WO2010044382A1 - 超音波プローブ - Google Patents

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WO2010044382A1
WO2010044382A1 PCT/JP2009/067665 JP2009067665W WO2010044382A1 WO 2010044382 A1 WO2010044382 A1 WO 2010044382A1 JP 2009067665 W JP2009067665 W JP 2009067665W WO 2010044382 A1 WO2010044382 A1 WO 2010044382A1
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WO
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composite piezoelectric
piezoelectric body
type composite
arrangement direction
ultrasonic probe
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PCT/JP2009/067665
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拓也 今橋
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/445—Details of catheter construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic probe comprising a composite piezoelectric material.
  • an ultrasonic probe including an ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic wave to an insertion portion inserted into a body such as a digestive tract is known.
  • a composite piezoelectric body made of a piezoelectric body such as PZT and a resin is known.
  • the composite piezoelectric material is characterized by high electromechanical conversion efficiency and good acoustic matching with a living body as compared with a single piezoelectric material.
  • the composite piezoelectric body is classified into a plurality of forms depending on the combination of the connectivity of the piezoelectric body and the resin. For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-22634 and 6-154208, gaps between a plurality of columnar piezoelectric bodies having one-dimensional connectivity are connected in a three-dimensional manner.
  • a composite piezoelectric material filled with a resin having a property is referred to as a 1-3 type composite piezoelectric material. Electrodes for applying an electric field to the 1-3 type composite piezoelectric material are formed on both main surfaces of the 1-3 type composite piezoelectric material.
  • a configuration is adopted in which wiring is connected to electrodes formed on both main surfaces, particularly electrodes on a piezoelectric body having high adhesion strength by wire bonding or the like.
  • the wiring protrudes from the main surface of the composite piezoelectric body, so that the portion having the composite piezoelectric body is enlarged in the ultrasonic transmission direction. This is not preferable in an ultrasonic probe that is inserted into a body that is required to be miniaturized.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic probe that includes a composite piezoelectric body and can be miniaturized.
  • the ultrasonic probe according to the present invention includes a 2-2 type composite piezoelectric body in which piezoelectric layers and resin layers are alternately arranged, and the piezoelectric layers are disposed at both ends in the arrangement direction, and the 2- A signal electrode disposed on one main surface of the type 2 composite piezoelectric material and extending on one end surface in the arrangement direction of the type 2-2 composite piezoelectric material; and the other side of the type 2-2 composite piezoelectric material And a ground electrode extending on the other end surface in the arrangement direction of the 2-2 type composite piezoelectric material, and one of the signal electrodes in the arrangement direction of the 2-2 type composite piezoelectric material.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section taken along the line III-III in FIG. 2 and illustrating a configuration of a 2-2 type composite piezoelectric body and wiring as viewed from the sound axis direction. It is a figure which shows the structure of 2-2 type
  • the ultrasonic probe 1 of the present embodiment is inserted into a conduit 30a provided in an insertion portion of an endoscope 30 to be inserted into the body of a subject not shown in detail. It is configured as an insertion portion that can be inserted, and can be projected and retracted into the body of the subject via the distal end side opening of the duct 30a.
  • the insertion portion of the ultrasonic probe 1 is a sheath 2 having a cylindrical shape with a closed tip, a flexible shaft 4 rotatably inserted into the sheath 2, and fixed to the tip of the flexible shaft 4 and will be described in detail later.
  • the housing 3 mainly holds the ultrasonic transmission / reception unit 10a.
  • the sheath 2 is filled with an ultrasonic transmission medium 9 such as water or oil.
  • the central axis (axis indicated by A in FIG. 1) along the longitudinal direction of the insertion portion of the ultrasonic probe 1 is referred to as an insertion axis A.
  • the flexible shaft 4 is connected to a rotation driving mechanism such as an electric motor provided in an ultrasonic observation apparatus (not shown) on the proximal end side, and has a role of transmitting the driving force of the rotation driving mechanism to the housing 3. That is, the housing 3 rotates in the sheath 2 together with the flexible shaft 4 with the insertion axis A as the central axis.
  • a rotation driving mechanism such as an electric motor provided in an ultrasonic observation apparatus (not shown) on the proximal end side
  • the ultrasonic transmitting / receiving unit 10a fixed to the housing 3 is configured to be able to transmit an ultrasonic beam of a predetermined frequency band and receive a reflected wave from the living body of the ultrasonic beam. It is electrically connected to the ultrasonic observation apparatus via a coaxial cable 20 (not shown in FIG. 1) disposed in the shaft 4.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 10a is fixed to the housing 3 so as to transmit an ultrasonic beam around a predetermined direction on a plane substantially orthogonal to the insertion axis.
  • the axis (axis indicated by B in FIG. 1) that becomes the center of the ultrasonic beam transmitted by the ultrasonic transmitting / receiving unit 10a is referred to as a sound axis B.
  • the sound axis B is an axis indicating a specific direction with respect to the ultrasonic transmitting / receiving unit 10a, and the sound axis B is obtained by the housing 3 being rotated around the insertion axis A. Also rotate around the insertion axis A.
  • the ultrasonic probe 1 having the schematic configuration described above transmits and receives ultrasonic waves while rotating the ultrasonic transmission / reception unit 10a around the insertion axis A, and is generally referred to as a mechanical scanning ultrasonic miniature probe or the like. Is done.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 10 a is accommodated in an opening 3 a formed on the side surface of the housing 3.
  • the ultrasonic transmitting / receiving unit 10a is fixed in the opening 3a by the sealing resin 7 so that the sound axis B is substantially orthogonal to the insertion axis A.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 10 a includes a 2-2 type composite piezoelectric body 10, a signal electrode 13, a ground electrode 14, a backing material 5, and an acoustic matching layer 6.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 10 is a so-called electromechanical conversion element in which a plurality of substantially flat piezoelectric layers 11 and a plurality of substantially flat resin layers 12 are alternately arranged.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 10 is configured such that the piezoelectric layers 11 are disposed at both ends in the arrangement direction.
  • the piezoelectric layer 11 of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 is arranged so as to effectively generate distortion according to the electric field strength in the vertical direction on the paper surface, that is, the direction along the sound axis B when facing the FIG. It is installed.
  • a pair of surfaces facing in the direction of an electric field that causes distortion in the piezoelectric layer 11 are referred to as main surfaces.
  • the 2-2 type composite piezoelectric element 10 is fixed in the opening 3a of the housing 3 so that the arrangement direction of the piezoelectric layer 11 and the resin layer 12 is along the insertion axis A.
  • the material constituting the piezoelectric layer 11 is not particularly limited as long as it is called a piezoelectric material or an electrostrictive material that generates a strain in response to an electric field.
  • a piezoelectric material or an electrostrictive material that generates a strain in response to an electric field.
  • piezoelectric ceramics such as PZT are applied. Can be done.
  • a pair of electrodes facing each other with the 2-2 type composite piezoelectric body 10 interposed therebetween are disposed on both main surfaces of the 2-2 type composite piezoelectric body 10.
  • Each of the pair of electrodes extends on both end faces facing in parallel with the insertion axis A of the 2-2 type composite piezoelectric element 10.
