JP7109654B2 - 超音波振動子、超音波内視鏡及び超音波振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波振動子、超音波内視鏡及び超音波振動子の製造方法に関する。
従来、被検体内に挿入される挿入部を備えた超音波内視鏡においては、観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、前記挿入部の先端に設けられた超音波振動子から送受信される超音波が用いられる。具体的には、超音波内視鏡を構成する超音波観測装置が、超音波振動子から受信した超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得することができる。
超音波振動子は、電気的なパルス信号を超音波パルスに変換して観測対象へ照射するとともに、観測対象にて反射された超音波エコーを電気的なエコー信号に変換してから出力する複数の圧電素子を備える。例えば、複数の圧電素子を所定方向に沿って並べて、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えることによって、観測対象から超音波エコーを取得する。
超音波振動子の種別として、コンベックス型、リニア型、ラジアル型等、超音波ビームの送受信方向が異なる複数のタイプが知られている。このうち、コンベックス型の超音波振動子は、複数の圧電素子が曲面に沿って配列され、各々が超音波ビームを曲面の径方向に向けて出射する。
特許文献１には、平面上に複数の圧電素子を配列して圧電素子アレイを形成し、圧電素子アレイを弧状に曲げた後、フレキシブル基板が有する円弧部の先端から突出した複数の配線と、圧電素子アレイを形成する各圧電素子とを電気的に接続して、コンベックス型の超音波振動子を製造することが開示されている。
また、特許文献１には、複数の配線と複数の圧電素子とを電気的に接続する作業中に配線同士の接触を防止するため、複数の圧電素子の配列間隔以下の間隔をあけて各配線を保持する保持部材を、各配線におけるフレキシブル基板と圧電素子との間の中途位置に横断的に設けることが開示されている。
圧電素子と接続される配線にリード線を用いた場合には、リード線は細くて柔らかい。そのため、複数のリード線と複数の圧電素子とを電気的に接続する際に、各リード線の先端部を各圧電素子に押し付けて湾曲させると、一部のリード線が狙いの湾曲方向とは異なる方向に湾曲する可能性がある。その結果、他方のリード線が接触している圧電素子に接触してしまい、圧電素子を経由してリード線が短絡するおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧電素子を経由してリード線が短絡するのを防止することができる超音波振動子、超音波内視鏡及び超音波振動子の製造方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、信号線を介して電気信号を入出力するフレキシブルな基板と、前記基板に電気的に接続され、列状に配列された、超音波を送受信する複数の圧電素子と、前記信号線を延出させて前記基板の端部から突出させ、湾曲させた形態で複数の前記圧電素子それぞれに電気的に接続される複数のリード線と、複数の前記リード線各々に設けられ、複数の前記リード線が互いに接触することを防ぐように配置された、絶縁性を有する複数のシート部材と、を備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波振動子は、上記の発明において、前記シート部材は、前記圧電素子の配列方向において、複数の前記リード線どうしの間に配置されることを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波振動子は、上記の発明において、前記リード線は平板状であり、前記シート部材は、前記リード線と前記圧電素子とが対向する面に対して交差した面のうち、前記圧電素子の配列方向に交差する面に位置することを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波振動子は、上記の発明において、前記基板は円弧部を有し、前記リード線は前記円弧部の先端から突出して設けられ、前記圧電素子は、前記円弧部に沿って配列されており、前記シート部材のうち隣接する少なくとも２つのシート部材は、前記圧電素子と前記基板とが電気的に接続された状態において、前記圧電素子の配列方向に交差する面によって接触していることを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波振動子は、上記の発明において、前記リード線は平板状であり、前記シート部材は、前記リード線の前記圧電素子と対向する面に設けられた、シート状の絶縁部材からなり、前記絶縁部材が、隣接する前記圧電素子の間に位置することを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波振動子は、上記の発明において、前記リード線は平板状であり、前記シート部材は、前記リード線の、前記圧電素子と対向する一部の面、及び、前記圧電素子と対向する面とは反対側の一部の面に設けられた、シート状の絶縁部材からなり、前記絶縁部材が、隣接する前記圧電素子の間に位置することを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部を備え、該挿入部の先端に、上記の発明の超音波振動子を備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係る超音波振動子の製造方法は、超音波を送受信する超音波振動子の製造方法であって、所定間隔をあけて配列された複数の圧電素子に、基板の先端から突出し、一部分にシート部材が設けられた複数のリード線それぞれの先端部を押し付けて前記複数のリード線を湾曲させ、前記複数の圧電素子と前記複数のリード線とを電気的に接続する工程と、複数の前記リード線それぞれの先端部と複数の前記圧電素子それぞれとを接合部材によって接合する工程と、を有することを特徴とするものである。
