JP2010232278A - Organic piezoelectric material and ultrasonic probe - Google Patents

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JP2010232278A
JP2010232278A JP2009076011A JP2009076011A JP2010232278A JP 2010232278 A JP2010232278 A JP 2010232278A JP 2009076011 A JP2009076011 A JP 2009076011A JP 2009076011 A JP2009076011 A JP 2009076011A JP 2010232278 A JP2010232278 A JP 2010232278A
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Yuichi Nishikubo
雄一 西久保
Rie Fujisawa
理枝 藤澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic piezoelectric material having a piezoelectric property and pyroelectricity, especially high in orientation and thermally stable, and an ultrasonic probe using the same. <P>SOLUTION: The organic piezoelectric material contains a compound containing at least one of a repetitive unit represented by a formula (1) with a glass transition temperature not lower than 100°C and not higher than 130°C. In the formula, Q represents a polymer main chain. A<SB>1</SB>represents an alkylene group and an oxyalkylene group, and A<SB>1</SB>, A<SB>2</SB>represent mesogen groups. Y represents a divalent linking group selected from among a urea group, a thiourea group, a urethane group, a thiourethane group, an amide group, a thioamide group, a carbonate group, a sulfonamide group, and a sulfondiamide group. Z represents a group selected from among a heterocyclic group, an aromatic group, and an aliphatic group of a carbon number 1-25. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機圧電材料及び超音波探触子に関し、さらに詳しくは、メソゲン基を有する化合物を含有する有機圧電材料及びそれを用いた超音波探触子に関する。   The present invention relates to an organic piezoelectric material and an ultrasonic probe, and more particularly to an organic piezoelectric material containing a compound having a mesogenic group and an ultrasonic probe using the organic piezoelectric material.

従来、マイクロホン、スピーカー用の振動板等の音響機器、各種熱センサー、圧力センサー、赤外性検出器等の測定機器、超音波探蝕子、遺伝子やタンパク等の変異を高感度に検出する振動センサー等、熱や機械刺激を電気エネルギーに変換するために用いることができる圧電性や焦電性を持つ有機圧電材料は知られている。   Conventionally, acoustic devices such as microphones and speaker diaphragms, various thermal sensors, pressure sensors, measuring devices such as infrared detectors, ultrasonic probe, vibration that detects mutations such as genes and proteins with high sensitivity Organic piezoelectric materials having piezoelectricity and pyroelectricity that can be used to convert heat and mechanical stimulation into electrical energy, such as sensors, are known.

圧焦電体としては、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、いわゆる無機圧電材料が広く利用されている。しかしながら、これら無機材質の圧電材料は、弾性スティフネスが高く、機械的損失係数が高い、密度が高く誘電率も高いなどの特徴を持っている。 As the pyroelectric material, a so-called inorganic material in which a single crystal such as quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , KNbO 3 , a thin film such as ZnO or AlN, or a sintered body such as Pb (Zr, Ti) O 3 is subjected to polarization treatment. Piezoelectric materials are widely used. However, these inorganic piezoelectric materials have characteristics such as high elastic stiffness, high mechanical loss coefficient, high density and high dielectric constant.

一方でポリフッ化ビニリデン(以下「PVDF」と略す。)、ポリシアノビニリデン(以下「PVDCN」と略す。)等の有機圧電材料も開発されている(例えば、特許文献1参照)。この有機圧電材料は、薄膜化、大面積化等の加工性に優れ、任意の形状、形態の物が作ることができ、弾性率が低い、誘電率が低い等の特徴を持つため、センサーとしての使用を考えたときに、高感度な検出を可能とする特徴を持っている。一方で有機圧電材料は、耐熱性が低く高い温度ではその圧焦電特性を失うほか、弾性スティフネスなどの物性も大きく減じるため使用できる温度域に限界があった。   On the other hand, organic piezoelectric materials such as polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as “PVDF”) and polycyanovinylidene (hereinafter abbreviated as “PVDCN”) have also been developed (for example, see Patent Document 1). This organic piezoelectric material is excellent in workability such as thin film and large area, can be made in any shape and shape, and has features such as low elastic modulus and low dielectric constant, so it can be used as a sensor. When considering the use of, it has a feature that enables highly sensitive detection. On the other hand, organic piezoelectric materials have low heat resistance and lose their pyroelectric properties at high temperatures, and the physical properties such as elastic stiffness are greatly reduced.

このような限界に対して、ウレア結合から構成されるポリウレア樹脂組成物は、ウレア結の双極子モーメントが大きく、樹脂としての温度特性に優れるため、有機圧電材料として種々の検討が行われてきた。例えば、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)のようなジイソシアネート化合物と4,4′−ジアミノジフェニルメタン(MDA)のようなジアミン化合物を同時に蒸発させてポリ尿素膜を形成する、いわゆる蒸着重合法が開示されている(例えば、特許文献2、3参照)。しかしながら、これらに記載されている蒸着重合法で作製するポリウレア樹脂組成物は、生成するオリゴマー又は高分子量体の分子量が不均一であるため、分極処理を施しながら高分子量化を行った場合、配向が十分でない状態でポリウレア樹脂組成物が形成される。このため、ウレア結合の双極子モーメントを十分に活用できず、有機圧電材料としては、更なる改善が求められていた。   In contrast to these limitations, polyurea resin compositions composed of urea bonds have a large dipole moment of urea bonds and are excellent in temperature characteristics as resins. Therefore, various studies have been made as organic piezoelectric materials. . For example, there is a so-called vapor deposition polymerization method in which a polyurea film is formed by simultaneously evaporating a diisocyanate compound such as 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and a diamine compound such as 4,4′-diaminodiphenylmethane (MDA). It is disclosed (for example, see Patent Documents 2 and 3). However, the polyurea resin composition prepared by the vapor deposition polymerization method described in these documents has a non-uniform molecular weight of the oligomer or high molecular weight product. In this state, the polyurea resin composition is formed. For this reason, the dipole moment of the urea bond cannot be fully utilized, and further improvement has been demanded as an organic piezoelectric material.

強誘電性液晶化合物を圧電材料に利用した報告があるが(例えば、特許文献4、5参照)、これまでの報告では液晶分子内の分極基の種類が限られており、自発分極や圧電性が十分ではなく、圧電材料として要求される性能を満たすものはまだ見つかっていなかった。   There are reports that use a ferroelectric liquid crystal compound as a piezoelectric material (see, for example, Patent Documents 4 and 5). However, in the previous reports, the types of polarization groups in liquid crystal molecules are limited, and spontaneous polarization and piezoelectricity are known. However, no material satisfying the performance required as a piezoelectric material has been found yet.

