JP2023037906A - 超音波トランスデューサ、超音波探触子、超音波診断装置および超音波トランスデューサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音響部材どうしの接着強度を向上させ、ダイシングを行う際の音響部材の剥離、および、消毒、洗浄時における音響部材の剥離を、それぞれ抑制することができる、超音波トランスデューサ、上記超音波トランスデューサを有する超音波探触子、上記超音波探触子を有する超音波診断装置、ならびに超音波トランスデューサの製造方法を提供すること。
【解決手段】複数の音響部材が積層された積層体と、多官能のシランカップリング剤と、接着剤と、を含み、前記複数の音響部材のうち、任意の２つの前記音響部材を接合させる接着層と、を有する、超音波トランスデューサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波トランスデューサ、超音波探触子、超音波診断装置および超音波トランスデューサの製造方法に関する。

超音波探触子は、超音波診断装置に接続され、または超音波診断装置と通信可能に構成されたものを、体表に当てるか、または、体内へ挿入するという簡単な操作で、生体組織の形状および動きなどを診断画像として得るために用いられる。

超音波探触子は、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、圧電材や音響整合層などの複数の音響部材が積層された積層体を有し、これら複数の音響部材の多くは接着剤などで接着されている。このような超音波トランスデューサは、接着剤などが剥離した場合、超音波の送受信が正常に行われず、診断画像の精度の低下が生じてしまうため、使用に適さなくなってしまう。そのため、圧電材や整合層などの音響部材どうしの接着強度の向上が求められている。

音響部材間の接着強度を高める方法として、シランカップリング剤を用いることが知られている。

例えば、特許文献１には、圧電材の金電極と、樹脂層（音響整合層）との接着面に、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシランを主成分とするシランカップリング剤と、接着剤とを用いて接着させた超音波探触子が開示されている。特許文献１によれば、樹脂層が金電極から剥離する等の不具合を抑制することができ、安定した超音波特性を得ることができた、とされている。

また、特許文献２には、圧電材に被膜された金表面に、含硫アルコキシシランを含む溶液で表面処理し、含硫アルコキシシランを含む接着剤を、上記金表面および音響インピーダンス層に塗布して接着された超音波トランスデューサが開示されている。特許文献２によれば、金表面を、含硫アルコキシシランを含む容液で処理した後に、含硫アルコキシシランを含んだ接着剤を用いることで、金表面と音響インピーダンス層との接着強度を高めることができた、とされている。

特開２００３－２８４１９２号公報 特開２００５－１３９４５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたシランカップリング剤や、特許文献２に記載されたシランカップリング剤を接着剤と共に用いて超音波トランスデューサを製造しようしても、積層させた音響部材どうしの接着強度を十分に確保することができないことがあった。

そのため、超音波トランスデューサの製造時にダイシングを行う際、複数の音響部材の積層体にかかる応力により、接着させた一方の音響部材が、他方の音響部材から剥離してしまうことがあった。

また、超音波トランスデューサを内蔵する超音波探触子は、上述のように、人体に接触させて使用するため、使用後に消毒液に浸漬するなどして、消毒、洗浄をすることが必要となる。超音波探触子の消毒、洗浄を行う際、薬液が超音波探触子の内部に染みこみ、接着強度が低下してしまうことがあった。そのため、接着させた一方の音響部材が、他方の音響部材から剥離してしまうことがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、音響部材どうしの接着強度を向上させ、ダイシングを行う際の音響部材の剥離、および、消毒時、洗浄時における音響部材の剥離を、それぞれ抑制することができる、超音波トランスデューサ、上記超音波トランスデューサを有する超音波探触子、上記超音波探触子を有する超音波診断装置、ならびに超音波トランスデューサの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の一実施の形態に係る超音波トランスデューサは、複数の音響部材が積層された積層体と、多官能のシランカップリング剤と、接着剤とを含み、前記複数の音響部材のうち、任意の２つの前記音響部材を接合する接着層と、を有する。

また、上記課題を解決するための、本発明の一実施の形態に係る超音波探触子は、上記超音波トランスデューサを有する。

また、上記課題を解決するための、本発明の一実施の形態に係る超音波診断装置は、上記超音波探触子を有する。

また、上記課題を解決するための、本発明の一実施形態に係る超音波トランスデューサの製造方法は、複数の音響部材のうち少なくとも一つの音響部材の表面に、多官能のシランカップリング剤と接着剤とを含む接着層を配置する工程と、前記接着層が配置された前記表面に、他の音響部材を積層する工程と、を有する。

本発明によれば、音響部材どうしの接着強度を向上させ、ダイシングを行う際の音響部材の剥離、および、消毒時、洗浄時における音響部材の剥離を、それぞれ抑制することができる、超音波トランスデューサ、上記超音波トランスデューサを有する超音波探触子、上記超音波探触子を有する超音波診断装置、ならびに超音波トランスデューサの製造方法が提供される。

図１は、本発明の一実施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。 図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探触子を有する超音波診断装置の構成を示す模式図である。 図３Ａ、Ｂは、ダイシング後の音響整合層の状態を顕微鏡で撮影した画像である。 図４Ａ、Ｂは、超音波探触子をエタノールに浸漬させた後の音響整合層と圧電材との状態を顕微鏡で撮影した画像である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。