  • the pair of electrodes in the present embodiment includes a signal electrode 13 to which a signal for applying an electric field to the 2-2 type composite piezoelectric body 10 is input and a ground electrode 14 to be a ground potential.
  • the signal electrode 13 and the ground electrode 14 are thin films made of a conductive material such as metal such as gold or copper, and are formed by a known technique such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
  • the piezoelectric body is known to have higher adhesion strength to the electrode than the resin.
  • the signal electrode 13 is formed on the main surface (the lower surface in FIG. 2) facing the direction opposite to the ultrasonic transmission direction of the 2-2 type composite piezoelectric body 10. Further, the signal electrode 13 has an extending portion 13 a extending from the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 so as to cover the end surface facing the base end side of the 2-2 type composite piezoelectric body 10.
  • the ground electrode 14 is formed on the main surface (upper surface in FIG. 2) of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 facing the ultrasonic transmission direction.
  • the ground electrode 14 has an extending portion 14 a extending from the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 so as to cover the end surface facing the front end side of the 2-2 type composite piezoelectric body 10. .
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 10 is provided with the piezoelectric layers 11 at both ends in the arrangement direction, the extending portion 13a of the signal electrode 13 and the extending portion of the ground electrode 14 are arranged. 14a is formed on the end face of the piezoelectric layer 11 disposed at both ends in the arrangement direction.
  • the signal electrode 13 and the ground electrode 14 may be formed on the main surface on the opposite side to the present embodiment. Further, the extending portion 13a of the signal electrode 13 and the extending portion 14a of the ground electrode 14 may be formed on the end face of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 on the opposite side to the present embodiment.
  • the backing material 5 is disposed on the surface of the signal electrode 13 opposite to the 2-2 type composite piezoelectric body 10.
  • the backing material 5 is made of resin or the like and is for attenuating unnecessary ultrasonic waves emitted from the 2-2 type composite piezoelectric body 10.
  • an acoustic matching layer 6 for acoustic matching between the 2-2 type composite piezoelectric body 10 and the ultrasonic transmission medium 9 is provided on the surface of the ground electrode 14 opposite to the 2-2 type composite piezoelectric body 10.
  • the acoustic matching layer 6 has a concave surface opposite to the ground electrode 14, and converges the ultrasonic waves generated by the 2-2 type composite piezoelectric material 10 to form an ultrasonic beam along the sound axis B. It also functions as a lens.
  • the acoustic matching layer 6 may be composed of different members for the layer that performs acoustic matching and the layer that functions as an acoustic lens.
  • the coaxial cable 20 includes a signal wiring 21 disposed in the center and a ground wiring 22 that covers the periphery of the signal wiring 21 with an insulator.
  • the coaxial cable 20 is inserted into the flexible shaft 4 as described above, and the tip extends into the opening 3 a of the housing 3.
  • the signal wiring 21 and the ground wiring 22 may not be included in the coaxial cable 20 but may be individually inserted into the flexible shaft 4 and extended into the housing 3.
  • the tip of the signal wiring 21 is connected to the extending portion 13a of the signal electrode 13 formed on the 2-2 type composite piezoelectric body 10. Further, in the present embodiment, the signal wiring 21 has a distal end on the extending portion 13a of the signal electrode 13 in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 (direction substantially perpendicular to the insertion axis A). Are connected to extend.
  • the height dimension of the ultrasonic transmitting / receiving unit 10a in the sound axis B direction is increased.
  • the tip of the ground wiring 22 is connected to the extending portion 14 a of the ground electrode 14 formed on the 2-2 type composite piezoelectric body 10. More specifically, the ground wiring 22 extends to the tip side of the 2-2 type composite piezoelectric body 10 so as to wrap around the opposite side of the backing material 5 from the 2-2 type composite piezoelectric body 10 in the housing 3.
  • the extended portion 14a of the ground electrode 14 formed on the 2-2 type composite piezoelectric body 10 is connected by solder or a conductive adhesive.
  • a portion of the ground wiring 22 that goes around the backing material 5 is fixed by a sealing resin 8 as shown in FIG.
  • the ground wiring 22 has a distal end portion on the extending portion 14a of the ground electrode 14 in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction of the 2-2 type composite piezoelectric bodies 10 (direction substantially perpendicular to the insertion axis A). Are connected to extend.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 10 a is electrically connected to the ultrasonic observation apparatus via the signal wiring 21 and the ground wiring 22.
  • the signal wiring 21 extends to the front end side contrary to the present embodiment. Needless to say, it is connected to the extending portion 13a of the signal electrode 13 formed on the end face on the tip side.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 10 has piezoelectric layers 11 disposed at both ends in the arrangement direction, and the arrangement directions of the piezoelectric layers 11 at both ends.
  • the signal electrode 13 and the ground electrode 14 are formed by extending so as to cover the end face facing outward.
  • a signal wiring 21 and a ground wiring 22 are connected to the extending portions 13a and 14a of the signal electrode 13 and the ground electrode 14 formed on the end face of the 2-2 type composite piezoelectric body 10, respectively.
  • the ultrasonic probe 1 according to the present embodiment can be downsized in the direction of the sound axis B, as compared with the conventional configuration in which wiring is connected to the main surface of the piezoelectric body. That is, according to the present embodiment, the ultrasonic probe 1 can be configured to have a smaller diameter than the conventional one.
  • the signal wiring 21 and the ground wiring 22 are planar and connected to the extending portion 13a of the signal electrode 13 and the extending portion 14a of the ground electrode 14 formed on the end surface portion having a relatively large area. Is done.
  • the adhesion strength between the piezoelectric layer 11 and the electrode is higher than the adhesion strength between the resin layer 12 and the electrode.
  • the ultrasonic probe 1 includes a composite piezoelectric body and an electrode as compared with a configuration in which an electrode is formed on a main surface composed of a piezoelectric layer and a resin layer as in a conventional composite piezoelectric body.
  • the adhesion strength between them is high, and it is possible to prevent the occurrence of malfunction due to the electrode peeling off from the composite piezoelectric material.
  • the second embodiment of the present invention will be described below.
  • the second embodiment differs from the first embodiment described above only in the configuration of the 2-2 type composite piezoelectric material and the acoustic matching layer. Therefore, only this difference will be described below, and the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • a plurality of piezoelectric layers 41 and a plurality of substantially flat resin layers 42 are alternately arranged.
  • the piezoelectric layers 41 are arranged at both ends in the arrangement direction.
  • the width W (dimension in the arrangement direction) of the piezoelectric layer 41 constituting the 2-2 type composite piezoelectric body 40 is the largest at both ends in the arrangement direction and at the center in the arrangement direction.
  • the width W is set to continuously change so as to be the smallest.
  • the width W of the piezoelectric layer 41 is sequentially increased from the piezoelectric layer 41 located at the center in the arrangement direction of the 2-2 type composite piezoelectric element 40 toward the end in the arrangement direction.
  • W1, W2,... Wn n is a natural number and satisfies 1 ⁇ n ⁇ m
  • the relationship of these Wn is W1 ⁇ W2 ⁇ W3 ⁇ .
  • the width of the resin layer 42 is a constant value.
