JP2022131315A - Ultrasonic transducer, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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Yuiko KITAMURA
純一 城野
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Abstract

To provide an ultrasonic transducer having high mechanical strength and excellent directivity.SOLUTION: An ultrasonic transducer comprises: a piezoelectric member including a piezoelectric material; and matching layers arranged on the piezoelectric member. The piezoelectric member includes at least one first groove for dividing the piezoelectric material into a plurality of areas. The first groove of the piezoelectric member is filled with a filling material containing an epoxy resin and an organic filler, and a value at a cumulative percentage of 10% in cumulative particle distribution of the organic filler is equal to or more than 0.9 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波トランスデューサ、超音波プローブ、および超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer, an ultrasonic probe, and an ultrasonic diagnostic apparatus.

超音波診断装置は、超音波プローブを、ヒトやその他の動物等を含む被検査対象に当てるかまたはその内部へ挿入して超音波を照射し、その反射波を受信し、解析することによって診断を行う装置である。当該超音波診断装置によれば、例えば生体の組織の形状や動き等を画像や映像として得ることが可能である。超音波診断装置は、安全性が高いため繰り返して検査を行うことができるという利点を有する。 Ultrasound diagnostic equipment diagnoses by applying ultrasound probes to or inserting an ultrasound probe into an object to be inspected, including humans and other animals, to irradiate ultrasound waves, and receiving and analyzing the reflected waves. It is a device that performs According to the ultrasonic diagnostic apparatus, it is possible to obtain, for example, the shape and movement of tissue of a living body as an image or video. An ultrasonic diagnostic apparatus has the advantage of being able to perform examinations repeatedly because of its high safety.

上記超音波診断装置に使用する超音波プローブは、超音波を送受信するための超音波トランスデューサ等を内蔵する。超音波トランスデューサは、診断装置からの電気信号(送信信号)を受信し、受信した送信信号を超音波信号に変換して送波する。また、被検査対象内で反射された超音波を受波し、これを電気信号(受信信号)に変換して診断装置に送信する。 An ultrasonic probe used in the ultrasonic diagnostic apparatus incorporates an ultrasonic transducer or the like for transmitting and receiving ultrasonic waves. The ultrasonic transducer receives an electrical signal (transmission signal) from the diagnostic apparatus, converts the received transmission signal into an ultrasonic signal, and transmits the ultrasonic signal. Also, it receives the ultrasonic waves reflected in the object to be inspected, converts them into electric signals (received signals), and transmits them to the diagnostic apparatus.

超音波トランスデューサは、信号を超音波に変換したり、受波した超音波を電気信号に変換したりするための圧電材、圧電材と被検査対象との間の音響インピーダンスを整合させるための整合層、超音波を所望の位置に収束させるための音響レンズ等を含む。このような超音波トランスデューサの指向性等を高めるために、圧電材中の圧電材料を複数の領域に分割し、これらの間に充填材を充填すること等が従来行われている。充填材によって、外部からの衝撃による圧電材の破損や、隣接する圧電材間でのクロストークを低減できる。 An ultrasonic transducer consists of a piezoelectric material for converting a signal into an ultrasonic wave or converting a received ultrasonic wave into an electrical signal, and a matching device for matching the acoustic impedance between the piezoelectric material and the object under test. layers, acoustic lenses, etc. to focus the ultrasound waves to the desired location. In order to improve the directivity of such an ultrasonic transducer, conventionally, the piezoelectric material in the piezoelectric material is divided into a plurality of regions, and the spaces between the regions are filled with a filling material. The filler can reduce damage to the piezoelectric material due to external impact and crosstalk between adjacent piezoelectric materials.

例えば特許文献1では、所定の体積弾性率を有するエポキシ樹脂を圧電材料どうしの間に充填することが提案されている。また、特許文献2では、シリコーン樹脂を圧電材料どうしの間に充填することが提案されている。 For example, Patent Literature 1 proposes filling an epoxy resin having a predetermined bulk elastic modulus between piezoelectric materials. In addition, Patent Document 2 proposes filling silicone resin between piezoelectric materials.

特開2016-25611号公報JP 2016-25611 A 特開昭63-164700号公報JP-A-63-164700

本発明者らが検討したところ、特許文献1のように、エポキシ樹脂等の比較的硬い樹脂を圧電材料どうしの間に配置すると、超音波トランスデューサの機械的強度が高まり、外部からの衝撃に対する耐久性が高まる。ただし、超音波トランスデューサの指向性が低下しやすい、という課題があった。一方、特許文献2のように、シリコーン樹脂等、比較的柔らかい樹脂を圧電材料どうしの間に配置すると、超音波トランスデューサの指向性は良好であるものの、超音波トランスデューサの機械的強度を十分に高められない、という課題があった。 As a result of studies by the inventors of the present invention, as in Patent Document 1, placing a relatively hard resin such as epoxy resin between piezoelectric materials enhances the mechanical strength of the ultrasonic transducer and makes it resistant to external impact. sexuality increases. However, there is a problem that the directivity of the ultrasonic transducer tends to decrease. On the other hand, when a relatively soft resin such as silicone resin is placed between piezoelectric materials as in Patent Document 2, the directivity of the ultrasonic transducer is good, but the mechanical strength of the ultrasonic transducer is sufficiently increased. There was a problem that it could not be done.

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものである。本発明は、機械的強度が高く、かつ指向性が良好な超音波トランスデューサや、これを含む超音波プローブ、超音波診断装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer having high mechanical strength and excellent directivity, an ultrasonic probe including the same, and an ultrasonic diagnostic apparatus.

本発明は、以下の超音波トランスデューサを提供する。
圧電材材料を含む圧電材と、前記圧電材上に配置された整合層と、を含む超音波トランスデューサであって、前記圧電材は、前記圧電材料を複数の領域に分割する、少なくとも1つの第1の溝をさらに有し、前記圧電材の前記第1の溝に、エポキシ樹脂および有機フィラーを含む充填材が充填されており、前記有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値が、0.9μm以上である、超音波トランスデューサ。
The present invention provides the following ultrasonic transducer.
1. An ultrasonic transducer comprising: a piezoelectric material comprising a piezoelectric material; and a matching layer disposed on said piezoelectric material, said piezoelectric material dividing said piezoelectric material into at least one region. 1 groove, the first groove of the piezoelectric material is filled with a filler containing an epoxy resin and an organic filler, and the cumulative 10% value of the cumulative particle size distribution of the organic filler is 0 .9 μm or greater, an ultrasonic transducer.

本発明は、上記超音波トランスデューサを含む超音波プローブも提供する。さらに、本発明は、上記超音波プローブを含む超音波診断装置も提供する。 The present invention also provides an ultrasonic probe including the ultrasonic transducer described above. Furthermore, the present invention also provides an ultrasonic diagnostic apparatus including the above ultrasonic probe.

本発明によれば、機械的強度が高く、かつ指向性が良好な超音波トランスデューサや、これを含む超音波プローブ、超音波診断装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic transducer having high mechanical strength and good directivity, an ultrasonic probe including the same, and an ultrasonic diagnostic apparatus.

図1は、本発明の一実施の形態に係る超音波トランスデューサの全体構造の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the overall structure of an ultrasonic transducer according to one embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す超音波トランスデューサの圧電材の構造を説明する平面図である。2 is a plan view for explaining the structure of the piezoelectric material of the ultrasonic transducer shown in FIG. 1. FIG. 図3は、一実施の形態に係る超音波トランスデューサを含む超音波診断装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus including ultrasonic transducers according to one embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1.超音波トランスデューサ
本発明は、後述の超音波プローブを有する超音波診断装置等に使用するための超音波トランスデューサに関する。本発明の超音波トランスデューサは、少なくとも、圧電材と整合層とを有していればよいが、通常、バッキング材や、電気端子取り出し層、音響レンズ等を有する。図1は、本発明の一実施の形態に係る超音波トランスデューサ100の全体構造の一例を示す断面図である。本実施形態の図1に示すように、超音波トランスデューサ100は、バッキング材110と、当該バッキング材110上に配置された電気端子取り出し部(フレキシブルプリント基板)120と、当該電気端子取り出し部120上に配置された圧電材130と、圧電材130上に配置された整合層140と、整合層140上に配置された音響レンズ150と、を少なくとも含む。また、圧電材130は、圧電材料130aと、当該圧電材料130aを複数の領域に分割する、少なくとも1つの第1の溝130bと、を有しており、当該第1の溝130bには、充填材160が充填されている。また、本実施の形態では、整合層140が3層で構成されており、その一部(第1整合層140aおよび第2整合層140b)は、上記第1の溝130bに接続された第2の溝140dを有しており、当該第2の溝140dにも、充填材160が充填されている。また、圧電材130の電気端子取り出し部120側および整合層140側には、それぞれ信号電極170aおよび170bが配置されている。
1. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer for use in an ultrasonic diagnostic apparatus having an ultrasonic probe, which will be described later. The ultrasonic transducer of the present invention may have at least a piezoelectric material and a matching layer, but usually has a backing material, an electrical terminal extracting layer, an acoustic lens, and the like. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the overall structure of an ultrasonic transducer 100 according to one embodiment of the invention. As shown in FIG. 1 of the present embodiment, the ultrasonic transducer 100 includes a backing material 110, an electrical terminal take-out portion (flexible printed circuit board) 120 arranged on the backing material 110, and an electric terminal take-out portion 120. , a matching layer 140 disposed on the piezoelectric material 130 , and an acoustic lens 150 disposed on the matching layer 140 . The piezoelectric material 130 also includes a piezoelectric material 130a and at least one first groove 130b that divides the piezoelectric material 130a into a plurality of regions. Material 160 is filled. Further, in the present embodiment, the matching layer 140 is composed of three layers, part of which (the first matching layer 140a and the second matching layer 140b) is the second layer connected to the first groove 130b. The second groove 140d is also filled with the filler 160. As shown in FIG. Signal electrodes 170a and 170b are arranged on the electrical terminal lead-out portion 120 side and the matching layer 140 side of the piezoelectric material 130, respectively.

前述のように、従来の超音波トランスデューサでは、圧電材において、複数の領域に分割された圧電材料の間に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等を充填することが提案されていた。しかしながら、エポキシ樹脂を充填した場合には、充填材の硬度が高く、超音波を伝達しやすいことから、得られる超音波トランスデューサの指向性が低くなりやすかった。一方、シリコーン樹脂を充填した場合には、充填材の強度が十分でなく、落下等による機械的衝撃を受けた際に容易に変形してしまい、圧電材を十分に保護できない、という課題があった。 As described above, in conventional ultrasonic transducers, it has been proposed to fill the space between piezoelectric materials divided into a plurality of regions with epoxy resin, silicone resin, or the like. However, when the epoxy resin is filled, the hardness of the filler is high and ultrasonic waves are easily transmitted, so the directivity of the obtained ultrasonic transducer tends to be low. On the other hand, when filled with silicone resin, the strength of the filler is not sufficient, and it easily deforms when receiving a mechanical impact such as being dropped, so there is a problem that the piezoelectric material cannot be sufficiently protected. rice field.

