JP2016025612A - 超音波振動子、超音波探触子および超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より広帯域の超音波を出力した場合でもリップルの発生を抑制可能な超音波振動子、超音波探触子および超音波撮像装置を提供する。
【解決手段】超音波振動子１００は、溝１４０、１４１によって圧電素子を構成するように区画されている圧電材料層１３０に、平面方向に一体の音響整合層１６０が接着し、さらに音響整合層１６０に一体の音響レンズ１７０が接着剤層１８０を介して接着して構成されている。接着剤層１８０は、シリコーン系接着剤の層であり、接着剤層１８０の厚さは１０μｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波振動子、超音波探触子および超音波撮像装置に関する。

超音波撮像装置は、超音波の送受信による被検体の内部構造の画像形成（撮像）が可能であり、例えば診断に使用されている。当該超音波撮像装置は、通常、超音波探触子を有し、当該超音波探触子は、超音波振動子を有する。当該超音波振動子は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料の層を溝で区画することにより構成される圧電素子と、当該圧電材料の層の表面および溝を一体的に覆う音響整合層と、上記溝に充填されているとともに当該圧電材料の層と当該音響整合層を接着させる充填材と、上記音響整合層に接着剤層を介して接着されている音響レンズと、を有する。上記超音波振動子では、上記音響整合層が、上記溝によって素子化されている圧電材料の層を一体的に覆うため、送受される超音波の広帯域化に有利である（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０３７３６２号公報

上記音響レンズは、一般に、軟らかい材料で構成される。このため、音響レンズの音響インピーダンス（以下、「Ｚａ」ともいう）は、一般に低くなる。一方で、音響整合層は、通常、音響レンズに近い音響インピーダンスを有する材料で構成される。このため、音響整合層のＺａは、一般に、音響レンズのＺａよりも若干高くなる。これらを接着する接着剤には、例えば、接着性の観点から、シリコーン系のＲＴＶゴムが用いられる。このため、音響整合層と音響レンズとを接着する接着剤層のＺａは、音響整合層または音響レンズのＺａに対して大きく外れることがある。したがって、音響整合層と接着剤層との間に音響インピーダンスの差が生じ、その結果、圧電材料層から送信された超音波の一部は、被検体に送信され、他の一部は、接着剤層と音響整合層との界面で反射することがある。

圧電材料層から被検体に送信された超音波は、被検体で反射して、音響レンズ、音響整合層を介して圧電材料層に到達し、被検体の情報を反映した電気信号として、超音波振動子から送信される。しかしながら、圧電材料層から被検体に向けて送信された超音波の一部が上記接着剤層と音響整合層との界面で反射し、反射した超音波が圧電材料層に到達すると、やはり電気信号として超音波振動子から送信される。さらに、圧電材料層の裏面側にバッキング層が接着されていると、圧電材料層側に反射した超音波は、当該バッキング層でさらに反射し、その一部が上記接着剤層と音響整合層との界面で反射し、反射した超音波が圧電材料層に到達すると、やはり電気信号として超音波振動子から送信される。

このように上記界面で反射した超音波による上記電気信号は、被検体の情報を反映しておらず、例えば、圧電材料層で受信された超音波の時間波形において、被検体の情報を反映していない不要なピーク（リップル）として検出される。上記の超音波の反射は、通常、音響整合層と接着剤層との界面、および、上記バッキング層、で支配的に発生する。このため、上記リップルは、通常、超音波が通過する音響整合層や圧電材料層などの厚みに依存した周波数（例えば、λ／４や３λ／４、５λ／４など。λは超音波の周波数である）で発生する。

圧電材料層に受信された超音波の時間波形では、被検体で反射した、被検体の情報を反映した超音波成分（主ピークとも言う）の直後に当該リップル（副ピークとも言う）が現れる。したがって、主ピークとともにリップルが検出されると、主ピークの応答時間が、リップルの応答時間を含む、実際の応答時間よりも長い時間として検出される。その結果、例えば、上記電気信号に基づいて形成される画像の解像度が不十分となることがある。上記の問題は、より広帯域の超音波を用いると、当該超音波のパルス幅がより小さくなるため、より顕著になる。このように、従来の超音波振動子では、超音波を広帯域化したときの上記リップルによる検出感度の低下を防止する観点から、検討の余地は残されている。

本発明は、より広帯域の超音波を出力した場合でもリップルの発生を抑制可能な超音波振動子を提供することを第１の課題とする。
また、本発明は、当該超音波振動子を有する超音波探触子を提供することを第２の課題とする。
さらに、本発明は、当該超音波探触子を有する超音波撮像装置を提供することを第３の課題とする。

上記音響整合層と上記音響レンズとを接着する上記接着剤のＺａは、上記界面での超音波の反射を抑制する観点によれば、音響整合層のＺａと音響レンズのＺａとの間にあることが好ましい。しかしながら、十分な接着力を有する接着剤は、上記のような好ましい音響インピーダンスを有していないことがある。そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、接着剤層の厚さを適度に薄くしたときに、十分な接着力が得られるとともに、より広帯域の超音波を出力した場合でも上記リップルの発生が抑制されることを見出し、本発明を完成させた。

本発明は、圧電材料層、音響整合層および音響レンズがこの順で接着されており、上記音響整合層は、その表面が一体的であり、上記音響レンズは、上記音響整合層の表面に拡がっている接着剤層を介して上記音響整合層に接着しており、上記接着剤層は、シリコーン系接着剤の層であり、上記接着剤層の厚さは、１０μｍ以下である、超音波振動子、を提供する。

また、本発明は、圧電材料層の表面に接着して上記圧電材料層を覆っている音響整合層の一体的な表面に塗布された接着剤を介して、上記音響整合層の一体的な表面に音響レンズの一体的な裏面を接触させる工程と、上記音響レンズの表面の形状が転写された押圧面を有する治具を、上記押圧面に上記音響レンズの表面を密着させて、上記音響整合層に向けて９〜２８Ｎ／ｃｍ^２の力で押して、上記音響整合層に上記音響レンズを上記接着剤の層を介して接着させる工程と、を含む、超音波振動子の製造方法、を提供する。

