JP6010259B1 - 超音波振動子、超音波内視鏡 - Google Patents

Abstract

所定の曲率を有して湾曲する音響整合層２と、音響整合層２の曲率中心Ｃ側の内面２ｎに湾曲して配置された複数の圧電素子３と、複数の圧電素子３にそれぞれ一端が電気的に接続された複数の配線９と、複数の配線９の他端がそれぞれ電気的に接続された基板５と、複数の圧電素子３と基板５との間における複数の配線９の中途位置に設けられた、複数の配線９を、複数の圧電素子３の配列間隔Ｗ１以下の間隔Ｗ２に保持する保持部材４と、を具備する。

Description

本発明は、複数の圧電素子と基板とを電気的に接続する複数の配線を具備する超音波振動子、超音波内視鏡に関する。

被検部位の二次元的な可視像である超音波画像を観察することができる超音波内視鏡において、挿入部の挿入方向の先端側に設けられる超音波振動子は、通常、複数に分割された圧電素子にＧＮＤ電極、シグナル電極がそれぞれ設けられ、各両電極に外部から電圧が印加されることにより、各圧電素子の振動に伴い超音波を被検部位に放射し、被検部位からの反射音波を受信して電気信号に変換する機能を有している。

また、超音波振動子と外部との間における電力や電気信号等の授受は、各圧電素子のシグナル電極に、超音波内視鏡内に挿通された超音波信号伝送ケーブルが電気的に接続されることによって行われる。

ここで、各圧電素子に対して超音波信号伝送ケーブルを電気的に接続する際、基板を介して行う構成が周知である。

具体的には、基板に設けられた複数のパッドに、超音波信号伝送ケーブルの各信号線が電気的に接続され、各圧電素子のシグナル電極と基板の各パッドとが複数の配線を介して電気的に接続されることにより、各圧電素子に対して超音波信号伝送ケーブルが電気的に接続された構成が周知である。

このように、基板と複数の圧電素子とを複数の配線を介して電気的に接続する構成は、例えば日本国特開平８−１７２６９５号公報に開示されている。

ところで、近年、超音波画像の高画質化のため、圧電素子の分割数を増やすことにより、分解能が向上された超音波振動子の構成が周知である。

しかしながら、超音波振動子の小型化を維持したまま圧電素子の分割数を増やすと各圧電素子は小さくなるため、各圧電素子に対して各配線を電気的に接続する作業が難しくなってしまう。

また、コンベックス型の超音波振動子においては、各圧電素子から被検部位とは反対側に放射された超音波が、基板において反射し、基板からの反射音波を各圧電素子が受信してしまうことによって発生する超音波画像の乱れを防ぐため、基板を各圧電素子から離間して配置する必要がある。

この場合、複数の配線を各圧電素子に電気的に接続する作業中に、圧電素子に接続済みの配線から圧電素子に引っ張り応力が付与されてしまうことを防ぐため、各配線に弛みをもたせて接続作業を行う必要が生じる。

ところが、基板が各圧電素子から離間して配置されていると、各配線も長くなってしまうことから、各配線を弛ませた状態にすると、各配線は外力を受けると形状が変化しやすくなってしまう。

その結果、各配線は形状が変形してしまうと、隣り合う配線同士が接触してしまう。

尚、各配線は、該各配線間の間隔を小さくするため外周に絶縁材が被覆されておらず、外周に導電性材料が剥き出しとなった状態のままのため、配線同士が接触してしまうことを防ぐ必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の圧電素子と基板とを接続する複数の配線同士の接触を防ぐとともに、複数の圧電素子に対して複数の配線を電気的に接続しやすい構成を具備する超音波振動子、超音波内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様による超音波振動子は、所定の曲率を有して湾曲する音響整合層と、前記音響整合層の曲率中心側の内面に湾曲して配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子にそれぞれ一端が電気的に接続された複数の配線と、前記複数の配線の他端がそれぞれ電気的に接続された基板と、前記複数の圧電素子と前記基板との間における前記複数の配線の中途位置において前記複数の配線に設けられ、前記複数の配線同士の間隔を、前記複数の圧電素子の配列間隔以下の間隔に保持する保持部材と、を具備する。

