JP6109463B1 - 超音波プローブおよび超音波プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る超音波プローブは、シート状の部材の端部同士を接着剤により接着した筒状をなし、超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、音響整合層の内周面側に周方向に沿って配列され、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波をエコー信号に変換する複数の圧電素子と、中空円板状をなし、音響整合層の周方向のなす面と直交する長手方向の少なくとも一方の端部側に設けられ、外側面の少なくとも一部が音響整合層の内部に固定される構造部材と、を備え、構造部材は、外側面の一部であって、音響整合層の周方向の端部により形成される空隙を径方向で含む領域に設けられ、撥水性を有する撥水部を有する。

Description

本発明は、超音波を観測対象へ出射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを受信してエコー信号に変換して出力する超音波振動子を備えた超音波プローブに関する。

観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、超音波観測装置が、超音波を送受信する超音波振動子から受信した超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得することができる。

超音波振動子は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して観測対象へ照射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを電気的なエコー信号に変換して出力する複数の圧電素子を備える。例えば、複数の圧電素子を所定の方向に沿って並べて、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、観測対象から超音波エコーを取得する。

超音波振動子は、コンベックス型、リニア型、ラジアル型等、超音波ビームの送受信方向が異なる複数のタイプが知られている。このうち、ラジアル型の超音波振動子は、複数の圧電素子が、周方向に沿って配列され、超音波ビームを径方向に出射する（例えば、特許文献１を参照）。このようなラジアル型の超音波振動子は、複数の圧電素子を配列させたシート状の音響整合層を圧電素子の配列方向に沿って筒状に変形させた後、周方向の端部同士を接着剤で接着することによって製造される。

特公昭６３−１４６２３号公報

しかしながら、ラジアル型の超音波振動子の製造過程において、音響整合層の端部同士を接合する際、接合部分から接着剤が圧電素子間に流れ込んで、超音波振動子の音響性能が低下するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ラジアル型の超音波振動子の音響性能の低下を抑制することができる超音波プローブを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波プローブは、シート状の部材の端部同士を接着剤により接着した筒状をなし、超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、前記音響整合層の内周面側に周方向に沿って配列され、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波をエコー信号に変換する複数の圧電素子と、中空円板状をなし、前記音響整合層の周方向のなす面と直交する長手方向の少なくとも一方の端部側に設けられ、外側面の少なくとも一部が前記音響整合層の内部に固定される構造部材と、を備え、前記構造部材は、外側面の一部であって、前記音響整合層の前記端部により形成される空隙を径方向で含む領域に設けられ、撥水性を有する撥水部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブは、上記発明において、中空円板状をなし、前記音響整合層の長手方向の他方の端部側に設けられ、外側面が前記音響整合層の内部に固定される第２の構造部材をさらに備え、前記第２の構造部材は、外側面の一部であって、前記空隙を径方向で含む領域に設けられ、撥水性を有する撥水部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブは、上記発明において、前記撥水部は、撥水コーティング処理が施された表面、または表面粗さ構造を有する表面からなることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブは、上記発明において、前記撥水コーティング処理は、フッ素コーティング処理、または疎水性シリカ粒子コーティング処理であることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブは、上記発明において、前記表面粗さ構造は、二重粗さ構造であることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブは、上記発明において、前記撥水部は、前記空隙によって外部に露出する領域に形成されることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブは、上記発明において、前記構造部材は、前記撥水部が形成された部分以外の外側面が、接着剤を介して前記音響整合層に接着されることを特徴とする。

本発明によれば、ラジアル型の超音波振動子の音響性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る超音波内視鏡の挿入部の先端構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の構成を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。 図１６は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。

以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。

超音波内視鏡２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する超音波振動子を有する。超音波振動子の構成については、後述する。

超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や、呼吸器の撮像を行うことが可能である。また、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を、超音波を用いて撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、光学撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。

