WO2015033622A1 - 超音波振動子及び超音波内視鏡 - Google Patents

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WO2015033622A1
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暁 吉田
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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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer and an ultrasonic endoscope, and more particularly to an ultrasonic transducer and an ultrasonic endoscope wired to an electrode.
  • an ultrasonic wave is transmitted to a subject such as a human body using an ultrasonic endoscope or the like, and an echo reflected by the subject is received to perform signal processing.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus for obtaining an image.
  • This ultrasonic diagnostic apparatus is widely used in the field of diagnostic medicine because of the advantage that image information of a tomographic image inside a subject can be obtained non-invasively and immediately.
  • An ultrasonic transducer used in such an ultrasonic endoscope is configured by arranging a plurality of transducer elements in an array, as shown by reference numeral 60 in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-307289. In addition, it is necessary to perform wiring for transmitting and receiving ultrasonic waves to each transducer element.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ultrasonic transducer and an ultrasonic endoscope capable of facilitating wiring work.
  • An ultrasonic transducer includes a wiring layer including a plurality of conductive yarns and insulating fibers that keep the conductive yarns at a predetermined distance so that the plurality of conductive yarns do not contact each other.
  • an ultrasonic endoscope includes the ultrasonic transducer.
  • Explanatory drawing showing the schematic configuration of the ultrasonic transducer Explanatory drawing showing the basic structure of the wiring layer Explanatory drawing showing wiring to transducer elements Explanatory drawing showing wiring to transducer elements Explanatory drawing showing the back material with an embedded wiring layer Explanatory drawing which shows the arrangement pitch of a plurality of conductive yarns Explanatory drawing showing the wiring angle of the conductive yarn Illustration of wiring layer made up of multiple coaxial wires Explanatory drawing showing a plurality of wiring layers applied to a matrix array
  • reference numeral 1 denotes an ultrasonic transducer that radiates ultrasonic waves in the Z direction and also includes a transducer array in which a plurality of transducer elements 2 that receive sound waves reflected from a region to be examined are arranged in the X direction.
  • the part 10 is provided in the housing 50.
  • the transducer element is a minimum unit for transmitting and receiving ultrasonic waves.
  • the transducer element 2 is, for example, a piezoelectric type in which a known piezoelectric element is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode, or a capacitance type that is separated by a column so that a predetermined distance is formed between the upper electrode and the lower electrode. Things.
  • the material of the housing 50 is not particularly limited, but electrical safety can be enhanced by forming the housing 50 with, for example, an insulating member.
  • a plurality of transducer elements 2 formed in the shape of elongated prisms extending in the Y direction, called 2-2 structure in the field of composite piezoelectric materials, are made in the X direction by an insulating material 3 such as resin.
  • an insulating material 3 such as resin.
  • the transducer array unit 10 is formed by fixing at predetermined intervals.
  • the present invention is not limited to this.
  • columnar or strip-shaped transducer elements are fixed at predetermined intervals with resin.
  • the transducer array unit 10 having a 2-3 structure may be formed, or other structures may be used.
  • an upper electrode 4 is provided on the upper surface side constituting the acoustic radiation surface of each piezoelectric element 11, and a lower electrode 5 is provided on the bottom surface side opposite to the acoustic radiation surface.
  • the upper electrode 4 of each piezoelectric element 11 is provided as one common electrode, and the lower electrode 5 is provided for each piezoelectric element 11 individually.
  • the upper electrode 4 constitutes a GND electrode and the lower electrode 5 constitutes a signal electrode for signal transmission / reception with respect to each piezoelectric element 11.
  • the upper electrode 4 can be configured as a signal electrode
  • the lower electrode 5 can be configured as a GND electrode.
  • the part corresponding to the reference numeral 2 disposed between the upper electrode 4 and the lower electrode 5 is a gap, and the part corresponding to the reference numeral 3 will be described with reference to FIG. Is a columnar member made of an insulating material.
  • the upper electrode 4 may be individually formed for each piezoelectric element 11 or may be provided so as to be shared by a predetermined number of piezoelectric elements 11.
  • the first acoustic matching layer 6 is provided above the upper electrode 4, specifically, on the upper surface of the upper electrode 4 in the Z direction connecting the upper surface and the bottom surface of the transducer element 2.
  • the second acoustic matching layer 7 is provided on the upper surface of the first acoustic matching layer 6. Further, an acoustic lens 8 is provided on the upper surface of the second acoustic matching layer 7.
  • the first acoustic matching layer 6, the second acoustic matching layer 7, and the acoustic lens 8 are not necessarily required, but in FIG. An example in which the acoustic matching layer 7 and the acoustic lens 8 are provided is shown.
  • a cloth-like wiring layer 20 is disposed below the bottom side of each transducer element 2.
  • the wiring layer 20 has a plurality of conductive yarns 21 that are conductive members forming signal lines and a predetermined distance so that the conductive yarns 21 do not contact each other. It is formed as a flexible cloth-like member formed using a plurality of insulating fibers 22 which are insulating members that hold the thread 21.
  • the wiring layer 20 is formed in a cloth shape in which insulating fibers 22 and thread-like conductive threads 21 are combined vertically and horizontally, and is flexible.
  • the conductive fibers 21 are formed so that the insulating fibers 22 are interposed between the conductive yarns 21 so that the conductive yarns 21 do not contact each other.
  • the cloth shape may be a woven fabric or a non-woven fabric. May be.
