JP2010219484A - Organic piezoelectric material, ultrasonic vibrator, ultrasonic probe, and ultrasonic medical image diagnosis device - Google Patents

Organic piezoelectric material, ultrasonic vibrator, ultrasonic probe, and ultrasonic medical image diagnosis device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide organic piezoelectric materials which have superior piezoelectric characteristics and handling properties, and to provide an ultrasonic vibrator, an ultrasonic probe and an ultrasonic medical image diagnosis device using them. <P>SOLUTION: An organic piezoelectric material contains a resin composition having a partial structure represented by formula (UR1), the glass transition temperature being 100 to 180°C. In the formula (UR1), R<SB>1</SB>and R<SB>2</SB>are each independently a hydrogen atom or a substituent, n is an integer of 1 to 3, and R<SB>3</SB>, R<SB>4</SB>, R<SB>7</SB>and R<SB>8</SB>are independently a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Further, L<SB>1</SB>is an alkylene group or an arylene group, and L<SB>2</SB>is a mere bonding species, an alkylene oxy group, an arylene group or an aralkylene group. Further, X is an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, and the nitrogen atom may have a substituent. Furthermore, Y is an oxygen atom or a sulfur atom. The organic piezoelectric material has an electromechanical coupling constant of ≥0.20, and is used for an ultrasonic vibrator for reception by forming electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電特性および取扱性に優れた有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、超音波探触子及び超音波医用画像診断装置に関する。   The present invention relates to an organic piezoelectric material excellent in piezoelectric characteristics and handleability, an ultrasonic transducer using the same, an ultrasonic probe, and an ultrasonic medical diagnostic imaging apparatus.

超音波探触子は、非破壊検査装置の他、医療用の超音波診断装置として急速に利用が高まっている。例えば超音波内視鏡等の探触子は、超音波トランスデューサから高周波の音響振動を被検体内に放射し、反射して戻ってきた超音波を超音波トランスデューサで受信し、わずかな界面特性の違いによって異なる情報を処理することにより、生体内部の断面像を得るものである。   Ultrasonic probes are rapidly used as medical ultrasonic diagnostic apparatuses in addition to nondestructive inspection apparatuses. For example, a probe such as an ultrasonic endoscope radiates a high-frequency acoustic vibration from an ultrasonic transducer into a subject, receives the reflected ultrasonic wave by the ultrasonic transducer, and has a slight interface characteristic. A cross-sectional image inside the living body is obtained by processing different information depending on the difference.

近年では、この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おり、高精度な診断を可能としている(例えば特許文献1参照)。   In recent years, harmonic imaging (Harmonic) that forms an image of the internal state of a subject by its harmonic frequency component, not by the frequency (fundamental frequency) component of the ultrasound transmitted from the ultrasound probe into the subject. 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 improves. (3) Multiple reflections are suppressed because the sound pressure is small and the fluctuation of the sound pressure is small at a short distance, and (4) It has various advantages such as a greater depth than the case where the attenuation beyond the focal point is the same as that of the fundamental wave and a high frequency is the fundamental wave, and enables highly accurate diagnosis (for example, Patent Document 1). reference).

このような超音波探触子には、超音波を発生させる圧電体が使われている。従来、圧電体としては、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、いわゆる無機材質の圧電セラミックスが広く利用されている。 In such an ultrasonic probe, a piezoelectric body that generates ultrasonic waves is used. Conventionally, as a piezoelectric body, a so-called inorganic material in which a single crystal such as quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , or KNbO 3 , a thin film such as ZnO or AlN, or a sintered body such as Pb (Zr, Ti) O 3 is subjected to polarization treatment. Piezoelectric ceramics are widely used.

これに対して、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリ尿素のような有機系高分子物質を利用した有機圧電体(「圧電高分子材料」、「ポリマー圧電物質」ともいう。)も開発されている(例えば特許文献2参照)。この有機圧電体は、セラミックス圧電体と比較して、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、誘電率εが小さく、静水圧電圧出力係数(g定数)は極めて大となるので感度特性に優れる、さらに低密度、低弾性であるため、効率のよいエネルギー伝播が可能である、等の特性を有する。 On the other hand, organic piezoelectric materials (also referred to as “piezoelectric polymer materials” or “polymer piezoelectric materials”) using organic polymer materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyurea have been developed. (For example, refer to Patent Document 2). This organic piezoelectric body has greater flexibility than ceramics piezoelectric bodies, and can be easily made into any shape and form with a thin film, large area, and long length. small, hydrostatic voltage output coefficient (g h constant) excellent sensitivity characteristics because very becomes larger, it is possible to further lower density, due to low elasticity, efficient energy propagation, having the properties and the like.

しかしながら、ポリ尿素の場合、ウレア基の水素結合が強固であるため、溶解性は非常に悪く、また剛直性が高いため、取り扱い性が極端に悪く、有機圧電膜を製造するにはその製造方法が、蒸着重合法に限られる欠点があった。   However, in the case of polyurea, the hydrogen bond of the urea group is strong, so the solubility is very poor, and the rigidity is high, so that the handleability is extremely bad. However, there was a fault limited to the vapor deposition polymerization method.

特開平11−276478号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-276478 特開平6−216422号公報JP-A-6-216422

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、圧電特性及び取扱性に優れた有機圧電材料を提供することである。更に、それらを用いた超音波振動子、超音波探触子及び超音波医用画像診断装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems and situations, and a problem to be solved is to provide an organic piezoelectric material excellent in piezoelectric characteristics and handleability. Furthermore, it is to provide an ultrasonic transducer, an ultrasonic probe, and an ultrasonic medical image diagnostic apparatus using them.

本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。   The above-mentioned problem according to the present invention is solved by the following means.

1.下記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂組成物を含有する有機圧電材料であって、当該樹脂組成物のガラス転移温度が100〜180℃であることを特徴とする有機圧電材料。   1. An organic piezoelectric material comprising a resin composition having a partial structure represented by the following general formula (UR1), wherein the resin composition has a glass transition temperature of 100 to 180 ° C. .

Figure 2010219484
Figure 2010219484

(式中、R及びRは各々独立に水素原子又は置換基を表し、nは1〜3の整数を表す。R、R、R及びRは各々独立に水素原子、アルキル基又はアリール基を表す。R及びRは各々独立に水素原子、アルキル基又はアリール基を表し、Lはアルキレン基又はアリーレン基を表す。Lは単なる結合種、アルキレンオキシ基、アリーレン基又はアラルキレン基を表す。Xは酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を表し、窒素原子は置換基を有していても良い。Yは、酸素原子又は硫黄原子を表す。)
2.前記有機圧電材料の電気機械結合定数が、0.20以上であることを特徴とする前記1に記載の有機圧電材料。
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and n represents an integer of 1 to 3. R 3 , R 4 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom, alkyl. R 5 and R 6 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, L 1 represents an alkylene group or an arylene group, L 2 represents a simple bond type, an alkyleneoxy group, an arylene X represents an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, the nitrogen atom may have a substituent, and Y represents an oxygen atom or a sulfur atom.)
2. 2. The organic piezoelectric material as described in 1 above, wherein an electromechanical coupling constant of the organic piezoelectric material is 0.20 or more.

3.前記有機圧電材料が、電場、又は電場と磁場の併用により分極処理が施されていることを特徴とする前記1又は前記2に記載の有機圧電材料。   3. 3. The organic piezoelectric material as described in 1 or 2 above, wherein the organic piezoelectric material is subjected to polarization treatment by an electric field or a combination of an electric field and a magnetic field.

4.前記1から前記3のいずれか一項に記載の有機圧電材料と電極とを有することを特徴とする超音波振動子。   4). An ultrasonic transducer comprising the organic piezoelectric material according to any one of 1 to 3 and an electrode.

5.前記4に記載の超音波振動子を具備することを特徴とする超音波探触子。   5. 5. An ultrasonic probe comprising the ultrasonic transducer according to 4 above.

6.前記超音波振動子が、受信用超音波振動子であることを特徴とする前記5に記載の超音波探触子。   6). 6. The ultrasonic probe according to 5 above, wherein the ultrasonic transducer is a receiving ultrasonic transducer.

7.前記5又は前記6に記載の超音波探触子を具備することを特徴とする超音波医用画像診断装置。   7). An ultrasonic medical image diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to 5 or 6 above.

本発明の上記手段により、圧電特性および取扱性に優れた有機圧電材料を提供することができる。更に、それらを用いた超音波振動子、超音波探触子及び超音波医用画像診断装置を提供することができる。   By the above means of the present invention, an organic piezoelectric material excellent in piezoelectric characteristics and handleability can be provided. Furthermore, an ultrasonic transducer, an ultrasonic probe, and an ultrasonic medical image diagnostic apparatus using them can be provided.

すなわち、作用機構的観点から説明するならば、有機圧電材料は、双極子配向が精密になされていることが重要であるが、それは分極処理により達成される。また、超音波振動子という観点では、経時安定性、熱安定性が重要であり、有機圧電材料の熱物性が重要となる。振動子は駆動させることにより60〜80℃まで発熱するため、当該材料自身はその温度で使用され続けても品質を保証する必要がある。圧電材料のガラス転移温度(Tg)を規定することにより、より安定性の高い圧電材料の提供が可能となる。   That is, from the viewpoint of the mechanism of action, it is important for the organic piezoelectric material to have a dipole orientation precisely, which is achieved by polarization treatment. From the viewpoint of an ultrasonic vibrator, stability over time and thermal stability are important, and thermal physical properties of the organic piezoelectric material are important. Since the vibrator generates heat up to 60 to 80 ° C. when driven, it is necessary to guarantee the quality of the material itself even if the material continues to be used at that temperature. By defining the glass transition temperature (Tg) of the piezoelectric material, it is possible to provide a more stable piezoelectric material.

Tgが低い材料ほど、分極処理効果が高いが、Tgが低いために分極(配向)を維持することが難しい。材料のTgが100〜180℃になるように設計する(若しくは、この範囲にある材料を選択する。)と、高い分極効果が得られ、熱安定性と両立可能となる。   The lower the Tg, the higher the polarization treatment effect, but it is difficult to maintain the polarization (orientation) because the Tg is low. When the Tg of the material is designed so as to be 100 to 180 ° C. (or a material within this range is selected), a high polarization effect can be obtained and both thermal stability can be achieved.

超音波医用画像診断装置の主要部の構成を示す概念図Conceptual diagram showing the configuration of the main part of an ultrasonic medical diagnostic imaging apparatus

本発明の有機圧電材料は、前記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂組成物を含有する有機圧電材料であって、当該樹脂組成物のガラス転移温度が100〜180℃であることを特徴とする。この特徴は請求項1から請求項7に係る発明に共通する技術的特徴である。   The organic piezoelectric material of the present invention is an organic piezoelectric material containing a resin composition having a partial structure represented by the general formula (UR1), and the glass transition temperature of the resin composition is 100 to 180 ° C. It is characterized by that. This feature is a technical feature common to the inventions according to claims 1 to 7.

本発明の実施態様としては、本発明の効果の観点から、前記有機圧電材料の電気機械結合定数が、0.20以上であることが好ましい。また、当該有機圧電材料が、電場、又は電場と磁場の併用により分極処理が施されていることが好ましい。   As an embodiment of the present invention, from the viewpoint of the effect of the present invention, the electromechanical coupling constant of the organic piezoelectric material is preferably 0.20 or more. The organic piezoelectric material is preferably subjected to polarization treatment by an electric field or a combination of an electric field and a magnetic field.

本発明の有機圧電材料は、超音波振動子に好適に用いることができる。また、当該超音波振動子は、超音波探触子に好適に用いることができる。この場合、当該超音波振動子は、受信用超音波振動子であることが好ましい。   The organic piezoelectric material of the present invention can be suitably used for an ultrasonic vibrator. Further, the ultrasonic transducer can be suitably used for an ultrasonic probe. In this case, the ultrasonic transducer is preferably a receiving ultrasonic transducer.