また、本発明の一態様における超音波内視鏡は、請求項１に記載の前記超音波振動子を具備する。

第１実施の形態の超音波振動子が設けられた超音波内視鏡の外観の一例を示す図 図１の超音波振動子に対して超音波信号伝送ケーブルが電気的に接続されている状態を概略的に示す図 図２の超音波振動子からレンズ及び超音波信号伝送ケーブルを除いて示す斜視図 図３の超音波振動子からバッキング材枠及びバッキング材を除いて示す斜視図 図４の超音波振動子を、図４中のV方向からみた側面図 図５の超音波振動子を、図５中のVI方向からみた正面図 図４の保持部材に、各配線が挿通される挿通孔が形成された変形例を、圧電素子及び音響整合層とともに概略的に示す図、 図７の挿通孔に複数の配線が挿通され保持部材に固定された状態を概略的に示す図 図８の挿通孔に挿通され保持部材に固定された複数の配線に折り曲げ部がそれぞれ形成された状態を概略的に示す図 図９の各配線の一端を各圧電素子に電気的に接続し、各配線の他端を基板に電気的に接続した状態を概略的に示す図 図１０の配線を平角線から構成し、保持部材に平角線が挿通される凹部が形成された変形例を概略的に示す図 図４の基板、各配線、保持部材が捨て基板と一体的に形成された変形例を概略的に示す図 図１２の基板における各配線の他端に、複数の信号線の一方の端部が電気的に接続された状態を示す図 図１３の複数の信号線の他方の端部を、内視鏡のコネクタ内のフレキシブル基板の配線ランドに電気的に接続した状態を示す図 第２実施の形態の超音波振動子における基板、各配線、保持部材の分解図 図１５の基板、各配線、保持部材を組み立てた状態を補強板とともに示す斜視図 第３実施の形態の超音波振動子における基板、各配線、保持部材を概略的に示す図 図１７の保持部材に凹部を設けた変形例を、図１７中のXVIII方向から見た正面図 図１８中のXIX-XIX線に沿う超音波振動子の部分断面図 図１８の保持部材に対し、複数の凹部の代わりに複数の孔が形成された変形例を示す図 図２０中のIIXI-IIXI線に沿う超音波振動子の部分断面図 図４の保持部材に調整部材が嵌合される嵌合部が設けられた変形例を示す斜視図 図２２の超音波振動子及び調整部材を、図２２中のIIXIII方向からみた正面図 超音波振動子における基板と各配線と保持部材とを、折り曲げ型とともに概略的に示す斜視図 図２４の折り曲げ型により、複数の配線に折り曲げ部が形成された状態を、図２４中のIIXV方向からみた側面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
図１は、本実施の形態の超音波振動子が設けられた超音波内視鏡の外観の一例を示す図である。

図１に示すように、超音波内視鏡１００は、被検体内に挿入される細長な挿入部１１０と、該挿入部１１０の挿入方向Ｓの基端に設けられた操作部１０３と、操作部１０３から延出された可撓性を有するユニバーサルコード１０４と、該ユニバーサルコード１０４の延出端に設けられたコネクタ１０５とにより主要部が構成されている。

コネクタ１０５に、光源コネクタ１０５ａと、電気コネクタ１０５ｂと、超音波コネクタ１０５ｃと、吸引口金１０５ｄと、送気送水口金１０５ｅとが設けられている。

光源コネクタ１０５ａに、照明光を供給する図示しない光源装置が着脱自在になっているとともに、電気コネクタ１０５ｂに、図示しない撮像ケーブルを介して各種の信号処理等を行う図示しないビデオプロセッサが着脱自在となっている。

また、超音波コネクタ１０５ｃに、図示しない超音波観測装置に接続される超音波ケーブル１０６が着脱自在となっているともに、吸引口金１０５ｄに、図示しない吸引チューブを介して図示しない吸引ポンプが着脱自在であり、さらに、送気送水口金１０５ｅに、図示しない送気・送水チューブを介して図示しない送水タンクが着脱自在となっている。

挿入部１１０は、挿入方向Ｓの先端側から順に、先端部１１１と、例えば上下方向及び左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部１１２と、長尺でかつ可撓性を有する可撓管部１１３とが連設されて構成されている。

先端部１１１内に、既知のコンベックス型の超音波振動子１が設けられている。

挿入部１１０、操作部１０３、ユニバーサルコード１０４、コネクタ１０５内には、超音波振動子１から延出された超音波信号伝送ケーブル２０が挿通されており、超音波信号伝送ケーブル２０の延出端は、超音波コネクタ１０５ｃにて、超音波ケーブル１０６と電気的に接続されている。

尚、先端部１１１内には、撮像ユニットや、照明ユニット（いずれも図示されず）が設けられている。

また、先端部１１１の外表面には、送気送水管路のノズル（図示されず）が設けられている他、前方送水管路、処置具挿通用チャンネル（いずれも図示されず）等の挿入方向Ｓの先端が開口されている。

次に、図１の超音波振動子１の構成及び超音振動子１に対する超音波信号伝送ケーブル２０の接続構成について、図２〜図６を用いて示す。

図２は、図１の超音波振動子に対して超音波信号伝送ケーブルが電気的に接続されている状態を概略的に示す図、図３は、図２の超音波振動子からレンズ及び超音波信号伝送ケーブルを除いて示す斜視図、図４は、図３の超音波振動子からバッキング材枠及びバッキング材を除いて示す斜視図である。

また、図５は、図４の超音波振動子を、図４中のV方向からみた側面図、図６は、図５の超音波振動子を、図５中のVI方向からみた正面図である。

図２〜図６に示すように、超音波振動子１は、上述したようにコンベックス型から構成されていることから、曲率中心Ｃを有して所定の曲率にて湾曲する２層の音響整合層２を具備している。

尚、２層の音響整合層２の内、曲率中心Ｃ側に位置する層は、アレイ状に複数分断されている。また、図４、図６においては、図面を見やすくするため、音響整合層２の分割数を５としている。

また、図４〜図６に示すように、アレイ状に複数分断された音響整合層２の曲率中心Ｃ側の内面２ｎに、２層の音響整合層２と同じ曲率中心Ｃを有して湾曲する、所定の配列間隔Ｗ１にてアレイ状に複数分断された圧電素子３が設けられている。

また、各圧電素子３は、音響整合層２側に図示しないＧＮＤ電極が設けられているとともに、反対側に図示しないシグナル電極が設けられており、両電極を介した電圧の印加により、音響整合層２や後述するレンズ７（図２参照）を介して被検部位に超音波を放射するとともに、被検部位から反射された音波を受信するものであり、例えばセラミックを焼成することにより形成され、例えばコンベックス形状に配列される。