  • the conductive thread 21 is not limited to the thread shape but may be a belt-like shape.
  • the conductive thread 21 may have a wave shape instead of a straight line as long as contact with the adjacent conductive thread 21 is suppressed. good.
  • the insulating fiber 22 may be thread-like, belt-like, or felt-like.
  • the insulating fiber 22 may have a high thermal conductivity and may be a material that can efficiently dissipate heat from the vibrator element 2 and the conductive yarn 21.
  • Examples of the material for the insulating fiber include Kevlar fiber, aramid fiber, and the like, and these have an advantage of excellent strength.
  • Each conductive thread 21 of the wiring layer 20 has one end connected to the lower electrode 5 of each transducer element 2 and the other end connected to, for example, a signal cable extended from an ultrasonic observation apparatus.
  • the pulse signal transmitted from the ultrasonic observation apparatus is transmitted to the lower electrode 5 through the conductive yarn 21, and the reception signal from the transducer element 2 is transmitted to the signal cable through the conductive yarn 21.
  • the vibrator element 2 and the conductive yarn 21 are connected by a method illustrated in FIGS. 3A and 3B, for example.
  • the leading end of the conductive yarn 21 is slightly bent and placed over the lower electrode 5 of the vibrator element 2, and the overlapping portion L of both is formed using solder, conductive adhesive, plating, or the like. Electrical connection while mechanically fixed.
  • the end surface of the conductive yarn 21 is abutted against the lower electrode 5 of the transducer element 2 and the abutting portion T is fixed with solder, a conductive adhesive, plating, or the like. Connect electrically.
  • a back material 9 for attenuating unnecessary ultrasonic waves is provided below the lower electrode 5 of the transducer element 2 in the Z direction.
  • the back material 9 is provided so that at least a portion of the wiring layer 20 electrically connected to the lower electrode 5 is buried, and in addition to an unnecessary ultrasonic attenuation function, the housing 50 On the other hand, it also functions as a fixing unit for fixing the transducer array unit 10 and the wiring layer 20.
  • the backing material 9 and the insulating fiber 22 are expressed as follows when the acoustic impedance of the backing material 9 is Z 1 and the acoustic impedance of the insulating fiber 22 is Z 2: ) Is preferably as small as possible, but is preferably 0.3 or less, and more preferably 0, for example.
  • the gap between the conductive yarn 21 and the insulating fiber 22 forming the wiring layer 20 has a roughness that allows the back material 9 to enter, and when a relatively hard material is used as a material for forming the back material 9, As an adhesive that penetrates into the gap between the conductive yarn 21 and the insulating fiber 22 and bonds them together, it is initially possible to use a liquid that has fluidity and is cured after filling (for example, an epoxy resin). desirable. It is desirable that the acoustic impedance of the adhesive is substantially the same as that of the back material 9.
  • the backing material 9 when a casting type material is used as the backing material 9, it is filled with a fluid liquid when filling so that the gap between the conductive yarn 21 and the insulating fiber 22 can be filled.
  • a material that hardens later is used. Specifically, it is formed of gel-like epoxy or various flexible resin materials such as silicone, urethane, or various elastomers, or a filler such as alumina, zirconia, or titanium oxide based on the resin material.
  • the back material 9 is formed by casting using a mixture of materials. Further, a catalyst for curing may be included. As a curing method, a conventionally known technique such as thermal curing or photocuring can be used.
  • the wiring layer 20 formed of the conductive yarns 21 and the insulating fibers 22 is formed in a cloth shape in the present embodiment, but the conductive yarns 21 are insulated from each other.
  • the weaving method is not particularly limited as long as it can maintain a secure distance.
  • the insulating fiber 22 has a shape that scatters sound waves from the transducer element 2 in directions other than the element direction, such as a wavy shape.
  • the wiring layer 20 can also be formed as a so-called nonwoven fabric formed by bonding or intertwining the conductive yarn 21 and the insulating fiber 22 by thermal, mechanical or chemical action. is there.
  • the arrangement of the plurality of conductive yarns 21 is based on a uniform pitch. However, as illustrated in FIG. 5, if the plurality of conductive yarns 21 are separated by a predetermined pitch, the arrangement is not necessarily constant. Absent. In the example of FIG. 5, the pitch p1 of the conductive yarn 21 in the vicinity of the transducer element, which is determined according to the interval between the transducer elements, is increased to the pitch p2 (p2> p1) at a portion away from the transducer element. .
  • the pitch of the conductive yarn 21 can be adjusted by adjusting the thickness (width, thickness) of the material constituting the insulating fiber 22 in the range of several ⁇ m to several tens of ⁇ m.
  • the insulating fiber 22 may be configured by mixing other thinner green materials in addition to an insulating material having a thickness for adjusting the pitch of the conductive yarn 21.
  • the backing material 9 or the adhesive can enter into the space between the insulating fibers 22 to enhance the anchor effect, and prevent deterioration of the acoustic characteristics due to the peeling of the backing material 9 and the conductive yarn 21.
  • the back material 9 can be omitted.
  • the conductive thread 21 of the wiring layer 20 does not need to be wired perpendicular to the arrangement direction (D) of the plurality of lower electrodes of the transducer element 2, and has a predetermined angle.
  • the wirings may be non-parallel and non-vertical with ⁇ .