上記超音波探触子は、超音波医用画像診断装置に好適に用いることができる。   The ultrasonic probe can be suitably used for an ultrasonic medical image diagnostic apparatus.

以下、本発明とその構成要素、及び発明を実施するための最良の形態・態様等について詳細な説明をする。   Hereinafter, the present invention, its components, and the best mode and mode for carrying out the invention will be described in detail.

(有機圧電材料を構成する樹脂組成物)
本発明の有機圧電材料は、前記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂組成物を含有する有機圧電材料であって、当該樹脂組成物のガラス転移温度が100〜180℃であることを特徴とする。
(Resin composition constituting organic piezoelectric material)
The organic piezoelectric material of the present invention is an organic piezoelectric material containing a resin composition having a partial structure represented by the general formula (UR1), and the glass transition temperature of the resin composition is 100 to 180 ° C. It is characterized by that.

以下において、当該有機圧電材料を構成する樹脂組成物について説明する。   Below, the resin composition which comprises the said organic piezoelectric material is demonstrated.

(一般式(UR1)で表される部分構造)
本発明の有機圧電材料は、前記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂含有組成物であることを特徴とする。
(Partial structure represented by the general formula (UR1))
The organic piezoelectric material of the present invention is a resin-containing composition having a partial structure represented by the general formula (UR1).

本発明の実施態様としては、前記一般式(UR1)において、R及びRは、各々独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基としては、例えば炭素数1〜10のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等)、ハロゲン原子(塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、フッ素原子等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリール基(フェニル基等)、シアノ基、ヒドロキシル基等を挙げることができる。好ましくは、水素原子、又はアルキル基であり、更に好ましくは水素原子である。 As an embodiment of the present invention, in the general formula (UR1), R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms ( Methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, etc.), halogen atom (chlorine atom, bromine atom, iodine atom, fluorine atom etc.), alkoxy group (methoxy group) Ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, cyclopentyloxy group, hexyloxy group, cyclohexyloxy group etc.), aryl group (phenyl group etc.), cyano group, hydroxyl group and the like. A hydrogen atom or an alkyl group is preferable, and a hydrogen atom is more preferable.

nは1〜3の整数を表し、好ましくはnが1の場合である。   n represents an integer of 1 to 3, and preferably n is 1.

、R、R及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はアリール基を表す。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等を挙げることができ、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基等を挙げることが出来る。又、R及びR4は、互いに結合して環構造を形成していても良い。好ましくは、水素原子又はアルキル基であり、更に好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基又はプロピル基であり、最も好ましくは、水素原子、メチル基又はエチル基である。 R 3 , R 4 , R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and a cyclohexyl group, and examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, and an anthranyl group. Etc. can be mentioned. R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring structure. A hydrogen atom or an alkyl group is preferred, a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a propyl group is more preferred, and a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group is most preferred.

及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はアリール基を表す。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等を挙げることができ、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基等を挙げることが出来る。好ましくは、水素原子又はアルキル基であり、更に好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基又はプロピル基であり、最も好ましくは、水素原子、メチル基又はエチル基である。 R 5 and R 6 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and a cyclohexyl group, and examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, and an anthranyl group. Etc. can be mentioned. A hydrogen atom or an alkyl group is preferred, a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group or a propyl group is more preferred, and a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group is most preferred.

は、アルキレン基又はアリーレン基を表す。アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基等が挙げられる。アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基等を挙げることができる。 L 1 represents an alkylene group or an arylene group. As an alkylene group, a methylene group, ethylene group, n-propylene group, n-butylene group etc. are mentioned, for example. Examples of the arylene group include a phenylene group, a naphthylene group, and a biphenylene group.

は、単なる結合種、アリーレン基又はアラルキレン基を表す。ここで、「単なる結合種」とは、当該一般式(UR1)におけるLの左右の結合が直接的に連結していることをいう。 L 2 represents a simple bond type, an arylene group or an aralkylene group. Here, the “simple bond type” means that the left and right bonds of L 2 in the general formula (UR1) are directly connected.

アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基等を挙げることができる。アラルキレン基としては、例えば、ベンジレン基、フェネチレン基等を挙げることができる。   Examples of the arylene group include a phenylene group, a naphthylene group, and a biphenylene group. Examples of aralkylene groups include benzylene groups and phenethylene groups.

及びLは、各々独立に、置換基を有していても良く、置換基としては、前記R及びRで挙げた置換基を挙げることが出来る。 L 1 and L 2 may each independently have a substituent, and examples of the substituent include the substituents exemplified in the above R 1 and R 2 .

好ましくは、Lがアルキレン基、Lが単なる結合種又はアリーレン基の場合であり、更に好ましくは、Lがアルキレン基及びLが単なる結合種の場合である。 Preferably, L 1 is an alkylene group, L 2 is a simple bond type or an arylene group, and more preferably, L 1 is an alkylene group and L 2 is a simple bond type.

Xは酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を表し、窒素原子は置換基を有していても良い。置換基としては、前記R及びRで挙げた置換基を挙げることができ、好ましくは、水素原子又はアルキル基である。Yは、酸素原子又は硫黄原子を表す。 X represents an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, and the nitrogen atom may have a substituent. As a substituent, the substituent quoted by said R < 1 > and R < 2 > can be mentioned, Preferably, they are a hydrogen atom or an alkyl group. Y represents an oxygen atom or a sulfur atom.

前記一般式(UR1)で表される部分構造は、下記一般式(UR2)で表される化合物と下記一般式(UR3)で表される化合物を反応させた後、活性水素を有する化合物又はイソシアナート基を有する化合物を反応させることにより形成することが出来る。   The partial structure represented by the general formula (UR1) is obtained by reacting a compound represented by the following general formula (UR2) with a compound represented by the following general formula (UR3), and then reacting a compound or isocyanate having active hydrogen. It can be formed by reacting a compound having a nate group.

Figure 2010219484
Figure 2010219484

(式中、R及びRは、前記一般式(UR1)のR及びRと同義である。nは、前記一般式(UR1)のnと同義である。R及びRは、前記一般式(UR1)のR及びRと同義である。Aは、イソシアナート基又はイソチオシアナート基又はアミノ基を表す。mは0又は1を表し、Aがイソシアナート基又はイソチオシアナート基の場合、mは0を表す。)
前記一般式(UR2)で表される化合物の炭素原子に結合したAは、オルト位、メタ位、パラ位のいずれの位置であった得も良い。前記一般式(UR2)で表される化合物としては、Aがイソシアナート基の場合、例えば、イソシアナトベンジルイソシアナート、イソシアナトフェネチルイソシアナート、α−(イソシアナトフェニル)−エチルイソシアナート等が挙げられる。A1がアミノ基の場合、例えば、アミノベンジルアミン、2−(4−アミノフェニル)エチルアミン等が挙げられるが、好ましくは、イソシアナトベンジルイソシアナート又はイソシアナトフェネチルイソシアナートであり、更に好ましくは、イソシアナトベンジルイソシアナートである。Aがイソチオシアナート基の場合、例えば、イソチオシアナトベンジルイソシアナート、イソチオシアナトフェネチルイソシアナート、α−(イソチオシアナトフェニル)−エチルイソチオシアナート等が挙げられる。A1がアミノ基の場合、例えば、アミノベンジルアミン、2−(4−アミノフェニル)エチルアミン等が挙げられるが、好ましくは、イソチオシアナトベンジルイソチオシアナート又はイソチオシアナトフェネチルイソチオシアナートであり、更に好ましくは、イソチオシアナトベンジルイソチオシアナートである。
(In the formula, R 1 and R 2 have the same meanings as R 1 and R 2 in the general formula (UR1). N has the same meaning as n in the general formula (UR1). R 7 and R 8 are And R 7 and R 8 in the general formula (UR1), A 1 represents an isocyanate group, an isothiocyanate group, or an amino group, m represents 0 or 1, and A 1 represents an isocyanate group. Or, in the case of an isothiocyanate group, m represents 0.)
A 1 bonded to the carbon atom of the compound represented by the general formula (UR2) may be in any position of the ortho position, the meta position, and the para position. As the compound represented by the general formula (UR2), when A 1 is an isocyanate group, for example, isocyanatobenzyl isocyanate, isocyanatophenethyl isocyanate, α- (isocyanatophenyl) -ethyl isocyanate, and the like. Can be mentioned. When A1 is an amino group, examples include aminobenzylamine, 2- (4-aminophenyl) ethylamine, and the like, preferably isocyanatobenzyl isocyanate or isocyanatophenethyl isocyanate, and more preferably isocyanato. Natobenzyl isocyanate. When A 1 is an isothiocyanate group, for example, isothiocyanatobenzyl isocyanate, isothiocyanatophenethyl isocyanate, α- (isothiocyanatophenyl) -ethyl isothiocyanate and the like can be mentioned. When A1 is an amino group, examples thereof include aminobenzylamine, 2- (4-aminophenyl) ethylamine, and the like, preferably isothiocyanatobenzyl isothiocyanate or isothiocyanatophenethyl isothiocyanate, Preferably, isothiocyanatobenzyl isothiocyanate.

Figure 2010219484
Figure 2010219484

(式中、R及びRは、前記一般式(UR1)のR及びRと同義である。L及びLは、前記一般式(UR1)のL及びLと同義である。R及びRは、前記一般式(UR1)のR及びRと同義である。Bは、イソシアナート基又はイソチオシアナート基又はアミノ基を表す。rは0又は1を表し、B1がイソシアナート基又はイソチオシアナート基の場合、rは0を表す。)
前記一般式(UR3)で表される化合物としては、Bがアミノ基の場合、例えば、1,3−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノペンタン、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、1,5−ジアミノペンタン、2−メチル−1,5−ジアミノペンタン、1,7−ジアミノヘプタン、N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン、1,3−ジアミノ−2−プロパノール、ジエチレングリコール−ビス(3−アミノプロピル)エーテル、m−キシリレンジアミン、4−アミノベンジルアミン、3−アミノベンジルアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ピペラジン等が挙げられる。
(Wherein, R 3 and R 4, .L 1 and L 2 have the same meanings as R 3 and R 4 in the general formula (UR1) is by the L 1 and L 2 as defined in formula (UR1) R 5 and R 6 have the same meanings as R 5 and R 6 in formula (UR1), B 1 represents an isocyanate group, an isothiocyanate group, or an amino group, and r represents 0 or 1. And when B1 is an isocyanate group or an isothiocyanate group, r represents 0.)
As the compound represented by the general formula (UR3), when B 1 is an amino group, for example, 1,3-diaminopropane, 1,3-diaminopentane, 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine 1,5-diaminopentane, 2-methyl-1,5-diaminopentane, 1,7-diaminoheptane, N, N-bis (3-aminopropyl) methylamine, 1,3-diamino-2-propanol, Examples include diethylene glycol-bis (3-aminopropyl) ether, m-xylylenediamine, 4-aminobenzylamine, 3-aminobenzylamine, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, piperazine and the like.

がイソシアナート基の場合、例えば、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジイソシアン酸イソホロン、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−シクロペンタンジイソシアネート等が挙げられる。Bがイソチオシアナート基の場合、例えば、1,3−ビス(イソチオシアナトメチル)シクロヘキサン、ジイソチオシアン酸イソホロン、トリメチレンジイソチオシアネート、テトラメチレンジイソチオシアネート、ペンタメチレンジイソチオシアネート、ヘキサメチレンジイソチオシアネート、1,3−シクロペンタンジイソチオシアネート等が挙げられる。 When B 1 is an isocyanate group, for example, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, isophorone diisocyanate, trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 1,3-cyclopentane diisocyanate Etc. When B 1 is an isothiocyanate group, for example, 1,3-bis (isothiocyanatomethyl) cyclohexane, isophorone diisothiocyanate, trimethylene diisothiocyanate, tetramethylene diisothiocyanate, pentamethylene diisothiocyanate, hexamethylene Examples include diisothiocyanate and 1,3-cyclopentane diisothiocyanate.

