JPH10308997A - 超音波振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子に接続するグランド線や信号線等の
導体の接続部の高さを抑え、かつ、導体接続時の作業性
を向上させる。 【解決手段】 超音波振動子は、複数の素子に分割され
て直線状に配列された圧電体１を有して構成され、圧電
体１の対向する面に表面電極２と裏面電極３が設けられ
ている。圧電体１の表面電極２にはグランド線となる共
通導体４が電気接続され、裏面電極３にはフレキシブル
プリント基板５が取り付けられて基板上の導電パターン
が電気接続されている。圧電体１における共通導体４の
接続部には、導体設置溝８が設けられ、この導体設置溝
８内に共通導体４が収納されて半田等の導電体９で埋め
られており、共通導体４が表面電極２に導通して各素子
の電極を接続するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置等
に用いられる超音波振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療分野においては、超音波振動子から
生体組織内に超音波パルスを繰り返し送信し、生体組織
から反射される超音波パルスのエコーを、同一あるいは
別体に設けた超音波振動子で受信して、この超音波パル
スを送受信する方向を徐々にずらすことによって、生体
内の複数の方向から収集した情報を可視像の超音波断層
画像として表示する超音波診断装置が、従来より種々提
案されている。

【０００３】このような超音波診断装置などに用いられ
る超音波振動子として、複数の素子を配列した電子走査
方式の振動子では、実開昭５８−８６５６４号公報等に
開示されているように、従来は圧電素子をダイシングに
より複数の素子に分割した後、これらの素子の表面電極
上にグランド線を配置して各素子の表面電極に半田付け
等で接続し、その上に整合層を介して音響レンズを配設
するような構造が採られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したような従来の
超音波振動子の構成では、圧電素子上に設ける整合層の
厚さを薄くした場合、グランド線及びその接続部の高さ
が弊害となって音響レンズの取り付けに支障をきたすこ
とがあった。また、整合層の厚さに制約を受けるため、
設計上の自由度が小さく、整合層を薄くして所望の寸法
形状に構成することができないという不具合もあった。
さらに、整合層及び音響レンズは圧電素子上に順に積層
しその間を接着剤で接着して取り付けるような構成がと
られるため、音響レンズを取り付けたときに接着層の厚
さにばらつきが生じて組立時に不具合が生じたり音響特
性にばらつきが生じるなどの問題点もあった。また、グ
ランド線は表面電極上に置かれているだけであるので、
半田付け等の接続作業時にグランド線の位置がずれるこ
とがあり、グランド線の位置決め作業が煩雑で作業性が
良くないという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、圧電素子に接続するグランド線や信号線等の導体の
接続部の高さを抑えることができ、かつ、導体接続時の
作業性を向上させることが可能な超音波振動子を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波振動
子は、対向する第１の面および第２の面に電極を有し、
この電極への電気信号の供給により超音波振動するもの
であって、前記第１の面と第２の面の少なくとも一方の
面に溝または切り欠きによる凹部を有する圧電体と、前
記圧電体の凹部に係入して配設され、この凹部近傍の電
極に電気接続されて導通する導体と、を備えたものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係
る超音波振動子の構成を示す斜視図、図２は圧電体の共
通導体接続部を拡大した断面図、図３ないし図８は超音
波振動子の組立手順を示す斜視図である。

【０００８】第１実施形態は、電子走査方式の超音波探
触子に用いられる複数の素子を列状に配設した超音波振
動子の構成例を示したものである。

【０００９】図１に示すように、超音波振動子は、複数
の素子に分割されて直線状に配列された圧電体１を有し
て構成され、圧電体１の対向する面に表面電極２と裏面
電極３が設けられている。圧電体１の表面電極２側には
グランド線となる燐青銅線等の共通導体４が半田付けま
たは導電性接着剤により電気的に接続され、圧電体１の
裏面電極３にはフレキシブルプリント基板５が取り付け
られて基板上の導電パターンが電気的に接続されてい
る。圧電体１の裏面部には弾性体の超音波吸収体６が接
着により取り付けられ、この超音波吸収体６がガラスエ
ポキシ板などからなる硬質の補強体７上に接着固定され
ている。