尚、複数の圧電素子３は、２層の音響整合層２の内、圧電素子３側の層と一緒に配列間隔Ｗ１にてアレイ状に分断されており、図面を見やすくするため音響整合層２と同様に、５分割されている場合を例に挙げて示しているが、実際は、圧電素子３及び音響整合層２は、高精細な超音波画像を得るため、数百分割されているのが一般的である。

さらに、図４〜図６に示すように、複数の圧電素子３のシグナル電極に、複数の配線９の各一端９ａがそれぞれ半田１２等により電気的に接続されている。

尚、各一端９ａは、各圧電素子３における湾曲方向Ｗの中心にそれぞれ電気的に接続されている。

さらに、各一端９ａの各圧電素子３に対する接続位置は、図４、図５に示すように、各圧電素子３に対して後述する基板５が平面的に重なる位置３ｃから各圧電素子３及び音響整合層２の奥行き方向Ｐにずれて位置している。

また、複数の配線９は、圧電素子３間の間隔を縮めるため、それぞれ絶縁部材が被覆されておらず導電性材料が剥き出しとなった裸線であり、例えば外周に銀メッキが施されたワイヤから構成されている。

また、各配線９は、外径が０．０５ｍｍ以下の極細線から構成されている。さらに、配線９の数も、圧電素子３の数に合わせて５本を例に挙げて示している。

また、図４、図５に示すように、各配線９の他端９ｂは、例えば絶縁材料から構成されるとともに後述する方向Ｔにおいて複数の圧電素子３から十分離間して位置する基板５に電気的に接続されている。

尚、図２〜図６には、各配線９の他端９ｂが、基板５と一体的に形成されている場合を例に挙げて示している。

また、基板５の他端９ｂが形成されている面には、図示しないＧＮＤ配線ランドが形成されている。さらに、方向Ｔにおける基板５の圧電素子３からの離間距離は、複数の圧電素子３から曲率中心Ｃ側に放射された超音波が基板５において反射しない距離に設定されている。

各他端９ｂには、図２に示すように、各圧電素子３に対して少なくとも電力や電気信号の授受を行う超音波信号伝送ケーブル２０を構成する複数の信号線２０ｓの端部が電気的に接続されている。

尚、複数の信号線２０ｓの本数も、各配線９の本数と合わせて５本を例に挙げて示している。また、上述したように、基板５は、奥行き方向Ｐにおいて、各一端９ａの各圧電素子３に対する接続位置からずれて位置している。

図６に示すように、複数の配線９は、基板５と複数の圧電素子３とを結ぶ方向Ｔにおいて、圧電素子３がコンベックス形状に配置されていることから、曲率中心Ｃから放射状に延在しており、図４、図５に示すように、中途位置に、例えばクランク状に折り曲げられた折り曲げ部９ｋがそれぞれ形成されている。

尚、各折り曲げ部９ｋは、後述する保持部材４（図４〜図６参照）と基板５との間に形成されている。

また、図４、図５においては、各折り曲げ部９ｋは、クランク状を有するため、２箇所が９０°に折り曲げられているが、これに限らず、ゆるやかに２箇所が湾曲されてクランク状に形成されていても構わない。

また、図４〜図６に示すように、複数の配線９の中途位置において、各折り曲げ部９ｋよりも各一端９ａ側に、例えば絶縁材料から構成されるとともに音響整合層２と同じ曲率中心Ｃを有して湾曲する形状を有する保持部材４が、配線９と、例えば一体的に設けられている。

尚、保持部材４が音響整合層２と同じ曲率中心Ｃを有していることにより、各折り曲げ部９ｋの折り曲げ形状がそれぞれ等しくなるとともに、各配線９の折り曲げの際の作業性及び各折り曲げ部９ｋの折り曲げ形状が安定しやすくなっている。

図６に示すように、保持部材４は、複数の配線９を、複数の圧電素子３の配列間隔Ｗ１以下の間隔Ｗ２（Ｗ２≦Ｗ１）に等間隔に保持することにより、複数の圧電素子３よりも方向Ｔにおいて折り曲げ部９ｋ側に位置して各配線９の位置ズレを防止し、各配線９同士の接触を防ぐものである。

また、保持部材４は、複数の配線９を、複数の圧電素子３の配列間隔Ｗ１から１／２間隔ずれて保持することにより、各圧電素子３の湾曲方向Ｗの各中心に対して、各配線９の一端９ａが電気的に接続されるよう、複数の配線９を保持している。

また、図３に示すように、複数の圧電素子３、各圧電素子３に対する各配線９の一端９ａの接続部、保持部材４、折り曲げ部９ｋは、バッキング材枠６によって覆われている。

尚、バッキング材枠６は、例えばガラスエポキシ樹脂にて形成されている。バッキング材枠６は、対向する２つのエンドボードと対向する２つのサイドボードとにより、平面視した形状が矩形状となるよう枠状に形成されている。また、バッキング材枠６内には、図示しないバッキング材が充填されている。

さらに、図２に示すように、バッキング材枠６の音響整合層２側の半部及び音響整合層２の外周は、レンズ７によって覆われている。

このように、本実施の形態においては、方向Ｔにおいて放射状に延在する複数の配線９の中途位置において、各一端９ａと各折り曲げ部９ｋとの間に、複数の配線９を、複数の圧電素子３の配列間隔Ｗ１以下の間隔Ｗ２（Ｗ２≦Ｗ１）に等間隔に保持する保持部材４が設けられていると示した。

