×この技術を簡単クリック査定この機能をご利用いただくには、会員登録(無料)が必要です。出願した特許の牽制数、引用された数などを知る事ができます。気になる技術や特許をブックマークしておけば、いつでも後から読むことができます。後で印刷するために、公報をPDFでダウンロードできます。会員登録してastamuseを使えば、もっと簡単に便利にお使いいただけます。会員登録(無料)「astamuse」は世界中の挑戦したい社会課題に挑戦し、未来を創る人のプラットフォームです。この項目の情報は公開日時点(2013年2月4日)のものです。第1方向と前記第1方向に直交する第2方向とのうち少なくとも一つに沿って配列される。おける前記第2面の結晶方位と異なる。対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物内からの反射信号(エコー信号)を受信して対象物内を画像化するものである。有する電子操作式のアレイ式超音波プローブが主に用いられている。一般的な超音波プローブは、バッキング材料と、バッキング材料上に接合され、圧電体の両面に電極が形成された圧電素子と、圧電素子上に接合された音響整合層とを有する。圧電素子および音響整合層には、アレイ加工により複数のチャンネルが形成される。音響整合層上には音響レンズが形成される。各チャンネルのアレイ圧電素子の電極は、制御信号基板(フレキシブル印刷配線板(FPC))を通して、さらにケーブルを介して診断装置に接続される。このような超音波プローブにおいて、分極された圧電振動子は超音波の送受信を行う能動部品である。Impedance:以下AIと呼ぶ)が低いことが要求される。個々のチャンネル間の静電容量や感度ばらつきが小さいことが、シグナル/ノイズ(S/N)比を向上させるために要望されている。超音波プローブとしては、感度が高いことと、周波数帯域幅即ち比帯域(BW)が大きいこととが要求される。ここで感度は送信、受信感度がある。送信、受信感度は、圧電定数d33の重要な定数である電気機械結合係数と誘電率とで、決定される。比帯域は次の方法で求められる。圧電体A及びBの周波数特性において、次式に従って、比帯域BW(%)は求められる。・・・(1)ここで、周波数fL及びfH(fL<fH)は、音圧がピーク値から6dB、及び20dB減衰する周波数であり、周波数fCは、次式(2)によって表されるように、周波数fLと周波数fHとによる求まる中心周波数である。・・・(2)比帯域(BW)を拡大させるには前述の圧電定数d33のみならず、AIが低いことが重要である。医用用途に用いられる圧電振動子では、超音波の送受信は、厚み方向に伸縮する厚み振動を利用する。プローブの駆動中心周波数が2−10MHzの範囲であるために、圧電振動子には、0.1−0.5mmの厚みを有する圧電材料が一般的には用いられる。圧電材料としては、ジルコンチタン酸鉛Pb(Zr、Ti)O3(以下:PZTと呼ぶ)系圧電セラミクスが1970年代から用いられてきた。PZT系セラミクスにおいて、抗電界Ecは6kV/cm以上と大きいが、圧電定数d33は1000pC/N以下と低いために、高感度の超音波プローブを製造出来ない欠点があった。この欠点を改善するために、1995年ごろから鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶が研究、実用化されてきている。鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶は、少なくとも5から60mol%のチタン酸鉛(PbTiO3)と、60から95mol%のPb(B1,Nb)O3(B1はマグネシウム、亜鉛、インジウム、スカンジウムなどの少なくとも一つ)とから構成されたリラクサ系鉛複合ペロブスカイト化合物である。鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶は、リラクサ系鉛複合ペロブスカイト化合物に加えてビスマススカンジウム酸鉛(BiScO3)を含んでいてもよい。代表的な圧電材料としてマグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(以下PMN−PTと呼ぶ)と、亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(以下PZN−PTと呼ぶ)と、インジウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(以下PIN−PTと呼ぶ)と、PIN−PMN−PT3成分型圧電材料とが知られている。鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶は、上記材料にジルコン酸鉛PbZrO3を20mol%以下で含ませてもよい。図28に示すように、矩形板振動子の6面の全ての面における結晶方位が{100}である圧電材料が、振動子として用いられている。