前記一般式(UR2)で表される化合物と前記一般式(UR3)で表される化合物を反応させた後、更に反応させる活性水素を有する化合物としては、分子内にアミノ基を2つ以上有するポリアミン、分子内に水酸基を2つ以上有するポリオール又はアミノアルコールが挙げられる。   The compound having active hydrogen to be reacted after reacting the compound represented by the general formula (UR2) and the compound represented by the general formula (UR3) has two or more amino groups in the molecule. Examples include polyamines, polyols having two or more hydroxyl groups in the molecule, and amino alcohols.

ポリアミンとして、例えば、前記一般式(UR2)及び(UR3)で挙げたジアミンの他に、2,7−ジアミノ−9H−フルオレン、3,6−ジアミノアクリジン、アクリフラビン、アクリジンイエロー、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4′−ジアミノベンゾフェノン、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、ビス(4−アミノフェニル)スルフィド、1,1−ビス(4−アミノフェニル)シクロヘキサン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,3′−ジアミノジフェニルメタン、3,3′−ジアミノベンゾフェノン、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン、4−(フェニルジアゼニル)ベンゼン−1,3−ジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、1,3−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、1,8−ジアミノナフタレン等を挙げることが出来る。   Examples of the polyamine include 2,7-diamino-9H-fluorene, 3,6-diaminoacridine, acriflavine, acridine yellow, 2,2- in addition to the diamines listed in the general formulas (UR2) and (UR3). Bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, 4,4'-diaminobenzophenone, bis (4-aminophenyl) sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl ether, bis (4-aminophenyl) sulfide, 1,1-bis (4-aminophenyl) cyclohexane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diaminobenzophenone, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane, 4- ( Phenyldiazenyl) benzene-1,3-diamine, 1,5-dia Bruno naphthalene, 1,3-phenylenediamine, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, 1,8-diaminonaphthalene and the like.

ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられるが、圧電特性を低下させないために、総炭素数10以下のポリオールが好ましい。   Polyols include ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, polyethylene glycol, polytetramethylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol In order not to lower the piezoelectric characteristics, a polyol having a total carbon number of 10 or less is preferable.

アミノアルコールとしては、例えば、アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノール、2−(2−アミノエトキシ)エタノール、2−アミノ−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ジアミノ−2−プロパノール等を挙げることができる。   Examples of amino alcohol include aminoethanol, 3-amino-1-propanol, 2- (2-aminoethoxy) ethanol, 2-amino-1,3-propanediol, and 2-amino-2-methyl-1,3. -Propanediol, 1,3-diamino-2-propanol, etc. can be mentioned.

前記一般式(UR2)で表される化合物と前記一般式(UR3)で表される化合物を反応させた後、更に反応させるイソシアナート基を有する化合物としては、分子内にイソシアナート基を2つ以上有するポリイソシアナートが挙げられる。   The compound having an isocyanate group to be reacted after reacting the compound represented by the general formula (UR2) and the compound represented by the general formula (UR3) includes two isocyanate groups in the molecule. The polyisocyanate which has the above is mentioned.

ポリイソシアナートとして、例えば、前記一般式(UR2)及び(UR3)で挙げたジイソシアナートの他に、9H−フルオレン−2,7−ジイソシアネート、9H−フルオレン−9−オン−2,7−ジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート、1,3−フェニレン−ジイソシアナート、トリレン−2,4−ジイソシアナート、トリレン−2,6−ジイソシアナート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、2,2−ビス(4−イソシアナトフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,5−ジイソシアナトナフタレン等が挙げられる。   Examples of the polyisocyanate include 9H-fluorene-2,7-diisocyanate and 9H-fluoren-9-one-2,7-diisocyanate in addition to the diisocyanates listed in the general formulas (UR2) and (UR3). 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate, tolylene-2,4-diisocyanate, tolylene-2,6-diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) ) Cyclohexane, 2,2-bis (4-isocyanatophenyl) hexafluoropropane, 1,5-diisocyanatonaphthalene and the like.

以下、前記一般式(UR1)で表される部分構造の好ましい具体例を挙げるが、本発明はこれに限定されない。   Hereinafter, although the preferable specific example of the partial structure represented by the said general formula (UR1) is given, this invention is not limited to this.

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(前記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂含有組成物の製造方法)
本発明に係る樹脂含有組成物は、前記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂であることを特徴とするが、当該組成物には、当該樹脂のほかに、原料物質や、特別な機能を付与するための添加剤等を含有していてもよい。
(Method for producing a resin-containing composition having a partial structure represented by the general formula (UR1))
The resin-containing composition according to the present invention is characterized by being a resin having a partial structure represented by the general formula (UR1). In addition to the resin, the composition contains a raw material, You may contain the additive etc. for providing a special function.

以下、特別な添加剤を含有していない組成物の製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the composition which does not contain a special additive is demonstrated.

前記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂含有組成物は、前記一般式(UR2)で表される化合物と前記一般式(UR3)で表される化合物を反応させた後、活性水素を有する化合物を反応させることによって得られる。   The resin-containing composition having a partial structure represented by the general formula (UR1) is activated after reacting the compound represented by the general formula (UR2) with the compound represented by the general formula (UR3). It is obtained by reacting a compound having hydrogen.

前記一般式(UR3)で表される化合物と活性水素を有する化合物が同一の場合、原料となるモノマーの添加順に制限は無く、前記一般式(UR2)で表される化合物に対して前記一般式(UR3)で表される化合物を添加しても良く、添加順が逆の場合でも良い。前記一般式(UR2)に対する前記一般式(UR3)の使用量は、0.8〜1.2倍モルが好ましく、更に好ましくは0.9〜1.1倍モルであり、特に好ましくは1.0倍モルである。   In the case where the compound represented by the general formula (UR3) and the compound having active hydrogen are the same, there is no limitation in the order of addition of the starting monomer, and the general formula is compared with the compound represented by the general formula (UR2). A compound represented by (UR3) may be added, or the order of addition may be reversed. The amount of the general formula (UR3) used relative to the general formula (UR2) is preferably 0.8 to 1.2 times mol, more preferably 0.9 to 1.1 times mol, and particularly preferably 1. 0 times mole.

前記一般式(UR3)で表される化合物と活性水素を有する化合物が異なる場合、前記一般式(UR2)で表される化合物に対して前記一般式(UR3)で表される化合物を添加した後、活性水素を有する化合物を添加しても良く、前記一般式(UR3)で表される化合物と活性水素を有する化合物を混合して、前記一般式(UR2)で表される化合物に添加しても良い。前記一般式(UR2)に対する前記一般式(UR3)の使用量は、0.4〜0.6倍モルが好ましく、更に好ましくは0.45〜0.55倍モルであり、特に好ましくは0.49〜0.51倍モルである。前記一般式(UR2)に対する活性水素を有する化合物の使用量は、0.4〜0.6倍モルが好ましく、更に好ましくは0.45〜0.55倍モルであり、特に好ましくは0.49〜0.51倍モルである。   When the compound represented by the general formula (UR3) is different from the compound having active hydrogen, the compound represented by the general formula (UR3) is added to the compound represented by the general formula (UR2). The compound having active hydrogen may be added, and the compound represented by the general formula (UR3) and the compound having active hydrogen are mixed and added to the compound represented by the general formula (UR2). Also good. The amount of the general formula (UR3) used relative to the general formula (UR2) is preferably 0.4 to 0.6 times mol, more preferably 0.45 to 0.55 times mol, and particularly preferably 0.8. It is 49-0.51 times mole. The amount of the compound having active hydrogen with respect to the general formula (UR2) is preferably 0.4 to 0.6 times mol, more preferably 0.45 to 0.55 times mol, particularly preferably 0.49. -0.51 times mole.

前記一般式(UR3)で表される化合物と活性水素を有する化合物が同一の場合、反応温度に制限は無いが、0℃〜100℃が好ましく、更に好ましくは10℃〜80℃である。更に好ましくは、20℃〜70℃である。   When the compound represented by the general formula (UR3) and the compound having active hydrogen are the same, the reaction temperature is not limited, but is preferably 0 ° C to 100 ° C, more preferably 10 ° C to 80 ° C. More preferably, it is 20 degreeC-70 degreeC.

前記一般式(UR3)で表される化合物と活性水素を有する化合物が異なる場合、反応温度は、−40〜60℃が好ましく、更に好ましくは−20〜30℃であり、特に好ましくは−10〜10℃である。又、活性水素を有する化合物の添加を終了した後、一定の温度で反応を継続しても良く、昇温させて反応を完結させても良い。   When the compound represented by the general formula (UR3) is different from the compound having active hydrogen, the reaction temperature is preferably -40 to 60 ° C, more preferably -20 to 30 ° C, and particularly preferably -10 to 10 ° C. 10 ° C. Further, after the addition of the compound having active hydrogen is completed, the reaction may be continued at a constant temperature, or the reaction may be completed by raising the temperature.

反応に用いる溶媒は、目的の樹脂組成物が高極性であることと、重合を効率的に進行させるため、高極性溶媒を用いる必要がある。例えば、DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)、DMAc(N,N−ジメチルアセトアミド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、NMP(N−メチルピロリドン)等の高極性非プロトン溶媒を選択することが好ましいが、反応基質及び目的物が良好に溶解しさえすればシクロヘキサン、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素類、THF(テトラヒドロフラン)、ジエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、4−メチル−2−ペンタノン等のケトン類、プロピオン酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類などの溶媒であってもよく、これらを混合して用いてもよい。   As the solvent used for the reaction, it is necessary to use a highly polar solvent in order that the target resin composition is highly polar and the polymerization proceeds efficiently. For example, it is preferable to select a highly polar aprotic solvent such as DMF (N, N-dimethylformamide), DMAc (N, N-dimethylacetamide), DMSO (dimethylsulfoxide), NMP (N-methylpyrrolidone), As long as the reaction substrate and target compound dissolve well, aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, pentane and hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and chlorobenzene, THF (tetrahydrofuran), diethyl ether, ethylene glycol diethyl It may be a solvent such as ethers such as ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, 4-methyl-2-pentanone, esters such as methyl propionate, ethyl acetate, butyl acetate, etc. May be.

活性水素を有する化合物の末端基が水酸基の場合、ウレタン結合生成を効率よく進行させるため、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどの三級アルキルアミン類、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデ−7−エンなどの縮環アミン類、DBTL、テトラブチルスズ、トリブチルスズ酢酸エステルなどのアルキルスズ類等、公知のウレタン結合生成触媒を用いることができる。   When the terminal group of the compound having active hydrogen is a hydroxyl group, in order to efficiently promote urethane bond formation, three compounds such as N, N, N ′, N′-tetramethyl-1,3-butanediamine, triethylamine, and tributylamine are used. Secondary alkylamines, condensed ring amines such as 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] unde-7-ene, DBTL, tetrabutyltin, tributyltinacetic acid A well-known urethane bond production | generation catalyst, such as alkyl tins, such as ester, can be used.

触媒の使用量は、効率のよい反応及び反応操作を考慮して、モノマー基質に対して0.1〜30mol%用いるのが好ましい。   The amount of the catalyst used is preferably 0.1 to 30 mol% based on the monomer substrate in consideration of efficient reaction and reaction operation.

重合を行った樹脂組成物は再沈で精製を行うことが好ましい。   The polymerized resin composition is preferably purified by reprecipitation.

樹脂組成物の再沈の方法は、特に限定されないが、樹脂組成物を良溶媒に溶解した後、貧溶媒に滴下して析出させる方法が好ましい。   The method for reprecipitation of the resin composition is not particularly limited, but a method in which the resin composition is dissolved in a good solvent and then dropped into a poor solvent for precipitation is preferable.

