JP2010182994A - Organic piezoelectric element, ultrasonic vibrator, and ultrasonic probe - Google Patents

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陽子 木本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic piezoelectric material for forming an ultrasonic vibrator suited for high frequency and broad band, to provide an ultrasonic vibrator using the same, and to provide an ultrasonic probe using the same. <P>SOLUTION: The organic piezoelectric material is used for an ultrasonic vibrator with an electrode formed on the surface of the organic piezoelectric material, wherein the organic piezoelectric material contains a material which can form a covalent bond with the electrode metal of electrode and in addition, the material which can form a covalent bond with the electrode metal is covalently bonded with the electrode metal. From the organic piezoelectric material, an ultrasonic vibrator can be obtained that can give excellent adhesive strength easily without involving a complicated process like surface processing, and excellent adhesion with the electrode metal, excellent resistance against electrode separation due to friction during the operation, good prevention of peeling which may be caused even by weak friction during processing, excellent processability, and excellent piezoelectricity, and the ultrasonic probe using the ultrasonic vibrator can be made as well. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波・広帯域に適した超音波振動子を構成するための有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、およびそれを用いた超音波探触子に関する。   The present invention relates to an organic piezoelectric material for constructing an ultrasonic transducer suitable for a high frequency and a wide band, an ultrasonic transducer using the organic piezoelectric material, and an ultrasonic probe using the organic piezoelectric material.

超音波は、通常、16kHz以上の音波を総称して言われ、非破壊および無害でその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断などの様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの超音波の反射波(エコー)から生成した受信信号に基づいて当該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置では、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が用いられている。この超音波探触子としては、送信信号に基づいて機械振動して超音波を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの違いによって生じる超音波の反射波を受けて受信信号を生成する振動子を備えて構成される超音波送受信素子が用いられる。   Ultrasound is generally referred to as a sound wave of 16 kHz or higher, and can be examined non-destructively and harmlessly, so that it is applied to various fields such as defect inspection and disease diagnosis. . For example, an ultrasonic diagnosis that scans the inside of a subject with ultrasound and images the internal state of the subject based on a reception signal generated from a reflected wave (echo) of the ultrasound from the inside of the subject. There is a device. In this ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject is used. As this ultrasonic probe, a transducer that generates a received signal by receiving a reflected wave of an ultrasonic wave generated by a difference in acoustic impedance inside a subject is generated by mechanical vibration based on a transmission signal. An ultrasonic transmitting / receiving element configured to be provided is used.

そして、近年では、超音波探触子から被検体内へ送信された超音波の周波数(基本周波数)成分ではなく、その高調波周波数成分によって被検体内の内部状態の画像を形成するハーモニックイメージング(Harmonic Imaging)技術が研究、開発されている。このハーモニックイメージング技術は、(1)基本周波数成分のレベルに比較してサイドローブレベルが小さく、S/N比(signal to noise ratio)が良くなってコントラスト分解能が向上すること、(2)周波数が高くなることによってビーム幅が細くなって横方向分解能が向上すること、(3)近距離では音圧が小さくて音圧の変動が少ないために多重反射が抑制されること、および(4)焦点以遠の減衰が基本波並みであり高周波を基本波とする場合に較べて深速度を大きく取れることなどの様々な利点を有している。   In recent years, harmonic imaging that forms an image of the internal state in the subject using the harmonic frequency component, not the frequency (fundamental frequency) component of the ultrasound transmitted from the ultrasound probe into the subject ( (Harmonic Imaging) technology is being researched and developed. In this harmonic imaging technique, (1) the side lobe level is smaller than the fundamental frequency component level, the S / N ratio (signal to noise ratio) is improved, and the contrast resolution is improved. Increasing the beam width narrows and the lateral resolution is improved. (3) Since the sound pressure is small and the fluctuation of the sound pressure is small at a short distance, multiple reflections are suppressed. (4) Focus It has various advantages such as a greater depth speed compared to the case where the further attenuation is the same as the fundamental wave and the high frequency is the fundamental wave.

このハーモニックイメージング用の超音波探触子は、基本波の周波数から高調波の周波数までの広い周波数帯域が必要とされ、その低周波側の周波数領域が基本波を送信するための送信用に利用される。一方、その高周波側の周波数領域が高調波を受信するための受信用に利用される(例えば、特許文献1参照)。   This ultrasonic probe for harmonic imaging requires a wide frequency band from the frequency of the fundamental wave to the frequency of the harmonic, and its lower frequency range is used for transmission to transmit the fundamental wave. Is done. On the other hand, the frequency region on the high frequency side is used for reception for receiving harmonics (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1に開示されている超音波探触子は、被検体にあてがわれて当該被検体内に超音波を送信し当該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する超音波探触子である。この超音波探触子は、所定の第1の音響インピーダンスを有する配列された複数の第1の圧電素子からなる、所定の中心周波数の超音波からなる基本波の、被検体内に向けた送信、および当該被検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の受信を担う第1圧電層を備えている。また、前記第1の音響インピーダンスよりも小さい所定の第2の音響インピーダンスを有する配列された複数の第2の圧電素子からなる、前記被検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの高調波の受信を担う第2圧電層を備えている。なお、当該第2圧電層は、前記第1圧電層の、この超音波探触子が被検体にあてがわれる側の全面に重ねられている。したがって、当該超音波探触子は、このような構成によって広い周波数帯域で超音波を送受信することができる。   The ultrasonic probe disclosed in Patent Document 1 receives an ultrasonic wave that is applied to a subject, transmits an ultrasonic wave into the subject, and is reflected and returned within the subject. It is an acoustic probe. The ultrasonic probe transmits a fundamental wave composed of ultrasonic waves having a predetermined center frequency, which is composed of a plurality of arranged first piezoelectric elements having a predetermined first acoustic impedance, into the subject. , And a first piezoelectric layer responsible for receiving the fundamental wave of the ultrasonic waves reflected back within the subject. Further, a higher harmonic wave of ultrasonic waves reflected and returned from the subject, which includes a plurality of second piezoelectric elements arranged with a predetermined second acoustic impedance smaller than the first acoustic impedance. A second piezoelectric layer responsible for receiving waves is provided. The second piezoelectric layer is overlaid on the entire surface of the first piezoelectric layer on the side where the ultrasonic probe is applied to the subject. Therefore, the ultrasonic probe can transmit and receive ultrasonic waves in a wide frequency band with such a configuration.

