JP2016040798A - Piezoelectric material, manufacturing method of the same, ultrasonic transducer, and ultrasonic imaging apparatus - Google Patents

Piezoelectric material, manufacturing method of the same, ultrasonic transducer, and ultrasonic imaging apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric material, having both high piezo-electric constant and specific band, capable of being stably produced, an ultrasonic transducer including the same, and an ultrasonic imaging apparatus.SOLUTION: A piezoelectric material 130, having no translational symmetry (periodicity), containing a quasi-crystal of a crystal structure having high orneriness in an atomic arrangement is prepared. The piezoelectric material 130 may be an inorganic material or an organic material. A piezo-electric element of an ultrasonic transducer 100 is constituted of the piezoelectric material 130. The ultrasonic transducer 100 is mounted to the ultrasonic imaging apparatus.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、圧電体、その製造方法、超音波トランスデューサーおよび超音波撮像装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric body, a manufacturing method thereof, an ultrasonic transducer, and an ultrasonic imaging apparatus.

圧電体は、無機セラミックスや有機高分子などの材料で構成されており、センサー、トランスデューサーおよびアクチュエーターなどに好適に用いられている。これらの用途の圧電体では、その用途における感度と空間分解能との観点から、圧電定数と比帯域との両方が高いことが好ましい。しかしながら、圧電定数と比帯域とは、一般に相反関係にあり、両者を同時に高めることは困難である。   The piezoelectric body is made of a material such as inorganic ceramics or organic polymer, and is suitably used for sensors, transducers, actuators, and the like. In the piezoelectric body for these applications, it is preferable that both the piezoelectric constant and the specific band are high from the viewpoint of sensitivity and spatial resolution in the application. However, the piezoelectric constant and the specific band are generally in a reciprocal relationship, and it is difficult to increase both at the same time.

圧電定数と比帯域との両方の向上を図った技術として、PbZrO/PbTiO固溶体(PZT)と高分子材料のコンポジットが知られている。当該コンポジットは、振動方向にPZTの角柱の長手を配向させた1−3コンポジットであり、その圧電定数d33および比帯域は、主にPZT角柱の構造に依存するが、例えば、d33は50〜200pC/Nであり、比帯域は50〜150%である(例えば、非特許文献1、2参照)。 As a technique for improving both the piezoelectric constant and the specific band, a composite of PbZrO 3 / PbTiO 3 solid solution (PZT) and a polymer material is known. The composite is a 1-3 composite in which the length of a PZT prism is oriented in the vibration direction, and its piezoelectric constant d 33 and specific band depend mainly on the structure of the PZT prism, but for example, d 33 is 50 It is -200pC / N, and a specific band is 50-150% (for example, refer nonpatent literatures 1 and 2).

一方で、上記無機セラミックスの結晶の膜として、ペロブスカイト構造中に準結晶を含むチタン酸バリウムの結晶の膜が知られている(例えば、非特許文献3参照)。   On the other hand, a barium titanate crystal film including a quasicrystal in a perovskite structure is known as the inorganic ceramic crystal film (see, for example, Non-Patent Document 3).

坂野久夫、「圧電セラミックス: ポリマー複合材料」、固体物理、日本、株式会社アグネ技術センター、1988年8月15日、第23巻、第8号、p.133−143Hisao Sakan, “Piezoelectric Ceramics: Polymer Composite Materials”, Solid Physics, Japan, Agne Technology Center, Inc., August 15, 1988, Vol. 23, No. 8, p. 133-143 仲前一男、平田嘉裕、溝淵弘文、橋本明城、高田博史、「高分解能、広帯域複合圧電材料の開発」、エス・イー・アイ(SEI)テクニカルレビュー、日本、住友電気工業株式会社、2003年9月、第163巻、p.48−52Kazuo Nakamae, Yoshihiro Hirata, Hirofumi Mizobuchi, Akihashi Hashimoto, Hiroshi Takada, "Development of high-resolution, broadband composite piezoelectric materials", SEI Technical Review, Japan, Sumitomo Electric Industries, Ltd., 2003 September, 163, p. 48-52 Nature、2013年10月10日、第502巻、第7470号、p.215−218Nature, Oct. 10, 2013, 502, 7470, p. 215-218

しかしながら、非特許文献3のチタン酸バリウムの結晶の膜については、ペロブスカイト構造の結晶が圧電性を発現する要因となっているBサイトイオンの存在とその格子内偏位による分極の有無とが非特許文献3からでは不明であり、また上記準結晶の物性も不明である。よって、上記の結晶膜を構成するチタン酸バリウムが圧電体か否かは、非特許文献3からでは明らかではない。   However, in the barium titanate crystal film of Non-Patent Document 3, the presence of B-site ions, which cause the perovskite structure crystals to exhibit piezoelectricity, and the presence or absence of polarization due to in-lattice displacement are non-existent. It is unclear from Patent Document 3, and the physical properties of the quasicrystal are also unclear. Therefore, it is not clear from Non-Patent Document 3 whether or not the barium titanate constituting the crystal film is a piezoelectric body.

また、非特許文献3には、上記準結晶は、マグネトロンスパッタおよび分子線エピタキシー成長により形成されたチタン酸バリウムの膜を1070〜1250Kにてアニールすることで調製される旨が記載されている。超音波トランスデューサーなどの用途では、上記圧電体は、一般に、基板上や電極上に作製されるが、上記の高温でのアニールは、当該基板や電極などの熱劣化や変性などを引き起こすことがある。このような熱劣化や変性などは、安定した特性を有する超音波トランスデューサーを製造する観点から好ましくない。   Non-Patent Document 3 describes that the quasicrystal is prepared by annealing a barium titanate film formed by magnetron sputtering and molecular beam epitaxy growth at 1070 to 1250K. In applications such as ultrasonic transducers, the piezoelectric body is generally fabricated on a substrate or an electrode. However, annealing at a high temperature described above may cause thermal degradation or modification of the substrate or electrode. is there. Such thermal deterioration and modification are not preferable from the viewpoint of manufacturing an ultrasonic transducer having stable characteristics.

本発明の第1の目的は、圧電定数および比帯域の両方が高く、かつ安定して生産可能な圧電体を提供することである。
また、本発明の第2の目的は、当該圧電体を有する超音波トランスデューサーまたは超音波撮像装置を提供することである。
A first object of the present invention is to provide a piezoelectric body that has a high piezoelectric constant and a specific band and can be produced stably.
A second object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer or an ultrasonic imaging apparatus having the piezoelectric body.

本発明は、準結晶構造を備える圧電体を提供する。   The present invention provides a piezoelectric body having a quasicrystalline structure.

また、本発明は、圧電体の結晶構造を制御するための基層の表面で圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む圧電体の層を形成する工程を含む、圧電体の製造方法を提供する。   The present invention also includes a step of forming a piezoelectric layer including the quasicrystal by forming a piezoelectric layer on the surface of the base layer for controlling the crystal structure of the piezoelectric body at 700 ° C. or lower. A manufacturing method is provided.

さらに、本発明は、上記圧電体を有する超音波トランスデューサー、および、当該超音波トランスデューサーを有する超音波撮像装置、を提供する。   Furthermore, this invention provides the ultrasonic transducer which has the said piezoelectric material, and the ultrasonic imaging device which has the said ultrasonic transducer.

本発明によれば、センサー、アクチュエーター、超音波トランスデューサーなどに好適な、圧電定数および比帯域の両方が高く、かつ安定して生産可能な圧電体を提供することができ、優れた感度を有する超音波トランスデューサーおよび超音波撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric body suitable for sensors, actuators, ultrasonic transducers, etc., which has both a high piezoelectric constant and a high specific band and can be stably produced, and has excellent sensitivity. An ultrasonic transducer and an ultrasonic imaging device can be provided.

図1A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1B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。FIG. 1A is a diagram schematically illustrating a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a block diagram illustrating an electrical configuration of the ultrasonic imaging apparatus. 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。It is a figure which shows typically the structure of the ultrasonic probe in the said ultrasonic imaging device. 本発明の一実施の形態に係る超音波トランスデューサーの構成を模式的に示すための図である。It is a figure for showing typically composition of an ultrasonic transducer concerning a 1 embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る圧電体は、その準結晶を含む。
Embodiments of the present invention will be described below.
The piezoelectric body according to the present embodiment includes the quasicrystal.

「圧電体」とは、結晶の表面に応力を加えると結晶の表面に正負の電荷を生じる現象(圧電性)を呈する物質であり、例えば、圧電性を呈することが公知の物質、混合物、化合物、複合化合物、固溶体および組成物である。圧電体は、無機物でも有機物でもよい。   “Piezoelectric body” is a substance that exhibits a phenomenon (piezoelectricity) that generates positive and negative charges on the surface of the crystal when stress is applied to the surface of the crystal. For example, a substance, mixture, or compound that is known to exhibit piezoelectricity , Composite compounds, solid solutions and compositions. The piezoelectric body may be inorganic or organic.

無機圧電体の例には、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、酸化亜鉛、PbZrO/PbTiO固溶体(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O/PbTiO固溶体(PMN−PT)およびPb(Zn1/3Nb2/3)O/PbTiO固溶体(PZN−PT)が含まれる。 Examples of inorganic piezoelectric materials include quartz, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, zinc oxide, PbZrO 3 / PbTiO 3 solid solution (PZT), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 / PbTiO 3 solid solution (PMN-PT) and Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 / PbTiO 3 solid solution (PZN-PT) are included.

有機圧電体の例には、ポリフッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体(P(VDF−3FE))、P(VDF−3FE)とポリウレタンとの混練物、P(VDF−3FE)とシリコーンとの混練物、ポリフッ化ビニリデンとナイロンとの混練物、フッ化ビニリデンとクロロトリフロロエチレンとの共重合によるPVDF系共重合体、ポリブタジエン−N,N−メチレンビスアクリルアミド−スチレン共重合体、ポリ(γ−ベンジル−L−グルタメート)、メタンジイソシアネートとジアミノフルオレンとの蒸着重付加によるポリ尿素、キシリレンジイソシアネートとp−ジアミノベンゼンとの蒸着重付加によるポリ尿素、および、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体のエレクトレット、が含まれる。   Examples of organic piezoelectric materials include polyvinylidene fluoride-trifluoride ethylene copolymer (P (VDF-3FE)), a kneaded product of P (VDF-3FE) and polyurethane, P (VDF-3FE) and silicone. Kneaded product of polyvinylidene fluoride and nylon, PVDF copolymer by copolymerization of vinylidene fluoride and chlorotrifluoroethylene, polybutadiene-N, N-methylenebisacrylamide-styrene copolymer, poly ( γ-benzyl-L-glutamate), polyurea by vapor deposition polyaddition of methane diisocyanate and diaminofluorene, polyurea by vapor deposition polyaddition of xylylene diisocyanate and p-diaminobenzene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene Polymer electrets.

さらに無機および有機複合の圧電体の例には、PZT−シロキサン−ポリ(メタ)アクリレートコンポジット、および、ポリ乳酸とリン酸カルシウムもしくはモンモリロナイトとのコンポジット、が含まれる。   Further examples of inorganic and organic composite piezoelectric materials include PZT-siloxane-poly (meth) acrylate composites and composites of polylactic acid and calcium phosphate or montmorillonite.