【００１０】圧電体１は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸
鉛），チタン酸鉛等の圧電セラミックの板状部材からな
り、両面に銀あるいは金の焼き付けまたは蒸着によって
表面電極２，裏面電極３が形成されている。超音波吸収
体６は、フェライト入りのポリクロロプレンゴム，タン
グステン粉末入りのエポキシ樹脂等を直方体状に成形し
たもので構成されている。

【００１１】圧電体１における共通導体４の接続部は、
図２に示すように、導体設置溝８が設けられ、この導体
設置溝８内に共通導体４が収納されて半田等の導電体９
で埋められており、共通導体４が表面電極２に導通して
各素子の電極を接続するような構成となっている。

【００１２】この超音波振動子の部組を組み立てる際に
は、まず、図３に示すように、超音波吸収体６の下部に
補強体７を接着した後、超音波吸収体６の上部に板状の
圧電体１の裏面電極３側をフレキシブルプリント基板５
を取り付けた状態で接着して図３の構造体を形成する。

【００１３】そして、図４に示すように、圧電体１の表
面電極２上の共通導体接続部に相当する位置（この例で
は側端部近傍）に半田等の熱可塑性の導電体９を塗付す
る。このとき、表面電極２上の共通導体接続部以外の部
分は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シートな
どで被覆して導電体９が付着するのを防止する。導電体
９はマスク印刷法により表面電極２上に塗付しても良
い。

【００１４】次に、図５に示すように、導電体９を塗付
した圧電体１の共通導体接続部に導体設置溝８を形成す
る。この導体設置溝８は、ダイヤモンドブレード付きの
ダイシングソー、あるいはレーザなどによって、図２の
ように圧電体１の中間部まで、すなわち共通導体４をほ
ぼ埋設できるような深さまで刻設する。

【００１５】さらに、図６に示すように、圧電体１の表
面からダイシングソーまたはレーザなどによって所定ピ
ッチで超音波吸収体６に達するまで切削して分割溝１０
を形成することにより、圧電体１を分割して複数の素子
を形成する。その後、図７に示すように、複数に分割し
た素子が倒れることを防ぐために、各素子間の分割溝１
０にエポキシ等の樹脂などの充填材１１をほぼ導体設置
溝８の底面の高さまで充填する。

【００１６】前記のように圧電体１の複数素子間に充填
材１１を充填する際には、表面電極２に充填材１１が付
着することがあり、その場合、後から導電体９を塗付し
ようとしても表面電極２に導電体９が付かなくなること
がある。そこで本実施形態では、予め表面電極２の共通
導体接続部に導電体９を塗付した後で、導体設置溝８及
び分割溝１０を形成して素子間に充填材１１を充填する
ようにしている。

【００１７】その後、図８に示すように、共通導体４を
導体設置溝８に係入して設置する。そして、図１に示す
ように、導電体９に熱を加えて溶かして流動状態として
導体設置溝８内に流し込み、導電体９によって表面電極
２と共通導体４を電気的に接続する。

【００１８】以上のように組み立てた超音波振動子の部
組を基に、後の工程は図示しないが、図１の状態から分
割溝１０の上部に圧電体１の表面まで充填材１１を充填
し、共通導体４をフレキシブルプリント基板５に設けた
グランドパターンに接続した後、圧電体１の表面電極２
上に整合層を積層して設け、その上に音響レンズを接着
等で取り付けて超音波探触子を構成していく。

【００１９】本実施形態によれば、圧電体に導体設置溝
を設けて共通導体を配設する構成としたので、共通導体
の位置決めが容易であり、導体接続時の作業性を向上で
きる。また、共通導体は圧電体に埋設される状態となる
ため、共通導体が大きく突出して接続部の高さが高くな
ることもなく、整合層の形成時に規制が生じたり音響レ
ンズの取り付けに支障をきたすことを防止できる。

【００２０】次に、第２実施形態として超音波振動子の
組立手順の他の例を示す。図９ないし図１３は第２実施
形態に係る超音波振動子の組立手順を示す斜視図であ
る。

【００２１】第２実施形態では、圧電体を複数の素子に
分割した後に、導体設置溝を形成して共通導体を接続す
るようにする。

【００２２】まず、図３の第１実施形態と同様に超音波
吸収体６の下部に補強体７を接着して超音波吸収体６の
上部に板状の圧電体１の裏面電極３側を接着した後、図
９に示すように、圧電体１の表面からダイシングソーま
たはレーザなどによって所定ピッチで超音波吸収体６に
達するまで切削して分割溝１０を形成することにより、
圧電体１を分割して複数の素子を形成する。そして、図
１０に示すように、複数に分割した素子が倒れることを
防ぐために、各素子間の分割溝１０にエポキシ樹脂等の
充填材１１を圧電体１の表面とほぼ同一面となる高さま
で充填する。