このことによれば、導電性材料が剥き出しの裸線状態の複数の配線９が外力により変形したとしても、各配線９のズレを保持部材４により防止することができることから、各配線９同士の接触を確実に防ぐことができるため、各配線９を複数の圧電素子３に対して接続しやすくなる。

また、本実施の形態においては、各配線９の方向Ｔにおける中途位置において、保持部材４と各他端９ｂとの間に、クランク状の折り曲げ部９ｋがそれぞれ形成されていると示した。

さらに、本実施の形態においては、各圧電素子３への各配線９の一端９ａの接続位置は、奥行き方向Ｐにおいて、各圧電素子３に対して基板５が平面的に重なる位置３ｃからずれて位置していると示した。

また、各折り曲げ部９ｋは、各配線９の方向Ｔにおける中途位置において、保持部材４と基板５との間に挟まれて位置していると示した。

このことによれば、各一端９ａが圧電素子３にそれぞれ接続後、各配線９に外力が付与されたとしても、例えば方向Ｔにおいて引っ張り力が付与されたとしても、各配線９の各折り曲げ部９ｋにより付与された力が軽減され吸収されることから、各配線９同士の接触を確実に防ぐことができるとともに、接続作業の際、各配線９を、複数の圧電素子３に対して接続しやすくなる。

以上から、複数の圧電素子３と基板５とを接続する複数の配線９同士の接触を防ぐとともに、複数の圧電素子３に対して複数の配線９を電気的に接続しやすい構成を具備する超音波振動子１、超音波内視鏡１００を提供することができる。

尚、以下、変形例を、図７〜図１０を用いて示す。図７は、図４の保持部材に、各配線が挿通される挿通孔が形成された変形例を、圧電素子及び音響整合層とともに概略的に示す図、図８は、図７の挿通孔に複数の配線が挿通され保持部材に固定された状態を概略的に示す図である。

また、図９は、図８の挿通孔に挿通され保持部材に固定された複数の配線に折り曲げ部がそれぞれ形成された状態を概略的に示す図、図１０は、図９の各配線の一端を各圧電素子に電気的に接続し、各配線の他端を基板に電気的に接続した状態を概略的に示す図である。

図７に示すように、保持部材４が複数の配線９と別体に形成され、保持部材４に方向Ｔに沿って曲率中心Ｃから放射状の挿通孔４ｈが形成されていても構わない。尚、各挿通孔４ｈは、各圧電素子３の角度ピッチθ１と同じ角度ピッチθ１に形成されている。

また、図８に示すように、各挿通孔４ｈには、保持部材４と別体に形成された複数の配線９が挿通されており、各配線９は、接着剤１４等によって保持部材４にそれぞれ固着されている。

各配線９は、図９に示すように、保持部材４よりも各他端９ｂ側が一括にて折り曲げられることにより、それぞれ折り曲げ部９ｋが形成され、その後、図１０に示すように、各一端９ａが各圧電素子３に電気的に接続され、各他端９ｂが基板５の各配線ランド５ｒａに半田１６等により電気的に接続されている。

尚、基板５において、各配線ランド５ｒａは、各配線ランド５ｒｃを介して各配線ランド５ｒｂに導通しており、各配線ランド５ｒｂに、超音波信号伝送ケーブル２０を構成する複数の信号線２０ｓの端部が電気的に接続される。

このような構成によれば、各配線９が保持部材４及び基板５と別体に形成されることから、各配線９の材料を自由に選択することが可能となるため、剛性の強い材料を用いれば、各折り曲げ部９ｋ形成後の折り曲げ形状をより安定させやすくなり、その後の作業性が向上する。

尚、その他の効果は、上述した本実施の形態と同じである。

また、以下、別の変形例を、図１１を用いて示す。図１１は、図１０の配線を平角線から構成し、保持部材に平角線が挿通される凹部が形成された変形例を概略的に示す図である。

図１１に示すように、各配線９は、平角線から構成されていても構わず、図７〜図１０に示した各挿通孔は、平角線が挿通される凹部４ｍから構成されていても構わない。尚、平角線も凹部４ｍに固定後は、本実施の形態と同様に、折り曲げ部９ｋが形成される。

このような構成によれば、図７〜図１０に示した変形例においては、保持部材４に各配線９が挿通される挿通孔４ｈが形成されているが、挿通孔４ｈを形成するよりも、凹部４ｍを形成するほうが加工が容易となるため、製造コストを削減することができる。

尚、各配線９は、保持部材４に対して粘着材等により固定してもよい。この場合、より製造コストを削減することができる。

さらに、以下、図１２〜図１４を用いて、図４の基板、各配線、保持部材を一体的に形成する製造方法の一例を示す。

図１２は、図４の基板、各配線、保持部材が捨て基板と一体的に形成された変形例を概略的に示す図、図１３は、図１２の基板における各配線の他端に、複数の信号線の一方の端部が電気的に接続された状態を示す図、図１４は、図１３の複数の信号線の他方の端部を、内視鏡のコネクタ内のフレキシブル基板の配線ランドに電気的に接続した状態を示す図である。

上述した、基板５、各配線９、保持部材４を製造する際は、下記に示す方法が考えられる。

先ず、図１２に示すように、基板５と、該基板５に一体的に形成された各配線９ｗ、９ｕ、９ｘ、９ｙ、９ｚ、保持部材４、捨て基板５０、該捨て基板５０に実装されるとともに各配線９ｗ、９ｕ、９ｘ、９ｙ、９ｚに連通する各配線５５ｒ１〜５５ｒ５と、捨て基板５０に実装されるとともに各配線５５ｒ１〜５５ｒ５に連通するチェック用ランド５５ｒ１ｔ、５５ｒ２ｔ、５５ｒ３ｔ、５５ｒ４ｔ、５５ｒ５ｔとの構造物５００を用意する。