さらに、本発明は、上記超音波振動子を有する超音波探触子、および、当該超音波探触子を有する超音波撮像装置、を提供する。

本発明によれば、より広帯域の超音波を出力した場合でもリップルの発生を抑制可能な超音波振動子を提供することができ、よって、より広帯域の超音波においても高感度な超音波探触子、および、当該超音波探触子を有する超音波撮像装置、を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る超音波振動子の構成を模式的に示すための図である。 図２Ａは、当該超音波振動子の製造における、音響レンズ押圧前の状態を模式的に示す図であり、図２Ｂは、当該超音波撮像装置の製造における、音響レンズ押圧時の状態を模式的に示す図である。 図３Ａは、本発明の一実施の形態に係る超音波撮像装置の構成を模式的に示す図であり、図３Ｂは、当該超音波撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。 上記超音波撮像装置における超音波探触子の構成を模式的に示す図である。 図５Ａは、超音波振動子の一実施例における超音波の周波数と感度との関係を示す図であり、図５Ｂは、当該超音波振動子における超音波の周波数帯域の中心周波数（１０ＭＨｚ）における応答時間と振幅との関係を示す図である。 図６Ａは、超音波振動子の一比較例における超音波の周波数と感度との関係を示す図であり、図６Ｂは、当該超音波振動子における超音波の周波数帯域の中心周波数（１０ＭＨｚ）における応答時間と振幅との関係を示す図である。 接着剤層の厚さが異なる超音波振動子における、超音波の中心周波数における応答時間と振幅との関係を示す図である。 図８Ａは、接着剤層の厚さと主ピークの感度との関係を示す図であり、図８Ｂは、接着剤層の厚さと第１副ピークの感度との関係を示す図であり、図８Ｃは、接着剤層の厚さと第２副ピークの感度との関係を示す図であり、図８Ｄは、接着剤層の厚さと振幅２０ｄＢにおける応答時間との関係を示す図である。 音響整合層に向けての音響レンズの押圧力の大きさと接着剤層の厚さとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

［超音波振動子］
本実施の形態に係る超音波振動子は、圧電材料層、音響整合層および音響レンズがこの順で接着されている。上記音響整合層は、その表面が一体的であり、上記音響レンズは、上記音響整合層の表面に拡がっている接着剤層を介して上記音響整合層に、直接または後述の保護層のような他の層を介して接着している。ここで、「一体的な表面」とは、複数に区画されていない平滑な面である。たとえば、上記一体的な表面は、溝や窪みなどの凹部を含まない面である。すなわち、上記超音波振動子は、後述する接着剤層を用いる以外は、上記圧電材料層が一体で構成され、または素子化のために溝によって分割されており、当該圧電材料層が一体の音響整合層によって覆われており、かつ、当該音響整合層に一体の音響レンズが接着剤によって接着されている公知の構成を有する超音波振動子と同様に構成され得る。

図１は、本実施の形態に係る超音波振動子の構成を模式的に示すための図である。超音波振動子１００は、バッキング層１１０、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１２０、圧電材料層１３０、溝１４０、１４１、充填材１５０、音響整合層１６０、音響レンズ１７０および接着剤層１８０を有する。

バッキング層１１０は、圧電材料層１３０を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、バッキング層１１０は、圧電材料層１３０の被検体、例えば生体、に超音波を送受信する方向と反対の面（裏面）に装着され、被検体の方向の反対側に発生する超音波を吸収する。

バッキング層１１０の材料の例には、天然ゴム、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、および、これらの材料の少なくともいずれかと酸化タングステンや酸化チタン、フェライトなどの粉末との混合物をプレス成形した樹脂系複合材、が含まれる。上記熱可塑性樹脂の例には、塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリエチレングリコール、および、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体、が含まれる。中でも樹脂系複合材、その中でも特にゴム系複合材料またはエポキシ樹脂系複合材が好ましい。バッキング層１１０の形状は、圧電材料層１３０の平面形状や超音波振動子１００、これを含む超音波探触子などの形状に応じて、適宜に決めることができる。

ＦＰＣ１２０は、例えば、圧電材料層１３０のための一対の電極と接続される、後述の圧電素子に対応したパターンの配線を有する。たとえば、ＦＰＣ１２０は、一方の電極となる信号引き出し配線と、図示しない他方の電極に接続されるグランド引き出し配線とを有する。ＦＰＣ１２０は、上記の適当なパターンを有していれば、市販品であってもよい。

上記電極の材料の例には、金、白金、銀、パラジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、および、これらの金属元素を含む合金、が含まれる。たとえば、上記電極は、まず、チタンやクロムなどの下地金属をスパッタ法により０．００２〜１．０μｍの厚さに形成し、次いで、上記材料を、さらには必要に応じて絶縁材料を部分的に、スパッタ法、蒸着法その他の適当な方法で０．０２〜１０μｍの厚さに形成することによって作製される。上記電極は、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、溶射法によって当該導電ペーストの層を形成することによって作製することも可能である。

なお、バッキング層１１０とＦＰＣ１２０は、例えば、当該技術分野で通常使用される接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）で接着され得る。

圧電材料層１３０は、圧電材料で構成される層である。当該圧電材料の例には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、圧電セラミック、チタン酸亜鉛酸ニオブ酸鉛（ＰＺＮＴ）、および、マグネシウム酸ニオブ酸チタン酸（ＰＭＮＴ）、が含まれ、これらの単結晶が好適である。圧電セラミックの例には、リラクサ系セラミック、ニオブ酸鉛系セラミック、およびチタン酸鉛系セラミックが含まれる。圧電材料層１３０の厚さは、例えば０．０５〜０．４ｍｍである。

なお、圧電材料層１３０は、ＦＰＣ１２０と、例えば導電性接着剤によって接着されている。当該導電性接着剤は、例えば、銀粉や銅粉、カーボンファイバーなどの導電性材料を含有する接着剤である。

溝１４０は、圧電材料層１３０の表面からバッキング層１１０に至る深さを有し、溝１４１は、圧電材料層１３０の表面から圧電材料層１３０内に至る深さを有している。溝１４０は、圧電素子の主素子を区画しており、溝１４１は、１主素子中に並列する三つの副素子を区画している。溝１４０、１４１は、いずれも、例えばダイシングソーによる溝切り加工によって形成されており、その幅は、例えば１５〜３０μｍｍｍである。

なお、上記主素子におけるピッチ（溝１４０の中心間距離）は、例えば０．１５〜０．３０ｍｍであり、上記副素子におけるピッチ（隣り合う溝（溝１４１または溝１４０）の中心間距離）は、例えば０．０５〜０．１５ｍｍである。

充填材１５０は、溝１４０および１４１に充填されている。また、充填材１５０は、圧電材料層１３０と音響整合層１６０との間にも介在しているが、図１ではその存在を強調しており、圧電材料層１３０と音響整合層１６０との間では、実際は両者を接着するための接着剤として機能する程度の厚さで存在している。