ハーモニックイメージングにおける基本波は、出来る限り狭い帯域巾を有する音波がよい。それを担う圧電素子には、水晶、LiNbO、LiTaO、KNbOなどの単結晶、ZnO、AlNなどの薄膜、Pb(Zr,Ti)O系などの焼結体を分極処理した、いわゆるセラミックスの無機圧電体が広く利用されている。高周波側の受信波を検知する圧電素子には、より広い帯域巾の感度が必要でこれらの無機材料は適さない。高周波、広帯域に適した圧電素子として、ポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」とも略称する。)などの有機系高分子物質を利用した有機圧電体が知られている(例えば、特許文献2参照)。この有機圧電体は、無機圧電体と比較して、可撓性が大きく、薄膜化、大面積化、長尺化が容易で任意の形状、形態のものを作ることができる、等の特性を有する。 The fundamental wave in harmonic imaging is preferably a sound wave having the narrowest possible bandwidth. The piezoelectric element responsible for this is a so-called polarization treatment of a single crystal such as quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , KNbO 3 , a thin film such as ZnO or AlN, or a sintered body such as Pb (Zr, Ti) O 3. Ceramic inorganic piezoelectric materials are widely used. Piezoelectric elements that detect received waves on the high frequency side require a wider bandwidth sensitivity, and these inorganic materials are not suitable. As a piezoelectric element suitable for a high frequency and a wide band, an organic piezoelectric body using an organic polymer material such as polyvinylidene fluoride (hereinafter also abbreviated as “PVDF”) is known (see, for example, Patent Document 2). Compared to inorganic piezoelectric materials, this organic piezoelectric material has greater flexibility, and can be made into any shape and form, making it easier to reduce the thickness, area, and length. Have.

前記有機圧電体に形成される表面電極としては、導電性に優れた材料であれば種々の金属(合金を含む)を用いることができる。そして、予め膜状に作製した表面電極材を圧電材料に接合することもできるし、また膜状の表面電極を圧電材料の表面において形成することにより、表面電極の形成と圧電材料への接合を同時に行うこともできる。前記表面電極は、表面電極自体の形成と、これの圧電材料への接合を同時に行うことができる無電解メッキ法、スパッタ法、あるいは蒸着法により形成される。   As the surface electrode formed on the organic piezoelectric body, various metals (including alloys) can be used as long as the material has excellent conductivity. The surface electrode material prepared in a film shape can be bonded to the piezoelectric material, and the surface electrode can be formed and bonded to the piezoelectric material by forming the film surface electrode on the surface of the piezoelectric material. It can be done at the same time. The surface electrode is formed by an electroless plating method, a sputtering method, or a vapor deposition method capable of simultaneously forming the surface electrode itself and bonding it to the piezoelectric material.

しかしながら、ポリフッ化ビニリデンを主成分とする圧電体は、電極金属との接着が非常に弱いことが知られており、操作中に摩擦などで電極はがれをおこし加工を行う際に弱い摩擦でも剥離が起きてしまい加工がしにくいことや、有機圧電体を含む振動子をダイシングソーなどの装置を用いて適当な形状の複数の各振動子に裁断する際に、はく離がおきてしまうことや、逆圧電効果により電圧をかけて振動を生じさせる際にはく離が生じやすいなどの問題があった。   However, it is known that a piezoelectric body mainly composed of polyvinylidene fluoride has a very weak adhesion to the electrode metal, and the electrode is peeled off during operation to cause peeling even when the friction is weak. It is difficult to process, and when a vibrator containing an organic piezoelectric material is cut into a plurality of vibrators of an appropriate shape using a device such as a dicing saw, There has been a problem that peeling is likely to occur when a vibration is applied by applying a voltage due to the piezoelectric effect.

有機圧電材料へ電極を施す際、接着性をよくするために、有機圧電材料表面を酸化させたり、カップリング剤を塗布し層を設けたり(例えば、特許文献3参照)など、煩雑な工程が提案されている。圧電体の両面に導電性接着剤を塗布して電極を接着させる方法や、銀ペーストを電極として圧電体の表面に直接塗布するなどの方法があるが、接着力が弱く、衝撃に弱かった。   When applying an electrode to the organic piezoelectric material, complicated processes such as oxidizing the surface of the organic piezoelectric material or applying a coupling agent to form a layer (for example, refer to Patent Document 3) are required to improve adhesion. Proposed. There are a method in which a conductive adhesive is applied to both surfaces of the piezoelectric body and the electrode is adhered, and a method in which a silver paste is directly applied to the surface of the piezoelectric body as an electrode, but the adhesive strength is weak and the impact is weak.

これら、表面処理のような煩雑な工程を経ずに優れた接着強度が簡易に得られる改善方法が要望されていた。   There has been a demand for an improved method for easily obtaining excellent adhesive strength without going through complicated steps such as surface treatment.

特開平11−276478号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-276478 特開昭60−217674号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-217674 特開平5−42674号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-42674

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、上記問題を解決し、表面処理のような煩雑な工程を経ずに優れた接着強度が簡易に得られ、電極金属との接着に優れ、操作中の摩擦などでの電極はがれ耐性に優れ、加工を行う際の弱い摩擦でもの剥離生成の抑制に優れ、加工性に優れ、圧電性に優れた、高周波・広帯域に適した超音波振動子を形成するための有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、およびそれを用いた超音波探触子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to solve the above problems and easily obtain excellent adhesive strength without going through complicated steps such as surface treatment. Excellent adhesion to the electrode, excellent resistance to electrode peeling due to friction during operation, excellent suppression of delamination generation even with weak friction during processing, excellent workability, excellent piezoelectricity, high frequency and wide bandwidth An organic piezoelectric material for forming a suitable ultrasonic transducer, an ultrasonic transducer using the organic piezoelectric material, and an ultrasonic probe using the organic piezoelectric material.

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。   The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.

1.有機圧電材料の表面に電極を形成させて成る超音波振動子に用いられる有機圧電材料において、該有機圧電材料が該電極の電極金属と共有結合を形成し得る材料を含有し、さらに該電極金属と共有結合を形成し得る材料が電極金属と共有結合していることを特徴とする有機圧電材料。   1. An organic piezoelectric material used in an ultrasonic vibrator having an electrode formed on the surface of an organic piezoelectric material, wherein the organic piezoelectric material contains a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal of the electrode, and the electrode metal An organic piezoelectric material, wherein a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal is covalently bonded to the electrode metal.

2.前記電極金属と共有結合を形成し得る材料を0.01〜5質量%含有することを特徴とする前記1に記載の有機圧電材料。   2. 2. The organic piezoelectric material according to 1 above, containing 0.01 to 5% by mass of a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal.

3.前記有機圧電材料が、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとモノフルオロエチレンとの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとメタクリル酸メチルとの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンと酢酸ビニルとの重合体、セルロース系誘導体、および、ポリウレア、の各ポリマーおよびポリマー共重合体、から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする前記1または2に記載の有機圧電材料。   3. The organic piezoelectric material comprises polyvinylidene fluoride, a polymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene, a polymer of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and monofluoroethylene, and vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and methyl methacrylate. Said 1 characterized in that it is at least one selected from polymers, polymers of vinylidene fluoride, trifluoroethylene and vinyl acetate, cellulosic derivatives, and polyurea polymers and polymer copolymers. Or the organic piezoelectric material of 2.