  • the thickness t is a constant value throughout the 2-2 composite piezoelectric body 40.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 40 of the present embodiment shown in FIG. 4 includes an odd number of piezoelectric layers 41, so that the piezoelectric layer 41 having a width W1 located in the center is In the case where the 2-2 type composite piezoelectric body 40 is composed of an even number of piezoelectric layers 41, there are two piezoelectric layers 41 having a width W1 across the sound axis B. It becomes.
  • the ultrasonic probe 1 of this embodiment can perform transmission and reception of ultrasonic waves in a wider frequency band than the first embodiment.
  • the acoustic matching layer 6a is configured such that the thickness continuously changes in accordance with the change in the width W of the piezoelectric layer 41 constituting the 2-2 type composite piezoelectric body 40. Yes. Specifically, the acoustic matching layer 6a is set so that the thickness thereof is a value suitable for the vibration mode of the piezoelectric layer 41 disposed immediately below the acoustic matching layer 6a. With respect to the arrangement direction of the composite piezoelectric bodies 40, both ends are thickest and the center is thinnest.
  • the acoustic matching layer 6a of the present embodiment realizes good acoustic matching between the 2-2 type composite piezoelectric body 40 having a wide frequency band and the living body, and also has a function as an acoustic lens that converges ultrasonic waves. Have. For this reason, according to the present embodiment, the ultrasonic tomographic image obtained by the ultrasonic probe 1 can have higher image quality.
  • each piezoelectric body is fine, so that the wiring is positioned and connected on the electrode formed on the piezoelectric body. It is difficult to do, and the connection strength is reduced.
  • the electromechanical conversion efficiency is lowered due to the influence of the load due to the weight of the solder.
  • the mass ratio of solder to the mass of the piezoelectric body is large, which may lead to characteristic deterioration.
  • the thickness of the solder exceeds a predetermined thickness, an unnecessary vibration mode appears, so that the image quality of the obtained ultrasonic tomographic image may be deteriorated.
  • the ultrasonic probe of the third embodiment described below is an ultrasonic probe having a composite piezoelectric body, which improves the reliability of connection of wiring to the composite piezoelectric body, and combines by connecting the wiring. It is possible to suppress the influence on the characteristics of the piezoelectric body.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 110 a of the ultrasonic probe of this embodiment is accommodated in an opening 3 a formed in the side surface of the housing 3.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 110a is fixed in the opening 3a by the sealing resin 7 so that the sound axis B is substantially orthogonal to the insertion axis A.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 110 a includes a 2-2 type composite piezoelectric body 110, a signal electrode 113, a ground electrode 114, a backing material 5, and an acoustic matching layer 6.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 110 is a so-called electromechanical conversion in which a plurality of substantially flat piezoelectric layers 111 and a plurality of substantially flat resin layers 112 are alternately arranged. It is an element.
  • the plurality of piezoelectric layers 111 all have a width Wc
  • the plurality of resin layers 112 all have a width Wr.
  • the width Wc of the piezoelectric layer 111 and the width Wr of the resin layer 112 refer to external dimensions in the arrangement direction of the piezoelectric layer 111 and the resin layer 112.
  • the piezoelectric layer 111 of the 2-2 type composite piezoelectric element 110 is arranged so as to effectively distort according to the electric field strength in the vertical direction on the paper surface, that is, in the direction along the sound axis B when facing the FIG. It is installed.
  • a pair of surfaces facing the direction of an electric field that causes distortion in the piezoelectric layer 111 are referred to as main surfaces.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 110 has a housing so that the arrangement direction of the piezoelectric layer 111 and the resin layer 112 is substantially orthogonal to the insertion axis A when viewed from the direction along the sound axis B. 3 is fixed in the opening 3a.
  • the material constituting the piezoelectric layer 111 is not particularly limited as long as it is called a piezoelectric material or an electrostrictive material that generates a strain according to an electric field.
  • a piezoelectric material or an electrostrictive material that generates a strain according to an electric field.
  • piezoelectric ceramics such as PZT are applied. Can be done.
  • the pair of electrodes in the present embodiment includes a signal electrode 113 to which a signal for applying an electric field to the 2-2 type composite piezoelectric body 110 is input and a ground electrode 114 to be a ground potential.
  • the signal electrode 113 and the ground electrode 114 are thin films made of a conductive material such as metal, and are formed by a known technique such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
  • the signal electrode 113 is formed on the main surface (the lower surface in FIG. 5) facing the direction opposite to the ultrasonic transmission direction of the 2-2 type composite piezoelectric body 110. Further, the signal electrode 113 wraps around the end face on the base end side of the 2-2 type composite piezoelectric body 110, and the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 facing the ultrasonic wave transmission direction (upper side in FIG. 5). The extending portion 113a covers a part of the surface.
  • the ground electrode 114 is formed on the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 facing the ultrasonic wave transmission direction.
  • the ground electrode 114 is separated from the extending portion 113a of the signal electrode 113 formed on the same main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 by a predetermined width.
  • the signal on the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 is An extending portion 113a of the electrode 113 and a ground electrode 114 are formed.
  • the signal electrode 113 and the ground electrode 114 may be formed on the main surface on the opposite side to the present embodiment.
  • a part of the ground electrode 114 formed on the main surface opposite to the ultrasonic wave transmitting side of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 is the base end side of the 2-2 type composite piezoelectric body 110.
  • the 2-2 type composite piezoelectric body 110 extends around the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 facing the transmission direction of the ultrasonic waves.
  • the backing material 5 is disposed on the surface of the signal electrode 113 opposite to the 2-2 type composite piezoelectric body 110.
  • the backing material 5 is made of resin or the like and is for attenuating unnecessary ultrasonic waves emitted from the 2-2 type composite piezoelectric body 110.
  • an acoustic matching layer 6 for acoustic matching between the 2-2 type composite piezoelectric body 110 and the ultrasonic transmission medium 9 is provided on the surface of the ground electrode 114 opposite to the 2-2 type composite piezoelectric body 110.
  • the acoustic matching layer 6 has a concave surface opposite to the ground electrode 114, and converges the ultrasonic wave generated by the 2-2 type composite piezoelectric body 110 to form an ultrasonic beam along the sound axis B. Also works.
  • the acoustic matching layer 6 may be composed of different members for the layer that performs acoustic matching and the layer that functions as an acoustic lens.
  • the coaxial cable 120 includes a signal wiring 121 inserted in the center and a ground wiring 122 that covers the periphery of the signal wiring 121 with an insulator.
  • the coaxial cable 120 is inserted into the flexible shaft 4 as described above, and the tip extends into the opening 3 a of the housing 3.
  • the signal wiring 121 and the ground wiring 122 may not be included in the coaxial cable 120 but may be individually inserted into the flexible shaft 4 and extended into the housing 3.
  • the front end of the signal wiring 121 is connected to the extending portion 113a of the signal electrode 113 formed on the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 via a conductive member 115.
  • the conductive member 115 is made of a member having at least a surface having conductivity, and has a shape described in detail later.
  • the tip of the ground wiring 122 is connected to the ground electrode 114 formed on the 2-2 type composite piezoelectric body 110 via the conductive member 116. More specifically, the ground wiring 122 extends to the tip side of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 so as to wrap around the opposite side of the backing material 5 to the 2-2 type composite piezoelectric body 110 in the housing 3.