本発明に係る超音波振動子、超音波内視鏡及び超音波振動子の製造方法は、圧電素子を経由してリード線が短絡するのを防止することができるという効果を奏する。
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。
図１は、実施の形態１に係る内視鏡システムを模式的に示す図である。内視鏡システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波診断を行うシステムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。
超音波内視鏡２は、その先端部に設けられた超音波振動子によって、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルスに変換して被検体へ照射するとともに、被検体にて反射された超音波エコーを電圧変化によって表現する電気的なエコー信号に変換してから出力する。
超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系及び撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や、呼吸器のいずれかの撮像を行うことが可能である。また、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を、超音波を用いて撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、光学撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。
超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、コネクタ２４とを備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられ、コンベックス型の超音波振動子７を保持する硬性の先端部２１１と、先端部２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３とを備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処置具用挿通路などが形成されている。
操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等のユーザからの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２とを備える。また、操作部２２には、処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。
ユニバーサルコード２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、及び光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。
コネクタ２４は、ユニバーサルコード２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１が接続される第１コネクタ部２４１、ビデオケーブル４１が接続される第２コネクタ部２４２、及び、光ファイバケーブル６１が接続される第３コネクタ部２４３を備える。
超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１（図１参照）を経由して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を経由して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号が入力される。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。
内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１（図１参照）を経由して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を経由して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。
表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）、プロジェクタ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。