特開平6−216422号公報JP-A-6-216422 特開平2−284485号公報JP-A-2-284485 特開平5−311399号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-31399 特開平7−115230号公報JP 7-115230 A 特開平8−254691号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-254691

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電特性に優れ、熱や機械刺激を電気エネルギーに変換することができる圧電性や焦電性を持つ有機圧電材料として、特に、配向性が高く、かつ熱的に安定な有機圧電材料及びそれを用いた超音波探触子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems and circumstances, and the object thereof is an organic piezoelectric material having piezoelectricity and pyroelectricity that has excellent piezoelectric characteristics and can convert heat and mechanical stimulation into electrical energy. In particular, it is to provide an organic piezoelectric material having high orientation and being thermally stable, and an ultrasonic probe using the same.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。
1.下記一般式(1)で表される繰り返し単位を、少なくとも1種類以上含む化合物を含有し、かつそのガラス転移温度が100℃以上、130℃以下であることを特徴とする有機圧電材料。
The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.
1. An organic piezoelectric material comprising a compound containing at least one repeating unit represented by the following general formula (1) and having a glass transition temperature of 100 ° C. or higher and 130 ° C. or lower.

Figure 2010232278
Figure 2010232278

〔式中、Qは高分子主鎖を表す。Aはアルキレン基、オキシアルキレン基またはメソゲン基を表し、Aはメソゲン基を表す。Yはウレア基、チオウレア基、ウレタン基、チオウレタン基、アミド基、チオアミド基、カーボネート基、スルホンアミド基、スルホンジアミド基から選ばれる2価の連結基を表す。Zは、炭素数1〜25の脂肪族基、芳香族基及び複素環基から選ばれる基を表す。〕
2.前記一般式(1)におけるYが、ウレア基、チオウレア基、チオウレタン基、アミド基、チオアミド基、スルホンアミド基、スルホンジアミド基であり、電気機械結合定数が0.2以上、0.4以下であることを特徴とする1に記載の有機圧電材料。
3.前記一般式(1)におけるZが、不斉炭素を含む置換基であることを特徴とする1又は2に記載の有機圧電材料。
4.前記一般式(1)で表される化合物と、低分子液晶化合物を含有することを特徴とする1〜3のいずれか1項に記載の有機圧電材料。
5.前記低分子液晶化合物が下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする4に記載の有機圧電材料。
[In the formula, Q represents a polymer main chain. A 1 represents an alkylene group, an oxyalkylene group or a mesogenic group, and A 2 represents a mesogenic group. Y represents a divalent linking group selected from a urea group, a thiourea group, a urethane group, a thiourethane group, an amide group, a thioamide group, a carbonate group, a sulfonamide group, and a sulfondiamide group. Z represents a group selected from an aliphatic group having 1 to 25 carbon atoms, an aromatic group, and a heterocyclic group. ]
2. Y in the general formula (1) is a urea group, a thiourea group, a thiourethane group, an amide group, a thioamide group, a sulfonamide group, or a sulfondiamide group, and an electromechanical coupling constant is 0.2 or more and 0.4 or less. 2. The organic piezoelectric material according to 1, wherein
3. 3. The organic piezoelectric material according to 1 or 2, wherein Z in the general formula (1) is a substituent containing an asymmetric carbon.
4). 4. The organic piezoelectric material according to any one of 1 to 3, comprising a compound represented by the general formula (1) and a low-molecular liquid crystal compound.
5). 5. The organic piezoelectric material according to 4, wherein the low-molecular liquid crystal compound is a compound represented by the following general formula (2).

Figure 2010232278
Figure 2010232278

〔式中、R21は炭素数1から20の脂肪族基を表し、Xは単結合又は酸素原子を表す。A21はメソゲン基を表し、Zは、炭素数1〜25の脂肪族基、芳香族基及び複素環基から選ばれる基を表す。〕
6.前記一般式(2)におけるZが不斉炭素を含む置換基であることを特徴とする5に記載の有機圧電材料。
7.超音波送信用振動子と、1〜6のいずれか1項に記載の有機圧電材料を用いた超音波振動子を超音波受信用振動子として具備した超音波探触子であることを特徴とする超音波探触子。
8.7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画像検出装置。
[Wherein R 21 represents an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, and X represents a single bond or an oxygen atom. A 21 represents a mesogenic group, and Z 2 represents a group selected from an aliphatic group having 1 to 25 carbon atoms, an aromatic group, and a heterocyclic group. ]
6). 6. The organic piezoelectric material according to 5, wherein Z 2 in the general formula (2) is a substituent containing an asymmetric carbon.
7). An ultrasonic probe comprising an ultrasonic transmission vibrator and an ultrasonic vibrator using the organic piezoelectric material according to any one of 1 to 6 as an ultrasonic reception vibrator. An ultrasonic probe.
An ultrasonic image detection apparatus comprising the ultrasonic probe according to 8.7.

本発明により、圧電特性に優れ、熱や機械刺激を電気エネルギーに変換することができる圧電性や焦電性を持つ有機圧電材料として、特に、配向性が高く、かつ熱的に安定な有機圧電材料と、それを用いた超音波探触子を提供することができた。   According to the present invention, an organic piezoelectric material having excellent piezoelectric properties and capable of converting heat and mechanical stimulation into electric energy and having piezoelectricity and pyroelectricity, in particular, has high orientation and is thermally stable. The material and the ultrasonic probe using the same could be provided.

超音波医用画像診断装置の主要部の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the principal part of an ultrasonic medical image diagnostic apparatus. 超音波探触子の例の模式断面図である。It is a schematic cross section of an example of an ultrasonic probe.

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

本発明は、一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物を使用することで、圧電性や焦電性に優れ、従来の課題を改善した有機圧電材料を提供できる。また、一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物を含有することを特徴とする本発明の圧電体膜は、配向性が高く、圧電性、焦電性に優れるだけではなく、熱的にも安定であることから、汎用性の高い膜として有効に利用できる。   The present invention can provide an organic piezoelectric material that is excellent in piezoelectricity and pyroelectricity and has improved conventional problems by using a compound containing at least one repeating unit represented by the general formula (1). In addition, the piezoelectric film of the present invention, which contains a compound containing at least one repeating unit represented by the general formula (1), has high orientation and is excellent only in piezoelectricity and pyroelectricity. However, since it is thermally stable, it can be effectively used as a highly versatile film.

〈一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物〉
一般式(1)において、Qは高分子主鎖部を表し、例えば、(Q−1)〜(Q−11)から選ばれる少なくとも1つが挙げられる。尚、*はAとの結合点を表す。
<Compound containing at least one repeating unit represented by the general formula (1)>
In the general formula (1), Q represents a polymer main chain, and examples thereof include at least one selected from (Q-1) to (Q-11). Note that * represents the point of attachment to A 1.

Figure 2010232278
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Qとして好ましくは、(Q−1)、(Q−2)、(Q−5)、(Q−6)、(Q−11)であり、より好ましくは、(Q−1)、(Q−5)、(Q−11)である。   Q is preferably (Q-1), (Q-2), (Q-5), (Q-6), or (Q-11), and more preferably (Q-1), (Q- 5) and (Q-11).

はアルキレン基、オキシアルキレン基を表す。Aとしては、アルキレン基の場合、炭素数が1〜10の直鎖状もしくは分枝状のアルキレン基が好ましく、オキシアルキレン基の場合、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基が1〜5個連結した基が好ましい。 A 1 represents an alkylene group or an oxyalkylene group. The A 1, when the alkylene group is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, in the case of the oxyalkylene group, oxyethylene group, oxypropylene group, is oxybutylene group 1 Five linked groups are preferred.