「準結晶」とは、並進対称性(周期性)を持たないが、原子配列に高い秩序性が存在する結晶構造であり、例えば、並進対称性をもたず、面内規則性を維持しながらもc軸遠距離秩序性に乏しい結晶構造である。当該準結晶は、一種でもそれ以上でもよい。   A “quasicrystal” is a crystal structure that does not have translational symmetry (periodicity) but has high ordering in the atomic arrangement. For example, it does not have translational symmetry and maintains in-plane regularity. However, it has a crystal structure with poor c-axis long-range order. One or more quasicrystals may be used.

上記準結晶は、走査型トンネル顕微鏡(以下、「STN」とも言う)による、結晶構造や低エネルギー電子線回折像などの観察によって確認される。準結晶の結晶構造の例には、格子点のパターンとして、正5角形の平面不飽和充填、ペンローズパターン、4〜6角形が最密充填されてなるパターン、および、5角形と6角形とが最密充填されてなるパターン、が含まれる。   The quasicrystal is confirmed by observing a crystal structure, a low energy electron diffraction image, and the like with a scanning tunneling microscope (hereinafter also referred to as “STN”). Examples of the crystal structure of the quasicrystal include a regular pentagonal plane unsaturated filling, a Penrose pattern, a pattern in which 4 to 6 hexagons are closely packed, and a pentagon and a hexagon as lattice point patterns. A pattern that is closely packed.

上記電子線回折像は、一般に並進対称性を有する結晶のそれとは異なる回転対称性を有する。上記電子線回折像が当該回転対称性を有することは、圧電体の圧電性を高める観点から好ましい。上記電子線回折像は、5、8、10または12回の回転対称性を有することが、圧電体の圧電性および比帯域の両方を高める観点から好ましい。   The electron diffraction image generally has a rotational symmetry different from that of a crystal having translational symmetry. It is preferable that the electron beam diffraction image has the rotational symmetry from the viewpoint of increasing the piezoelectricity of the piezoelectric body. The electron beam diffraction image preferably has 5, 8, 10 or 12 times rotational symmetry from the viewpoint of enhancing both the piezoelectricity and the specific band of the piezoelectric body.

上記圧電体における上記準結晶の存在は、上記圧電体の圧電性と比帯域との両方を高める。上記圧電体における上記準結晶の含有量は、圧電性および比帯域の両方を高める観点から、30質量%以上であることが好ましい。圧電体における準結晶の含有量の上限は、特に限定されないが、例えば、生産性、経済性、および、圧電性および比帯域の向上効果を度合い、の観点から、96質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。   The presence of the quasicrystal in the piezoelectric body enhances both the piezoelectricity and the specific band of the piezoelectric body. The content of the quasicrystal in the piezoelectric body is preferably 30% by mass or more from the viewpoint of enhancing both piezoelectricity and specific band. The upper limit of the content of the quasicrystal in the piezoelectric body is not particularly limited. For example, it may be 96% by mass or less from the viewpoint of productivity, economy, and degree of improvement in piezoelectricity and specific band. Preferably, it is 90 mass% or less.

上記含有量は、例えば、STNで観測される25nm四方の視野内の、準結晶が呈する規則性パターン(上記ペンローズパターンなど)に帰属される格子の数を当該視野内の全格子の数で除して得られた値の、三視野の算術平均値で表される。   For example, the content is determined by dividing the number of lattices attributed to the regular pattern (such as the Penrose pattern) exhibited by the quasicrystal in the 25 nm square field observed by STN by the number of all lattices in the field of view. It is represented by the arithmetic average value of three visual fields.

上記圧電体は、当該圧電体以外の他の構成をさらに含んでいてもよい。当該他の構成の例には、当該圧電体に接する、当該圧電体の結晶構造を制御するための層(「基層」とも言う)、が含まれる。当該基層は、例えば、上記圧電体の結晶構造の一部または全部を準結晶にするための層である。   The piezoelectric body may further include a configuration other than the piezoelectric body. Examples of the other configurations include a layer (also referred to as a “base layer”) for controlling the crystal structure of the piezoelectric body in contact with the piezoelectric body. The base layer is, for example, a layer for making a part or all of the crystal structure of the piezoelectric body a quasicrystal.

上記基層の例には、単結晶の層、および、秩序配列した分子集合体の層、が含まれる。当該基層は、圧電体の結晶構造を所望の構造に制御するのに十分な厚さを有していればよく、例えば、当該単結晶の層であれば、当該単結晶が少なくとも第五の格子層まであればよい。   Examples of the base layer include a single crystal layer and an ordered molecular assembly layer. The base layer only needs to have a thickness sufficient to control the crystal structure of the piezoelectric body to a desired structure. For example, in the case of the single crystal layer, the single crystal is at least a fifth lattice. It only has to be a layer

上記単結晶の層の例には、通常の単結晶の層の他に、当該単結晶の配向面のミスカット面を表面に有する層が含まれる。たとえば、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛またはマグネシウムニオブ酸鉛に代表されるペロブスカイトの圧電体のための上記基層の例には、Pt(111)をミスカットした表面を有する層が含まれる。ミスカットの角度は、ペロブスカイトの化学組成(例えば、「チタン酸バリウム」など)に依存し、例えば、4〜6°である。なお、ミスカットの角度は、上記配向面の法線と基層の表面の法線とがなす角度である。   Examples of the single crystal layer include, in addition to a normal single crystal layer, a layer having a miscut surface of the orientation plane of the single crystal on the surface. For example, examples of the above base layer for a perovskite piezoelectric material typified by barium titanate, lead zirconate, lead titanate or lead magnesium niobate include a layer having a surface that is miscut Pt (111) It is. The miscut angle depends on the chemical composition of the perovskite (for example, “barium titanate”, etc.) and is, for example, 4 to 6 °. The miscut angle is an angle formed by the normal of the orientation plane and the normal of the surface of the base layer.

上記秩序配列した分子集合体は、例えば、光学的に平坦な表面に形成され、例えば、両親媒性分子の配列によって構成される。当該分子集合体の層の例には、ラングミュア−ブロジェット(Langmuir Blodgett)膜(LB膜)、液晶の電場配向膜、および、超分子配向膜、が含まれる。たとえば、PVDF−3FEやポリ尿素、ポリ乳酸などの有機高分子の圧電体の準結晶であれば、上記基層の例には、ガラス基板の光学平滑面に調製したp−C2n+1フェニルスルフォン酸ナトリウム(n=8〜18)のLB膜、が含まれる。 The ordered molecular assembly is formed on, for example, an optically flat surface, and is constituted by an array of amphiphilic molecules, for example. Examples of the layer of the molecular assembly include a Langmuir Brodgett film (LB film), an electric field alignment film of liquid crystal, and a supramolecular alignment film. For example, in the case of a quasicrystal of an organic polymer piezoelectric material such as PVDF-3FE, polyurea, or polylactic acid, examples of the base layer include p-C n H 2n + 1 phenyl sulfone prepared on an optical smooth surface of a glass substrate. LB film of sodium acid (n = 8-18) is included.

当該基層の表面にある(準結晶に接すべき)原子もしくは分子の空間配列秩序性は、当該基層に接して生成する圧電体(無機または有機物質)の面内格子の配列に一定のパターンを与える。このため、当該基層の構造やその調製条件などは、形成すべき準結晶の化学組成に特異的である。よって、上記基層は、準結晶の化学組成に応じて決めることができ、例えば、所期の準結晶とそれをもたらす基層との公知の組み合わせから適宜に選択され得る。   The spatial arrangement order of atoms or molecules (to be in contact with the quasicrystal) on the surface of the base layer has a certain pattern in the in-plane lattice arrangement of the piezoelectric body (inorganic or organic substance) generated in contact with the base layer. give. For this reason, the structure of the base layer and the preparation conditions thereof are specific to the chemical composition of the quasicrystal to be formed. Therefore, the base layer can be determined according to the chemical composition of the quasicrystal, and can be appropriately selected from, for example, a known combination of an intended quasicrystal and a base layer that provides the quasicrystal.

上記圧電体は、上記基層の表面で圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む圧電体の層を形成する工程を含む方法によって製造することができる。このように、上記圧電体は、化学的もしくは物理的蒸気堆積法により上記基層上で所望の化学組成物の層を作製することにより形成される。   The piezoelectric body can be manufactured by a method including a step of forming a piezoelectric body on the surface of the base layer at 700 ° C. or less to form a piezoelectric layer including the quasicrystal. Thus, the piezoelectric body is formed by forming a layer of a desired chemical composition on the base layer by a chemical or physical vapor deposition method.

上記圧電体を製造する方法は、上記基層の表面状態を反映する、いわゆるエピタキシャル成長によって圧電体の層を作製する方法であればよく、既知の成膜方法が適応できる。当該成膜方法の例には、蒸着、スパッタ、分子線エピタキシー、有機金属化学堆積法および化学溶液堆積法が含まれる。   The method for manufacturing the piezoelectric body may be a method for manufacturing a piezoelectric layer by so-called epitaxial growth that reflects the surface state of the base layer, and a known film forming method can be applied. Examples of the film forming method include vapor deposition, sputtering, molecular beam epitaxy, metal organic chemical deposition, and chemical solution deposition.

上記圧電体の成膜温度は、高すぎると、有機圧電体であれば変性を来たすことがあり、無機圧電体であれば圧電性の低下がもたらされることがある。圧電性および比帯域の両方を高める観点から、上記成膜温度は、無機圧電体であれば250〜700℃であることが好ましく、250〜600℃であることがより好ましく、300〜450℃であることがさらに好ましい。また、有機圧電体であれば、上記の観点から上記成膜温度は、−50〜300℃であることが好ましく、−30〜200℃であることがより好ましく、−20〜120℃であることがさらに好ましい。   If the film formation temperature of the piezoelectric body is too high, the organic piezoelectric body may be modified, and if it is an inorganic piezoelectric body, the piezoelectricity may be lowered. From the viewpoint of enhancing both piezoelectricity and specific band, the film forming temperature is preferably 250 to 700 ° C, more preferably 250 to 600 ° C, and more preferably 300 to 450 ° C for an inorganic piezoelectric body. More preferably it is. Moreover, if it is an organic piezoelectric material, it is preferable that the said film formation temperature is -50-300 degreeC from said viewpoint, It is more preferable that it is -30-200 degreeC, It is -20-120 degreeC. Is more preferable.

上記基層は、さらに基材に支持されていてもよい。基材は、基層が形成されるべき表面を有している物体である。当該基材の例には、ガラス基板、シリコン基板、および酸化マグネシウムなどの非金属の基板、金、白金、およびステンレス鋼などの金属の基板、ニッケル酸ランタンやルテニウム酸ストロンチウムなどのペロブスカイト、当該非金属の基板の表面に上記金属を成膜してなる基板、および、ドープされたチタン酸ストロンチウムなどの単結晶の層、が含まれる。上記基材は、上記圧電体の製造条件や上記基層との接着性、基層の所期の構造などの諸条件に応じて適宜に決めることが可能である。   The base layer may be further supported by a base material. A substrate is an object having a surface on which a base layer is to be formed. Examples of such base materials include glass substrates, silicon substrates, and non-metallic substrates such as magnesium oxide, metallic substrates such as gold, platinum, and stainless steel, perovskites such as lanthanum nickelate and strontium ruthenate, A substrate formed by depositing the above metal on the surface of a metal substrate and a single crystal layer such as doped strontium titanate are included. The base material can be appropriately determined according to various conditions such as manufacturing conditions of the piezoelectric body, adhesiveness to the base layer, and desired structure of the base layer.