これらの圧電材料は、その厚みが0.1−0.5mmとなるまで研磨される。銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、パラジウム(Pd)などを有する電極が、研磨された圧電材料の上下面に、焼付け方法、スパッタや蒸着方法、湿式メッキ方法などの方法で形成される。電極が形成された圧電材料に、室温から200°Cの温度範囲で、1−100分程度に亘って、2kV/cmから30kV/cmの直流電界を印加する分極処理が実行される。これにより、超音波振動子が完成する。これらの圧電材料では、圧電材料の組成により相転移温度Trtとキュリー温度Tcとが異なる。超音波プローブには、抗電界Ecが2−10kV/cmであり、圧電定数d33が1000−3500pC/Nであり、室温において1kHzで測定した時の誘電率が1000−10000である圧電材料が用いられる。低いAIを得るためにPZTセラミクスや圧電単結晶を樹脂と複合させた複合圧電材料も知られている。これまで知られている圧電単結晶材料を用いて、従来の方法で医用複合振動子を製造した場合には次のような問題点がある。(1)単結晶振動子内部での特性差が大きい。ばらつきが10%以上となる。(2)複数の超音波プローブを製造した際、複数のプローブに関して感度および帯域のばらつきが10%以上となる。(3)超音波プローブの製造過程におけるアレイダンシングにより、誘電率および圧電定数d33が低下する。これにより、誘電率および結合係数が設計値に到達せず、結果として感度が低下する。(4)脆い単結晶材料に対する分極処理において、単結晶材料に反りなどが発生することがある。これにより、単結晶材料に割れが生じることがある。単結晶材料から作製された振動子を整合層などと張り合わせる際の加圧で、振動子に割れが生じることがある。これにより、特に長さが35mm以上の振動子、又は厚みが0.3mm以下の振動子を用いる超音波プローブにおいて、製造歩留りが低い。Fill)方法では、数か所の不良棒状振動子が生じるだけで、超音波プローブにおける振動子全体が不良となる。従って、腹部コンベックスプローブ用振動子のような大型形状(70mm×12mm×0.3mm(縦×横×厚み)以上)の単結晶振動子を安定的に製造することが難しい。複合振動子における単結晶の割合が90%以上の充填率を持つ複合振動子が作製出来ないために、小型素子の電気容量が低下することにより、プローブの感度が低下する。(6)個々の棒状振動子の横振動モ−ドが同一方向で生じるために不要振動(スプリアス)が発生しやすく比帯域が減少する。(1)の問題は長さが35−50mm程度の高周波リニアプローブ用振動子や長さが75mm程度の腹部コンベックスプローブ用振動子を、直径80mm以上の単結晶板から切り出して製造する場合は、図22乃至図24に示すように、単結晶ウエハにおける面内での周辺部と中心部とで、誘電率および結合係数が異なる。このために50−300チャンネルから構成される医用超音波プローブにおいては、チャンネル間やプローブ間の感度のばらつきが大きくなることが、量産において大きな問題となっている。これは結晶育成時に直径80mmを越えるような大型るつぼ周辺と中央部とでは温度が均一ではないために、PbO、Nb2O5、MgOと異なる分配係数を有するTiO2の量が、周辺部と中心部とで異なるために生じる本質的な問題である。この本質的な問題は、解決が望まれている。従来のDice&Fill法で作製する場合の振動子の加工途中の一例を示す図である。図26および図27は、従来のDice&Fill法で作製された振動素子間のスペースに樹脂を充填して作製した複合振動子の上面を示す上面図である。おけるx、y、z面とが同一であることがわかる。第1方向と前記第1方向に直交する第2方向とのうち少なくとも一つに沿って配列される。おける前記第2面の結晶方位と異なる。おける前記第2面の結晶方位と異なること、を特徴とする医用超音波プローブ。電極の前面に音響整合層を設け、前記背面側の電極の背面にバッキング材を設けること、を特徴とする医用超音波プローブ製造方法。0001本発明の実施形態は、圧電振動子及び医療用アレイ式超音波プローブに関する。対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物内からの反射信号(エコー信号)を受信して対象物内を画像化するものである。有する電子操作式のアレイ式超音波プローブが主に用いられている。0003一般的な超音波プローブは、バッキング材料と、バッキング材料上に接合され、圧電体の両面に電極が形成された圧電素子と、圧電素子上に接合された音響整合層とを有する。圧電素子および音響整合層には、アレイ加工により複数のチャンネルが形成される。音響整合層上には音響レンズが形成される。各チャンネルのアレイ圧電素子の電極は、制御信号基板(フレキシブル印刷配線板(FPC))を通して、さらにケーブルを介して診断装置に接続される。