  • the ultrasonic waves radiated to the back surface side of the transducer element 2 are wired by wiring in a non-parallel and non-perpendicular manner with respect to the arrangement direction (D) from the connection portion with the lower electrode to a predetermined distance
  • the propagation distance of unnecessary sound waves can be increased through the path S that is transmitted while reflecting the wiring between the layers 20 in a zigzag manner. Can be attenuated.
  • the wiring layer 20 is formed by exposing the core wires 23 a of the plurality of coaxial wires 23, which are signal cables, to be used as the conductive yarns 21 and weaving the core wires 23 a with the insulating fibers 22. You may do it.
  • the signal cable can be directly connected to the transducer element 2 while preventing a short circuit.
  • the ground wires of each coaxial line 23 are short-circuited and connected to the upper electrode 4 of each transducer element 2 or the like, the conductive material 25 is woven into the ground wire of each coaxial wire 23 and short-circuited.
  • a ground wiring portion may be formed.
  • each wiring layer 20 is provided with insulating fibers 22 so that the conductive yarns 21 are not exposed from the side portions, thereby preventing mutual contact.
  • the transducer array unit 10 and the wiring layer 20 do not necessarily have a one-to-one relationship. As shown in FIG. 14, one transducer array unit 10 # 1 and one transducer array unit 10 # 2 are provided. It is also possible to configure the wiring layer 20 to be shared.
  • the conductive yarn 21 # 1 electrically connected to the transducer array portion 10 # 1 and the conductive yarn 21 # 2 electrically connected to the transducer array portion 10 # 2 have the same insulation.
  • An ultrasonic endoscope 101 shown in FIG. 9 includes an ultrasonic transducer unit 103 on the distal end side of an insertion portion 102 that is formed in an elongated tubular shape and is inserted into a subject.
  • an operation portion 104 that also serves as a grip portion is connected, and on the distal end side of the universal cord 105 that extends from the side portion of the operation portion 104, A connector portion 106 is provided.
  • the insertion portion 102 is provided with a hard portion 107 connected to the ultrasonic transducer unit 103 on the front end side, and a bending portion 108 connected to the rear end side of the hard portion 107 and configured to be bent in the vertical direction, for example. And a flexible tube portion 109 connected to the rear end side of the curved portion 108.
  • the flexible tube portion 109 is provided between the bending portion 108 and the operation portion 104, and is a small-diameter and long tube formed with flexibility so as to be passively flexible. It is a member.
  • the operation unit 104 covers the proximal end of the flexible tube unit 109 and is connected to the flexible tube unit 109.
  • the operation unit 104 is connected to the bending unit 104a, and the user can use the ultrasonic endoscope 101.
  • a grip portion 104b that is gripped by a hand when using the device.
  • Various operation members are arranged on the upper end side of the grasping portion 104b, and a treatment tool is guided to the inside of the subject at a portion that is located on the lower end side of the grasping portion 104b and is located above the anti-folding portion 104a.
  • a treatment instrument insertion port 110 and the like are provided.
  • the operation member provided in the operation unit 104 includes, for example, a bending lever 111 that performs a bending operation of the bending unit 108, and a plurality of operation buttons 112 for performing corresponding operations such as an air / water supply operation or suction operation, imaging, and illumination. Etc.
  • the universal cord 105 passes from the distal end of the insertion portion 102 through the bending portion 108 and the flexible tube portion 109 to the operation portion 104, and further passes through various signal lines and the like extending from the operation portion 104.
  • This is a composite cable that passes through a light guide of a light source device (not shown) and further passes an air / water supply tube extended from an air / water supply device (not shown).
  • the connector portion 106 disposed on the distal end side of the universal cord 105 includes an ultrasonic connector 106a for connecting to an ultrasonic observation apparatus (not shown), an electrical connector portion 106b for connecting various signal cables, and a light source.
  • the light source side connector 106c which connects between an apparatus and an air / water supply apparatus (not shown) is comprised.
  • the ultrasonic transducer unit 103 connected to the hard portion 107 on the distal end side of the insertion portion 102 is, for example, a convex-type transducer unit, as shown in FIG.
  • a nose piece 131 which is a housing for accommodating the transducer array section 130.
  • the transducer array unit 130 is integrally disposed and held in a notch formed at a substantially central portion of the nosepiece 131, and forms a convex ultrasonic scanning surface in the longitudinal axis direction of the insertion unit 102.
  • the acoustic lens unit 132 and the plurality of transducer elements 133 arranged along the convex surface inside the acoustic lens unit 132 form an ultrasonic transmission / reception unit.
  • the tip of the nosepiece 131 is provided with a substantially cylindrical protruding portion 131a.
  • a first balloon holding groove 134a is formed on the outer periphery of the base of the protruding portion 131a.
  • a second balloon holding groove 134b is formed on the outer periphery of the connecting portion.
  • a thin and highly shrinkable balloon formed of, for example, silicon rubber or latex rubber covers the nose piece 131 and is detachable. It is supposed to be disguised.
  • an objective lens window constituting the observation optical system, an illumination lens window constituting the illumination optical system, and a puncture needle are provided on the distal end side of the hard portion 107 connected to the second balloon holding groove 134b.
  • a treatment instrument outlet and the like through which a treatment instrument such as the above is derived is provided.
  • a plurality of transducer elements 133 arranged in a convex shape are connected to a wiring layer 140 as shown in FIG.
  • the wiring layer 140 includes a parallel portion 140a in which a plurality of conductive yarns 141 are arranged in parallel, and a deployment portion 140b in which the tip side of the parallel portion 140a is developed in a fan shape corresponding to the arrangement of the plurality of transducer elements 133. have.