充填材１５０の材料の例には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン、ポリウレタン、天然ゴムおよびこれらの混合物が含まれる。上記エポキシ樹脂は、例えば、エポキシ樹脂のプレポリマーと、当該プレポリマー間に架橋ネットワークを形成するための硬化剤とを含有するプレポリマー組成物の硬化物として構成される。

上記プレポリマーの例には、フェノールノボラック樹脂やクレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を含む）樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂などのフェノール樹脂が含まれる。

上記硬化剤の例には、アミン系硬化剤が含まれ、当該アミン系硬化剤の例には、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、２，４−ジアミノ−６−〔２’−メチルイミダゾリル−（１’）〕エチル−ｓ−トリアジンなどのトリアジン化合物、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、および、トリエタノールアミンが含まれる。

充填材１５０は、弾性樹脂粒子をさらに含有していてもよい。当該弾性樹脂粒子は、充填材１５０の耐久性を高める観点から、その表面に反応性官能基を有することが好ましい。当該反応性官能基は、反応性官能基同士の反応性を有する基であってもよいし、エポキシ樹脂中の特定の分子構造に対する反応性を有する基であってもよい。当該弾性樹脂粒子の例には、変性シリコーンゴム粒子が含まれる。当該変性シリコーンゴム粒子の例には、シリコーンエラストマーの粒子と、当該粒子を覆う（例えばポリシロキサンなどの）シェルと、当該シェルの表面に配置されている反応性官能基とを有する粒子が含まれる。

上記プレポリマー組成物における当該弾性樹脂粒子の含有量は、プレポリマーおよび硬化剤の種類や、エポキシ樹脂の所期の体積弾性率などに応じて適宜に決められ、例えば変性シリコーンゴム粒子であれば、プレポリマーおよび硬化剤の総量に対して８〜３５質量％である。

充填材１５０は、例えば、上記プレポリマー、硬化剤および弾性樹脂粒子を含有する市販品の樹脂組成物から作製することが可能である。当該市販品の例には、ＡＬＢＩＤＵＲ ＥＰ２２４０ＡおよびＡＬＢＩＤＵＲ ＥＰ５３４０（いずれもエボニク社製）が含まれる。

音響整合層１６０は、圧電材料層１３０と後述の音響レンズ１７０との音響特性を整合させるための層である。音響整合層１６０は、圧電材料層１３０と音響レンズ１７０との概ね中間のＺａを有し、圧電材料層１３０の上記被検体側（表面側）に、例えば、前述の他方の電極を介して配置される。

音響整合層１６０は、単層でも積層でもよいが、音響特性の調整の観点から、音響インピーダンスが異なる複数の層の積層体であることが好ましく、例えば２層以上、より好ましくは４層以上である。音響整合層１６０の厚さは、λ／４であることが好ましい。λは、超音波の波長である。音響整合層１６０は、例えば、種々の材料で構成することが可能である。音響整合層１６０のＺａは、音響レンズに向けて音響レンズのＺａに、段階的または連続的により近づくように設定されていることが好ましく、例えば、当該材料に添加する添加剤の種類および含有量によって調整することが可能である。

上記材料の例には、アルミニウム、アルミニウム合金（例えばＡｌ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイトおよび樹脂が含まれる。当該樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン６やナイロン６６などのナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂が含まれる。上記添加剤の例には、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン、ガラス繊維およびシリコーン粒子が含まれる。

音響整合層１６０のＺａを調整する観点から、例えば、音響整合層１６０の表面部は、エポキシ樹脂で構成されているとともにシリコーン粒子を含有していることが好ましい。後述するように、音響レンズ１７０の材料であるシリコーンを音響整合層１６０の基材中に分散して存在させると、音響整合層１６０のＺａを音響レンズ１７０のそれに近づけることが可能である。

なお、音響整合層１６０の各層は、例えば、当該技術分野で通常使用される接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）で接着されている。

音響レンズ１７０は、例えば、被検体と音響整合層１６０との中間のＺａを有する軟質の高分子材料により構成される。当該高分子材料の例には、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、および、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、が含まれる。中でも、上記高分子材料は、シリコーン系ゴムおよびブタジエン系ゴムからなることが好ましい。

上記シリコーン系ゴムの例には、シリコーンゴムおよびフッ素シリコーンゴムが含まれる。特に、音響レンズの特性の観点からは、シリコーンゴムが好ましい。当該シリコーンゴムとは、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、その全体の有機基のうち９０％以上がメチル基である。上記シリコーンゴムは、上記メチルポリシロキサンのメチル基の少なくとも一部が、水素原子、フェニル基、ビニル基またはアリル基も置き換わっていてもよい。

上記シリコーンゴムは、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。音響レンズ１７０における音速の調整や密度の調整などの目的に応じ、シリカやナイロン粉末などの有機または無機の充填剤や、硫黄や酸化亜鉛などの加硫助剤などがさらに添加されてもよい。

上記ブタジエン系ゴムの例には、ブタジエンのホモポリマーであるブタジエンゴム、および、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、が含まれる。特に、音響レンズの特性の観点から、ブタジエンゴムであることが好ましい。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が１，４位で、または１，２位で、単独で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、さらに、硫黄などにより加硫させてもよい。

シリコーン系ゴムおよびブタジエン系ゴムからなる音響レンズ１７０は、例えば、シリコー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生成することが可能である。たとえば、音響レンズ１７０は、シリコー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て加熱加硫して架橋（硬化）させることにより、得ることができる。

上記の場合、加硫助剤として、酸化亜鉛をさらに添加することが好ましい。酸化亜鉛は、音響レンズ１７０のレンズ特性を実質的に損なわずに加硫を促進し、加硫時間を短縮することできる。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。シリコーン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合割合は、適宜設定することができる。たとえば、音響レンズ１７０のＺａは、被検体のそれに近似するとともに、音響レンズ１７０内における音速が被検体のそれよりも小さく、音響レンズ１７０のＺａの減衰がより少なくなるように設定されていることが好ましい。このような観点から、シリコーン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合割合は、１：１が好ましい。

接着剤層１８０は、シリコーン系接着剤の層である。前述したように、音響レンズ１７０は、シリコーン系ゴムを含むことが多い。このため、当該シリコーン系接着剤によって接着剤層１８０を構成することは、音響整合層１６０と音響レンズ１７０との接着性を高める観点から好適である。