はメソゲン基を表す。本発明におけるメソゲン基とは、液晶性を示す化合物に必須な剛直なユニットであり、環構造を直接或いは結合基で2つ以上連結したものをいう。 A 2 represents a mesogenic group. The mesogenic group in the present invention is a rigid unit essential for a compound exhibiting liquid crystallinity, and refers to a group in which two or more ring structures are connected directly or with a bonding group.

で表されるメソゲン基は、例えば、次の式(A−1)〜(A−49)で表される基である。なお式中のベンゼン環の炭素の一部が窒素、ハロゲン、水酸基に置き換わっている場合も含む。 The mesogenic group represented by A 2 is, for example, a group represented by the following formulas (A-1) to (A-49). In addition, the case where part of carbon in the benzene ring in the formula is replaced with nitrogen, halogen, or hydroxyl group is included.

Figure 2010232278
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Figure 2010232278
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Figure 2010232278
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Figure 2010232278
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Figure 2010232278
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(A−1)〜(A−49)において、A及びYは前記一般式(1)におけるA及びYと同義である。Wは−COO−、−COS−、−CO−、−O−、−S−、−NHCONH−、−NHCSNH−、−CONH−、−NHCOO−、−NHCOS−、−SO−NH−、−NHSONH−、−OCOO−を表す。なお同一分子内の複数のWは同じでも異なっていてもよい。 (A-1) ~ in (A-49), A 1 and Y have the same meanings as A 1, and Y in the general formula (1). W represents —COO—, —COS—, —CO—, —O—, —S—, —NHCONH—, —NHCSNH—, —CONH—, —NHCOO—, —NHCOS—, —SO 2 —NH—, — NHSO 2 NH— and —OCOO— are represented. A plurality of W in the same molecule may be the same or different.

好ましいメソゲン基としては、次の式(a−1)〜(a−33)である。   Preferred mesogenic groups are the following formulas (a-1) to (a-33).

Figure 2010232278
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Figure 2010232278
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Figure 2010232278
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前記一般式(1)におけるYは、ウレア基、チオウレア基、ウレタン基、チオウレタン基、アミド基、チオアミド基、カーボネート基、スルホンアミド基、スルホンジアミド基から選ばれる2価の連結基を表す。   Y in the general formula (1) represents a divalent linking group selected from a urea group, a thiourea group, a urethane group, a thiourethane group, an amide group, a thioamide group, a carbonate group, a sulfonamide group, and a sulfonamide group.

Yとして好ましくは、ウレア基、チオウレア基、スルホンジアミド基であり、より好ましくは、チオウレア基、スルホンジアミド基である。   Y is preferably a urea group, a thiourea group, or a sulfone diamide group, and more preferably a thiourea group or a sulfone diamide group.

前記一般式(1)におけるZは、脂肪族基、芳香族基、複素環基から選ばれる基を表す。本明細書における「脂肪族基」とは、それぞれ置換または無置換の、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、シクロアルキル基を表す。具体的には、炭素数1〜25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、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基等)、ハロゲン化アルキル基(トリフルオロメチル基、パーフルオロオクチル基等)、シクロアルキル基(シクロヘキシル基、シクロペンチル基等)を挙げることができる。   Z in the general formula (1) represents a group selected from an aliphatic group, an aromatic group, and a heterocyclic group. The “aliphatic group” in the present specification represents a substituted or unsubstituted alkyl group, halogenated alkyl group, or cycloalkyl group. Specifically, an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms (methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, octadecyl group) Groups), halogenated alkyl groups (trifluoromethyl group, perfluorooctyl group, etc.), and cycloalkyl groups (cyclohexyl group, cyclopentyl group, etc.).

芳香族基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられ、複素環基の具体例としては、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スリホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基等を挙げることができる。   Specific examples of the aromatic group include a phenyl group and a naphthyl group. Specific examples of the heterocyclic group include a pyridyl group, a thiazolyl group, an oxazolyl group, an imidazolyl group, a furyl group, a pyrrolyl group, a pyrazinyl group, and a pyrimidinyl group. Group, pyridazinyl group, selenazolyl group, sriphoranyl group, piperidinyl group, pyrazolyl group, tetrazolyl group and the like.

これらの基はさらに他の置換基、例えば、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)、アリールオキシ基(フェノキシ基等)、アルコキシカルボニル基(メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(フェニルオキシカルボニル基等)、アシル基(アセチル基、プロピオニル基、ブタノイル基、ヘキサノイル基、シクロヘキサノイル基、ベンゾイル基、ピリジノイル基等)、カルバモイル基(アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、アミド基(アセトアミド基、プロピオンアミド基、ブタンアミド基、ヘキサンアミド基、ベンズアミド基等)、スルホニル基(メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、フェニルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、アニリノ基、2−ピリジルアミノ基等)、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の置換基で置換されていてもよい。   These groups are further substituted, for example, a 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.), aryloxy group (phenoxy group etc.), alkoxycarbonyl group (methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group etc.), aryloxycarbonyl group (phenyloxycarbonyl group etc.) ), Acyl group (acetyl group, propionyl group, butanoyl group, hexanoyl group, cyclohexanoyl group, benzoyl group, pyridinoyl group, etc.), carbamoyl group (aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propiyl) Aminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), amide group (acetamide group, propionamide group, butanamide group, hexaneamide group, benzamide group, etc.), sulfonyl Group (methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, phenylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group (amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino) Group, anilino group, 2-pyridylamino group, etc.), cyano group, nitro group, sulfo group, carboxyl group, hydroxyl group and the like.

Zとして、好ましくは、不斉炭素を含む置換基を表し、不斉炭素を少なくとも一つ以上含む置換基であれば、特に制限はされないが、好ましくは、下記一般式(3)又は一般式(4)で表される置換基である。   Z preferably represents a substituent containing an asymmetric carbon, and is not particularly limited as long as it is a substituent containing at least one asymmetric carbon. Preferably, the following general formula (3) or general formula ( It is a substituent represented by 4).

Figure 2010232278
Figure 2010232278

一般式(3)において、*は不斉炭素原子を表す。R41、R42、R43はそれぞれ水素原子又は置換基を表すが、それぞれが同一の基になることはない。 In the general formula (3), * represents an asymmetric carbon atom. R 41 , R 42 and R 43 each represent a hydrogen atom or a substituent, but they are not the same group.