ここで言う「良溶媒」とは、樹脂組成物が溶解する溶媒であれば、如何なる溶媒でも構わないが、好ましくは極性溶媒であり、具体的には、DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)、DMAc(N,N−ジメチルアセトアミド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、NMP(N−メチルピロリドン)等の高極性非プロトン溶媒を挙げることができる。   As used herein, the “good solvent” may be any solvent as long as it dissolves the resin composition, but is preferably a polar solvent, specifically, DMF (N, N-dimethylformamide), Examples thereof include highly polar aprotic solvents such as DMAc (N, N-dimethylacetamide), DMSO (dimethylsulfoxide), and NMP (N-methylpyrrolidone).

又、「貧溶媒」とは、樹脂組成物が溶解しない溶媒であれば、如何なる溶媒でも構わないが、シクロヘキサン、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、プロピオン酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類を挙げることができる。   The “poor solvent” may be any solvent as long as it does not dissolve the resin composition, but is an aliphatic hydrocarbon such as cyclohexane, pentane or hexane, or an aromatic carbon such as benzene, toluene or chlorobenzene. Examples include hydrogens, ethers such as diethyl ether and ethylene glycol diethyl ether, esters such as methyl propionate, ethyl acetate and butyl acetate, and alcohols such as methanol, ethanol and propanol.

(ガラス転移温度の制御)
ガラス転移温度(Tg)は、高分子の単位構造を変化させることである程度制御可能である。Tgが180℃以上の場合、ウレタン結合を追加する、ウレア結合中の水素を他の基で置換する(例えばアルキル基)、主鎖を構成する分子鎖にオキシアルキレン基を導入する、などでTgを下げることができる。一方、100℃以下の場合、ウレア結合を追加する、ウレア結合中の置換基をなくす、芳香族構造の割合を多くする、などでTgを上げることができる。
(Control of glass transition temperature)
The glass transition temperature (Tg) can be controlled to some extent by changing the unit structure of the polymer. When Tg is 180 ° C. or higher, a urethane bond is added, hydrogen in the urea bond is replaced with another group (for example, an alkyl group), an oxyalkylene group is introduced into the molecular chain constituting the main chain, etc. Can be lowered. On the other hand, when the temperature is 100 ° C. or lower, Tg can be increased by adding a urea bond, eliminating a substituent in the urea bond, or increasing the ratio of the aromatic structure.

(有機圧電材料)
本発明の有機圧電材料は、形成された樹脂を含有する樹脂組成物を用いて膜を形成することにより、或いは、樹脂組成物の膜に対して更に分極処理を施すことにより、有機圧電体膜を形成することができる。
(Organic piezoelectric material)
The organic piezoelectric material of the present invention can be obtained by forming a film using a resin composition containing the formed resin, or by subjecting the resin composition film to further polarization treatment. Can be formed.

有機圧電体膜は、当該圧電体膜に応力が加わると、それに比例して当該圧電体膜の両端面に反対符号の電荷が現れる、すなわち電気分極という現象を生じ、逆に当該圧電材料を伝場に入れる(電界を加える)ことで、それに比例した歪みを生じるという性質(圧電性能)を有する。特に本発明の有機圧電材料よりなる有機圧電体膜にあっては、高分子の主鎖や側鎖の双極子モーメントの配向凍結による分極により大きな圧電効果が生じる。   In the organic piezoelectric film, when a stress is applied to the piezoelectric film, charges of opposite signs appear in proportion to both ends of the piezoelectric film, that is, an electric polarization phenomenon occurs, and conversely, the piezoelectric material is transmitted. It has the property (piezoelectric performance) that a distortion proportional to the occurrence of the electric field (applying an electric field) is generated. In particular, in the organic piezoelectric film made of the organic piezoelectric material of the present invention, a large piezoelectric effect is generated by polarization due to orientation freezing of the dipole moment of the polymer main chain or side chain.

一方、当該圧電体膜にエネルギー(熱)が加わると、それに対応して当該圧電体膜内部の自発分極の大きさが変化する。このとき、当該圧電体膜表面に自発分極を中和するように存在する表面電荷は、上記自発分極ほどにすばやくエネルギー変化に対応できないことから、短時間の間ではあるが、圧電体膜表面には自発分極の変化分だけ電荷が存在することになる。このエネルギー変化に伴う電気の発生を焦電性というが、特に本発明の有機圧電材料よりなる有機圧電体膜にあっては、高分子の主鎖や側鎖の双極子モーメントの配向凍結による分極により大きな焦電性能が生じる。   On the other hand, when energy (heat) is applied to the piezoelectric film, the magnitude of spontaneous polarization in the piezoelectric film changes accordingly. At this time, the surface charge existing on the surface of the piezoelectric film so as to neutralize the spontaneous polarization cannot respond to the energy change as quickly as the spontaneous polarization. There is a charge corresponding to the change in spontaneous polarization. The generation of electricity associated with this energy change is called pyroelectricity. In particular, in the organic piezoelectric film made of the organic piezoelectric material of the present invention, polarization due to orientation freezing of the dipole moment of the main chain or side chain of the polymer Results in greater pyroelectric performance.

(有機圧電膜の形成方法)
有機圧電膜の形成は、塗布によって膜を形成する方法が好ましい。塗布方法として、例えば、スピンコート法、ソルベントキャスト法、メルトキャスト法、ロールコート法、フローコート法、プリント法、ディップコート法、バーコート法等が挙げられる。
(Method of forming organic piezoelectric film)
The organic piezoelectric film is preferably formed by coating. Examples of the coating method include spin coating, solvent casting, melt casting, roll coating, flow coating, printing, dip coating, and bar coating.

電気機械結合定数が0.2以上である用にするための調整方法は、前記樹脂組成物を含有する有機圧電材料からフィルムを作製し、そのフィルムに対し、延伸処理、アニール処理、分極処理などを施すことで得られる。アニール処理と分極処理を併用してもよい。   An adjustment method for using an electromechanical coupling constant of 0.2 or more is to prepare a film from an organic piezoelectric material containing the resin composition, and the film is stretched, annealed, polarized, etc. It is obtained by applying. Annealing treatment and polarization treatment may be used in combination.

延伸処理の場合、2〜5倍に延伸することが望ましい。延伸時の温度は、有機圧電材料の物性にもよるが、20〜150℃で延伸することが好ましく、40〜120℃がより好ましい。   In the case of a stretching process, it is desirable to stretch 2 to 5 times. Although the temperature at the time of stretching depends on the physical properties of the organic piezoelectric material, stretching at 20 to 150 ° C is preferable, and 40 to 120 ° C is more preferable.

アニール処理の場合、有機圧電材料が強誘電性を示す材料であれば、キュリー温度以下で行う必要がある。一方、強誘電性を示さない材料であれば、融点以下で行う必要がある。   In the case of the annealing treatment, if the organic piezoelectric material is a material exhibiting ferroelectricity, it is necessary to carry out at a temperature equal to or lower than the Curie temperature. On the other hand, if the material does not exhibit ferroelectricity, it is necessary to carry out at a melting point or lower.

(有機圧電膜)
本発明に係る有機圧電膜は、上記圧電材料を用いて、溶融法、流延法など従来公知の種々の方法で作製することができる。
(Organic piezoelectric film)
The organic piezoelectric film according to the present invention can be produced using the above piezoelectric material by various conventionally known methods such as a melting method and a casting method.

本発明においては、有機圧電膜の作製方法として、基本的には、上記高分子材料等の溶液を基板上に塗布し、乾燥して得る方法、又は上記高分子材料の原料化合物を用いて従来公知の溶液重合塗布法などにより高分子膜を形成する方法を採用することができる。   In the present invention, as a method for producing an organic piezoelectric film, basically, a method of applying a solution of the above polymer material or the like on a substrate and drying it, or using a raw material compound of the above polymer material has been conventionally used. A method of forming a polymer film by a known solution polymerization coating method or the like can be employed.

溶液重合塗布法の具体的方法・条件については、従来公知の種々の方法等に従って行うことができる。例えば、原料の混合溶液を基板上に塗布し、減圧条件下である程度乾燥後(溶媒を除去した後)、加熱し、熱重合し、その後又は同時に分極処理をして有機圧電膜を形成する方法が好ましい。   Specific methods and conditions of the solution polymerization coating method can be carried out according to various conventionally known methods. For example, a method of forming an organic piezoelectric film by applying a mixed solution of raw materials on a substrate, drying to some extent under reduced pressure conditions (after removing the solvent), heating, thermal polymerization, and then or simultaneously performing polarization treatment Is preferred.

なお、圧電特性を上げるには、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。   In order to improve the piezoelectric characteristics, it is useful to add a process for aligning the molecular arrangement. 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、上記有機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膜が破壊されない程度に一軸・二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 in which the above organic polymer material is dissolved 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. Then, the film is stretched to a predetermined length at room temperature. The stretching can be performed in a uniaxial or 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.

(分極処理)
本発明に係る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。
(Polarization treatment)
As a polarization treatment method in the polarization treatment according to the present invention, a conventionally known method such as DC voltage application treatment, AC voltage application treatment, or 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.

本発明の有機圧電材料は、コロナ放電により分極処理を施す場合においては、当該有機圧電材料の第1の面上に接するように平面電極を設置し、かつ前記第1の面に対向する第2の面側に円柱状のコロナ放電用電極を設置して、コロナ放電による分極処理が施されることが好ましい。   In the case where the organic piezoelectric material of the present invention is subjected to polarization treatment by corona discharge, a planar electrode is disposed so as to be in contact with the first surface of the organic piezoelectric material, and the second electrode is opposed to the first surface. It is preferable that a columnar corona discharge electrode is installed on the surface side of the electrode and the polarization treatment is performed by corona discharge.

当該分極処理は、水・酸素に起因する材料表面の酸化を防ぎ、圧電性を損なわないため等の理由から、窒素もしくは希ガス(ヘリウム、アルゴン等)気流下、質量絶対湿度が0.004以下の環境中で施される態様が好ましい。特に窒素気流下が好ましい。   The polarization treatment prevents the oxidation of the surface of the material due to water and oxygen and does not impair the piezoelectricity. For this reason, the absolute mass humidity is 0.004 or less in a nitrogen or rare gas (helium, argon, etc.) stream. The embodiment applied in the environment is preferred. A nitrogen stream is particularly preferable.

また、前記第1面上に接するように設置された平面電極を含む有機圧電材料、もしくは第2の面側に設けられた円柱状のコロナ放電用電極の少なくとも一方が、一定の速度で移動しながらコロナ放電が施されることが好ましい。   In addition, at least one of an organic piezoelectric material including a planar electrode placed in contact with the first surface or a cylindrical corona discharge electrode provided on the second surface side moves at a constant speed. However, corona discharge is preferably performed.

なお、本願において、「質量絶対湿度」とは、乾き空気の質量mDA[kg]に対して湿り空気中に含まれる水蒸気(water vapor)の質量がm[kg]であるとき、下記式で定義される比SH(Specific humidity)をいい、単位は[kg/kg(DA)]で表される(DAはdry air の略)。但し、本願においては、当該単位を省略して表現する。 In the present application, “mass absolute humidity” means that when the mass of water vapor contained in the humid air is m w [kg] with respect to the mass m DA [kg] of dry air, The ratio SH (Specific humidity) defined by is expressed in [kg / kg (DA)] (DA is an abbreviation of dry air). However, in the present application, the unit is omitted.

(式):SH=m/mDA[kg/kg(DA)]
ここで、水蒸気を含む空気を「湿り空気」といい、湿り空気から水蒸気を除いた空気を「乾き空気(dry air)」という。
(Formula): SH = m w / m DA [kg / kg (DA)]
Here, air containing water vapor is referred to as “wet air”, and air obtained by removing water vapor from the humid air is referred to as “dry air”.

なお、窒素もしくは希ガス(ヘリウム、アルゴン等)気流下での質量絶対湿度の定義は、上記の空気の場合に準じ、乾き気体の質量mDG[kg]に対して湿り気体に含まれる水蒸気の質量がm[kg]であるとき、上記式に準じて定義される比SHをいい、単位は[kg/kg(DG)]で表される(DGはdry gasの略)。但し、本願においては、当該単位を省略して表現する。 In addition, the definition of mass absolute humidity under nitrogen or rare gas (helium, argon, etc.) airflow is the same as the case of the above-mentioned air, and the moisture vapor contained in the wet gas with respect to the dry gas mass m DG [kg]. When the mass is m w [kg], it means the ratio SH defined according to the above formula, and the unit is represented by [kg / kg (DG)] (DG is an abbreviation for dry gas). However, in the present application, the unit is omitted.