１．超音波トランスデューサ
１－１．超音波トランスデューサの構成
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。

図１に示されるように、超音波トランスデューサ１００は、バッキング材１１０と、フレキシブルプリント基板１２０と、圧電材１３０と、接着層１４０と、整合層１５０と、音響レンズ１６０と、を有する。以下、各構成について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態において、「音響部材」とは、超音波トランスデューサ１００に用いられる部材の総称であり、バッキング材１１０、フレキシブルプリント基板１２０、圧電材１３０、音響整合層１５０、および音響レンズ１６０を含む。

また、本明細書中において、圧電材１３０から音響レンズ１６０に向かう方向（図１におけるＺ方向）を、超音波を送信する方向とし、超音波を送信する方向、および、これと逆向きの方向を合わせた総称を、超音波の伝搬方向という。また、本実施の形態では、「超音波トランスデューサ」は、超音波探触子に含まれる、音響部材の積層体を指す。

（バッキング材）
バッキング材１１０は、後述するフレキシブルプリント基板１２０や、圧電材１３０などを支持するための部材である。後述する圧電材１３０は、体積振動することにより、超音波を送信する方向に超音波を発振するほか、超音波を送信する方向とは、逆向きの方向に対しても、わずかに超音波を発振する。バッキング材１１０は、圧電材１３０から発せられた、上記逆向きの方向の超音波を減衰させるための部材として機能する。

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、複数の層の積層体であってもよい。

バッキング材１１０に含まれる材料は、特に限定されない。上記材料の例には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などが含まれる。バッキング材１１０は、超音波を減衰させる機能を調整するために、シリコーンゴム粒子などの有機粒子を含んでもよい。

バッキング材１１０の、超音波の伝搬方向の厚みは、その材料や、超音波トランスデューサ１００の発振波長等に応じて適宜選択されるが、０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であることが好ましく、２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下がより好ましい。バッキング材１１０の厚みが上記範囲であると、上記逆向きの方向の超音波を十分に減衰させることができる。また、上記厚みが０．５ｍｍ以上であると、圧電材１３０からの超音波を反射させにくくすることができ、１０ｍｍ以下であると、バッキング材１１０を小型化させることができ、より加工性に優れる。

（フレキシブルプリント基板）
フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称する。）１２０は、後述する圧電材１３０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として機能する。本実施の形態では、ＦＰＣ１２０は、バッキング材１１０と、圧電材１３０との間に配置され、外部の電源や診断装置等と電気的に接続される。なお、ＦＰＣ１２０は、バッキング材１１０と、圧電材１３０との間に加え、圧電材１３０と音響整合層１５０（接着層１４０）との間に配置されていてもよい。

（圧電材）
圧電材１３０は、バッキング材１１０上に配置されたＦＰＣ１２０上に配置され、超音波を送受信する部材として機能する。

圧電材１３０の、超音波の伝搬方向の厚みは、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。

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；などが含まれる。

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ＦＰＣ１２０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限定されず、例えば、金や銀、銅等からなる層とすることができる。

（接着層）
接着層１４０は、多官能のシランカップリング剤と、接着剤と、を含み、複数の音響部材の間の少なくとも一つに配置され、複数の音響部材のうち任意の２つの音響部材を接合する。

上述のように、音響部材間の接着強度をより向上させるための方法として、シランカップリング剤を用いる方法が知られている。シランカップリング剤は、樹脂などの有機材料との反応性が良好なメルカプト基などの反応性官能基と、金属などの無機材料の表面に存在する水酸基との反応性が良好なアルコキシ基とを、分子鎖の両端に有する。これにより、シランカップリング剤を用いることで、有機材料および無機材料の表面に、上記官能基および上記アルコキシ基がそれぞれ結合して、これらの密着性を高めることができる。そのため、シランカップリング剤を用いることは、無機材料と、有機材料との接着強度を向上させるのに、特に有用であるとされている。

しかしながら、上述のように、特許文献１に記載されている、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシランを含むカップリング剤と、接着剤とを用いて音響部材どうしを接着させたり、特許文献２に記載されている、含硫アルコキシシランを含む接着剤を用いて、音響部材どうしを接着させたりしても、十分な接着強度を得ることができないことがあった。

本発明者らは、接着させる音響部材表面に存在する微少な汚れを除去することで、接着強度を高めることができると考え、上記表面に酸素プラズマ処理等の表面処理を行ってから、音響部材を接着させることを試みた。しかしながら、この場合においても、特許文献１および特許文献２に記載されたシランカップリング剤では、十分な接着強度を得ることができなかった。

そのため、超音波トランスデューサの製造時にダイシングを行う際、複数の音響部材の積層体にかかる応力により、接着させようとする一方の音響部材が、他方の音響部材から剥離してしまうことがあった。

また、超音波トランスデューサを内蔵する超音波探触子は、上述のように、人体に接触させて使用するため、使用後に消毒液に浸漬するなどして、消毒および洗浄をすることが必要となる。超音波探触子の消毒および洗浄を行う際、薬液が超音波探触子の内部に染みこんでしまうことがある。この染みこんだ薬液が、超音波トランスデューサにおける、接着させた音響部材間に入り込むことで、接着剤が膨潤してしまうため、接着強度が低下してしまうことがあった。そのため、接着させようとする一方の音響部材が、他方の音響部材から剥離してしまうことがあった。