  • the conductive member 116 is connected to the tip end of the ground electrode 114. A portion of the ground wiring 122 that goes around the backing material 5 is fixed by a sealing resin 8 as shown in FIG.
  • connection method between the conductive members 115 and 116 and the extending portion 113a of the signal electrode 113 and the ground electrode 114 and the connection method between the conductive members 115 and 116 and the signal wiring 121 and the ground wiring 122 are eutectic bonding, diffusion bonding or conductive. Although it will not specifically limit if it is the method of joining with conductivity, such as a conductive adhesive, In this embodiment, it is performed by soldering as an example.
  • the conductive members 115 and 116 have a flat cross-sectional shape having a width W0 and a thickness t0.
  • the width W0 of the conductive member 115 is larger than the width in which the two piezoelectric layers 111 and the single resin layer 112 are arranged, and the thickness t0 is equal to the single piezoelectric layer 111 and the single resin layer. 112 and smaller than the combined width. That is, the relationship of W0> Wc + Wr + Wc and t0 ⁇ Wc + Wr is satisfied.
  • the signal wiring 121 and the ground wiring 122 are configured to be connected to the 2-2 composite piezoelectric body 110 via the conductive members 115 and 116. If the cross-sectional shape satisfies the same conditions as the cross-sectional shapes of the conductive members 115 and 116, the signal wiring 121 and the ground wiring 122 are directly connected to the 2-2 type composite piezoelectric member 110. It goes without saying.
  • the conducting members 115 and 116 having the cross-sectional shape satisfying the above-described conditions are connected to the extending portion 113a of the signal electrode 113 and the ground electrode 114 formed on the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110, the conducting members 115 and 116 are always connected to the extending portion 113a and the ground electrode 114 on the main surfaces of the two or more piezoelectric layers 111 regardless of their positions.
  • the positioning operation of the conductive members 115 and 116 with respect to the 2-2 type composite piezoelectric body 110 is easier than in the conventional configuration in which the wiring is connected to the electrodes on the individual piezoelectric layers.
  • the conductive members 115 and 116 are connected on the main surface of the other piezoelectric layer 111.
  • the continuity between 116 and the extending portion 113a and the ground electrode 114 does not disappear.
  • the work of connecting the 2-2 type composite piezoelectric body 110 and the wiring becomes easy and the strength of the connection is improved. Connection reliability can be improved.
  • the thickness t0 of the conductive members 115 and 116 is smaller than the combined width of the single piezoelectric layer 111 and the single resin layer 112, as shown in FIG.
  • the thickness (approximately the same as t0) of the solder fillet 117 formed around the members 115 and 116 is regulated to be smaller than 1 ⁇ 2 wavelength of the ultrasonic wave generated by the 2-2 type composite piezoelectric body 110. It becomes possible to do. Thereby, appearance of an unnecessary vibration mode due to the influence of solder can be suppressed.
  • the wetting and spreading width Wf of the solder fillet 117 can also be regulated by the thickness t0 of the conductive members 115 and 116, so that the main surface of one piezoelectric layer 111 is formed.
  • the mass of the existing solder can be suppressed, and the electromechanical conversion efficiency of the 2-2 type composite piezoelectric body 110 can be prevented from being lowered due to the influence of the mass of the solder.