4.前記有機圧電材料が、フッ化ビニリデンを主成分とすることを特徴とする前記3に記載の有機圧電材料。   4). 4. The organic piezoelectric material as described in 3 above, wherein the organic piezoelectric material contains vinylidene fluoride as a main component.

5.前記電極金属と共有結合を形成し得る材料が官能基としてメルカプト基を含むことを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の有機圧電材料。   5. 5. The organic piezoelectric material according to any one of 1 to 4, wherein the material capable of forming a covalent bond with the electrode metal includes a mercapto group as a functional group.

6.前記電極金属と共有結合を形成し得る材料が、下記一般式(I)で表されるメルカプト化合物、または、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランおよび3−メルカプトプロピルトリメトキシシランから選ばれる少なくとも1種のメルカプト系シランカップリング剤、であることを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の有機圧電材料。   6). The material capable of forming a covalent bond with the electrode metal is a mercapto compound represented by the following general formula (I), or at least one selected from 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. 6. The organic piezoelectric material according to any one of 1 to 5, which is a mercapto-based silane coupling agent.

Figure 2010182994
Figure 2010182994

7.前記電極金属が、Al,Zn,Fe,Ni,Cr,Sn,Cu,Ag,またはAuの金属、あるいは該金属を主成分とする合金、であることを特徴とする前記1〜6のいずれか1項に記載の有機圧電材料。   7). Any one of the above 1 to 6, wherein the electrode metal is a metal of Al, Zn, Fe, Ni, Cr, Sn, Cu, Ag, or Au, or an alloy containing the metal as a main component. 2. The organic piezoelectric material according to item 1.

8.前記電極金属が、Auを主成分とする金属あるいは合金であることを特徴とする前記7に記載の有機圧電材料。   8). 8. The organic piezoelectric material as described in 7 above, wherein the electrode metal is a metal or alloy containing Au as a main component.

9.前記1〜8のいずれか1項に記載の有機圧電材料を用いたことを特徴とする超音波振動子。   9. An ultrasonic vibrator using the organic piezoelectric material according to any one of 1 to 8 above.

10.超音波送信用振動子と超音波受信用振動子を具備する超音波探触子であって、前記9に記載の超音波振動子を超音波受信用振動子として用いたことを特徴とする超音波探触子。   10. An ultrasonic probe comprising an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic reception transducer, wherein the ultrasonic transducer described in the above item 9 is used as an ultrasonic reception transducer. Sonic probe.

本発明によれば、表面処理のような煩雑な工程を経ずに優れた接着強度が簡易に得られ、電極金属との接着に優れ、操作中の摩擦などでの電極はがれ耐性に優れ、加工を行う際の弱い摩擦でもの剥離生成の抑制に優れ、加工性に優れ、圧電性に優れた、高周波・広帯域に適した超音波振動子を形成するための有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、およびそれを用いた超音波探触子を提供することができる。   According to the present invention, excellent adhesive strength can be easily obtained without complicated processes such as surface treatment, excellent adhesion to electrode metal, excellent resistance to electrode peeling due to friction during operation, and processing. Organic piezoelectric material for forming an ultrasonic transducer suitable for high-frequency and broadband, excellent in suppressing the generation of delamination even when weak friction is performed, excellent in workability, excellent in piezoelectricity, and using this An ultrasonic transducer and an ultrasonic probe using the same can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されない。   Hereinafter, although the best mode for carrying out the present invention will be described, the present invention is not limited to these.

本発明は、有機圧電材料とその表面に電極を形成させて形成される超音波振動子に用いられる有機圧電材料において、該有機圧電材料に該電極の電極金属と共有結合を形成し得る材料を含有することを特徴とする。   The present invention relates to an organic piezoelectric material used for an organic piezoelectric material and an ultrasonic vibrator formed by forming an electrode on the surface thereof, and a material capable of forming a covalent bond with an electrode metal of the electrode on the organic piezoelectric material. It is characterized by containing.

本発明においては、特に、有機圧電材料に電極の電極金属と共有結合を形成し得る材料を含有することで、表面処理のような煩雑な工程を経ずに優れた接着強度が簡易に得られ、電極金属との接着に優れ、操作中の摩擦などでの電極はがれ耐性に優れ、加工を行う際の弱い摩擦でもの剥離生成の抑制に優れ、加工性に優れ、圧電性に優れた、高周波・広帯域に適した超音波振動子を形成するための有機圧電材料が得られる。   In the present invention, in particular, by including a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal of the electrode in the organic piezoelectric material, excellent adhesive strength can be easily obtained without going through complicated steps such as surface treatment. Excellent adhesion to electrode metal, excellent resistance to electrode peeling due to friction during operation, excellent suppression of delamination due to weak friction during processing, excellent workability, excellent piezoelectricity, high frequency -An organic piezoelectric material for forming an ultrasonic transducer suitable for a wide band can be obtained.

本発明を更に詳しく説明する。   The present invention will be described in more detail.

(有機圧電材料)
本発明の有機圧電材料としては低分子材料、高分子材料を問わず採用でき、低分子の有機圧電材料であれば、例えば、フタル酸エステル系化合物、スルフェンアミド系化合物、フェノール骨格を有する有機化合物などが挙げられる。高分子の有機圧電材料であれば、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとモノフルオロエチレン(フッ化ビニルともいう)との重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとメタクリル酸メチルとの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンと酢酸ビニルとの重合体、あるいはナイロン9、ナイロン11などの奇数ナイロンや、芳香族ナイロン、脂環族ナイロンなどのナイロン(登録商標)、あるいはポリ乳酸や、ポリヒドロキシブチレートなどのポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレア、の各ポリマー、ポリマー共重合体などが挙げられる。
(Organic piezoelectric material)
The organic piezoelectric material of the present invention can be employed regardless of whether it is a low-molecular material or a high-molecular material. Compound etc. are mentioned. If it is a polymer organic piezoelectric material, for example, polyvinylidene fluoride, a polymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene, a polymer of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and monofluoroethylene (also referred to as vinyl fluoride), Polymers of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and methyl methacrylate, polymers of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and vinyl acetate, or odd-numbered nylons such as nylon 9 and nylon 11, aromatic nylon, and alicyclic Examples thereof include nylon (registered trademark) such as nylon, polyhydroxycarboxylic acid such as polylactic acid, polyhydroxybutyrate, cellulose derivatives, polyurea polymers, polymer copolymers, and the like.

有機圧電材料としては、良好な圧電特性、加工性、入手容易性等の観点から、高分子の有機圧電材料、特にフッ化ビニリデンを主成分とする高分子材料であることが好ましい。   The organic piezoelectric material is preferably a polymer organic piezoelectric material, particularly a polymer material mainly composed of vinylidene fluoride, from the viewpoint of good piezoelectric properties, processability, availability, and the like.