上記シリコーン系接着剤とは、シリコーンを基材に含む硬化性の化合物または組成物である。当該シリコーン系接着剤は、音響整合層１６０および音響レンズ１７０の両方に対する親和性を高めるための添加剤や、音響整合層１６０と音響レンズ１７０との両者の音響特性を整合させるための添加剤などの種々の添加剤をさらに含有していてもよい。

上記シリコーン系接着剤は、室温で硬化する液状ゴム（ＲＴＶゴム）でもよいし、加熱によって硬化させる液状ゴムであってもよい。また、上記シリコーン系接着剤は、一液型であってもよいし、二液型であってもよい。上記シリコーン系接着剤の例には、ＫＥ−４４１、ＫＥ−４４５、ＫＥ−４７１Ｗ、ＫＥ−１６００、ＫＥ−１６０４、ＫＥ−１８８４、ＫＥ−１８８５、ＫＥ−１８８６、ＫＥ−４８９５、ＫＥ−４８９６、ＫＥ−４８９７およびＫＥ−４８９８（いずれも信越化学工業株式会社製）や、ＴＮ３００５、ＴＮ３３０５、ＴＮ３７０５、ＴＳＥ３９７６−Ｂ、ＥＣＳ０６００およびＥＣＳ０６０１（いずれもモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）などが含まれる。

接着剤層１８０の厚さは、１０μｍ以下である。接着剤層１８０の厚さとは、例えば、超音波振動子１００の接着剤層１８０を含む断面の顕微鏡観察によって求められる数値である。接着剤層１８０の厚さが少なくとも１０μｍ以下であれば、より広帯域の超音波による画像形成における、上記リップルによる検出感度の低下を防止することができる。接着剤層１８０の厚さは、１０μｍ以下であれば、接着剤層１８０が所期の接着力を発現する範囲において、上記の観点から薄いほど好ましい。音響整合層１６０に対する音響レンズ１７０の接着力は、超音波振動子１００の用途に応じて決められ、例えば、超音波診断装置用の超音波振動子１００であれば、当該接着力は０．５Ｎ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。そして、当該接着力を発現させる観点から、接着剤層１８０の厚さは、例えば、０．５μｍ以上であることが好ましい。

接着剤層１８０の密度は、接着剤層１８０での超音波の反射を抑制する観点から、１ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。接着剤層１８０の密度は、例えば、アルキメデス法によって求めることが可能であり、例えば、上記シリコーン系接着剤の種類や、当該シリコーン系接着剤へのフィラーの混合、当該フィラーの含有量などによって調整することが可能である。

接着剤層１８０は、音響整合層１６０のＺａと音響レンズ１７０のＺａとの間のＺａを有することが、超音波振動子１００の音響特性の観点から好ましい。

接着剤層１８０の材料の一部または全部に、音響整合層１６０のＺａまたは音響レンズ１７０のＺａと同じ音響インピーダンスを有する材料を用いることによって、音響整合層１６０のＺａまたは音響レンズ１７０のＺａと接着剤層１８０のＺａとのギャップを小さくすることが可能である。

接着剤層１８０のＺａは、音響整合層１６０のＺａと音響レンズ１７０のＺａとの間になくてもよい。たとえば、音響整合層１６０のＺａは、２．０ＭＲａｙｌｓ以下であってよく、音響レンズ１７０のＺａは、１．３〜１．５ＭＲａｙｌｓであってよく、接着剤層１８０のＺａは、１．２８ＭＲａｙｌｓ以下であってもよい。なお、音響整合層１６０のＺａは、音響整合層１６０の上記表面部（音響整合層１６０における接着剤層１８０との界面を形成する表面またはそれを含む部分）のＺａである。

また、音響整合層１６０のＺａと、接着剤層１８０のＺａとの差の絶対値は、０．６ＭＲａｙｌｓ以上であってよく、音響レンズ１７０のＺａと、接着剤層１８０のＺａとの差の絶対値は、０．１ＭＲａｙｌｓ以上であってよい。

さらに、接着剤層１８０における音速は、１０００ｍ／秒以下であってもよい。接着剤層１８０における音速は、例えば、別途作製したテストピース中を伝わる音の、当該テストピースを通過した時間を測定し、当該時間から算出することが可能であり、例えば、上記シリコーン系接着剤の種類や、当該シリコーン系接着剤へのフィラーの混合、当該フィラーの含有量などによって調整することが可能である。

音響整合層１６０、音響レンズ１７０および接着剤層１８０のそれぞれのＺａは、２５℃における、音響整合層１６０、音響レンズ１７０または接着剤層１８０での超音波の音速と、音響整合層１６０、音響レンズ１７０または接着剤層１８０の密度とから、下記の式から求められる。下記式中、Ｚａは、音響インピーダンス（ＭＲａｙｌｓ（×１０^６ｋｇ／（ｍ^２秒）））を表し、ρは、当該部材、層の密度（×１０^３ｋｇ／ｍ^３）を表し、Ｃは、音速（×１０^３ｍ／秒）を表す。上記超音波の音速は、例えば、超音波工業株式会社製のシングアラウンド式音速測定装置を用いて、ＪＩＳＺ２３５３：２００３に従い測定される。
Ｚａ＝ρＣ

超音波振動子１００は、その中心周波数が比較的高い、高周波帯域用の超音波振動子に好適である。これは、上記リップルによる悪影響がより顕著に現れやすいためである。このような観点から、超音波振動子１００の中心周波数は、例えば、９ＭＨｚ以上であることが好ましく、超音波振動子１００の周波数帯域は、例えば９〜１５ＭＨｚであることが好ましい。

超音波振動子１００は、音響レンズ１７０に治具を押し当てて音響レンズ１７０を音響整合層１６０へ接着することによって製造することができる。

たとえば、超音波振動子１００は、図２Ａに示されるように、音響整合層１６０の一体的な表面に塗布された接着剤１８１（例えば、前述のシリコーン系接着剤）を介して、音響整合層１６０の一体的な表面に音響レンズ１７０の一体的な裏面を接触させる。接着剤１８１は、例えば、ロールコートなどの公知の方法によって、音響整合層１６０の表面および音響レンズ１７０の裏面の一方または両方に、塗布することが可能である。音響整合層１６０は、圧電材料層１３０の表面に接着して圧電材料層１３０を覆っている。