また、「設置」とは、予め別途作製された既存の電極を有機圧電材料面上に接するように設け置くこと、又は電極構成材料を有機圧電材料面上に蒸着法等により付着させ、当該面上において電極を形成することをいう。   In addition, “installation” means that an existing electrode separately prepared in advance is placed so as to be in contact with the surface of the organic piezoelectric material, or the electrode constituent material is attached to the surface of the organic piezoelectric material by a vapor deposition method or the like. It refers to forming an electrode above.

なお、本発明の有機圧電材料により形成される有機圧電膜は、その形成過程において電場中で形成されること、すなわち、当該形成過程において分極処理を施すことが好ましい。このとき磁場を併用しても良い。   In addition, it is preferable that the organic piezoelectric film formed of the organic piezoelectric material of the present invention is formed in an electric field in the formation process, that is, a polarization treatment is performed in the formation process. At this time, a magnetic field may be used in combination.

本発明に係るコロナ放電処理法では、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。   In the corona discharge treatment method according to the present invention, the treatment can be performed using a commercially available apparatus 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が、高電圧電源の電圧としては正電圧・負電圧ともに1〜20kV、電流としては1〜80mA、電極間距離としては、0.5〜10cmが好ましく、印加電界は、0.5〜2.0MV/mであることが好ましい。分極処理中の有機圧電材料もしくは有機圧電膜は、50〜250℃が好ましく、70〜180℃がより好ましい。   Since the discharge conditions vary depending on the equipment and processing environment, it is preferable to select the conditions as appropriate. However, the voltage of the high voltage power supply is 1 to 20 kV for both positive and negative voltages, 1 to 80 mA for the current, and the distance between the electrodes. 0.5-10 cm is preferable, and the applied electric field is preferably 0.5-2.0 MV / m. The organic piezoelectric material or the organic piezoelectric film during the polarization treatment is preferably 50 to 250 ° C, more preferably 70 to 180 ° C.

コロナ放電に使用する電極としては、分極処理を均一に施すために、上記のように円柱状の電極を用いることを要する。   As an electrode used for corona discharge, it is necessary to use a columnar electrode as described above in order to perform a polarization treatment uniformly.

なお、本願において、円柱状の電極の円の直径は、0.1mm〜2cmであることが好ましい。当該円柱の長さは、分極処理を施す有機圧電材料の大きさに応じて適切な長さにすることが好ましい。例えば、一般的には、分極処理を均一に施す観点から、5cm以下であることが好ましい。   In addition, in this application, it is preferable that the diameter of the circle | round | yen of a cylindrical electrode is 0.1 mm-2 cm. The length of the cylinder is preferably set to an appropriate length according to the size of the organic piezoelectric material to be polarized. For example, in general, the thickness is preferably 5 cm or less from the viewpoint of uniformly performing the polarization treatment.

これらの電極は、コロナ放電を行う部分では張っていることが好ましく、それらの両端に一定の加重をかける、もしくは一定の加重をかけた状態で固定するなどの方法で実現できる。また、これらの電極の構成材料としては、一般的な金属材料が使用可能だが、特に金、銀、銅が好ましい。   These electrodes are preferably stretched at a portion where corona discharge is performed, and can be realized by a method of applying a constant weight to both ends of the electrodes or fixing the electrodes in a state where a constant weight is applied. Moreover, as a constituent material of these electrodes, a general metal material can be used, but gold, silver and copper are particularly preferable.

前記第1の面上に接するように設置する平面電極は、均一な分極処理を行うためには有機圧電材料に均一に密着していることが好ましい。すなわち平面電極が施された基板上に有機高分子膜または有機圧電膜を形成した後にコロナ放電を行うことが好ましい。   In order to perform a uniform polarization process, it is preferable that the planar electrode placed so as to be in contact with the first surface is in close contact with the organic piezoelectric material. That is, it is preferable to perform corona discharge after forming an organic polymer film or an organic piezoelectric film on a substrate provided with a planar electrode.

なお、本発明に係る超音波振動子の製造方法としては、有機圧電(体)膜の両面に設置される電極の形成前、片側のみ電極形成後又は両側に電極形成後のいずれかで分極処理する態様の製造方法であることが好ましい。また、当該分極処理が、電圧印加処理であることが好ましい。   In addition, as a manufacturing method of the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on this invention, before the formation of the electrode installed in both surfaces of an organic piezoelectric (body) film | membrane, a polarization process is carried out either after an electrode formation on one side or after an electrode formation on both sides It is preferable that it is the manufacturing method of the aspect to do. Moreover, it is preferable that the said polarization process is a voltage application process.

なお、本発明においては、前記有機圧電材料が、上記のように、電場又は電場と磁場の併用により分極処理が施されていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the organic piezoelectric material is subjected to polarization treatment by an electric field or a combination of an electric field and a magnetic field as described above.

(基板)
基板としては、本発明に係る有機圧電体膜の用途・使用方法等により基板の選択は異なる。本発明においては、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマーのようなプラスチック板又はフィルムを用いることができる。また、これらの素材の表面をアルミニウム、金、銅、マグネシウム、珪素等で覆ったものでもよい。またアルミニウム、金、銅、マグネシウム、珪素単体、希土類のハロゲン化物の単結晶の板又はフィルムでもかまわない。また基板自体使用しないこともある。
(substrate)
As the substrate, the selection of the substrate varies depending on the use and usage of the organic piezoelectric film according to the present invention. In the present invention, a plastic plate or film such as polyimide, polyamide, polyimide amide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate resin, or cycloolefin polymer is used. Can do. Further, the surface of these materials may be covered with aluminum, gold, copper, magnesium, silicon or the like. A single crystal plate or film of aluminum, gold, copper, magnesium, silicon alone, or a rare earth halide may also be used. The substrate itself may not be used.

(超音波振動子)
本発明に係る超音波振動子は、本発明の有機圧電材料を用いて形成した有機圧電膜を用いたことを特徴とする。当該超音波振動子は、超音波送信用振動子と超音波送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)に用いられる超音波受信用振動子とすることが好ましい。
(Ultrasonic transducer)
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized by using an organic piezoelectric film formed using the organic piezoelectric material of the present invention. The ultrasonic transducer is preferably an ultrasonic receiving transducer used in an ultrasonic medical diagnostic imaging device probe including an ultrasonic transmitting transducer and an ultrasonic transmitting transducer. .

なお、一般に、超音波振動子は膜状の圧電材料からなる層(又は膜)(「圧電膜」、「圧電体膜」、又は「圧電体層」ともいう。)を挟んで一対の電極を配設して構成され、複数の振動子を例えば1次元配列して超音波探触子が構成される。   In general, an ultrasonic vibrator has a pair of electrodes sandwiched between layers (or films) made of a film-like piezoelectric material (also referred to as “piezoelectric film”, “piezoelectric film”, or “piezoelectric layer”). An ultrasonic probe is configured by arranging a plurality of transducers, for example, one-dimensionally.

そして、複数の振動子が配列された長軸方向の所定数の振動子を口径として設定し、その口径に属する複数の振動子を駆動して被検体内の計測部位に超音波ビームを収束させて照射すると共に、その口径に属する複数の振動子により被検体から発する超音波の反射エコー等を受信して電気信号に変換する機能を有している。   Then, a predetermined number of transducers in the major axis direction in which a plurality of transducers are arranged is set as the aperture, and the plurality of transducers belonging to the aperture are driven to focus the ultrasonic beam on the measurement site in the subject. And has a function of receiving reflected echoes of ultrasonic waves emitted from the subject by a plurality of transducers belonging to the aperture and converting them into electrical signals.

以下、本発明に係る超音波受信用振動子と超音波送信用振動子それぞれについて詳細に説明する。   Hereinafter, each of the ultrasonic wave receiving transducer and the ultrasonic wave transmitting transducer according to the present invention will be described in detail.

〈超音波受信用振動子〉
本発明に係る超音波受信用振動子は、超音波医用画像診断装置用探触子に用いられる超音波受信用圧電材料を有する振動子であって、それを構成する圧電材料が、本発明の有機圧電材料を用いて形成した有機圧電膜を用いた態様であることが好ましい。
<Ultrasound receiving transducer>
An ultrasonic receiving vibrator according to the present invention is a vibrator having an ultrasonic receiving piezoelectric material used for a probe for an ultrasonic medical diagnostic imaging apparatus, and the piezoelectric material constituting the ultrasonic receiving vibrator is an element of the present invention. An embodiment using an organic piezoelectric film formed using an organic piezoelectric material is preferable.

なお、超音波受信用振動子に用いる有機圧電材料ないし有機圧電膜は、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、当該有機圧電材料を構成する化合物が有する前記置換基R、CF基、CN基のような極性官能基の数量、組成、重合度等の調整、及び上記の分極処理によって行うことができる。 The organic piezoelectric material or the organic piezoelectric film used for the ultrasonic receiving vibrator preferably has a relative dielectric constant of 10 to 50 at the thickness resonance frequency. The relative dielectric constant is adjusted by adjusting the number, composition, degree of polymerization, etc. of the polar functional groups such as the substituent R, CF 2 group, and CN group of the compound constituting the organic piezoelectric material, and the polarization treatment described above. Can be done by.

なお、本発明の受信用振動子を構成する有機圧電体膜は、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。   The organic piezoelectric film constituting the receiving vibrator of the present invention can also be configured by laminating a plurality of polymer materials. In this case, as the polymer material to be laminated, the following polymer material having a relatively low relative dielectric constant can be used in addition to the above polymer material.

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 the following examples, the numerical values in parentheses indicate 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)、ポリカーポネート樹脂(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)、スチレンブタジエンゴム(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。   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. .

〈超音波送信用振動子〉
本発明に係る超音波送信用振動子は、上記受信用圧電材料を有する振動子との関係で適切な比誘電率を有する圧電体材料により構成されることが好ましい。また、耐熱性・耐電圧性に優れた圧電材料を用いることが好ましい。
<Transmitter for ultrasonic transmission>
The ultrasonic transmission vibrator according to the present invention is preferably made of a piezoelectric material having an appropriate relative dielectric constant in relation to the vibrator having the receiving piezoelectric material. Moreover, it is preferable to use a piezoelectric material excellent in heat resistance and voltage resistance.

超音波送信用振動子構成用材料としては、公知の種々の有機圧電材料及び無機圧電材料を用いることができる。   Various known organic piezoelectric materials and inorganic piezoelectric materials can be used as the ultrasonic transmitting vibrator constituent material.

有機圧電材料としては、上記超音波受信用振動子構成用有機圧電材料と同様の高分子材料を用いることできる。   As the organic piezoelectric material, a polymer material similar to the above-described organic piezoelectric material for constituting an ultrasonic receiving vibrator can be used.

無機材料としては、水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、ニオブ酸タンタル酸カリウム[K(Ta,Nb)O]、チタン酸バリウム(BaTiO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、又はチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸バリウムストロンチウム(BST)等を用いることができる。尚、PZTはPb(Zr1−nTi)O(0.47≦n≦1)が好ましい。 Inorganic materials include quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium tantalate niobate [K (Ta, Nb) O 3 ], barium titanate (BaTiO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), or titanate Lead zirconate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ), barium strontium titanate (BST), or the like can be used. PZT is preferably Pb (Zr 1-n Ti n ) O 3 (0.47 ≦ n ≦ 1).