そこで、本実施の形態では、上記圧電材130の第1の溝130bおよび整合層140の第2の溝140dにエポキシ樹脂および有機フィラーを含む充填材160を配置している。またこのとき、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値が、0.9μm以上となるように調整されている。 Therefore, in the present embodiment, a filling material 160 containing an epoxy resin and an organic filler is placed in the first groove 130b of the piezoelectric material 130 and the second groove 140d of the matching layer 140. FIG. Also, at this time, the cumulative percentage 10% value in the cumulative particle size distribution of the organic filler is adjusted to be 0.9 μm or more.

このように充填材160がエポキシ樹脂を含むと、充填材160の硬度が十分に硬くなり、外部からの衝撃を受けても、圧電材130が影響を受け難くなる。一方で、充填材160が、上記累積粒度分布を有する有機フィラーを有すると、当該有機フィラーによって超音波が減衰されたり、散乱されたりする。そのため、隣接する圧電材料130a間で超音波が伝わり難くなり、機械的強度だけでなく、指向性も良好になる。 When the filler 160 contains the epoxy resin in this way, the hardness of the filler 160 is sufficiently hard, and the piezoelectric material 130 is less susceptible to external impact. On the other hand, if the filler 160 has an organic filler having the above cumulative particle size distribution, the organic filler attenuates or scatters ultrasonic waves. Therefore, ultrasonic waves are less likely to be transmitted between adjacent piezoelectric materials 130a, and directivity as well as mechanical strength is improved.

以下、本実施形態の超音波トランスデューサ100の各構成について説明する。なお、本明細書では、超音波トランスデューサの音響レンズ150側を上面側とも称し、バッキング材110側を背面側とも称する。 Each configuration of the ultrasonic transducer 100 of this embodiment will be described below. In this specification, the acoustic lens 150 side of the ultrasonic transducer is also referred to as the upper surface side, and the backing material 110 side is also referred to as the rear surface side.

(バッキング材)
バッキング材110は、後述の電気端子取り出し部120や、圧電材130等を支持するための部材であって、圧電材130から背面側に向かう超音波を減衰させるための部材としても機能する。
(backing material)
The backing material 110 is a member for supporting an electrical terminal extracting portion 120, which will be described later, the piezoelectric member 130, and the like, and also functions as a member for attenuating ultrasonic waves traveling from the piezoelectric member 130 toward the back side.

本実施の形態では、バッキング材110が一層で構成されているが、バッキング材110は、複数の層で構成されていてもよい。また、本実施形態のバッキング材110は、電気端子取り出し部120との界面側に、複数の溝(図示せず)を有している。当該溝の平面視形状は、後述の圧電材130内に形成されている第1の溝130bの平面視形状と同一であり、当該溝は、第1の溝130bと連通している。また、バッキング材110が有する溝内には後述の充填材160が充填されている。ただし、バッキング材110は溝を有していなくてもよい。一方で、溝が電気端子取り出し部120側からバッキング材110の背面側まで延在していてもよい。 Although the backing material 110 is composed of a single layer in the present embodiment, the backing material 110 may be composed of a plurality of layers. In addition, the backing material 110 of this embodiment has a plurality of grooves (not shown) on the interface side with the electrical terminal extraction portion 120 . The planar view shape of the groove is the same as the planar view shape of a first groove 130b formed in the piezoelectric material 130, which will be described later, and the groove communicates with the first groove 130b. Further, the grooves of the backing material 110 are filled with a filling material 160 which will be described later. However, the backing material 110 may not have grooves. On the other hand, the groove may extend from the electrical terminal extraction portion 120 side to the back side of the backing material 110 .

バッキング材110の材料は特に制限されず、その例には、音響インピーダンスを調整するための材料を充填した合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、熱可塑性樹脂等の有機材料、マコールガラス等の無機材料、有機無機複合材料等が含まれる。また、バッキング材110は、内部に微細な空隙を有する多孔質材料等で構成されていてもよい。 The material of the backing material 110 is not particularly limited, and examples thereof include synthetic rubber filled with a material for adjusting acoustic impedance, natural rubber, epoxy resin, silicone resin, organic material such as thermoplastic resin, Macor glass, and the like. inorganic materials, organic-inorganic composite materials, and the like. Also, the backing material 110 may be made of a porous material or the like having fine voids inside.

ここで、バッキング材110の形状は、送波された超音波を減衰することができれば、特に限定されない。 Here, the shape of the backing material 110 is not particularly limited as long as it can attenuate transmitted ultrasonic waves.

(電気端子取り出し部)
電気端子取り出し部120は、圧電材130中の圧電材料130aに信号電極170a、170bを介して信号を伝えたり、圧電材130から信号電極170a、170bを介して信号を受信したりするための部材である。当該電気端子取り出し部120は、上記バッキング材110と後述の圧電材130との間に配置される。また外部の電源や診断装置等と電気的に接続される。
(Electrical terminal extraction part)
The electric terminal extracting portion 120 is a member for transmitting signals to the piezoelectric material 130a in the piezoelectric material 130 via the signal electrodes 170a and 170b and for receiving signals from the piezoelectric material 130 via the signal electrodes 170a and 170b. is. The electric terminal extracting portion 120 is arranged between the backing material 110 and a piezoelectric material 130 which will be described later. It is also electrically connected to an external power supply, diagnostic equipment, and the like.

本実施の形態では、電気端子取り出し部120は、フレキシブルプリント基板(以下、「FPC」とも称する)を含み、当該FPCが複数の溝(図示せず)によって分割されている。FPCは、圧電材130のための電極となる配線を有する。FPCは、適切なパターンを有していれば、市販品であってもよい。各溝の平面視形状は、後述の圧電材130の第1の溝130bの平面視形状と同様であり、当該溝は、第1の溝130bと連通している。また、当該溝内には後述の充填材160が充填されている。 In this embodiment, the electrical terminal extracting portion 120 includes a flexible printed circuit board (hereinafter also referred to as “FPC”), and the FPC is divided by a plurality of grooves (not shown). The FPC has wiring that serves as electrodes for the piezoelectric material 130 . The FPC may be commercially available as long as it has the appropriate pattern. The plan view shape of each groove is the same as the plan view shape of the first groove 130b of the piezoelectric material 130 described later, and the groove communicates with the first groove 130b. In addition, the grooves are filled with a filler 160, which will be described later.

(圧電材)
圧電材130は、電気端子取り出し部120上(本実施の形態では、信号電極170aを介して電気端子取り出し部120上)に配置された圧電材料130aと、当該圧電材料130aを複数の領域に分割する第1の溝130bと、を含む。
(piezoelectric material)
The piezoelectric material 130 includes a piezoelectric material 130a arranged on the electric terminal extraction portion 120 (on the electric terminal extraction portion 120 via the signal electrode 170a in this embodiment), and the piezoelectric material 130a divided into a plurality of regions. and a first groove 130b.

圧電材130の平面視形状を、図2に示す。図2は、超音波トランスデューサ100から信号電極170b、整合層140、および音響レンズ150を取り外したときの圧電材130の形状である。当該圧電材130では、圧電材料130aを分割するように、第1の溝130bが設けられている。第1の溝130bが圧電材料130aを分割するとは、第1の溝130bが圧電材料130aの整合層140側の領域を複数の領域に分割していればよく、例えば分割された圧電材料130aどうしが電気端子取り出し部120側でつながっていてもよい。 A plan view shape of the piezoelectric material 130 is shown in FIG. 2 shows the shape of the piezoelectric material 130 when the signal electrode 170b, matching layer 140, and acoustic lens 150 are removed from the ultrasonic transducer 100. FIG. The piezoelectric material 130 is provided with first grooves 130b so as to divide the piezoelectric material 130a. The first groove 130b dividing the piezoelectric material 130a means that the first groove 130b divides the region of the piezoelectric material 130a on the matching layer 140 side into a plurality of regions. may be connected on the electrical terminal extracting portion 120 side.

本実施の形態では、第1の溝130bによって分割された複数の圧電材料130aの形状が全て同一である。ただし、各圧電材料130aの形状は、超音波トランスデューサ100の用途に応じて適宜選択され、全てが同一の形状でなくてもよい。また、本実施形態において、第1の溝130bによって分割された圧電材料130aの形状は、直方体状であるが、第1の溝130bによって分割された圧電材料130aの形状は直方体状に制限されず、所望の方向に超音波を発振したりすることが可能であれば、その形状は特に制限されない。 In this embodiment, all of the plurality of piezoelectric materials 130a divided by the first grooves 130b have the same shape. However, the shape of each piezoelectric material 130a is appropriately selected according to the application of the ultrasonic transducer 100, and all of them may not have the same shape. Further, in the present embodiment, the shape of the piezoelectric material 130a divided by the first grooves 130b is a rectangular parallelepiped shape, but the shape of the piezoelectric material 130a divided by the first grooves 130b is not limited to a rectangular parallelepiped shape. The shape is not particularly limited as long as it can oscillate ultrasonic waves in a desired direction.

圧電材130の厚みは、超音波トランスデューサの種類や、超音波トランスデューサが発振する周波数に応じて適宜選択されるが、例えば50μm以上400μm以下である。 The thickness of the piezoelectric material 130 is appropriately selected according to the type of ultrasonic transducer and the frequency at which the ultrasonic transducer oscillates.

圧電材130が有する、それぞれの第1の溝130bの幅は、15~45μmである。その深さは、圧電材料130aを第1の溝130bによって完全に分断しない場合、第1の溝の深さ130bは圧電材130の厚みに対しておよそ80~90%が好ましい。一方で、圧電材130を構成する圧電材料130aを第1の溝130bによって完全に分断し、整合層140に溝を設けない場合には、第1の溝130b、電気端子取り出し部120に形成される溝(図示せず)、およびバッキング材110に形成される溝を合わせた溝の深さが、圧電材料130aの厚みより10~100μm長くなるようにすることが好ましい。一方、圧電材130を構成する圧電材料130aを第1の溝130bによって完全に分断し、さらに整合層140にも溝を設ける場合には、第1の溝130b、後述の第2の溝140d、電気端子取り出し部120に形成される溝(図示せず)、およびバッキング材110に形成される溝を合わせた溝の深さが、圧電材料130aの厚みおよび切断する整合層の厚みより10~100μm長くなるようにすることが好ましい。また、隣り合う第1の溝130bどうしの間隔は、150~600μmであるが、適宜変更できる。 The width of each first groove 130b of the piezoelectric material 130 is 15-45 μm. As for the depth, if the piezoelectric material 130a is not completely divided by the first grooves 130b, the depth 130b of the first grooves is preferably about 80 to 90% of the thickness of the piezoelectric material 130. FIG. On the other hand, when the piezoelectric material 130a constituting the piezoelectric material 130 is completely divided by the first grooves 130b and no grooves are provided in the matching layer 140, the first grooves 130b are formed in the electrical terminal lead-out portion 120. It is preferable that the combined depth of the groove (not shown) formed in the backing material 110 and the groove formed in the backing material 110 is 10 to 100 μm longer than the thickness of the piezoelectric material 130a. On the other hand, when the piezoelectric material 130a constituting the piezoelectric material 130 is completely divided by the first grooves 130b and the matching layer 140 is also provided with grooves, the first grooves 130b, the second grooves 140d described later, The combined depth of the grooves (not shown) formed in the electrical terminal extraction part 120 and the grooves formed in the backing material 110 is 10 to 100 μm greater than the thickness of the piezoelectric material 130a and the thickness of the matching layer to be cut. It is preferable to make it longer. Also, the interval between adjacent first grooves 130b is 150 to 600 μm, but can be changed as appropriate.