ここで、「一体的な表面（または裏面）」とは、治具１９０による押圧時に、当該表面が一体となって全面で当該裏面に向けて相対的に接近し、また、当該裏面が一体となって全面で当該表面に向けて相対的に接近する、平滑な面である。たとえば、上記一体的な表面または裏面は、上記押圧時に、音響整合層１６０と音響レンズ１７０との間から接着剤１８１を流出させる溝や窪みなどの凹部を含まない面である。

次いで、図２Ｂに示されるように、音響レンズ１７０の表面の形状が転写された押圧面１９１（図２Ａ参照）を有する治具１９０を音響レンズ１７０に密着させる。治具１９０は、音響レンズ１７０の表面の形状が転写された押圧面１９１を有しており、押圧面１９１で音響レンズ１７０の表面に密着している。

そして、治具１９０を音響整合層１６０に向けて９〜２８Ｎ／ｃｍ^２の力（押圧力）で押して、音響整合層１６０に音響レンズ１７０を接着剤１８１の層を介して接着させる。上記押圧力が９Ｎ／ｃｍ^２未満であれば、接着剤層１８０の厚さが所期の厚さよりも厚くなり、リップルによる上記の不都合が生じることがある。上記押圧力が２８Ｎ／ｃｍ^２よりも大きいと、接着剤層１８０の厚さが所期の厚さよりも薄くなり、音響整合層１６０および音響レンズ１７０間の接着力が不十分となることがある。治具１９０の押圧は、例えば、治具１９０を音響レンズ１７０に向けて付勢するばねなどの弾性部材を有する押圧用治具によって行うことが可能である。当該押圧用治具は、音響レンズ１７０の表面に長時間均等に力を加え続ける観点から好ましい。

治具１９０は、押圧面１９１で音響レンズ１７０の表面に密着していることから、上記の押圧によって、音響レンズ１７０の裏面と音響整合層１６０の表面とが全面で均一に相対的に接近する。接着剤１８１の一部は、上記押圧力に応じて音響整合層１６０および音響レンズ１７０の側部を経て、音響整合層１６０および音響レンズ１７０間から押し出され、音響整合層１６０および音響レンズ１７０間の接着剤１８１は、上記押圧力に応じた所定の厚さの層を形成する。

そして、音響レンズ１７０を上記の押圧力で押圧した状態で、必要に応じて接着剤１８１を加熱し、硬化させる。こうして、音響レンズ１７０が、１０μｍ以下の所望の厚さの接着剤層１８０によって音響整合層１６０に接着し、よって、超音波振動子１００が製造される。

圧電材料層１３０から超音波が送信されると、当該超音波は、音響整合層１６０、接着剤層１８０および音響レンズ１７０を伝わり、人体などの被検体に送られる。そして、当該被検体内で反射し、音響レンズ１７０、接着剤層１８０および音響整合層１６０を伝わり、圧電材料層１３０に受信される。たとえば、受信された超音波は、その振幅および周波数帯域に応じた電気信号に、圧電材料層１３０によって変換される。

接着剤層１８０は、前述したように、接着力などの要因から、例えば、音響整合層１６０のＺａよりも小さいが音響レンズ１７０のＺａよりも大きな音響インピーダンスを有するなど、音響特性上適切でない場合がある。この場合、圧電材料層１３０から音響整合層１６０に伝わった超音波の一部は、音響整合層１６０と接着剤層１８０との界面で反射して圧電材料層１３０で検出される。あるいは、当該超音波のさらに一部は、バッキング層１１０で、次いで再び音響整合層１６０と接着剤層１８０との界面で反射して圧電材料層１３０で検出される。このように上記界面で反射し、あるいはさらに圧電材料層１３０を挟んで反射した超音波の成分は、時間のずれを伴う、徐々に減衰する複数の振幅のピーク（リップル）として検出される。

しかしながら、接着剤層１８０は、その厚さが適度に薄いため、十分な接着力を発現するとともに、接着剤層１８０と音響整合層１６０との音響特性の不整合による音響特性上の上記悪影響が抑制される。したがって、音響整合層１６０と接着剤層１８０との界面における超音波の反射が抑制され、その結果、検出されるリップルのピーク強度がより小さくなる。このため、超音波振動子１００では、検出すべき超音波の強度（振幅）の設定値を、前述した主ピークを十分に反映し、かつ上記リップルを含まない値に適切に設定することが可能となる。よって、超音波振動子１００では、高周波数帯域を含む広帯域の超音波測定においても、上記リップルを含まない、上記主ピークのみの超音波成分の検出が可能となる。

なお、超音波振動子１００は、本実施の形態の効果を奏する範囲において、前述した層以外の他の層をさらに有していてもよい。当該他の層の例には、超音波振動子１００における音響レンズ１７０以外の部分を封止する保護層が含まれる。

上記保護層は、例えば、超音波振動子１００における音響整合層１７０およびそれよりも圧電材料層１３０側の構成を一体的に覆う層であり、これらの構成への物理的または化学的な刺激から上記の構成を保護するための層である。上記保護層は、物理的および化学的な安定性を有する材料で構成されていることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂やポリパラキシリレンなどの、物理的および化学的に比較的安定な樹脂で構成され得る。

上記保護層の厚さは、その所期の機能を発現するとともに、超音波振動子１００における所期の音響特性を発現可能な範囲で、適宜に決めることができる。当該保護層の厚さは、例えば、２〜４μｍである。当該厚さであれば、保護層の音響インピーダンスが、音響整合層１６０および音響レンズ１７０のそれよりも高かったとしても、超音波振動子１００の所期の音響特性を十分に発現させることが可能である。

上記保護層は、例えば、音響レンズ１７０を音響整合層１６０に接着剤１８１によって接着する前に、音響整合層１６０の表面を含む、超音波振動子１００の前面（音響レンズ１７０が配置されるべき側の面）に、保護層用塗料を塗布および硬化させることによって、または、モノマーを化学気相蒸着によって重合体の膜を生成させることによって、作製することが可能である。

超音波振動子１００が上記保護層を有する場合では、音響レンズ１７０は、上記保護層に接着剤層１８０を介して接着される。接着剤層１８０の厚さは、前述したように１０μｍ以下であればよいが、超音波振動子１００の音響特性の低下抑制の観点から、十分な接着強度が得られる範囲でより薄いことが好ましく、例えば、このような観点から、上記保護層と接着剤層１８０の厚さの総和が１０μｍ以下であることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、超音波振動子１００では、圧電材料層１３０、音響整合層１６０および音響レンズ１７０がこの順で接着されており、音響整合層１６０は、その表面が一体的であり、音響レンズ１７０は、音響整合層１６０の表面に拡がっている接着剤層１８０を介して音響整合層１６０に接着しており、接着剤層１８０は、シリコーン系接着剤の層であり、接着剤層１８０の厚さは、１０μｍ以下である。よって、より広帯域の超音波を出力した場合でもリップルの発生が抑制される超音波振動子を提供することができる。