【００２３】このとき、充填材１１が表面電極２に付着
することがあるが、その場合、表面電極２を砥石等を用
いて研磨する。なお、この研磨により、表面電極２上に
整合層を接着して取り付けるときに整合層と表面電極間
の接着部のアンカー効果が増強され、接着強度が上がっ
て耐性が向上するという効果も得られる。

【００２４】次に、図１１に示すように、ダイシングソ
ーまたはレーザなどによって、圧電体１の共通導体接続
部に圧電体１の中間部に至る深さ、すなわち共通導体４
をほぼ埋設できるような深さまで導体設置溝８を形成す
る。この状態で、図１２に示すように、共通導体４を導
体設置溝８に係入して設置する。そして、図１３に示す
ように、導体設置溝８内に半田または導電性接着剤から
なる導電体９を充填して、導電体９によって表面電極２
と共通導体４を電気的に接続する。

【００２５】このように、圧電体１を複数の素子に分割
した後から導体設置溝８を形成して共通導体４を配設し
電気的に接続するような組立手順としても、第１実施形
態と同様な構成の超音波振動子を形成することができ
る。

【００２６】第２実施形態の組立手順では、圧電体１の
各素子間の分割溝１０に充填材１１を充填する際、充填
高さをあまり気にする必要がないため、第１実施形態よ
りも簡単な作業でまた工程数も少なく超音波振動子を組
み立てることができ、より生産効率を向上させることが
可能である。

【００２７】なお、超音波振動子は上記構成に限らず、
圧電体１の表面電極２側に予め整合層及びフレキシブル
プリント基板を取り付けておき、裏面電極３側に導体設
置溝８を設けて共通導体４を接続した後、超音波吸収体
６及び補強体７を取り付けるような構造としても良い。

【００２８】図１４及び図１５を参照して本発明の第３
実施形態を説明する。図１４は第３実施形態に係る超音
波振動子の上面図、図１５は超音波振動子の内部構成を
示す断面図である。

【００２９】第３実施形態は、機械走査方式の超音波探
触子に用いられる円形の超音波振動子の構成例を示した
ものである。

【００３０】図１５に示すように、超音波振動子は、円
板状の圧電体２１を有して構成され、この圧電体２１の
両面にはそれぞれ表面電極２２，裏面電極２３が形成さ
れている。圧電体２１の裏面電極２３側には、タングス
テン粉末入りのエポキシ樹脂，フェライト入りのポリク
ロロプレンゴム等からなる超音波吸収体２４が設けら
れ、この超音波吸収体２４の外周には円筒状の樹脂製の
絶縁体２５が配設され、圧電体２１の外周部を保持して
いる。

【００３１】絶縁体２５の外周には、超音波振動子の側
部外面を覆うように金属製のハウジング２６が設けられ
ている。また、超音波吸収体２４の下部にはエポキシ樹
脂等からなる絶縁層２７が設けられ、絶縁層２７の下端
部には裏蓋２８が設けられて超音波振動子の下面が覆わ
れている。

【００３２】絶縁層２７の側部からは同軸ケーブル等か
らなる信号ケーブル２９が延出しており、信号ケーブル
２９の芯線３０が信号線として圧電体２１の裏面電極２
３に半田付け等により接続されている。また図示しない
が、信号ケーブル２９のシールド線がハウジング２６に
接続されている。

【００３３】圧電体２１の表面電極２２側の外周部の一
部には、方形の切り欠きによる導体設置溝３１が設けら
れている。この導体設置溝３１内にはグランド線となる
導線３２の一端が係入して配置され、半田または導電性
接着剤からなる導電体３３が充填されており、導電体３
３によって表面電極２２と導線３２とが電気的に接続さ
れている。導線３２の他端は、ハウジング２６の外表面
に半田付け等によって電気的に接続されて固定されてお
り、圧電体２１の表面電極２２が導線３２，ハウジング
２６を介して信号ケーブル２９のシールド線に導通して
いる。