上記の方法で得られる上記圧電体は、通常、単一組成の膜(単層)として作製され、当該単層の厚さは当該層が成長する過程においても面内秩序性を維持する観点から、500nm以下であることが好ましい。当該単層の厚さは、例えば、上記成膜温度および成膜時間により任意に制御することが可能である。   The piezoelectric body obtained by the above method is usually produced as a single composition film (single layer), and the thickness of the single layer is from the viewpoint of maintaining in-plane ordering even during the growth of the layer. , 500 nm or less is preferable. The thickness of the single layer can be arbitrarily controlled by, for example, the film formation temperature and the film formation time.

上記圧電体の形態は、層に限定されない。より厚い圧電体、あるいはより複雑な形状の圧電体を作製する観点から、上記の製造方法は、上記第一の基層上に作製された第一の圧電体の層の表面に第二の基層をさらに配置する工程と、配置された第二の基層の表面で第二の圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む第二の圧電体の層を上記第二の基層上にさらに形成する工程と、をさらに含むことが好ましい。   The form of the piezoelectric body is not limited to a layer. From the viewpoint of manufacturing a thicker piezoelectric body or a piezoelectric body having a more complicated shape, the above manufacturing method includes the step of providing a second base layer on the surface of the first piezoelectric layer manufactured on the first base layer. Further, a step of arranging, and forming a second piezoelectric body on the surface of the arranged second base layer at 700 ° C. or less, and forming a second piezoelectric layer containing the quasicrystal on the second base layer It is preferable that the method further includes a step of further forming.

ここで、「第一の」とは、上記の単層を作製する際の基層または圧電体を言い、「第二の」とは、既に作製された圧電体の上に新たに作製される基層または圧電体を言う。第二の基層および圧電体は、いずれも、第一の基層および圧電体と同様に作製することが可能である。   Here, “first” refers to a base layer or a piezoelectric body when the above-described single layer is manufactured, and “second” refers to a base layer that is newly manufactured on the already manufactured piezoelectric body. Or a piezoelectric body. Both the second base layer and the piezoelectric body can be produced in the same manner as the first base layer and the piezoelectric body.

このように、基層と圧電体とを繰り返し作製していくことにより、より厚い、あるいはより複雑な形状の圧電体の層を形成することが可能である。たとえば、第一の圧電体の表面の一部または全部に再度、第二の基層として、最低でも第五格子層までの単結晶を調製するか、もしくはLB膜のような規則正しく配列した分子集合体を調製し、その上で第一の圧電体生成と同様の成膜工程による第二の圧電体の調製(積層)し、さらにはこのような積層の繰り返しによって、上記圧電体が積層膜として得られる。   Thus, by repeatedly producing the base layer and the piezoelectric body, it is possible to form a thicker or more complicated piezoelectric body layer. For example, a single crystal up to at least the fifth lattice layer is prepared as a second base layer again on a part or all of the surface of the first piezoelectric body, or an ordered molecular assembly such as an LB film. Then, the second piezoelectric body is prepared (laminated) by the same film forming process as that for generating the first piezoelectric body, and the piezoelectric body is obtained as a laminated film by repeating such lamination. It is done.

基層および圧電体の両方に、無機物または有機物を用いると、通常、基層および圧電体の積層構造を繰り返し単位として有する積層体として、上記圧電体が得られる。基層に無機物を用い、圧電体に有機物を用いると、同様に、基層および圧電体の積層構造を繰り返し単位として有する積層体として、上記圧電体が得られる。基層に有機化合物を用い、圧電体に無機物を用いると、圧電体の成膜工程時またはその後の焼き付け工程(アニール工程)によって基層が燃焼、蒸発などにより除去され、圧電体の積層体として、上記圧電体が得られる。   When an inorganic material or an organic material is used for both the base layer and the piezoelectric body, the piezoelectric body is usually obtained as a multilayer body having a multilayer structure of the base layer and the piezoelectric body as a repeating unit. When an inorganic substance is used for the base layer and an organic substance is used for the piezoelectric body, similarly, the piezoelectric body is obtained as a laminated body having a laminated structure of the base layer and the piezoelectric body as a repeating unit. When an organic compound is used for the base layer and an inorganic substance is used for the piezoelectric body, the base layer is removed by burning, evaporation, etc. during the piezoelectric film forming process or the subsequent baking process (annealing process). A piezoelectric body is obtained.

上記圧電体の製造方法は、圧電体に含まれる準結晶の欠陥除去や均質性向上などの観点から、アニール工程を含むことが好ましいことがある。当該アニール工程におけるアニール温度は、700℃以下であることが好ましい。アニール温度が700℃を超えると、上記の均質性とともに圧電体の圧電性および比帯域が低下することがある。   The method for manufacturing the piezoelectric body may preferably include an annealing step from the viewpoint of removing defects of the quasicrystal contained in the piezoelectric body and improving homogeneity. The annealing temperature in the annealing step is preferably 700 ° C. or lower. When the annealing temperature exceeds 700 ° C., the piezoelectricity and the specific band of the piezoelectric body may be lowered together with the above homogeneity.

上記アニール工程は、有機の基層を燃焼除去する目的でも用いられる。この場合、基層の燃焼を効果的に進めるため、酸化雰囲気にてアニール工程を行ってもよい。   The annealing step is also used for the purpose of burning and removing the organic base layer. In this case, the annealing step may be performed in an oxidizing atmosphere in order to effectively promote the burning of the base layer.

本実施の形態に係る超音波トランスデューサーは、圧電体として、上記の本実施の形態に係る圧電体を有し、その他の部分は、公知の超音波トランスデューサーと同様に構成し得る。   The ultrasonic transducer according to this embodiment has the piezoelectric body according to the above-described embodiment as a piezoelectric body, and the other parts can be configured in the same manner as a known ultrasonic transducer.

たとえば、上記圧電体は、放射する超音波に対して所望のビームフォームを得るべく、公知のMicromachined Ultrasound Transducer(MUT)とすることで複数の圧電素子からなるアレイに加工することができる。当該アレイへの加工は、例えば、上記圧電体の厚さが10μm以上(圧電体が厚膜)の場合では、ダイアモンドカッターなど公知の加工機にて行うことができ、10μm未満(圧電体が薄膜)の場合では、Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)加工によって行うことができる。   For example, the piezoelectric body can be processed into an array of a plurality of piezoelectric elements by using a known Micromachined Ultrasound Transducer (MUT) in order to obtain a desired beam form with respect to radiated ultrasonic waves. For example, when the piezoelectric body has a thickness of 10 μm or more (the piezoelectric body is a thick film), the array can be processed by a known processing machine such as a diamond cutter (less than 10 μm). In the case of), it can be performed by Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) processing.

各圧電素子には、フレキシブルプリント基板(FPC)にて電極が取り付けられ、コンピューターでプログラムした超音波の送受信駆動により、任意のビームフォーミングが可能となる。   An electrode is attached to each piezoelectric element by a flexible printed circuit board (FPC), and arbitrary beam forming is enabled by ultrasonic transmission / reception driving programmed by a computer.

上記超音波トランスデューサーは、音響性能を適宜改良する観点から、上記圧電体以外に、上記FPCおよび電極や、超音波を吸収するバッキング材、超音波の反射を防ぐ音響整合層、さらには超音波ビームを焦点に集めるための音響レンズなどの他の構成をさらに有していてもよい。上記超音波トランスデューサーは、これらの他の構成および上記圧電体を適宜に積層し、層状構成物として構成され得る。   From the viewpoint of appropriately improving acoustic performance, the ultrasonic transducer has the FPC and electrodes, a backing material that absorbs ultrasonic waves, an acoustic matching layer that prevents reflection of ultrasonic waves, and an ultrasonic wave. Other configurations such as an acoustic lens for focusing the beam may also be included. The ultrasonic transducer may be configured as a layered structure by appropriately laminating these other configurations and the piezoelectric body.

さらに、当該超音波トランスデューサーは、水中もしくは含水環境にて用いることができるように、パリレンコーティングなどの防水加工を、例えば音響レンズを接着する前の超音波トランスデューサーの前面に、施してもよい。なお、「パリレン」は、日本パリレン合同会社の登録商標である。   Furthermore, the ultrasonic transducer may be subjected to waterproofing processing such as parylene coating, for example, on the front surface of the ultrasonic transducer before bonding the acoustic lens so that the ultrasonic transducer can be used in an underwater or water-containing environment. . “Parylene” is a registered trademark of Japan Parylene LLC.

本実施の形態に係る超音波撮像装置は、超音波トランスデューサーとして、上記の本実施の形態に係る超音波トランスデューサーを有し、その他の部分は、公知の超音波撮像装置と同様に構成し得る。当該超音波撮像装置は、例えば、医療用超音波診断装置や非破壊超音波検査装置などに好適である。   The ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment includes the ultrasonic transducer according to the present embodiment as an ultrasonic transducer, and other parts are configured in the same manner as a known ultrasonic imaging apparatus. obtain. The ultrasonic imaging apparatus is suitable for, for example, a medical ultrasonic diagnostic apparatus and a nondestructive ultrasonic inspection apparatus.

図1A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1B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。   FIG. 1A is a diagram schematically illustrating the configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment, and FIG. 1B is a block diagram illustrating the electrical configuration of the ultrasonic imaging apparatus.

超音波撮像装置200は、図1A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。   As shown in FIG. 1A, the ultrasonic imaging apparatus 200 is disposed on an apparatus main body 201, an ultrasonic probe 202 connected to the apparatus main body 201 via a cable 203, and the apparatus main body 201. An input unit 204 and a display unit 209.

装置本体201は、図1B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。   As shown in FIG. 1B, the apparatus main body 201 includes a control unit 205 connected to the input unit 204, a transmission unit 206 and a reception unit 207 connected to the control unit 205 and the cable 203, a reception unit 207, and And an image processing unit 208 connected to each of the control units 205. Note that the control unit 205 and the image processing unit 208 are each connected to the display unit 209.

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。   The input unit 204 is a device for inputting data such as a command for instructing start of diagnosis and personal information of a subject, for example, and is, for example, an operation panel or a keyboard provided with a plurality of input switches.

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。   The control unit 205 includes, for example, a microprocessor, a storage element, and peripheral circuits thereof, and includes an ultrasonic probe 202, an input unit 204, a transmission unit 206, a reception unit 207, an image processing unit 208, and a display unit 209. Is a circuit that performs overall control of the ultrasonic diagnostic apparatus 200 by controlling according to each function.

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。   For example, the transmission unit 206 transmits a signal from the control unit 205 to the ultrasonic probe 202. For example, the receiving unit 207 receives a signal from the ultrasound probe 202 and outputs the signal to the control unit 205 or the image processing unit 208.

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Digital Signal Processor(DSP)、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。   The image processing unit 208 is, for example, a circuit that forms an image (ultrasonic image) representing an internal state in the subject based on a signal received by the receiving unit 207 under the control of the control unit 205. For example, the image processing unit 208 includes a digital signal processor (DSP) that generates an ultrasonic image of a subject, and a digital-analog conversion circuit (DAC circuit) that converts a signal processed by the DSP from a digital signal to an analog signal. ) Etc.