また、接着剤層１８０のＺａが１．２８ＭＲａｙｌｓ以下であることは、リップルの発生を抑制する効果がより顕著に得られる観点からより一層効果的である。

また、音響整合層１６０の表面部が、エポキシ樹脂で構成されているとともにシリコーン粒子を含有し、当該表面部のＺａが２．０ＭＲａｙｌｓ以下であることは、音響整合層１６０に対する接着剤層１８０の接着性を高めるとともに、リップルの発生を抑制する観点から、より一層効果的である。

また、音響レンズ１７０のＺａが１．３〜１．５ＭＲａｙｌｓであることは、リップルの発生を抑制する効果がより顕著に得られる観点からより一層効果的である。

また、接着剤層１８０における音速が１０００ｍ／秒以下であることは、リップルの発生を抑制する効果がより顕著に得られる観点からより一層効果的であり、接着剤層１８０の密度が１ｇ／ｃｍ^３以上であることは、リップルの発生を抑制する観点からより一層効果的である。

また、超音波振動子１００の製造方法は、圧電材料層１３０の表面に接着して圧電材料層１３０を覆っている音響整合層１６０の一体的な表面に塗布された接着剤１８１を介して、音響整合層１６０の一体的な表面に音響レンズ１７０の一体的な裏面を接触させる工程と、音響レンズ１７０の表面の形状が転写された押圧面１９１を有する治具１９０を、押圧面１９１に音響レンズ１７０の表面を密着させて、音響整合層１６０に向けて９〜２８Ｎ／ｃｍ^２の力で押して、音響整合層１６０に音響レンズ１７０を接着剤１８１の層である接着剤層１８０を介して接着させる工程と、を含む。よって、より広帯域の超音波を出力した場合でもリップルの発生が抑制される超音波振動子を提供することができる。

［超音波撮像装置および超音波探触子］
本実施の形態に係る超音波探触子は、前述した本実施の形態に係る超音波振動子を有する以外は、通常の超音波探触子と同様に構成することが可能である。また、本実施の形態に係る超音波撮像装置は、当該超音波探触子を有する以外は、通常の超音波撮像装置と同様に構成することが可能である。

図３Ａは、本実施の形態に係る超音波撮像装置の構成を模式的に示す図であり、図３Ｂは、当該超音波撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。

超音波撮像装置２００は、図３Ａに示されるように、装置本体２０１と、装置本体２０１にケーブル２０３を介して接続されている超音波探触子２０２と、装置本体２０１上に配置されている入力部２０４および表示部２０９と、を有する。

装置本体２０１は、図３Ｂに示されるように、入力部２０４に接続されている制御部２０５と、制御部２０５およびケーブル２０３に接続されている送信部２０６および受信部２０７と、受信部２０７および制御部２０５のそれぞれと接続されている画像処理部２０８と、を有する。なお、制御部２０５および画像処理部２０８は、それぞれ表示部２０９と接続されている。

入力部２０４は、例えば、診断開始などを指示するコマンドや被検体の個人情報などのデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボードなどである。

制御部２０５は、例えば、マイクロプロセッサや記憶素子、その周辺回路などを備えて構成され、超音波探触子２０２、入力部２０４、送信部２０６、受信部２０７、画像処理部２０８および表示部２０９を、それぞれの機能に応じて制御することによって超音波診断装置２００の全体の制御を行う回路である。

送信部２０６は、例えば、制御部２０５からの信号を超音波探触子２０２に送信する。受信部２０７は、例えば、超音波探触子２０２からの信号を受信して制御部２０５または画像処理部２０８へ出力する。

画像処理部２０８は、例えば、制御部２０５の制御に従い、受信部２０７で受信した信号に基づいて被検体内の内部状態を表す画像（超音波画像）を形成する回路である。たとえば、画像処理部２０８は、被検体の超音波画像を生成するＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、および、当該ＤＳＰで処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ回路）などを有している。

表示部２０９は、例えば、制御部２０５の制御に従って、画像処理部２０８で生成された被検体の超音波画像を表示するための装置である。表示部２０９は、例えば、ＣＲＴディスプレイやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどの表示装置や、プリンタなどの印刷装置などである。

図４は、超音波撮像装置２００における超音波探触子２０２の構成を模式的に示す図である。超音波探触子２０２は、図４に示されるように、超音波振動子１００と、超音波振動子１００を収容するホルダ２１０とを有する。ホルダ２１０は、超音波探触子２０２の表面に音響レンズ１７０が露出するように、超音波振動子１００を保持している。超音波振動子１００のＦＰＣ１２０は、ケーブル２０３の先端に配置されたコネクタ２１１に接続されている。なお、図４中、超音波振動子１００の構成の一部は、省略されている。

たとえば、超音波撮像装置２００では、制御部２０５が入力部２０４からの信号を受信し、生体などの被検体に対して超音波（第１超音波信号）を送信させる信号を送信部２０６に出力するとともに、当該第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波（第２超音波信号）に応じた電気信号を受信部２０７に受信させる。受信部２０７で受信した電気信号は、画像処理部２０８に送られて当該電気信号に応じた画像信号に処理される。当該画像信号は、表示部２０９に送られて、当該画像信号に応じた画像が表示部２０９に表示される。表示部２０９は、また、入力部２０４から入力された、制御部２０５を介して送られる情報に基づき、当該情報に応じた画像および操作（文字の表示、表示された画像の移動や拡大など）も表示する。

超音波探触子２０２の超音波振動子には、超音波振動子１００が使用されている。よって、例えば、広帯域および高感度の超音波測定に超音波振動子１００を用いても、リップルによる測定結果への悪影響が防止される。よって、広帯域および高感度での超音波測定においても、超音波探触子２０２および超音波撮像装置２００は、より精密かつ信頼性がより高い測定結果を得ることができる。

超音波撮像装置２００は、医療用の超音波診断装置に適用される。超音波撮像装置２００は、この他にも、魚群探知機（ソナー）や非破壊検査用の探傷機などの、超音波による探査結果を画像や数値などで表示する装置に適用され得る。