超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルケーブル２３と、コネクタ２４とを備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられる超音波振動子１０を有する硬性部材２１１と、硬性部材２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３とを備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処置具用挿通路が形成されている。

超音波振動子１０は、ラジアル振動子である。超音波振動子１０は、複数の圧電素子が周方向に配列され、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させる。超音波振動子１０の構成については、後述する。

図２は、本実施の形態に係る超音波内視鏡の挿入部の先端構成を模式的に示す斜視図であって、硬性部材２１１の構成を示す図である。硬性部材２１１は、先端側に設けられる超音波振動子１０と、超音波振動子１０の基端側に設けられ、傾斜面を有する基端部２１１ａと、を有する。また、硬性部材２１１は、バルーンを係止可能なバルーン係止部２１１ｂが先端に形成されている。基端部２１１ａは、照明光を集光して外部に出射する照明レンズ２１１ｃと、撮像光学系の一部をなし、外部からの光を取り込む対物レンズ２１１ｄと、挿入部２１内に形成された処置具用挿通路に連通し、挿入部２１の先端から処置具を突出させる処置具突出口２１１ｅと、を有する。

図３は、本実施の形態に係る超音波振動子の構成を説明する図であって、図２に示すＡ−Ａ線に応じた断面を示す図である。超音波振動子１０は、角柱状をなし、長手方向を揃えて周方向に沿って並べられてなる複数の圧電素子１１と、圧電素子１１の内周面側にそれぞれ設けられる複数の第１音響整合層１２と、第１音響整合層１２の圧電素子１１と接する側と反対側（外側面側）に設けられる略筒状の第２音響整合層１３と、第２音響整合層１３の第１音響整合層１２と接する側と反対側に設けられる音響レンズ１４と、圧電素子１１の第１音響整合層１２と接する側と反対側に設けられるバッキング材１５と、超音波振動子１０の形状を維持するために設けられる中空円板状をなす構造部材１６と、を有する。なお、本実施の形態では、第１音響整合層１２が、圧電素子１１ごとに設けられるとともに、第２音響整合層１３および音響レンズ１４が、複数の圧電素子１１および第１音響整合層１２を一括して覆っている。さらに、本実施の形態では、バッキング材１５が圧電素子１１間に充填される構成をなしている。超音波振動子１０は、一つの圧電素子１１を出力単位とするものであってもよいし、複数の圧電素子１１を出力単位とするものであってもよい。

超音波振動子１０は、複数の圧電素子１１および第１音響整合層１２を配列したシート状の第２音響整合層１３を、圧電素子１１が内周側となるように巻いて筒状に変形させて構造部材１６を配設後、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の圧電素子１１の配列方向の両端部により形成された空隙に接着剤を塗布して接着し、バッキング材１５を充填することによって作製される。超音波振動子１０の製造方法の詳細については、後述する。

圧電素子１１は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。圧電素子１１には、バッキング材１５側の主面に信号入出力用の電極１１ａが設けられているとともに、圧電素子１１の第１音響整合層１２側の主面にグランド接地用の電極１１ｂが設けられている（図４等参照）。各電極１１ａ，１１ｂは、導電性を有する金属材料または樹脂材料を用いて形成される。また、圧電素子１１は、電極１７ａを介して基板１７と電気的に接続している。