〈電極〉
本発明に係る圧電(体)振動子は、圧電体膜(層)の両面上又は片面上に電極を形成し、その圧電体膜を分極処理することによって作製されるものである。有機圧電材料を使用した超音波受信用振動子を作製する際には、分極処理を行う際に使用した前記第1面の電極をそのまま使用してもよい。当該電極は、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)などを主体とした電極材料を用いて形成する。
<electrode>
The piezoelectric (body) vibrator according to the present invention is manufactured by forming electrodes on both surfaces or one surface of a piezoelectric film (layer) and polarizing the piezoelectric film. When producing an ultrasonic wave receiving vibrator using an organic piezoelectric material, the electrode on the first surface used for the polarization treatment may be used as it is. The electrode is formed using an electrode material mainly composed of gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), copper (Cu), nickel (Ni), tin (Sn), or the like. .

電極の形成に際しては、まず、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0.02〜1.0μmの厚さに形成した後、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、蒸着法その他の適当な方法で1〜10μm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 electrodes, first, a base metal such as titanium (Ti) or chromium (Cr) is formed to a thickness of 0.02 to 1.0 μm by sputtering, and then the metal mainly composed of the above metal elements and those A metal material made of the above alloy, and further, if necessary, a part of the insulating material is formed to a thickness of 1 to 10 μm by sputtering, vapor deposition or other suitable methods. 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.

さらに、圧電体膜の両面に形成した電極間に、所定の電圧を供給し、圧電体膜を分極することで圧電素子が得られる。   Furthermore, a piezoelectric element is obtained by supplying a predetermined voltage between the electrodes formed on both surfaces of the piezoelectric film to polarize the piezoelectric film.

(超音波探触子)
本発明に係る超音波探触子は、超音波画像診断装置の主要構成部品であって、超音波を発生するとともに、超音波ビームを送受信する機能を有するものである。当該超音波探触子の内部の構成は、種々の態様を採り得るが、一般的構成としては、先端(被検体である生体に接する面)部分から「音響レンズ」、「音響整合層」、「超音波振動子(素子)」、「バッキング」という順に並置された態様の構成を採り得る。
(Ultrasonic probe)
The ultrasonic probe according to the present invention is a main component of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus and has a function of generating ultrasonic waves and transmitting / receiving ultrasonic beams. The internal configuration of the ultrasonic probe may take various forms, but as a general configuration, from the tip (surface contacting the living body that is the subject), the “acoustic lens”, “acoustic matching layer”, A configuration of an aspect in which “ultrasonic transducer (element)” and “backing” are juxtaposed in this order may be employed.

本発明に係る超音波探触子は、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、受信用振動子として、本発明に係る上記超音波受信用振動子を用いることを特徴とする。   An ultrasonic probe according to the present invention is a probe for an ultrasonic medical image diagnostic apparatus including an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic reception transducer. The ultrasonic receiving transducer according to the invention is used.

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。   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.

本発明に係る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 according to 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.

(音響レンズ)
本発明に係る音響レンズは、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために配置されている。本発明にいては、当該音響レンズの被検体表面に近い領域に、励起光を照射することにより発光する物質すなわち発光物質が添加されていることを特徴とする。
(Acoustic lens)
The acoustic lens according to the present invention is arranged to focus an ultrasonic beam using refraction and improve resolution. The present invention is characterized in that a substance that emits light when irradiated with excitation light, that is, a luminescent substance is added to a region near the subject surface of the acoustic lens.

当該音響レンズは、超音波を収束するとともに、生体とよく密着して生体の音響インピーダンス(密度×音速;(1.4〜1.6)×10kg/m・sec)と整合させ、超音波の反射を少なくしうること、レンズ自体の超音波減衰量が小さいことが必要条件とされている。 The acoustic lens converges the ultrasonic wave and is in close contact with the living body to match the acoustic impedance of the living body (density × sound speed; (1.4 to 1.6) × 10 6 kg / m 2 · sec), It is a necessary condition that the reflection of ultrasonic waves can be reduced and that the ultrasonic attenuation amount of the lens itself is small.

すなわち、超音波ビームを集束するため人体と接触する部分に、従来ゴム等の高分子材料をベースにして作られた音響レンズが設けられている。ここに用いられるレンズ材料としては、その音速が人体のそれより十分小さくて、減衰が少なく、又、音響インピーダンスが人体の皮膚の値に近いものが望まれる。レンズ材が、音速が人体のそれより十分小さければ、レンズ形状を凸状となすことができ、診断を行う際に滑りが良くなり、安全に行えるし、また、減衰が少なくなれば、感度良く超音波の送受信が行え、さらに、音響インピーダンスが人体の皮膚の値に近いものであれば、反射が小さくなり、換言すれば、透過率が大きくなるので、同様に超音波の送受信感度が良くなるからである。   That is, an acoustic lens conventionally made of a polymer material such as rubber or the like is provided at a portion in contact with the human body to focus the ultrasonic beam. As the lens material used here, it is desirable that the sound velocity is sufficiently smaller than that of the human body, the attenuation is small, and the acoustic impedance is close to the value of the human skin. If the lens material has a sound velocity sufficiently smaller than that of the human body, the lens shape can be made convex, and slipping can be performed safely when making a diagnosis, and if the attenuation is reduced, sensitivity is improved. If the ultrasonic impedance can be transmitted and received and the acoustic impedance is close to the value of the skin of the human body, the reflection will be small, in other words, the transmittance will be large. Because.

本発明において、音響レンズを構成する素材としては、従来公知のシリコンゴム、フッ素シリコンゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等を用いることができる。これらのうち、シリコン系ゴムを用いることが好ましい。   In the present invention, the material constituting the acoustic lens includes conventionally known homopolymers such as silicon rubber, fluorine silicon rubber, polyurethane rubber, epichlorohydrin rubber, and ethylene-propylene copolymer rubber obtained by copolymerizing ethylene and propylene. Copolymer rubber etc. can be used. Of these, it is preferable to use silicon rubber.

本発明に使用されるシリコン系ゴムとしては、シリコンゴム、フッ素シリコンゴム等が挙げられる。就中、レンズ材の特性上、シリコンゴムを使用することが好ましい。シリコンゴムとは、Si−O結合からなる分子骨格を有し、そのSi原子に複数の有機基が主結合したオルガノポリシロキサンをいい、通常は、その主成分はメチルポリシロキサンで、全体の有機基のうち90%以上はメチル基である。メチル基に代えて水素原子、フェニル基、ビニル基、アリル基等を導入したものも使用することができる。当該シリコンゴムは、例えば、高重合度のオルガノポリシロキサンに過酸化ベンゾイルなどの硬化剤(加硫剤)を混練し、加熱加硫し硬化させることにより得ることができる。必要に応じてシリカ、ナイロン粉末等の有機又は無機充填剤、硫黄、酸化亜鉛等の加硫助剤等を添加してもよい。   Examples of the silicon rubber used in the present invention include silicon rubber and fluorine silicon rubber. In particular, it is preferable to use silicon rubber because of the characteristics of the lens material. Silicon rubber is an organopolysiloxane having a molecular skeleton composed of Si—O bonds, and having a plurality of organic groups bonded to Si atoms. Usually, the main component is methylpolysiloxane, and the entire organic structure is organic. 90% or more of the groups are methyl groups. A material in which a hydrogen atom, a phenyl group, a vinyl group, an allyl group or the like is introduced instead of the methyl group can also be used. The silicone rubber can be obtained, for example, by kneading a curing agent (vulcanizing agent) such as benzoyl peroxide in an organopolysiloxane having a high polymerization degree, followed by heat vulcanization and curing. If necessary, organic or inorganic fillers such as silica and nylon powder, and vulcanization aids such as sulfur and zinc oxide may be added.

本発明に使用されるブタジエン系ゴムとしては、ブタジエン単独またはブタジエンを主体としこれに少量のスチロールまたはアクリロニトリルが共重合した共重合ゴム等が挙げられる。就中、レンズ材の特性上、ブタジエンゴムを使用することが好ましい。ブタジエンゴムとは、共役二重結合を有するブタジエンの重合により得られる合成ゴムをいう。ブタジエンゴムは、共役二重結合を有するブタジエン単独が1,4又は1.2重合することにより得ることができる。ブタジエンゴムは、硫黄等により加硫させたものが使用できる。   Examples of the butadiene rubber used in the present invention include butadiene alone or a copolymer rubber mainly composed of butadiene and copolymerized with a small amount of styrene or acrylonitrile. In particular, it is preferable to use butadiene rubber because of the characteristics of the lens material. The butadiene rubber refers to a synthetic rubber obtained by polymerization of butadiene having a conjugated double bond. Butadiene rubber can be obtained by 1,4 or 1.2 polymerization of butadiene alone having a conjugated double bond. A butadiene rubber vulcanized with sulfur or the like can be used.

本発明に係る音響レンズにおいては、シリコン系ゴムとブタジエン系ゴムとを混合し加硫硬化させることにより得ることができる。例えば、シリコンゴムとブタジエンゴムとを適宜割合で、混練ロールにより、混合し、過酸化ベンゾイルなどの加硫剤を添加し、加熱加硫し架橋(硬化)させることにより得ることができる。その際に、加硫助剤として、酸化亜鉛を添加することが好ましい。酸化亜鉛は、レンズ特性を落とさずに、加硫促進を促し、加硫時間を短縮できる。他に、着色剤や音響レンズの特性を損なわない範囲内で他の添加剤を添加してもよい。シリコン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合割合は、その音響インピーダンスが人体に近似しているとともに、その音速が人体より小さく、減衰が少ないものを得るには、通常、1:1が好ましいが、当該混合割合は適宜変更可能である。   The acoustic lens according to the present invention can be obtained by mixing silicon rubber and butadiene rubber and curing them. For example, it can be obtained by mixing silicon rubber and butadiene rubber in an appropriate ratio by a kneading roll, adding a vulcanizing agent such as benzoyl peroxide, and heat vulcanizing and crosslinking (curing). At that time, it is preferable to add zinc oxide as a vulcanization aid. Zinc oxide can accelerate vulcanization and shorten the vulcanization time without deteriorating lens characteristics. In addition, other additives may be added as long as the characteristics of the colorant and the acoustic lens are not impaired. The mixing ratio of the silicone rubber and the butadiene rubber is preferably 1: 1 in order to obtain a material whose acoustic impedance is close to that of the human body and whose sound speed is smaller than that of the human body and less attenuated. The mixing ratio can be changed as appropriate.

なお、本発明においては、上記シリコン系ゴム等のゴム素材をベース(主成分)として、音速調整、密度調整等の目的に応じ、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの無機充填剤や、ナイロンなどの有機樹脂等を配合することもできる。   In the present invention, an inorganic filler such as silica, alumina, titanium oxide, nylon, etc., depending on the purpose of adjusting the speed of sound, adjusting the density, etc., based on the rubber material such as silicon rubber (main component). An organic resin or the like can also be blended.

(バッキング層)
本発明においては、超音波振動子の背面に配置し、後方への超音波の伝搬を抑制することを目的としてバッキング層を備えることも好ましい。これにより、パルス幅を短くすることができる。
(Backing layer)
In the present invention, it is also preferable that a backing layer is provided on the back surface of the ultrasonic transducer for the purpose of suppressing propagation of ultrasonic waves to the rear. Thereby, the pulse width can be shortened.

(音響整合層)
音響整合層(「λ/4層」ともいう。)は、振動子と生体間の音響インピーダンス差を少なくし、超音波を効率よく送受信するために多層配置される。
(Acoustic matching layer)
The acoustic matching layer (also referred to as “λ / 4 layer”) is arranged in multiple layers in order to reduce the difference in acoustic impedance between the transducer and the living body and efficiently transmit and receive ultrasonic waves.

(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。図1に、本発明の実施形態の超音波医用画像診断装置の主要部の構成の概念図を示す。
(Ultrasonic medical diagnostic imaging equipment)
The ultrasonic probe according to the present invention can be used for various types of ultrasonic diagnostic apparatuses. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the main part of an ultrasonic medical image diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.