具体的には、大きい双極子モーメントをもつCF基を有する、ポリフッ化ビニリデンの単独重合体又はフッ化ビニリデンを主成分とする共重合体であることが好ましい。なお、共重合体における第二組成分として、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロパン、クロロフルオロエチレン等を用いることができる。 Specifically, it is preferably a homopolymer of polyvinylidene fluoride having a CF 2 group having a large dipole moment or a copolymer having vinylidene fluoride as a main component. In addition, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, hexafluoropropane, chlorofluoroethylene, etc. can be used as the second component in the copolymer.

例えば、フッ化ビニリデン/3フッ化エチレン共重合体の場合、共重合比によって厚さ方向の電気機械結合定数(圧電効果)が変化すので、前者の共重合比が60〜99モル%であることが好ましく、更には、85〜99モル%であることが好ましい。   For example, in the case of vinylidene fluoride / trifluoride ethylene copolymer, since the electromechanical coupling constant (piezoelectric effect) in the thickness direction varies depending on the copolymerization ratio, the former copolymerization ratio is 60 to 99 mol%. It is preferable that it is 85-99 mol%.

なお、フッ化ビニリデンを85〜99モル%にして、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルコキシエチレン、パーフルオロヘキサエチレン等を1〜15モル%にしたポリマーは、送信用無機圧電素子と受信用有機圧電素子との組み合わせにおいて、送信基本波を抑制して、高調波受信の感度を高めることができる。   A polymer containing 85 to 99 mol% of vinylidene fluoride and 1 to 15 mol% of perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoroalkoxyethylene, perfluorohexaethylene, etc. is composed of an inorganic piezoelectric element for transmission and an organic piezoelectric element for reception. In combination with the element, it is possible to suppress the transmission fundamental wave and increase the sensitivity of harmonic reception.

上記有機圧電材料は、セラミックスからなる無機圧電材料に比べ、薄膜化できることからより高周波の送受信に対応した振動子にすることができる。   Since the organic piezoelectric material can be made thinner than an inorganic piezoelectric material made of ceramics, it can be made into a vibrator corresponding to transmission and reception of higher frequencies.

本発明の有機圧電材料は、厚み共振周波数における比誘電率が10〜50であることが好ましい。比誘電率の調整は、有機圧電材料を構成する化合物が有するCF基やCN基のような極性官能基の数量、組成、重合度等の調整、及び後述する分極処理によって行うことができる。 The organic piezoelectric material of the present invention preferably has a relative dielectric constant of 10 to 50 at the thickness resonance frequency. The relative dielectric constant can be adjusted by adjusting the number, composition, polymerization degree, etc. of polar functional groups such as CF 2 groups and CN groups contained in the compound constituting the organic piezoelectric material, and polarization treatment described later.

なお、有機圧電材料は有機圧電材料膜として振動子に用いられるのが一般であるが、本発明の有機圧電材料膜は、複数の高分子材料を積層させた構成とすることもできる。この場合、積層する高分子材料としては、上記の高分子材料の他に下記の比誘電率の比較的低い高分子材料を併用することができる(なお、下記の例示において、括弧内の数値は、高分子材料(樹脂)の比誘電率を示す)。   In general, the organic piezoelectric material is used as an organic piezoelectric material film in a vibrator. However, the organic piezoelectric material film of the present invention can be configured by laminating a plurality of polymer materials. In this case, as the polymer material to be laminated, in addition to the above polymer material, the following polymer material having a relatively low relative dielectric constant can be used in combination (in the following examples, the numerical values in parentheses are , Indicating the relative dielectric constant of the polymer material (resin)).

例えば、メタクリル酸メチル樹脂(3.0)、アクリルニトリル樹脂(4.0)、アセテート樹脂(3.4)、アニリン樹脂(3.5)、アニリンホルムアルデヒド樹脂(4.0)、アミノアルキル樹脂(4.0)、アルキッド樹脂(5.0)、ナイロン−6−6(3.4)、エチレン樹脂(2.2)、エポキシ樹脂(2.5)、塩化ビニル樹脂(3.3)、塩化ビニリデン樹脂(3.0)、尿素ホルムアルデヒド樹脂(7.0)、ポリアセタール樹脂(3.6)、ポリウレタン(5.0)、ポリエステル樹脂(2.8)、ポリエチレン(低圧)(2.3)、ポリエチレンテレフタレート(2.9)、ポリカーボネート樹脂(2.9)、メラミン樹脂(5.1)、メラミンホルムアルデヒド樹脂(8.0)、酢酸セルロース(3.2)、酢酸ビニル樹脂(2.7)、スチレン樹脂(2.3)、スチレンブタジェンゴム(3.0)、スチロール樹脂(2.4)、フッ化エチレン樹脂(2.0)等を用いることができる。   For example, methyl methacrylate resin (3.0), acrylonitrile resin (4.0), acetate resin (3.4), aniline resin (3.5), aniline formaldehyde resin (4.0), aminoalkyl resin ( 4.0), alkyd resin (5.0), nylon-6-6 (3.4), ethylene resin (2.2), epoxy resin (2.5), vinyl chloride resin (3.3), chloride Vinylidene resin (3.0), urea formaldehyde resin (7.0), polyacetal resin (3.6), polyurethane (5.0), polyester resin (2.8), polyethylene (low pressure) (2.3), Polyethylene terephthalate (2.9), polycarbonate resin (2.9), melamine resin (5.1), melamine formaldehyde resin (8.0), cellulose acetate (3.2), acetic acid Sulfonyl resin (2.7), styrene resins (2.3), styrene butadiene rubber (3.0), styrene resin (2.4), it can be used polytetrafluoroethylene (2.0) or the like.

なお、上記比誘電率の低い高分子材料は、圧電特性を調整するため、或いは有機圧電体膜の物理的強度を付与するため等の種々の目的に応じて適切なものを選択することが好ましい。
(電極金属と共有結合を形成し得る材料)
本発明の有機圧電材料は、電極の電極金属と共有結合を形成し得る材料を含有し、さらに電極金属と共有結合している。
The polymer material having a low relative dielectric constant is preferably selected in accordance with various purposes such as adjusting the piezoelectric characteristics or imparting the physical strength of the organic piezoelectric film. .
(Material that can form a covalent bond with the electrode metal)
The organic piezoelectric material of the present invention contains a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal of the electrode, and is further covalently bonded to the electrode metal.

本発明において、電極金属と共有結合を形成し得る材料としては、電極金属と共有結合を形成し得る材料であれば特に限定はされないが、メルカプト基が電極金属と強固に結合する点から、メルカプト化合物やメルカプト系シランカップリング剤が好ましく、例えば、前記一般式(I)で表されるメルカプト化合物、あるいは、下記メルカプト系シランカップリング剤等が好ましいものとして挙げられる。   In the present invention, the material capable of forming a covalent bond with the electrode metal is not particularly limited as long as it is a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal, but from the point that the mercapto group is firmly bonded to the electrode metal, Compounds and mercapto-based silane coupling agents are preferred, and preferred examples include mercapto compounds represented by the above general formula (I) or the following mercapto-based silane coupling agents.