上記圧電材料130aの例には、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系等の圧電セラミック;マグネシウム酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体(PMN-PT)、亜鉛酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体(PZN-PT)等の圧電単結晶;およびこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電材;等が含まれる。 Examples of the piezoelectric material 130a include piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT); lead magnesium niobate/lead titanate solid solution (PMN-PT); lead zinc niobate/lead titanate solid solution ( piezoelectric single crystals such as PZN-PT); and composite piezoelectric materials obtained by combining these materials with polymer materials.

また、圧電材130の両面に配置される複数の信号電極170aおよび170bは、圧電材130に電圧を印加するための電極である。信号電極170aおよび170bは、上述の電気端子取り出し部120と電気的に接続され、かつ十分に圧電材130との間で信号を授受可能であれば特に制限されず、例えば金や銀、銅等からなる層とすることができる。 A plurality of signal electrodes 170 a and 170 b arranged on both sides of the piezoelectric material 130 are electrodes for applying voltage to the piezoelectric material 130 . The signal electrodes 170a and 170b are not particularly limited as long as they are electrically connected to the electrical terminal extraction portion 120 described above and can sufficiently transmit and receive signals to and from the piezoelectric material 130. For example, gold, silver, copper, etc. It can be a layer consisting of

(整合層)
整合層140は、上記圧電材130上(本実施の形態では、圧電材料130aの信号電極170b上)に配置される層であり、圧電材130と音響レンズ150との間の音響特性を整合させるための層である。整合層140は、一層で構成されていてもよいが、通常、音響インピーダンスが異なる複数層から構成される。整合層の層数は特に制限されず、通常2層以上が一般的である。図1に示すように、本実施の形態では、整合層140が、第1の整合層140a、第2の整合層140bおよび第3の整合層140cを含む積層体である。
(matching layer)
The matching layer 140 is a layer arranged on the piezoelectric material 130 (in this embodiment, on the signal electrode 170b of the piezoelectric material 130a), and matches the acoustic characteristics between the piezoelectric material 130 and the acoustic lens 150. It is a layer for The matching layer 140 may be composed of a single layer, but is normally composed of multiple layers with different acoustic impedances. The number of matching layers is not particularly limited, and is generally two or more layers. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the matching layer 140 is a laminate including a first matching layer 140a, a second matching layer 140b and a third matching layer 140c.

整合層140を構成する各層の音響インピーダンスは、各層を構成する成分によって適宜調整できる。例えば、各整合層140a、140b、140cがそれぞれ、樹脂およびフィラーを含む層である場合、これらのフィラーの種類や量を調整すること等によって、各層の音響インピーダンスを調整できる。なお、各整合層140a、140b、140cは、同一の樹脂および同一のフィラーを含む層であってもよく、異なる樹脂および/または異なるフィラーを含む層であってもよい。さらに、各層の厚みは同一であってもよく、異なっていてもよい。 The acoustic impedance of each layer forming the matching layer 140 can be appropriately adjusted by the components forming each layer. For example, when each matching layer 140a, 140b, 140c is a layer containing resin and filler, the acoustic impedance of each layer can be adjusted by adjusting the type and amount of these fillers. The matching layers 140a, 140b, and 140c may be layers containing the same resin and the same filler, or layers containing different resins and/or different fillers. Furthermore, the thickness of each layer may be the same or different.

整合層140中に含まれる樹脂の種類やフィラーの種類は特に制限されない。樹脂の例には、エポキシ樹脂等が含まれる。一方、フィラーの例には、フェライト等の無機微粒子;シリコーン微粉末等の有機微粒子;が含まれる。本実施の形態では、第3整合層140cの組成が、後述の充填材160の組成と相違する。ただし、第3整合層140cの組成は、充填材160の組成と同じであってもよい。 The type of resin and the type of filler contained in matching layer 140 are not particularly limited. Examples of resins include epoxy resins and the like. On the other hand, examples of fillers include inorganic fine particles such as ferrite; organic fine particles such as silicone fine powder; and the like. In the present embodiment, the composition of third matching layer 140c is different from the composition of filler 160, which will be described later. However, the composition of the third matching layer 140 c may be the same as the composition of the filler 160 .

また、本実施の形態では、第1の整合層140aおよび第2の整合層140bが、上述の圧電材130の第1の溝130b上に接続された、第2の溝140dを有する。第2の溝140dの平面視形状は、第1の溝130bの平面視形状と同一である。一方で、整合層140の最も音響レンズ150側の最上層(本実施の形態では、第3の整合層140c)が、第2の溝140dを有さない。ただし、当該実施の形態に限定されず、最上層(第3の整合層140c)が第2の溝140dを有していてもよい。また、最上層に、複数の第2の溝140dのうちの一部のみに連通する溝を有していてもよい。この場合、当該溝には、充填材160が充填されていてもよく、例えば空隙とされていてもよく、さらには充填材160と異なる組成の充填物が充填されていてもよい。 Also, in this embodiment, the first matching layer 140a and the second matching layer 140b have second grooves 140d connected above the first grooves 130b of the piezoelectric material 130 described above. The plan view shape of the second groove 140d is the same as the plan view shape of the first groove 130b. On the other hand, the uppermost layer of the matching layer 140 closest to the acoustic lens 150 (third matching layer 140c in the present embodiment) does not have the second groove 140d. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the uppermost layer (third matching layer 140c) may have the second grooves 140d. Also, the uppermost layer may have grooves that communicate with only some of the plurality of second grooves 140d. In this case, the groove may be filled with the filler 160 , for example, may be a void, or may be filled with a filler having a composition different from that of the filler 160 .

(音響レンズ)
音響レンズ150は、圧電材130から送波された超音波を集束させるための部材である。図1に示すように、本実施の形態では、音響レンズ150は、図1のY方向に延材し、かつZ方向に突出するシリンドリカル型の音響レンズである。X方向に垂直な断面の形状は全て同一である。また、当該音響レンズ150では、各圧電材料130aが発振する超音波をZ方向に集束させて超音波トランスデューサ100の外部に出射させる。
(acoustic lens)
Acoustic lens 150 is a member for converging ultrasonic waves transmitted from piezoelectric material 130 . As shown in FIG. 1, in this embodiment, the acoustic lens 150 is a cylindrical acoustic lens extending in the Y direction of FIG. 1 and protruding in the Z direction. All cross-sectional shapes perpendicular to the X direction are the same. Further, the acoustic lens 150 converges the ultrasonic waves oscillated by the piezoelectric materials 130 a in the Z direction and emits them to the outside of the ultrasonic transducer 100 .

音響レンズ150は、被検査対象、例えば生体に適した音響特性を有する材料で構成されている。例えば、音響レンズ150は、シリコーンゴム等、被検査対象に比較的近い音響インピーダンスを有する材料で構成されることが好ましい。 The acoustic lens 150 is made of a material having acoustic properties suitable for an object to be inspected, for example, a living body. For example, the acoustic lens 150 is preferably made of a material, such as silicone rubber, that has an acoustic impedance relatively close to that of the object under test.

(充填材)
充填材160は、上述の圧電材130の第1の溝130b、整合層140の第2の溝140d、およびバッキング材110や電気端子取り出し部120の溝等に充填された部材であり、隣り合う圧電材料130a間での超音波の干渉を抑制して超音波トランスデューサ100の指向性を高めたり、超音波トランスデューサ100の強度を高め、外部からの衝撃に対する機械的耐性を高めたりするための部材である。
(filler)
The filling material 160 is a member that fills the first groove 130b of the piezoelectric material 130, the second groove 140d of the matching layer 140, the grooves of the backing material 110 and the electrical terminal extraction part 120, and the like. A member for suppressing the interference of ultrasonic waves between the piezoelectric materials 130a to increase the directivity of the ultrasonic transducer 100, and for increasing the strength of the ultrasonic transducer 100 and increasing the mechanical resistance to external impact. be.

充填材160は、上述の圧電材130の第1の溝130b、整合層140の第2の溝140d、バッキング材110の溝、電気端子取り出し部120の溝内に隙間なく充填されていることが好ましい。ただし、必要に応じて一部に空隙があってもよい。さらに、上記圧電材130の第1の溝130b、整合層140の第2の溝140d、バッキング材110の溝、電気端子取り出し部120の溝の一部には、上記エポキシ樹脂および有機フィラーを含む充填材160と異なる組成の充填物が充填されていてもよい。 The filling material 160 is filled without gaps in the first groove 130b of the piezoelectric material 130, the second groove 140d of the matching layer 140, the groove of the backing material 110, and the groove of the electrical terminal lead-out portion 120. preferable. However, there may be some gaps as needed. Further, the first groove 130b of the piezoelectric material 130, the second groove 140d of the matching layer 140, the groove of the backing material 110, and part of the groove of the electrical terminal lead-out portion 120 contain the epoxy resin and the organic filler. A filler having a composition different from that of the filler 160 may be filled.

当該充填材160は、エポキシ樹脂および、累積粒度分布における累積百分率10%値が、0.9μm以上である有機フィラーを含む。充填材160中では、エポキシ樹脂がバインダとなり、当該バインダ中に有機フィラーが分散された状態となっている。 The filler 160 includes an epoxy resin and an organic filler having a cumulative 10% percentage value of 0.9 μm or more in cumulative particle size distribution. The epoxy resin serves as a binder in the filler 160, and the organic filler is dispersed in the binder.

当該充填材160が含むエポキシ樹脂は特に制限されず、その例には、ビスフェノールA型やビスフェノールF型等のビスフェノール型エポキシ樹脂;レゾールノボラック型やフェノール変性ノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂;ナフタレン構造含有型や、アントラセン構造含有型、フルオレン構造含有型等の多環芳香族型エポキシ樹脂;水添脂環型エポキシ樹脂;液晶性エポキシ樹脂等が含まれる。充填材160は、エポキシ樹脂を一種類のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 The epoxy resin contained in the filler 160 is not particularly limited, and examples thereof include bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type and bisphenol F type; novolac type epoxy resins such as resol novolac type and phenol-modified novolac type; naphthalene structure. Polycyclic aromatic type epoxy resins such as containing type, anthracene structure containing type, fluorene structure containing type, etc.; hydrogenated alicyclic type epoxy resins; liquid crystalline epoxy resins and the like are included. The filler 160 may contain only one type of epoxy resin, or may contain two or more types.

上記エポキシ樹脂の中でも、耐薬品性の観点で、複数のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が好ましく、一分子中のエポキシ基の数は、例えば3~4個とすることができる。また、ガラス転移温度(Tg)が高いものや、架橋密度が高いものも好ましい。したがって、上記の中でも、ノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。 Among the above epoxy resins, epoxy resins having a plurality of epoxy groups are preferable from the viewpoint of chemical resistance, and the number of epoxy groups in one molecule can be, for example, 3 to 4. Further, those having a high glass transition temperature (Tg) and those having a high crosslink density are also preferable. Therefore, among the above, the novolak type epoxy resin is preferable.