そこで、本発明者らは、用いるシランカップリング剤の種類を変えて、音響部材どうしの接着強度を高めようと考えた。

本発明者らが鋭意研究したところ、１分子中に反応性官能基を複数有する、多官能のシランカップリング剤と、接着剤とを含む接着層を音響部材の表面に塗布し、音響部材を接着させることで、音響部材の接着強度が向上することを見出した。

これらの結果について、本発明者らの検討によると、特許文献１に記載されている、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、および、特許文献２に記載されている含硫アルコキシシランは、シランカップリング剤のＳｉ原子と反応性官能基との間に結合している有機鎖の原子数（炭素数）が、いずれも３以下であるため、疎水性の有機鎖どうしの相互作用が十分に生じにくいと考えられる。そのため、音響部材間の接着面に分子を十分な密度で配向させることができないため、十分な接着強度を得られなかったと考えられる。また、特許文献１および特許文献２では、１分子中の反応性官能基の数が１つであるため、音響整合層などの音響部材に含まれる樹脂に対して、十分にシランカップリング剤を結合させることができず、十分な接着強度を得られなかったと考えられる。

これに対して本願発明で用いるシランカップリング剤は、１分子中に複数の反応性官能基を有するため、これらと結合する有機鎖の炭素数が、より多くなる。そのため、有機鎖どうしの相互作用を高めて、音響部材間の接着面にシランカップリング剤を、十分に密度を高めて配向させることができるため、接着強度を向上させることができると考えられる。また、１分子中に複数の反応性官能基を有することで、樹脂などの有機材料を含む音響部材に対して、上記１分子中の複数箇所で結合することができるため、接着強度が高まると考えられる。

そして、本発明者らは、多官能のシランカップリング剤を用いることで、ダイシングや、消毒を行う際に起こる、音響部材の剥離をも抑制するのに、十分な接着強度が得られることを見出した。

本明細書において、上記「有機鎖」は、シランカップリング剤において、シランアルコキサイド基および反応性官能基以外の部分であり、炭素原子を含む、鎖状構造を有するものをいう。

上記有機鎖に含まれる炭素数は、４以上であることが好ましく、４以上１２以下であることが好ましく、４以上６以下であることがより好ましい。有機鎖に含まれる炭素数が上記範囲にあることで、有機鎖どうしの相互作用を高めて、分子を十分な密度で配向させて、音響部材どうしの接着強度をより高めることができる。

シランカップリング剤は、Ｓｉ原子に複数のアルコキシ基が結合した構造を有する、シランアルコキサイド基を有する。上記アルコキシ基は、特に限定されず、例えば、メトキシ基やエトキシ基である。無機材料を含む音響部材に対して、シランカップリング剤を十分に結合させて、接着強度をより高める観点から、１つのＳｉ原子に結合するアルコキシ基の数は、３つであることが好ましい。

シランカップリング剤において、１分子中に含まれるシランアルコキサイド基の数は、特に限定されないが、２個以上であることが好ましく、２個以上６個以下であることが好ましく、２個以上４個以下であることがより好ましい。１分子中に含まれるシランアルコキサイド基の数が２個以上であることで、無機材料を含む音響部材に対して、シランカップリング剤を十分に結合させて、接着強度をより高めることができる。１分子中に含まれるシランアルコキサイド基の数が６個以下であることで、分子内の立体障害を生じにくくして、無機材料を含む音響部材に対してシランカップリング剤を十分に結合させ、接着強度をより高めることができる。

シランカップリング剤に含まれる反応性官能基の種類は、特に限定されず、例えば、アクリロイル基、エポキシ基、メルカプト基、アミノ基、イソシアネート基などである。これらのうち、音響部材どうしの接着強度をより高める観点から、上記官能基は、メルカプト基、アミノ基であることがより好ましい。また、上記官能基は、樹脂を含む音響部材を他の音響部材と接着させる際は、アミノ基であることが好ましい。また、例えば、金を材料とする電極を含む圧電材と、音響整合層とを接着させる際は、上記官能基はメルカプト基であることが好ましい。

シランカップリング剤において、１分子中に含まれる反応性官能基の数は、２個以上であれば特に限定されないが、２個以上６個以下であることが好ましく、２個以上４個以下であることがより好ましい。１分子中に含まれる反応性官能基の数が、２個以上であることで、上述のように、有機材料を含む音響部材に対して、シランカップリング剤を十分に結合させて、接着強度をより高めることができる。１分子中に含まれる反応性官能基の数が６個以下であることで、分子内の立体障害を生じにくくして、有機材料を含む接着剤に対してシランカップリング剤を十分に結合させ、接着強度をより高めることができる。