本発明に用いられる前記一般式(I)で表されるメルカプト化合物について述べる。   The mercapto compound represented by the general formula (I) used in the present invention will be described.

前記一般式(I)において、Qは置換基を有してもよい5員の複素環またはベンゼン環と縮合した5員の複素環を形成するのに必要な原子群を表す。   In the general formula (I), Q represents an atomic group necessary for forming a 5-membered heterocyclic ring optionally having a substituent or a 5-membered heterocyclic ring condensed with a benzene ring.

前記一般式(I)中のQが形成する5員の複素環としては、例えば、イミダゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ナフトイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環などがあげられる。Qの置換基としてはアルキル基、アルコキシ基、アリール基、スルホニル基、カルボニル基、カルボキシル基、カルボンアミド基、カルボン酸エステル基、アミノ基、スルホンアミド基などがあげられる。   Examples of the 5-membered heterocyclic ring formed by Q in the general formula (I) include an imidazole ring, a triazole ring, a tetrazole ring, a thiazole ring, a thiadiazole ring, an oxazole ring, an oxadiazole ring, a benzimidazole ring, and a naphtho ring. Examples thereof include an imidazole ring and a benzoxazole ring. Examples of the substituent for Q include an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, a sulfonyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, a carbonamide group, a carboxylic acid ester group, an amino group, and a sulfonamide group.

一般式(I)で表されるメルカプト化合物の中でもメルカプトテトラゾール化合物が好ましく、例えば、下記一般式(II)で表されるメルカプト化合物を好ましく用いることができる。   Among the mercapto compounds represented by the general formula (I), a mercaptotetrazole compound is preferable. For example, a mercapto compound represented by the following general formula (II) can be preferably used.

Figure 2010182994
Figure 2010182994

前記一般式(II)において、Yは水素原子、アミノ基、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、−CONHR32基、−COR33基、−NHCOR34基または−HNSO34基等が挙げられる。R32,R33,R34,R35,R36はそれぞれアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、またはアリール基等が挙げられる。 In the general formula (II), Y represents a hydrogen atom, amino group, alkyl group, alkenyl group, cycloalkyl group, aryl group, -CONHR 32 group, -COR 33 group, -NHCOR 34 group or -HNSO 2 R 34 group. Etc. Examples of R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , and R 36 include an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, and an aryl group.

以下に本発明に用いることができる一般式(I)または(II)で表されるメルカプト化合物の好ましい例を示すが本発明はこれに限定されない。   Although the preferable example of the mercapto compound represented with general formula (I) or (II) which can be used for this invention below is shown, this invention is not limited to this.

Figure 2010182994
Figure 2010182994

前記一般式(I)および(II)で示される化合物のうち、ME−1〜ME−11に代表されるメルカプトテトラゾール化合物が特に好ましい。   Of the compounds represented by the general formulas (I) and (II), mercaptotetrazole compounds represented by ME-1 to ME-11 are particularly preferable.

本発明に用いられるメルカプト系シランカップリング剤としては、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、6−メルカプトヘキサトリメトキシシラン、等が挙げられる。なお、メルカプト系シランカップリング剤において、メルカプト基とケイ素原子とを結合する結合基Rの大きさは、Rの炭素数が2〜30であることが好ましい。3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを好ましく用いることができる。   Examples of the mercapto-based silane coupling agent used in the present invention include 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and 6-mercaptohexatrimethoxysilane. In the mercapto-based silane coupling agent, the size of the bonding group R that bonds the mercapto group and the silicon atom is preferably 2 to 30 carbon atoms of R. 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane can be preferably used.

上記電極金属と共有結合を形成し得る材料を有機圧電材料に対して、0.01〜5質量%含有することが好ましい。   The material capable of forming a covalent bond with the electrode metal is preferably contained in an amount of 0.01 to 5% by mass with respect to the organic piezoelectric material.

(有機圧電体膜の作製方法)
(延伸製膜)
本発明の有機圧電材料を振動子とする場合、フィルム状に形成し、ついで電気信号を入力するための表面電極を形成するのが一般的である。
(Method for producing organic piezoelectric film)
(Stretched film formation)
When the organic piezoelectric material of the present invention is used as a vibrator, it is generally formed in a film shape and then a surface electrode for inputting an electric signal.

フィルム形成は、溶融法、流延法など一般的な方法を用いることができる。ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体の場合、フィルム状にしたのみで自発分極をもつ結晶型を有することが知られているが、さらに特性を上げるには、分子配列を揃える処理を加えることが有用である。手段としては、延伸製膜、分極処理などが挙げられる。   For film formation, a general method such as a melting method or a casting method can be used. In the case of a polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, it is known that it has a crystalline form with spontaneous polarization only when it is made into a film, but in order to further improve the characteristics, a process for aligning the molecular arrangement should be added. Is useful. Examples of means include stretching film formation and polarization treatment.

延伸製膜の方法については、種々の公知の方法を採用することができる。例えば、上記高分子材料をエチルメチルケトン(MEK)などの有機溶媒に溶解した液をガラス板などの基板上に流延し、常温にて溶媒を乾燥させ、所望の厚さのフィルムを得て、このフィルムを室温で所定の倍率の長さに延伸する。当該延伸は、所定形状の有機圧電体膜が破壊されない程度に一軸・ニ軸方向に延伸することができる。延伸倍率は2〜10倍、好ましくは2〜6倍である。   Various known methods can be adopted for the method of stretching film formation. For example, a solution obtained by dissolving the above polymer material in an organic solvent such as ethyl methyl ketone (MEK) is cast on a substrate such as a glass plate, and the solvent is dried at room temperature to obtain a film having a desired thickness. The film is stretched to a predetermined length at room temperature. The stretching can be performed in a uniaxial / biaxial direction so that the organic piezoelectric film having a predetermined shape is not broken. The draw ratio is 2 to 10 times, preferably 2 to 6 times.

なお、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体および/またはフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体において、230℃における溶融流動速度(Melt Flow Rate)が0.03g/min以下である。より好ましくは、0.02g/min以下、更に好ましくは、0.01g/minである高分子圧電体を使用すると高感度な圧電体の薄膜が得られる。   In the vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer and / or vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, the melt flow rate at 230 ° C. is 0.03 g / min or less. More preferably, a high-sensitivity piezoelectric thin film can be obtained by using a polymer piezoelectric body of 0.02 g / min or less, more preferably 0.01 g / min.

(超音波振動子)
超音波振動子は、有機圧電材料膜(層)の両面上又は片面上に電極を形成し、その有機圧電材料膜を分極処理することによって作製される。
(Ultrasonic transducer)
The ultrasonic transducer is manufactured by forming electrodes on both sides or one side of an organic piezoelectric material film (layer) and polarizing the organic piezoelectric material film.