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ディスプレイや液晶ディスプレイ(LCD)、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。   The display unit 209 is a device for displaying an ultrasonic image of the subject generated by the image processing unit 208 according to the control of the control unit 205, for example. The display unit 209 is, for example, a display device such as a CRT display, a liquid crystal display (LCD), an organic EL display, or a plasma display, or a printing device such as a printer.

図2は、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2に示されるように、超音波トランスデューサー100と、超音波トランスデューサー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、超音波トランスデューサー100を保持している。超音波トランスデューサー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2中、超音波トランスデューサー100の構成の一部は、省略されている。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic probe 202. As shown in FIG. 2, the ultrasonic probe 202 includes an ultrasonic transducer 100 and a holder 210 that houses the ultrasonic transducer 100. The holder 210 holds the ultrasonic transducer 100 so that the acoustic lens 170 is exposed on the surface of the ultrasonic probe 202. The FPC 120 of the ultrasonic transducer 100 is connected to a connector 211 disposed at the tip of the cable 203. In FIG. 2, a part of the configuration of the ultrasonic transducer 100 is omitted.

図3は、超音波トランスデューサー100の構成を模式的に示すための図である。超音波トランスデューサー100は、バッキング層110、フレキシブルプリント基板(FPC)120、圧電体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。   FIG. 3 is a diagram for schematically showing the configuration of the ultrasonic transducer 100. The ultrasonic transducer 100 includes a backing layer 110, a flexible printed circuit board (FPC) 120, a piezoelectric body 130, grooves 140 and 141, a filler 150, an acoustic matching layer 160, an acoustic lens 170, and an adhesive layer 180.

バッキング層110は、圧電体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、圧電体130における被検体、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。   The backing layer 110 is an ultrasonic absorber that supports the piezoelectric body 130 and can absorb unnecessary ultrasonic waves. That is, the backing layer 110 is mounted on the surface (back surface) opposite to the direction in which ultrasonic waves are transmitted to and received from the subject in the piezoelectric body 130, for example, a living body, and absorbs ultrasonic waves generated on the opposite side of the direction of the subject. .

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、圧電体130の平面形状や超音波トランスデューサー100、これを含む超音波探触子200などの形状に応じて、適宜に決めることができる。   Examples of the material of the backing layer 110 include a natural rubber, an epoxy resin, a thermoplastic resin, and a resin-based composite material obtained by press-molding a mixture of at least one of these materials and a powder of tungsten oxide, titanium oxide, ferrite, or the like. , Is included. Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride, polyvinyl butyral, ABS resin, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polyacetal, polyethylene terephthalate, fluororesin, polyethylene glycol, and polyethylene terephthalate-polyethylene glycol copolymer. included. Of these, resin-based composite materials, particularly rubber-based composite materials or epoxy resin-based composite materials are preferable. The shape of the backing layer 110 can be appropriately determined according to the planar shape of the piezoelectric body 130, the shape of the ultrasonic transducer 100, the ultrasonic probe 200 including the same, and the like.

FPC120は、例えば、圧電体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。   The FPC 120 includes, for example, a wiring having a pattern corresponding to a piezoelectric element described later, which is connected to a pair of electrodes for the piezoelectric body 130. For example, the FPC 120 includes a signal lead-out wiring that becomes one electrode and a ground lead-out wiring connected to the other electrode (not shown). The FPC 120 may be a commercially available product as long as it has the appropriate pattern described above.

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。   Examples of the material of the electrode include gold, platinum, silver, palladium, copper, aluminum, nickel, tin, and alloys containing these metal elements. For example, for the electrode, first, a base metal such as titanium or chromium is formed to a thickness of 0.002 to 1.0 μm by sputtering, and then the material is further partially coated with an insulating material as necessary. Further, it is produced by forming the film to a thickness of 0.02 to 10 μm by a sputtering method, a vapor deposition method or other suitable methods. The electrode can also be produced by forming a layer of the conductive paste by screen printing, dipping, or thermal spraying from a conductive paste in which a fine metal powder and low-melting glass are mixed.

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。   The backing layer 110 and the FPC 120 can be bonded with, for example, an adhesive (for example, an epoxy-based adhesive) that is usually used in the technical field.

圧電体130は、前述した本実施の形態に係る圧電体であり、準結晶を含む。たとえば、圧電体130は、前述した積層構造からなり、圧電体130の厚さは、例えば0.05〜0.4mmである。圧電体130は、FPC120に、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。   The piezoelectric body 130 is the piezoelectric body according to the present embodiment described above, and includes a quasicrystal. For example, the piezoelectric body 130 has the laminated structure described above, and the thickness of the piezoelectric body 130 is, for example, 0.05 to 0.4 mm. The piezoelectric body 130 is bonded to the FPC 120 with, for example, a conductive adhesive. The said electrically conductive adhesive is an adhesive agent containing electroconductive materials, such as silver powder, copper powder, and carbon fiber, for example.

溝140は、圧電体130の表面からバッキング層110に至る深さを有し、溝141は、圧電体130の表面から圧電体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。   The groove 140 has a depth from the surface of the piezoelectric body 130 to the backing layer 110, and the groove 141 has a depth from the surface of the piezoelectric body 130 into the piezoelectric body 130. The groove 140 defines a main element of the piezoelectric element, and the groove 141 defines three subelements arranged in parallel in one main element. Each of the grooves 140 and 141 is formed by, for example, grooving with a dicing saw, and the width thereof is, for example, 15 to 30 μm.

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。   The pitch in the main element (distance between the centers of the grooves 140) is, for example, 0.15 to 0.30 mm, and the pitch in the sub element (distance between the centers of adjacent grooves (grooves 141 or 140)) is For example, it is 0.05-0.15 mm.

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、圧電体130と音響整合層160との間にも介在しているが、図3ではその存在を強調しており、圧電体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。   Filler 150 fills grooves 140 and 141. Further, the filler 150 is also interposed between the piezoelectric body 130 and the acoustic matching layer 160, but the presence thereof is emphasized in FIG. 3, and between the piezoelectric body 130 and the acoustic matching layer 160, Actually, it exists in a thickness that functions as an adhesive for bonding the two.

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。   Examples of the material of the filler 150 include epoxy resin, silicone resin, polyethylene, polyurethane, natural rubber, and mixtures thereof. The said epoxy resin is comprised as hardened | cured material of the prepolymer composition containing the prepolymer of an epoxy resin, and the hardening | curing agent for forming a crosslinked network between the said prepolymers, for example.

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。   Examples of the prepolymer include phenol resins such as phenol novolak resin, cresol novolak resin, phenol aralkyl (including phenylene and biphenylene skeleton) resin, naphthol aralkyl resin, triphenolmethane resin, and dicyclopentadiene type phenol resin. .

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。   Examples of the curing agent include amine-based curing agents, and examples of the amine-based curing agent include ethylenediamine, triethylenediamine, hexamethylenediamine, 2,4-diamino-6- [2′-methylimidazolyl- (1 ′)] Triazine compounds such as ethyl-s-triazine, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7 (DBU), triethylenediamine, benzyldimethylamine, and triethanolamine.

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。   The filler 150 may further contain elastic resin particles. The elastic resin particles preferably have a reactive functional group on the surface thereof from the viewpoint of enhancing the durability of the filler 150. The reactive functional group may be a group having reactivity between reactive functional groups, or may be a group having reactivity to a specific molecular structure in the epoxy resin. Examples of the elastic resin particles include modified silicone rubber particles. Examples of the modified silicone rubber particles include particles having a silicone elastomer particle, a shell (eg, polysiloxane) covering the particle, and a reactive functional group disposed on the surface of the shell. .

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。   The content of the elastic resin particles in the prepolymer composition is appropriately determined according to the kind of the prepolymer and the curing agent, the expected volume elastic modulus of the epoxy resin, and the like. For example, if it is a modified silicone rubber particle The content of the prepolymer and the curing agent is 8 to 35% by mass.

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。   The filler 150 can be made from, for example, a commercially available resin composition containing the prepolymer, a curing agent, and elastic resin particles. Examples of the commercially available products include ALBIDUR EP2240A and ALBIDUR EP5340 (both manufactured by Evonik).

音響整合層160は、圧電体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、圧電体130と音響レンズ170との概ね中間の音響インピーダンスZa(×10kg/(m秒))を有し、圧電体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。 The acoustic matching layer 160 is a layer for matching the acoustic characteristics of the piezoelectric body 130 and an acoustic lens 170 described later. The acoustic matching layer 160 has an acoustic impedance Za (× 10 6 kg / (m 2 seconds)) approximately between the piezoelectric body 130 and the acoustic lens 170, and is located on the subject side (surface side) of the piezoelectric body 130. For example, it arrange | positions via the above-mentioned other electrode.

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。   The acoustic matching layer 160 may be a single layer or a stacked layer, but from the viewpoint of adjusting acoustic characteristics, the acoustic matching layer 160 is preferably a stacked body of a plurality of layers having different acoustic impedances, for example, two or more layers, more preferably four or more layers. is there. The thickness of the acoustic matching layer 160 is preferably λ / 4. λ is the wavelength of the ultrasonic wave. The acoustic matching layer 160 can be made of various materials, for example. The Za of the acoustic matching layer 160 is preferably set so as to approach the acoustic lens Za stepwise or continuously toward the acoustic lens. For example, the kind and content of the additive added to the material It is possible to adjust by.

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。   Examples of the material include aluminum, aluminum alloy (for example, Al—Mg alloy), magnesium alloy, macor glass, glass, fused quartz, copper graphite, and resin. Examples of the resin include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, ABS resin, AAS resin, AES resin, nylon such as nylon 6 and nylon 66, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polyether ether ketone, polyamideimide, polyethylene terephthalate. , Epoxy resins and urethane resins. Examples of the additive include zinc white, titanium oxide, silica and alumina, bengara, ferrite, tungsten oxide, yttrium oxide, barium sulfate, tungsten, molybdenum, glass fiber, and silicone particles.

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。   From the viewpoint of adjusting Za of the acoustic matching layer 160, for example, the surface portion of the acoustic matching layer 160 is preferably made of an epoxy resin and contains silicone particles. As will be described later, when silicone, which is a material of the acoustic lens 170, is dispersed in the base material of the acoustic matching layer 160, Za of the acoustic matching layer 160 can be brought close to that of the acoustic lens 170.

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。   Each layer of the acoustic matching layer 160 is bonded with, for example, an adhesive (for example, an epoxy-based adhesive) that is usually used in the technical field.

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。   The acoustic lens 170 is made of, for example, a soft polymer material having an intermediate Za between the subject and the acoustic matching layer 160. Examples of the polymer material include silicone rubber, butadiene rubber, polyurethane rubber, epichlorohydrin rubber, and ethylene-propylene copolymer rubber obtained by copolymerizing ethylene and propylene. Among these, the polymer material is preferably made of silicone rubber and butadiene rubber.