シランカップリング剤の動粘度は、特に限定されないが、８．０ｍｍ^２／ｓ以上６０００ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、８．０ｍｍ^２／ｓ以上４０００ｍｍ^２／ｓ以下であることがより好ましく、８．５ｍｍ^２／ｓ以上２０００ｍｍ^２／ｓ以下であることがさらに好ましい。上記動粘度が８．０ｍｍ^２／ｓ以上であることで、シランカップリング剤を増粘させて、接着層１４０に含ませやすくすることができる。また、一般的に、分子の分子量と粘度（動粘度）とは正の相関があるため、カップリング剤の粘度が高いとき、カップリング剤の分子量が大きくなる傾向がある。カップリング剤の分子量が増加すると、有機鎖の原子数（炭素数）が増加し、有機鎖どうしの相互作用を高めて、シランカップリング剤を十分な密度で配向させることができるため、接着強度を向上させることができる。このような観点からも、上記動粘度は、８．０ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましい。また、上記動粘度が、６０００ｍｍ^２／ｓ以下であることで、流動性を確保して、接着層１４０にシランカップリング剤を含ませやすくすることができる。

シランカップリング剤の、反応性官能基の当量は、特に限定されないが、１５０ｇ／ｍｏｌ以上６００ｇ／ｍｏｌ以下であることが好ましく、２００ｇ／ｍｏｌ以上６００ｇ／ｍｏｌ以下であることがより好ましい。本明細書において、「反応性官能基の当量」は、シランカップリング剤１ｍｏｌに対する、反応性官能基の質量を反応性官能基の数で割った値のことをいう。そのため、上記当量が１５０ｇ／ｍｏｌ以上であることで、シランカップリング剤の分子量が過剰に大きくなりすぎず、粘度が過剰に増加することを抑制して、シランカップリング剤を接着層１４０に含ませやすくすることができる。また、上記当量が、６００ｇ／ｍｏｌ以下であることで、１分子中の官能基の数を増加させて、有機材料を含む音響部材との接着性を十分に高めることができる。さらに、上記当量が、６００ｇ／ｍｏｌ以下であるとき、シランカップリング剤の分子量が増加することで、有機鎖の原子数を増やして、有機鎖どうしの相互作用を高めることができる。そのため、音響部材間の接着面にシランカップリング剤を十分な密度で配向させて、接着強度を向上させることができる。

多官能のシランカップリング剤は市販品を用いてもよい。上記市販品の例には、Ｘ－１２－１０４８、Ｘ－１２－１０５０、Ｘ－１２－９８１Ｓ、Ｘ－１２－９８４Ｓ、Ｘ－１２－１１５４、Ｘ－１２－１１５６、Ｘ－１２－９７２Ｆ、Ｘ－１２－１１５９Ｌ（いずれも信越化学工業株式会社製）などが含まれる。

接着層１４０が配置される位置は、複数の音響部材の間の少なくとも一つに配置されれば、特に限定されない。本実施の形態では、接着層１４０は、圧電材１３０と音響整合層１５０との間に配置され、これらを接合する。本実施の形態では、接着層１４０において、圧電材１３０側におけるシランカップリング剤の濃度が、音響整合層１５０側よりも高い。

接着層１４０は、炭素数が２以上６以下である有機酸、または、その塩を含むことが好ましい。

シランカップリング剤のシランアルコキサイド基に含まれるアルコキシ基は、シランカップリング剤を含む溶液中で起こる加水分解により、水酸基を生成する。この水酸基と、無機材料の表面に存在する水酸基とが反応することで、シランカップリング剤と無機材料の表面とが結合される。このとき、接着層１４０が有機酸を含むことで、酸性条件下で加水分解を促進させることができるため、アルコキシ基から水酸基が生成されやすくなる。そのため、シランカップリング剤と無機材料の表面に存在する水酸基との反応性を高めて十分に結合させ、音響部材の接着強度をより高めることができる。このような理由から、有機酸は、シランカップリング剤を含む溶液に含まれることが好ましく、上記溶液が音響部材の表面に塗布されることにより、接着層１４０に有機酸が含まれるようにすることが好ましい。

上記有機酸の例として、酢酸、プロピオン酸、ペンタン酸、酪酸、ヘキサン酸、クエン酸、乳酸などが含まれる。

上記有機酸の炭素数が２以上であることで、シランカップリング剤と無機材料の表面に存在する水酸基との反応性を高めて十分に結合させ、音響部材の接着強度をより高めることができ、６以下であることで、上記有機酸が、シランカップリング剤を含む溶液に対して溶解しやすくなる。上記観点から、上記有機酸の炭素数は、２以上４以下であることが好ましい。

音響部材の接着時に、接着層に含ませる接着剤を加熱して粘度を適度に低下させることがある。このとき、炭素数が２以上６以下である上記有機酸は、沸点が６０℃以上であるため、接着層１４０から上記有機酸が揮発してしまうことを抑制することができる。上記観点から、上記有機酸の沸点は、６０℃以上２１０℃以下であることが好ましく、１００℃以上１８０℃以下であることがより好ましい。

接着層１４０に含まれる接着剤の種類は、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂を含むエポキシ系接着剤や、シリコーン樹脂を含むシリコーン接着剤などである。

上記接着剤のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、６０℃以上である。これにより、接着させた音響部材をダイシングする際に生じる摩擦熱によって、接着剤が軟化することを抑制することができる。そのため、上記ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）が６０℃以上であることで、ダイシング時に音響部材が剥離してしまうことを、より抑制することができる。上記観点から、接着剤のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、６０℃以上２００℃以下であることが好ましい。２００℃以下であると、接着剤を塗布する際に必要な加熱量を、抑制することができる。上記ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、示差走査熱量計「ダイヤモンドＤＳＣ」（パーキンエルマー社製）を用いて、温度の昇降速度を１０℃／ｍｉｎ、昇温範囲を０℃から１５０℃までとする昇温・冷却条件によって測定することができる。