［超音波振動子１の作製］
パターニングされたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、バッキング層および固定板を上からこの順に接着剤で接着して積層し、ＦＰＣの表面に、両面に電極が形成された４．６ｍｍ×４２．５ｍｍの、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成された圧電材料層を接着した。そして、圧電材料層からバッキング層に至る溝を形成し、圧電素子の主素子を作製した。また、当該主素子において、積層方向における一部を残して圧電材料層を切断する平行な二本の溝を形成し、一つの主素子に、三つの並列する副素子を作製した。

次いで、音響整合層を用意した。当該音響整合層は、まず、第１から第４の層状の音響整合材を上からこの順で積層し、２．９４ＭＰａの加圧条件下においてエポキシ接着剤で加熱硬化により接着し、４．６ｍｍ×４２．５ｍｍの大きさに成型することにより作製した。第１から第４の音響整合材は、いずれも、エポキシ樹脂とフェライトまたはシリコーン微粉末との混錬物の硬化物で構成されている。第１の音響整合材における音響インピーダンスは２．０ＭＲａｙｌｓであり、厚みは４０μｍである。第２の音響整合材における音響インピーダンスは４．０ＭＲａｙｌｓであり、厚みは４０μｍである。第３の音響整合材における音響インピーダンスは６．０ＭＲａｙｌｓであり、厚みは５０μｍである。第４の音響整合材における音響インピーダンスは１１．０ＭＲａｙｌｓであり、厚みは６０μｍである。

次いで、上記圧電材料層の表面に、シリコーン含有エポキシ樹脂系接着剤を、圧電材料層の溝にも充填されるように塗布した。そして、上記圧電材料層と上記音響整合層における第４の音響整合材とを合わせ、この状態で上記シリコーン含有エポキシ樹脂系接着剤を硬化させ、圧電材料層および音響整合層を当該シリコーン含有エポキシ樹脂系接着剤によって接着した。

次いで、上記音響整合層における第１の音響整合材の一体的な表面に、信越化学工業株式会社製のシリコーン系接着剤ＫＥ−４８９６を塗布し、図２Ａに示されるように、当該表面に音響レンズの裏面を合わせた。そして、図２Ｂに示されるように、音響レンズの表面の形状が転写された形状の押圧面を有する治具を音響レンズの表面に当接させ、音響整合層に向けて２０Ｎ／ｃｍ^２の力で押圧した。こうして、音響レンズと音響整合層とを接着する接着剤層を形成し、図１に示されるような層構造を有する超音波振動子１を得た。超音波振動子１の接着剤層の厚さは、当該接着剤層の断面を含む超音波振動子１の断面中の接着剤層を顕微鏡により観察して測定したところ、１０μｍであった。

［超音波振動子Ｃ１の作製］
音響レンズを、上記の治具に代えてバルーンで音響整合層に向けて押圧する以外は、超音波振動子１と同様にして、超音波振動子Ｃ１を得た。当該バルーンによる音響レンズの押圧力は、約２０Ｎ／ｃｍ^２である。また、超音波振動子Ｃ１の接着剤層の厚さは、４０μｍであった。超音波振動子Ｃ１の接着剤層の厚さが、押圧力が同じであるにも関わらず、超音波振動子１の接着剤層の厚さよりも明らかに厚くなったのは、上記治具による押圧異なり、上記バルーンによる押圧では、音響レンズの表面全体に押圧力が十分に伝わらないため、と考えられる。

［音響特性の測定］
図５Ａは、超音波振動子１における超音波の周波数と感度（音圧レベル）との関係を示す図であり、図５Ｂは、超音波振動子１における超音波の周波数帯域の中心周波数（１０ＭＨｚ）における応答時間と振幅との関係を示す図である。また、図６Ａは、超音波振動子Ｃ１における超音波の周波数と検出感度との関係を示す図であり、図６Ｂは、超音波振動子Ｃ１における超音波の周波数帯域の中心周波数（１０ＭＨｚ）における応答時間と振幅との関係を示す図である。図５Ａ、図６Ａは、受信した超音波の時間波形を、各周波数成分に分離して周波数軸上に表示（フーリエ変換）したものであり、図５Ｂ、図６Ｂは、当該時間波形をエンベロープ処理したものである。

図５Ｂに示されるように、当該中心周波数付近における主ピークが明確に存在し、その後に複数見られる副ピークは、いずれも、実質的には主ピークの線上に含まれ得る程度に小さかった。したがって、受信すべき超音波の振幅の設定値を２０ｄＢとしても、副ピークは検出されず、よって、超音波振動子１における振幅２０ｄＢでの応答時間は、主ピークの検出時間のみであり、０．２５μ秒であった。

一方、超音波振動子Ｃ１では、図６Ｂに示されるように、当該中心周波数付近では、主ピークの後に、少なくとも三つの副ピークが認められる。そして、主ピークの隣りの副ピークは、上記振幅の設定値２０ｄＢを明らかに超えている。よって、超音波振動子Ｃ１における振幅２０ｄＢでの応答時間は、主ピークから隣りの副ピークの頂部までの時間であり、０．４１μ秒であった。

［接着剤層の厚さと音響特性との関係の検討］
図７は、接着剤層の厚さが異なる超音波振動子における、超音波の中心周波数における応答時間と振幅との関係を示す図である。図７中、直線は、接着剤層の厚さが１０μｍである場合を示し、破線は、接着剤層の厚さが２０μｍである場合を示し、一点鎖線は、接着剤層の厚さが４０μｍである場合を示す。また、図７中、矢印Ｐ１は、主ピークを示し、矢印Ｐ２は、主ピークの隣り（後）の第１副ピークを示し、矢印Ｐ３は、第１副ピークのさらに隣り（後）の第２副ピークを示す。

図８Ａは、接着剤層の厚さと主ピークの感度（音圧レベル）との関係を示す図であり、図８Ｂは、接着剤層の厚さと第１副ピークの感度（音圧レベル）との関係を示す図であり、図８Ｃは、接着剤層の厚さと第２副ピークの感度（音圧レベル）との関係を示す図であり、図８Ｄは、接着剤層の厚さと振幅２０ｄＢにおける応答時間との関係を示す図である。

なお、図７および図８Ａ〜図８Ｄは、いずれも、有限要素法を用いた、Ｗｅｉｄｌｉｎｇｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製圧電波動解析ソフトウェア「Ｐｚｆｌｅｘ」によるシミュレーションによって求めた結果を示している。