この超音波医用画像診断装置は、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。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。   This ultrasonic medical diagnostic imaging apparatus transmits an ultrasonic wave to a subject such as a patient, and an ultrasonic probe in which piezoelectric vibrators that receive ultrasonic waves reflected by the subject as echo signals are arranged. (Probe). 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 A transmission / reception control circuit 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ている。また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ている。   Furthermore, an image data conversion circuit that converts echo signals received by the transmission / reception circuit into ultrasonic image data of the subject is provided. Further, a display control circuit for controlling and displaying the monitor with the ultrasonic image data converted by the image data conversion circuit and a control circuit for controlling the entire ultrasonic medical image diagnostic apparatus are provided.

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。   A transmission / reception control circuit, an image data conversion circuit, and a display control circuit are connected to the 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, this invention is not limited to these.

(実施例1)樹脂組成物及び樹脂組成物膜の作製
<重合方法A>
一般式(UR2)で表される化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解し、0℃に冷却した。一般式(UR2)で表される化合物と当モルの一般式(UR3)で表される化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解して添加した。0℃で1時間攪拌を行った後、活性水素を有する化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解して添加し、30℃に昇温して24時間攪拌を行った。更に、反応溶液を80℃まで昇温して8時間攪拌を行い、減圧条件下で、反応溶液の液量が半分になるまで濃縮し、メタノールで再沈後、70℃で減圧乾燥を行うことにより目的とする樹脂組成物を得た。
Example 1 Production of Resin Composition and Resin Composition Film <Polymerization Method A>
The compounds represented by the general formula (UR2) (described in Tables 1 and 2) were dissolved in DMF and cooled to 0 ° C. A compound represented by the general formula (UR2) and an equimolar amount of the compound represented by the general formula (UR3) (described in Table 1 and Table 2) were dissolved in DMF and added. After stirring at 0 ° C. for 1 hour, compounds having active hydrogen (described in Tables 1 and 2) were added by dissolving in DMF, heated to 30 ° C. and stirred for 24 hours. Furthermore, the reaction solution is heated to 80 ° C., stirred for 8 hours, concentrated under reduced pressure until the amount of the reaction solution is halved, reprecipitated with methanol, and dried under reduced pressure at 70 ° C. Thus, the intended resin composition was obtained.

<重合方法B>
一般式(UR2)で表される化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解し、0℃に冷却した。一般式(UR2)で表される化合物と当モルの一般式(UR3)で表される化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解して添加した。0℃で1時間攪拌を行った後、活性水素を有する化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解して添加し、続いてDBTL0.1gを添加した。反応溶液を30℃に昇温して24時間攪拌を行った後、減圧条件下で、反応溶液の液量が半分になるまで濃縮し、メタノールで再沈を行った。ろ過後、70℃で減圧乾燥を行うことにより目的とする樹脂組成物を得た。
<Polymerization method B>
The compounds represented by the general formula (UR2) (described in Tables 1 and 2) were dissolved in DMF and cooled to 0 ° C. A compound represented by the general formula (UR2) and an equimolar amount of the compound represented by the general formula (UR3) (described in Table 1 and Table 2) were dissolved in DMF and added. After stirring at 0 ° C. for 1 hour, compounds having active hydrogen (described in Tables 1 and 2) were added by dissolving in DMF, followed by addition of 0.1 g of DBTL. The reaction solution was heated to 30 ° C. and stirred for 24 hours, and then concentrated under reduced pressure until the amount of the reaction solution was halved and reprecipitated with methanol. After filtration, the intended resin composition was obtained by drying under reduced pressure at 70 ° C.

<重合方法C>
一般式(UR2)で表される化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解し、0℃に冷却した。一般式(UR2)で表される化合物に対して2倍モルの一般式(UR3)で表される化合物(表1及び表2に記載)をDMFに溶解して添加した。0℃で1時間攪拌を行った後、30℃に昇温して24時間攪拌を行った。減圧条件下で、反応溶液の液量が半分になるまで濃縮し、メタノールで再沈後、70℃で減圧乾燥を行うことにより目的とする樹脂組成物を得た。
<Polymerization method C>
The compounds represented by the general formula (UR2) (described in Tables 1 and 2) were dissolved in DMF and cooled to 0 ° C. Two times moles of the compound represented by the general formula (UR3) (described in Table 1 and Table 2) with respect to the compound represented by the general formula (UR2) were dissolved in DMF and added. After stirring at 0 ° C. for 1 hour, the temperature was raised to 30 ° C. and stirring was performed for 24 hours. Under reduced pressure conditions, the reaction solution was concentrated until the liquid volume was reduced to half, reprecipitated with methanol, and then dried under reduced pressure at 70 ° C. to obtain the intended resin composition.

樹脂組成物の重量平均分子量及び分子量分布は、GPCの測定を行い、ポリスチレン換算で求めた。   The weight average molecular weight and molecular weight distribution of the resin composition were measured by GPC and determined in terms of polystyrene.

本実施例において、重量平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)は下記の要領で、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出した。測定条件は以下の通りである。   In this example, the weight average molecular weight (Mn) and the molecular weight distribution (Mw / Mn) were calculated by gel permeation chromatography (GPC) in the following manner. The measurement conditions are as follows.

溶媒 :30mMLiBr in N−メチルピロリドン
装置 :HLC−8220GPC(東ソー(株)製)
カラム :TSKgel SuperAWM−H×2本(東ソー(株)製)
カラム温度:40℃
試料濃度 :1.0g/L
注入量 :40μl
流量 :0.5ml/min
校正曲線 :標準ポリスチレン:PS−1(Polymer Laboratories社製)Mw=580〜2,560,000までの9サンプルによる校正曲線を使用した。
Solvent: 30 mM LiBr in N-methylpyrrolidone Device: HLC-8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation)
Column: TSKgel SuperAWM-H x 2 (manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40 ° C
Sample concentration: 1.0 g / L
Injection volume: 40 μl
Flow rate: 0.5 ml / min
Calibration curve: Standard polystyrene: PS-1 (manufactured by Polymer Laboratories) Mw = 580 to 2,560,000 calibration curves with 9 samples were used.

<樹脂組成物膜の作製>
これらの得られた樹脂組成物を、あらかじめ表面にアルミ蒸着済みの25μmのポリイミドフィルムに、1%の重合度500のポリビニルアルコールのメタノール溶液を乾燥膜圧が0.1μmに成るように塗布乾燥を行った基板上に、乾燥膜圧が7μmになるように塗布乾燥を行った。次に、このようにして樹脂組成物の膜が形成された基板の表面にアルミ電極を蒸着で取り付けたあとで、高圧電源装置HARB−20R60(松定プレシジョン(株)製)を用いて、100MV/mの電場を印加した状態で、下で評価したTg+20℃の温度まで5℃/minの割合で上昇し、15分間保持したあとで電圧は印加したままで室温まで徐冷し、ポーリング処理を施し樹脂組成物膜−1〜15を作製した。なお、当該樹脂組成物膜は電極を具備しているので超音波振動子と使用可能のものである。
<Preparation of resin composition film>
These obtained resin compositions were applied and dried on a 25 μm polyimide film which had been pre-deposited on the surface with a 1% methanol solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 500 so that the dry film pressure would be 0.1 μm. Coating and drying were performed on the substrate so that the dry film pressure was 7 μm. Next, after an aluminum electrode is attached by vapor deposition to the surface of the substrate on which the film of the resin composition is thus formed, 100MV is used by using a high voltage power supply device HARB-20R60 (manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.). In a state where an electric field of / m is applied, the temperature rises at a rate of 5 ° C./min to the temperature of Tg + 20 ° C. evaluated below, and after holding for 15 minutes, gradually cools to room temperature while applying the voltage, and performs a polling treatment. Application resin composition films -1 to 15 were produced. In addition, since the said resin composition film | membrane is equipped with the electrode, it can be used with an ultrasonic transducer | vibrator.

(比較例1)比較樹脂組成物及び比較樹脂組成物膜の作製
p−イソシアナトベンジルイソシアネート0.87gをDMF10mlに溶解し、0℃に冷却した。2,2−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン1.30g及びエチレングリコール0.16gをDMF10mlに溶解した溶液をワンポットで添加し、1時間攪拌を行った。反応液にDBTL0.1gを添加し、30℃に昇温して24時間攪拌を行った。減圧条件下で、反応溶液の液量が半分になるまで濃縮し、メタノールで再沈後、70℃で減圧乾燥を行うことにより比較樹脂組成物(1)2.2gを得た。
Comparative Example 1 Preparation of Comparative Resin Composition and Comparative Resin Composition Film 0.87 g of p-isocyanatobenzyl isocyanate was dissolved in 10 ml of DMF and cooled to 0 ° C. A solution prepared by dissolving 1.30 g of 2,2-bis (4- (4-aminophenoxy) phenyl) hexafluoropropane and 0.16 g of ethylene glycol in 10 ml of DMF was added in one pot and stirred for 1 hour. DBTL 0.1g was added to the reaction liquid, and it heated up at 30 degreeC, and stirred for 24 hours. Under reduced pressure conditions, the reaction solution was concentrated until the liquid volume became half, reprecipitated with methanol, and then dried under reduced pressure at 70 ° C. to obtain 2.2 g of a comparative resin composition (1).

得られた樹脂組成物を、あらかじめ表面にアルミ蒸着済みの25μmのポリイミドフィルムに、1%の重合度500のポリビニルアルコールのメタノール溶液を乾燥膜圧が0.1μmに成るように塗布乾燥を行った基板上に、乾燥膜圧が7μmになるように塗布乾燥を行った。次に、このようにして樹脂組成物の膜が形成された基板の表面にアルミ電極を蒸着で取り付けたあとで、高圧電源装置HARB−20R60(松定プレシジョン(株)製)を用いて、100MV/mの電場を印加した状態で、下で評価したTg+20℃の温度まで5℃/minの割合で上昇し、15分間保持したあとで電圧は印加したままで室温まで徐冷し、ポーリング処理を施し比較樹脂組成物膜−1を作製した。   The obtained resin composition was applied and dried on a 25 μm polyimide film that had been pre-deposited on the surface with a methanol solution of polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 1% of 500% so that the dry film pressure was 0.1 μm. On the substrate, coating and drying were performed so that the dry film pressure was 7 μm. Next, after an aluminum electrode is attached by vapor deposition to the surface of the substrate on which the film of the resin composition is thus formed, 100MV is used by using a high voltage power supply device HARB-20R60 (manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.). In a state where an electric field of / m is applied, the temperature rises at a rate of 5 ° C./min to the temperature of Tg + 20 ° C. evaluated below, and after holding for 15 minutes, gradually cools to room temperature while applying the voltage, and performs a polling treatment. Application comparative resin composition film-1 was prepared.

(比較例2)比較樹脂組成物膜の作製
真空処理室内に前述のポリイミド基板を取り付け、蒸発用容器の一方に4,4′−ジアミノジフェニルメタンと、他方に4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートを夫々充填し、シャッターを閉じた状態で処理室内の全圧を真空排気系で1.33×10−1Pa(1×10−3Torr)に設定した。4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートを温度70±2℃に、また、4,4′−ジアミノジフェニルメタンを温度110±2℃に加熱し、ポリイミド基板上に蒸着重合を行い、7μmまで蒸着を行った。このようにしてポリウレア膜の形成された基板を取り出し、高圧電源装置HARB−20R60(松定プレシジョン(株)製)と針状電極を用いて0.2MV/mになるように電圧を加えながら、下で評価した180℃の温度まで5℃/minの割合で上昇し、15分間保持したあとで電圧は印加したままで室温まで徐冷し、比較樹脂組成物膜−2を作製した。
(Comparative Example 2) Production of Comparative Resin Composition Film The aforementioned polyimide substrate was mounted in a vacuum processing chamber, and 4,4'-diaminodiphenylmethane was filled in one of the evaporation containers and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate was filled in the other, respectively. Then, with the shutter closed, the total pressure in the processing chamber was set to 1.33 × 10 −1 Pa (1 × 10 −3 Torr) by a vacuum exhaust system. 4,4′-diphenylmethane diisocyanate was heated to a temperature of 70 ± 2 ° C. and 4,4′-diaminodiphenylmethane was heated to a temperature of 110 ± 2 ° C., and vapor deposition polymerization was performed on a polyimide substrate, and vapor deposition was performed to 7 μm. In this way, the substrate on which the polyurea film is formed is taken out, and while applying a voltage to 0.2 MV / m using a high voltage power supply device HARB-20R60 (manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.) and a needle electrode, The temperature was raised at a rate of 5 ° C./min to a temperature of 180 ° C. evaluated below, and after maintaining for 15 minutes, it was gradually cooled to room temperature while the voltage was applied to prepare Comparative Resin Composition Film-2.