接着層１４０の、超音波の伝搬方向の厚さは、特に限定されないが、１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上１μｍ未満であることが好ましい。接着層１４０の上記厚さが１μｍ以下であることで、接着させる音響部材間の音響インピーダンスの差による超音波の反射を、より十分に抑制することができる。また、接着層１４０の上記厚さが０．１μｍ以上であることで、接着強度をより十分に高めることができる。

接着層１４０が配置される音響部材の表面は、例えば、アルカリ酸洗浄、ＵＶ処理、酸素プラズマ処理などの表面処理がなされていることが好ましい。これにより、音響部材表面に存在する、微少な汚れを除去することができるため、上記汚れによる接着強度の低下を抑制することができる。

なお、接着層１４０は、各音響部材（本実施の形態では、バッキング材１１０、ＦＰＣ１２０、圧電材１３０、整合層１５０、音響レンズ１６０）の間いずれかに１つ配置されていてもよいし、各音響部材の間のうちの２つに配置されていてもよいし、各音響部材のそれぞれの間に配置されていてもよい。

（音響整合層）
音響整合層１５０は、圧電材１３０上に配置されたＦＰＣ１２０上に配置される層であり、圧電材１３０と音響レンズ１６０との間の音響インピーダンスを調整するための部材として機能する。音響整合層１５０は、一層で構成されていてもよいが、音響インピーダンスが異なる複数層から構成されていてもよい。音響整合層１５０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、音響整合層１５０が、第１整合層１５０ａ、第２整合層１５０ｂ、第３整合層１５０ｃおよび第４整合層１５０ｄを含む積層体である。

音響整合層１５０は、樹脂を含むことが好ましい。すなわち、音響整合層１５０の音響インピーダンスを調整しやすくする観点から、各音響整合層１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄのうち少なくとも１層は、樹脂を含むことが好ましい。整合層１５０に含まれる樹脂の例には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂などが含まれる。また、音響整合層１５０は、これらの樹脂を硬化させる硬化剤を含んでもよい。

音響整合層１５０は、無機粒子を含んでいてもよい。音響整合層１５０に含まれる無機粒子の材料は、特に限定されず、例えば、フェライト、シリコーンゴム、酸化タングステン、タングステンなどである。

上述のように、音響整合層１５０に樹脂が含まれると、音響整合層１５０の音響インピーダンスを調整しやすくなる。その一方で、音響整合層の上に、整合層を構成する樹脂組成物を塗布してから硬化させて、音響整合層を形成する方法を用いる際、樹脂が硬化時に収縮することにより、音響整合層１５０が湾曲してしまい、接着させた圧電材や他の音響整合層から剥離してしまうことがある。この現象は、音響整合層１５０における無機粒子の含有量が少ないとき、特に生じやすい。

また、超音波探触子を薬液で消毒および洗浄する際、薬液が探触子内に入り込み、音響整合層１５０を膨潤させてしまうことがある。これにより、膨潤した音響整合層１５０が、湾曲してしまい、接着された圧電材や他の音響整合層から剥離してしまうことがある。この現象は、音響整合層１５０における、樹脂の架橋密度が小さいとき、特に生じやすい。

これに対して、本実施の形態では、接着層１４０を介して圧電材１３０（本実施の形態では圧電材１３０上の電極１７０ｂ）と音響整合層１５０とが接着されているため、圧電材１３０と音響整合層１５０との接着強度を高めて、音響整合層１５０が湾曲することによる剥離を抑制することができる。

上述した、硬化時の収縮や、消毒時および洗浄時における膨潤により、音響整合層１５０が湾曲することによる、各音響整合層１５０ａ～１５０ｄ間で起こる剥離を抑制する観点から、接着層１４０は、後述する、第１整合層１５０ａ、第２整合層１５０ｂ、第３整合層１５０ｃおよび第４整合層１５０ｄ、の間のいずれか１つに配置されていることが好ましく、これらの間のうち２つに配置されていることがより好ましく、これらの間のそれぞれに配置されていることがさらに好ましい。

接着層１４０を、各音響整合層１５０ａ～１５０ｄの間に配置することで、予め硬化させた各音響整合層を、積層させて接着する場合においても、各音響整合層間の接着強度を十分に高めることができる。接着させる音響整合層１５０の少なくとも一方が、無機粒子を含むとき、シランカップリング剤のシランアルコキサイド基が無機粒子と反応し、反応性官能基が他方の音響整合層に含まれる樹脂と結合を形成するためである。

音響整合層１５０の音響インピーダンスを調整しやすくする観点から、音響整合層１５０は、樹脂および比重が４．５以上６．０以下である粒子を含む層を、含むことが好ましい。このような粒子を含む層を含むことで、音響整合層１５０の密度を高めつつ、音響整合層１５０における音速が低下することを抑制し、音響インピーダンスが過度に低下することを抑制することができる。そのため、密度と音速の積で表される音響インピーダンスを所望の範囲に調整しやすくすることができる。比重が上記範囲である粒子の例には、フェライト、酸化亜鉛などが含まれる。これらの粒子は１種類のみ用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