(電極)
本発明において、電極金属としては、Al,Zn,Fe,Ni,Cr,Sn,Cu,Ag,またはAuの各金属、あるいはこれらの金属を主成分とする合金を用いて電極を形成することができる。電極金属が、Auを主成分とする金属あるいは合金であることがより好ましい。
(electrode)
In the present invention, as the electrode metal, an electrode may be formed using Al, Zn, Fe, Ni, Cr, Sn, Cu, Ag, or Au metal, or an alloy mainly composed of these metals. it can. More preferably, the electrode metal is a metal or alloy containing Au as a main component.

電極の形成に際しては、まず、ニッケル(Ni)、Au、チタン(Ti)やクロム(Cr)などの下地金属をスパッタ法により0.02〜0.1μmの厚さに形成する。その後、上記金属元素を主体とする金属及びそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で0.02〜1μmの厚さに形成する。これらの電極形成はスパッタ法以外でも微粉末の金属粉末と低融点ガラスを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。   In forming the electrode, first, a base metal such as nickel (Ni), Au, titanium (Ti), or chromium (Cr) is formed to a thickness of 0.02 to 0.1 μm by sputtering. Thereafter, a metal material mainly composed of the above metal element and a metal material thereof, and further, if necessary, a partial insulating material is formed to a thickness of 0.02 to 1 [mu] m by sputtering or other suitable method. In addition to sputtering, these electrodes can be formed by screen printing, dipping, or thermal spraying using a conductive paste in which fine metal powder and low-melting glass are mixed.

(分極処理)
さらに、有機圧電材料膜の両面に形成した電極間に、所定の電圧を供給し、有機圧電材料膜を分極することで超音波振動子(圧電素子)が得られる。
(Polarization treatment)
Furthermore, an ultrasonic vibrator (piezoelectric element) can be obtained by supplying a predetermined voltage between the electrodes formed on both surfaces of the organic piezoelectric material film to polarize the organic piezoelectric material film.

分極処理における分極処理方法としては、従来公知の直流電圧印加処理、交流電圧印加処理又はコロナ放電処理等の方法が適用され得る。   As a polarization treatment method in the polarization treatment, a conventionally known method such as a DC voltage application treatment, an AC voltage application treatment, or a corona discharge treatment can be applied.

例えば、コロナ放電処理法による場合には、コロナ放電処理は、市販の高電圧電源と電極からなる装置を使用して処理することができる。   For example, in the case of the corona discharge treatment method, the corona discharge treatment can be performed by using a commercially available device comprising a high voltage power source and electrodes.

放電条件は、機器や処理環境により異なるので適宜条件を選択することが好ましい。高電圧電源の電圧としては−1〜−20kV、電流としては1〜80mA、電極間距離としては、1〜10cmが好ましく、印加電圧は、0.5〜2.0MV/mであることが好ましい。   Since the discharge conditions vary depending on the equipment and the processing environment, it is preferable to select the conditions as appropriate. The voltage of the high voltage power source is preferably -1 to -20 kV, the current is 1 to 80 mA, the distance between the electrodes is preferably 1 to 10 cm, and the applied voltage is preferably 0.5 to 2.0 MV / m. .

電極としては、従来から用いられている針状電極、線状電極(ワイヤー電極)、網状電極が好ましいが、本発明ではこれらに限定されるものではない。   As the electrodes, needle-like electrodes, linear electrodes (wire electrodes), and mesh-like electrodes that have been conventionally used are preferable, but the invention is not limited thereto.

(超音波探触子)
本発明においては、超音波の送受信の両方をひとつの振動子で担ってもよいが、より好ましくは、送信用と受信用で振動子は分けて探触子内に構成される。
(Ultrasonic probe)
In the present invention, both transmission and reception of ultrasonic waves may be performed by a single transducer, but more preferably, the transducers are configured separately for transmission and reception in the probe.

送信用振動子を構成する圧電材料としては、従来公知のセラミックス無機圧電材料でも、有機圧電材料でもよい。   The piezoelectric material constituting the transmitting vibrator may be a conventionally known ceramic inorganic piezoelectric material or an organic piezoelectric material.

本発明の超音波探触子は、超音波送信用振動子と超音波受信用振動子を具備する超音波医用画像診断装置用探触子(プローブ)であり、本発明の超音波振動子を上記超音波受信用振動子として用いる(以下、本発明の超音波振動子を本発明の超音波受信用振動子ともいう。)ことができる。   The ultrasonic probe of the present invention is a probe for an ultrasonic medical image diagnostic apparatus including an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic reception transducer, and the ultrasonic transducer of the present invention is a probe. The ultrasonic receiving vibrator can be used (hereinafter, the ultrasonic vibrator of the present invention is also referred to as the ultrasonic receiving vibrator of the present invention).

本発明の超音波探触子においては、送信用振動子の上もしくは並列に本発明の超音波受信用振動子を配置することができる。   In the ultrasonic probe of the present invention, the ultrasonic receiving transducer of the present invention can be arranged on or in parallel with the transmitting transducer.

より好ましい実施形態としては、超音波送信用振動子の上に本発明の超音波受信用振動子を積層する構造が良く、その際には、本発明の超音波受信用振動子は他の高分子材料(支持体として上記の比誘電率が比較的低い高分子(樹脂)フィルム、例えば、ポリエステルフィルム)の上に添合した形で送信用振動子の上に積層してもよい。その際の受信用振動子と他の高分子材料と合わせた膜厚は、探触子の設計上好ましい受信周波数帯域に合わせることが好ましい。実用的な超音波医用画像診断装置および生体情報収集に現実的な周波数帯から鑑みると、その膜厚は、40〜150μmであることが好ましい。   As a more preferred embodiment, the structure for laminating the ultrasonic receiving transducer of the present invention on the ultrasonic transmitting transducer is good, and in this case, the ultrasonic receiving transducer of the present invention is another high-frequency transducer. You may laminate | stack on the vibrator | oscillator for transmission in the form joined together on the molecular material (The polymer (resin) film, for example, polyester film) whose relative dielectric constant is comparatively low as a support body. In this case, it is preferable that the film thickness of the receiving vibrator and the other polymer material be matched to a preferable receiving frequency band in terms of probe design. Considering a practical ultrasonic medical diagnostic imaging apparatus and biological information collection from a practical frequency band, the film thickness is preferably 40 to 150 μm.

なお、当該探触子には、バッキング層、音響整合層、音響レンズなどを設けても良い。また、多数の圧電材料を有する振動子を2次元に並べた探触子とすることもできる。複数の2次元配列した探触子を順次走査して、画像化するスキャナーとして構成させることもできる。   The probe may be provided with a backing layer, an acoustic matching layer, an acoustic lens, and the like. Also, a probe in which vibrators having a large number of piezoelectric materials are two-dimensionally arranged can be used. A plurality of two-dimensionally arranged probes can be sequentially scanned to form a scanner.