光源装置６は、光ファイバケーブル６１（図１参照）を経由して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を経由して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。
図２は、実施の形態１に係る超音波内視鏡の挿入部の先端構成を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、先端部２１１は、超音波振動子７を保持する超音波振動子モジュール２１４と、撮像光学系の一部をなし、外部からの光を取り込む対物レンズ２１５ａ、及び、照明光を集光して外部に出射する照明レンズ２１５ｂを有する内視鏡モジュール２１５と、を備える。内視鏡モジュール２１５には、挿入部２１内に形成された処置具用挿通路に連通し、挿入部２１の先端から処置具を突出させる処置具突出口２１５ｃが形成されている。処置具用挿通路は、処置具突出口２１５ｃに連なる端部近傍が、挿入部２１の長手軸に対して傾斜し、処置具が処置具突出口２１５ｃから長手軸に対して傾斜した方向に突出する目的にて設けられている。ここでいう長手軸とは、挿入部２１の長手方向に沿った軸である。湾曲部２１２や可撓管部２１３では各位置によって軸方向が変化するが、硬性の先端部２１１では、長手軸は、一定した直線をなす軸である。
続いて、挿入部２１の先端に設けられた超音波振動子７の構成を説明する。図３は、実施の形態１に係る超音波振動子モジュール２１４の構成を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示す超音波振動子モジュール２１４の領域Ｒの構成を説明する図である。
図３に示すように、超音波振動子７では、超音波振動子７の曲面をなす外表面に沿って湾曲して、一列に所定間隔をあけて複数の圧電素子７１が配列された圧電素子アレイを形成している。そして、超音波振動子７は、送受信にかかわる圧電素子７１を電子的に切り替えたり、各圧電素子７１の送受信に遅延をかけたりすることによって、電子的に走査させるコンベックス型の超音波振動子である。
超音波振動子７は、長手方向を揃えて並べられた複数の圧電素子７１と、複数の圧電素子７１に対し、超音波振動子７の外表面側に設けられた第１音響整合層７２と、第１音響整合層７２の複数の圧電素子７１と接する側とは反対側に設けられた第２音響整合層７３と、第２音響整合層７３の第１音響整合層７２と接する側とは反対側に設けられた音響レンズ７４とを有する。複数の圧電素子７１の第１音響整合層７２と接する側とは反対側には、図示しないバッキング材が設けられている。バッキング材は、減衰率の大きい材料、例えば、アルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂や、上述したフィラーを分散したゴムを用いて形成されており、圧電素子７１の動作によって生じる不要な超音波振動を減衰させる。
圧電素子７１は、電気的なパルス信号を音響パルスに変換して被検体へ照射するとともに、被検体にて反射された超音波エコーを電圧変化によって表現する電気的なエコー信号に変換してから出力する。圧電素子７１には、例えば、バッキング材側の面に不図示の信号入出力用電極が設けられているとともに、圧電素子７１の第１音響整合層７２側の面にグラウンド接地用の不図示の第１グラウンド用電極が設けられている。各電極は、導電性を有する金属材料または樹脂材料を用いて形成される。
第１音響整合層７２及び第２音響整合層７３は、圧電素子７１と観測対象との間にて超音波を効率よく透過させるために、圧電素子７１の音響インピーダンスと観測対象の音響インピーダンスとをマッチングさせる。第１音響整合層７２には、圧電素子７１の第１グラウンド用電極と電気的に接続する不図示の第２グラウンド用電極が設けられている。圧電素子７１は、第１グラウンド用電極及び第２グラウンド用電極を経由して外部に接地される。
音響レンズ７４は、第１音響整合層７２及び第２音響整合層７３の外表面を被覆しており、超音波振動子７の外表面をなしている。音響レンズ７４は、シリコーン、ポリメチルペンテン、エポキシ樹脂、及び、ポリエーテルイミドなどを用いて形成され、一方の面が凸状または凹状をなして超音波を絞る機能を有し、第２音響整合層７３を通過した超音波を外部に出射したり、外部からの超音波エコーを取り込んだりする。
超音波振動子７は、パルス信号の入力によって圧電素子７１が振動することにより、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３及び音響レンズ７４を経由して観測対象に超音波を照射する。この際、圧電素子７１において、第１音響整合層７２、第２音響整合層７３及び音響レンズ７４の配設側とは反対側は、バッキング材により、圧電素子７１からの不要な超音波振動を減衰させている。また、観測対象から反射された超音波は、音響レンズ７４、第２音響整合層７３及び第１音響整合層７２を経由して圧電素子７１に伝えられる。伝達された超音波により圧電素子７１が振動し、圧電素子７１が振動を電気的なエコー信号に変換して、エコー信号として後述する配線であるフライングリード１１０（図４参照）を経由して超音波観測装置３に出力する。