圧電素子１１は、ＰＺＴセラミック材料、ＰＭＮ−ＰＴ単結晶、ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶、ＰＺＮ−ＰＴ単結晶、ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶またはリラクサー系材料を用いて形成される。ＰＭＮ−ＰＴ単結晶は、マグネシウム・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＭＮ−ＰＺＴ単結晶は、マグネシウム・ニオブ酸鉛およびチタン酸ジルコン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＺＮ−ＰＴ単結晶は、亜鉛・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。ＰＩＮ−ＰＺＮ−ＰＴ単結晶は、インジウム・ニオブ酸鉛、亜鉛・ニオブ酸鉛およびチタン酸鉛の固溶体の略称である。リラクサー系材料は、圧電定数や誘電率を増加させる目的でリラクサー材料である鉛系複合ペロブスカイトをチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に添加した三成分系圧電材料の総称である。鉛系複合ペロブスカイトは、Ｐｂ（Ｂ１、Ｂ２）Ｏ_３で表され、Ｂ１はマグネシウム、亜鉛、インジウムまたはスカンジウムのいずれかであり、Ｂ２はニオブ、タンタルまたはタングステンのいずれかである。これらの材料は、優れた圧電効果を有している。このため、小型化しても電気的なインピーダンスの値を低くすることができ、圧電素子１１に設けられる薄膜電極との間のインピーダンスマッチングの観点から好ましい。

第１音響整合層１２および第２音響整合層１３は、圧電素子１１と観測対象との間で音（超音波）を効率よく透過させるために、圧電素子１１と観測対象との間の音響インピーダンスをマッチングさせる。第１音響整合層１２および第２音響整合層１３は、互いに異なる材料からなる。第１音響整合層１２には、電極１１ｂと電気的に接続する電極１２ａが形成されている。なお、本実施の形態１では、二つの音響整合層（第１音響整合層１２および第２音響整合層１３）を有するものとして説明するが、圧電素子１１と観測対象との特性により一層としてもよいし、三層以上としてもよい。

音響レンズ１４は、シリコーン、ポリメチルペンテンや、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミドなどを用いて形成され、一方の面が凸状または凹状をなして超音波を絞る機能を有し、音響整合層を通過した超音波を外部に出射する、または外部からの超音波エコーを取り込む。音響レンズ１４についても、任意に設けることができ、当該音響レンズ１４を有しない構成であってもよい。

バッキング材１５は、圧電素子１１の動作によって生じる不要な超音波振動を減衰させる。バッキング材１５は、減衰率の大きい材料、例えば、アルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂や、上述したフィラーを分散したゴムを用いて形成される。

構造部材１６は、複数の第１音響整合層１２が形成する円の径、または複数の基板１７の内周面が形成する円の径に応じた外径を有する中空円板状をなす。具体的には、構造部材１６は、第２音響整合層１３の周方向のなす平面と直交する方向（長手方向）の一端側に設けられる第１構造部材１６Ａと、第２音響整合層１３の長手方向の他端側に設けられる第２構造部材１６Ｂ（図６参照）とからなる。第１構造部材１６Ａは、複数の第１音響整合層１２が形成する円の径に応じた外径を有する中空円板状をなし、一方の表面が、銅箔等の導電性材料で覆われている。第２構造部材１６Ｂは、複数の基板１７の内周面が形成する円の径に応じた外径を有する中空円板状をなす。

また、構造部材１６の外側面の一部であって、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の端部の接着部分（空隙）に対向する外側面には、フッ素コーティング処理が施されてなる撥水部（１６ａ，１６ｂ、図６参照）が形成されている。

以上の構成を有する超音波振動子１０は、パルス信号の入力によって圧電素子１１が振動することで、第１音響整合層１２、第２音響整合層１３および音響レンズ１４を介して観測対象に超音波を照射する。この際、圧電素子１１において、第１音響整合層１２、第２音響整合層１３および音響レンズ１４の配設側と反対側は、バッキング材１５により、圧電素子１１の振動が減衰され、圧電素子１１の振動が伝わらないようになっている。また、観測対象から反射された超音波は、第１音響整合層１２、第２音響整合層１３および音響レンズ１４を介して圧電素子１１に伝えられる。伝達された超音波により圧電素子１１が振動し、圧電素子１１が該振動を電気的なエコー信号に変換して、エコー信号として図示しない配線を介して超音波観測装置３に出力する。

図１に戻り、操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等からの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２とを備える。また、操作部２２には、処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。

ユニバーサルケーブル２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、および光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。