0004このような超音波プローブにおいて、分極された圧電振動子は超音波の送受信を行う能動部品である。Impedance:以下AIと呼ぶ)が低いことが要求される。個々のチャンネル間の静電容量や感度ばらつきが小さいことが、シグナル/ノイズ(S/N)比を向上させるために要望されている。0005超音波プローブとしては、感度が高いことと、周波数帯域幅即ち比帯域(BW)が大きいこととが要求される。ここで感度は送信、受信感度がある。送信、受信感度は、圧電定数d33の重要な定数である電気機械結合係数と誘電率とで、決定される。比帯域は次の方法で求められる。圧電体A及びBの周波数特性において、次式に従って、比帯域BW(%)は求められる。・・・(1)ここで、周波数fL及びfH(fL<fH)は、音圧がピーク値から6dB、及び20dB減衰する周波数であり、周波数fCは、次式(2)によって表されるように、周波数fLと周波数fHとによる求まる中心周波数である。・・・(2)比帯域(BW)を拡大させるには前述の圧電定数d33のみならず、AIが低いことが重要である。医用用途に用いられる圧電振動子では、超音波の送受信は、厚み方向に伸縮する厚み振動を利用する。プローブの駆動中心周波数が2−10MHzの範囲であるために、圧電振動子には、0.1−0.5mmの厚みを有する圧電材料が一般的には用いられる。0006圧電材料としては、ジルコンチタン酸鉛Pb(Zr、Ti)O3(以下:PZTと呼ぶ)系圧電セラミクスが1970年代から用いられてきた。PZT系セラミクスにおいて、抗電界Ecは6kV/cm以上と大きいが、圧電定数d33は1000pC/N以下と低いために、高感度の超音波プローブを製造出来ない欠点があった。この欠点を改善するために、1995年ごろから鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶が研究、実用化されてきている。0007鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶は、少なくとも5から60mol%のチタン酸鉛(PbTiO3)と、60から95mol%のPb(B1,Nb)O3(B1はマグネシウム、亜鉛、インジウム、スカンジウムなどの少なくとも一つ)とから構成されたリラクサ系鉛複合ペロブスカイト化合物である。鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶は、リラクサ系鉛複合ペロブスカイト化合物に加えてビスマススカンジウム酸鉛(BiScO3)を含んでいてもよい。代表的な圧電材料としてマグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(以下PMN−PTと呼ぶ)と、亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(以下PZN−PTと呼ぶ)と、インジウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛Pb(In1/2Nb1/2)O3−PbTiO3(以下PIN−PTと呼ぶ)と、PIN−PMN−PT3成分型圧電材料とが知られている。0008鉛複合ペロブスカイト構造を持つ高性能の圧電単結晶は、上記材料にジルコン酸鉛PbZrO3を20mol%以下で含ませてもよい。図28に示すように、矩形板振動子の6面の全ての面における結晶方位が{100}である圧電材料が、振動子として用いられている。これらの圧電材料は、その厚みが0.1−0.5mmとなるまで研磨される。銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、パラジウム(Pd)などを有する電極が、研磨された圧電材料の上下面に、焼付け方法、スパッタや蒸着方法、湿式メッキ方法などの方法で形成される。図280009電極が形成された圧電材料に、室温から200°Cの温度範囲で、1−100分程度に亘って、2kV/cmから30kV/cmの直流電界を印加する分極処理が実行される。これにより、超音波振動子が完成する。これらの圧電材料では、圧電材料の組成により相転移温度Trtとキュリー温度Tcとが異なる。超音波プローブには、抗電界Ecが2−10kV/cmであり、圧電定数d33が1000−3500pC/Nであり、室温において1kHzで測定した時の誘電率が1000−10000である圧電材料が用いられる。低いAIを得るためにPZTセラミクスや圧電単結晶を樹脂と複合させた複合圧電材料も知られている。0010しかしながら、これまで知られている圧電単結晶材料を用いて、従来の方法で医用複合振動子を製造した場合には次のような問題点がある。(1)単結晶振動子内部での特性差が大きい。ばらつきが10%以上となる。(2)複数の超音波プローブを製造した際、複数のプローブに関して感度および帯域のばらつきが10%以上となる。