音響整合層１５０の音響インピーダンスをより調整しやすくする観点から、音響整合層に含まれる粒子の比重は、４．５以上５．６以下であることがより好ましい。

また、超音波は、異なる媒体間を伝播する時に、媒体間の音響インピーダンスの差の大きさに比例して反射される。そのため、圧電材１３０の音響インピーダンス（約２９～３５ＭＲａｙｌｓ）と、後述する超音波探触子を接触させる生体の音響インピーダンス（約１．５３ＭＲａｙｌｓ）との差を、圧電材１３０から音響レンズ１６０に向けて、徐々に小さくするように、音響整合層１５０の音響インピーダンスを調整することが好ましい。上述のように、比重が上記範囲である粒子は、音響整合層１５０の音響インピーダンスが過度に低下することを抑制することができるため、音響整合層１５０の最も圧電材側に位置する音響整合層（本実施の形態では整合層１５０ａ）に含まれることが好ましい。これにより、音響整合層１５０の音響インピーダンスと、生体の音響インピーダンスとの差を、圧電材１３０側から音響レンズ１６０側に向けて、徐々に小さくすることができる。

上記観点から、音響整合層１５０のうち、最も圧電材側に配置された音響整合層１５０ａの音響インピーダンスは、比重が上記範囲にある粒子を含ませることによって、１０ＭＲａｙｌｓ以上２５ＭＲａｙｌｓ以下であることが好ましく、１１ＭＲａｙｌｓ以上１５ＭＲａｙｌｓ以下に調整されることがより好ましい。

上記比重が４．５以上６．０以下である粒子の含有量は、上記樹脂、および上記粒子を含む層において、上記樹脂の全質量に対して１５０質量％以上１２００質量％以下であることが好ましい。本実施の形態では、各音響整合層１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄのうち少なくとも１層が、層に含まれる樹脂の質量に対して、１５０質量％以上１２００質量％以下の上記粒子を含むことが好ましい。上記含有量が１５０質量％以上であることで、各音響整合層１５０ａ～１５０ｄの密度を高めて音響インピーダンスを増加させることができる。また、１２００質量％以下であることで、各音響整合層１５０ａ～ｄにおける音速が低下することを抑制することができ、音響インピーダンスが過剰に低下することを抑制することができる。上記粒子のうち、例えば、比重が４．５である粒子の上記含有量は、１６０質量％以上８８０質量％以下であることが好ましく、比重が６．０である粒子の上記含有量は、２１５質量％以上１１６５質量％以下であることが好ましい。なお、本実施の形態において、上記「樹脂の質量」は、樹脂と硬化剤との合計質量を表す。

音響整合層１５０は、エラストマー粒子を含む層を、含むことが好ましい。エラストマー粒子は無機粒子に比べて比重が小さい傾向があるため、エラストマー粒子を含むことで、音響整合層１５０における音速および密度を下げて、音響インピーダンスが過剰に増大することを抑制することができる。このような観点から、各音響整合層１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄのうち、超音波の送信方向において、圧電材１３０から最も離れた位置に配置された整合層（本実施の形態では、第４整合層１５０ｄ）が、エラストマー粒子を含むことが好ましい。これにより、超音波探触子が接触させる生体の音響インピーダンスに近づくように調整しやすくすることができる。

音響整合層１５０は、エラストマー粒子の含有量が、エラストマー粒子を含む層における樹脂１００質量部に対して、４質量部以上１２２質量部以下である層を含むことが好ましく、９質量部以上１００質量部下であることがより好ましい。また、圧電材１３０から最も離れた位置に配置された整合層（本実施の形態では、第４整合層１５０ｄ）に含まれるエラストマー粒子の含有量は、圧電材１３０から最も離れた位置に配置された整合層の樹脂１００質量部に対して、２７質量部以上１００質量部以下であることが好ましく、５４質量部以上８１質量部以下であることがより好ましい。

音響整合層１５０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の種類や量を変更することで、適宜調整できる。例えば、各音響整合層１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄが、それぞれ樹脂および粒子を含む場合、各整合層における粒子の種類および量を変化させることで、音響インピーダンスを調整できる。なお、各整合層１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄは、同一の樹脂および粒子を含む層であってもよく、異なる樹脂および粒子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。

各音響整合層１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄの、超音波の伝搬方向の厚みは、特に限定されないが、音響レンズとの音響インピーダンスの差による超音波の反射を抑制する観点から使用する超音波の波長に応じて適宜調整することが好ましい。例えば、中心周波数が１０ＭＨｚの超音波を用いる場合は、上記厚みは、２０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。また、上記観点から、上記厚みは、超音波の波長の１／４の大きさと略同等の厚みであることがより好ましい。上記「略同等の厚み」とは、超音波の波長の１／４の厚みに対して、９５％以上１０５％以下の厚みであることを指す。

（音響レンズ）
音響レンズ１６０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１６０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１６０では、圧電材１３０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。

音響レンズ１６０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１６０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。

