄ、又は７ｅ側の面のどちらか、あるいは、両方の面に形成しても良い。更に、目印１４はＩ／Ｏ信号層７ａやグランド層７ｂの上下に形成される保護絶縁膜に形成してもよい。

実施の形態１で説明したように、信号・グランド用フレキシブル基板７に折り曲げ加工を施し、４つのブロックを重ねることで、図２Ｂに示すような形状にするが、このとき、目印１４を目印に折り曲げ加工を行うことで、より容易に正確に折り曲げ加工を行うことが可能となる。

ここで、目印１４の幅は目視にて識別可能な０．５ｍｍから２ｍｍ程度が良好である。また、目印１４はライン状（線状）でも、ドット状（点状）でも楕円、多角形などの形状でも良い。

以上のような構成にすることで、信号・グランド用フレキシブル基板７の折り曲げ位置を正確に認識でき、折り曲げ加工を容易に行うことができる。

以上のように、本発明にかかる超音波探触子は、フレキシブル基板のグランド層の一部がライン状にパターニングされた構造とした超音波探触子及び超音波探触子に用いられるフレキシブル基板に係り、グランド層の断線を防止し、送受信信号の接続不良を減少させることができ、良好な信号伝達を行うことができる超音波探触子及び超音波探触子に用いられるフレキシブル基板として有用である。

Claims (11)

1. 絶縁層を介してグランド層と信号層が積層されたフレキシブル基板が接続される超音波素子部を備えた超音波探触子であって、
   前記フレキシブル基板は折り曲げ部と平坦部を有し、
   前記信号層は互いに隣り合うライン状の第１の信号ラインとライン状の第２の信号ラインを含み、
   前記折り曲げ部において前記グランド層は互いに隣り合うライン状の第１のグランドラインとライン状の第２のグランドラインを含み、
   前記第１の信号ラインと前記第１のグランドラインは対向しており、
   前記第２の信号ラインと前記第２のグランドラインは対向していることを特徴とする超音波探触子。
2. 前記平坦部において、前記グランド層は前記第１の信号ラインの上から前記第２の信号ラインの上にわたって連続的に形成されている部分を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記折り曲げ部において前記信号層と前記グランド層の間に形成された前記絶縁層は、前記第１の信号ラインの上から前記第２の信号ラインの上にわたって連続的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。
4. 前記第１の信号ラインの幅は、前記第１のグランドラインの幅よりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波探触子。
5. 前記折り曲げ部は、積層された前記グランド層と前記信号層のうち前記グランド層側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部とを含み、
   前記第１のグランドラインと前記第２のグランドラインは前記山折り部にあることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波探触子。
6. 前記谷折り部において、前記グランド層は前記第１の信号ラインの上から前記第２の信号ラインの上にわたって連続的に形成されている部分を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
7. 前記フレキシブル基板は、前記折り曲げ部に折り曲げ位置が視認できる目印が備えられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
8. 前記目印は、前記絶縁層に刻印されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波探触子。
9. 前記平坦部において、前記グランド層はメッシュ形状にパターニングされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波探触子。
10. 前記折り曲げ部は、積層された前記グランド層と前記信号層のうち前記グランド層側からみて山折りとなる山折り部と、谷折りとなる谷折り部とを含み、
    前記谷折り部となる部分の前記グランド層はメッシュ形状にパターニングされていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波探触子。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の超音波探触子に用いられるフレキシブル基板。

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