  • the intervals between the conductive yarns 141 that are gradually enlarged in the development portion 140b are held by a plurality of insulating fibers 142 woven in the circumferential direction, and the leading ends of the conductive yarns 141 are located below the transducer elements 133. It is connected to the electrode 133b and fixed using solder, conductive adhesive, plating, or the like.
  • the wiring layer 140 is embedded and held in the back material 143.
  • the upper electrode 133a of each transducer element 133 is connected in common and connected to the GND line.
  • a piezoelectric element 135 is disposed between the lower electrode 133b and the upper electrode 133a.
  • a housing 150 having a closed end made of, for example, cylindrical polyethylene is closed on the hard portion 107. It is connected.
  • the cylindrical housing 150 includes an acoustic lens 151 at an outer wall portion, and a plurality of transducer elements 152 are held radially inside the acoustic lens 151.
  • a method of directly wiring a coaxial core wire as a conductive thread may be employed.
  • the radial-arranged transducer elements 152 are connected to a wiring layer 153 as shown in FIG.
  • the wiring layer 153 can be formed, for example, according to the wiring layer 20 using the plurality of coaxial lines in FIG. 7 described above. That is, the wiring layer 153 includes a cable bundle 153a in which a plurality of coaxial lines are bundled, and the core wire 154 of each coaxial line is exposed to the cable bundle 153a to extend in the radial direction of the cable bundle 153a. And a widened portion 153b in which a plurality of insulating fibers 155 are woven in the circumferential direction.
  • the expanded portion 153b of the wiring layer 153 is inserted into the plurality of transducer elements 152 arranged in a radial arrangement, and the tip end portion of each core wire 154 is connected to the lower electrode 152b of each transducer element 152, and solder, Fix using conductive adhesive or plating.
  • the inner side (lower electrode 152b side) of the plurality of transducer elements 152 arranged in a radial array is filled with a back material 156, and the transducer elements 152 and the wiring layer 153 are held.
  • the upper electrodes 152a of the transducer elements 152 are commonly connected and connected to the GND line.
  • the vibrator array unit 10 has an insulating property that keeps the conductive threads 21 at a predetermined distance so that the conductive threads 21 and the conductive threads 21 do not contact each other. Wiring is performed using the wiring layer 20 including the fibers 22. As a result, wiring can be easily performed regardless of the number, arrangement, and size of the transducer elements, and not only the workability is improved, but also short-circuiting between wiring materials and deterioration of acoustic characteristics are reduced. High-density wiring can be realized while preventing this.