１－２．超音波トランスデューサの製造方法
以下、上述した超音波トランスデューサ１００を製造することができる、超音波トランスデューサの製造方法について説明する。

本実施の形態における、超音波トランスデューサの製造方法は、複数の音響部材のうち少なくとも一つの音響部材の表面に、多官能のシランカップリング剤と、接着剤と、を含む接着層を配置する工程と、前記接着層が配置された前記表面に、他の音響部材を積層する工程と、を有する。

（接着層を配置する工程）
本工程では、多官能のシランカップリング剤と、接着剤と、を含む接着層１４０を、複数の音響部材のうち少なくとも一つの音響部材の表面に配置する。

接着層１４０を音響部材の表面に配置する方法は、特に限定されない。例えば、多官能のシランカップリング剤を含む溶液に音響部材を浸漬させた後、音響部材に、接着剤を塗布することで、接着層１４０を配置することができる。

上記シランカップリング剤を含む溶液における、シランカップリング剤の含有量は、上記溶液の全質量に対して、１質量％以上１５質量％以下であることが好ましく、１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。

接着層１４０を配置させる音響部材は、上記音響部材に他の音響部材が積層されるものであれば、特に限定されない。

（音響部材を積層する工程）
本工程では、接着層１４０が配置された音響部材の表面に、他の音響部材を積層する。

接着層１４０が配置された音響部材の表面に、他の音響部材を積層することで、これらを接着させることができる。音響部材を積層する際、必要に応じて、音響部材に圧力をかけて、圧着させてもよい。

（酸素プラズマ処理する工程）
本実施の形態において、超音波トランスデューサの製造方法は、音響部材の表面を酸素プラズマ処理する工程を有していてもよい。

本工程では、音響部材の表面を酸素プラズマ処理することで、音響部材表面に存在する微少な汚れを除去することができる。これにより、上記汚れにより、音響部材どうしの接着強度が低下することを抑制することができる。そのため、本工程は、接着層１４０を音響部材の表面に配置する工程の前に行われる。

酸素プラズマ処理を行う際、酸素ガスの流量は特に限定されないが、例えば、１ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下である。また、酸素プラズマ処理を行う時間は、特に限定されないが、例えば、３０秒以上３００秒以下である。

（ダイシングする工程）
本実施の形態における、超音波トランスデューサの製造方法は、複数の音響部材を積層させた積層体をダイシングする工程を有していてもよい。

本工程では、複数の音響部材を積層させた積層体をダイシングする。これにより、超音波トランスデューサを使用用途に応じた大きさに切断することができる。

２．超音波探触子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２に示すような、超音波探触子１０や、超音波診断装置１に使用できる。超音波診断装置１は、上述の超音波トランスデューサ１００を備えた超音波探触子１０、本体部１１、コネクタ部１２およびディスプレイ１３を備える。

超音波探触子１０は、上記超音波トランスデューサ（不図示）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。

本体部１１からの電気信号（送信信号）は、ケーブル１４を通じて超音波探触子１０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１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。

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。

１．接着強度測定試験
（表面処理液の作製）
２質量部のシランカップリング剤１（Ｘ－１２－１１５４、信越化学工業株式会社製）を、６６質量部のメタノールと、３２質量部の水と、で希釈し、表面処理液１ａを作製した。用いるシランカップリング剤、希釈する溶液を表１に示したように変更した以外は、同様にして、表面処理液１ｂ～４ｂを作製した。なお、表１に示したシランカップリング剤１～４は、以下のものを用いた。

シランカップリング剤１（Ｘ－１２－１１５４（多官能のシランカップリング剤、官能基：メルカプト基）、信越化学工業株式会社製）
シランカップリング剤２（Ｍ０９２８、信越化学工業株式会社製）
シランカップリング剤３（Ｘ－１２－９７２Ｆ（多官能のシランカップリング剤、メｊ官能基：アミノ基）、信越化学工業株式会社製）
シランカップリング剤４（ＫＢＭ－９０３、信越化学工業株式会社製）

（音響整合層基板の作成）
９０質量部のエポキシ樹脂（ｊＥＲ－６３０、三菱ケミカル株式会社製）、５質量部のエポキシ樹脂硬化剤（ｊＥＲキュアＷＡ、三菱ケミカル株式会社製）、５質量部のエポキシ樹脂硬化剤（キュアゾール１Ｂ２ＭＺ、四国化成工業株式会社製）、３７３質量部のフェライト粉（ＬＤ－Ｍ、ＪＦＥケミカル株式会社製）、３２２質量部のタングステン粉（Ｗ－２ＫＤ、（日本新金属株式会社製）を、真空混合機（ＡＲＶ－３１０Ｐ、株式会社シンキー製）を用いて、回転数２０００ｒｐｍ、真空圧０．５ｋＰａで５分間、十分に混合して、コンパウンド－１を作成した。

中性洗剤で洗浄後、純水で十分に洗浄し乾燥したガラス基板を、表面処理液４ａに５分間浸漬した後、６０℃の恒温槽で、２０分乾燥を行った。その後、純水で３分間水洗を行い、再度６０℃の恒温槽で、５分間乾燥をして表面処理済みのガラス基板を作成した。