コネクタ２４は、ユニバーサルケーブル２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１、ビデオケーブル４１、および光ファイバケーブル６１がそれぞれ接続される第１〜第３コネクタ部２４１〜２４３を備える。

超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１（図１参照）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。

内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１（図１参照）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。

表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。

光源装置６は、光ファイバケーブル６１（図１参照）を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。

続いて、上述した超音波振動子１０の製造方法について、図４〜１５を参照して説明する。まず、複数の圧電素子１１および第１音響整合層１２等の形成を形成するための成形用部材（後述する成形用部材１００）を作製する処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、複数の圧電素子１１および第１音響整合層１２等の形成を説明する図である。

まず、圧電素子１１を構成する材料を用いて形成された長方体状の圧電素子用母材１１０の対向する主面に、電極１１ａを構成する材料を用いて形成された第１薄膜１１０ａ、および電極１１ｂを構成する材料を用いて形成された第２薄膜１１０ｂをそれぞれ積層する。その後、この圧電素子用母材１１０と、基板１７を構成する材料を用いて形成された基板用母材１７０とを並べて、電極１７ａを構成する材料を用いて形成された電極用材料１７０ａによって接続する。圧電素子用母材１１０と基板用母材１７０とを並べた状態で、第２薄膜１１０ｂの圧電素子用母材１１０側と反対側に、第１音響整合層１２（電極１２ａを構成する材料１２０ａを含む）を構成する材料を用いて形成された第１音響整合層用母材１２０を積層し、第１音響整合層用母材１２０の第２薄膜１１０ｂ側と反対側に、シート状の第２音響整合層１３を積層する。上述した積層処理により、図４に示す成形用部材１００を作製する。

その後、成形用部材１００に対し、ダイシングソーなどの刃を用いることによって、圧電素子用母材１１０、第１薄膜１１０ａ、第２薄膜１１０ｂ、第１音響整合層用母材１２０を所定のピッチで切断することにより、複数の圧電素子１１（電極１１ａ，１１ｂを含む）および第１音響整合層１２（電極１２ａを含む）を、シート状の第２音響整合層１３上に形成することができる。

図５は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。複数の圧電素子１１および第１音響整合層１２が形成された第２音響整合層１３を、圧電素子１１の配列方向に沿って筒状に変形させると、図５に示すような、内周側に圧電素子１１、外周側に第２音響整合層１３が配置された筒状の構造体１０１を得ることができる。

図６，７は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、構造部材１６の取り付けを説明する図である。筒状に変形させた構造体の内部に構造部材１６を配置することによって、超音波振動子１０の形状を安定化させることができる。図６に示すように、圧電素子１１が表出する側の端部に第１構造部材１６Ａ、基板１７が表出する側の端部に第２構造部材１６Ｂを挿入する。この際、第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂの撥水部１６ａ，１６ｂが、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の端部の接着部分と対向するように、第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂを挿入する。これにより、構造体１０１の両端に、第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂが配置された構造体１０２を得る（図７参照）。構造部材１６に第２音響整合層１３を巻き付けることによって、一括して構造体１０２を作製してもよい。なお、第１構造部材１６Ａは、導電性を有する表面が表出するように配置される。

図８は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、図７に示す矢視Ｂ方向からみた構造体１０２の、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の端部の接着部分を含む一部の構成を示す図である。図９は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、図８に示すＣ−Ｃ線断面に応じた断面図である。

図８に示すように、撥水部１６ａは、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の端部の周方向の両端部により形成される空隙Ｒを含み、第１音響整合層１２の一部と接触している。また、第１音響整合層１２の空隙Ｒを形成する表面の一部であって、第１音響整合層１２の内周側の縁端には、図９に示すように、マスキング材１２ｂが付与されている。マスキング材１２ｂは、例えば、構造体１０１を形成する前、例えば、成形用部材１００を作製した際に、圧電素子１１の積層側の縁端に設けられる。マスキング材１２ｂは、例えば、型取り用のシリコーンゴムを用いて形成されてなる。