  • the conductive yarns 21 are not short-circuited, and the backing material is placed in the gap between the wiring layers 20 formed in a woven shape. By pouring, damping performance can be ensured.
  • the anchor effect of the woven insulating fiber 22 can prevent the backing material from being peeled off from the conductive yarn 21 and the acoustic characteristics being degraded.
  • the heat generated in the transducer array unit 10 can be radiated efficiently.
  • the present invention is not limited to this, and a static medium in which a gap is interposed between the upper electrode and the lower electrode is illustrated.
  • the present invention can also be applied to a capacitive ultrasonic transducer.

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Abstract

　信号線を形成する導電性部材である複数の導電性糸と、各導電性糸が互いに接触しないように所定の距離を保って各導電性糸を保持する絶縁性部材である複数の絶縁性繊維とを織り込んで布状の配線層を形成し、導電性糸の先端部を振動子エレメントに電気的に接続する。

Description

超音波振動子及び超音波内視鏡
　　本発明は、超音波振動子及び超音波内視鏡に関し、詳しくは電極に配線する超音波振動子及び超音波内視鏡に関する。
　従来より、超音波内視鏡等を用いて人体等の被検体に向けて超音波を送信し、当該被検体によって反射したエコーを受信して信号処理をすることで、その被検体内の断層像を得る超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、非侵襲かつ即時的に被検体内部の断層像の画像情報を得ることができるという利点から、診断医療の分野において広く用いられている。
　このような超音波内視鏡に用いられる超音波振動子は、複数の振動子エレメントをアレイ状に配列して構成されるが、日本国特開２００７－３０７２８９号公報の符号６０に示されるように個々の振動子エレメントに超音波送受信のための配線を行う必要がある。
　しかしながら、振動子エレメントの数や、配置や、大きさによっては、配線作業が困難となることがあった。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、配線作業を容易にすることのできる超音波振動子及び超音波内視鏡を提供することを目的としている。
　本発明の一態様に係る超音波振動子は、複数の導電性糸、及び前記複数の導電性糸が互いに接触しないように前記導電性糸同士を所定の距離に保つ絶縁性繊維を含む配線層と、前記導電性糸の一端が電気的に接続された複数の下部電極と、前記下部電極、及び前記複数の下部電極に対して所定距離離間している１個以上の上部電極、ならびに、前記下部電極および前記上部電極の間に介在する圧電素子または前記下部電極および前記上部電極の間が空隙を形成するよう配置された絶縁材からなる柱状部を含む振動子アレイ部と、を有する。
　また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記超音波振動子を含む。
超音波振動子の概略構成を示す説明図 配線層の基本構成を示す説明図 振動子エレメントへの配線を示す説明図 振動子エレメントへの配線を示す説明図 配線層を埋設した背面材を示す説明図 複数の導電性糸の配列ピッチを示す説明図 導電性糸の配線角度を示す説明図 複数の同軸線で構成した配線層の説明図 マトリクスアレイに適用した複数枚の配線層を示す説明図 超音波内視鏡の概略図 コンベックス型の超音波振動子ユニットを示す説明図 コンベックス型の超音波振動子ユニットの配線例を示す説明図 ラジアル型の超音振動子ユニットを示す説明図 ラジアル型の超音波振動子ユニットの配線例を示す説明図 図８における複数の振動子アレイ部で１枚の配線層を共有する例を示す説明図
　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において、符号１は超音波振動子であり、超音波をＺ方向に放射すると共に、被検部位から反射された音波を受信する複数の振動子エレメント２をＸ方向に配列した振動子アレイ部１０をハウジング５０内に設けている。振動子エレメントは、超音波を送受信する最小単位である。振動子エレメント２は、例えば、公知の圧電素子を上部電極および下部電極で挟み込んだ圧電型のもの、または柱により上部電極および下部電極の間に所定距離空隙ができるよう離間した静電容量型のものが挙げられる。ハウジング５０の材質は特に限定されないが、例えば絶縁部材により形成することにより電気安全性を高めることができる。
　尚、本実施の形態においては、複合圧電体の分野で２－２構造と呼ばれるＹ方向に伸びる細長の角柱状に形成された複数の振動子エレメント２を樹脂等の絶縁材３でＸ方向に所定間隔毎に固定して振動子アレイ部１０を形成する例を説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、円柱状や短冊状の振動子エレメントを樹脂によって所定間隔毎に固定して２－３構造の振動子アレイ部１０を形成しても良いし、その他の構造であっても良い。