41、R42、R43で表される置換基の例としては、炭素数1〜25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、ヘキシル基等)、ハロゲン化アルキル基(トリフルオロメチル基、パーフルオロオクチル基等)、シクロアルキル基(シクロヘキシル基、シクロペンチル基等)、アルキニル基(プロパルギル基等)、グリシジル基、アクリレート基、メタクリレート基、芳香族基(フェニル基等)、複素環基(ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スリホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基等)、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)、アリールオキシ基(フェノキシ基等)、アルコキシカルボニル基(メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(フェニルオキシカルボニル基等)、スルホンアミド基(メタンスルホンアミド基、エタンスルホンアミド基、ブタンスルホンアミド基、ヘキサンスルホンアミド基、シクロヘキサンスルホンアミド基、ベンゼンスルホンアミド基等)、スルファモイル基(アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、ウレタン基(メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、フェニルウレイド基、2−ピリジルウレイド基等)、アシル基(アセチル基、プロピオニル基、ブタノイル基、ヘキサノイル基、シクロヘキサノイル基、ベンゾイル基、ピリジノイル基等)、カルバモイル基(アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、アミド基(アセトアミド基、プロピオンアミド基、ブタンアミド基、ヘキサンアミド基、ベンズアミド基等)、スルホニル基(メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、フェニルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、アニリノ基、2−ピリジルアミノ基等)、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、オキザモイル基等を挙げることができる。また、これらの基はさらにこれらの基で置換されていてもよい。 Examples of substituents represented by R 41 , R 42 and R 43 include alkyl groups having 1 to 25 carbon atoms (methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group). Etc.), halogenated alkyl group (trifluoromethyl group, perfluorooctyl group etc.), cycloalkyl group (cyclohexyl group, cyclopentyl group etc.), alkynyl group (propargyl group etc.), glycidyl group, acrylate group, methacrylate group, aromatic Group (phenyl group, etc.), heterocyclic group (pyridyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, imidazolyl group, furyl group, pyrrolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyridazinyl group, selenazolyl group, triphoranyl group, piperidinyl group, pyrazolyl group , Tetrazolyl group, etc.), halogen atom (chlorine atom, bromine source) , Iodine atom, fluorine atom, etc.), alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, cyclopentyloxy group, hexyloxy group, cyclohexyloxy group etc.), aryloxy group (phenoxy group etc.), alkoxy Carbonyl group (methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl group (phenyloxycarbonyl group, etc.), sulfonamide group (methanesulfonamide group, ethanesulfonamide group, butanesulfonamide group) Hexanesulfonamide group, cyclohexanesulfonamide group, benzenesulfonamide group, etc.), sulfamoyl group (aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group) Group, hexylaminosulfonyl group, cyclohexylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), urethane group (methylureido group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, phenylureido group, 2 -Pyridylureido group, etc.), acyl group (acetyl group, propionyl group, butanoyl group, hexanoyl group, cyclohexanoyl group, benzoyl group, pyridinoyl group, etc.), carbamoyl group (aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl) Group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), amide group (acetamido group) Propionamide group, butanamide group, hexaneamide group, benzamide group, etc.), sulfonyl group (methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, phenylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group ( Amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, anilino group, 2-pyridylamino group, etc.), cyano group, nitro group, sulfo group, carboxyl group, hydroxyl group, oxamoyl group, etc. Can do. Further, these groups may be further substituted with these groups.

41として好ましくは炭素数1から6のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はハロゲン原子であり、更に好ましくは、メチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子である。R42として好ましくは、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基等である。R43として好ましくは水素原子である。 R 41 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a halogen atom, and still more preferably a methyl group, a trifluoromethyl group, a fluorine atom. Is an atom. R 42 is preferably a methyl group, ethyl group, isopropyl group, n-butyl group, tert-butyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group or the like. R 43 is preferably a hydrogen atom.

Figure 2010232278
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一般式(4)において、*は不斉炭素原子を表す。R51、R52、R53、R54、R55はそれぞれ水素原子又は置換基を表すが、R51とR53、及びR52とR54とR55が同一の基になることはない。R51、R52、R53、R54、R55で表される置換基の例としては、前記一般式(3)におけるR41、R42、R43で表される置換基の具体例として挙げた置換基が挙げられる。 In the general formula (4), * represents an asymmetric carbon atom. R 51 , R 52 , R 53 , R 54 , and R 55 each represent a hydrogen atom or a substituent, but R 51 and R 53 , and R 52 , R 54, and R 55 are not the same group. Examples of the substituent represented by R 51 , R 52 , R 53 , R 54 , R 55 are specific examples of the substituent represented by R 41 , R 42 , R 43 in the general formula (3). The substituents mentioned are mentioned.

51として好ましくは炭素数1から6のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はハロゲン原子であり、更に好ましくは、メチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子である。R53として好ましくは水素原子である。R52として好ましくは、炭素数1から12のアルキル基、または一般式(4)で示される構造である。R54として好ましくは、炭素数1から6のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はハロゲン原子であり、更に好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子である。R55として好ましくは、水素原子又はフッ素原子である。 R 51 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a halogen atom, still more preferably a methyl group, a trifluoromethyl group, or fluorine. Is an atom. R 53 is preferably a hydrogen atom. R 52 is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a structure represented by the general formula (4). R 54 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a halogen atom, and still more preferably a methyl group, an ethyl group, or a trifluoro group. A methyl group and a fluorine atom. R 55 is preferably a hydrogen atom or a fluorine atom.

以下に一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含むポリマーの具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。   Specific examples of the polymer containing at least one repeating unit represented by the general formula (1) are given below, but the present invention is not limited to these.

Figure 2010232278
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一般式(1)で表される化合物は、公知の手法により合成することができる。具体的な合成例としては、特開平2−124995号明細書、特開平2−232208号明細書、特開平5−132558号明細書、第5版実験化学講座14巻高分子化学;428ページ〜430ページ(丸善)などに記載の方法を参照して合成することができる。   The compound represented by the general formula (1) can be synthesized by a known method. As specific synthesis examples, JP-A-2-124995, JP-A-2-232208, JP-A-5-132558, 5th edition Experimental Chemistry Vol. 14, Polymer Chemistry; It can be synthesized by referring to the method described on page 430 (Maruzen).

〈低分子液晶化合物〉
また、本発明の有機圧電材料は、前記一般式(1)で表される繰り返し単位を1種類以上含む化合物と、低分子液晶化合物とを含有することが好ましい。
<Low molecular liquid crystal compounds>
Moreover, the organic piezoelectric material of the present invention preferably contains a compound containing one or more repeating units represented by the general formula (1) and a low-molecular liquid crystal compound.

本発明における低分子液晶化合物とは、一般に高分子液晶と呼ばれる高分子重合体とは異なるものと定義し、好ましくは分子量が、100〜1,000のものをさす。低分子液晶は、いかなるフェーズであってもよいが、好ましくはネマチック相、スメクチック相を示す場合である。   The low molecular liquid crystal compound in the present invention is defined as a compound different from a high molecular polymer generally called a high molecular liquid crystal, and preferably has a molecular weight of 100 to 1,000. The low molecular liquid crystal may be in any phase, but preferably has a nematic phase or a smectic phase.

液晶性化合物の具体例としては、「分子構造と液晶性」(液晶便覧編集委員会編、液晶便覧、丸善、2000年)の第3章に記載されている液晶や、「液晶デバイスハンドブック」(日本学術振興会第142委員会編、日刊工業新聞社、1989年)の第154〜192頁及び第715〜722頁に記載されているものなどが挙げられる。   Specific examples of liquid crystalline compounds include the liquid crystals described in Chapter 3 of “Molecular Structure and Liquid Crystallinity” (Liquid Crystal Handbook Editorial Committee, Liquid Crystal Handbook, Maruzen, 2000), and “Liquid Crystal Device Handbook” ( And those described in pages 154 to 192 and pages 715 to 722 of the Japan Society for the Promotion of Science 142nd edition, Nikkan Kogyo Shimbun, 1989).