(超音波医用画像診断装置)
本発明に係る上記超音波探触子は、種々の態様の超音波診断装置に用いることができる。例えば、患者などの被検体に対して超音波を送信し、被検体で反射した超音波をエコー信号として受信する圧電体振動子が配列されている超音波探触子(プローブ)を備えている超音波医用画像診断装置が好ましい。また当該超音波探触子に電気信号を供給して超音波を発生させるとともに、当該超音波探触子の各圧電体振動子が受信したエコー信号を受信する送受信回路と、送受信回路の送受信制御を行う送受信制御回路を備えていることが好ましい。
(Ultrasonic medical diagnostic imaging equipment)
The ultrasonic probe according to the present invention can be used for various types of ultrasonic diagnostic apparatuses. For example, an ultrasonic probe (probe) in which piezoelectric transducers that transmit ultrasonic waves to a subject such as a patient and receive ultrasonic waves reflected by the subject as echo signals is arranged is provided. An ultrasonic medical image diagnostic apparatus is preferred. In addition, an electric signal is supplied to the ultrasonic probe to generate an ultrasonic wave, and a transmission / reception circuit that receives an echo signal received by each piezoelectric vibrator of the ultrasonic probe, and transmission / reception control of the transmission / reception circuit It is preferable that a transmission / reception control circuit for performing the above is provided.

更に、送受信回路が受信したエコー信号を被検体の超音波画像データに変換する画像データ変換回路を備え、当該画像データ変換回路によって変換された超音波画像データでモニタを制御して表示する表示制御回路と、超音波医用画像診断装置全体の制御を行う制御回路を備えた超音波医用画像診断装置が好ましい。   Further, the display control unit includes an image data conversion circuit that converts the echo signal received by the transmission / reception circuit into ultrasonic image data of the subject, and controls and displays the monitor with the ultrasonic image data converted by the image data conversion circuit. An ultrasonic medical image diagnostic apparatus including a circuit and a control circuit that controls the entire ultrasonic medical image diagnostic apparatus is preferable.

このような超音波医用画像診断装置は、制御回路には、送受信制御回路、画像データ変換回路、表示制御回路が接続されており、制御回路はこれら各部の動作を制御している。そして、超音波探触子の各圧電体振動子に電気信号を印加して被検体に対して超音波を送信し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波探触子で受信する。   In such an ultrasonic medical image diagnostic apparatus, a transmission / reception control circuit, an image data conversion circuit, and a display control circuit are connected to a control circuit, and the control circuit controls operations of these units. Then, an electrical signal is applied to each piezoelectric vibrator of the ultrasonic probe to transmit an ultrasonic wave to the subject, and the reflected wave caused by acoustic impedance mismatch inside the subject is detected by the ultrasonic probe. Receive at.

なお、上記送受信回路が「電気信号を発生する手段」に相当し、画像データ変換回路が「画像処理手段」に相当する。   The transmission / reception circuit corresponds to “means for generating an electrical signal”, and the image data conversion circuit corresponds to “image processing means”.

上記のような超音波診断装置によれば、本発明の圧電特性及び耐熱性に優れかつ高周波・広帯域に適した超音波受信用振動子の特徴を生かして、従来技術と比較して画質とその再現・安定性が向上した超音波像を得ることができる。   According to the ultrasonic diagnostic apparatus as described above, by utilizing the characteristics of the ultrasonic receiving vibrator excellent in piezoelectric characteristics and heat resistance of the present invention and suitable for high frequency and wide band, the image quality and its An ultrasonic image with improved reproduction and stability can be obtained.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

実施例1
《有機圧電材料の作製》
フッ化ビニリデン(VDF)とトリフルオロエチレン(3FE)のモル比率が75:25であるポリフッ化ビニリデン共重合体粉末(重量平均分子量29万)を減圧オーブンにて50℃で12時間乾燥させた。次に、この粉体70g、表1記載の種類と添加量の本発明に係る電極金属と共有結合を形成し得る材料等、とを50℃に加熱したエチルメチルケトン(MEK)、ジメチルホルムアミド(DMF)の9:1混合溶媒630gに溶解した液をガラス板上に流延した。その後、55℃にて溶媒を乾燥させ、厚さ約140μmのフィルム(有機圧電材料膜)を得た。このフィルムを室温で4倍に延伸した後、延伸した長さを保ったまま135℃1時間熱処理後、自然冷却を行って、有機圧電材料1〜22をそれぞれ得た。得られた熱処理後のフィルムの膜厚は43μmであった。
Example 1
<< Production of organic piezoelectric material >>
Polyvinylidene fluoride copolymer powder (weight average molecular weight 290,000) having a molar ratio of vinylidene fluoride (VDF) to trifluoroethylene (3FE) of 75:25 was dried at 50 ° C. for 12 hours in a vacuum oven. Next, 70 g of this powder, ethyl methyl ketone (MEK), dimethylformamide (a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal according to the present invention of the type and addition amount shown in Table 1) heated to 50 ° C. A solution dissolved in 630 g of a 9: 1 mixed solvent of DMF) was cast on a glass plate. Thereafter, the solvent was dried at 55 ° C. to obtain a film (organic piezoelectric material film) having a thickness of about 140 μm. The film was stretched 4 times at room temperature, then heat treated at 135 ° C. for 1 hour while maintaining the stretched length, and then naturally cooled to obtain organic piezoelectric materials 1 to 22, respectively. The film thickness after heat treatment was 43 μm.

《超音波振動子の作製》
得られた有機圧電材料1〜22(フィルム)の両面に表面抵抗が1Ω以下になるように真空蒸着装置JEE−420(日本電子データム(株)製)にてニッケルを下地処理(0.1μm)した後に、金を蒸着(0.2μm)して表面電極付の試料を得た。
<Production of ultrasonic transducer>
The surface of the obtained organic piezoelectric materials 1 to 22 (film) is nickel-treated with a vacuum vapor deposition device JEE-420 (manufactured by JEOL Datum) so that the surface resistance is 1Ω or less (0.1 μm) Then, gold was deposited (0.2 μm) to obtain a sample with a surface electrode.

つづいて、この電極に室温にて、0.1Hzの交流電圧を印可しながら分極処理を行った。分極処理は低電圧から行い、最終的に電極間電場が100MV/mになるまで徐々に電圧をかけた。超音波振動子試料1〜22をそれぞれ得た。   Subsequently, the electrode was subjected to a polarization treatment while applying an AC voltage of 0.1 Hz at room temperature. The polarization treatment was performed from a low voltage, and the voltage was gradually applied until the electric field between the electrodes finally reached 100 MV / m. Ultrasonic transducer samples 1 to 22 were obtained.

《評価》
(接着性)
接着性は90度剥離試験で測定を行った。
<Evaluation>
(Adhesiveness)
Adhesion was measured by a 90 degree peel test.