　振動子アレイ部１０において、各圧電素子１１の音響放射面を構成する上面側には上部電極４が設けられ、音響放射面と反対側の底面側には下部電極５が設けられている。圧電型の振動子アレイを用いた本実施の形態においては、各圧電素子１１の上部電極４は１個の共通電極として設けられ、下部電極５は圧電素子１１毎に個別に設けられている。上部電極４はＧＮＤ電極を構成し、下部電極５は各圧電素子１１に対する信号送受のシグナル電極を構成している。ただし、上部電極４がシグナル電極、下部電極５がＧＮＤ電極となるように構成することもできる。
　ただし、静電容量型の振動子アレイの場合、図１を用いて説明すると、上部電極４と下部電極５との間に配置された符号２に該当する部分は空隙、符号３に該当する部分は絶縁材からなる柱状部材、となる。
　尚、上部電極４は、各圧電素子１１毎に個別に形成しても良く、また、所定個数の圧電素子１１で共有するように設けるようにしても良い。
　また、ハウジング５０内において、振動子エレメント２の上面と底面とを結ぶＺ方向において、上部電極４の上方、具体的には、上部電極４の上面に、第１の音響整合層６が設けられ、第１の音響整合層６の上面に、第２の音響整合層７が設けられている。さらに、第２の音響整合層７の上面に音響レンズ８が設けられている。
　尚、超音波振動子１において、第１の音響整合層６、第２の音響整合層７、音響レンズ８は必ずしも必要ではないが、図１においては、第１の音響整合層６、第２の音響整合層７、音響レンズ８を設ける例を図示している。
　さらに、ハウジング５０内において、各振動子エレメント２の底面側の下方に、布状の配線層２０が配設されている。配線層２０は、図２に示すように、信号線を形成する導電性部材である複数の導電性糸２１と、各導電性糸２１が互いに接触しないように所定の距離を保って各導電性糸２１を保持する絶縁性部材である複数の絶縁性繊維２２とを用いて形成した柔軟な布状の部材として形成されている。
　本実施の形態においては、配線層２０は絶縁性繊維２２と糸状の導電性糸２１とを縦横に組み合わせた布状に形成されており、柔軟である。導電性糸２１同士が接触しないように導電性糸２１同士の間に絶縁性繊維２２が介在するように形成されており、布状とは、織物状であってもよいし、不織布状であってもよい。
　尚、導電性糸２１は、糸状に限らず帯状であっても良く、導電性糸２１は、隣接する導電性糸２１との接触が抑止されていれば、直線ではなく波打つ形状であっても良い。
　また、絶縁性繊維２２は、糸状であっても良いし、帯状であっても良いし、フェルト状であっても良い。絶縁性繊維２２は、熱伝導率が高く、振動子エレメント２及び導電性糸２１の熱を効率的に放熱できる材料であっても良い。絶縁性繊維の材質として、ケブラー繊維、またはアラミド繊維等が挙げられ、これらは強度に優れるという利点を有している。
　配線層２０の各導電性糸２１は、一端が各振動子エレメント２の下部電極５に接続され、他端が例えば超音波観測装置から延出された信号ケーブルに接続されている。そして、超音波観測装置から送信されたパルス信号が導電性糸２１を介して下部電極５に伝達されるとともに、振動子エレメント２からの受信信号が導電性糸２１を介して信号ケーブルに伝達される。
　振動子エレメント２と導電性糸２１とは、例えば、図３Ａ,３Ｂに例示されるような方法で接続される。図３Ａの例では、導電性糸２１の先端部を僅かに折り曲げて振動子エレメント２の下部電極５に這わせ、両者の重なり部分Ｌを、半田、導電性接着剤、或いはメッキ等を用いて機械的に固定しながら電気的に接続する。また、図３Ｂの例では、導電性糸２１の先端部端面を振動子エレメント２の下部電極５に突き当て、その突き当て部Ｔを、半田、導電性接着剤、或いはメッキ等で固定しながら電気的に接続する。
　また、ハウジング５０内において、振動子エレメント２の下部電極５よりもＺ方向の下方には、不要な超音波を減衰させる背面材９が設けられている。背面材９は、図４に示すように、配線層２０の少なくとも下部電極５に電気的に接続している部分が埋没するように設けられ、不要な超音波の減衰機能に加えて、ハウジング５０に対して振動子アレイ部１０及び配線層２０を固定する固定部としても機能する。背面材９と絶縁性繊維２２とは、絶縁性繊維２２による反射を防止するために、背面材９の音響インピーダンスをＺ1、絶縁性繊維２２の音響インピーダンスをＺ2とした場合、（式１）で求められる反射率は小さい程好ましいが、例えば、０．３以下であることが好ましく、より好ましくは０である。
　　　反射率＝│(Ｚ2－Ｚ1)/(Ｚ2＋Ｚ1)│…（式１）
　配線層２０を形成する導電性糸２１と絶縁性繊維２２との隙間は、背面材９が浸入可能な粗さとなっており、背面材９を形成する材料として比較的硬い材料を使用する場合、導電性糸２１及び絶縁性繊維２２の隙間に浸入して両者を接着する接着材として、初期では流動性を有する液体状で、充填後に硬化させもの（例えば、エポキシ樹脂等）を使用することが望ましい。この接着材の音響インピーダンスは背面材９と実質同程度であることが望ましい。
　また、背面材９として、注型タイプの材料を使用する場合には、導電性糸２１と絶縁性繊維２２との隙間に充填できるように充填の際には流動性を有する液体状で、充填後に硬化する材料を用いる。具体的には、ゲル状のエポキシ、または、シリコーン、ウレタン、もしくは各種エラストマ等の各種の柔軟な樹脂材で形成するか、または前記樹脂材をベースとして、アルミナ、ジルコニア、または酸化チタン等のフィラー材を配合して用い注型により背面材９を形成する。更に硬化のための触媒を含んでいてもよい。硬化の方法として、熱硬化、または光硬化など従来公知の技術を用いることができる。
　また、硬化作業そのものを行わなくても良いし、完全に硬化する前に硬化作業を止めて流動性を有した状態を最終形態としても良い。
　ここで、導電性糸２１及び絶縁性繊維２２によって形成される配線層２０は、前述したように、本実施の形態においては布状に形成されているが、各導電性糸２１同士の絶縁を確保可能な距離を保持できるのであれば、特に、織り方は問わない。絶縁性繊維２２は、波打つ形状である等して振動子エレメント２からの音波を素子方向以外に散乱させる形状であることが望ましい。さらに、配線層２０は、導電性糸２１と絶縁性繊維２２とを、熱・機械的又は化学的な作用によって接着又は絡み合わせることで布状に形成した、所謂不織布として形成することも可能である。
　また、複数の導電性糸２１の配列は、均一ピッチを基本とするが、図５に例示するように、複数の導電性糸２１が所定のピッチで離間していれば、一定である必要はない。図５の例では、振動子エレメントの間隔に応じて定まる振動子エレメント近傍の導電性糸２１のピッチｐ1を、振動子エレメントからは離れた部位ではピッチｐ2（ｐ2＞ｐ1）に拡大している。