また、第１構造部材１６Ａは、構造体１０２の外側からすり込むように接着剤Ｇ１を流し込んで固化することによって、第１音響整合層１２に固着される。なお、撥水性の高い撥水部１６ａには接着剤Ｇ１が流れ込まないため、第１構造部材１６Ａと第１音響整合層１２との接着において、接着剤Ｇ１は、撥水部１６ａには配設されない。すなわち、第１構造部材１６Ａは、円板の側面のうち、撥水部１６ａが形成されている部分以外の側面において、第１音響整合層１２に接着されている。ここでいう側面とは、最も面積が大きい面（主面）と異なる面のことをいう。

図１０は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の空隙Ｒに接着剤Ｇ２を設けた構成を示す図である。図１０は、図７に示す矢視Ｂ方向に対応する図である。図１０に示すように、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の空隙Ｒに、液状の接着剤Ｇ２を流し込んで固化することにより、第１音響整合層１２および第２音響整合層１３の周方向の端部同士を固着する。この際、第１音響整合層１２には、マスキング材１２ｂが付与されているため、液状の接着剤Ｇ２が、圧電素子１１側に流れ込むことはない。

ここで、構造部材１６Ａに撥水部１６ａを設けない場合、接着剤Ｇ２により形成される構造部材１６Ａと第１音響整合層１２との間の隙間に、毛細管現象によって接着剤Ｇ２が隣接する圧電素子１１の間に流れ込んでしまうおそれがあった。これに対して、本実施の形態では、構造部材１６Ａに撥水部１６ａを設けたため、上述した隙間が生じた場合であっても、撥水作用により毛細管現象が起こらず、接着剤Ｇ２が圧電素子１１間に流れ込んでしまうことはない。

図１１は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、バッキング材１５の充填前の構造体１０２を示す図である。図１２は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、バッキング材１５の充填後の構造体１０３を示す図である。図１１に示す構造体１０２に対し、構造部材１６により形成される空間内にバッキング材１５を構成する液状のバッキング材用材料を流し込んで、該バッキング材用材料を固化することよって、圧電素子１１の第１音響整合層１２側と反対側、および圧電素子１１間にバッキング材１５を形成する。

このとき、上述したように、圧電素子１１間に接着剤Ｇ２が流れ込んでいないため、圧電素子１１間にバッキング材１５を流し込んで充填することができる。

図１３は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。バッキング材１５を形成後、第１構造部材１６Ａの表面と、電極１２ａとを電気的に接続する導電性部材１８を設ける。これにより、電極１２ａを、第１構造部材１６Ａを介して外部の回路（例えばグランド）と電気的に接続することができる。

図１４は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、音響レンズ１４の取り付けを説明する図である。構造体１０２にバッキング材１５および導電性材料１８を設けて構造体１０３を作製した後、図１４に示すように、第２音響整合層１３の外側面に対して音響レンズ１４を設けることにより、構造体１０４を作製する。

図１５，１６は、本発明の実施の形態に係る超音波振動子の製造方法を説明する図であって、構造体１０４への配線部材７０の取り付けを説明する図である。構造体１０４を作製後、図１５に示すように、構造体１０４の一方の開口部側であって、基板１７が設けられている側から、略円筒状の配線部材７０を挿入する。この配線部材７０は、円筒状をなす円筒部７１と、その一端に設けられ、外周の径が円筒部７１よりも大きい環状の鍔部７２と、を有する。鍔部７２の表面には、表面に数十から数百の電極パッド７２ａが形成されたプリント配線板７２ｂが設けられている。

円筒部７１の内部には、ケーブル７２１の束が挿通され、そのケーブル７２１の一端は、各電極パッド７２ａと半田付けされている（電極パッド７２ａの内側（環の中心方向）にケーブル７２１を半田付けして結線する）。なお、ケーブル７２１は、通常はノイズ低減のために同軸ケーブルが用いられる。

