JPWO2016170961A1 - 超音波振動子、超音波プローブおよび超音波振動子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る内視鏡システム1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。
図13は、本実施の形態1の変形例1に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、超音波振動子7が、一つのバッキング材(バッキング材75)のみを備えるものとして説明したが、本変形例1では、二つのバッキング材を備える。図13に示すように、上述した超音波振動子7の構成において、第1音響整合層72に中空角柱状をなす壁部92を立設し、該壁部92のなす中空空間に第2バッキング材75aを充填することにより超音波振動子7aを作製する。壁部92は、圧電素子71、バッキング材75、第1電極76、第2電極77、導電性薄膜78および封止部79からなる複数の発振部を取り囲む。第2バッキング材75aは、壁部92と複数の発振部とが形成する中空空間に設けられる。
図14は、本実施の形態1の変形例2に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、超音波振動子7が、平板状をなす第1電極76を備えるものとして説明したが、本変形例2では、超音波振動子7bが、第1電極76の導電性薄膜78と接触する側に、肉厚部76aを備える。
図17は、本実施の形態1の変形例3に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した変形例2では、超音波振動子7bが、肉厚部76aを有する第1電極76を備えるものとして説明したが、本変形例3では、超音波振動子7cが、対向する側面でそれぞれ露出する第1電極76bおよび第2電極77aを備える。
図19は、本実施の形態1の変形例4に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、超音波振動子7が、切断により形成されるスリットが一様な幅であるものとして説明したが、本変形例4のように、スリットが、FPC基板80側に向けて幅が大きくなるような略V字状をなすものであってもよい。本変形例4によれば、FPC基板80側の溝幅を広げることで、コンベックス型振動子やラジアル型振動子の作製時、切断した積層体を湾曲させた後の第2バッキング材の注型作業がしやすくなる。
図20は、本実施の形態1の変形例5に係る超音波振動子の要部の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、超音波振動子7が、切断により形成されるスリットが一様な幅であるものとして説明したが、本変形例5のように、スリットが、FPC基板80側に向けて幅が大きくなる段付き形状をなすものであってもよい。
図21は、本実施の形態1の変形例6に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態1では、バッキング材75が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例6に係る超音波振動子7dのように、FPC基板80を保持する側の面の外縁が面取りされたバッキング材75bであってもよい。この面取りによって導電性薄膜78の損傷を抑制することができる。
図22は、本実施の形態1の変形例7に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態1では、バッキング材75が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例7に係る超音波振動子7eのように、FPC基板80を保持する側に向けて幅が小さくなるような側面視で台形状をなすバッキング材75cであってもよい。
図23は、本実施の形態1の変形例8に係る超音波振動子の構成を示す模式図であって、成形用部材の構成を示す図である。上述した実施の形態1では、バッキング材75が、角柱状をなすものとして説明したが、本変形例7に係る超音波振動子7fのように、FPC基板80を保持する側の面が曲面をなすバッキング材75dであってもよい。
図24は、本実施の形態1の変形例9に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、FPC基板80がバッキング材75に埋め込まれ、導電性薄膜78により第1電極76と接続するものとして説明したが、本変形例9に係る超音波振動子7gのように、FPC基板80をバッキング材75の側面に配置して、第1電極76とFPC基板80の分割後のベタ部81とを直接接続するようにしてもよい。この場合、第1電極76とFPC基板80との接続部分に封止部79aが形成される。
図25は、本実施の形態1の変形例10に係る超音波振動子の製造方法を説明する図である。図26は、本実施の形態1の変形例10に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、1Dアレイを例に説明したが、超音波振動子の走査方向(1Dアレイにおける圧電素子の配列方向であって、成形用部材700を分割してなる圧電素子の配列方向)と略直交する方向(エレベーション方向)に複数の圧電素子(発振部)が配列される1.25Dアレイや1.5Dアレイ、1.75Dアレイなどであっても適用できる。なお、コンベックス型の超音波振動子においては、圧電素子の配列方向に沿った球面に沿った方向であって、走査方向と直交する方向に複数の圧電素子(発振部)が配列されるものとする。例えば、図25に示す1.25Dアレイの超音波振動子の製造方法では、上述したような成形用部材を三つ、例えば、異なるFPC基板80a〜80cにそれぞれ接続する第1成形用部材701、第2成形用部材702および第3成形用部材703を設けて、ダイシングソー100の移動方向に配列した後、ダイシングソー100を用いて切断経路C4に沿って各々分割することより、図26に示すようなエレメント70a〜70cを有する1.25Dアレイの超音波振動子7hを作製することができる。
図27は、本実施の形態2に係る超音波振動子の構成を示す模式図である。上述した実施の形態1では、第2電極77が第1音響整合層72に設けられたグラウンド電極72aと接続するものとして説明したが、本実施の形態2では、第2電極77が、FPC基板80に形成されたグラウンドパターン83と電気的に接続する。