  • the reliability of the connection of the wiring to the 2-2 composite piezoelectric body 110 in the ultrasonic probe 1 is improved, and the 2-2 composite piezoelectric body by connecting the wiring is used.
  • the influence on the characteristics of 110 can be suppressed.
  • the conductive members 115 and 116 are connected to the signal electrode 113 and the ground electrode 114 on the main surface of the 2-2 type composite piezoelectric body 110, but the conductive members 115 and 116 are 2- It may be configured to be connected to the signal electrode 113 and the ground electrode 114 on both end faces in the direction along the insertion axis of the type 2 composite piezoelectric body 110.
  • the fourth embodiment of the present invention will be described below.
  • the fourth embodiment differs from the above-described third embodiment only in the position where the conductive members 115 and 116 are connected to the 2-2 type composite piezoelectric material. Therefore, only this difference will be described below, and the same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the conducting members 115 and 116 are connected to the extending portion 113a of the signal electrode 113 and the ground electrode 114 at a position that does not overlap with each other in the direction along the insertion axis.
  • the conductive members 115 and 116 are not connected to the main surface of the same piezoelectric layer 111 in the plurality of piezoelectric layers 111 constituting the 2-2 type composite piezoelectric body 110. .
  • the mass of solder existing on the main surface of one piezoelectric layer 111 can be made smaller than that in the third embodiment, and the 2-2 type composite piezoelectric body can be more effectively influenced by the mass of the solder. It can prevent that the electromechanical conversion efficiency of 110 falls.

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Abstract

　本発明の超音波プローブは、圧電体層と樹脂層とが交互に配列され、かつ配列方向の両端に前記圧電体層が配設されてなる２－２型複合圧電体と、前記２－２型複合圧電体の一方の主面上に配設され、かつ前記２－２型複合圧電体の配列方向の一方の端面上に延伸した信号電極と、前記２－２型複合圧電体の他方の主面上に配設され、かつ前記２－２型複合圧電体の配列方向の他方の端面上に延伸した接地電極と、前記信号電極の前記２－２型複合圧電体の配列方向の一方の端面上に延伸した部位に接続された信号配線と、前記接地電極の前記２－２型複合圧電体の配列方向の他方の端面上に延伸した部位に接続された接地配線とを具備する。

Description

超音波プローブ
　本発明は、複合圧電体を具備してなる超音波プローブに関する。
　生体内の超音波断層像を取得する装置として、消化管などの体内へ挿入される挿入部に超音波を送受する超音波探触子を具備してなる超音波プローブが知られている。この超音波探触子の一形態として、ＰＺＴ等の圧電体と樹脂とからなる複合圧電体が知られている。複合圧電体は、圧電体単体の場合に比して電気機械変換効率が高く、かつ生体との音響整合性が良いという特徴がある。
　複合圧電体は、圧電体及び樹脂のそれぞれの連結性の組み合わせによって複数の形態に分類される。例えば日本国特開昭６２－２２６３４号公報及び日本国特開平６－１５４２０８号公報に開示されているような、１次元の連結性を有する複数の柱状の圧電体の間隙を、３次元の連結性を有する樹脂により充填した形態の複合圧電体は、１－３型複合圧電体と称される。１－３型複合圧電体の両主面上には、該１－３型複合圧電体に電界を与えるための電極が形成されている。
　従来の複合圧電体では、両主面上に形成された電極、特に密着強度の高い圧電体上の電極に、配線をワイヤボンディング等によって接続する構成が採用されている。超音波プローブにおいてこのような配線の接続の構成を採用した場合、配線が複合圧電体の主面から突出するため複合圧電体を有する部位が超音波の送信方向に大型化する。これは、小型化が要求される体内に挿入される形態の超音波プローブにおいて好ましくない。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複合圧電体を具備し、かつ小型化が可能な超音波プローブを提供することを目的とする。
　本発明に係る超音波プローブは、圧電体層と樹脂層とが交互に配列され、かつ配列方向の両端に前記圧電体層が配設されてなる２－２型複合圧電体と、前記２－２型複合圧電体の一方の主面上に配設され、かつ前記２－２型複合圧電体の配列方向の一方の端面上に延伸した信号電極と、前記２－２型複合圧電体の他方の主面上に配設され、かつ前記２－２型複合圧電体の配列方向の他方の端面上に延伸した接地電極と、前記信号電極の前記２－２型複合圧電体の配列方向の一方の端面上に延伸した部位に接続された信号配線と、前記接地電極の前記２－２型複合圧電体の配列方向の他方の端面上に延伸した部位に接続された接地配線とを具備することを特徴とする。
超音波プローブの先端部の概略構成を示す図である。 超音波送受部を挿入軸及び音軸で構成される平面に直交する方向から見た側面図である。 図２のIII-III断面を示し２－２型複合圧電体と配線の構成を音軸方向から見て説明する図である。 第２の実施形態の２－２型複合圧電体の構成を示す図である。 第３の実施形態の超音波送受部を挿入軸及び音軸で規定される平面に直交する方向から見た側面図である。 第３の実施形態の２－２型複合圧電体と配線との接続の構成を音軸方向から見た図である。 図６のVII-VII断面図である。 第４の実施形態の超音波送受部を音軸に沿う方向から見た図である。
　本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いた各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
　以下に、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態の超音波プローブ１は、図１に示すように、その少なくとも一部が、詳しくは図示しない被検体の体内に挿入される内視鏡３０の挿入部に設けられた管路３０ａに挿通可能な挿入部として構成されており、かつ該管路３０ａの先端側開口を介して被検体の体内に突没可能に構成されている。
　超音波プローブ１の挿入部は、先端が閉じた筒形状であるシース２と、該シース２内に回動自在に挿通されたフレキシブルシャフト４と、フレキシブルシャフト４の先端に固定され詳しくは後述する超音波送受部１０ａを保持するハウジング３とを具備して主に構成されている。また、シース２内には、例えば水または油等の超音波伝達媒体９が充填されている。