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。   Examples of the silicone rubber include silicone rubber and fluorine silicone rubber. In particular, silicone rubber is preferable from the viewpoint of the characteristics of the acoustic lens. The silicone rubber refers to an organopolysiloxane having a molecular skeleton composed of Si—O bonds, and having a plurality of organic groups mainly bonded to the Si atoms. Usually, the main component is methylpolysiloxane, and the whole Of these organic groups, 90% or more are methyl groups. In the silicone rubber, at least a part of the methyl group of the methylpolysiloxane may be replaced with a hydrogen atom, a phenyl group, a vinyl group, or an allyl group.

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。   The silicone rubber can be obtained, for example, by kneading a curing agent (vulcanizing agent) such as benzoyl peroxide in an organopolysiloxane having a high degree of polymerization, followed by heat vulcanization and curing. Depending on the purpose of adjusting the speed of sound and adjusting the density of the acoustic lens 170, an organic or inorganic filler such as silica or nylon powder, or a vulcanization aid such as sulfur or zinc oxide may be further added.

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。   Examples of the butadiene rubber include butadiene rubber, which is a homopolymer of butadiene, and copolymer rubber mainly composed of butadiene and copolymerized with a small amount of styrene or acrylonitrile. In particular, butadiene rubber is preferable from the viewpoint of the characteristics of the acoustic lens. The butadiene rubber refers to a synthetic rubber obtained by polymerization of butadiene having a conjugated double bond. Butadiene rubber can be obtained by polymerizing butadiene having a conjugated double bond alone at the 1,4-position or at the 1,2-position. The butadiene rubber may be further vulcanized with sulfur or the like.

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。   The acoustic lens 170 made of silicone rubber and butadiene rubber can be produced, for example, by mixing silicone rubber and butadiene rubber and curing them. For example, the acoustic lens 170 can be obtained by mixing silicone rubber and butadiene rubber at an appropriate ratio by a kneading roll, adding a vulcanizing agent such as benzoyl peroxide, and then heat-vulcanizing and crosslinking (curing). Can do.

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。   In the above case, it is preferable to further add zinc oxide as a vulcanization aid. Zinc oxide can accelerate vulcanization and shorten the vulcanization time without substantially impairing the lens characteristics of the acoustic lens 170. In addition, other additives may be added as long as the characteristics of the colorant and the acoustic lens are not impaired. The mixing ratio of the silicone rubber and the butadiene rubber can be set as appropriate. For example, the Za of the acoustic lens 170 is approximated to that of the subject, the sound speed in the acoustic lens 170 is smaller than that of the subject, and the attenuation of Za of the acoustic lens 170 is set to be smaller. Is preferred. From such a viewpoint, the mixing ratio of the silicone rubber and the butadiene rubber is preferably 1: 1.

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。   The adhesive layer 180 is a silicone adhesive layer. As described above, the acoustic lens 170 often includes silicone rubber. For this reason, it is preferable to configure the adhesive layer 180 with the silicone-based adhesive from the viewpoint of improving the adhesiveness between the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170.

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。   The silicone-based adhesive is a curable compound or composition containing silicone as a base material. The silicone-based adhesive includes an additive for increasing the affinity for both the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170, an additive for matching the acoustic characteristics of both the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170, and the like. These various additives may be further contained.

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。 The silicone-based adhesive may be a liquid rubber (RTV rubber) that cures at room temperature, or a liquid rubber that cures by heating. The silicone adhesive may be a one-pack type or a two-pack type. Examples of the silicone-based adhesive include KE-441, KE-445, KE-471W, KE-1600, KE-1604, KE-1884, KE-1885, KE-1886, KE-4895, KE-4896, KE-4897, KE-4898 (all manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), TN3005, TN3305, TN3705, TSE3976-B, ECS0600, and ECS0601 (all manufactured by Momentive Performance Materials Japan GK) Is included.

音響整合層160に対する音響レンズ170の接着力は、超音波トランスデューサー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トランスデューサー100であれば、当該接着力は0.5N/cm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く、超音波トランスデューサー100が所期の音響特性を発現する観点から、接着剤層180が所期の接着力を発現する範囲において、薄いほど好ましい。 The adhesive force of the acoustic lens 170 to the acoustic matching layer 160 is determined according to the use of the ultrasonic transducer 100. For example, in the case of the ultrasonic transducer 100 for an ultrasonic diagnostic apparatus, the adhesive force is 0.5N. / Cm 2 or more is preferable. From the viewpoint of expressing the adhesive force, the thickness of the adhesive layer 180 is preferably 0.5 μm or more, for example, and the ultrasonic transducer 100 is bonded from the viewpoint of expressing desired acoustic characteristics. It is preferable that the agent layer 180 is as thin as possible in the range in which the desired adhesive force is expressed.

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。 The density of the adhesive layer 180 is preferably 1 g / cm 3 or more from the viewpoint of suppressing the reflection of ultrasonic waves at the adhesive layer 180. The density of the adhesive layer 180 can be determined by, for example, the Archimedes method, and is adjusted by, for example, the type of the silicone-based adhesive, the mixing of the filler into the silicone-based adhesive, the content of the filler, and the like. Is possible.

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、超音波トランスデューサー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。   The adhesive layer 180 preferably has a Za between the Za of the acoustic matching layer 160 and the Za of the acoustic lens 170 from the viewpoint of the acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100. By using a material having the same acoustic impedance as the Za of the acoustic matching layer 160 or the Za of the acoustic lens 170 as a part or all of the material of the adhesive layer 180, the Za of the acoustic matching layer 160 or the Za of the acoustic lens 170 It is possible to reduce the gap between the adhesive layer 180 and Za.

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。   The Za of the adhesive layer 180 may not be between the Za of the acoustic matching layer 160 and the Za of the acoustic lens 170. For example, the Za of the acoustic matching layer 160 may be 2.0 MRayls or less, the Za of the acoustic lens 170 may be 1.3 to 1.5 MRayls, and the Za of the adhesive layer 180 is 1.28 MRayls or less. It may be. Note that Za of the acoustic matching layer 160 is Za of the surface portion of the acoustic matching layer 160 (the surface forming the interface with the adhesive layer 180 in the acoustic matching layer 160 or a portion including the same).

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。   The absolute value of the difference between the Za of the acoustic matching layer 160 and the Za of the adhesive layer 180 may be 0.6 MRayls or more, and the difference between the Za of the acoustic lens 170 and the Za of the adhesive layer 180 may be The absolute value may be greater than or equal to 0.1 MRayls.

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。   Further, the sound velocity in the adhesive layer 180 may be 1000 m / second or less. The speed of sound in the adhesive layer 180 can be calculated from, for example, the time that a sound transmitted through a separately prepared test piece passes through the test piece, and can be calculated from the time. It is possible to adjust according to the kind, the mixing of the filler into the silicone-based adhesive, the content of the filler, and the like.

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)を表し、ρは、当該部材、層の密度(×10kg/m)を表し、Cは、音速(×10m/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
The Za of each of the acoustic matching layer 160, the acoustic lens 170, and the adhesive layer 180 is the acoustic velocity of the ultrasonic wave in the acoustic matching layer 160, the acoustic lens 170, or the adhesive layer 180 at 25 ° C. From the density of the lens 170 or the adhesive layer 180, it is obtained from the following formula. In the following formula, Za represents acoustic impedance (MRayls), ρ represents the density of the member or layer (× 10 3 kg / m 3 ), and C represents the speed of sound (× 10 3 m / sec). . The speed of sound of the ultrasonic waves is measured according to JISZ2353: 2003, for example, using a single-around sound speed measuring device manufactured by Ultrasonic Industry Co., Ltd.
Za = ρC

なお、超音波トランスデューサー100は、超音波トランスデューサー100における音響レンズ170以外の部分を封止する保護層を含んでいてもよい。当該保護層は、例えば、超音波トランスデューサー100における音響整合層160およびそれよりも圧電体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。当該保護層は、例えば、前述したパリレンコーティングにより作製される。   Note that the ultrasonic transducer 100 may include a protective layer that seals portions other than the acoustic lens 170 in the ultrasonic transducer 100. The protective layer is, for example, a layer that integrally covers the acoustic matching layer 160 and the structure closer to the piezoelectric body 130 in the ultrasonic transducer 100. This is a layer for protecting the structure. The protective layer is preferably made of a material having physical and chemical stability. For example, the protective layer is made of a physically and chemically relatively stable resin such as an epoxy resin or polyparaxylylene. Can be done. The said protective layer is produced by the parylene coating mentioned above, for example.

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、超音波トランスデューサー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、超音波トランスデューサー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。   The thickness of the protective layer can be appropriately determined as long as the desired function is exhibited and the desired acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100 can be exhibited. The thickness of the protective layer is 2 to 4 μm, for example. With this thickness, even if the acoustic impedance of the protective layer is higher than that of the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170, the desired acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100 can be sufficiently exhibited. It is.

超音波トランスデューサー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。この場合、接着剤層180の厚さと上記保護層の厚さとの総和が、超音波トランスデューサー100の所期の音響特性を実現する観点から、可能な限りで十分に薄いことが好ましい。   When the ultrasonic transducer 100 has the protective layer, the acoustic lens 170 is bonded to the protective layer via an adhesive layer 180. In this case, it is preferable that the total sum of the thickness of the adhesive layer 180 and the thickness of the protective layer is sufficiently thin as much as possible from the viewpoint of realizing the desired acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100.

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。   In the ultrasonic imaging apparatus 200, the control unit 205 receives a signal from the input unit 204 and outputs a signal for transmitting an ultrasonic wave (first ultrasonic signal) to a subject such as a living body to the transmission unit 206. The receiving unit 207 receives an electrical signal corresponding to the ultrasonic wave (second ultrasonic signal) coming from within the subject based on the first ultrasonic signal.

超音波探触子202の超音波トランスデューサーには、超音波トランスデューサー100が使用されている。圧電体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、圧電体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、圧電体130によって変換される。圧電体130は、準結晶を含むことから、圧電定数および比帯域の両方が高く、広帯域の超音波測定においても、鋭い主ピークとして超音波成分の検出が可能となる。   The ultrasonic transducer 100 is used as the ultrasonic transducer of the ultrasonic probe 202. When ultrasonic waves are transmitted from the piezoelectric body 130, the ultrasonic waves are transmitted through the acoustic matching layer 160, the adhesive layer 180, and the acoustic lens 170, and are transmitted to a subject such as a human body. Then, the light is reflected within the subject, travels through the acoustic lens 170, the adhesive layer 180, and the acoustic matching layer 160 and is received by the piezoelectric body 130. For example, the received ultrasonic wave is converted by the piezoelectric body 130 into an electrical signal corresponding to the amplitude and frequency band. Since the piezoelectric body 130 includes a quasicrystal, both the piezoelectric constant and the specific band are high, and an ultrasonic component can be detected as a sharp main peak even in a broadband ultrasonic measurement.

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。   The electric signal received by the receiving unit 207 is sent to the image processing unit 208 and processed into an image signal corresponding to the electric signal. The image signal is sent to the display unit 209, and an image corresponding to the image signal is displayed on the display unit 209. The display unit 209 is also configured to display images and operations in accordance with the information input from the input unit 204 and sent via the control unit 205 (display of characters, movement and enlargement of displayed images, etc.). Is also displayed.