(3)超音波プローブの製造過程におけるアレイダンシングにより、誘電率および圧電定数d33が低下する。これにより、誘電率および結合係数が設計値に到達せず、結果として感度が低下する。(4)脆い単結晶材料に対する分極処理において、単結晶材料に反りなどが発生することがある。これにより、単結晶材料に割れが生じることがある。単結晶材料から作製された振動子を整合層などと張り合わせる際の加圧で、振動子に割れが生じることがある。これにより、特に長さが35mm以上の振動子、又は厚みが0.3mm以下の振動子を用いる超音波プローブにおいて、製造歩留りが低い。Fill)方法では、数か所の不良棒状振動子が生じるだけで、超音波プローブにおける振動子全体が不良となる。従って、腹部コンベックスプローブ用振動子のような大型形状(70mm×12mm×0.3mm(縦×横×厚み)以上)の単結晶振動子を安定的に製造することが難しい。複合振動子における単結晶の割合が90%以上の充填率を持つ複合振動子が作製出来ないために、小型素子の電気容量が低下することにより、プローブの感度が低下する。(6)個々の棒状振動子の横振動モ−ドが同一方向で生じるために不要振動(スプリアス)が発生しやすく比帯域が減少する。0011特に(1)の問題は長さが35−50mm程度の高周波リニアプローブ用振動子や長さが75mm程度の腹部コンベックスプローブ用振動子を、直径80mm以上の単結晶板から切り出して製造する場合は、図22乃至図24に示すように、単結晶ウエハにおける面内での周辺部と中心部とで、誘電率および結合係数が異なる。このために50−300チャンネルから構成される医用超音波プローブにおいては、チャンネル間やプローブ間の感度のばらつきが大きくなることが、量産において大きな問題となっている。これは結晶育成時に直径80mmを越えるような大型るつぼ周辺と中央部とでは温度が均一ではないために、PbO、Nb2O5、MgOと異なる分配係数を有するTiO2の量が、周辺部と中心部とで異なるために生じる本質的な問題である。この本質的な問題は、解決が望まれている。従来のDice&Fill法で作製する場合の振動子の加工途中の一例を示す図である。図26および図27は、従来のDice&Fill法で作製された振動素子間のスペースに樹脂を充填して作製した複合振動子の上面を示す上面図である。おけるx、y、z面とが同一であることがわかる。プローブ及び製造方法を提供することにある。第1方向と前記第1方向に直交する第2方向とのうち少なくとも一つに沿って配列される。おける前記第2面の結晶方位と異なること、を特徴とする。製造する手順の流れを示すフローチャートである。図2は、本実施形態に係る板状振動素子の一例を示す図である。図3は、本実施形態に係る棒状振動素子の一例を示す図である。図4は、本実施形態に係る板状振動素子を配列させた板状振動素子アレイの一例を示す図である。図5は、本実施形態に係る棒状振動素子を配列させた棒状振動素子アレイの一例を示す図である。設けられる複合電極の一例を示す図である。上面の概略を示す概略図である。上面の概略を示す概略図である。上面の概略を示す概略図である。上面の概略を示す概略図である。磁力により固定する一例を示す図である。磁力により固定する一例を示す図である。図14は、本実施形態に係り、超音波プローブの構造の一例を示す図である。図15は、本実施形態に係る医用超音波プローブを製造する手順の流れを示すフローチャートである。上面とともに示す上面図である。上面とともに示す上面図である。上面とともに示す上面図である。図19は、本実施形態に係るチャンネル毎の静電容量の値を、従来のチャンネル毎の静電容量の値とともに示す図である。図20は、本実施形態に係るチャンネル毎の感度を、従来のチャンネル毎の感度とともに示す図である。図21は、本実施形態に係り、感度測定の概略を示す概略図である。図22は、従来に係り、直径80mm単結晶ウエハの{100}面を、切り出される医用超音波振動子(25mm)とともに示す図である。図23は、従来に係り、直径80mm単結晶ウエハの{100}面を、切り出される医用超音波振動子(75mm)とともに示す図である。図24は、従来に係り、直径80mm単結晶ウエハの{100}面を、切り出される医用超音波振動子(45mm)とともに示す図である。従来のDice&Fill法で作製する場合の振動子の加工途中の一例を示す図である。図26は、従来のDice&Fill法で作製された振動素子間のスペースに樹脂を充填して作製した複合振動子の上面を示す上面図である。図27は、従来のDice&Fill法で作製された振動素子間のスペースに樹脂を充填して作製した複合振動子の上面を示す上面図である。図28は、従来に係る複合圧電振動子を構成する振動素子の一例を示す図である。アレイ式超音波プローブを説明する。以下の方法で作製される。製造する手順の流れを示すフローチャートである。