(実施例2)
得られた上記各種樹脂組成物膜を超音波振動子として、共振法にて圧電性の評価を室温と、100℃まで加熱した状態で行った。なお圧電特性は、PVDF膜の室温で測定した時の値を100%とした相対値として示す。
(Example 2)
The obtained various resin composition films were used as ultrasonic vibrators, and the piezoelectricity was evaluated by a resonance method in a state of heating to room temperature and 100 ° C. In addition, a piezoelectric characteristic is shown as a relative value with the value when measured at room temperature of the PVDF film as 100%.

(実施例3)
得られた上記各種樹脂組成物膜のうちの一部樹脂組成物膜について、2cm平方に切り出し、焦電性を、摂氏−100度から150度まで温度が可変の温度槽にセットし温度上昇率を変えて発生する電荷を微小電流計により観測し焦電率を測定した。なお焦電率は、PVDF膜の値を100%として相対値で示した。
Example 3
Of the obtained resin composition films, a part of the resin composition film is cut into 2 cm squares, and the pyroelectric property is set in a temperature bath whose temperature is variable from −100 degrees Celsius to 150 degrees Celsius, and the rate of temperature rise The pyroelectric rate was measured by observing the generated electric charge with a microammeter. The pyroelectric rate is shown as a relative value with the PVDF film value being 100%.

なお、得られた上記各種樹脂組成物膜のうちの一部樹脂組成物膜について、2mg取り出し、DSC(示差走査熱量測定)にて、Tg(ガラス転移温度)を測定した。   In addition, 2 mg was taken out about one part resin composition film | membrane among the obtained said various resin composition films | membranes, and Tg (glass transition temperature) was measured by DSC (differential scanning calorimetry).

上記測定結果等をまとめて表1〜表3に示す。   The measurement results and the like are summarized in Tables 1 to 3.

Figure 2010219484
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Figure 2010219484
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Figure 2010219484
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表3に示した結果から明らかなように、本発明の樹脂組成物より形成された有機圧電体膜の圧電特性及び焦電性は、比較例に比べ優れていることが分かる。   As is apparent from the results shown in Table 3, it can be seen that the piezoelectric properties and pyroelectric properties of the organic piezoelectric film formed from the resin composition of the present invention are superior to those of the comparative example.

(実施例4)
(超音波探触子の作製と評価)
〈送信用圧電材料の作製〉
成分原料であるCaCO、La、BiとTiO、及び副成分原料であるMnOを準備し、成分原料については、成分の最終組成が(Ca0.97La0.03)Bi4.01Ti15となるように秤量した。次に、純水を添加し、純水中でジルコニア製メディアを入れたボールミルにて8時間混合し、十分に乾燥を行い、混合粉体を得た。得られた混合粉体を、仮成形し、空気中、800℃で2時間仮焼を行い仮焼物を作製した。次に、得られた仮焼物に純水を添加し、純水中でジルコニア製メディアを入れたボールミルにて微粉砕を行い、乾燥することにより圧電セラミックス原料粉末を作製した。微粉砕においては、微粉砕を行う時間および粉砕条件を変えることにより、それぞれ粒子径100nmの圧電セラミックス原料粉末を得た。それぞれ粒子径の異なる各圧電セラミックス原料粉末にバインダーとして純水を6質量%添加し、プレス成形して、厚み100μmの板状仮成形体とし、この板状仮成形体を真空パックした後、235MPaの圧力でプレスにより成形した。次に、上記の成形体を焼成した。最終焼結体の厚さは20μmの焼結体を得た。なお、焼成温度は、それぞれ1100℃であった。1.5×Ec(MV/m)以上の電界を1分間印加して分極処理を施した。
Example 4
(Preparation and evaluation of ultrasonic probe)
<Production of piezoelectric material for transmission>
Component raw materials CaCO 3 , La 2 O 3 , Bi 2 O 3 and TiO 2 , and subcomponent raw materials MnO are prepared, and for the component raw materials, the final composition of the components is (Ca 0.97 La 0.03 ) Weighed to be Bi 4.01 Ti 4 O 15 . Next, pure water was added, mixed in a ball mill containing zirconia media in pure water for 8 hours, and sufficiently dried to obtain a mixed powder. The obtained mixed powder was temporarily molded and calcined in air at 800 ° C. for 2 hours to prepare a calcined product. Next, pure water was added to the obtained calcined material, finely pulverized in a ball mill containing zirconia media in pure water, and dried to prepare a piezoelectric ceramic raw material powder. In pulverization, the piezoelectric ceramic raw material powder having a particle diameter of 100 nm was obtained by changing the pulverization time and pulverization conditions. 6% by mass of pure water as a binder is added to each piezoelectric ceramic raw material powder having a different particle diameter, press-molded to form a plate-shaped temporary molded body having a thickness of 100 μm, and this plate-shaped temporary molded body is vacuum-packed and then 235 MPa. It shape | molded by the press with the pressure of. Next, the molded body was fired. The final sintered body had a thickness of 20 μm. The firing temperature was 1100 ° C. An electric field of 1.5 × Ec (MV / m) or more was applied for 1 minute to perform polarization treatment.

〈受信用積層振動子の作製〉
前記実施例1において作製した有機圧電体膜と厚さ50μmのポリエステルフィルムをエポキシ系接着剤にて貼り合わせた積層振動子を作製した。その後、上記と同様に分極処理をした。
<Production of laminated resonator for reception>
A laminated vibrator was produced in which the organic piezoelectric film produced in Example 1 and a polyester film having a thickness of 50 μm were bonded together with an epoxy adhesive. Thereafter, polarization treatment was performed in the same manner as described above.

次に、常法に従って、上記の送信用圧電材料の上に受信用積層振動子を積層し、かつバッキング層と音響整合層を設置し超音波探触子を試作した。   Next, according to a conventional method, an ultrasonic probe was prototyped by laminating a laminated receiver for reception on the above-described piezoelectric material for transmission and installing a backing layer and an acoustic matching layer.

なお、比較例として、上記受信用積層振動子の代わりに、比較樹脂組成物膜−1を用い、上記超音波探触子と同様の探触子を作製した。   As a comparative example, a probe similar to the above-described ultrasonic probe was manufactured using the comparative resin composition film-1 instead of the above-described laminated resonator for reception.

次いで、上記2種の超音波探触子について受信感度と絶縁破壊強度の測定をして評価した。   Next, the above two types of ultrasonic probes were evaluated by measuring the reception sensitivity and the dielectric breakdown strength.

なお、受信感度については、5MHzの基本周波数fを発信させ、受信2次高調波fとして10MHz、3次高調波として15MHz、4次高調波として20MHzの受信相対感度を求めた。受信相対感度は、ソノーラメディカルシステム社(Sonora Medical System,Inc:2021Miller Drive Longmont,Colorado(0501 USA))の音響強度測定システムModel805(1〜50MHz)を使用した。 Incidentally, the reception sensitivity is originating the fundamental frequency f 1 of 5 MHz, to determine the received relative sensitivity of 20MHz as 15 MHz, 4 harmonics as received second harmonic wave f 2 as 10 MHz, 3 harmonic. For the relative sensitivity of reception, a sound intensity measurement system Model 805 (1 to 50 MHz) manufactured by Sonora Medical System, Inc. (2021 Miller Drive Longmont, Colorado (0501 USA)) was used.

絶縁破壊強度の測定は、負荷電力Pを5倍にして、10時間試験した後、負荷電力を基準に戻して、相対受信感度を評価した。感度の低下が負荷試験前の1%以内のときを良、1%を超え10%未満を可、10%以上を不良として評価した。   The dielectric breakdown strength was measured by multiplying the load power P by 5 times, testing for 10 hours, and then returning the load power to the reference to evaluate the relative reception sensitivity. The sensitivity was evaluated as good when the decrease in sensitivity was within 1% before the load test, more than 1% and less than 10%, and 10% or more as bad.

上記評価において、本発明に係る受信用圧電(体)積層振動子を具備した超音波探触子は、比較例に対して約2.0倍の相対受信感度を有しており、かつ絶縁破壊強度は良好であることを確認した。すなわち、本発明の超音波受信用振動子は、図1に示したような超音波医用画像診断装置に用いる探触子にも好適に使用できることが確認された。   In the above evaluation, the ultrasonic probe including the receiving piezoelectric (body) laminated vibrator according to the present invention has a relative receiving sensitivity of about 2.0 times that of the comparative example, and has a dielectric breakdown. It was confirmed that the strength was good. That is, it was confirmed that the ultrasonic wave receiving transducer of the present invention can be suitably used for a probe used in an ultrasonic medical image diagnostic apparatus as shown in FIG.

1 受信用圧電材料(膜)
2 支持体
3 送信用圧電材料(膜)
4 バッキング層
5 電極
6 音響レンズ
1 Receiving piezoelectric material (film)
2 Support 3 Piezoelectric material for transmission (film)
4 Backing layer 5 Electrode 6 Acoustic lens

Claims (7)

下記一般式(UR1)で表される部分構造を有する樹脂組成物を含有する有機圧電材料であって、当該樹脂組成物のガラス転移温度が100〜180℃であることを特徴とする有機圧電材料。
Figure 2010219484
(式中、R及びRは各々独立に水素原子又は置換基を表し、nは1〜3の整数を表す。R、R、R及びRは各々独立に水素原子、アルキル基又はアリール基を表す。R及びRは各々独立に水素原子、アルキル基又はアリール基を表し、Lはアルキレン基又はアリーレン基を表す。Lは単なる結合種、アルキレンオキシ基、アリーレン基又はアラルキレン基を表す。Xは酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を表し、窒素原子は置換基を有していても良い。Yは、酸素原子又は硫黄原子を表す。)
An organic piezoelectric material comprising a resin composition having a partial structure represented by the following general formula (UR1), wherein the resin composition has a glass transition temperature of 100 to 180 ° C. .
Figure 2010219484
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and n represents an integer of 1 to 3. R 3 , R 4 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom, alkyl. R 5 and R 6 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, L 1 represents an alkylene group or an arylene group, L 2 represents a simple bond type, an alkyleneoxy group, an arylene X represents an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, the nitrogen atom may have a substituent, and Y represents an oxygen atom or a sulfur atom.)
前記有機圧電材料の電気機械結合定数が、0.20以上であ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, wherein an electromechanical coupling constant of the organic piezoelectric material is 0.20 or more. 前記有機圧電材料が、電場、又は電場と磁場の併用により分極処理が施されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機圧電材料。 The organic piezoelectric material according to claim 1, wherein the organic piezoelectric material is subjected to a polarization treatment by an electric field or a combination of an electric field and a magnetic field. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の有機圧電材料と電極とを有することを特徴とする超音波振動子。 An ultrasonic transducer comprising the organic piezoelectric material according to claim 1 and an electrode. 請求項4に記載の超音波振動子を具備することを特徴とする超音波探触子。 An ultrasonic probe comprising the ultrasonic transducer according to claim 4. 前記超音波振動子が、受信用超音波振動子であることを特徴とする請求項5に記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to claim 5, wherein the ultrasonic transducer is a receiving ultrasonic transducer. 請求項5又は請求項6に記載の超音波探触子を具備することを特徴とする超音波医用画像診断装置。 An ultrasonic medical image diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to claim 5.
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