超音波振動子モジュール２１４は、超音波振動子７と、超音波振動子モジュール２１４と超音波観測装置３とを電気的に接続する経路の一部をなす複数の信号線２００と、の間の電気的な接続を中継する中継基板１００を備える。中継基板１００は、超音波振動子７の側部において超音波振動子７に保持されるフレキシブル基板（Flexible Printed Circuits：FPC）である。中継基板１００は、本発明における基板に相当し、中継基板２０１を経由して複数の信号線２００と電気的に接続している。中継基板１００は、ポリイミドを用いて形成される基材に配線パターンを設けてなる。また、中継基板１００は、中継基板１００の先端から突出した複数のフライングリード１１０によって、複数の圧電素子７１と電気的に接続している。中継基板１００は、フライングリード１１０が突出する先端が、複数の圧電素子７１の配列に沿った弧状をなしている。
図４において、フライングリード１１０は、銅、または、銅を主成分とする合金などの導電性材料を用いて形成されたリード線である。中継基板１００の先端から突出した状態にて設けられた各フライングリード１１０は、圧電素子７１側へ凸に湾曲した状態にて、各圧電素子７１と電気的に接続されている。フライングリード１１０の圧電素子７１と電気的に接続される側の端部である先端部１１０ｅと、圧電素子７１とは、結合部材である半田１２０によって結合されている。また、各フライングリード１１０の一部分には、絶縁性を有する平面状のシート部材である絶縁部材１３０が設けられている。本実施形態においては、絶縁部材１３０が中継基板１００と同じ材料によって作製されており、絶縁部材１３０を中継基板１００と一体または別体のどちらで設けても良い。また、絶縁部材１３０を中継基板１００とは別の材料によって作製してもよい。
なお、以下の実施の形態１の説明においては、任意の隣り合うフライングリード１１０及び圧電素子７１のうち、一方（第１のリード線及び第１の圧電素子）側を符号に添え字「Ａ」を付して示し、他方（第２のリード線及び第２の圧電素子）側を符号に添え字「Ｂ」を付して示す場合もある。また、隣り合うフライングリード１１０及び圧電素子７１の前記一方側と前記他方側とを区別しない場合には、添え字「Ａ」，「Ｂ」を省略する。
図５は、実施の形態１におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。実施の形態１においては、フライングリード１１０が平板状であって、図５に示すように、圧電素子７１と対向する側（圧電素子７１と接触する側）の面である下面１１０ａと、下面１１０ａとは反対側の面である上面１１０ｂと、下面１１０ａ及び上面１１０ｂと交差した圧電素子配列方向に位置する２つの面である側面１１０ｃ，１１０ｄとによって構成されている。また、フライングリード１１０の上面１１０ｂにおける圧電素子配列方向の両側の縁には、フライングリード長手方向全域に絶縁部材１３０がそれぞれ設けられている。また、絶縁部材１３０の圧電素子配列方向の一部分は、上面１１０ｂからはみ出している。なお、実施の形態１では、絶縁部材１３０に替えて絶縁性を有していないシート部材を用いてもよい。
次に、超音波振動子モジュール２１４を製造する製造方法について説明する。図６は、フライングリード１１０と圧電素子７１とを電気的に接続する前の状態における斜視図である。図７は、フライングリード１１０と圧電素子７１とを電気的に接続する前の状態における、超音波振動子モジュール２１４の圧電素子７１の配列方向と直交し、かつフライングリード１１０を通過する平面を切断面とする部分断面図である。図８は、フライングリード１１０と圧電素子７１とを電気的に接続した状態における斜視図である。図９は、フライングリード１１０と圧電素子７１とを電気的に接続した状態における、超音波振動子モジュール２１４の圧電素子７１の配列方向と直交し、かつフライングリード１１０を通過する平面を切断面とする部分断面図である。
超音波振動子モジュール２１４を製造する際には、まず、圧電素子７１に第１音響整合層７２及び第２音響整合層７３を積層する。次に、図６及び図７に示すように、中継基板１００の先端から真っ直ぐに延びて突出した複数のフライングリード１１０の先端部１１０ｅを、各フライングリード１１０に対応した複数の圧電素子７１の端面７１ｂ上に位置させる。この際、圧電素子アレイの内径中心と同一中心である、各フライングリード１１０の先端を通る仮想円弧の曲率半径ｒ２は、圧電素子アレイの内径ｒ１よりも大きくなっている。そして、図８及び図９に示すように、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａを圧電素子７１の内面７１ａに押し付けつつ、中継基板１００と共にフライングリード１１０を下げていき、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させる。この際、複数のフライングリード１１０それぞれの先端を通る仮想円弧の曲率半径ｒ２は、圧電素子アレイの内径ｒ１よりも小さくなっている。その後、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａと圧電素子７１の内面７１ａとが接触した状態にて、図４に示すように複数のフライングリード１１０と複数の圧電素子７１とを半田１２０によって接合する。