超音波撮像装置200では、前述したように、広帯域の超音波測定においても、鋭い主ピークとして超音波成分の電気信号が検出される。このため、超音波撮像装置200は、圧電体に準結晶を含まない従来の超音波撮像装置に比べて、より高い空間分解能を得ることができ、よって、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。   As described above, the ultrasonic imaging apparatus 200 detects an electrical signal of an ultrasonic component as a sharp main peak even in a broadband ultrasonic measurement. Therefore, the ultrasonic imaging apparatus 200 can obtain a higher spatial resolution than the conventional ultrasonic imaging apparatus that does not include a quasicrystal in the piezoelectric body, and thus the measurement result is more accurate and more reliable. Can be obtained.

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。   The ultrasonic imaging apparatus 200 is applied to a medical ultrasonic diagnostic apparatus. In addition to this, the ultrasonic imaging apparatus 200 can be applied to an apparatus that displays an ultrasonic search result as an image or a numerical value, such as a fish finder (sonar) or a flaw detector for nondestructive inspection.

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る圧電体は、その準結晶を含有する。このように、本実施の形態に係る、準結晶構造を備える圧電体によれば、圧電定数および比帯域の両方が高く、かつ安定して生産可能な圧電体を提供することができる。   As is clear from the above description, the piezoelectric body according to the present embodiment contains the quasicrystal. As described above, according to the piezoelectric body having the quasicrystal structure according to the present embodiment, it is possible to provide a piezoelectric body that has both a high piezoelectric constant and a high specific band and can be stably produced.

上記準結晶が電子線回折における5、8、10および12回の回転対称性の一以上を有することは、圧電体の圧電性および比帯域の両方を高める観点からより一層効果的である。   It is even more effective from the viewpoint of improving both the piezoelectricity and the specific band of the piezoelectric body that the quasicrystal has one or more of 5, 8, 10 and 12 times of rotational symmetry in electron diffraction.

また、上記圧電体において、上記準結晶の含有量が30質量%以上であることは、製造条件における制御を可能とする観点や、圧電性および比帯域の両方を高める観点などからより一層効果的である。   In the piezoelectric body, the content of the quasicrystal of 30% by mass or more is more effective from the viewpoint of enabling control under manufacturing conditions and the viewpoint of increasing both piezoelectricity and specific bandwidth. It is.

また、上記圧電体が無機圧電体を含むことは、超音波探触子の感度を高めることの、つまりより深部の診断画像を得る観点からより一層効果的であり、上記圧電体が有機圧電体を含むことは、超音波探触子の比帯域を高めることの、つまりより高い空間分解能を有する画像を得る観点からより一層効果的である。   In addition, the fact that the piezoelectric body includes an inorganic piezoelectric body is more effective from the viewpoint of enhancing the sensitivity of the ultrasonic probe, that is, obtaining a deeper diagnostic image, and the piezoelectric body is an organic piezoelectric body. It is even more effective from the viewpoint of increasing the specific band of the ultrasonic probe, that is, obtaining an image having higher spatial resolution.

また、上記圧電体が、上記圧電体に接する、上記圧電体の結晶構造を制御するための基層をさらに含むことは、準結晶の構造や含有量などを適宜に調整する観点からより一層効果的である。   In addition, it is more effective from the viewpoint of appropriately adjusting the structure and content of the quasicrystal that the piezoelectric body further includes a base layer for controlling the crystal structure of the piezoelectric body in contact with the piezoelectric body. It is.

また、上記圧電体の製造方法は、圧電体の結晶構造を制御するための基層の表面で圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む圧電体の層を形成する成膜工程を含む。よって、当該製造方法によれば、圧電定数および比帯域が高く、かつ安定して生産可能な圧電体を提供することができる。   Further, in the method for manufacturing the piezoelectric body, the piezoelectric body is formed on the surface of the base layer for controlling the crystal structure of the piezoelectric body at a temperature of 700 ° C. or less to form a piezoelectric layer including the quasicrystal. Process. Therefore, according to the manufacturing method, it is possible to provide a piezoelectric body that has a high piezoelectric constant and a specific band and can be stably produced.

また、上記圧電体が無機の圧電体を含み、上記成膜工程において、250〜700℃で上記圧電体を成膜させることは、圧電定数と比帯域との両方が高められた無機の圧電体を得る観点からより一層効果的である。   In addition, the piezoelectric body includes an inorganic piezoelectric body, and in the film forming step, forming the piezoelectric body at 250 to 700 ° C. is an inorganic piezoelectric body in which both the piezoelectric constant and the specific band are increased. From the viewpoint of obtaining

また、上記圧電体が有機の圧電体を含み、上記成膜工程において、−50〜300℃で上記圧電体を成膜させることは、圧電定数と比帯域との両方が高められた有機の圧電体を得る観点からより一層効果的である。   In addition, the piezoelectric body includes an organic piezoelectric body, and in the film forming step, forming the piezoelectric body at −50 to 300 ° C. is an organic piezoelectric having both a piezoelectric constant and a specific band increased. It is even more effective from the viewpoint of obtaining the body.

また、上記基層の表面が単結晶で構成されていることは、超音波探触子の感度を高めることの、つまりより深部の診断画像を得る観点からより一層効果的であり、上記基層の表面が配列した両親媒性分子によって構成されていることは、超音波探触子の比帯域を高めることの、つまりより高い空間分解能を有する画像を得る観点からより一層効果的である。   In addition, the fact that the surface of the base layer is composed of a single crystal is more effective from the viewpoint of increasing the sensitivity of the ultrasonic probe, that is, obtaining a deeper diagnostic image. It is more effective from the viewpoint of increasing the specific band of the ultrasonic probe, that is, obtaining an image having higher spatial resolution.

また、上記製造方法が、上記圧電体の層の表面に上記基層をさらに配置する工程と、配置された基層の表面で上記圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む圧電体の層を上記基層上にさらに形成する工程と、をさらに含むことは、より厚い圧電体または所期の形状を有する圧電体を作製する観点からより一層効果的である。   The manufacturing method further includes the step of disposing the base layer on the surface of the piezoelectric layer, and forming the piezoelectric body on the surface of the disposed base layer at a temperature of 700 ° C. or less, and including the quasicrystal. Further including the step of further forming a body layer on the base layer is more effective from the viewpoint of producing a thicker piezoelectric body or a piezoelectric body having an intended shape.

また、上記基層が有機化合物で構成されていることは、厚手または所期の形状の無機の圧電体を作製する観点からより一層効果的である。   In addition, it is more effective that the base layer is made of an organic compound from the viewpoint of manufacturing a thick or desired-shaped inorganic piezoelectric body.

また、本実施の形態に係る超音波トランスデューサーは、上記の圧電体を有し、本実施の形態に係る超音波撮像装置は、上記の超音波トランスデューサーを有する。よって、超音波の送受信による撮像において高い空間分解能が得られ、超音波診断装置のような撮影した画像を測定に供する場合では、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。   Moreover, the ultrasonic transducer according to the present embodiment has the above-described piezoelectric body, and the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment has the above-described ultrasonic transducer. Therefore, high spatial resolution can be obtained in imaging by transmission / reception of ultrasonic waves, and in the case where a captured image such as an ultrasonic diagnostic apparatus is used for measurement, a measurement result with higher accuracy and higher reliability 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]
シリコン単結晶基板(厚み0.635mm)上に白金をラジオ周波数(RF)スパッタし、結晶方位が(111)、厚みが260nmの白金薄膜を得た。この白金薄膜を超高真空中にてArイオン反応性エッチングし、4°にミスカットされている清浄な4°ミスカット白金層(以下、「4°ミスカットPt(111)」と記載)を有する基板を得た。
[Example 1]
Radio frequency (RF) sputtering of platinum on a silicon single crystal substrate (thickness: 0.635 mm) gave a platinum thin film having a crystal orientation of (111) and a thickness of 260 nm. This platinum thin film was subjected to Ar ion reactive etching in an ultrahigh vacuum, and a clean 4 ° miscut platinum layer (hereinafter referred to as “4 ° miscut Pt (111)”) miscut at 4 ° was formed. A substrate having was obtained.

この基板上に、RFスパッタ装置を用い、チタン酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛との混合ペレットをターゲットとして、基板温度260℃、気相圧力10Pa、RF出力90W、酸素流量10mL/分、Ar流量30mL/分の条件下で960秒間成膜し、400nmのマグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛との固溶体(PMN−PT)の薄膜を得た。   On this substrate, an RF sputtering apparatus is used and a mixed pellet of lead titanate and lead magnesium niobate is used as a target. The substrate temperature is 260 ° C., the gas phase pressure is 10 Pa, the RF output is 90 W, the oxygen flow rate is 10 mL / min, and the Ar flow rate is 30 mL. The film was formed for 960 seconds under the conditions of / min. To obtain a 400 nm solid solution (PMN-PT) thin film of lead magnesium niobate and lead titanate.

この薄膜をSTNで分析したところ、視野内にペンローズパターンと、そうでない格子点と、が観測され、前者に相当するPMN−PTは、全体の56質量%を占めていた。低エネルギー電子線回折像で同薄膜を分析したところ、12回の回転対称像が観測された。   When this thin film was analyzed by STN, a Penrose pattern and a lattice point other than that were observed in the visual field, and PMN-PT corresponding to the former accounted for 56% by mass of the whole. When the thin film was analyzed with a low-energy electron beam diffraction image, 12 rotationally symmetric images were observed.

この薄膜に白金電極を成膜し、得られた白金/PMN−PT/4°ミスカットPt(111)/シリコンの積層体を短冊状に切り出して、当該積層体の短冊(幅4mm×長さ20mm)を作製した。そして、レーザー変位測定装置を用いて当該短冊のd31圧電定数と比帯域とを測定したところ、それぞれ、d31圧電定数は−5600pm/Vであり、比帯域は116%であった。 A platinum electrode was formed on this thin film, and the resulting platinum / PMN-PT / 4 ° miscut Pt (111) / silicon laminate was cut into strips and strips of the laminate (width 4 mm × length). 20 mm). Then, when the d 31 piezoelectric constant and the specific band of the strip were measured using a laser displacement measuring device, the d 31 piezoelectric constant was −5600 pm / V and the specific band was 116%.

また、上記積層体を公知のマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)にて加工し、直径42μmの円形ダイアフラムの192セルから成る超音波トランスデューサーを作製し、当該超音波トランスデューサーをプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて25MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、45mmの深度において60μmの空間分解能が得られた。   The laminate is processed by a known microelectromechanical system (MEMS) to produce an ultrasonic transducer composed of 192 cells of a circular diaphragm having a diameter of 42 μm, and an ultrasonic imaging having the ultrasonic transducer as a probe. Configured the device. When the phantom was observed at a transmission frequency of 25 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 60 μm was obtained at a depth of 45 mm.

[実施例2]
Nbをドープした結晶方位が(100)のチタン酸ストロンチウム単結晶の層(縦4mm×横4mm×厚み0.3mm、以下、「STO」と記載)の清浄表面に、酸化鉛、チタンテトライソプロポキサイド、ジルコニウムテトラノルマルプロポキサイドおよび2−メトキシエタノールの混合物から得られたジルコン酸鉛−チタン酸鉛固溶体(PZT)の前駆溶液をスピンコートし、180℃で30分間、410℃で14分間、さらに680℃にて3分間加熱して、上記単結晶の清浄表面にPZT層を作製した。
[Example 2]
On the clean surface of a layer of strontium titanate single crystal having a crystal orientation of (100) doped with Nb (length 4 mm × width 4 mm × thickness 0.3 mm, hereinafter referred to as “STO”), lead oxide, titanium tetraisopropoxy A precursor solution of lead zirconate-lead titanate solid solution (PZT) obtained from a mixture of side, zirconium tetranormal propoxide and 2-methoxyethanol was spin-coated, 30 minutes at 180 ° C., 14 minutes at 410 ° C., Furthermore, it heated at 680 degreeC for 3 minute (s), and produced the PZT layer on the clean surface of the said single crystal.