本発明において、低分子液晶化合物として好ましくは強誘電性分子液晶化合物である。強誘電性低分子液晶化合物の例としては、たとえばシッフ塩基系強誘電性液晶、アゾ系強誘電性液晶、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニル系強誘電性液晶、エステル系強誘電性液晶、もしくはフェニルピリミジン系強誘電性液晶など、ハロゲン、シアノ基などの環置換基を導入した強誘電性低分子液晶化合物、複素環を有する強誘電性低分子液晶化合物などを挙げることができる。具体的には、特開平5−261180号公報の段落番号0024〜0027に記載されている化合物(1)〜(13)等を挙げることができる。   In the present invention, the low molecular liquid crystal compound is preferably a ferroelectric molecular liquid crystal compound. Examples of ferroelectric low-molecular liquid crystal compounds include Schiff base ferroelectric liquid crystals, azo ferroelectric liquid crystals, azoxy ferroelectric liquid crystals, biphenyl ferroelectric liquid crystals, ester ferroelectric liquid crystals, or Examples thereof include a phenylpyrimidine-based ferroelectric liquid crystal, a ferroelectric low-molecular liquid crystal compound into which a ring substituent such as halogen or cyano group is introduced, and a ferroelectric low-molecular liquid crystal compound having a heterocyclic ring. Specific examples include compounds (1) to (13) described in paragraph Nos. 0024 to 0027 of JP-A-5-261180.

なお、これらの化合物は低分子液晶化合物の代表的なものであり、本発明に用いることのできる低分子液晶化合物はなんらこれらの構造に限定されるものでない。また、これらの低分子液晶化合物は、一種単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。   These compounds are representative of low-molecular liquid crystal compounds, and low-molecular liquid crystal compounds that can be used in the present invention are not limited to these structures. Moreover, these low molecular liquid crystal compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

〈一般式(2)で表される化合物〉
本発明に使用する低分子液晶化合物として、更に好ましくは一般式(2)で表される化合物が挙げられる。
<Compound represented by formula (2)>
The low molecular liquid crystal compound used in the present invention is more preferably a compound represented by the general formula (2).

一般式(2)において、R21は炭素数1から20の脂肪族基を表す。本明細書において、脂肪族基とは、それぞれ置換または無置換の、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アラルキル基を意味する。 In the general formula (2), R 21 represents an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms. In the present specification, the aliphatic group means an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, or an aralkyl group, each of which is substituted or unsubstituted.

21で表される脂肪族基の具体例としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数5〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数5〜10のシクロアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。これらの基は任意の個所に置換基又はハロゲン原子を有してもよく、該置換基の具体例としては、アルキル基、シアノ基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボオキシ基、芳香族基、ヘテロ環、アリールオキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基が挙げられる。 Specific examples of the aliphatic group represented by R 21 include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, and a cyclohexane having 5 to 10 carbon atoms. An alkenyl group, a C2-C20 alkynyl group, a C7-C20 aralkyl group, etc. are mentioned. These groups may have a substituent or a halogen atom at an arbitrary position. Specific examples of the substituent include an alkyl group, a cyano group, an alkoxy group, a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, a carbooxy group, Aromatic groups, heterocycles, aryloxy groups, acyloxy groups, carbamoyloxy groups, alkoxycarbonyloxy groups, and aryloxycarbonyloxy groups can be mentioned.

21で表される脂肪族基として、好ましくは、炭素数1〜20のアルキル基であり、更に好ましくは、炭素数4〜20のアルキル基である。 The aliphatic group represented by R 21 is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 4 to 20 carbon atoms.

Xは単結合又は酸素原子を表す。本発明において、単結合とは、R21とA21が直接結合することを表す。 X represents a single bond or an oxygen atom. In the present invention, the single bond means that R 21 and A 21 are directly bonded.

21はメソゲン基を表す。A21で表されるメソゲン基としては、前記一般式(1)におけるAで表されるメソゲン基と同義である。(Wも含み、同義である。)
は炭素数1〜25のアルキル基、シクロアルキル基、芳香族基及び複素環基から選ばれる基を表す。炭素数1〜25のアルキル基の例としては、(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、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基等)、ハロゲン化アルキル基(トリフルオロメチル基、パーフルオロオクチル基等)、シクロアルキル基(シクロヘキシル基、シクロペンチル基等)、芳香族基(フェニル基、ナフチル基等)、複素環基(ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スリホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基等)等を挙げることができる。また、これらの基はさらに他の置換基、例えば、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)、アリールオキシ基(フェノキシ基等)、アルコキシカルボニル基(メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(フェニルオキシカルボニル基等)、アシル基(アセチル基、プロピオニル基、ブタノイル基、ヘキサノイル基、シクロヘキサノイル基、ベンゾイル基、ピリジノイル基等)、カルバモイル基(アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、アミド基(アセトアミド基、プロピオンアミド基、ブタンアミド基、ヘキサンアミド基、ベンズアミド基等)、スルホニル基(メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、フェニルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、アニリノ基、2−ピリジルアミノ基等)、シアノ基、ニトロ基、スルホ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の置換基で置換されていてもよい。
A 21 represents a mesogenic group. The mesogenic group represented by A 21 has the same meaning as the mesogenic group represented by A 2 in the general formula (1). (Including W, it is synonymous.)
Z 2 represents a group selected from an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, a cycloalkyl group, an aromatic group, and a heterocyclic group. Examples of the alkyl group having 1 to 25 carbon atoms include (methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, octadecyl group) Group), halogenated alkyl group (trifluoromethyl group, perfluorooctyl group etc.), cycloalkyl group (cyclohexyl group, cyclopentyl group etc.), aromatic group (phenyl group, naphthyl group etc.), heterocyclic group (pyridyl group) Group, thiazolyl group, oxazolyl group, imidazolyl group, furyl group, pyrrolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyridazinyl group, selenazolyl group, sriphoranyl group, piperidinyl group, pyrazolyl group, tetrazolyl group and the like. These groups are further substituted with other substituents such as halogen atoms (chlorine atom, bromine atom, iodine atom, fluorine atom, etc.), alkoxy groups (methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, cyclopentyloxy). Group, hexyloxy group, cyclohexyloxy group, etc.), aryloxy group (phenoxy group etc.), alkoxycarbonyl group (methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group etc.), aryloxycarbonyl group (phenyloxycarbonyl) Group), acyl group (acetyl group, propionyl group, butanoyl group, hexanoyl group, cyclohexanoyl group, benzoyl group, pyridinoyl group, etc.), carbamoyl group (aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, Propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), amide group (acetamide group, propionamide group, butanamide group, hexaneamide group, benzamide group, etc.) Sulfonyl group (methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, phenylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group (amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, A cyclopentylamino group, anilino group, 2-pyridylamino group, etc.), a cyano group, a nitro group, a sulfo group, a carboxyl group, a hydroxyl group and the like.

として、好ましくは不斉炭素を含む置換基である。Zで表される不斉炭素を含む置換基は、不斉炭素を少なくとも一つ以上含む基であれば、特に制限はされないが、好ましくは、下記一般式(5)又は一般式(6)で表される置換基である。 Z 2 is preferably a substituent containing an asymmetric carbon. The substituent containing an asymmetric carbon represented by Z 2 is not particularly limited as long as it is a group containing at least one asymmetric carbon, but preferably the following general formula (5) or general formula (6) It is a substituent represented by these.