【００３４】圧電体２１の表面電極２２の上面には、エ
ポキシ樹脂等からなる音響レンズ３４が設けられてい
る。この音響レンズ３４の超音波出射面には、所定の球
面曲率（以下、ＳＲと記す）を持った凹面が形成されて
いる。

【００３５】このように構成された超音波振動子を組み
立てる際には、圧電体２１，絶縁体２５，ハウジング２
６を組み付けて信号ケーブル２９と導線３２の接続作業
を行った後、超音波吸収体２４，絶縁層２７を充填して
裏蓋２８を被せると共に、音響レンズ３４の設置作業を
行う。

【００３６】第３実施形態によれば、圧電体に導体設置
溝を設けてグランド用の導体を配設する構成としたの
で、第１実施形態と同様に導体の位置決めが容易で組立
作業性を向上できると共に、導体は圧電体の表面電極よ
り大きく突出しないため、導体の高さが邪魔になって音
響レンズの配設に支障をきたしたり音響レンズの凹面の
形成時にＳＲの寸法精度が確保できなくなるなどの不具
合を防止できる。

【００３７】［付記］ （１） 対向する第１の面および第２の面に電極を有
し、この電極への電気信号の供給により超音波振動する
ものであって、前記第１の面と第２の面の少なくとも一
方の面に溝または切り欠きによる凹部を有する圧電体
と、前記圧電体の凹部に係入して配設され、この凹部近
傍の電極に電気接続されて導通する導体と、を備えたこ
とを特徴とする超音波振動子。

【００３８】（２） 前記圧電体の凹部は前記第１の面
と第２の面の両方に設けられ、これらの凹部にそれぞれ
前記導体が配設されてそれぞれ対応する電極に電気接続
されることを特徴とする付記１に記載の超音波振動子。

【００３９】（３） 前記圧電体の凹部は前記第１の面
と第２の面のいずれか一方に設けられ、この凹部に前記
導体が配設されて対応する電極に電気接続されることを
特徴とする付記１に記載の超音波振動子。

【００４０】（４） 前記圧電体の凹部は、前記第１の
面と第２の面のうち音響レンズが取り付けられる超音波
出射面側に設けられることを特徴とする付記３に記載の
超音波振動子。

【００４１】（５） 対向する第１の面および第２の面
に電極を有し、この電極への電気信号の供給により超音
波振動するものであって、前記第１の面と第２の面のう
ち音響レンズが取り付けられる超音波出射面側に溝また
は切り欠きによる凹部を有する圧電体と、前記圧電体の
凹部に係入して配設され、この凹部近傍の電極に電気接
続されて導通する導体と、を備えたことを特徴とする超
音波振動子。

【００４２】（６） 前記導体は、該超音波振動子が接
続される装置のグランドと前記圧電体の一方の電極とを
導通させるグランド接続用導体であることを特徴とする
付記１または５に記載の超音波振動子。

【００４３】（７） 前記圧電体は分割された複数の素
子からなり、前記導体は、前記複数の素子の一方の電極
を互いに電気接続すると共に、これらの電極と該超音波
振動子が接続される装置のグランドとを導通させるグラ
ンド接続用共通導体であることを特徴とする付記６に記
載の超音波振動子。

【００４４】（８） 対向する第１の面および第２の面
に電極を有し、この電極への電気信号の供給により超音
波振動する圧電体と、前記圧電体の電極に電気接続され
て導通する導体とを有する超音波振動子であって、前記
圧電体の第１の面もしくは第２の面に溝または切り欠き
による凹部を設け、この凹部に前記導体を設置すると共
に、前記凹部を設けた面の電極と前記導体とを導電体を
介して電気接続したことを特徴とする超音波振動子。