円筒部７１は、絶縁体材料（例えば、エンジニアリングプラスチック）を用いて形成され、表面が導電体（金属薄膜）でメッキされている。絶縁体材料としては、例えば、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンオキサイド、エポキシ樹脂などが挙げられる。なお、円筒部７１の表面には、内周面から外周面に向けて貫通する孔７１ａが形成されている。配線部材７０に挿通されたケーブル束から伸びているグランド線７１ｂが孔７１ａから延出し、円筒部７１の外側面にメッキされた金属薄膜に接合されている。

こうしてケーブル７２１を結線した配線部材７０を構造体１０４に挿入すると、構造体１０４の第２構造部材１６Ｂに鍔部７２が当接し、配線部材７０が構造体１０４の内部で位置決めされる。

配線部材７０が挿入されて位置決めされた後、図１６に示すように、電極パッド７２ａの外周側部分（環の外周方向の電極パッド部分）と、基板１７の電極１７ａとをワイヤー７２２を用いて結線する。このようにして、ケーブル７２１に電気的に接続した超音波振動子１０を得ることができる。その後は、バルーン係止部２１１ｂを取り付けて、基端部２１１ａとともに硬性部材２１１を作製する。

以上説明した本実施の形態によれば、超音波振動子１０の第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂにおいて、筒状をなす音響整合層の周方向の端部により形成される空隙Ｒに応じて撥水部１６ａ，１６ｂを形成し、接着剤Ｇ２によって形成される構造部材１６と第１音響整合層１２との隙間における毛細管現象を抑制するようにしたので、圧電素子１１間への接着剤Ｇ２の流入を防止して、圧電素子１１間にバッキング材１５が充填されるため、ラジアル型の超音波振動子の音響性能の低下を抑制することができる。

また、上述した実施の形態において、音響整合層の端部の接着部分に対して、毛細管現象を抑制可能な最小の領域で撥水部１６ａ，１６ｂを設けるようにすれば、第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂの撥水部１６ａ，１６ｂ以外の部分において、接着剤Ｇ１を塗布可能な領域を大きく確保できるため、構造部材１６を第１音響整合層１２、または基板１７に対して、一層強固に固着することができる。このため、構造部材１６の外側面において、撥水部の形成領域は、撥水部以外の領域よりも小さいことが好ましい。撥水部１６ａ，１６ｂは、少なくとも音響整合層の端部間に応じて配置され、可能な限り小さい領域であることがさらに好ましい。

また、上述した実施の形態では、フッ素コーティングによる薄膜を用いて撥水部１６ａ，１６ｂを形成するようにしたので、撥水シールなどによる撥水処理と比して、構造部材１６の径方向の長さを小さくすることができる。

（実施の形態の変形例）
上述した実施の形態では、撥水部１６ａ，１６ｂをフッ素コーティングにより形成するものとして説明したが、構造部材１６に対して超撥水処理を施すことができれば、この限りでない。例えば、疎水性シリカコーティングとしてもよいし、二重粗さ構造としてもよい。二重粗さ構造とは、具体的には、ナノメートルサイズの突起を含むマイクロメートルサイズの複数の突起（凹凸形状）を有する表面粗さ構造である。フッ素コーティングや疎水性シリカコーティングなどの撥水コーティングは、二重粗さ構造と比して製造が容易で比較的低コストである一方、二重粗さ構造とすれば、撥水コーティングと比して撥水性を高めることができる。なお、「超撥水」とは、水滴を保持する面に対して１５０°を超える接触角で水滴が接する現象のことをいう。

また、上述したマスキング材１２ｂに代えて、フッ素コーティング、疎水性シリカコーティング、二重粗さ構造などの超撥水処理を施してもよい。

また、上述した実施の形態では、二つの構造部材（第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂ）を有するものとして説明したが、第１構造部材１６Ａおよび第２構造部材１６Ｂのうち、いずれか一方のみを有するものであってもよい。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態および変形例によってのみ限定されるべきものではない。本発明は、以上説明した実施の形態および変形例には限定されず、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。また、実施の形態および変形例の構成を適宜組み合わせてもよい。