Figure 2010232278
Figure 2010232278

一般式(5)において、*は不斉炭素原子を表す。R61、R62及びR63は水素原子又は置換基を表すが、それぞれが同一の基になることはない。R61、R62及びR63で表される置換基の具体例としては、前記一般式(3)におけるR41、R42及びR43で表される置換基の例として挙げた置換基が挙げられる。 In the general formula (5), * represents an asymmetric carbon atom. R 61 , R 62 and R 63 each represent a hydrogen atom or a substituent, but each does not become the same group. Specific examples of the substituent represented by R 61 , R 62 and R 63 include the substituents mentioned as examples of the substituent represented by R 41 , R 42 and R 43 in the general formula (3). It is done.

61として好ましくは炭素数1から6のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はハロゲン原子であり、更に好ましくは、メチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子である。R62として好ましくは、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基等である。Rとして好ましくは水素原子である。 R 61 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a halogen atom, and still more preferably a methyl group, a trifluoromethyl group, a fluorine atom. Is an atom. R 62 is preferably a methyl group, ethyl group, isopropyl group, n-butyl group, tert-butyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, octadecyl group or the like. R is preferably a hydrogen atom.

Figure 2010232278
Figure 2010232278

一般式(6)において、*は不斉炭素原子を表す。R71、R72、R73、R74及びR75はそれぞれ水素原子又は置換基を表すが、R71とR73、及びR72、R74及びR75が同一の基になることはない。R71、R72、R73、R74及びR75で表される置換基の具体例としては、前記一般式(3)におけるR41、R42及びR43で表される置換基の例として挙げた置換基が挙げられる。 In the general formula (6), * represents an asymmetric carbon atom. R 71 , R 72 , R 73 , R 74 and R 75 each represent a hydrogen atom or a substituent, but R 71 and R 73 , and R 72 , R 74 and R 75 are not the same group. Specific examples of the substituent represented by R 71 , R 72 , R 73 , R 74 and R 75 are as examples of the substituent represented by R 41 , R 42 and R 43 in the general formula (3). The substituents mentioned are mentioned.

71として好ましくは炭素数1から6のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はハロゲン原子であり、更に好ましくは、メチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子である。R72として好ましくは、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基等である。R73として好ましくは水素原子である。R74として好ましくは、炭素数1から6のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、又はハロゲン原子であり、更に好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子である。R75として好ましくは、水素原子又はフッ素原子である。 R 71 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a halogen atom, still more preferably a methyl group, a trifluoromethyl group, or fluorine. Is an atom. R 72 is preferably methyl, ethyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, hexyl, octyl, decyl, dodecyl, octadecyl, or the like. R 73 is preferably a hydrogen atom. R 74 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, or a halogen atom, and still more preferably a methyl group, an ethyl group, or a trifluoro group. A methyl group and a fluorine atom. R 75 is preferably a hydrogen atom or a fluorine atom.

一般式(2)で表される化合物は、公知の手法により合成することができる。例えば、特開昭61−47427号明細書、特開平5−119304号明細書などに記載の方法を参照して合成することができる。   The compound represented by the general formula (2) can be synthesized by a known method. For example, it can be synthesized by referring to the methods described in JP-A-61-47427, JP-A-5-119304 and the like.

以下に一般式(2)で化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。   Specific examples of the compound represented by formula (2) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2010232278
Figure 2010232278

Figure 2010232278
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本発明において、前記一般式(1)で表される繰り返し単位を1種類以上含む化合物と、低分子液晶化合物又は一般式(2)で表される化合物との混合比率としては、好ましくは、一般式(1)で表される繰り返し単位を1種類以上含む化合物に対する低分子液晶化合物又は一般式(2)で表される化合物の割合が0〜50%、より好ましくは、0〜30%である。50%以上であると製膜性が劣化し、耐熱性にも問題が生じるため好ましくない。   In the present invention, the mixing ratio of the compound containing one or more repeating units represented by the general formula (1) and the low molecular liquid crystal compound or the compound represented by the general formula (2) is preferably general. The ratio of the low molecular liquid crystal compound or the compound represented by the general formula (2) to the compound containing one or more kinds of repeating units represented by the formula (1) is 0 to 50%, more preferably 0 to 30%. . If it is 50% or more, the film-forming property deteriorates and a problem arises in heat resistance.

〈有機圧電材料〉
本発明の有機圧電材料は、一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物を含有する膜を形成することにより、或いは、一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物と一般式(2)で表される化合物とを含有する膜を形成することにより、或いは、概膜に対して、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 is formed by forming a film containing a compound containing at least one repeating unit represented by the general formula (1) or by repeating the repeating unit represented by the general formula (1). An organic piezoelectric film is formed by forming a film containing a compound containing at least one compound and the compound represented by the general formula (2), or by further subjecting the general film to a polarization treatment. can do.

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、一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物の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, the polarization due to orientation freezing of the dipole moment of the side chain of the compound containing at least one repeating unit represented by the general formula (1) is large. A piezoelectric effect occurs.

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.

(有機圧電体膜の形成方法)
有機圧電体膜の形成は、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、メルトプレス法、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, melt press, roll coating, flow coating, printing, dip coating, and bar coating.

本発明において、好ましくは、一般式(1)で表される化合物が液晶相を示す温度範囲で、又は一般式(2)で表される化合物が液晶相を示す温度範囲で塗布又は成膜することが好ましく、また、形成された膜に後述する分極処理を更に行ってもよい。   In the present invention, preferably, the compound represented by the general formula (1) is applied or formed in a temperature range in which the liquid crystal phase is exhibited or the compound represented by the general formula (2) is in a temperature range in which the liquid crystal phase is exhibited. It is preferable that the formed film may be further subjected to a polarization treatment described later.

(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、従来公知の種々の方法が適用され得る。
(Polarization treatment)
As a polarization processing method in the polarization processing according to the present invention, various conventionally known methods 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が、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 processing environment, it is preferable to select the conditions as appropriate. However, the voltage of the high voltage power source is −1 to −20 kV, the current is 1 to 80 mA, and the distance between the electrodes is 1 to 10 cm. 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.

またコロナ放電中に加熱を行うので、本発明により作製した基板が接触している電極の下部に絶縁体を介して、ヒーターを設置する必要がある。   In addition, since heating is performed during corona discharge, it is necessary to install a heater via an insulator under the electrode in contact with the substrate manufactured according to the present invention.

なお、本発明において塗布溶液の溶媒が残留している状態で、分極処理としてコロナ放電処理をする場合には、引火爆発などの危険性を避けるために溶媒の揮発成分が除去されるように十分換気しながら行うことが安全上必要である。   In the present invention, when the corona discharge treatment is performed as the polarization treatment in the state where the solvent of the coating solution remains, it is sufficient to remove the volatile components of the solvent in order to avoid the danger of flammable explosion. It is necessary for safety to carry out with ventilation.

(基板)
基板としては、本発明の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。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でもよいし、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。
(substrate)
As the substrate, the selection of the substrate differs depending on the application and use method of the organic piezoelectric film of the present invention. It may be a plastic plate or film such as polyimide, polyamide, polyimide amide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate resin, cycloolefin polymer. The surface 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.