　なお、以下において、超音波プローブ１の挿入部の長手方向に沿う中心軸（図１中のＡで示した軸）を挿入軸Ａと称する。
　フレキシブルシャフト４は、基端側において図示しない超音波観察装置が備える電動モータ等の回転駆動機構に接続されており、該回転駆動機構の駆動力をハウジング３に伝達する役割を有する。すなわち、ハウジング３は、挿入軸Ａを中心軸としてフレキシブルシャフト４と共にシース２内において回動する。
　該ハウジング３に固定された超音波送受部１０ａは、所定の周波数帯域の超音波ビームを送信し、かつ該超音波ビームの生体からの反射波を受信することが可能に構成されており、フレキシブルシャフト４内に配設された同軸ケーブル２０（図１では不図示）を介して超音波観測装置に電気的に接続されている。
　本実施形態においては、超音波送受部１０ａは、挿入軸に略直交する平面上における所定の一方向を中心として超音波ビームを送信するように、ハウジング３に固定されている。以下において、この超音波送受部１０ａが送信する超音波ビームの中心となる軸（図１中のＢで示した軸）を音軸Ｂと称する。
　すなわち、本実施形態の超音波プローブ１においては、該音軸Ｂは超音波送受部１０ａに対して特定方向を示す軸であり、ハウジング３が挿入軸Ａ周りに回動することによって音軸Ｂも挿入軸Ａ周りに回動する。
　以上に概略の構成を説明した超音波プローブ１は、超音波送受部１０ａを挿入軸Ａ周りに回動させながら超音波を送受するものであり、一般に機械走査式の超音波ミニチュアプローブ等と称される。
　以下に、本実施形態の超音波プローブ１の超音波送受部１０ａ詳細な構成を説明する。
　図２及び図３に示すように、超音波送受部１０ａは、ハウジング３の側面部に形成された開口部３ａ内に収容されている。超音波送受部１０ａは、音軸Ｂが挿入軸Ａに対して略直交するように、封止樹脂７によって開口部３ａ内に固定されている。
　超音波送受部１０ａは、２－２型複合圧電体１０、信号電極１３、接地電極１４、バッキング材５及び音響整合層６を具備して構成されている。
　２－２型複合圧電体１０は、略平板状の複数の圧電体層１１と略平板状の複数の樹脂層１２とが交互に配列されてなる、いわゆる電気機械変換素子である。また、本実施形態においては、２－２型複合圧電体１０は、配列方向の両端に圧電体層１１が配設されるように構成されている。
　２－２型複合圧電体１０の圧電体層１１は、図２に正対した場合における紙面上下方向、すなわち音軸Ｂに沿う方向の電界の強度に応じて効果的に歪みを生ずるように配設されている。以下において、直方体形状である２－２型複合圧電体１０において、圧電体層１１に歪みを生じせしめる電界の方向に面した一対の面を主面と称する。
　２－２型複合圧電体１０は、その圧電体層１１及び樹脂層１２の配列方向が、挿入軸Ａに沿うようにハウジング３の開口部３ａ内に固定されている。
　なお、圧電体層１１を構成する材料は、電界に応じて歪みを生じる圧電材料又は電歪材料と称されるものであれば特に限定されるものではないが、例えばＰＺＴ等の圧電セラミクスが適用され得る。
　２－２型複合圧電体１０の両主面上には、該２－２型複合圧電体１０を挟んで対向する一対の電極が配設されている。該一対の電極は、それぞれ２－２型複合圧電体１０の挿入軸Ａと平行に面する両端面上に延伸している。
　本実施形態における該一対の電極は、具体的には、２－２型複合圧電体１０に電界を与えるための信号が入力される信号電極１３と、接地電位とされる接地電極１４とからなる。信号電極１３及び接地電極１４は、例えば金又は銅などの金属のような導電性の材料からなる薄膜であり物理蒸着法又は化学蒸着法等の公知の技術により形成される。圧電体は、日本国特開昭６２－２２６３４号公報に開示されているように、樹脂に比べ電極との密着強度が高いことが知られている。
　信号電極１３は、２－２型複合圧電体１０の超音波の送信方向とは反対側に面する主面(図２中下方の面)上に形成されている。また、信号電極１３は、２－２型複合圧電体１０主面上から２－２型複合圧電体１０の基端側に面する端面上を覆うよう延伸する延伸部１３ａを有している。
　一方、接地電極１４は、２－２型複合圧電体１０の超音波の送信方向に面する主面(図２中上方の面)上に形成されている。また、接地電極１４は、２－２型複合圧電体１０の主面上から２－２型複合圧電体１０の先端側に面する端面上を覆うように延伸する延伸部１４ａを有している。
　ここで、前述したように２－２型複合圧電体１０は、その配列方向の両端に圧電体層１１が配設されてなることから、信号電極１３の延伸部１３ａ及び接地電極１４の延伸部１４ａは、それぞれ配列方向の両端に配設された圧電体層１１の端面上に形成されている。
　なお、信号電極１３及び接地電極１４は、本実施形態とはそれぞれ反対側の主面上に形成される構成であってもよい。また、信号電極１３の延伸部１３ａ及び接地電極１４の延伸部１４ａは、本実施形態とは反対側となる２－２型複合圧電体１０の端面上に形成されてもよい。
　信号電極１３の２－２型複合圧電体１０とは反対側の面上には、バッキング材５が配設される。バッキング材５は、樹脂等からなり、２－２型複合圧電体１０から発せられる不要な超音波を減衰するためのものである。
　一方、接地電極１４の２－２型複合圧電体１０とは反対側の面上には、２－２型複合圧電体１０と超音波伝達媒体９との音響整合を行うための音響整合層６が配設されている。該音響整合層６は、接地電極１４とは反対側となる面が凹面状であり、２－２型複合圧電体１０が発する超音波を収束させ音軸Ｂに沿う超音波ビームを形成する音響レンズとしても機能する。
　なお、音響整合層６は、音響整合を行う層と音響レンズとして機能する層とがそれぞれ異なる部材により構成されるものであってもよい。
　次に、超音波送受部１０ａと配線とを接続する構成について詳細に説明する。
　同軸ケーブル２０は、中心に配置された信号配線２１と、該信号配線２１の周囲を絶縁体を介して被覆する接地配線２２とを具備して構成される。同軸ケーブル２０は、前述したようにフレキシブルシャフト４内に挿通されており、先端がハウジング３の開口部３ａ内に延出している。
　なお、信号配線２１及び接地配線２２は、同軸ケーブル２０を構成せず、個別にフレキシブルシャフト４内に挿通されてハウジング３内に延出する構成であってもよい。
　信号配線２１の先端は、２－２型複合圧電体１０上に形成された信号電極１３の延伸部１３ａに接続される。また、本実施形態では信号配線２１は、信号電極１３の延伸部１３ａ上において、２－２型複合圧電体１０の配列方向に略直交する方向（挿入軸Ａに略直交する方向）に先端部が延在するように接続されている。
　このように、信号配線２１を延伸部１３ａ上に沿わせた状態で信号配線２１と延伸部１３ａとを接続することにより、超音波送受部１０ａの音軸Ｂ方向の高さ寸法を大きくすること無く半田または導電性接着剤等による接合長を長くとることが可能となり、信号配線２１と信号電極１３との間の接続の信頼性を向上させることができ、かつ細くすることができる。
　一方、接地配線２２の先端は、２－２型複合圧電体１０上に形成された接地電極１４の延伸部１４ａに接続される。より詳しくは、接地配線２２は、ハウジング３内において、バッキング材５の２－２型複合圧電体１０とは反対側を回り込むようにして２－２型複合圧電体１０の先端側に延在し、２－２型複合圧電体１０上に形成された接地電極１４の延伸部１４ａに半田又は導電性接着剤等により接続されている。接地配線２２のバッキング材５を回り込む部位は、図３に示すように封止樹脂８により固定されている。
　また、本実施形態では接地配線２２は、接地電極１４の延伸部１４ａ上において、２－２型複合圧電体１０の配列方向に略直交する方向（挿入軸Ａに略直交する方向）に先端部が延在するように接続されている。
　このように、接地配線２２を延伸部１４ａ上に沿わせた状態で接地配線２２と延伸部１４ａとを接続することにより、信号配線２１の場合と同様に、接地配線２２と接地電極１４との間の接続の信頼性を向上させることができる。
　以上により、超音波送受部１０ａは、信号配線２１及び接地配線２２を介して超音波観察装置に電気的に接続される。
　なお、信号電極１３の延伸部１３ａが２－２型複合圧電体１０の先端側の端面上を覆うように形成される場合には、本実施形態とは逆に信号配線２１が先端側に延在して、該先端側の端面上に形成された信号電極１３の延伸部１３ａに接続されることはいうまでもない。
　前述のように構成された超音波プローブ１においては、２－２型複合圧電体１０は配列方向の両端に圧電体層１１が配設されてなり、かつ該両端の圧電体層１１の配列方向外側に面する端面上を覆うようにそれぞれ信号電極１３及び接地電極１４が延伸して形成されている。そして、２－２型複合圧電体１０の端面上に形成された信号電極１３及び接地電極１４の延伸部１３ａ及び１４ａ上に、それぞれ信号配線２１及び接地配線２２が接続されている。