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
7〜7i 超音波振動子
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
70 エレメント
71 圧電素子
72 第1音響整合層
73 第2音響整合層
74 音響レンズ
75 バッキング材
75a 第2バッキング材
76,76b 第1電極
76a 肉厚部
77,77a 第2電極
78 導電性薄膜
78a 第2導電性薄膜
79 封止部
80,80a〜80c FPC基板
92 壁部
101 加工治具
100 ダイシングソー
211 硬性部材
212 湾曲部
213 可撓管部
221 湾曲ノブ
222 操作部材
223 処置具挿入口
241 第1コネクタ部
242 第2コネクタ部
243 第3コネクタ部
700,700A 成形用部材
710,711 圧電素子用母材
720 第1音響整合層用母材
750,751 バッキング材用母材
760,762,764 第1薄膜
761,763 凸部
770,771 第2薄膜
781 第3薄膜
782 めっき皮膜
783 第4薄膜
784 第5薄膜
785 第2めっき皮膜
790 封止用部材
Claims (15)
- 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電気信号に変換する複数の圧電素子と、
各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板と、
前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極と、
前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材と、
前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止する複数の封止部と、
を備え、
前記複数の圧電素子、前記複数のバッキング材、前記基板の一部、前記複数の信号入出力用電極および前記複数の封止部は、当該圧電素子、当該バッキング材、当該基板、当該信号入出力用電極および当該封止部をそれぞれ構成する複数の材料を積層して形成される成形用部材を、該積層方向に沿って分割してなる
ことを特徴とする超音波振動子。 - 前記圧電素子、前記バッキング材、前記信号入出力用電極、および前記封止部を少なくとも有する複数の発振部を取り囲む壁部と、
前記壁部と前記複数の発振部とが形成する中空空間に設けられ、前記超音波振動を減衰させる第2のバッキング材と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の超音波振動子。 - 前記信号入出力用電極は、前記電気的な経路の一部をなす肉厚部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波振動子。
- 前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の超音波振動子。
- 前記基板の一部は、前記バッキング材に保持され、
前記接続電極は、前記バッキング材の側面を介して前記基板に接続することを特徴とする請求項4に記載の超音波振動子。 - 前記接続電極は、物理蒸着法により形成された薄膜と、湿式めっきにより形成されためっき皮膜と、からなることを特徴とする請求項4または5に記載の超音波振動子。
- 前記基板の一部は、前記バッキング材に埋設されていることを特徴とする請求項5に記載の超音波振動子。
- 前記基板の一部は、前記バッキング材の側面に沿って設けられることを特徴とする請求項5に記載の超音波振動子。
- 前記信号入出力用電極と対をなす第2の電極と、
前記圧電素子の前記バッキング材が配設される側と反対側に設けられ、前記超音波の音響インピーダンスを調整する音響整合層と、
をさらに備え、
前記第2の電極は、前記音響整合層と前記圧電素子との間に設けられた導電性樹脂を介してグラウンド電位に接地される
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波振動子。 - 前記複数の圧電素子は、前記成形用部材を分割してなる走査方向と、該走査方向と略直交するエレベーション方向と、に配列されることを特徴とする請求項1に記載の超音波振動子。
- 請求項1〜10のいずれか一つに記載の超音波振動子を先端に備えたことを特徴とする超音波プローブ。
- 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電気信号に変換する複数の圧電素子、各圧電素子に対して電気信号を入出力する基板の一部、前記圧電素子と前記基板との間に設けられ、電気的に接続する複数の信号入出力用電極、および前記複数の圧電素子の前記信号入出力用電極が配設される側に設けられ、該複数の圧電素子の動作によって発せられる超音波振動を減衰させる複数のバッキング材をそれぞれ構成する複数の材料を積層して積層部材を作製する積層部材作製工程と、
前記積層部材に対して、前記基板と前記信号入出力用電極とを接続する電気的な経路の少なくとも一部の外表面を封止することにより成形用部材を作製する成形用部材作製工程と、
前記成形用部材作製工程で作製された前記成形用部材を、該成形用部材の積層方向に沿って分割することにより、前記圧電素子、前記バッキング材、前記基板の一部、前記信号入出力用電極および前記封止部を成形する成形工程と、
を含むことを特徴とする超音波振動子の製造方法。 - 前記積層部材作製工程は、前記基板および前記信号入出力用電極にそれぞれ接続し、前記電気的な経路を形成する接続電極を成形するための接続電極用部材を配設する接続電極用部材配設工程を含む
ことを特徴とする請求項12に記載の超音波振動子の製造方法。 - 前記接続電極用部材配設工程は、
物理蒸着法によって、前記電気的な経路に応じた外表面に薄膜を形成する第1工程と、
湿式めっきにより前記薄膜の外表面にめっき皮膜を形成する第2工程と、
を含むことを特徴とする請求項13に記載の超音波振動子の製造方法。 - 前記成形用部材は、前記圧電素子、前記信号入出力用電極、前記バッキング材の順に各々を構成する材料が積層され、前記バッキング材に前記基板が保持されてなり、
前記成形工程は、
前記圧電素子から前記基板に向けて分割により形成される隣接部材との距離が大きくなるように、前記成形用部材を切削することを特徴とする請求項12に記載の超音波振動子の製造方法。
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