更に複層圧電素子の上に形成してもよい。圧電素子を積相する複層の使用方法においては、セラミック圧電素子の上に本発明の有機圧電体膜を電極を介して、重畳層する方法がある。セラミック圧電素子としては、PZTが使用されているが、近年は鉛を含まないものが推奨されている。PZTは、Pb(Zr1−XTi)O(0.47≦X≦1)の式の範囲以内であることが好ましく、脱鉛としては、天然又は人工の水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、ニオブサン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)、又はチタン酸ストロンチウム(SrTiO)等である。各種セラミック材料はその使用性能において組成を適宜選択することができる。 Further, it may be formed on a multilayer piezoelectric element. As a method of using a multilayer for stacking piezoelectric elements, there is a method in which the organic piezoelectric film of the present invention is superposed on a ceramic piezoelectric element via an electrode. PZT is used as the ceramic piezoelectric element, but in recent years, one containing no lead has been recommended. PZT is preferably within the range of the formula of Pb (Zr 1-X Ti X ) O 3 (0.47 ≦ X ≦ 1). As deleading, natural or artificial quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium niobium tantalate [K (Ta, Nb) O 3 ], barium titanate (BaTiO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), or strontium titanate (SrTiO 3 ). The composition of various ceramic materials can be selected as appropriate in terms of performance.

〈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体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振動子であって、それを構成する圧電材料として、本発明の有機圧電材料を用いて形成した有機圧電体膜を用いたことを特徴とする。
<Ultrasound receiving transducer>
An ultrasonic receiving transducer according to the present invention is a transducer used in a probe for an ultrasonic medical image diagnostic apparatus, and is formed using the organic piezoelectric material of the present invention as a piezoelectric material constituting the transducer. An organic piezoelectric film is used.

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体膜は、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.

〈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 reception vibrator. 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。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. 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、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 electrode, first, a base metal such as titanium (Ti) or chromium (Cr) is formed to a thickness of 0.02 to 1.0 μm by a sputtering method, and then a 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 insulating material is formed to a thickness of 1 to 10 μm by sputtering 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、超音波送信用振動子と超音波受信用振動子を具備する超音波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。
(Ultrasonic probe)
The ultrasonic probe according to the present invention is a probe for an ultrasonic diagnostic imaging apparatus including an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic reception transducer. The ultrasonic receiving vibrator according to the above 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.

(超音波医用画像診断装置)
本発明に係る上記超音波探触子は、種々の態様の超音波診断装置に用いることができる。例えば、図1に示すような超音波医用画像診断装置において好適に使用することができる。
(Ultrasonic medical diagnostic imaging equipment)
The ultrasonic probe according to the present invention can be used for various types of ultrasonic diagnostic apparatuses. For example, it can be suitably used in an ultrasonic medical image diagnostic apparatus as shown in FIG.

図1は、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を示す概念図である。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。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a main part of an ultrasonic medical image diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 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
(有機圧電体膜の作製)
あらかじめ表面にアルミ蒸着を行った25μmのポリイミドフィルムに、表1に示す、一般式(1)で表される化合物、又は低分子化合物及び一般式(2)で表される化合物を、乾燥膜圧が7μmになるように塗布し、乾燥し、有機圧電体膜−1〜有機圧電体膜−20を得た。
Example 1
(Production of organic piezoelectric film)
The compound represented by the general formula (1) shown in Table 1 or the low molecular weight compound and the compound represented by the general formula (2) shown in Table 1 on a 25 μm polyimide film on which aluminum has been vapor-deposited in advance is subjected to a dry film pressure. Was applied to a thickness of 7 μm and dried to obtain organic piezoelectric film-1 to organic piezoelectric film-20.

同様にして、一般式(1)で表される化合物の代わりに、下記に示す比較−A、比較−B及び、比較−Cを用いて、比較有機圧電体膜A〜Cを作製した。   In the same manner, Comparative Organic Piezoelectric Films A to C were produced using Comparative-A, Comparative-B, and Comparative-C shown below instead of the compound represented by the general formula (1).

Figure 2010232278
Figure 2010232278

(有機圧電体膜の評価)
得られた有機圧電体膜について、共振法により室温及び100℃まで加熱した状態で圧電特性の評価を行った。その結果を表1に示す。なお圧電特性は、比較有機圧電体膜−Aについて室温で測定した値を100%とした相対値として示す。
(Evaluation of organic piezoelectric film)
The obtained organic piezoelectric film was evaluated for piezoelectric characteristics while being heated to room temperature and 100 ° C. by a resonance method. The results are shown in Table 1. In addition, a piezoelectric characteristic is shown as a relative value with the value measured at room temperature for the comparative organic piezoelectric film-A as 100%.

Figure 2010232278
Figure 2010232278

尚、表1において、低分子液晶化合物又は一般式(2)で表される化合物の%表示は、一般式(1)で表される繰り返し単位を少なくとも1種類以上含む化合物に対する低分子液晶化合物又は一般式(2)で表される化合物の質量%を表す。   In Table 1, the percentage display of the low molecular liquid crystal compound or the compound represented by the general formula (2) is a low molecular liquid crystal compound or a compound containing at least one repeating unit represented by the general formula (1). The mass% of the compound represented by General formula (2) is represented.

表1に示した結果から明らかなように、本発明の化合物により形成された有機圧電体膜の圧電特性は、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 1, it can be seen that the piezoelectric characteristics of the organic piezoelectric film formed by the compound of the present invention are superior to those of the comparative example.

実施例2
(超音波探触子の作製と評価)
〈送信用超音波振動子の作製〉
成分原料であるCaCO、La、BiとTiO、およ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。
Example 2
(Preparation and evaluation of ultrasonic probe)
<Preparation of ultrasonic transducer 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 .

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。   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.

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。   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 the fine pulverization, the piezoelectric ceramic raw material powder having a particle diameter of 100 nm was obtained by changing the pulverization time and pulverization conditions.

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。   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.

次に、上記の成形体を焼成した。   Next, the molded body was fired.

最終焼結体の厚さは20μmの焼結体を得た。   The final sintered body had a thickness of 20 μm.

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。   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.

〈受信用超音波振動子の作製〉
前記実施例1において作製した有機圧電体膜−1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圧電材料1を作製した。
<Production of ultrasonic transducer for reception>
A piezoelectric material 1 was produced by bonding the organic piezoelectric film-1 produced in Example 1 and a polyester film having a thickness of 50 μm with an epoxy adhesive.

その後、上記と同様に電極を設け、分極処理を行い、受信用超音波振動子1を作製した。   Thereafter, electrodes were provided in the same manner as described above, and polarization treatment was performed, so that the receiving ultrasonic transducer 1 was manufactured.

その他の有機圧電体膜2〜20および比較有機圧電体膜A〜Cについても同様にして、受信用超音波振動子2〜20および比較受信用超音波振動子A〜Cを作製した。   In the same manner for the other organic piezoelectric films 2 to 20 and the comparative organic piezoelectric films A to C, the receiving ultrasonic transducers 2 to 20 and the comparative receiving ultrasonic transducers A to C were produced.