具体的には、上記超音波振動子試料に補強用のカプトンテープ(カプトンR電気絶縁用テープ、パーマセル社製)を片側に圧着させた後、もう片側表面電極上にエポキシ系接着剤を塗布し、ガラス製基板と補強用カプトンテープを貼付した上記超音波素子試料とを加圧治具を用いて15×10Pa/cmで加圧接着させて50℃にて乾燥させた後、デジタルフォースゲージZP−20N(イマダ社製)を用いて、補強用カプトンテープごと一定速度で剥離させた時の有機圧電膜と電極との接着力を測定し、下記評価基準に則り接着性の評価を行った。
評価基準
A:20000Pa/cm以上
B:15000Pa/cm以上20000Pa/cm未満
C:10000Pa/cm以上15000Pa/cm未満
D:5000Pa/cm以上10000Pa/cm未満
結果を表1に示す。
Specifically, after reinforcing Kapton tape (Kapton R electrical insulation tape, manufactured by Permacel) is applied to one side of the ultrasonic transducer sample, an epoxy adhesive is applied onto the other surface electrode. The glass substrate and the ultrasonic element sample with the reinforcing Kapton tape attached thereto were pressure-bonded at 15 × 10 5 Pa / cm 2 using a pressure jig and dried at 50 ° C. Using force gauge ZP-20N (manufactured by Imada Co., Ltd.), the adhesive strength between the organic piezoelectric film and the electrode when peeled together with the reinforcing Kapton tape is measured, and the adhesion is evaluated according to the following evaluation criteria. went.
Evaluation criteria A: 20000 Pa / cm or more B: 15000 Pa / cm or more and less than 20000 Pa / cm C: 10,000 Pa / cm or more and less than 15000 Pa / cm D: 5000 Pa / cm or more and less than 10000 Pa / cm The results are shown in Table 1.

Figure 2010182994
Figure 2010182994

表1から明らかなように、本発明の場合には、表面処理のような煩雑な工程を経ずに優れた接着強度が簡易に得られ、有機圧電材料と電極金属との接着に非常に優れていることがわかる。   As is apparent from Table 1, in the case of the present invention, excellent adhesive strength can be easily obtained without going through complicated steps such as surface treatment, and it is extremely excellent in adhesion between the organic piezoelectric material and the electrode metal. You can see that

本発明の場合には、表面処理のような煩雑な工程を経ずに優れた接着強度が簡易に得られ、電極金属との接着に優れ、操作中の摩擦などでの電極はがれ耐性に優れ、加工を行う際の弱い摩擦でもの剥離生成の抑制に優れ、加工性に優れ、圧電性に優れた、高周波・広帯域に適した超音波振動子を形成するための有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、およびそれを用いた超音波探触子を提供できることがわかる。   In the case of the present invention, excellent adhesive strength can be easily obtained without going through complicated steps such as surface treatment, excellent adhesion to electrode metal, excellent resistance to electrode peeling due to friction during operation, An organic piezoelectric material used to form an ultrasonic transducer suitable for high frequency and wide band, with excellent suppression of delamination generation even with weak friction during processing, excellent workability, excellent piezoelectricity, and its use It can be seen that an ultrasonic transducer and an ultrasonic probe using the same can be provided.

Claims (10)

有機圧電材料の表面に電極を形成させて成る超音波振動子に用いられる有機圧電材料において、該有機圧電材料が該電極の電極金属と共有結合を形成し得る材料を含有し、さらに該電極金属と共有結合を形成し得る材料が電極金属と共有結合していることを特徴とする有機圧電材料。   An organic piezoelectric material used in an ultrasonic vibrator having an electrode formed on the surface of an organic piezoelectric material, wherein the organic piezoelectric material contains a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal of the electrode, and the electrode metal An organic piezoelectric material, wherein a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal is covalently bonded to the electrode metal. 前記電極金属と共有結合を形成し得る材料を0.01〜5質量%含有することを特徴とする請求項1に記載の有機圧電材料。   2. The organic piezoelectric material according to claim 1, comprising 0.01 to 5 mass% of a material capable of forming a covalent bond with the electrode metal. 前記有機圧電材料が、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとモノフルオロエチレンとの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとメタクリル酸メチルとの重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンと酢酸ビニルとの重合体、セルロース系誘導体、および、ポリウレア、の各ポリマーおよびポリマー共重合体、から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機圧電材料。   The organic piezoelectric material comprises polyvinylidene fluoride, a polymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene, a polymer of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and monofluoroethylene, and vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and methyl methacrylate. The polymer, a polymer of vinylidene fluoride, trifluoroethylene, and vinyl acetate, a cellulose-based derivative, and a polymer of polyurea, and at least one selected from a polymer copolymer, 3. The organic piezoelectric material according to 1 or 2. 前記有機圧電材料が、フッ化ビニリデンを主成分とすることを特徴とする請求項3に記載の有機圧電材料。   The organic piezoelectric material according to claim 3, wherein the organic piezoelectric material contains vinylidene fluoride as a main component. 前記電極金属と共有結合を形成し得る材料が官能基としてメルカプト基を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機圧電材料。   The organic piezoelectric material according to any one of claims 1 to 4, wherein the material capable of forming a covalent bond with the electrode metal includes a mercapto group as a functional group. 前記電極金属と共有結合を形成し得る材料が、下記一般式(I)で表されるメルカプト化合物、または、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランおよび3−メルカプトプロピルトリメトキシシランから選ばれる少なくとも1種のメルカプト系シランカップリング剤、であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機圧電材料。
Figure 2010182994
The material capable of forming a covalent bond with the electrode metal is a mercapto compound represented by the following general formula (I), or at least one selected from 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. It is a mercapto type | system | group silane coupling agent, The organic piezoelectric material of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
Figure 2010182994
前記電極金属が、Al,Zn,Fe,Ni,Cr,Sn,Cu,Ag,またはAuの金属、あるいは該金属を主成分とする合金、であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機圧電材料。   7. The electrode metal according to claim 1, wherein the electrode metal is Al, Zn, Fe, Ni, Cr, Sn, Cu, Ag, or Au, or an alloy containing the metal as a main component. 2. The organic piezoelectric material according to item 1. 前記電極金属が、Auを主成分とする金属あるいは合金であることを特徴とする請求項7に記載の有機圧電材料。   The organic piezoelectric material according to claim 7, wherein the electrode metal is a metal or an alloy containing Au as a main component. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機圧電材料を用いたことを特徴とする超音波振動子。   An ultrasonic transducer using the organic piezoelectric material according to claim 1. 超音波送信用振動子と超音波受信用振動子を具備する超音波探触子であって、請求項9に記載の超音波振動子を超音波受信用振動子として用いたことを特徴とする超音波探触子。   An ultrasonic probe comprising an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic reception transducer, wherein the ultrasonic transducer according to claim 9 is used as an ultrasonic reception transducer. Ultrasonic probe.
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