尚、図１２に示すように、捨て基板５０には、保持部材４を囲むように孔５１が形成されているとともに、捨て基板５０と基板５との間には、切断孔５０ａと切断溝５０ｂ、５０ｃとが形成されている。

次いで、図１３に示すように、超音波信号伝送ケーブル２０を構成する複数の信号線２０ｓ１、２０ｓ２、２０ｓ３、２０ｓ４、２０ｓ５の一端を、各端部９ｂ１、９ｂ２、９ｂ３、９ｂ４、９ｂ５に対して半田等により電気的に接続する。この際、各半田付け部を、必要に応じて接着剤等により保護固定する。

その後、チェック用ランド５５ｒ１ｔ〜５５ｒ５ｔと、各信号線２０ｓ１〜２０ｓ５の他端とをテスタにより導通確認することにより、各配線９ｗ〜９ｚに対して、信号線２０ｓ１〜２０ｓ５のいずれかが接続されているかをチェックするとともに、各半田付け部の導通確認を行う。

次いで、図１４に示すように、各信号線２０ｓ１〜２０ｓ５の他端を、超音波内視鏡１００のコネクタ１０５内に設けられたフレキシブル基板９０の配線ランド９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅに対して半田等により電気的に接続する。

その後、テスタを用いて、チェック用ランド５５ｒ１ｔ〜５５ｒ５ｔと、各配線ランド９０ａ〜９０ｅとをテスタにより導通確認することにより、誤配線、半田付け部の断線チェック、ショートの有無を確認する。

最後に、直線状のＤ１線、Ｄ２線に沿って、切断孔５０ａ及び切断溝５０ｂ、５０ｃを切断するとともに、円弧状のＤ３線に沿って、捨て基板５０及び配線５５ｒ１〜５５ｒ５６を切断する。その結果、図４に示すような、基板５、各配線９、保持部材４が形成される。

このような製造方法によれば、各他端９ｂ１〜９ｂ５に対して、各信号線２０ｓ１〜２０ｓ５の一端を接続する際、各配線９ｗ〜９ｚを囲うように基板５、捨て基板５０が配置されているため、接続強度を強くすることができる他、各配線９ｗ〜９ｚに外力が加わり難いことから作業性が向上する。

さらに、捨て基板５０に大きなチェック用ランド５５ｒ１ｔ〜５５ｒ５ｔが設けられているため、配列間隔の狭く小さい各他端９ｂ１〜９ｂ５を用いるよりも、信号線２０ｓ１〜２０ｓ５の配線配列作業が容易になり、信号線２０ｓ１〜２０ｓ５の接続位置の確認が確実に行えるため、作業性及び超音波振動子１の品質が向上する。

（第２実施の形態）
図１５は、本実施の形態の超音波振動子における基板、各配線、保持部材の分解図、図１６は、図１５の基板、各配線、保持部材を組み立てた状態を補強板とともに示す斜視図である。

この第２実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子と比して、基板、各配線、保持部材がそれぞれ一対から構成されている点が異なる。よって、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１５、図１６に示すように、本実施の形態においては、基板５は、第１の基板２５と、第２の基板３５とから構成されている。また、複数の配線９は、第１の基板２５に各他端２９ｂが電気的に接続された複数の第１の配線２９と、第２の基板３５に各他端３９ｂが電気的に接続された複数の第２の配線３９とから構成されている。

さらに、保持部材４は、複数の第１の配線２９の中途位置に設けられ、第１の配線２９を複数の圧電素子３の配列間隔Ｗ１以下の間隔Ｗ２に等間隔で保持する第１の保持部材２４と、複数の第２の配線３９の中途位置に設けられ、第２の配線３９を複数の圧電素子３の配列間隔Ｗ１以下の間隔Ｗ２に等間隔で保持する第２の保持部材３４とから構成されている。

尚、第１の基板２５と第２の基板３５とは、同じ大きさ及び同じ形に形成されており、連結部３０において連結されている。

また、第１の基板２５と第２の基板３５とは、第１の基板２５の表面に実装されたＧＮＤ端子２７と第２の基板３５の表面に実装されたＧＮＤ端子３７とが連結部３０を介して配線により接続されていることにより、同電位となって連設されている。

さらに、図１６に示すように、第２の基板３５は、連結部３０を介して折り曲げ線Ｑにて１８０°折り返されることにより、第２の基板３５の背面が第１の基板２５の背面に重畳して位置する。

尚、第１の基板２５には、位置決め孔２５ｈ１、２５ｈ２が形成されているとともに、第２の基板３５には、位置決め孔３５ｈ１、３５ｈ２が形成されており、図１６に示すように、位置決め孔２５ｈ１、３５ｈ１に位置決めピン６１が挿通され、位置決め孔２５ｈ２、３５ｈ２に位置決めピン６２が挿通されることにより、同形状を有する第１の基板２５と第２の基板３５とがぴったり重なる。また、第１の基板２５と第２の基板３５とは、背面同士が図１６に示すように接着固定されている。

また、第１の配線２９と第２の配線３９とは、上述した第１実施の形態の配線９と同様に、曲率中心Ｃから放射状に、上述した第１実施の形態の配線９と同じ間隔Ｗ２にて形成されているとともに、互いの配線間隔Ｗ４が、１／２間隔ずれている（２Ｗ４＝Ｗ２）。