なお、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａをテーパー形状にしても良い。これにより、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させて、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａと圧電素子７１の内面７１ａとを接触させたときの接触面積を、前記テーパー形状を設けない場合よりも大きくすることができる。前記接触面積が大きくなることによって、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａと圧電素子７１の内面７１ａとの接触部分に作用する摩擦力が大きくなり、圧電素子７１に対してフライングリード１１０が位置ずれするのを抑制できる。また、前記接触面積が大きくなることによって、半田１２０によるフライングリード１１０と圧電素子７１との接合領域を大きくすることができるため、接合強度を向上させることができる。
複数のフライングリード１１０と複数の圧電素子７１とを半田１２０によって接合した後は、圧電素子７１の第１音響整合層７２側とは反対側にバッキング材を充填し、音響レンズ７４を取り付ける。これにより、超音波振動子モジュール２１４が作製される。
実施の形態１においては、フライングリード１１０の上面１１０ｂにおける前記縁に絶縁部材１３０を設けたことによって、絶縁部材１３０を設けない場合よりも、フライングリード１１０の剛性を高めることができる。これにより、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａを圧電素子７１の内面７１ａに押し付けて、フライングリード１１０を圧電素子７１側に凸となるような狙いの湾曲方向へ湾曲させたときに、フライングリード１１０が狙いの湾曲方向とは異なる方向に湾曲するのを抑制することができる。よって、フライングリード１１０が、狙いの湾曲方向とは異なる方向である圧電素子配列方向に湾曲して、別のフライングリード１１０が接触している圧電素子７１に接触し、圧電素子７１を経由してフライングリード１１０が短絡するのを抑制することができる。
また、図５に示したような隣り合うフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂのうち、例えば、フライングリード１１０Ａがフライングリード１１０Ｂ側に位置ずれしても、圧電素子配列方向にて隣り合った、フライングリード１１０Ａの絶縁部材１３０Ａと、フライングリード１１Ｂの絶縁部材１３０Ｂとが接触する。これにより、フライングリード１１０Ａとフライングリード１１０Ｂとが接触することによって短絡したり、圧電素子７１Ｂを経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡したりするのを抑制することができる。
（変形例１）
図１０は、変形例１におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。変形例１においては、実施の形態１に対して、圧電素子配列方向にて隣り合う絶縁部材１３０を接触させて、複数のフライングリード１１０のそれぞれの上面１１０ｂにおける前記縁に絶縁部材１３０を設けている。
図１０は、変形例１におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。変形例１においては、実施の形態１に対して、圧電素子配列方向にて隣り合う絶縁部材１３０を接触させて、複数のフライングリード１１０のそれぞれの上面１１０ｂにおける前記縁に絶縁部材１３０を設けている。
例えば、図１０に示すように、隣り合うフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂのうち、フライングリード１１０Ａの上面１１０ｂに設けられた絶縁部材１３０Ａと、フライングリード１１０Ｂの上面１１０ｂに設けられた絶縁部材１３０Ｂとが、圧電素子配列方向にて接触している。これにより、フライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが圧電素子配列方向に位置ずれするのを抑えられ、フライングリード１１０Ａとフライングリード１１０Ｂとが接触することによって短絡したり、圧電素子７１Ａまたは圧電素子７１Ｂを経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡したりするのを抑制することができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。以下の実施の形態２の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
次に、本発明の実施の形態２について説明する。以下の実施の形態２の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図１１は、実施の形態２におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。実施の形態２においては、図１１に示すように、実施の形態１と同様、フライングリード１１０が平板状であって、圧電素子７１と対向する側の面である下面１１０ａと、下面１１０ａとは反対側の面である上面１１０ｂと、下面１１０ａ及び上面１１０ｂと交差した圧電素子配列方向に位置する２つの面である側面１１０ｃ，１１０ｄとによって構成されている。また、図１１に示すように、フライングリード１１０の側面１１０ｃ，１１０ｄには、フライングリード長手方向全域に絶縁部材１３０がそれぞれ設けられている。なお、実施の形態２においては、絶縁部材１３０に替えて絶縁性を有していないシート部材を用いてもよい。