なお、充填材160中の上記エポキシ樹脂の量は、充填材160の総量100質量部に対して、40質量部以上60質量部以下が好ましく、40質量部以上55質量部以下がより好ましく、40質量部以上50質量部以下がさらに好ましい。エポキシ樹脂の割合が40質量部以上であると、超音波トランスデューサの強度が高まる。一方で、エポキシ樹脂の割合が60質量部以下であると、有機フィラーの量が相対的に多くなり、超音波トランスデューサ100の指向性が良好になる。 The amount of the epoxy resin in the filler 160 is preferably 40 parts by mass or more and 60 parts by mass or less, more preferably 40 parts by mass or more and 55 parts by mass or less, with respect to the total amount of the filler 160 of 100 parts by mass. Part by mass or more and 50 parts by mass or less is more preferable. When the proportion of the epoxy resin is 40 parts by mass or more, the strength of the ultrasonic transducer increases. On the other hand, when the proportion of the epoxy resin is 60 parts by mass or less, the amount of the organic filler is relatively increased, and the directivity of the ultrasonic transducer 100 is improved.

一方、有機フィラーは、有機樹脂を含み、かつ所定の粒子径を有する粒子であれば特に制限されないが、有機フィラーは、エラストマー粒子であることが好ましい。エラストマー粒子が含むエラストマーの例には、シリコーン、ウレタン、アクリル、ブタジエン等が含まれる。 On the other hand, the organic filler is not particularly limited as long as it is a particle containing an organic resin and having a predetermined particle diameter, but the organic filler is preferably an elastomer particle. Examples of elastomers that the elastomer particles contain include silicones, urethanes, acrylics, butadiene, and the like.

ここで、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値は、0.9μm以上である。有機フィラーの累積百分率10%値が0.9μm以上であると、上述のように、超音波トランスデューサの耐久性(機械的強度)を維持しつつ、優れた指向性が得られる。 Here, the 10% cumulative percentage value in the cumulative particle size distribution of the organic filler is 0.9 μm or more. When the 10% cumulative percentage value of the organic filler is 0.9 μm or more, as described above, excellent directivity can be obtained while maintaining the durability (mechanical strength) of the ultrasonic transducer.

上記累積粒度分布は、走査電子顕微鏡(SEM)により200個程度の粒子の粒子径を測定し、当該測定結果に基づいて算出する。硬化前の充填材用組成物から有機フィラーを分取する方法としては、充填材用組成物中のエポキシ樹脂をエタノール等の有機溶剤で溶解等させて除去し、有機フィラーのみを取り出す方法が挙げられる。一方、充填材160から累積粒度分布を測定する場合、超音波トランスデューサ100をY方向に沿ってダイシングソーやダイヤモンドカッター等を用いて断面を切り出し、エネルギー分散型X線分析法(EDS)や波長分散型X線分析法(WDS)によって充填材160を元素分析する。これにより、有機フィラー由来の元素(シリコーンならばSi)をマッピングし、有機フィラーを特定する。そして、特定された有機フィラーの粒径を走査電子顕微鏡(SEM)により測定し、累積粒度分布を算出する。なお、累積百分率10%値とは、上記方法で測定された累積粒度分布において、粒度が小さい側から累積頻度10%における粒子径をいう(以下、「D10」とも称する)。さらに、充填材160が複数の有機フィラーを含む場合には、これらを全て混合した状態で、上記累積粒度分布を測定する。 The cumulative particle size distribution is calculated based on the measurement results obtained by measuring the particle diameters of about 200 particles with a scanning electron microscope (SEM). Examples of the method for separating the organic filler from the filler composition before curing include a method of removing the epoxy resin in the filler composition by dissolving it in an organic solvent such as ethanol and taking out only the organic filler. be done. On the other hand, when measuring the cumulative particle size distribution from the filler 160, a cross section is cut out from the ultrasonic transducer 100 along the Y direction using a dicing saw, a diamond cutter, or the like, and energy dispersive X-ray analysis (EDS) or wavelength dispersion is performed. Elemental analysis of the filler 160 is performed by type X-ray spectroscopy (WDS). As a result, the element derived from the organic filler (Si in the case of silicone) is mapped to identify the organic filler. Then, the particle size of the specified organic filler is measured with a scanning electron microscope (SEM) to calculate the cumulative particle size distribution. The 10% cumulative percentage value refers to the particle diameter at a cumulative frequency of 10% from the smaller particle size side in the cumulative particle size distribution measured by the above method (hereinafter also referred to as “D 10 ”). Furthermore, when the filler 160 contains a plurality of organic fillers, the cumulative particle size distribution is measured in a state in which all of these are mixed.

また、本実施の形態では、有機フィラーの粒度分布が広いことが好ましい。有機フィラーの粒度分布が広いと、大きい粒子や小さい粒子が多数存在するため、大きい粒子の間に小さい粒子が充填されやすくなる。その結果、一つの圧電材料130aから、これに隣接する圧電材料130aに伝達する超音波の経路が分断されやすくなる。その結果、隣接する圧電材料130a間で超音波が伝わり難くなり、超音波トランスデューサ100の指向性が高くなりやすい。 Moreover, in the present embodiment, it is preferable that the particle size distribution of the organic filler is wide. When the particle size distribution of the organic filler is wide, a large number of large particles and small particles are present, so small particles are easily filled between large particles. As a result, the path of ultrasonic waves transmitted from one piezoelectric material 130a to the adjacent piezoelectric material 130a is likely to be cut off. As a result, it becomes difficult for the ultrasonic waves to be transmitted between the adjacent piezoelectric materials 130a, and the directivity of the ultrasonic transducer 100 tends to be high.

有機フィラーの粒度分布が広いことを示す指標として、累積粒度分布における累積百分率50%値や累積百分率90%値がある。累積百分率50%値や累積百分率90%値と上記累積百分率10%値との差が大きいほど、粒度分布が広いといえる。累積百分率90%値は、1.5μm以上3.5μm以下が好ましく、1.75μm以上3.0μm以下がより好ましく、2.0μm以上2.5μm以下がより好ましい。累積百分率90%値が当該範囲になる場合には、超音波トランスデューサの耐久性(強度)を維持しつつ、優れた指向性がさらに得られやすくなる。 A cumulative percentage value of 50% and a cumulative percentage value of 90% in the cumulative particle size distribution are indicators of the wide particle size distribution of the organic filler. It can be said that the larger the difference between the 50% cumulative percentage value or 90% cumulative percentage value and the 10% cumulative percentage value, the wider the particle size distribution. The 90% cumulative percentage value is preferably 1.5 μm or more and 3.5 μm or less, more preferably 1.75 μm or more and 3.0 μm or less, and more preferably 2.0 μm or more and 2.5 μm or less. When the 90% cumulative percentage value falls within this range, it becomes easier to obtain excellent directivity while maintaining the durability (strength) of the ultrasonic transducer.

ここで、充填材160は、有機フィラーを一種のみ含んでいてもよいが、有機フィラーを二種以上含むことが好ましい。充填材160が有機フィラーを二種以上含むと、上記累積百分率10%値や累積百分率50%値、累積百分率90%値を満たしやすくなる。 Here, the filler 160 may contain only one kind of organic filler, but preferably contains two or more kinds of organic fillers. When the filler 160 contains two or more kinds of organic fillers, it becomes easier to satisfy the cumulative percentage value of 10%, the cumulative percentage value of 50%, and the cumulative percentage value of 90%.

複数の有機フィラーのうち、少なくとも1つは、エポキシ樹脂と反応可能な構造を有する有機フィラー(以下、「反応性有機フィラー」とも称する)であることが好ましい。ここで、エポキシ樹脂と反応可能な構造とは、エポキシ基、アミノ基等をいう。充填材160が反応性有機フィラーを含むと、充填材160中での有機フィラーの分散性が良好になり、超音波トランスデューサの指向性がより良好になる。なお、充填材160が反応性有機フィラーを含むか否か、すなわち有機フィラーがエポキシ樹脂と反応可能な構造を有するか否かは、充填材160の断面を走査電子顕微鏡(SEM)等によって観察して確認できる。例えば、充填材160が反応性有機フィラーを含む場合、エポキシ樹脂と反応性有機フィラーとが密着して隙間が確認されない。一方、充填材160がエポキシ樹脂と反応可能な構造を有さない場合には、エポキシ樹脂とフィラーとの間に間隙が確認される。 At least one of the plurality of organic fillers is preferably an organic filler having a structure capable of reacting with the epoxy resin (hereinafter also referred to as "reactive organic filler"). Here, the structure capable of reacting with an epoxy resin means an epoxy group, an amino group, or the like. When the filling material 160 contains a reactive organic filler, the organic filler in the filling material 160 has good dispersibility, and the directivity of the ultrasonic transducer is improved. Whether or not the filler 160 contains a reactive organic filler, that is, whether or not the organic filler has a structure capable of reacting with the epoxy resin is determined by observing the cross section of the filler 160 with a scanning electron microscope (SEM) or the like. can be confirmed by For example, when the filler 160 contains a reactive organic filler, the epoxy resin and the reactive organic filler are in close contact with each other and no gap is observed. On the other hand, when the filler 160 does not have a structure capable of reacting with the epoxy resin, a gap is observed between the epoxy resin and the filler.

充填材160は、反応性有機フィラーを一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 The filler 160 may contain only one type of reactive organic filler, or may contain two or more types.

反応性有機フィラーの粒子径は、0.1μm以上5.5μm以下が好ましく、0.1μm以上5.0μm以下がより好ましく、0.1μm以上4.5μm以下がさらに好ましい。平均粒子径は、走査電子顕微鏡により測定される。一方で、反応性有機フィラーの平均粒子径が1.2μm以上であると、上述の累積粒度分布を満たしやすくなる。 The particle size of the reactive organic filler is preferably 0.1 μm or more and 5.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 4.5 μm or less. Average particle size is measured by scanning electron microscopy. On the other hand, when the average particle size of the reactive organic filler is 1.2 μm or more, the cumulative particle size distribution described above is easily satisfied.

反応性有機フィラーは、有機フィラーの総量100質量部に対して、10質量部以上30質量部以下が好ましく、10質量部以上25質量部以下がより好ましく、10質量部以上20質量部以下がさらに好ましい。反応性有機フィラーの割合が10質量部以上であると、充填材160内での有機フィラーの分散性が良好になる。一方で、反応性有機フィラーの割合が30質量部以下であると、充填材160を作製する際の充填材用組成物の粘度が過度に高まることなく、上述の第1の溝130bや第2の溝140d等を隙間なく充填できる。 The reactive organic filler is preferably 10 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 25 parts by mass or less, and further 10 parts by mass or more and 20 parts by mass or less. preferable. When the proportion of the reactive organic filler is 10 parts by mass or more, the dispersibility of the organic filler in the filler 160 is improved. On the other hand, when the proportion of the reactive organic filler is 30 parts by mass or less, the viscosity of the filler composition when producing the filler 160 does not excessively increase, and the first groove 130b and the second The groove 140d and the like can be filled without gaps.