尚、第１の配線２９と第２の配線３９とは、図１６に示すように、第１の基板２５の背面と第２の基板３５の背面とが接着された際、互いに離間する方向を指向するよう方向Ｔにおける中途位置が外側に折り曲げられているとともに、湾曲方向Ｗにおいて千鳥状に位置するとともに、該千鳥状の状態が、第１の保持部材２４、第２の保持部材３４により保持されている。このことにより、湾曲方向Ｗにおいて間隔の小さい第１の配線２９と第２の配線３９との接触が防がれている。

第１の保持部材２４と第２の保持部材３４とは、方向Ｔにおける同位置において、それぞれ第１の配線２９、第２の配線３９の中途位置に設けられており、同じ大きさ、形状を有している。

尚、第１の保持部材２４は、第１の基板２５の背面と第２の基板３５の背面とが貼着された際、背面が、第２の保持部材３４の背面に対向する。尚、第１の保持部材２４には、位置決め孔２４ｈ１、２４ｈ２が形成されているとともに、第２の保持部材３４には、位置決め孔３４ｈ１、３４ｈ２が形成されており、図１６に示すように、位置決め孔２４ｈ１、３４ｈ１に位置決めピン６３が挿通され、位置決め孔２４ｈ２、３４ｈ２に位置決めピン６４が挿通されることにより、同形状を有する第１の保持部材２４と第２の保持部材３４とがぴったり重なる。

次に、本実施の形態の製造方法について説明する。

先ず、第１の配線２９及び第２の配線３９を、互いに離間するように中途位置を外側に折り曲げる。

次いで、連結部３０を介して、第１の基板２５、第１の保持部材２４の背面に対して、第２の基板３５、第２の保持部材３４の背面が対向するよう、連結部３０の折り曲げ線Ｑを１８０°折り曲げる。

その後、位置決め孔２５ｈ１、３５ｈ１に位置決めピン６１を挿通し、位置決め孔２５ｈ２、３５ｈ２に位置決めピン６２を挿通し、位置決め孔２４ｈ１、３４ｈ１に位置決めピン６３を挿通し、位置決め孔２４ｈ２、３４ｈ２に位置決めピン６４を挿通すると、第１の基板２５に対して第２の基板３５が重畳し、第１の保持部材２４に対して第２の保持部材３４が重畳する。

その結果、第１の配線２９と第２の配線３９とが綺麗に１／２間隔ずれて千鳥状に位置する。この状態において、第１の基板２５の背面と第２の基板３５の背面とを接着固定し、千鳥状の各第１の配線２９及び各第２の配線３９の各一端２９ａ及び各一端３９ａを、複数の圧電素子３のシグナル電極に対して電気的に接続する。

このような構成によれば、第１の配線２９と第２の配線３９との湾曲方向Ｗにおける配線間隔Ｗ４は、上述した第１実施の複数の配線９の間隔Ｗ２よりも１／２小さいことから、簡単な構成にて、複数の圧電素子３に対する配線の高密度実装が可能となる。尚、その他の効果は、上述した第１実施の形態と同じである。

以下、変形例を示す。図１６に示すように、第１の基板２５の背面と第２の基板３５の背面との間に、方向Ｔにおいて第１の基板２５及び第２の基板３５の長さＴ１よりも長い長さＴ２を有する補強板７０が介在されていても構わない（Ｔ１＜Ｔ２）。

尚、補強板７０には、位置決めピン６１、６２がそれぞれ挿通される位置決め孔７０ｈ１、７０ｈ２が形成されており、位置決めピン６１、６２が位置決め孔７０ｈ１、７０ｈ２に挿通されることにより、両基板２５、３５間において補強板７０が位置決めされる。

また、補強板７０の各基板２５、３５への対向面に接着剤が塗布されておれば、各基板２５、３５と補強板７０との接着固定が容易となる。また、補強板７０と各基板２５、３５の接着は、両面テープを用いてもよい。

このような構成によれば、第１の基板２５及び第２の基板３５がフレキシブル基板等の薄板状に形成されている場合においては、各基板２５、３５が補強板７０により変形し難くなる。

さらに、方向Ｔにおいて、補強板７０は、第１の基板２５及び第２の基板３５よりも長く形成されていることから、図１６に示すように、はみ出し部７０ｙにより、各第１の配線２９における保持部材２４と各他端２９ｂとの間の部位と、各第２の配線３９における保持部材３４と各他端３９ｂとの間の部位との接触を確実に防止することができる。

（第３実施の形態）
図１７は、本実施の形態の超音波振動子における基板、各配線、保持部材を概略的に示す図である。

この第３実施の形態の超音波振動子の構成は、上述した図１〜図６に示した第１実施の形態の超音波振動子と比して、保持部材、該保持部材が設けられている各配線の部位が傾いている点が異なる。よって、第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１７に示すように、本実施の形態においては、保持部材４及び該保持部材４が設けられている各配線９の部位９ｅは、方向Ｔに対して所定の角度θ２、具体的には、θ２＝±４５°以内の角度において傾いている。尚、その他の構成は、上述した第１実施の形態と同じである。

このような構成によれば、各圧電素子３の背面波Ｕは、保持部材４に当たったとしても、奥行き方向Ｐに反射するため、反射波を、各圧電素子３が受信してしまう可能性が低くなる。