　言い換えれば、本実施形態においては、２－２型複合圧電体１０に形成された電極に接続される配線は、２－２型複合圧電体１０の配列方向の両端面に接続される。このため、本実施形態の超音波プローブ１は、従来のように圧電体の主面上に配線を接続する構成に比して、音軸Ｂ方向について小型化を実現することができる。すなわち、本実施形態によれば、超音波プローブ１を、従来よりも細径に構成することが可能となる。
　また、本実施形態においては、信号配線２１及び接地配線２２は、平面状であり比較的面積の広い端面部上に形成された信号電極１３の延伸部１３ａ及び接地電極１４の延伸部１４ａに接続される。ここで、２－２型複合圧電体１０において、圧電体層１１と電極との間の密着強度は、樹脂層１２と電極との間の密着強度よりも高い。
　すなわち本実施形態の超音波プローブ１は、従来の複合型圧電体のように圧電体層と樹脂層とからなる主面上に電極を形成する構成に比して、複合圧電体と電極との間の密着強度が高く、電極が複合圧電体から剥がれてしまうことによる動作不良の発生を防止することができる。
（第２の実施形態）　
　以下に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、前述した第１の実施形態に対して２－２型複合圧電体及び音響整合層の構成のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
　図４に示すように、本実施形態の２－２型複合圧電体４０は、第１の実施形態と同様に、複数の圧電体層４１と略平板状の複数の樹脂層４２とが交互に配列されてなり、かつ配列方向の両端には圧電体層４１が配設されている。
　ここで、本実施形態においては、２－２型複合圧電体４０を構成する圧電体層４１の幅Ｗ（配列方向についての寸法）は、配列方向両端部において最も大きく、かつ配列方向中心部において最も小さくなるように、連続的に幅Ｗの値が変化するよう設定されている。
　具体的には、図４に示すように、２－２型複合圧電体４０の配列方向中心部に位置する圧電体層４１から配列方向端部側に向かって圧電体層４１の幅Ｗを順にＷ１、Ｗ２、・・・Ｗｎ（ｎは自然数であり、１≦ｎ≦ｍをみたす）と定義した場合において、これらのＷｎの関係はＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜・・・＜Ｗｍとなる。
　また、樹脂層４２の幅は全て一定の値である。また、２－２複合圧電体４０全体にわたって厚さｔは一定の値とされている。
　なお、図４に示した本実施形態の２－２型複合圧電体４０では、奇数個の圧電体層４１を具備して構成されるため、中心部に位置する幅Ｗ１の圧電体層４１は一つのみであるが、２－２型複合圧電体４０が偶数個の圧電体層４１により構成される場合には、幅Ｗ１の圧電体層４１は音軸Ｂを挟んで２つ存在することとなる。
　前述した本実施形態の２－２型複合圧電体４０は、圧電体層４１の幅Ｗが配列方向に連続的に変化していることから、おのおのの圧電体の共振周波数は異なることになり、複数の異なる振動モードを有する圧電体層４１によって構成されている。このため、本実施形態の超音波プローブ１は、第１の実施形態に比してより広い周波数帯域において超音波の送受信を行うことができる。
　また本実施形態においては、音響整合層６ａは、２－２型複合圧電体４０を構成する圧電体層４１の幅Ｗの変化に応じて、厚さが連続的に変化するように構成されている。具体的には、音響整合層６ａは、厚さが、その直下に配設された圧電体層４１の振動モードに適した値となるように設定されており、本実施形態では２－２型複合圧電体４０の配列方向について、両端部が最も厚く中心部が最も薄くなる形状を有する。
　すなわち、本実施形態の音響整合層６ａは、広い周波数帯域を有する２－２型複合圧電体４０と生体との良好な音響整合を実現し、かつ超音波を収束する音響レンズとしての機能をも有する。このため、本実施形態によれば、超音波プローブ１により得られる超音波断層像をより高画質なものとすることができる。
（第３の実施形態）　
　ところで、体内に挿入される形態の超音波プローブに適用可能な複合圧電体においては、個々の圧電体が微細ものとなるため、該圧電体上に形成された電極上に配線を位置決めして接続することは困難であり、また接続強度が低下する。
　また、微細な圧電体の主面上に配線を半田付け等により接続した場合、半田の重量による負荷の影響によって電気機械変換効率が低下する。特に、超音波プローブのように小型化や、薄肉化した圧電体の場合には、圧電体の質量に対する半田の質量比が大きいため、特性劣化につながる虞がある。また、半田の厚さが所定の厚さを超えてしまうと不要な振動モードが現れるため、得られる超音波断層像の画質が悪化してしまう虞がある。
　そこで、複合圧電体を具備する超音波プローブでは、複合圧電体への配線の接続の信頼性を向上させ、かつ配線を接続することによる複合圧電体の特性への影響を抑制することが望まれる。
　以下に説明する第３の実施形態の超音波プローブは、複合圧電体を具備する超音波プローブであって、複合圧電体への配線の接続の信頼性を向上と、配線を接続することによる複合圧電体の特性への影響の抑制と、を実現するものである。なお、以下では第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
　図５及び図６に示すように、本実施形態の超音波プローブの超音波送受部１１０ａは、ハウジング３の側面部に形成された開口部３ａ内に収容されている。超音波送受部１１０ａは、音軸Ｂが挿入軸Ａに対して略直交するように、封止樹脂７によって開口部３ａ内に固定されている。
　超音波送受部１１０ａは、２－２型複合圧電体１１０、信号電極１１３、接地電極１１４、バッキング材５及び音響整合層６を具備して構成されている。
　図７に示すように、２－２型複合圧電体１１０は、略平板状の複数の圧電体層１１１と略平板状の複数の樹脂層１１２とが交互に配列されてなる、いわゆる電気機械変換素子である。本実施形態においては、複数の圧電体層１１１は全て幅Ｗｃであり、複数の樹脂層１１２は全て幅Ｗｒである。なお、ここで圧電体層１１１の幅Ｗｃ及び樹脂層１１２の幅Ｗｒとは、圧電体層１１１及び樹脂層１１２の配列方向についての外形寸法のことを指す。
　２－２型複合圧電体１１０の圧電体層１１１は、図５に正対した場合における紙面上下方向、すなわち音軸Ｂに沿う方向の電界の強度に応じて効果的に歪みを生ずるように配設されている。以下において、直方体形状である２－２型複合圧電体１１０において、圧電体層１１１に歪みを生じせしめる電界の方向に面した一対の面を主面と称する。
　図６に示すように、２－２型複合圧電体１１０は、音軸Ｂに沿う方向から見て、圧電体層１１１及び樹脂層１１２の配列方向が、挿入軸Ａに略直交するようにハウジング３の開口部３ａ内に固定されている。
　なお、圧電体層１１１を構成する材料は、電界に応じて歪みを生じる圧電材料又は電歪材料と称されるものであれば特に限定されるものではないが、例えばＰＺＴ等の圧電セラミクスが適用され得る。
　２－２型複合圧電体１１０の両主面上には、該２－２型複合圧電体１１０を挟んで対向する一対の電極が配設されている。本実施形態における該一対の電極は、具体的には、２－２型複合圧電体１１０に電界を与えるための信号が入力される信号電極１１３と、接地電位とされる接地電極１１４とからなる。信号電極１１３及び接地電極１１４は、例えば金属のような導電性の材料からなる薄膜であり物理蒸着法又は化学蒸着法等の公知の技術により形成される。
　信号電極１１３は、２－２型複合圧電体１１０の超音波の送信方向とは反対側に面する主面（図５中下方の面）上に形成されている。また、信号電極１１３は、２－２型複合圧電体１１０の基端側の端面上を回り込み、２－２型複合圧電体１１０の超音波の送信方向に面する主面（図５中上方の面）の一部を覆う延伸部１１３ａを有している。
　一方、接地電極１１４は、２－２型複合圧電体１１０の超音波の送信方向に面する主面上に形成されている。なお、接地電極１１４は、２－２型複合圧電体１１０の同一の主面上に形成された信号電極１１３の延伸部１１３ａとは所定の幅で離間している。
　すなわち、本実施形態においては、２－２型複合圧電体１１０を音軸Ｂに沿う方向から見た場合（図６の視点）、２－２型複合圧電体１１０の主面上には、信号電極１１３の延伸部１１３ａと接地電極１１４とが形成されている。
　なお、信号電極１１３及び接地電極１１４は、本実施形態とはそれぞれ反対側の主面上に形成される構成であってもよい。この場合、２－２型複合圧電体１１０の超音波を送信する側とは反対側の主面上に形成された接地電極１１４の一部が、２－２型複合圧電体１１０の基端側の端面上を回り込んで２－２型複合圧電体１１０の超音波の送信方向に面する主面上に延伸する。
　信号電極１１３の２－２型複合圧電体１１０とは反対側の面上には、バッキング材５が配設される。バッキング材５は、樹脂等からなり、２－２型複合圧電体１１０から発せられる不要な超音波を減衰するためのものである。