図８Ａに示されるように、主ピークの感度は、接着剤層の厚さを増やしたときに、２０〜３０μｍまで急激に減少し、その後４０μｍまでわずかに増加し、その後再び緩やかに減少する。１５μｍにおける主ピークの感度は、４０μｍにおける主ピークの振幅よりも大きい。よって、主ピークの検出感度を高める観点から、接着剤層の厚さは、１０μｍ超の値以下、例えば約１５μｍ以下、であることが好ましいことが分かる。

また、図８Ｂに示されるように、第１副ピークの感度は、接着剤層の厚さを増やしたときに、１０μｍで最低となり、約３０μｍまで急激に増加し、その後緩やかに減少する。１５μｍにおける第１副ピークの感度は、４５μｍにおける第１副ピークの感度よりも小さい。第１副ピークの感度は小さいほど好ましいことから、接着剤層の厚さは、１０μｍ超の値以下、例えば１５μｍ以下、であることが好ましいことが分かる。

また、図８Ｃに示されるように、第２副ピークの感度は、接着剤層の厚さを増やしたときに、１０μｍまでがほぼ最低値であり、約３０μｍまで増加し、その後減少する。１０μｍにおける第２副ピークの感度は、４５μｍにおける第２副ピークの感度よりも小さいが、１５μｍにおける第２副ピークの感度は、４５μｍにおけるそれよりも大きい。第２副ピークの感度も、小さいほど好ましいことから、接着剤層の厚さは、１０〜１５μｍの値以下、例えば１２μｍ以下、であることが好ましいことが分かる。

また、図８Ｄに示されるように、主ピークにおける２０ｄＢの応答時間は、接着剤層の厚さを増やしたときに、１５ミクロンまでは一定であり、２０μｍで高くなり、その後緩やかに一定の範囲で増減している。上記応答時間は、主ピークの検出感度を高める観点から小さいほど好ましいことから、接着剤層の厚さは、２０μｍ未満の値以下、例えば１５μｍ以下、であることが好ましいことが分かる。

以上の説明から明らかなように、接着剤層の厚さが１０μｍ以下であれば、主ピークの検出感度を高める観点、および、副ピーク（リップル）の発生を抑制する観点、を両立させることができることが分かる。

［接着時の押圧力と接着剤層の厚さとの関係の検討］
基板上に音響整合層を配置した試料の音響整合層に、音響レンズを、上記治具の押圧力を変更し、超音波振動子１と同様の方法で接着し、接着剤層の厚さを測定した。上記押圧力と接着剤層の厚さとの関係を図９に示す。

図９に示されるように、９Ｎ／ｃｍ^２の押圧力では、接着剤層の厚さは、４．７μｍまたは７．８μｍとなり、１８Ｎ／ｃｍ^２の押圧力では、接着剤層の厚さは、２．８μｍ、４．６μｍ、８．８μｍまたは８．９μｍとなり、２８Ｎ／ｃｍ^２の押圧力では、接着剤層の厚さは、４．８μｍまたは４．９μｍとなった。そして、４６Ｎ／ｃｍ^２の押圧力では、接着剤層の厚さは、０．３μｍとなった。

上記の検討結果より、上記押圧力が少なくとも９Ｎ／ｃｍ^２以上であれば、１０μｍ以下という極薄の接着剤層ゆえに多少のばらつきがあるものの、いずれの接着剤層の厚さも１０μｍ以下となることが分かる。ただし、押圧力が４６Ｎ／ｃｍ^２では、接着剤層の厚さが０．３μｍと薄く、接着剤の種類や超音波振動子の用途に基づく所期の接着強度などによっては、接着剤層の接着性が不十分となる可能性がある。

よって、押圧力が少なくとも９〜２８Ｎ／ｃｍ^２の範囲内であれば、多少のばらつきを考慮しても、実際の製造において、１０μｍ以下の厚さであって、種々の用途に適用可能な適度な接着強度を発現するのに十分と思われる厚さの接着剤層が得られることが分かる。

以上の説明から、音響整合層と音響レンズとを接着する接着剤にシリコーン系接着剤を用いても、接着剤層の厚さが１０μｍ以下であれば、所期の音響特性および接着強度がもたらされることが分かる。

本発明によれば、広帯域かつ高感度な超音波探触子が得られる。したがって、本発明によれば、超音波撮像装置のさらなる普及が期待される。

１００ 超音波振動子
１１０ バッキング層
１２０ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
１３０ 圧電材料層
１４０、１４１ 溝
１５０ 充填材
１６０ 音響整合層
１７０ 音響レンズ
１８０ 接着剤層
１８１ 接着剤
１９０ 治具
１９１ 押圧面
２００ 超音波撮像装置
２０１ 装置本体
２０２ 超音波探触子
２０３ ケーブル
２０４ 入力部
２０５ 制御部
２０６ 送信部
２０７ 受信部
２０８ 画像処理部
２０９ 表示部
２１０ ホルダ
２１１ コネクタ

Claims (8)

1. 圧電材料層、音響整合層および音響レンズがこの順で接着されており、
   前記音響整合層は、その表面が一体的であり、
   前記音響レンズは、前記音響整合層の表面に拡がっている接着剤層を介して前記音響整合層に接着しており、
   前記接着剤層は、シリコーン系接着剤の層であり、
   前記接着剤層の厚さは、１０μｍ以下である、超音波振動子。
2. 前記接着剤層の音響インピーダンスは、１．２８ＭＲａｙｌｓ以下である、請求項１に記載の超音波振動子。
3. 前記音響整合層の表面部は、エポキシ樹脂で構成されているとともにシリコーン粒子を含有し、
   前記表面部の音響インピーダンスは、２．０ＭＲａｙｌｓ以下である、
   請求項１または２に記載の超音波振動子。
4. 前記音響レンズの音響インピーダンスは、１．３〜１．５ＭＲａｙｌｓである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波振動子。
5. 前記接着剤層における音速は、１０００ｍ／秒以下であり、
   前記接着剤層の密度は、１ｇ／ｃｍ^３以上である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波振動子。
6. 圧電材料層の表面に接着して前記圧電材料層を覆っている音響整合層の一体的な表面に塗布された接着剤を介して、前記音響整合層の一体的な表面に音響レンズの一体的な裏面を接触させる工程と、
   前記音響レンズの表面の形状が転写された押圧面を有する治具を、前記押圧面に前記音響レンズの表面を密着させて、前記音響整合層に向けて９〜２８Ｎ／ｃｍ^２の力で押して、前記音響整合層に前記音響レンズを前記接着剤の層を介して接着させる工程と、
   を含む、超音波振動子の製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波振動子を有する超音波探触子。
8. 請求項７に記載の超音波探触子を有する超音波撮像装置。
   

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