上述のように、反応性有機フィラーは、バインダ樹脂との親和性が高いことから、多量に使用すると、第1の溝130b等への充填材160の充填が難しくなることがある。そこで、有機フィラーは、反応性有機フィラーと共に、エポキシ樹脂に対して反応性を有さず、かつ反応性有機フィラーとは異なる粒子径を有するフィラー(以下、「非反応性有機フィラー」とも称する)を含むことが好ましい。 As described above, since the reactive organic filler has a high affinity with the binder resin, it may become difficult to fill the first grooves 130b and the like with the filler 160 when used in large amounts. Therefore, the organic filler, together with the reactive organic filler, has no reactivity with the epoxy resin and has a particle size different from that of the reactive organic filler (hereinafter also referred to as "non-reactive organic filler"). is preferably included.

非反応性有機フィラーの例には、シリコーン粒子、ウレタン粒子、アクリル粒子、ブタジエン等が含まれる。これらの中でも、シリコーン粒子が低温においてもゴムの弾性率を維持できるとの観点で特に好ましい。充填材160は、非反応性有機フィラーを一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 Examples of non-reactive organic fillers include silicone particles, urethane particles, acrylic particles, butadiene, and the like. Among these, silicone particles are particularly preferable from the viewpoint that the elastic modulus of rubber can be maintained even at low temperatures. The filler 160 may contain only one type of non-reactive organic filler, or may contain two or more types.

非反応性有機フィラーの粒子径は、0.3μm以上10.0μm以下が好ましく、0.5μm以上7.5μm以下がより好ましく、0.7μm以上5.0μm以下が好ましい。平均粒子径は、走査電子顕微鏡により測定される。非反応性有機フィラーの平均粒子径が2.0μm以上であると、上述の累積粒度分布を満たしやすくなる。 The particle diameter of the non-reactive organic filler is preferably 0.3 μm or more and 10.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 7.5 μm or less, and preferably 0.7 μm or more and 5.0 μm or less. Average particle size is measured by scanning electron microscopy. When the average particle size of the non-reactive organic filler is 2.0 μm or more, it becomes easier to satisfy the above-described cumulative particle size distribution.

非反応性有機フィラーは、有機フィラーの総量100質量部に対して、70質量部以上90質量部以下が好ましく、75質量部以上90質量部以下がより好ましく、80質量部以上90質量部以下がさらに好ましい。非反応性有機フィラーの割合が90質量部以上であると、充填材160を作製する際の充填材用組成物の粘度が過度に高まることなく、上述の第1の溝130bや第2の溝140d等に充填材160を隙間なく形成しやすくなる。一方、非反応性有機フィラーの割合が70質量部以下であると、反応性有機フィラーの量が十分に多くなり、充填材160内に均一に有機フィラーが分散されやすくなる。 The non-reactive organic filler is preferably 70 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, more preferably 75 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, and 80 parts by mass or more and 90 parts by mass or less with respect to the total amount of 100 parts by mass of the organic filler. More preferred. When the ratio of the non-reactive organic filler is 90 parts by mass or more, the viscosity of the filler composition when producing the filler 160 does not excessively increase, and the first groove 130b and the second groove described above do not increase. It becomes easy to form the filler 160 on 140d and the like without gaps. On the other hand, when the ratio of the non-reactive organic filler is 70 parts by mass or less, the amount of the reactive organic filler is sufficiently large, and the organic filler is easily dispersed uniformly in the filler 160 .

また、有機フィラーの含有割合(総量)は、充填材100質量部に対して、40質量部以上60質量部以下が好ましく、45質量部以上60質量部以下がより好ましく、50質量部以上60質量部以下がさらに好ましい。有機フィラーの割合が60質量部以上であると、超音波トランスデューサ100の指向性が高まる。一方で、有機フィラーの割合が40質量部以下であると、エポキシ樹脂の割合が十分に多くなり、超音波トランスデューサ100の強度が高まる。 In addition, the content ratio (total amount) of the organic filler is preferably 40 parts by mass or more and 60 parts by mass or less, more preferably 45 parts by mass or more and 60 parts by mass or less, and 50 parts by mass or more and 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the filler. Part or less is more preferable. When the proportion of the organic filler is 60 parts by mass or more, the directivity of the ultrasonic transducer 100 is enhanced. On the other hand, when the proportion of the organic filler is 40 parts by mass or less, the proportion of the epoxy resin is sufficiently increased, and the strength of the ultrasonic transducer 100 is increased.

充填材160は、上記エポキシ樹脂および有機フィラーの他に、本発明の目的および効果を損なわない範囲で、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。他の成分の例には、カップリング剤が含まれる。充填材160がカップリング剤を含むと、上述の非反応性有機フィラーの分散性が高まる。カップリング剤の例にはエポキシ基やアミノ基を含むシランカップリング剤やチタンカップリング剤等が含まれる。 Filler 160 may contain other components, if necessary, in addition to the epoxy resin and organic filler as long as the objects and effects of the present invention are not impaired. Examples of other ingredients include coupling agents. When filler 160 contains a coupling agent, the dispersibility of the non-reactive organic filler described above is enhanced. Examples of coupling agents include silane coupling agents containing epoxy groups and amino groups, titanium coupling agents, and the like.

カップリング剤は市販品であってもよく、その例には、A-186、A-187、A-1871、A-1100、A-1110、A-1120、A-2120、Y-9669(いずれも商品名、モメンティブ社製);KBM-602、KBM-603、KBM-903、KBE-903、KBE-9103P、KBM-573、KBM-575、KBM-303、KBM-402、KBM-403、KBE-402、KBE-403(いずれも商品名、信越化学工業社製);DOWSIL Z-6610 Silane、DOWSIL Z-6011 Silane、XIAMETER OFS-6020 Silane、DOWSIL Z-6094 Silane、DOWSIL Z-6883 Silane、XIAMETER OFS-6032 Silane、DOWSIL Z-6269 Silane、DOWSIL SZ 6032 Silane、XIAMETER OFS-6040 Silane、DOWSIL Z-6044 Silane、DOWSIL Z-6043 Silane(いずれも商品名、DOWSILおよびXIAMETERは登録商標、東レダウコーニング製);S310、S320、S330、S340、S350、S510、S530(いずれも商品名、JNC社製);プレンアクト アミノ基含有の44(味の素ファインテクノ社製)が含まれる。 Coupling agents may be commercially available, examples of which include A-186, A-187, A-1871, A-1100, A-1110, A-1120, A-2120, Y-9669 (any are also trade names, manufactured by Momentive); -402, KBE-403 (both trade names, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.); DOWSIL Z-6610 Silane, DOWSIL Z-6011 Silane, XIAMETER OFS-6020 Silane, DOWSIL Z-6094 Silane, DOWSIL Z-6883 Silane, XIAMETER OFS-6032 Silane, DOWSIL Z-6269 Silane, DOWSIL SZ 6032 Silane, XIAMETER OFS-6040 Silane, DOWSIL Z-6044 Silane, DOWSIL Z-6043 Silane ); S310, S320, S330, S340, S350, S510, S530 (all trade names, manufactured by JNC); and Plenact amino group-containing 44 (manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd.).

また、充填材160は、無機粒子を少量含んでいてもよいが、無機粒子の量は、充填材160の総量100質量部に対して10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。充填材160中の無機粒子の量が1質量部以下であると、相対的にエポキシ樹脂や有機フィラーの量が十分になり、上述の極度や指向性が得られやすくなる。 The filler 160 may contain a small amount of inorganic particles, but the amount of the inorganic particles is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of the filler 160 . When the amount of the inorganic particles in the filler 160 is 1 part by mass or less, the amount of the epoxy resin and the organic filler becomes relatively sufficient, and the above-mentioned degree and directivity can be easily obtained.

(超音波トランスデューサの製造方法)
上述の超音波トランスデューサの製造方法は特に制限されず、上述の構造とすることが可能であればよい。以下にその一例を示すが、当該方法に制限されない。
(Method for manufacturing ultrasonic transducer)
The method for manufacturing the above-described ultrasonic transducer is not particularly limited as long as the above-described structure can be obtained. An example is shown below, but the method is not limited to this method.

当該製造方法では、溝を有していないバッキング材、溝を有していない平板状の電気端子取り出し部、両面に信号電極が形成され、かつ第1の溝を形成していない、平板状の圧電材料を貼り合わせる(貼り合わせ工程)。そして、圧電材(信号電極)上に整合層を形成し(整合層形成工程)、整合層側からバッキング材に向けて複数の溝を形成する(溝形成工程)。その後、溝形成工程で形成した溝に、それぞれ充填材用組成物を充填し、硬化させ(充填材形成工程)、整合層上に音響レンズを貼りつける(音響レンズ貼付工程)。必要に応じて、これら以外の工程を含んでいてもよい。 In this manufacturing method, a backing material having no groove, a flat plate-shaped electrical terminal lead-out portion having no groove, signal electrodes formed on both sides, and a flat plate having no first grooves. Bonding piezoelectric materials together (bonding process). Then, a matching layer is formed on the piezoelectric material (signal electrode) (matching layer forming step), and a plurality of grooves are formed from the matching layer side toward the backing material (groove forming step). Thereafter, the grooves formed in the groove forming step are filled with a filler composition, cured (filler forming step), and an acoustic lens is attached onto the matching layer (acoustic lens attaching step). If necessary, steps other than these may be included.

・貼り合わせ工程
貼り合わせ工程では、溝を有していない平板状のバッキング材と、溝を有しておらず、1枚のフィルムに所望の回路等が配置された電気端子取り出し部と、両面に信号電極が形成され、かつ第1の溝を有していない、平板状の圧電材料と、を貼り合わせる。貼り合わせ順序は特に制限されず、先にバッキング材と電気端子取り出し部とを貼り合わせてもよく、圧電材料と電気端子取り出し部とを貼り合わせてもよい。これらの貼り合わせる方法は特に制限されず、例えば接着剤等で接着してもよい。
・Bonding process In the bonding process, a plate-shaped backing material without grooves, an electric terminal extraction part without grooves, and a desired circuit etc. are arranged on one sheet of film, and both sides and a plate-shaped piezoelectric material having a signal electrode formed on the substrate and having no first groove. The bonding order is not particularly limited, and the backing material and the electrical terminal extraction portion may be bonded first, or the piezoelectric material and the electrical terminal extraction portion may be bonded together. There is no particular limitation on the method of adhering these together, and for example, they may be adhered with an adhesive or the like.

また、圧電材料の表面に信号電極を形成する方法も特に制限されず、例えば金および銀等を蒸着したり、スパッタリングしたりして形成してもよい。また、圧電材料に銀を焼き付けてもよい。さらに、銅等の導体を圧電材に貼り付けてパターニングしてもよい。 Also, the method of forming the signal electrodes on the surface of the piezoelectric material is not particularly limited. Alternatively, silver may be baked onto the piezoelectric material. Furthermore, a conductor such as copper may be attached to the piezoelectric material and patterned.