尚、この効果は、保持部材４及び各配線９の部位９ｅの角度θ２が、方向Ｔに対して±４５°以内の角度の場合において生じる。尚、その他の効果は、上述した第１実施の形態と同じである。

尚、以下、変形例を、図１８、図１９を用いて示す。図１８は、図１７の保持部材に凹部を設けた変形例を、図１７中のXVIII方向から見た正面図、図１９は、図１８中のXIX-XIX線に沿う超音波振動子の部分断面図である。

図１８、図１９に示すように、上述した本実施の形態と同様に方向Ｔに対して部位９ｅとともに所定の角度傾斜する保持部材４に対して、複数の圧電素子３から放射された超音波である背面波Ｕが通過する複数の凹部４ｉが形成されていても構わない。

具体的には、湾曲方向Ｗにおいて、隣り合う配線９間に位置する保持部材４の部位毎に、凹部４ｉが形成されていても構わない。尚、その他の構成は、上述した本実施の形態と同じである。

このような構成によれば、各圧電素子３の背面波Ｕは、複数の凹部４ｉを介して保持部材４を通過するため、保持部材４からの反射波の発生を低減させることができる。

また、以下、別の変形例を、図２０、図２１を用いて示す。図２０は、図１８の保持部材に対し、複数の凹部の代わりに複数の孔が形成された変形例を示す図、図２１は、図２０中のIIXI-IIXI線に沿う超音波振動子の部分断面図である。

尚、図２０、図２１に示すように、方向Ｔに対して部位９ｅとともに所定の角度傾斜する保持部材４に対しては、複数の圧電素子３から放射された超音波である背面波Ｕが通過する複数の孔４ｊが形成されていても構わない。

具体的には、湾曲方向Ｗにおいて、隣り合う配線９間に位置する保持部材４の部位毎に、孔４ｊが形成されていても構わない。尚、その他の構成は、上述した本実施の形態と同じである。

このような構成によっても、各圧電素子３の背面波Ｕは、複数の孔４ｊを介して保持部材４を通過するため、保持部材４からの反射波の発生を低減させることができる。

尚、以下、図２２、図２３を用いて、複数の圧電素子３に対して複数の配線９の各一端９ａを接続する際の湾曲方向Ｗにおける位置ずれ補正構成の一例について説明する。

図２２は、図４の保持部材に調整部材が嵌合される嵌合部が設けられた変形例を示す斜視図、図２３は、図２２の超音波振動子及び調整部材を、図２２中のIIXIII方向からみた正面図である。

上述したように、複数の圧電素子３に対して、保持部材４により湾曲方向Ｗに等間隔に保持された複数の配線９の各一端９ａを電気的に接続する際、複数の圧電素子３に対して各一端９ａを接触させた段階で、図２３の点線に示すように、各圧電素子３の湾曲方向Ｗの中央に対して、各一端９ａが湾曲方向Ｗにずれて位置してしまう場合がある。

そこで、図２２に示すように、本構成においては、保持部材４の湾曲方向Ｗにおける両端部に、複数の配線９の位置を一括して調整する調整部材である２本のアーム７５がそれぞれ嵌入される嵌合部である調整孔４ｈ１、４ｈ２が形成されている。

このような構成によれば、図２３の点線に示すように、各圧電素子３の湾曲方向Ｗの中央に対して、各一端９ａが湾曲方向Ｗにずれて位置していた場合、各調整孔４ｈ１、４ｈ２に対し、２本のアーム７５をそれぞれ嵌入し、２本のアーム７５をそれぞれ湾曲方向Ｗに動かして、保持部材４を湾曲方向Ｗに動かすことにより、保持部材４によって湾曲方向Ｗに等間隔に保持されている複数の配線９を、図２３の実線に示すように、各端部９ａが各圧電素子３の湾曲方向Ｗの中央に位置するまで一括して移動させることができることから、各端部９ａの位置ずれ補正を簡単に行うことができる。

尚、以上の図２２、図２３に示した構成は、上述した第１〜第３実施の形態において適用可能である。

尚、以下、図２４、図２５を用いて、複数の配線９に対して折り曲げ部９ｋを一括して形成する構成の一例について説明する。

図２４は、超音波振動子における基板と各配線と保持部材とを、折り曲げ型とともに概略的に示す斜視図、図２５は、図２４の折り曲げ型により、複数の配線に折り曲げ部が形成された状態を、図２４中のIIXV方向からみた側面図である。

図２４に示すように、保持部材４により湾曲方向Ｗに等間隔に保持された複数の配線９に対して、上述した折り曲げ部９ｋをそれぞれ形成する場合は、個々の配線９に対して個別に折り曲げ部９ｋを形成しても良いが、図２４、図２５に示すように、折り曲げ型８１、８２を用いて、一括して折り曲げ部９ｋを形成しても良い。

具体的には、基板５には、方向Ｐにおいて貫通する位置決め孔５ｈ１、５ｈ２が形成されており、保持部材４にも方向Ｐにおいて貫通する位置決め孔４ｈ３、４ｈ４が形成されている。

また、折り曲げ型８１、８２は、方向Ｐにおける各対向面８１ｔ、８２ｔが、方向Ｐにおいて折り曲げ型８１と折り曲げ型８２とを組み合わせた際、それぞれ嵌合する階段形状を有しており、さらに、折り曲げ型８１には、方向Ｐにおいて貫通する４つの位置決め孔８１ｈ１、８１ｈ２、８１ｈ３、８１ｈ４が形成されており、折り曲げ型８２には、方向Ｐにおいて貫通する４つの位置決め孔８２ｈ１、８２ｈ２、８２ｈ３、８２ｈ４が形成されている。