実施の形態２においては、フライングリード１１０の側面１１０ｃ，１１０ｄに絶縁部材１３０をそれぞれ設けることによって、絶縁部材１３０を設けない場合よりも、フライングリード１１０の剛性を高めることができる。これにより、超音波振動子モジュール２１４を製造する際、フライングリード１１０の先端部１１０ｅにおける下面１１０ａを圧電素子７１の内面７１ａに押し付けて、フライングリード１１０を圧電素子７１側に凸となるような狙いの湾曲方向へ湾曲させたときに、フライングリード１１０が狙いの湾曲方向とは異なる方向に湾曲するのを抑制することができる。よって、フライングリード１１０が、狙いの湾曲方向とは異なる方向である圧電素子配列方向に湾曲して、別のフライングリード１１０が接触している圧電素子７１に接触し、圧電素子７１を経由してフライングリード１１０が短絡するのを抑制することができる。
また、図１１に示したような隣り合うフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂのうち、例えば、フライングリード１１０Ａがフライングリード１１０Ｂ側に位置ずれしても、圧電素子配列方向にて隣り合った、フライングリード１１０Ａの絶縁部材１３０Ａと、フライングリード１１Ｂの絶縁部材１３０Ｂとが接触する。これにより、フライングリード１１０Ａとフライングリード１１０Ｂとが接触することによって短絡したり、圧電素子７１Ｂを経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡したりするのを抑制することができる。
（変形例２）
図１２は、変形例２におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。変形例２においては、実施の形態２に対して、圧電素子配列方向にて隣り合う絶縁部材１３０を接触させて、複数のフライングリード１１０の側面１１０ｃ，１１０ｄに絶縁部材１３０を設けている。
図１２は、変形例２におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。変形例２においては、実施の形態２に対して、圧電素子配列方向にて隣り合う絶縁部材１３０を接触させて、複数のフライングリード１１０の側面１１０ｃ，１１０ｄに絶縁部材１３０を設けている。
例えば、図１２に示すように、隣り合うフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂのうち、フライングリード１１０Ａの側面１１０ｄＡに設けられた絶縁部材１３０Ａと、フライングリード１１０Ｂの側面１１０ｃＢに設けられた絶縁部材１３０Ｂとが、圧電素子配列方向にて接触している。これにより、フライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが圧電素子配列方向に位置ずれするのを抑えられ、フライングリード１１０Ａとフライングリード１１０Ｂとが接触することによって短絡したり、圧電素子７１Ａまたは圧電素子７１Ｂを経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡したりするのを抑制することができる。
また、図１３に示すように、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させる前では、圧電素子配列方向にて隣り合う絶縁部材１３０間には隙間が形成されている。そして、図１４に示すように、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させた後では、前記隣り合う絶縁部材１３０間の隙間の少なくとも一部が無くなって、前記隣り合う絶縁部材１３０が接触している。
変形例２では、フライングリード１１０を湾曲させる前における前記隙間が、予め設定されたフライングリード１１０の湾曲度合に応じて、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させたときに、前記隙間の少なくとも一部が無くなるような形状や幅となっている。例えば、図１３に示すように、前記隙間は、平面視にて三角形状であって、フライングリード長手方向にて中継基板１００側からフライングリード１１０の先端部１１０ｅ側にかけて幅が広がっている。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。以下の実施の形態３の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
次に、本発明の実施の形態３について説明する。以下の実施の形態３の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図１５は、実施の形態３におけるフライングリード１１０への絶縁部材１３０の設置位置を示した図である。実施の形態３においては、図１５に示すように、実施の形態１と同様、フライングリード１１０が平板状であって、圧電素子７１と対向する側の面である下面１１０ａと、下面１１０ａとは反対側の面である上面１１０ｂと、下面１１０ａ及び上面１１０ｂと交差した圧電素子配列方向に位置する２つの面である側面１１０ｃ，１１０ｄとによって構成されている。また、フライングリード１１０の下面１１０ａにおける圧電素子配列方向の一方側の縁には、フライングリード長手方向全域に絶縁部材１３０が設けられている。また、絶縁部材１３０の圧電素子配列方向の一部分は、下面１１０ａからはみ出している。