・整合層形成工程
整合層形成工程では、上記圧電材料(ここでは一方の信号電極)上に整合層を形成する。整合層の形成方法は特に制限されず、予め作製した整合層を1層ずつ貼り合わせてもよく、予め整合層を複数層積層しておき、これを圧電材料に貼り合わせてもよい。さらに、圧電材料上に整合層用組成物を塗布し、硬化させる工程を繰り返し行ってもよい。当該整合層形成工程で形成する整合層は、第2の溝を有していない。
Matching Layer Forming Step In the matching layer forming step, a matching layer is formed on the piezoelectric material (here, one signal electrode). The method of forming the matching layer is not particularly limited, and prefabricated matching layers may be laminated one by one, or a plurality of matching layers may be laminated in advance and laminated to the piezoelectric material. Furthermore, the process of applying the matching layer composition onto the piezoelectric material and curing the composition may be repeated. The matching layer formed in the matching layer forming step does not have the second groove.

なお、整合層形成工程で全ての整合層を形成してもよいが、整合層の一部のみに第2の溝を設ける場合には、溝を設ける整合層のみ形成する。 Although all the matching layers may be formed in the matching layer forming step, only the matching layer in which the grooves are to be formed is formed when the second grooves are formed only in part of the matching layers.

・溝形成工程
溝形成工程では、整合層側からバッキング材にかけて、溝を形成する。溝の形成方法は特に制限されず、上述の第1の溝、第2の溝の幅、圧電材料の厚み等に応じて適宜選択される。例えば、ダイシングソーやダイヤモンドカッターで切削してもよく、Micro ElectroMechanical Systems(MEMS)加工によって切削してもよい。
- Groove forming step In the groove forming step, grooves are formed from the matching layer side to the backing material. A method for forming the groove is not particularly limited, and is appropriately selected according to the width of the first groove and the second groove, the thickness of the piezoelectric material, and the like. For example, it may be cut with a dicing saw or a diamond cutter, or may be cut by Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) processing.

・充填材形成工程
充填材充填工程では、上述の溝形成工程で形成した溝に、充填材用組成物を導入し、硬化させる。このとき、溝に充填材用組成物を充填するだけでなく、上述の整合層上にもう充填材用組成物を塗布して硬化させて、これを整合層の一部(例えば上述の第3整合層140c)としてもよい。この場合、充填材形成工程で形成される整合層(例えば上述の第3整合層140c)は、第2の溝140dを有さない。
Filler Forming Step In the filler filling step, a filler composition is introduced into the grooves formed in the groove forming step and cured. At this time, the grooves are not only filled with the filler composition, but also the filler composition is applied on the matching layer and cured to form a part of the matching layer (for example, the above-mentioned third layer). It may be a matching layer 140c). In this case, the matching layer (for example, the third matching layer 140c described above) formed in the filling material forming step does not have the second groove 140d.

上記充填材用組成物を溝に充填する方法は特に制限されず、例えばヘラ等によって充填材用組成物を注入してもよい。また、当該充填材用組成物を整合層上に形成する方法も特に制限されず、例えば充填材用組成物を溝に注入する際に使用する、ヘラ等によって塗布してもよい。 The method of filling the grooves with the filler composition is not particularly limited, and the filler composition may be injected using a spatula or the like, for example. Also, the method of forming the filler composition on the matching layer is not particularly limited.

充填材用組成物は、上記エポキシ樹脂の前駆体(以下、「プレポリマー」とも称する)と、上述の有機フィラーと、必要に応じて硬化剤や、カップリング剤等とを含む組成物である。 The filler composition is a composition containing the epoxy resin precursor (hereinafter also referred to as "prepolymer"), the above-described organic filler, and, if necessary, a curing agent, a coupling agent, and the like. .

プレポリマーの例には、上述のエポキシ樹脂のモノマーやオリゴマー等が含まれる。また、上記有機フィラーやカップリング剤は、上述したものと同様である。 Examples of prepolymers include the above-mentioned epoxy resin monomers and oligomers. Moreover, the organic filler and the coupling agent are the same as those described above.

一方、プレポリマーを硬化させるための硬化剤の例には、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;トリエタノールアミン;鎖状脂肪族ポリアミン;環状脂肪族ポリアミンおよび脂肪芳香族ポリアミンなどの脂肪族ポリアミン;メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン;およびアミンアダクトやケチミン等の変性アミン;が含まれる。 On the other hand, examples of curing agents for curing the prepolymer include ethylenediamine, triethylenediamine, hexamethylenediamine, 2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]ethyl-s-triazine. triazine compounds such as; 1,8-diazabicyclo[5,4,0]undecene-7 (DBU); triethylenediamine; benzyldimethylamine; triethanolamine; linear aliphatic polyamines; aromatic amines such as metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone; and modified amines such as amine adducts and ketimine.

上記鎖状脂肪族ポリアミンの例には、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロプレンジアミンおよびジエチルアミノプロピルアミンが含まれる。 Examples of such linear aliphatic polyamines include diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, dipropylenediamine and diethylaminopropylamine.

上記環状脂肪族ポリアミンの例には、N-アミノエチルピベラジン、ラミロンC-260、AralditHY-964、メンセンジアミン、イソフオロンジアミン、SCure211、SCure212、ワンダミンHM、および1.3BAC(いずれもスリーボンド社製)が含まれる。 Examples of such cycloaliphatic polyamines include N-aminoethylpiverazine, Ramiron C-260, Araldit HY-964, mencenediamine, isophorone diamine, SCure 211, SCure 212, Wandamine HM, and 1.3BAC (all from ThreeBond company) are included.

上記脂肪芳香族ポリアミンの例には、m・キシレンジアミン、ショーアミンX、アミンブラック、ショーアミンブラック、ショーアミンN、ショーアミン1001およびショーアミン1010(いずれもスリーボンド社製)が含まれる。 Examples of the above aliphatic aromatic polyamines include m.xylylenediamine, Shoramine X, Amine Black, Shoramine Black, Shoramine N, Shoramine 1001 and Shoramine 1010 (all manufactured by ThreeBond).

また、上記充填材用組成物の硬化方法は、充填材用組成物中の硬化剤の種類等によって適宜選択されるが、通常、加熱によって固化させることが好ましい。加熱温度は、適宜選択される。加熱は公知の方法によって行うことができ、例えばヒータや恒温槽等によって行うことができる。 The method for curing the filler composition is appropriately selected according to the type of the curing agent in the filler composition, but it is usually preferable to solidify the filler composition by heating. A heating temperature is appropriately selected. Heating can be performed by a known method, such as a heater or a constant temperature bath.

・音響レンズ貼付工程
上記充填材形成工程後、整合層上に音響レンズを貼り付ける。音響レンズの貼り付け方法は特に制限されず、例えば接着剤等によって接着できる。
Acoustic lens attaching step After the filling material forming step, an acoustic lens is attached on the matching layer. The method of attaching the acoustic lens is not particularly limited, and for example, it can be attached with an adhesive or the like.

2.超音波プローブおよび超音波診断装置
上述の超音波トランスデューサは、例えば図3に示すような、超音波プローブ100aや、超音波診断装置10等に使用できる。超音波診断装置10は、上述の超音波トランスデューサを備えた超音波プローブ100a、本体部11、コネクタ部12およびディスプレイ13等を備える。
2. Ultrasonic Probe and Ultrasonic Diagnostic Apparatus The above-described ultrasonic transducer can be used in an ultrasonic probe 100a, an ultrasonic diagnostic apparatus 10, etc., as shown in FIG. 3, for example. The ultrasonic diagnostic apparatus 10 includes an ultrasonic probe 100a having the above-described ultrasonic transducer, a body section 11, a connector section 12, a display 13, and the like.

超音波プローブ100aは、上記超音波トランスデューサ(図示せず)を含んでいればよく、コネクタ部12に接続されたケーブル14を介して本体部11と接続される。 The ultrasonic probe 100a only needs to include the ultrasonic transducer (not shown), and is connected to the main body 11 via the cable 14 connected to the connector 12. As shown in FIG.

本体部11からの電気信号(送信信号)は、ケーブル14を通じて超音波プローブ100aの圧電材に送信される。この送信信号は、圧電材によって超音波に変換され、被検査対象内に送波される。送波された超音波は被検査対象内で反射される。そして、当該反射波の一部が圧電材によって受波され、電気信号(受信信号)に変換され、本体部11に送信される。受信信号は、超音波診断装置10の本体部11において画像データに変換されディスプレイ13に表示される。 An electrical signal (transmission signal) from the main body 11 is transmitted through the cable 14 to the piezoelectric material of the ultrasonic probe 100a. This transmitted signal is converted into ultrasonic waves by the piezoelectric material and transmitted into the object to be inspected. The transmitted ultrasound waves are reflected within the object to be examined. A part of the reflected wave is received by the piezoelectric material, converted into an electric signal (received signal), and transmitted to the main body 11 . The received signal is converted into image data in the main unit 11 of the ultrasonic diagnostic apparatus 10 and displayed on the display 13 .

上述の実施の形態の超音波トランスデューサを備える超音波診断装置では、指向性が高く、正確な診断を行うことが可能となる。さらに、上述の超音波トランスデューサは、強度が高く、落下による衝撃等にも耐えられることから、様々な分野の超音波診断装置に使用できる。 The ultrasonic diagnostic apparatus provided with the ultrasonic transducers of the above-described embodiments has high directivity and can perform accurate diagnosis. Furthermore, since the above-described ultrasonic transducer has high strength and can withstand impact caused by dropping, it can be used for ultrasonic diagnostic apparatuses in various fields.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

1.超音波トランスデューサの作製
・比較例1
固定板の上に、バッキング材、およびフレキシブルプリント基板(電気端子取り出し部)をこの順に接着剤で接着した。また、両面に信号電極が配置された4.6mm×42.5mmの、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で構成された圧電材料を準備した。そして、一方の信号電極がフレキシブルプリント基板に隣接するように、圧電材とフレキシブルプリント基板とを接着した。
1. Fabrication of ultrasonic transducer Comparative example 1
A backing material and a flexible printed circuit board (electric terminal extraction part) were adhered in this order onto the fixing plate with an adhesive. A piezoelectric material made of lead zirconate titanate (PZT) and having a size of 4.6 mm×42.5 mm with signal electrodes arranged on both sides was also prepared. Then, the piezoelectric material and the flexible printed circuit board were adhered so that one signal electrode was adjacent to the flexible printed circuit board.

次いで、圧電材料およびフレキシブルプリント基板にダイシングソーを用いて、各部材の積層面に垂直な溝を設けた。なお、平面視したときに平行になるように、かつ、複数の溝が等間隔に位置するように、複数の溝を形成して圧電材とした。溝の幅は、20μmとした。また、このとき、バッキング材は完全に切断されないように溝の深さを調整した。 Next, using a dicing saw, the piezoelectric material and the flexible printed circuit board were provided with grooves perpendicular to the laminated surface of each member. The piezoelectric material was formed by forming a plurality of grooves so that the grooves were parallel when viewed from above and positioned at equal intervals. The width of the groove was set to 20 μm. Also, at this time, the depth of the groove was adjusted so that the backing material was not cut completely.