　この場合、絶縁性繊維２２を構成する材料の太さ（幅、厚み）を数μｍ～数１０μｍの範囲で調節することにより、導電性糸２１のピッチを調節することができる。また、絶縁性繊維２２としては、導電性糸２１のピッチを調節する太さの絶縁材料に加えて、その他のより細い絶緑材料等を混ぜ込んで構成しても良い。こうすることで、背面材９或いは接着剤が絶縁性繊維２２の間に複雑に入り込んでアンカー効果を高めることができ、背面材９と導電性糸２１が剥離することによる音響特性の低下を防止することができ、背面材９を省略することもできる。
　また、図６に示すように、配線層２０の導電性糸２１は、振動子エレメント２の複数の下部電極の配列方向（Ｄ）に対して垂直に配線されている必要はなく、所定の角度θで非並行かつ非垂直に配線されていても良い。特に、下部電極との接続部分から所定距離まで、前記配列方向（Ｄ）に対して非並行かつ非垂直に配線されていることで、振動子エレメント２の背面側に放射された超音波が配線層２０内の配線間をジグザグに反射しながら伝達するような経路Ｓを通り、背面材９の厚さが薄い場合でも、不要な音波の伝播距離を長くすることができ、不要な音波を効果的に減衰させることができる。
　更に、図７に示すように、信号ケーブルである複数の同軸線２３の芯線２３ａを露出させて導電性糸２１として用い、芯線２３ａを絶縁性繊維２２で織ることにより、配線層２０を形成するようにしても良い。これにより、短絡防止しながら信号ケーブルを直接、振動子エレメント２に接続して使用することができる。尚、各同軸線２３のグランド線同士を短絡させて各振動子エレメント２の上部電極４に接続する等して使用する場合には、各同軸線２３のグランド線に導電材２５を織り込んで短絡させたグランド配線部を形成するようにしても良い。
　また、図８に示すように、振動子エレメント２をマトリックスアレイとして配列する場合には、複数枚の配線層２０を利用することで対応することができる。図８においては、マトリクスを形成する振動子アレイ部１０#1,１０#2,１０#3に対応して、３枚の配線層２０#1,２０#2,２０#3が背面材９に埋設されて積層状態にされている。各配線層２０は、側部から導電性糸２１が露出しないように絶縁性繊維２２が配置されており、互いの接触が防止されている。
　ただし、振動子アレイ部１０と配線層２０とは必ずしも１対１である必要はなく、図１４に示すように、複数の振動子アレイ部１０#1および振動子アレイ部１０#2が１枚の配線層２０を共有するように構成することも可能である。
　図１４では、振動子アレイ部１０#1に電気的に接続された導電性糸２１#1と、振動子アレイ部１０#2に電気的に接続された導電性糸２１#2とが同じ絶縁性繊維２２により互いに接触しないように織られている
　次に、以上の超音波振動子１を内視鏡に設けた例について、図９～図１３を用いて説明する。尚、以下では、超音波振動子１は、内視鏡に組み込まれた超音波振動子ユニットとして説明する。
　図９に示す超音波内視鏡１０１は、細長管状に形成されて被検体に挿入される挿入部１０２の先端側に、超音波振動子ユニット１０３を備えている。この超音波内視鏡１０１の挿入部１０２の基端側には、把持部を兼用する操作部１０４が連設され、この操作部１０４の側部から延出されるユニバーサルコード１０５の先端側に、コネクタ部１０６が配設されている。
　挿入部１０２は、先端側の超音波振動子ユニット１０３に連設される硬質部１０７と、この硬質部１０７の後端側に連設され、例えば上下方向に湾曲自在に構成される湾曲部１０８と、この湾曲部１０８の後端側に連設される可撓管部１０９とを有して構成されている。可撓管部１０９は、湾曲部１０８から操作部１０４に至るまでの間に設けられ、受動的に可撓可能となるように柔軟性を持たせて形成される細径且つ長尺形状の管状部材である。
　操作部１０４は、可撓管部１０９の基端を覆って可撓管部１０９と接続される折れ止め部１０４ａと、この折れ止め部１０４ａに連設され、使用者が超音波内視鏡１０１を使用するときに手によって把持する把持部１０４ｂとを有している。把持部１０４ｂの上端側には、各種の操作部材が配設され、把持部１０４ｂの下端側に位置して折れ止め部１０４ａの上部となる部位には、処置具を被検体内に導くための処置具挿通口１１０等が設けられている。操作部１０４に設けられる操作部材としては、例えば湾曲部１０８の湾曲操作を行う湾曲レバー１１１、送気送水操作又は吸引操作、撮像、照明等の各対応する操作を行うための複数の操作ボタン１１２等がある。
　ユニバーサルコード１０５は、挿入部１０２の先端から湾曲部１０８及び可撓管部１０９の内部を挿通して操作部１０４に至り、さらに操作部１０４から延出する各種信号線等を内部に挿通すると共に、光源装置（図示せず）のライトガイドを挿通し、さらに送気送水装置（図示せず）から延出される送気送水用チューブを挿通する複合ケーブルである。このユニバーサルコード１０５の先端側に配設されるコネクタ部１０６は、超音波観測装置（図示せず）との間を接続する超音波コネクタ１０６ａ、各種信号ケーブルが接続される電気コネクタ部１０６ｂ、光源装置や送気送水装置（図示せず）との間を接続する光源側コネクタ１０６ｃを備えて構成されている。
　一方、挿入部１０２先端側の硬質部１０７に連設される超音波振動子ユニット１０３は、例えばコンベックス型の振動子ユニットである場合、図１０に示すように、振動子アレイ部１３０と、この振動子アレイ部１３０を収容するハウジングであるノーズピース１３１とを備えて構成されている。振動子アレイ部１３０は、ノーズピース１３１の略中央部に形成された切り欠き部に一体的に配設されて保持され、挿入部１０２の長手軸方向にコンベックス型の超音波走査面を形成する音響レンズ部１３２と、この音響レンズ部１３２の内側でコンベックス面に沿って配置された複数の振動子エレメント１３３とにより、超音波送受信部を形成している。
　尚、ノーズピース１３１の先端には略円筒状の突出部１３１ａが設けられ、この突出部１３１ａの基部側外周に第１のバルーン保持溝１３４ａが形成されると共に、ノーズピース１３１の硬質部１０７との連結部外周に、第２のバルーン保持溝１３４ｂが形成されている。
　第１のバルーン保持溝１３４ａと第２のバルーン保持溝１３４ｂとの間には、例えばシリコンゴムやラテックスゴム等で形成された肉薄で収縮性に富むバルーンがノーズピース１３１を覆って着脱自在に介装されるようになっている。
　また、図示を省略するが、第２のバルーン保持溝１３４ｂに連結される硬質部１０７の先端側には、観察光学系を構成する対物レンズ窓、照明光学系を構成する照明レンズ窓、穿刺針等の処置具が導出される処置具導出口等が設けられている。