　一方、接地電極１１４の２－２型複合圧電体１１０とは反対側の面上には、２－２型複合圧電体１１０と超音波伝達媒体９との音響整合を行うための音響整合層６が配設されている。音響整合層６は、接地電極１１４とは反対側となる面が凹面状であり、２－２型複合圧電体１１０が発する超音波を収束させ音軸Ｂに沿う超音波ビームを形成する音響レンズとしても機能する。
　なお、音響整合層６は、音響整合を行う層と音響レンズとして機能する層とがそれぞれ異なる部材により構成されるものであってもよい。
　次に、超音波送受部１１０ａと配線とを接続する構成について詳細に説明する。
　同軸ケーブル１２０は、中心に挿通された信号配線１２１と、該信号配線１２１の周囲を絶縁体を介して被覆する接地配線１２２とを具備して構成される。同軸ケーブル１２０は、前述したようにフレキシブルシャフト４内に挿通されており、先端がハウジング３の開口部３ａ内に延出している。
　なお、信号配線１２１及び接地配線１２２は、同軸ケーブル１２０を構成せず、個別にフレキシブルシャフト４内に挿通されてハウジング３内に延出する構成であってもよい。
　信号配線１２１の先端は、２－２型複合圧電体１１０の主面上に形成された信号電極１１３の延伸部１１３ａに、導通部材１１５を介して接続されている。導通部材１１５は、少なくとも表面が導電性を有する部材からなり、詳しくは後述する形状を有する。
　一方、接地配線１２２の先端は、２－２型複合圧電体１１０上に形成された接地電極１１４に、導通部材１１６を介して接続される。より詳しくは、接地配線１２２は、ハウジング３内において、バッキング材５の２－２型複合圧電体１１０とは反対側を回り込むようにして２－２型複合圧電体１１０の先端側に延在し、接地電極１１４の先端側端部に接続された導通部材１１６に接続されている。接地配線１２２のバッキング材５を回り込む部位は、図６に示すように封止樹脂８により固定されている。
　導通部材１１５及び１１６と信号電極１１３の延伸部１１３ａ及び接地電極１１４との接続方法、及び導通部材１１５及び１１６と信号配線１２１及び接地配線１２２との接続方法は、共晶接合、拡散接合又は導電性接着剤等の導電性を有して接合する方法であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では一例として半田付けにより行われる。
　導通部材１１５及び１１６は、図７に示すように、幅Ｗ０、厚さｔ０の扁平な断面形状を有する。具体的には、導通部材１１５の幅Ｗ０は、二層の圧電体層１１１と一層の樹脂層１１２を配列した幅よりも大きく、厚さｔ０は、一層の圧電体層１１１と一層の樹脂層１１２とを合わせた幅よりも小さい。すなわち、Ｗ０＞Ｗｃ＋Ｗｒ＋Ｗｃ、及びｔ０＜Ｗｃ＋Ｗｒの関係をみたす。
　なお、本実施形態では、信号配線１２１及び接地配線１２２は導通部材１１５及び１１６を介して２－２複合圧電体１１０に接続される構成であるが、信号配線１２１及び接地配線１２２の先端部の断面形状が、導通部材１１５及び１１６の断面形状の条件と同様の条件を満たすものであれば、信号配線１２１及び接地配線１２２が直接２－２型複合圧電体１１０に接続される構成であってもよいことはいうまでもない。
　上述した条件をみたす断面形状を有する導通部材１１５及び１１６を、２－２型複合圧電体１１０の主面上に形成された信号電極１１３の延伸部１１３ａ及び接地電極１１４に接続した場合、導通部材１１５及び１１６は、その位置に関わらず必ず２つ以上の圧電体層１１１の主面上において延伸部１１３ａ及び接地電極１１４に接続される。
　このため、２－２型複合圧電体１１０に対する導通部材１１５及び１１６の位置決め作業は、配線を個々の圧電体層上の電極に接続する従来の構成に比して容易なものとなる。また、導通部材１１５及び１１６は、一つの圧電体層１１１の主面上において剥離等が生じたとしても、他の圧電体層１１１の主面上において接続されていることから、導通部材１１５及び１１６と延伸部１１３ａ及び接地電極１１４との間の導通が消失することがない。
　すなわち、本実施形態によれば、２－２型複合圧電体１１０と配線との接続の作業が容易となり、かつ接続の強度が向上することから、２－２型複合圧電体１１０と配線との接続の信頼性を向上させることができる。
　また、本実施形態においては、導通部材１１５及び１１６の厚さｔ０を一層の圧電体層１１１と一層の樹脂層１１２とを合わせた幅よりも小さくしたことから、図７に示すように、導通部材１１５及び１１６の周囲に形成される半田のフィレット１１７の厚さ（ｔ０と略同一）を、２－２型複合圧電体１１０が発生する超音波の１／２波長よりも小さくなるように規制することが可能となる。これにより、半田の影響による不要な振動モードの出現を抑制できる。
　また、本実施形態によれば、導通部材１１５及び１１６の厚さｔ０によって半田のフィレット１１７の濡れ広がり幅Ｗｆも規制することが可能となることから、一つの圧電体層１１１の主面上に存在する半田の質量を抑制し、半田の質量の影響によって２－２型複合圧電体１１０の電気機械変換効率が低下してしまうことを防止できる。
　以上のように、本実施形態によれば、超音波プローブ１における、２－２複合圧電体１１０への配線の接続の信頼性を向上させ、かつ配線を接続することによる２－２複合圧電体１１０の特性への影響を抑制することが可能となる。
　なお、上述した実施形態では、導通部材１１５及び１１６は、２－２型複合圧電体１１０の主面上において信号電極１１３及び接地電極１１４に接続されるが、導通部材１１５及び１１６は、２－２型複合圧電体１１０の挿入軸に沿う方向についての両端面上において、信号電極１１３及び接地電極１１４に接続される構成であってもよい。
（第４の実施形態）　
　以下に、本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、上述した第３の実施形態に対して２－２型複合圧電体に対して導通部材１１５及び１１６を接続する位置のみが異なる。よって、以下ではこの相違点のみを説明するものとし、また、第３の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。
　図８に示すように、本実施形態においては、導通部材１１５及び１１６は、挿入軸に沿う方向について互いに重ならない位置において、信号電極１１３の延伸部１１３ａ及び接地電極１１４に接続されている。
　すなわち、本実施形態においては、２－２型複合圧電体１１０を構成する複数の圧電体層１１１において、同一の圧電体層１１１の主面上に導通部材１１５及び１１６が接続されることがない。
　このため、一つの圧電体層１１１の主面上に存在する半田の質量を第３の実施形態よりも小さくすることができ、より効果的に半田の質量の影響によって２－２型複合圧電体１１０の電気機械変換効率が低下してしまうことを防止できる。
　なお、本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波プローブもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
　本出願は、２００８年１０月１４日に日本国に出願された特願２００８－２６５５８０号及び特願２００８－２６５５８１号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (4)

  1. 　圧電体層と樹脂層とが交互に配列され、かつ配列方向の両端に前記圧電体層が配設されてなる２－２型複合圧電体と、
    　前記２－２型複合圧電体の一方の主面上に配設され、かつ前記２－２型複合圧電体の配列方向の一方の端面上に延伸した信号電極と、
    　前記２－２型複合圧電体の他方の主面上に配設され、かつ前記２－２型複合圧電体の配列方向の他方の端面上に延伸した接地電極と、
    　前記信号電極の前記２－２型複合圧電体の配列方向の一方の端面上に延伸した部位に接続された信号配線と、
    　前記接地電極の前記２－２型複合圧電体の配列方向の他方の端面上に延伸した部位に接続された接地配線と、
    を具備することを特徴とする超音波プローブ。
  2. 　前記超音波プローブは、内視鏡に配設された管路内に挿通されて被検体内に挿入されるものであって、
    　前記２－２型複合圧電体は、前記配列方向が前記超音波プローブの挿入軸に沿うように配設されてい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２－２型複合圧電体は、少なくとも３つの前記圧電体層を具備し、
    　前記圧電体層の幅は少なくとも２種類であって、
    　最も幅の広い前記圧電体層は前記配列方向の両端部に配設され、かつ最も幅の狭い前記圧電体層は前記配列方向の中心部に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
  4. 　前記圧電体層の幅は、前記配列方向について連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
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