次いで、充填材用組成物を以下のように準備した。エポキシ樹脂1(商品名:C1163A、テスク社製)と、有機フィラー含有エポキシ樹脂2(商品名:EP2240、エボニック社製(有機フィラー表面にエポキシ樹脂と反応可能な構造を含む)、フィラーの粒子径:0.1~3μm)と、アミン系硬化剤1(商品名:C1163B、テスク社製)と、アミン系硬化剤2(商品名:ST12、三菱ケミカル社製)とを、質量比33:37:17:13で混合した。 A filler composition was then prepared as follows. Epoxy resin 1 (trade name: C1163A, manufactured by Tesque), organic filler-containing epoxy resin 2 (trade name: EP2240, manufactured by Evonik (including a structure that can react with the epoxy resin on the surface of the organic filler), particle size of the filler : 0.1 to 3 μm), amine curing agent 1 (trade name: C1163B, manufactured by Tesque), and amine curing agent 2 (trade name: ST12, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at a mass ratio of 33:37. :17:13.

そして、上記充填材用組成物をヘラで圧電材上に塗布し、真空脱泡を3分行った。上記圧電材の信号電極上に、3層の整合層(第1整合層および第2整合層、第3整合層)を形成した。各整合層は、いずれも、エポキシ樹脂とフェライトまたはシリコーン微粉末との混錬物の硬化物とした。60℃で4時間加熱後、上記第3整合層上に、音響レンズを接着剤で接着して、超音波トランスデューサ1を得た。 Then, the filling material composition was applied onto the piezoelectric material with a spatula, and vacuum defoaming was performed for 3 minutes. Three matching layers (a first matching layer, a second matching layer, and a third matching layer) were formed on the signal electrode of the piezoelectric material. Each matching layer was a cured product of a kneaded mixture of epoxy resin and ferrite or silicone fine powder. After heating at 60° C. for 4 hours, an acoustic lens was adhered onto the third matching layer with an adhesive to obtain an ultrasonic transducer 1 .

上記充填材用組成物をエタノール中に入れ、充填材用組成物中のエポキシ樹脂を除去し、有機フィラーのみを取り出した。そして、当該有機フィラーについて、走査電子顕微鏡(SEM)により200個程度の粒子の粒子径を測定し、当該測定結果に基づいて算出したそして、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値を特定したところ、0.4μmであった。 The above filler composition was put into ethanol to remove the epoxy resin in the filler composition, and only the organic filler was taken out. Then, the particle size of about 200 particles of the organic filler was measured with a scanning electron microscope (SEM), and the cumulative percentage 10% value in the cumulative particle size distribution of the organic filler was calculated based on the measurement results. As a result, it was 0.4 μm.

・比較例2
固定板の上に、バッキング材、およびフレキシブルプリント基板(電気端子取り出し部)をこの順に接着剤で接着した。また、両面に信号電極が配置された4.6mm×42.5mmの、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で構成された圧電材料を準備した。そして、一方の信号電極がフレキシブルプリント基板に隣接するように、圧電材料とフレキシブルプリント基板とを接着した。上記圧電材料の信号電極上に、比較例1と同様に、2層の整合層(第1整合層および第2整合層)を形成した。
・Comparative example 2
A backing material and a flexible printed circuit board (electric terminal extraction part) were adhered in this order onto the fixing plate with an adhesive. A piezoelectric material made of lead zirconate titanate (PZT) and having a size of 4.6 mm×42.5 mm with signal electrodes arranged on both sides was also prepared. Then, the piezoelectric material and the flexible printed circuit board were adhered so that one signal electrode was adjacent to the flexible printed circuit board. Similar to Comparative Example 1, two matching layers (a first matching layer and a second matching layer) were formed on the signal electrode of the piezoelectric material.

次いで、整合層(第1整合層および第2整合層)、圧電材料層、およびフレキシブルプリント基板に、ダイシングソーを用いて、各部材の積層面に垂直な溝を設けた。なお、平面視したときに平行になるように、かつ、複数の溝が等間隔に位置するように、複数の溝を形成した。溝の幅は、20μmとした。また、このとき、バッキング材は完全に切断されないように溝の深さを調整した。 Next, using a dicing saw, grooves were formed in the matching layers (the first matching layer and the second matching layer), the piezoelectric material layer, and the flexible printed circuit board perpendicular to the lamination plane of each member. In addition, a plurality of grooves were formed so as to be parallel when viewed from above and positioned at equal intervals. The width of the groove was set to 20 μm. Also, at this time, the depth of the groove was adjusted so that the backing material was not cut completely.

次いで、充填材用組成物を以下のように準備した。シリコーン樹脂(商品名:KE-1604、信越化学工業社製)と、アミン系硬化剤3(商品名:CAT1604、信越化学工業社製)とを質量比、90:10で混合した。 A filler composition was then prepared as follows. A silicone resin (trade name: KE-1604, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and amine curing agent 3 (trade name: CAT1604, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) were mixed at a mass ratio of 90:10.

そして、ヘラ塗布、真空脱泡3分よって上記充填材用組成物を上記溝に充填した。さらに第3整合層を接着して、60℃で2時間加熱し、その後、上記整合層(第3整合層)上に、音響レンズを接着剤で接着して、超音波トランスデューサ2を得た。 Then, the grooves were filled with the filler composition by applying with a spatula and vacuum defoaming for 3 minutes. Further, a third matching layer was adhered and heated at 60° C. for 2 hours, and then an acoustic lens was adhered onto the matching layer (third matching layer) with an adhesive to obtain an ultrasonic transducer 2 .

・比較例3
充填材用組成物を、エポキシ樹脂1(商品名:C1163A、テスク社製)と、有機フィラー含有エポキシ樹脂2(商品名:EP2240、エボニック社製(有機フィラー表面にエポキシ樹脂と反応可能な構造を含む))と、アミン系硬化剤1(商品名:C1163B、テスク社製)と、アミン系硬化剤2(商品名:ST12、三菱ケミカル社製)とを、質量比33:37:17:13で混合した組成物とし、60℃で4時間加熱した以外は、比較例2と同様に超音波トランスデューサ3を得た。
・Comparative example 3
The filler composition is composed of epoxy resin 1 (trade name: C1163A, manufactured by Tesque) and organic filler-containing epoxy resin 2 (trade name: EP2240, manufactured by Evonik (the organic filler has a structure capable of reacting with the epoxy resin on the surface). )), amine curing agent 1 (trade name: C1163B, manufactured by Tesque), and amine curing agent 2 (trade name: ST12, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at a mass ratio of 33:37:17:13. An ultrasonic transducer 3 was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the composition was mixed with and heated at 60° C. for 4 hours.

比較例1と同様の方法で、得られた充填材中の有機フィラーのみを有機溶剤で希釈して取り出し、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値を走査電子顕微鏡(SEM)により、比較例1と同様に特定したところ、0.4μmであった。
・比較例4
比較例3の充填材用組成物100質量部に、さらに三酸化タングステン粉末30質量部を加えた組成物を、充填材用組成物とし、60℃で4時間加熱した以外は、比較例2と同様に超音波トランスデューサ4を作製した。
In the same manner as in Comparative Example 1, only the organic filler in the obtained filler was diluted with an organic solvent and taken out, and the cumulative percentage value of 10% in the cumulative particle size distribution of the organic filler was compared with a scanning electron microscope (SEM). When specified in the same manner as in Example 1, it was 0.4 μm.
・Comparative example 4
A composition obtained by adding 30 parts by mass of tungsten trioxide powder to 100 parts by mass of the filler composition of Comparative Example 3 was used as a filler composition, and was heated at 60 ° C. for 4 hours. An ultrasonic transducer 4 was produced in the same manner.

比較例1と同様の方法で、得られた充填材中の有機フィラーのみを有機溶剤で希釈して取り出し、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値を走査電子顕微鏡(SEM)により、比較例1と同様の方法により測定したところ、0.4μmであった。 In the same manner as in Comparative Example 1, only the organic filler in the obtained filler was diluted with an organic solvent and taken out, and the cumulative percentage value of 10% in the cumulative particle size distribution of the organic filler was compared with a scanning electron microscope (SEM). When measured by the same method as in Example 1, it was 0.4 μm.

・比較例5
比較例3の充填材用組成物100質量部に、さらにシリコーン複合パウダー(商品名:KMP-605、信越化学工業社製、粒子径:0.7~5μm)50質量部加えた組成物を、充填材用組成物とし、60℃で4時間加熱した以外は、比較例2と同様に超音波トランスデューサ5を作製した。
・Comparative example 5
To 100 parts by mass of the filler composition of Comparative Example 3, 50 parts by mass of silicone composite powder (trade name: KMP-605, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., particle size: 0.7 to 5 μm) was added. An ultrasonic transducer 5 was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the filler composition was used and heated at 60° C. for 4 hours.

比較例1と同様の方法で、得られた充填材中の有機フィラーのみを有機溶剤で希釈して取り出し、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値を走査電子顕微鏡(SEM)により、比較例1と同様の方法により測定したところ、0.8μmであった。 In the same manner as in Comparative Example 1, only the organic filler in the obtained filler was diluted with an organic solvent and taken out, and the cumulative percentage value of 10% in the cumulative particle size distribution of the organic filler was compared with a scanning electron microscope (SEM). When measured by the same method as in Example 1, it was 0.8 μm.

・実施例1
比較例3の充填材用組成物100質量部に、さらにシリコーン複合パウダー(商品名:KMP-605、信越化学工業社製、粒子径:0.7~5μm)75質量部加えた組成物を、充填材用組成物とし、60℃で4時間加熱した以外は、比較例2と同様に超音波トランスデューサ6を作製した。
・Example 1
To 100 parts by mass of the filler composition of Comparative Example 3, 75 parts by mass of silicone composite powder (trade name: KMP-605, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., particle size: 0.7 to 5 μm) was added. An ultrasonic transducer 6 was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the filler composition was used and heated at 60° C. for 4 hours.

比較例1と同様の方法により、得られた充填材中の有機フィラーのみを有機溶剤で希釈して取り出し、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値を走査電子顕微鏡(SEM)により、比較例1と同様の方法により測定したところ、0.9μmであった。 By the same method as in Comparative Example 1, only the organic filler in the obtained filler was diluted with an organic solvent and taken out, and the cumulative percentage value of 10% in the cumulative particle size distribution of the organic filler was compared with a scanning electron microscope (SEM). When measured by the same method as in Example 1, it was 0.9 μm.

・実施例2
比較例3の充填材用組成物100質量部に、さらにシリコーン複合パウダー(商品名:KMP-605、信越化学工業社製、粒子径:0.7~5μm)100質量部加えた組成物を、充填材用組成物とし、60℃で4時間加熱した以外は、比較例2と同様に超音波トランスデューサ7を作製した。
・Example 2
To 100 parts by mass of the filler composition of Comparative Example 3, 100 parts by mass of silicone composite powder (trade name: KMP-605, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., particle size: 0.7 to 5 μm) was added. An ultrasonic transducer 7 was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the filler composition was used and heated at 60° C. for 4 hours.

比較例1と同様の方法により、得られた充填材中の有機フィラーのみを有機溶剤で希釈して取り出し、有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値を走査電子顕微鏡(SEM)により、比較例1と同様の方法により測定したところ、1.0μmであった。 By the same method as in Comparative Example 1, only the organic filler in the obtained filler was diluted with an organic solvent and taken out, and the cumulative percentage value of 10% in the cumulative particle size distribution of the organic filler was compared with a scanning electron microscope (SEM). When measured by the same method as in Example 1, it was 1.0 μm.