　コンベックス型に配列された複数の振動子エレメント１３３は、図１１に示すような配線層１４０に接続されている。配線層１４０は、複数の導電性糸１４１を並行に配列した並行部１４０ａと、この並行部１４０ａの先端側を、複数の振動子エレメント１３３の配列に対応して扇形に展開した展開部１４０ｂとを有している。
　展開部１４０ｂにおいて徐々に拡大される各導電性糸１４１の間隔は、周方向に織り込まれた複数の絶縁性繊維１４２によって保持され、各導電性糸１４１の先端部が各振動子エレメント１３３の下部電極１３３ｂに接続され、半田、導電性接着剤、或いはメッキ等を用いて固定されている。配線層１４０は、背面材内１４３に埋設されて保持されている。尚、各振動子エレメント１３３の上部電極１３３ａは、共通接続されてＧＮＤ線に接続されている。下部電極１３３ｂと上部電極１３３ａとの間には圧電素子１３５が配置されている。
　また、超音波振動子ユニット１０３がラジアル型の振動子ユニットである場合には、図１２に示すように、硬質部１０７に、例えば円筒状のポリエチレンから構成された先端が閉塞されたハウジング１５０が連結されている。円筒状のハウジング１５０は、外壁部が音響レンズ１５１を構成しており、この音響レンズ１５１の内側に、複数の振動子エレメント１５２がラジアル配列されて保持されている。
　以下では、同軸線を径方向に延出し、圧電素子に直接配線する方法が記載されているが、径方向に放射状に配列した導電性糸を同心円状の絶縁性繊維で固定した配線材料を経由して同軸線に配線する方法でも良い。
　コンベックス型の超音波観察部を製造する場合にも、同軸線の芯線を導電性糸として直接配線する方法を採用することもできる。
　このラジアル配列の振動子エレメント１５２は、図１３に示すような配線層１５３に接続されている。配線層１５３は、例えば、上述した図７の複数の同軸線を用いた配線層２０に準じて形成することができる。すなわち、配線層１５３は、複数の同軸線を束ねたケーブル束１５３ａと、このケーブル束１５３ａに対して、各同軸線の芯線１５４を露出させてケーブル束１５３ａの径方向に延出させ、各芯線１５４の間に複数の絶縁性繊維１５５を周方向に織り込んだ拡開部１５３ｂとを有している。
　そして、ラジアル配列された複数の振動子エレメント１５２の中に配線層１５３の拡開部１５３ｂを挿入し、各芯線１５４の先端部を各振動子エレメント１５２の下部電極１５２ｂに接続して、半田、導電性接着剤、或いはメッキ等を用いて固定する。ラジアル配列された複数の振動子エレメント１５２の内側（下部電極１５２ｂ側）には背面材１５６が充填され、振動子エレメント１５２及び配線層１５３が保持される。尚、各振動子エレメント１５２の上部電極１５２ａは共通接続され、ＧＮＤ線に接続されている。
　このように本実施の形態においては、振動子アレイ部１０を、複数の導電性糸２１と、複数の導電性糸２１が互いに接触しないように導電性糸２１同士を所定の距離に保つ絶縁性繊維２２を含む配線層２０を用いて配線する。これにより、振動子エレメントの数や、配置や、大きさに左右されることなく容易に配線を行うことができ、作業性が向上するばかりでなく、配線材料同士の短絡及び音響特性の低下を防止しつつ高密配線を実現することが可能となる。
　しかも、配線層２０を背面材等に理込み、硬化収縮等による応力がかかったとしても、導電性糸２１同士が短絡することがなく、織物状に形成した配線層２０の隙間に背面材を流し込むことで、ダンピング性能を確保することができる。また、織り込まれた絶縁性繊維２２のアンカー効果により、背面材が導電性糸２１から剥離して音響特性が氏下することを防止できる。さらには、振動子アレイ部１０で発生した熱を効率良く放熱することもできる。
　尚、上部電極および下部電極の間に圧電素子が介在する圧電型の超音波振動子を例示したが、本発明はこれに限定されず、上部電極と下部電極との間に空隙が介在する静電容量型の超音波振動子にも適用することが可能である。
　本出願は、２０１３年９月４日に日本国に出願された特願２０１３－１８３２８８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 (7)

  1. 　複数の導電性糸、及び前記複数の導電性糸が互いに接触しないように前記導電性糸同士を所定の距離に保つ絶縁性繊維を含む配線層と、
    　前記導電性糸の一端が電気的に接続された複数の下部電極と、
    　前記下部電極、及び前記複数の下部電極に対して所定距離離間している１個以上の上部電極、ならびに、前記下部電極および前記上部電極の間に介在する圧電素子または前記下部電極および前記上部電極の間が空隙を形成するよう配置された絶縁材からなる柱状部を含む振動子アレイ部と、
    　を有することを特徴とする超音波振動子。
  2. 　前記振動子アレイ部の下部電極側に形成された背面材を有し、
    　前記配線層は、少なくとも前記下部電極に電気的に接続している部分が前記背面材に埋没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. 　前記背面材は流動性を有し、
    　前記配線層は前記絶縁性繊維同士が離間して隙間を形成しており、
    　前記隙間には前記背面材が浸入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. 　前記下部電極との接続部分から所定距離まで、前記導電性糸は、前記複数の下部電極の配列方向に対して非並行かつ非垂直に配置されていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の超音波振動子。
  5. 　前記配線層は、側面から前記導電性糸が露出しないように前記絶縁性繊維が配置されており、
    　前記複数の下部電極に電気的に接続される前記配線層を、複数備えることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の超音波振動子。
  6. 　前記配線層は、前記導電性糸と前記絶縁性繊維とにより織られた布状の織物であることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の超音波振動子。
  7. 　請求項１～６の何れかに記載の超音波振動子を含むことを特徴とする超音波内視鏡。
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