得られたPZT層をSTNで分析したところ、視野内に、5角形と6角形を最密充填したパターンと、そうでない不規則な格子点とが観測され、前者に相当するPZTは、全体の34質量%を占めていた。低エネルギー電子線回折像で同PZT層を分析したところ、5回の回転対称像が観測された。   When the obtained PZT layer was analyzed by STN, a pattern in which pentagons and hexagons were closely packed and irregular lattice points were observed in the visual field, and the PZT corresponding to the former was It accounted for 34% by mass. When the PZT layer was analyzed with a low energy electron diffraction image, five rotationally symmetric images were observed.

このPZT/STO積層体のPZT面に金電極を成膜し、得られた金/PZT/STOの積層体を短冊状に切り出して、当該積層体の短冊(4mm×20mm)を作製した。そして、レーザー変位測定装置を用いてこの短冊のd31圧電定数と比帯域とを測定したところ、それぞれ、d31圧電定数は−1032pm/Vであり、比帯域は137%であった。 A gold electrode was formed on the PZT surface of the PZT / STO laminate, and the resulting gold / PZT / STO laminate was cut into a strip to produce a strip (4 mm × 20 mm) of the laminate. Then, by measurement of the d 31 piezoelectric constant and the fractional bandwidth of the strip by using a laser displacement measuring device, respectively, d 31 piezoelectric constant is -1032pm / V, bandwidth ratio was 137%.

また、上記積層体を公知のMEMSにて加工し、直径60μmの円形ダイアフラムの192セルから成る超音波トランスデューサーを作製し、当該超音波トランスデューサーをプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて30MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、60mmの深度において45μmの空間分解能が得られた。   Further, the laminate was processed by a known MEMS to produce an ultrasonic transducer composed of 192 cells of a circular diaphragm having a diameter of 60 μm, and an ultrasonic imaging apparatus having the ultrasonic transducer as a probe was configured. When the phantom was observed at a transmission frequency of 30 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 45 μm was obtained at a depth of 60 mm.

[実施例3]
光学平滑面を有する石英ガラス表面に、オクタデシルスルフォン酸ナトリウムのLB膜を調製した。その表面上で、キシリレンジイソシアネートとp−ジアミノベンゼンとを120℃にて蒸着重付加させ、320nmのポリ尿素膜を成膜した。この膜上に、上記LB膜およびポリ尿素膜の積層を30回繰り返し、全体で厚み10.2μmの積層膜を得た。
[Example 3]
An LB film of sodium octadecyl sulfonate was prepared on a quartz glass surface having an optically smooth surface. On the surface, xylylene diisocyanate and p-diaminobenzene were vapor deposited and added at 120 ° C. to form a 320 nm polyurea film. On this film, the lamination of the LB film and the polyurea film was repeated 30 times to obtain a laminated film having a total thickness of 10.2 μm.

この積層膜をSTNで分析したところ、視野内にペンローズパターンとそうでない不規則な格子点とが観測され、前者に相当するポリ尿素は、全体の94質量%を占めていた。低エネルギー電子線回折像で同積層膜を分析したところ、10回の回転対称像が観測された。   When this laminated film was analyzed by STN, a Penrose pattern and irregular lattice points were observed in the visual field, and polyurea corresponding to the former accounted for 94% by mass of the whole. When the laminated film was analyzed with a low-energy electron diffraction image, ten rotationally symmetric images were observed.

この積層膜を石英ガラスから剥離し、両面に金電極を成膜し、得られた金/当該積層膜/金の積層体を短冊状に切り出して、当該積層体の短冊(4mm×20mm)を作製した。そして、レーザー変位測定装置を用いてこの短冊のd33圧電定数と比帯域とを測定したところ、それぞれ、d33圧電定数は752pm/Vであり、比帯域は520%であった。 This laminated film is peeled off from quartz glass, gold electrodes are formed on both sides, and the obtained gold / the laminated film / gold laminated body is cut into a strip shape to obtain a strip (4 mm × 20 mm) of the laminated body. Produced. Then, when the d 33 piezoelectric constant and the specific band of this strip were measured using a laser displacement measuring device, the d 33 piezoelectric constant was 752 pm / V and the specific band was 520%.

また、上記積層体に公知の機械加工をし、200μm×4mmの短冊状切片が一方向に96セル整列した超音波トランスデューサーを作製し、当該超音波トランスデューサーをプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて35MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、50mmの深度において35μmの空間分解能が得られた。   In addition, an ultrasonic imaging apparatus having a known machine process on the above-mentioned laminate, producing an ultrasonic transducer in which 96 μm × 4 mm strips are aligned in 96 directions in one direction, and having the ultrasonic transducer as a probe is provided. Configured. When the phantom was observed at a transmission frequency of 35 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 35 μm was obtained at a depth of 50 mm.

[実施例4]
光学平滑面を有する石英ガラス表面に、150Aの厚みの金を(001)の配向面にて (以下、「Au(001)」と記載)成膜した。その表面に、n−オクチルチオジカルボン酸、2,6−ジアミノピリジン重縮合物および4−nーオクチル−4’−カルボキシビフェニルから成るポリマー超分子液晶を作製した。このポリマー超分子液晶を−20℃に冷却し、真空チャンバー中にてフッ化ビニリデン(70体積%)、およびクロロトリフロロエチレン(30体積%)の混合ガスが4Paになるよう差動排気しながら、電子線を当該ポリマー超分子液晶に照射し、PVDFの共重合体膜を成膜した。
[Example 4]
On the quartz glass surface having an optical smooth surface, gold having a thickness of 150 A was formed with a (001) orientation plane (hereinafter referred to as “Au (001)”). On its surface, a polymer supramolecular liquid crystal composed of n-octylthiodicarboxylic acid, 2,6-diaminopyridine polycondensate and 4-n-octyl-4′-carboxybiphenyl was prepared. The polymer supramolecular liquid crystal is cooled to −20 ° C., and differential evacuation is performed so that a mixed gas of vinylidene fluoride (70% by volume) and chlorotrifluoroethylene (30% by volume) is 4 Pa in a vacuum chamber. The polymer supramolecular liquid crystal was irradiated with an electron beam to form a PVDF copolymer film.

この共重合体膜をSTNで分析したところ、視野内に主に4〜6角形が最密充填されたパターンとそうでない不規則な格子点とが観測され、前者に相当するPVDFは、全体の32質量%を占めていた。低エネルギー電子線回折像で同共重合体膜を分析したところ、8回の回転対称像が観測された。   When this copolymer film was analyzed by STN, a pattern in which 4 to 6 hexagons were most closely packed in the visual field and irregular lattice points were observed, and PVDF corresponding to the former was It accounted for 32% by mass. When the copolymer film was analyzed with a low-energy electron diffraction image, eight rotationally symmetric images were observed.

この共重合体膜の上記石英ガラスとは反対側の面に金電極を成膜し、得られた金/当該共重合体膜/金の積層体を短冊状に切り出して、当該積層体の短冊(4mm×20mm)を作製した。そして、レーザー変位測定装置を用いてこの短冊のd31圧電定数と比帯域とを測定したところ、それぞれ、d31圧電定数は−480pm/Vであり、比帯域は614%であった。 A gold electrode is formed on the surface of the copolymer film opposite to the quartz glass, and the resulting gold / copolymer film / gold laminate is cut into strips. (4 mm × 20 mm) was produced. When the d 31 piezoelectric constant and the specific band of this strip were measured using a laser displacement measuring device, the d 31 piezoelectric constant was −480 pm / V and the specific band was 614%.

また、得られた石英ガラス基板上の上記共重合体膜を公知のMEMSにて加工し、直径84μmの円形ダイアフラムの192セルから成る超音波トランスデューサーを作製し、当該超音波トランスデューサーを有するプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて25MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、120mmの深度において60μmの空間分解能が得られた。   The obtained copolymer film on the quartz glass substrate is processed by a known MEMS to produce an ultrasonic transducer comprising 192 cells of a circular diaphragm having a diameter of 84 μm, and a probe having the ultrasonic transducer The ultrasonic imaging apparatus is provided. When the phantom was observed at a transmission frequency of 25 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 60 μm was obtained at a depth of 120 mm.

[実施例5]
結晶配向面が(111)である白金を基板として、その表面に超高真空下、マグネトロンスパッタによりチタン酸バリウムを室温にて120nmの厚みで成膜した。得られたチタン酸バリウム膜を977℃にて10秒間、100秒間、1000秒間、および10000秒間でそれぞれアニールした。
[Example 5]
Using platinum having a crystal orientation plane of (111) as a substrate, barium titanate was deposited on the surface with a thickness of 120 nm at room temperature by magnetron sputtering under ultrahigh vacuum. The obtained barium titanate film was annealed at 977 ° C. for 10 seconds, 100 seconds, 1000 seconds, and 10,000 seconds, respectively.

いずれの時間によるアニールで得られたチタン酸バリウム膜は、低エネルギー電子線回折で12回回転対称像を与えた。このように、準結晶の生成が認められた。当該準結晶の割合は、アニール時間に関わらずほぼ一定であり平均的に3.6質量%であった。   The barium titanate film obtained by annealing at any time gave a 12-fold rotational symmetry image by low energy electron diffraction. Thus, the formation of quasicrystals was observed. The proportion of the quasicrystal was almost constant regardless of the annealing time, and was 3.6% by mass on average.

上記準結晶の調製において1000秒間のアニールにより得られたチタン酸バリウム膜のd31圧電定数と比帯域は、レーザー変位測定装置で測定したところ、d31圧電定数は−61pm/Vであり、比帯域は56%であった。 The d 31 piezoelectric constant and the specific band of the barium titanate film obtained by annealing for 1000 seconds in the preparation of the quasicrystal were measured with a laser displacement measuring device, and the d 31 piezoelectric constant was −61 pm / V. The bandwidth was 56%.

また、当該チタン酸バリウム膜を公知のMEMSにて加工し、直径42μmの円形ダイアフラムの192セルから成る超音波トランスデューサーを作製し、当該超音波トランスデューサーを有するプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて25MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、60mmの深度において260μmの空間分解能が得られた。   Further, the barium titanate film is processed by a known MEMS to produce an ultrasonic transducer composed of 192 cells of a circular diaphragm having a diameter of 42 μm, and an ultrasonic imaging apparatus included in a probe having the ultrasonic transducer is configured. did. When the phantom was observed at a transmission frequency of 25 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 260 μm was obtained at a depth of 60 mm.