【００４５】（９） 前記超音波振動子は、複数の圧電
体を任意の形状に配列した超音波振動子であることを特
徴とする付記１、５、８のいずれかに記載の超音波振動
子。

【００４６】（１０） 前記超音波振動子は、複数の圧
電体を直線状に配列した超音波振動子であることを特徴
とする付記９に記載の超音波振動子。

【００４７】（１１） 前記圧電体は、少なくとも一つ
の円形もしくは矩形の圧電体から成ることを特徴とする
付記１、５、８のいずれかに記載の超音波振動子。

【００４８】（１２） 前記導体は円形断面を有する線
材であることを特徴とする付記１、５、８のいずれかに
記載の超音波振動子。

【００４９】（１３） 前記導体と前記圧電体の電極と
を導電体により電気接続したことを特徴とする付記１ま
たは５に記載の超音波振動子。

【００５０】（１４） 前記導電体は半田であることを
特徴とする付記８または１３に記載の超音波振動子。

【００５１】（１５） 対向する第１の面および第２の
面に電極を有する圧電体において、これらの面の少なく
とも一方の電極上の導体接続部に導電体を塗布する工程
と、前記圧電体の導体接続部に、前記導電体及び電極を
含めて前記圧電体の内部に至る深さまで導体設置溝を形
成する工程と、前記導体設置溝内に導体を設置する工程
と、前記導電体を流動状態にして前記導体設置溝に設置
した導体とこの導体設置溝を設けた面の電極とを電気接
続する工程と、を有する超音波振動子の製造方法。

【００５２】（１６） 対向する第１の面および第２の
面に電極を有する矩形の圧電体において、前記第１の面
もしくは第２の面の電極上の導体接続部に導電体を塗布
する工程と、前記導電体を塗布した圧電体の導体接続部
に、前記導電体及び電極を含めて前記圧電体の内部に至
る深さまで導体設置溝を形成する工程と、前記圧電体を
複数素子に分割する工程と、前記複数素子間に充填材を
充填する工程と、前記導体設置溝内に導体を設置する工
程と、前記導電体を流動状態にして前記導体設置溝に設
置した導体とこの導体設置溝を設けた面の電極とを電気
接続する工程と、を有する超音波振動子の製造方法。

【００５３】（１７） 対向する第１の面および第２の
面に電極を有する矩形の圧電体を複数素子に分割する工
程と、前記複数素子間に充填材を充填する工程と、前記
圧電体の第１の面もしくは第２の面の導体接続部に、前
記電極を含めて前記圧電体の内部に至る深さまで導体設
置溝を形成する工程と、前記導体設置溝内に導体を設置
する工程と、前記導体設置溝に設置した導体とこの導体
設置溝を設けた面の電極とを導電体により電気接続する
工程と、を有する超音波振動子の製造方法。

【００５４】（１８） 前記圧電体の第１の面もしくは
第２の面に超音波吸収体を配設した後、前記圧電体を複
数素子に分割する工程において、前記超音波吸収体配設
面と対向する面側から該圧電体を複数素子に分割するこ
とを特徴とする付記１６または１７に記載の超音波振動
子の製造方法。

【００５５】（１９） 前記圧電体の第１の面もしくは
第２の面に音響整合層を配設した後、前記圧電体を複数
素子に分割する工程において、前記音響整合層配設面と
対向する面側から該圧電体を複数素子に分割することを
特徴とする付記１６または１７に記載の超音波振動子の
製造方法。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電素子に接続するグランド線や信号線等の導体の接続部
の高さを抑えることができ、かつ、導体接続時の作業性
を向上させることが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波振動子の構
成を示す斜視図

【図２】圧電体の共通導体接続部を拡大した断面図

【図３】第１実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図４】第１実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図５】第１実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図６】第１実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図７】第１実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図８】第１実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図９】第２実施形態に係る超音波振動子の組立手順を
示す斜視図

【図１０】第２実施形態に係る超音波振動子の組立手順
を示す斜視図

【図１１】第２実施形態に係る超音波振動子の組立手順
を示す斜視図

【図１２】第２実施形態に係る超音波振動子の組立手順
を示す斜視図

【図１３】第２実施形態に係る超音波振動子の組立手順
を示す斜視図

【図１４】本発明の第３実施形態に係る超音波振動子の
上面図

【図１５】第３実施形態に係る超音波振動子の内部構成
を示す断面図

【符号の説明】

１…圧電体 ２…表面電極 ３…裏面電極 ４…共通導体 ５…フレキシブルプリント基板 ６…超音波吸収体 ７…補強体 ８…導体設置溝 ９…導電体 １０…分割溝 １１…充填材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する第１の面および第２の面に電極
   を有し、この電極への電気信号の供給により超音波振動
   するものであって、前記第１の面と第２の面の少なくと
   も一方の面に溝または切り欠きによる凹部を有する圧電
   体と、 前記圧電体の凹部に係入して配設され、この凹部近傍の
   電極に電気接続されて導通する導体と、 を備えたことを特徴とする超音波振動子。