マグネシウムニオブ酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(略号PMN)、亜鉛ニオブ酸鉛Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(略号PZN)、またはインジウムニオブ酸鉛Pb(In1/2Nb1/2)O3(略号PIN)と、チタン酸鉛PbTiO3(略号PT)との混晶における相境界近傍の結晶(以下圧電単結晶と呼ぶ)がブリッジマン法などにより作製される(ステップSa1)。これらは、例えば、71PMN−29PT、93PZN−7PT、63PIN−37PTおよび上記チタン酸鉛の混合物である24PIN−44PMN−32PTなどである。図10019ここで、図28に示すように、矩形板振動子の6面の全ての面における結晶方位が{100}である圧電材料が、振動子として用いられている。ここで、{100}は、[100]、[010]、[001]が等価であることを表す。図280020結晶方位が{100}となる面(以下{100}面と呼ぶ)で圧電単結晶をワイヤーソーなどで切断することにより、単結晶ウエハが作製される(ステップSa2)。作製された単結晶ウエハは、0.1乃至0.6mmの厚みと、0.5cm2乃至100cm2の面積とを有する。単結晶ウエハの形状は任意である。単結晶ウエハは、ダイサーを用いて、長さおよび幅が0.1乃至5mmとなるように切断加工される。作製される(ステップSa3)。{100}面が超音波放射面(以下、Z面と呼ぶ)であれば、ダイサーによる切断加工(ダイシング)において、Z面と異なる他の面の結晶方位は、{100}から10乃至170°ずれていた方が望ましい。他の面とは、例えばZ面に直交する2面である。以下これら2面をX面、Y面と呼ぶ。{100}における結晶方位のパターンは、10乃至170°の範囲で異なる。形状は、長さ、幅、厚みがそれぞれ0.15mm、0.15mm、0.5mmまたは、2mm、2mm、0.5mmとなる形状である。図2は、板状振動素子の一例を示す図である。図3は、棒状振動素子の一例を示す図である。図2および図3におけるx面は、上記X面に平行な面である。図2および図3におけるy面は、上記Y面に平行な面である。図2および図3におけるz面は、上記Z面に平行な面である。酸化アルミニウムのるつぼ(以下アルミナるつぼと呼ぶ)に投入される。アルミナるつぼに、200乃至700°Cの熱が、数時間にわたって加えられる。この熱処理により、加工歪が取り去られる。{100}面がZ面と一致するように、樹脂などで予め形成された丸孔や角孔の中に投入することで、配列される(ステップSa4)。樹脂などで予め形成された丸孔や角孔とは、例えば、篩である。配列させることが出来る。おいて、x面の結晶方位は非一様となる。xの結晶方位と異なる。y面の結晶方位と異なる。x面とX面、y面とY面は、それぞれ非平行であってもよい。図4は、複数の板状振動素子を配列させた板状振動素子アレイの一例を示す図である。図5は、複数の棒状振動素子を配列させた棒状振動素子アレイの一例を示す図である。間に充填され、真空脱泡される。その後、樹脂は、室温から100°Cの間で1乃至24時間かけて硬化される(ステップSa5)。呼ぶ)を樹脂型から取り出す。取り出された複合振動素子の上下(超音波放射面と背面)面は、平面研磨機またはダイサーブレードを用いて研磨される(ステップSa6)。この研磨は、複合振動素子の厚みが所定の厚みTとなるまで実行される。所定の厚みTは、使用される超音波の周波数に依存する。所定の厚みTは、例えば、0.1乃至0.4mmである。0027研磨後、MnOx、ZnO、TiOx、SRO(ストロンチウムルテニウムオキサイド)、ITO(酸化インジウムスズ)などの半導体下地電極が、研磨された両面に、スパッタ法やメッキ方法及び溶液方法でコートされる。半導体電極に続けて、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、パラジウム(Pd)などの下部電極が、スパッタ法やメッキ方法及び溶液方法で設けられる。下部電極がヘテロ構造に形成されたものを複合電極と呼ぶ。設けられる複合電極の一例を示す図である。半導体下地電極の酸化マンガンは、5乃至30nmの厚みであって、多孔質となる。多孔質とは、例えば、単位体積当たりの隙間の割合を示す空隙率が20乃至80%となることを示す。下部電極は、10乃至50nmの厚みであって、一部は酸化マンガンの多孔質部の空隙を埋める形で緻密質となる。緻密質とは、例えばパラジウム、ニッケル、クロム、チタン金属の空隙率が0乃至5%となることを示す。上部電極は、100乃至400nmの厚みであって、緻密質となる。緻密質とは、例えば、金、白金、銀の空隙率が0乃至5%となることを示す。電極は、3層に限定されず、単層または2層構造としてもよい。以下、電極が取り付けられた複合振動素子を複合振動子と呼ぶ。