また、実施の形態３においては、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させてフライングリード１１０と圧電素子７１とを電気的に接続した際、隣り合う圧電素子７１間の隙間に絶縁部材１３０が嵌っている。例えば、図１５に示すように、隣り合う圧電素子７１Ａ，７１Ｂ間の隙間に、フライングリード１１０Ａの下面１１０ａＡにおける前記縁に設けられた絶縁部材１３０Ａが嵌っている。これにより、フライングリード１１０Ａの圧電素子配列方向への移動が、絶縁部材１３０Ａと圧電素子７１Ａ，７１Ｂとが接触することによって規制される。よって、フライングリード１１０Ａが、圧電素子７１Ａに対して圧電素子配列方向に位置ずれするのを抑えられ、フライングリード１１０Ａとフライングリード１１０Ｂとが接触することによって短絡したり、圧電素子７１Ｂを経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡したりするのを抑制することができる。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。以下の実施の形態４の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
次に、本発明の実施の形態４について説明する。以下の実施の形態４の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図１６は、実施の形態４におけるフライングリード１１０への第１の絶縁部材１３１及び第２の絶縁部材１３２の設置位置を示した図である。実施の形態４においては、図１６に示すように、実施の形態１と同様、フライングリード１１０が平板状であって、圧電素子７１と対向する側の面である下面１１０ａと、下面１１０ａとは反対側の面である上面１１０ｂと、下面１１０ａ及び上面１１０ｂと交差した圧電素子配列方向に位置する２つの面である側面１１０ｃ，１１０ｄとによって構成されている。フライングリード１１０の下面１１０ａにおける圧電素子配列方向の一方側の縁には、フライングリード長手方向全域に第１の絶縁部材１３１が設けられている。また、第１の絶縁部材１３１の圧電素子配列方向の一部分は、下面１１０ａからはみ出している。さらに、フライングリード１１０の上面１１０ｂにおける圧電素子配列方向の一方側の縁には、フライングリード長手方向全域に第２の絶縁部材１３２が設けられている。また、第２の絶縁部材１３２の圧電素子配列方向の一部分は、上面１１０ｂからはみ出している。
なお、実施の形態４においては、第１の絶縁部材１３１及び第２の絶縁部材１３２が中継基板１００と同じ材料によって作製されており、第１の絶縁部材１３１及び第２の絶縁部材１３２を、それぞれ中継基板１００と一体または別体のどちらで設けても良い。また、第１の絶縁部材１３１及び第２の絶縁部材１３２を、中継基板１００とは別の材料によって作製してもよい。
実施の形態４においては、フライングリード１１０を圧電素子７１側へ凸に湾曲させてフライングリード１１０と圧電素子７１とを電気的に接続した際、隣り合う圧電素子７１間の隙間に第１の絶縁部材１３１が嵌っている。例えば、図１６に示すように、隣り合う圧電素子７１Ａ，７１Ｂ間の隙間に、フライングリード１１０Ａの第１の絶縁部材１３１Ａが嵌っている。これにより、フライングリード１１０Ａが、圧電素子配列方向に位置ずれするのを抑えられ、フライングリード１１０Ａとフライングリード１１０Ｂとが接触することによって短絡したり、圧電素子７１Ｂを経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡したりするのを抑制することができる。
また、実施の形態４では、フライングリード１１０の上面１１０ｂにおける前記縁に第２の絶縁部材１３２を設けることによって、フライングリード１１０の先端部１１０ｅと圧電素子７１とを半田によって接合する際に、第１の絶縁部材１３１によって溶融した半田の流れを堰き止めることができる。例えば、図１６に示すように、隣り合うフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂにおいて、フライングリード１１０Ａの先端部１１０ｅと圧電素子７１Ａとを半田によって接合する際に、フライングリード１１０Ａの第２の絶縁部材１３２Ａによって溶融した半田を堰き止めることにより、溶融した半田がフライングリード１１０Ｂ側に流れ込むのを抑制することができる。これにより、半田を経由してフライングリード１１０Ａ，１１０Ｂが短絡するのを抑制することができる。
上述した各実施の形態では、絶縁部材１３０、第１の絶縁部材１３１及び第２の絶縁部材１３２の形状が、平面状に限定されるものではなく、フライングリード１１０が狙いの湾曲方向とは異なる方向に湾曲するのを抑制できるように、フライングリード１１０の剛性を高めることができる形状であればよい。
また、上述した各実施の形態では、フライングリード１１０を圧電素子７１側とは反対側へ凸に湾曲させてもよい。