また、超音波プローブとして、光学系のない細径の超音波ミニチュアプローブを適用してもよい。超音波ミニチュアプローブは、通常、胆道、胆管、膵管、気管、気管支、尿道、尿管へ挿入され、その周囲臓器（膵臓、肺、前立腺、膀胱、リンパ節等）を観察する際に用いられる。

また、超音波プローブとして、被検体の体表から超音波を照射する体外式超音波プローブを適用してもよい。体外式超音波プローブは、通常、腹部臓器（肝臓、胆嚢、膀胱）、乳房（特に乳腺）、甲状腺を観察する際に用いられる。

以上のように、本発明にかかる超音波プローブは、ラジアル型の超音波振動子の音響性能の低下を抑制するのに有用である。

１ 内視鏡システム
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 内視鏡観察装置
５ 表示装置
６ 光源装置
１０ 超音波振動子
１１ 圧電素子
１２ 第１音響整合層
１３ 第２音響整合層
１４ 音響レンズ
１５ バッキング材
１６ 構造部材
１６Ａ 第１構造部材
１６Ｂ 第２構造部材
１６ａ，１６ｂ 撥水部
１７ 基板
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルケーブル
２４ コネクタ
３１ 超音波ケーブル
４１ ビデオケーブル
６１ 光ファイバケーブル

Claims (8)

1. シート状の部材の端部同士を接着剤により接着した筒状をなし、超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、
   前記音響整合層の内周面側に周方向に沿って配列され、電気信号の入力に応じて超音波を出射するとともに、外部から入射した超音波をエコー信号に変換する複数の圧電素子と、
   円板状をなし、前記音響整合層の周方向のなす面と直交する長手方向の少なくとも一方の端部側に設けられ、外側面の少なくとも一部が前記音響整合層の内部に固定される構造部材と、
   を備え、
   前記構造部材は、外側面の一部であって、前記音響整合層の前記端部により形成される空隙を径方向で含む領域に設けられ、撥水性を有する撥水部
   を有することを特徴とする超音波プローブ。
2. 円板状をなし、前記音響整合層の長手方向の他方の端部側に設けられ、外側面が前記音響整合層の内部に固定される第２の構造部材
   をさらに備え、
   前記第２の構造部材は、外側面の一部であって、前記空隙を径方向で含む領域に設けられ、撥水性を有する撥水部
   を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記撥水部は、撥水コーティング処理が施された表面からなることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
4. 前記撥水コーティング処理は、フッ素コーティング処理、または疎水性シリカ粒子コーティング処理であることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
5. 前記撥水部は、ナノメートルサイズの突起を含むマイクロメートルサイズの複数の突起を有する二重粗さ構造であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
6. 前記撥水部は、前記空隙によって外部に露出する領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
7. 前記構造部材は、前記撥水部が形成された部分以外の外側面が、接着剤を介して前記音響整合層に接着されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
8. 圧電素子用母材に音響整合層用母材を積層することで成形用部材を作成する積層処理工程と、
   前記成形用部材を所定のピッチで切断して、圧電素子および音響整合層を形成する切断工程と、
   内周側に前記圧電素子が配置されるように変形させることで筒状の第１の構造体を形成する形成工程と、
   撥水性を有する撥水部が外周面の一部に形成された円板状の構造部材を、該撥水部が前記第１の構造体の端部に対向するよう、前記筒状の構造体に挿入することで、前記構造部材が配置された第２の構造体を作成する組付工程と、
   前記第２の構造体における前記第１の構造体と前記構造部材との間に接着剤を流すことによって、前記撥水部を除く前記構造部材の外周面を、前記第１の構造体に接着する接着工程と、
   を含むことを特徴とする超音波プローブの製造方法。

Images