(超音波探触子)
次に、常法に従って、上記の送信用超音波振動子の上に基板を設け、基板上に受信用超音波振動子を積層し、図1に示すように、バッキング層と音響整合層を設置し超音波探触子1を作製した。
(Ultrasonic probe)
Next, according to a conventional method, a substrate is provided on the transmission ultrasonic transducer, the reception ultrasonic transducer is laminated on the substrate, and a backing layer and an acoustic matching layer are installed as shown in FIG. Then, an ultrasonic probe 1 was produced.

同様にして他の有機圧電体膜2〜20および比較圧電体膜A〜Cを用いて、超音波探触子2〜20および比較超音波探触子A〜Cを作製した。   Similarly, ultrasonic probes 2 to 20 and comparative ultrasonic probes A to C were prepared using the other organic piezoelectric films 2 to 20 and the comparative piezoelectric films A to C.

これらの超音波探触子1〜20および比較超音波探触子A〜Cを組み込んだ図2に示す構成を有する超音波画像検出装置を作製した。   An ultrasonic image detection apparatus having the configuration shown in FIG. 2 incorporating these ultrasonic probes 1 to 20 and comparative ultrasonic probes A to C was produced.

(受信感度の評価)
下記のようにして、受信感度を測定した。
(Reception sensitivity evaluation)
The reception sensitivity was measured as follows.

受信感度の測定は、各超音波探触子1〜20を駆動直後の受信感度を100としたとき、30分駆動後の相対受信感度を評価した。相対感度が基準の97%以上のときを○、95%以上97%未満を△、95%未満を×として評価した。   For the measurement of the reception sensitivity, when the reception sensitivity immediately after driving each of the ultrasonic probes 1 to 20 is 100, the relative reception sensitivity after driving for 30 minutes was evaluated. When the relative sensitivity was 97% or more of the reference, evaluation was evaluated as ◯, 95% or more and less than 97% as Δ, and less than 95% as ×.

なお、受信感度の条件としては、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これを受信感度とした。 As a condition for receiving sensitivity, a fundamental frequency f 1 of 5 MHz is transmitted, and a receiving relative sensitivity of 10 MHz as a receiving second harmonic f 2 , 15 MHz as a third harmonic, and 20 MHz as a fourth harmonic is obtained. Receiving sensitivity.

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。   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.

得られた結果を上記表1に示す。   The obtained results are shown in Table 1 above.

上記結果から、本発明の超音波振動子を具備した超音波探触子は、高い受信感度特性を有しており、配向性が高く、かつ熱的に安定な有機圧電材料であることが分かる。   From the above results, it can be seen that the ultrasonic probe provided with the ultrasonic transducer of the present invention is an organic piezoelectric material having high reception sensitivity characteristics, high orientation and thermal stability. .

1 有機圧電材料
2 電極
5 送信用圧電材料
6 バッキング層
7 基板
8 音響整合層
9 音響レンズ
10 超音波振動子
11 受信用有機圧電材料
12 送信用超音波振動子
13 受信用超音波振動子
20 超音波探触子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic piezoelectric material 2 Electrode 5 Transmission piezoelectric material 6 Backing layer 7 Substrate 8 Acoustic matching layer 9 Acoustic lens 10 Ultrasonic transducer 11 Receiving organic piezoelectric material 12 Transmitting ultrasonic transducer 13 Receiving ultrasonic transducer 20 Super Acoustic probe

Claims (8)

下記一般式(1)で表される繰り返し単位を、少なくとも1種類以上含む化合物を含有し、かつそのガラス転移温度が100℃以上、130℃以下であることを特徴とする有機圧電材料。
Figure 2010232278
〔式中、Qは高分子主鎖を表す。Aはアルキレン基、オキシアルキレン基またはメソゲン基を表し、Aはメソゲン基を表す。Yはウレア基、チオウレア基、ウレタン基、チオウレタン基、アミド基、チオアミド基、カーボネート基、スルホンアミド基、スルホンジアミド基から選ばれる2価の連結基を表す。Zは、炭素数1〜25の脂肪族基、芳香族基及び複素環基から選ばれる基を表す。〕
An organic piezoelectric material comprising a compound containing at least one repeating unit represented by the following general formula (1) and having a glass transition temperature of 100 ° C. or higher and 130 ° C. or lower.
Figure 2010232278
[In the formula, Q represents a polymer main chain. A 1 represents an alkylene group, an oxyalkylene group or a mesogenic group, and A 2 represents a mesogenic group. Y represents a divalent linking group selected from a urea group, a thiourea group, a urethane group, a thiourethane group, an amide group, a thioamide group, a carbonate group, a sulfonamide group, and a sulfondiamide group. Z represents a group selected from an aliphatic group having 1 to 25 carbon atoms, an aromatic group, and a heterocyclic group. ]
前記一般式(1)におけるYが、ウレア基、チオウレア基、チオウレタン基、アミド基、チオアミド基、スルホンアミド基、スルホンジアミド基であり、電気機械結合定数が0.2以上、0.4以下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。 Y in the general formula (1) is a urea group, a thiourea group, a thiourethane group, an amide group, a thioamide group, a sulfonamide group, or a sulfondiamide group, and an electromechanical coupling constant is 0.2 or more and 0.4 or less. The organic piezoelectric material according to claim 1, wherein: 前記一般式(1)におけるZが、不斉炭素を含む置換基であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機圧電材料。 The organic piezoelectric material according to claim 1 or 2, wherein Z in the general formula (1) is a substituent containing an asymmetric carbon. 前記一般式(1)で表される化合物と、低分子液晶化合物を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機圧電材料。 The organic piezoelectric material according to claim 1, comprising a compound represented by the general formula (1) and a low-molecular liquid crystal compound. 前記低分子液晶化合物が下記一般式(2)で表される化合物であることを特徴とする請求項4に記載の有機圧電材料。
Figure 2010232278
〔式中、R21は炭素数1から20の脂肪族基を表し、Xは単結合又は酸素原子を表す。A21はメソゲン基を表し、Zは、炭素数1〜25の脂肪族基、芳香族基及び複素環基から選ばれる基を表す。〕
The organic piezoelectric material according to claim 4, wherein the low-molecular liquid crystal compound is a compound represented by the following general formula (2).
Figure 2010232278
[Wherein R 21 represents an aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, and X represents a single bond or an oxygen atom. A 21 represents a mesogenic group, and Z 2 represents a group selected from an aliphatic group having 1 to 25 carbon atoms, an aromatic group, and a heterocyclic group. ]
前記一般式(2)におけるZが不斉炭素を含む置換基であることを特徴とする請求項5に記載の有機圧電材料。 The organic piezoelectric material according to claim 5, wherein Z 2 in the general formula (2) is a substituent containing an asymmetric carbon. 超音波送信用振動子と、請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機圧電材料を用いた超音波振動子を超音波受信用振動子として具備した超音波探触子であることを特徴とする超音波探触子。 An ultrasonic probe including an ultrasonic transmission transducer and an ultrasonic transducer using the organic piezoelectric material according to any one of claims 1 to 6 as an ultrasonic reception transducer. Characteristic ultrasonic probe. 請求項7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画像検出装置。 An ultrasonic image detection apparatus comprising the ultrasonic probe according to claim 7.
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