上記準結晶の調製において、マグネトロンスパッタ温度を850℃に昇温する条件、チタン酸バリウムの他の成膜手段として酸化バリウムとチタンの酸素雰囲気下における分子線エピタキシー、ならびにその後のアニール温度を797℃とする条件などの他の条件を適用したが、その結果、準結晶の生成割合、圧電定数、比帯域、さらには超音波撮像装置としての深度、空間分解能性能は、本実施例における上述の数値とほぼ同じであった。   In the preparation of the quasicrystal, conditions for increasing the magnetron sputtering temperature to 850 ° C., barium titanate as another film forming means, molecular beam epitaxy in an oxygen atmosphere of barium oxide and titanium, and subsequent annealing temperature of 797 ° C. As a result, the quasicrystal generation ratio, the piezoelectric constant, the specific band, the depth as an ultrasonic imaging apparatus, and the spatial resolution performance are the above-described numerical values in this embodiment. It was almost the same.

[比較例1]
アニール工程を省いた以外は実施例5と同様の方法で、チタン酸バリウム薄膜を得た。
[Comparative Example 1]
A barium titanate thin film was obtained in the same manner as in Example 5 except that the annealing step was omitted.

この薄膜の低エネルギー電子線回折は、ペロブスカイト特有の立方晶と正方晶の混在を示し回転対称像を示さなかった。このように、準結晶の生成は認められなかった。   The low-energy electron diffraction of this thin film showed a mixture of cubic and tetragonal crystals peculiar to perovskite and did not show a rotationally symmetric image. Thus, the formation of quasicrystals was not observed.

当該チタン酸バリウム膜のd31圧電定数と比帯域は、レーザー変位測定装置で測定したところ、d31圧電定数は−39pm/Vであり、比帯域は49%であった。 The d 31 piezoelectric constant and the specific band of the barium titanate film were measured with a laser displacement measuring device. As a result, the d 31 piezoelectric constant was −39 pm / V and the specific band was 49%.

当該チタン酸バリウム膜を用いて実施例5と同様の方法で超音波撮像装置を構成し、25MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、60mmの深度では当該ファントムのターゲット画像を取得できず、40mmの深度において630μmの空間分解能が得られた。   Using the barium titanate film, an ultrasonic imaging apparatus was configured in the same manner as in Example 5, and when a phantom was observed at a transmission frequency of 25 MHz, a target image of the phantom could not be obtained at a depth of 60 mm. A spatial resolution of 630 μm was obtained at a depth of 40 mm.

さらに上記アニール工程を省いた以外は実施例5と同様にマグネトロンスパッタ温度の変更や分子線エピタキーによる成膜を適用するなどの他の条件によりチタン酸バリウム薄膜を製造したが、いずれの薄膜においても準結晶の生成は認められず、当該薄膜の圧電定数、比帯域、さらには超音波撮像装置としての深度、空間分解能性能は、本比較例における上述の数値とほぼ同じであった。   In addition, the barium titanate thin film was manufactured under other conditions such as changing the magnetron sputtering temperature and applying film formation by molecular beam epitaxy as in Example 5 except that the annealing step was omitted. Formation of a quasicrystal was not recognized, and the piezoelectric constant, specific band, depth as an ultrasonic imaging device, and spatial resolution performance of the thin film were almost the same as the above-described numerical values in this comparative example.

[比較例2]
実施例1において、ミスカット白金層に代えて、白金の配向面に、当該ミスカットを有さない白金(111)層を用い、RFスパッタによる成膜温度を760℃とした以外は同様の操作にて、PMN−PTを成膜した。得られたPMN−PT膜をSTNでの分析および低エネルギー電子線回折像では、規則性パターンおよび回転対称像は観測されなかった。
[Comparative Example 2]
In Example 1, instead of the miscut platinum layer, a platinum (111) layer having no miscut is used for the platinum orientation surface, and the film formation temperature by RF sputtering is set to 760 ° C. Then, a PMN-PT film was formed. In the analysis of the obtained PMN-PT film by STN and the low energy electron diffraction pattern, a regular pattern and a rotationally symmetric image were not observed.

実施例1と同様にして、上記PMN−PT膜のd31圧電定数と比帯域とをレーザー変位測定装置で測定したところ、それぞれ、d31圧電定数は80pm/Vであり、比帯域は34%であった。また、実施例1と同様にして、上記PMN−PT膜を公知のMEMSにて加工し、直径42μmの円形ダイアフラムの192セルから成る超音波トランスデューサーを作製し、当該超音波トランスデューサーをプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて25 MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、8mmの深度において450μmの空間分解能が得られた。 In the same manner as in Example 1, when the d 31 piezoelectric constant and the specific band of the PMN-PT film were measured with a laser displacement measuring device, the d 31 piezoelectric constant was 80 pm / V and the specific band was 34%. Met. Further, in the same manner as in Example 1, the PMN-PT film was processed by a known MEMS to produce an ultrasonic transducer consisting of 192 cells of a circular diaphragm having a diameter of 42 μm, and the ultrasonic transducer was used as a probe. The ultrasonic imaging apparatus which has is comprised. When the phantom was observed at a transmission frequency of 25 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 450 μm was obtained at a depth of 8 mm.

[比較例3]
光学平滑面を有する石英ガラス表面に、150Åの厚みのAu(001)膜を成膜した。当該Au(001)膜の表面に、実施例4と同様の操作にて、PVDFの共重合体膜を成膜した。この共重合体膜のSTNでの分析および低エネルギー電子線回折像では、規則性パターンおよび回転対称像は観測されなかった。
[Comparative Example 3]
An Au (001) film having a thickness of 150 mm was formed on a quartz glass surface having an optically smooth surface. A PVDF copolymer film was formed on the surface of the Au (001) film in the same manner as in Example 4. In the STN analysis and low-energy electron diffraction image of this copolymer film, neither a regular pattern nor a rotationally symmetric image was observed.

実施例4と同様にして上記共重合体膜のd31圧電定数と比帯域とをレーザー変位測定装置で測定したところ、それぞれ、d31圧電定数は4pm/Vであり、比帯域は46%であった。また、実施例4と同様にして、上記共重合体膜を公知のMEMSにて加工し、直径42μmの円形ダイアフラムの192セルから成る超音波トランスデューサーを作製し、アレイ、当該超音波トランスデューサーをプローブに有する超音波撮像装置を構成した。当該超音波撮像装置を用いて25MHzの送信周波数にてファントムを観測したところ、6mmの深度において360μmの空間分解能が得られた。 When the d 31 piezoelectric constant and the specific band of the copolymer film were measured with a laser displacement measuring device in the same manner as in Example 4, the d 31 piezoelectric constant was 4 pm / V and the specific band was 46%. there were. Further, in the same manner as in Example 4, the copolymer film was processed with a known MEMS to produce an ultrasonic transducer comprising 192 cells of a circular diaphragm having a diameter of 42 μm, and the array and the ultrasonic transducer were An ultrasonic imaging apparatus included in the probe was configured. When the phantom was observed at a transmission frequency of 25 MHz using the ultrasonic imaging apparatus, a spatial resolution of 360 μm was obtained at a depth of 6 mm.

本発明によれば、広帯域かつ高感度な超音波探触子がもたらされ得る。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。   According to the present invention, a broadband and highly sensitive ultrasonic probe can be provided. Therefore, according to the present invention, further spread of the ultrasonic imaging apparatus is expected.

100 超音波トランスデューサー
110 バッキング層
120 フレキシブルプリント基板(FPC)
130 圧電体
140、141 溝
150 充填材
160 音響整合層
170 音響レンズ
180 接着剤層
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
100 Ultrasonic transducer 110 Backing layer 120 Flexible printed circuit board (FPC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 130 Piezoelectric body 140, 141 Groove 150 Filler 160 Acoustic matching layer 170 Acoustic lens 180 Adhesive layer 200 Ultrasonic imaging apparatus 201 Apparatus main body 202 Ultrasonic probe 203 Cable 204 Input part 205 Control part 206 Transmission part 207 Reception part 208 Image processing unit 209 Display unit 210 Holder 211 Connector

Claims (15)

準結晶構造を備える圧電体   Piezoelectric body with quasicrystal structure 前記準結晶は、電子線回折における5、8、10および12回の回転対称性の一以上を有する、請求項1に記載の圧電体。   The piezoelectric body according to claim 1, wherein the quasicrystal has one or more of 5, 8, 10 and 12 times rotational symmetry in electron beam diffraction. 前記準結晶の含有量は、30質量%以上である、請求項1または2に記載の圧電体。   3. The piezoelectric body according to claim 1, wherein a content of the quasicrystal is 30% by mass or more. 無機の圧電体を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧電体。   The piezoelectric body according to claim 1, comprising an inorganic piezoelectric body. 有機の圧電体を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電体。   The piezoelectric body according to any one of claims 1 to 4, comprising an organic piezoelectric body. 前記圧電体に接する、前記圧電体の結晶構造を制御するための基層をさらに含む、請求項5に記載の圧電体。   The piezoelectric body according to claim 5, further comprising a base layer for controlling a crystal structure of the piezoelectric body in contact with the piezoelectric body. 圧電体の結晶構造を制御するための基層の表面で圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む圧電体の層を形成する工程を含む、圧電体の製造方法。   A method for manufacturing a piezoelectric body, comprising: forming a piezoelectric body on a surface of a base layer for controlling a crystal structure of the piezoelectric body at a temperature of 700 ° C. or less to form a piezoelectric layer including the quasicrystal. 前記圧電体は、無機の圧電体を含み、
250〜700℃で前記圧電体を成膜させる、請求項7に記載の圧電体の製造方法。
The piezoelectric body includes an inorganic piezoelectric body,
The method for manufacturing a piezoelectric body according to claim 7, wherein the piezoelectric body is formed at 250 to 700 ° C.
前記圧電体は、有機の圧電体を含み、
−50〜300℃で前記圧電体を成膜させる、請求項7に記載の圧電体の製造方法。
The piezoelectric body includes an organic piezoelectric body,
The method for manufacturing a piezoelectric body according to claim 7, wherein the piezoelectric body is formed at −50 to 300 ° C.
前記基層の表面は、単結晶で構成されている、請求項7〜9のいずれか一項に記載の圧電体の製造方法。   10. The method for manufacturing a piezoelectric body according to claim 7, wherein a surface of the base layer is made of a single crystal. 前記基層の表面は、配列した両親媒性分子によって構成されている、請求項7〜9のいずれか一項に記載の圧電体の製造方法。   The surface of the said base layer is a manufacturing method of the piezoelectric material as described in any one of Claims 7-9 comprised by the arranged amphiphilic molecule | numerator. 前記圧電体の層の表面に前記基層をさらに配置する工程と、
配置された基層の表面で前記圧電体を700℃以下で成膜させて、その準結晶を含む圧電体の層を前記基層上にさらに形成する工程と、
をさらに含む、請求項7〜11のいずれか一項に記載の圧電体の製造方法。
Further disposing the base layer on the surface of the piezoelectric layer;
Forming the piezoelectric body on the surface of the disposed base layer at 700 ° C. or less, and further forming a piezoelectric layer including the quasicrystal on the base layer;
The method for producing a piezoelectric body according to claim 7, further comprising:
前記基層は、有機化合物で構成されている、請求項12に記載の圧電体の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric body according to claim 12, wherein the base layer is made of an organic compound. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の圧電体を有する、超音波トランスデューサー。   The ultrasonic transducer which has the piezoelectric material as described in any one of Claims 1-6. 請求項14に記載の超音波トランスデューサーを有する、超音波撮像装置。
An ultrasonic imaging apparatus comprising the ultrasonic transducer according to claim 14.
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