本発明に係る超音波振動子、超音波内視鏡及び超音波振動子の製造方法は、圧電素子を経由してリード線が短絡するのを防止することに有用である。
１ 内視鏡システム
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 内視鏡観察装置
５ 表示装置
６ 光源装置
７ 超音波振動子
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
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
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
１００ 中継基板
１１０ フライングリード
１１０ａ 下面
１１０ｂ 上面
１１０ｃ，１１０ｄ 側面
１１０ｅ 先端部
１２０ 半田
１３０ 絶縁部材
１３１ 第１の絶縁部材
１３２ 第２の絶縁部材
２１１ 先端部
２１２ 湾曲部
２１３ 可撓管部
２１４ 超音波振動子モジュール
２１５ 内視鏡モジュール
２２１ 湾曲ノブ
２２２ 操作部材
２２３ 処置具挿入口
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 超音波振動子
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
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
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
１００ 中継基板
１１０ フライングリード
１１０ａ 下面
１１０ｂ 上面
１１０ｃ，１１０ｄ 側面
１１０ｅ 先端部
１２０ 半田
１３０ 絶縁部材
１３１ 第１の絶縁部材
１３２ 第２の絶縁部材
２１１ 先端部
２１２ 湾曲部
２１３ 可撓管部
２１４ 超音波振動子モジュール
２１５ 内視鏡モジュール
２２１ 湾曲ノブ
２２２ 操作部材
２２３ 処置具挿入口
Claims (7)
- 信号線を介して電気信号を入出力するフレキシブルな基板と、
前記基板に電気的に接続され、列状に配列された、超音波を送受信する複数の圧電素子と、
前記信号線を延出させて前記基板の端部から突出させ、湾曲させた形態で複数の前記圧電素子それぞれに電気的に接続される複数のリード線と、
複数の前記リード線各々に設けられ、前記圧電素子の配列方向において、複数の前記リード線どうしの間に配置された、絶縁性を有する複数のシート部材と、
を備えることを特徴とする超音波振動子。 - 前記リード線は平板状であり、
前記シート部材は、前記リード線と前記圧電素子とが対向する面に対して交差した面のうち、前記圧電素子の配列方向に交差する面に位置することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。 - 前記基板は円弧部を有し、前記リード線は前記円弧部の先端から突出して設けられ、前記圧電素子は、前記円弧部に沿って配列されており、
前記シート部材のうち隣接する少なくとも２つのシート部材は、前記圧電素子と前記基板とが電気的に接続された状態において、前記圧電素子の配列方向に交差する面によって接触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。 - 前記リード線は平板状であり、
前記シート部材は、前記リード線の前記圧電素子と対向する面に設けられた、シート状の絶縁部材からなり、
前記絶縁部材が、隣接する前記圧電素子の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。 - 前記リード線は平板状であり、
前記シート部材は、前記リード線の、前記圧電素子と対向する一部の面、及び、前記圧電素子と対向する面とは反対側の一部の面に設けられた、シート状の絶縁部材からなり、
前記絶縁部材が、隣接する前記圧電素子の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。 - 被検体内に挿入される挿入部を備え、該挿入部の先端に、請求項１に記載の超音波振動子を備えることを特徴とする超音波内視鏡。
- 超音波を送受信する超音波振動子の製造方法であって、
所定間隔をあけて配列された複数の圧電素子に、基板の先端から突出し、一部分にシート部材が設けられた複数のリード線それぞれの先端部を押し付けて前記複数のリード線を湾曲させ、前記複数の圧電素子と前記複数のリード線とを電気的に接続する工程と、
複数の前記リード線それぞれの先端部と複数の前記圧電素子それぞれとを接合部材によって接合する工程と、
を有し、
前記シート部材は、前記圧電素子の配列方向において、複数の前記リード線どうしの間に配置されていることを特徴とする超音波振動子の製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2019/014268 WO2020202358A1 (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 超音波振動子、超音波内視鏡及び超音波振動子の製造方法 |
Publications (2)
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