尚、方向Ｐにおいて、折り曲げ型８１と８２とを、間に基板５、複数の配線９、保持部材４を挟んで位置させた際、位置決め孔８１ｈ１は、位置決め孔５ｈ１、８２ｈ１に対向し、位置決め孔８１ｈ２は、位置決め孔５ｈ２、８２ｈ２に対向し、位置決め孔８１ｈ３は、位置決め孔４ｈ３、８２ｈ３に対向し、位置決め孔８１ｈ４は、位置決め孔４ｈ４、８２ｈ４に対向する。

また、位置決め孔８１ｈ１、５ｈ１、８２ｈ１には、位置決めピン６６が挿通され、位置決め孔８１ｈ２、５ｈ２、８２ｈ２には、位置決めピン６７が挿通され、位置決め孔８１ｈ３、４ｈ３、８２ｈ３には、位置決めピン６８が挿通され、位置決め孔８１ｈ４、４ｈ４、８２ｈ４には、位置決めピン６９が挿通される。

よって、複数の配線９に対してそれぞれ折り曲げ部９ｋを形成する場合には、先ず、方向Ｐにおいて折り曲げ型８１の階段形状の対向面８１ｔと、折り曲げ型８２の階段形状の対向面８２ｔとの間に、基板５、複数の配線９、保持部材４を位置させる。

その後、位置決め孔８１ｈ１、５ｈ１、８２ｈ１に対し、位置決めピン６６を挿通し、位置決め孔８１ｈ２、５ｈ２、８２ｈ２に対して、位置決めピン６７を挿通し、位置決め孔８１ｈ３、４ｈ３、８２ｈ３に対して、位置決めピン６８を挿通し、位置決め孔８１ｈ４、４ｈ４、８２ｈ４に対して、位置決めピン６９を挿通することにより位置合わせを行う。

最後に、図２５に示すように、折り曲げ型８１の対向面８１ｔと、折り曲げ型８２の対向面８２ｔを嵌合させることにより、複数の配線９に対して、各対向面８１ｔ、８２ｔの階段形状に沿ったクランク状の折り曲げ部９ｋがそれぞれ一括に形成される。

尚、この際、保持部材４により、複数の配線９は、湾曲方向Ｗにおいて等間隔に保持されていることから、各折り曲げ型８１、８２により、複数の配線９の間隔をずらすことなく、簡単かつ短時間にて一括して折り曲げ部９ｋをそれぞれ形成することができる。

また、各折り曲げ部９ｋの形成に、折り曲げ型８１、８２を用いることにより、折り曲げ部９ｋの曲げ角度、各配線９に対する各折り曲げ部９ｋの形成位置の精度が向上するため、超音波振動子１の各圧電素子３の振動ばらつきを抑制することが可能となる。

本出願は、２０１４年１１月２１日に日本国に出願された特願２０１４−２３６９０１号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものである。

Claims (12)

1. 所定の曲率を有して湾曲する音響整合層と、
   前記音響整合層の曲率中心側の内面に湾曲して配置された複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子にそれぞれ一端が電気的に接続された複数の配線と、
   前記複数の配線の他端がそれぞれ電気的に接続された基板と、
   前記複数の圧電素子と前記基板との間における前記複数の配線の中途位置において前記複数の配線に設けられ、前記複数の配線同士の間隔を、前記複数の圧電素子の配列間隔以下の間隔に保持する保持部材と、
   を具備することを特徴とする超音波振動子。
2. 前記保持部材は、前記複数の配線を、前記複数の圧電素子の配列間隔から１／２間隔ずれて保持するとともに、前記音響整合層と同じ曲率中心を有して湾曲する形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
3. 前記保持部材は、前記複数の圧電素子における湾曲方向の各中心に対して、前記複数の配線の各前記一端が電気的に接続されるよう、前記複数の配線を保持していることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動子。
4. 前記複数の圧電素子に対する前記複数の配線の各前記一端の接続位置は、前記複数の圧電素子に対して前記基板が平面的に重なる位置からずれていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
5. 前記複数の配線の中途位置において、前記他端と前記保持部材との間に、折り曲げ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
6. 前記保持部材に、前記複数の配線が挿通される凹部または挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
7. 前記保持部材及び該保持部材が設けられた前記複数の配線の部位は、前記基板と前記複数の圧電素子とを結ぶ方向に対して所定の角度傾いていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
8. 前記保持部材に、前記複数の圧電素子から放射された超音波が通過する孔または凹部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波振動子。
9. 前記保持部材に、前記複数の配線の位置を一括して調整する調整部材の嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
10. 前記基板は、第１の基板と、該第１の基板の背面に対し同電位となるよう連設された第２の基板とを有するとともに、前記複数の配線は、前記第１の基板に前記他端が電気的に接続された複数の第１の配線と、前記第２の基板に前記他端が電気的に接続された複数の第２の配線とを有し、さらに、前記保持部材は、前記複数の第１の配線を保持する第１の保持部材と、前記複数の第２の配線を保持する第２の保持部材とを有し、
    前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材は、前記複数の第１の配線と前記複数の第２の配線とが１／２間隔ずれるとともに互いに離間する方向を指向するよう、前記複数の第１の配線と前記複数の第２の配線とを千鳥状に保持していることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
11. 前記保持部材は、前記複数の配線に亘って設けられることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
12. 請求項１に記載の前記超音波振動子を具備する超音波内視鏡。

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