2.評価
上記各超音波トランスデューサの指向性および強度について、以下の方法で評価した。結果を表1に示す。
2. Evaluation The directivity and intensity of each of the above ultrasonic transducers were evaluated by the following methods. Table 1 shows the results.

(1)指向性評価方法
球状のターゲットが配置されている水槽の水面近傍に、上述の超音波トランスデューサを含む超音波プローブを配置した。超音波プローブには、パルサーレシーバーおよびオシロスコープを電気的に接続した。パルサーレシーバーは、オリンパス社製超音波パルサーレシーバー:MODEL5900PRとし、オシロスコープは、TFF社製オシロスコープ:TDS5032とした。
(1) Directivity Evaluation Method An ultrasonic probe including the above-described ultrasonic transducer was placed near the water surface of a water tank in which a spherical target was placed. A pulser receiver and an oscilloscope were electrically connected to the ultrasonic probe. The pulser receiver was Olympus ultrasonic pulser receiver: MODEL5900PR, and the oscilloscope was TFF oscilloscope: TDS5032.

そして、水中に浸漬させた超音波プローブのプローブヘッド部から、球状のターゲットに向かって超音波を送信し、反射波を受信することによって、超音波プローブの指向性を求めた。球状のターゲットと、測定対象となる超音波プローブ中の素子との角度を-40°、-30°、-20°、-10°、0°、+10°、+20°、+30°、+40°としたときの指向性、具体的には各角度の送受信周波数特性においてリップルの有無を評価した。なお、球状のターゲットと、測定対象となる超音波プローブ中の素子とが一直線上に位置する場合を0°と設定した。評価は以下の基準とした。
(評価基準)
〇:球状のターゲットと、測定対象となる超音波プローブの測定対象素子との角度が±40°の場合の送受信周波数特性において、最大となる感度SMAXと、リップルとなっている部分の最小の感度SMINの差分ΔSの絶対値が10dB未満である
△:球状のターゲットと、測定対象となる超音波プローブの測定対象素子との角度が±40°の場合の送受信周波数特性において、最大となる感度SMAXと、リップルとなっている部分の最小の感度SMINの差分の絶対値ΔSが10dB以上20dB未満である
×:球状のターゲットと、測定対象となる超音波プローブの測定対象素子との角度が±40°の場合の送受信周波数特性において、最大となる感度SMAXと、リップルとなっている部分の最小の感度SMINの差分の絶対値ΔSが20dB以上である
Then, the directivity of the ultrasonic probe was obtained by transmitting ultrasonic waves from the probe head portion of the ultrasonic probe immersed in water toward a spherical target and receiving the reflected waves. The angles between the spherical target and the elements in the ultrasonic probe to be measured are -40°, -30°, -20°, -10°, 0°, +10°, +20°, +30°, +40°. The presence or absence of ripples was evaluated in the directivity at each angle, specifically in the transmission/reception frequency characteristics at each angle. The angle was set to 0° when the spherical target and the element in the ultrasonic probe to be measured were positioned on a straight line. Evaluation was based on the following criteria.
(Evaluation criteria)
○: The maximum sensitivity S MAX and the minimum ripple part in the transmission and reception frequency characteristics when the angle between the spherical target and the measurement target element of the ultrasonic probe to be measured is ±40°. The absolute value of the difference ΔS of the sensitivity S MIN is less than 10 dB △: Maximum transmission and reception frequency characteristics when the angle between the spherical target and the measurement target element of the ultrasonic probe to be measured is ±40 ° The absolute value ΔS of the difference between the sensitivity S MAX and the minimum sensitivity S MIN of the rippled portion is 10 dB or more and less than 20 dB ×: between the spherical target and the measurement target element of the ultrasonic probe to be measured In the transmission and reception frequency characteristics when the angle is ±40°, the absolute value ΔS of the difference between the maximum sensitivity S MAX and the minimum sensitivity S MIN of the ripple portion is 20 dB or more

(2)落下試験評価方法
上述の超音波トランスデューサを有する超音波プローブを準備した。そして、先端が鋼球になっており、かつ、超音波プローブ(ケーブル、コネクタは含まない)と同じ重さである重りを超音波プローブの音響レンズ上面に落下させた。重りを落下させる高さは、音響レンズより10cm高い位置から開始し、10cm刻みで上げていった。その都度、超音波プローブの静電容量を評価し、静電容量低下が見られるまで試験を継続し、最大122cmまで試験を行った。
(評価基準)
〇:高さ122cmから重りを落下させた後の超音波トランスデューサの静電容量Saが、試験前の静電容量Sbと比較して、その差分Sa-Sb=ΔScが-5pF以下である素子がない場合
×:高さ122cmから重りを落下させた後の超音波トランスデューサの静電容量Saが、試験前の静電容量Sbと比較して、その差分Sa-Sb=ΔScが-5pF以下である素子が1ch以上ある場合
(2) Drop test evaluation method An ultrasonic probe having the ultrasonic transducer described above was prepared. Then, a weight having a steel ball at the tip and having the same weight as the ultrasonic probe (excluding cables and connectors) was dropped onto the top surface of the acoustic lens of the ultrasonic probe. The height from which the weight was dropped was started at a position 10 cm higher than the acoustic lens and increased in 10 cm increments. Each time, the capacitance of the ultrasonic probe was evaluated, and the test was continued until a decrease in capacitance was observed, up to a maximum of 122 cm.
(Evaluation criteria)
◯: The difference between the capacitance Sa of the ultrasonic transducer after dropping the weight from a height of 122 cm and the capacitance Sb before the test is -5 pF or less. If not ×: The capacitance Sa of the ultrasonic transducer after dropping the weight from a height of 122 cm is compared with the capacitance Sb before the test, and the difference Sa-Sb = ΔSc is -5 pF or less. When there are 1ch or more elements

3.結果

Figure 2022131315000002
3. result
Figure 2022131315000002

上記表1に示されるように、圧電材が圧電材料を隔てる溝(第1の溝)を有し、かつ当該溝内に、エポキシ樹脂および有機フィラーを含み、さらに有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値(D10)が0.9μm以上である場合に、超音波の指向性が良好になり、落下試験の結果も良好になった(実施例1および2)。 As shown in Table 1 above, the piezoelectric material has grooves (first grooves) separating the piezoelectric materials, and the grooves contain an epoxy resin and an organic filler. When the 10% value (D 10 ) was 0.9 μm or more, the directivity of ultrasonic waves was good and the drop test results were good (Examples 1 and 2).

一方で、充填材が有機フィラーを含んでいたとしても、累積粒度分布における累積百分率10%(D10)が0.9μm未満である場合には、指向性が低くなりやすかった(比較例1、3~5)。また、充填材が有機フィラーを含まないシリコーン樹脂の場合には、指向性は良好であったものの、落下試験の結果が低かった(比較例2)。 On the other hand, even if the filler contained an organic filler, when the cumulative percentage of 10% (D 10 ) in the cumulative particle size distribution was less than 0.9 μm, the directivity was likely to be low (Comparative Example 1, 3-5). In addition, when the filler was a silicone resin containing no organic filler, although the directivity was good, the result of the drop test was low (Comparative Example 2).

本発明の超音波トランスデューサは、機械的強度が高く、かつ指向性に優れている。したがって、各種超音波診断装置等に有用である。 The ultrasonic transducer of the present invention has high mechanical strength and excellent directivity. Therefore, it is useful for various ultrasonic diagnostic apparatuses and the like.

10 超音波診断装置
11 本体部
12 コネクタ部
13 ディスプレイ
14 ケーブル
100 超音波トランスデューサ
100a 超音波プローブ
110 バッキング材
120 電極端子取り出し部
130 圧電材
130a 圧電材料
130b 第1の溝
140 整合層
140a 第1の整合層
140b 第2の整合層
140c 第3の整合層(最上層)
140d 第2の溝
150 音響レンズ
160 充填材
170a、170b 信号電極
REFERENCE SIGNS LIST 10 ultrasonic diagnostic apparatus 11 main body 12 connector 13 display 14 cable 100 ultrasonic transducer 100a ultrasonic probe 110 backing material 120 electrode terminal extraction part 130 piezoelectric material 130a piezoelectric material 130b first groove 140 matching layer 140a first matching Layer 140b Second matching layer 140c Third matching layer (top layer)
140d Second groove 150 Acoustic lens 160 Filler 170a, 170b Signal electrode

Claims (11)

圧電材料を含む圧電材と、
前記圧電材上に配置された少なくとも1層の整合層と、
を含む超音波トランスデューサであって、
前記圧電材は、前記圧電材料を複数の領域に分割する、少なくとも1つの第1の溝をさらに有し、
前記圧電材の前記第1の溝に、エポキシ樹脂および有機フィラーを含む充填材が充填されており、
前記有機フィラーの累積粒度分布における累積百分率10%値が、0.9μm以上である、
超音波トランスデューサ。
a piezoelectric material comprising a piezoelectric material;
at least one matching layer disposed on the piezoelectric material;
An ultrasonic transducer comprising
the piezoelectric material further comprising at least one first groove dividing the piezoelectric material into a plurality of regions;
the first groove of the piezoelectric material is filled with a filler containing an epoxy resin and an organic filler;
The cumulative percentage 10% value in the cumulative particle size distribution of the organic filler is 0.9 μm or more.
ultrasonic transducer.
前記整合層が、前記圧電材の前記第1の溝に接続された第2の溝を有しており、
前記第2の溝に、前記充填材が充填されている、
請求項1に記載の超音波トランスデューサ。
the matching layer having a second groove connected to the first groove of the piezoelectric material;
The second groove is filled with the filler,
The ultrasonic transducer according to claim 1.
前記整合層が複数の層の積層体であり、前記複数の層の最上層が、前記第2の溝を有さない、
請求項2に記載の超音波トランスデューサ。
wherein the matching layer is a laminate of multiple layers, a top layer of the multiple layers not having the second groove;
The ultrasonic transducer according to claim 2.
前記最上層の組成が、前記充填材と同じ組成である、
請求項3に記載の超音波トランスデューサ。
the top layer has the same composition as the filler;
The ultrasonic transducer according to claim 3.
前記有機フィラーが、エラストマー粒子である。
請求項1~4のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
The organic filler is elastomer particles.
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1-4.
前記有機フィラーが、シリコーン、ウレタン、アクリル、およびブタジエンからなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂を含む、
請求項1~5に記載の超音波トランスデューサ。
The organic filler contains at least one resin selected from the group consisting of silicone, urethane, acrylic, and butadiene,
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1-5.
前記有機フィラーが、二種以上のエラストマー粒子を含む、
請求項1~6のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
The organic filler contains two or more types of elastomer particles,
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1-6.
前記有機フィラーが、表面に前記エポキシ樹脂と反応可能な構造を有する、
請求項1~6のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
The organic filler has a structure on its surface that can react with the epoxy resin,
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1-6.
前記充填材が、カップリング剤を含む、
請求項1~8のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
wherein the filler comprises a coupling agent;
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1-8.
請求項1~9のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサを含む、
超音波プローブ。
comprising the ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 9,
ultrasound probe.
請求項10に記載の超音波プローブを含む、
超音波診断装置。
Including the ultrasonic probe according to claim 10,
Ultrasound diagnostic equipment.
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