このガラス基板およびブレードを７５℃まで加温してから、ガラス基板上に７５℃コンパウンド－１を１００μｍになるように塗布を行い、８０℃の恒温槽で１時間乾燥させた後、さらに１５０℃の恒温槽で、３時間加熱を行い、音響整合層基板を作成した。

（接着試験用サンプルの作成）
接着フィルム（ユピセルＮ ＳＥ１４２０、ポリイミドフィルム、宇部興産株式会社製）に、無電解ニッケルメッキを行った。次いで、電解メッキにより、接着フィルム表面を金メッキさせた。このようにして圧電材の電極を模した電極フィルムを作製した。作製した電極フィルムを中性洗剤で洗浄した後、純水で十分に洗浄し室温（２５℃）で乾燥させた。次いで、上記電極フィルムを、表面処理液１ａに５分間浸漬した後、６０℃の恒温槽で、２０分間乾燥を行い、金メッキフィルム表面にカップリング剤を付与した。さらに、上記電極フィルムを純水で３分間水洗を行い、再度６０℃の恒温槽で、５分間乾燥させた。

接着剤（Ｃ１１６３、株式会社テスク製、ガラス転移温度：５３℃）の主剤と硬化剤とを２：１で混合し、真空脱気を行い、接着剤液を作製した。作製した接着剤液を、上記音響整合層基板の整合層が形成された面、および上記カップリング剤が付与された電極フィルムの金面に塗布し、接着層を形成した。その後、音響整合層基板の接着剤が塗布された面と、電極フィルムの接着剤が塗布された面とを貼り合わせ、スプリングを用いた加圧治具で６０℃の温度で、３０ｋｇｆ／ｃｍの圧力を３時間加えることで接着し、接着試験用サンプル１を作製した。このとき、接着層の厚みは０．８μｍであった。接着剤の厚みは、接着試験用サンプルの断面を、電子顕微鏡（Ｓ－８００、株式会社日立ハイテク製）を用いて、加速電圧２００ｋＶ、倍率２００倍の条件で観察して測定した。

表面処理液１ａの代わりに、表面処理液１ｂを用いた以外は、接着試験用サンプル１と同様にして、接着試験用サンプル２を作製した。また、上記電極フィルムの表面を酸素プラズマ処理した後に、表面処理液１ｂに浸漬させた以外は、接着用サンプル２と同様にして、接着用サンプル３を作製した。酸素プラズマ処理は、プラズマクリーナー（ＰＣ－１１００、サムコ株式会社製）を用いて、酸素ガス流量５ｓｃｃｍ、電力５０Ｗの条件で４５秒間行った。

上記電極フィルムの表面に対する、酸素プラズマ処理の有無と、表２に示した表面処理液に浸漬させた以外は、接着試験用サンプル１と同様にして、接着試験用サンプル４、５を作製した。

電極フィルムの代わりに、ポリスチレンフィルムを用い、ポリスチレンフィルムの表面に対する酸素プラズマ処理の有無と、用いる表面処理液を表２のように変更した以外は、接着試験用サンプル１と同様にして、接着試験用サンプル６～１０を作製した。なお、ポリスチレンフィルムと、音響整合層基板の整合層が形成された面との接着は、ポリスチレンを含む音響整合層と、エポキシ樹脂を含む音響整合層との接着を模している。

(接着強度の測定）
ＪＩＳ Ｋ６８５４－１：１９９９に記載の方法に準拠し、デジタルフォースゲージ（ＺＰ－２０Ｎ、株式会社イマダ製）及び計測スタンド（ＭＸ－５００Ｎ、株式会社イマダ製）を用いて９０度剥離テストを、５０℃の温度条件で行った。このとき、接着試験用サンプルの引っ張り方向に直交する方向の幅を１ｃｍとして、音響整合層から剥がした際の剥離強度を接着強度として測定した。測定結果に基づき、以下の基準に沿って、接着性を評価した。

○ 接着強度が１．２ｋｇｆ／ｃｍ以上である
△ 接着強度が１．０ｋｇｆ／ｃｍ以上１．２ｋｇｆ／ｃｍ以下である
× 接着強度が１．０ｋｇｆ／ｃｍ以下である

多官能のシランカップリング剤１および３を含む、表面処理液１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂを用いて接着させた、サンプル１～３、６、７は良好な接着性を示した。これは、多官能のシランカップリング剤１および３の、有機鎖における炭素数が、シランカップリング剤２および４よりも多く、有機鎖どうしの相互作用を高めて、音響部材間の接着面にシランカップリング剤を、十分に密度を高めて配向させることができるため、接着強度を向上させることができたと考えられる。また、シランカップリング剤が複数の反応性官能基を有するため、音響整合層との結合を強めて、接着強度が向上したと考えられる。

２．超音波トランスデューサの製造および耐久試験
本実施の形態に係る超音波トランスデューサ１００と同様の構成である超音波探触子トランスデューサを、以下の手順で製造した。そして、超音波トランスデューサの製造時に行うダイシングにおける、音響整合層の剥離の有無（歩留まり）を確認するための試験を行った。また、超音波探触子の使用後に行う消毒時に起こる、音響整合層の剥離の有無（耐久性）を確認するための試験を行った。

（４層整合層の作製）
９０質量部のエポキシ樹脂１（ｊＥＲ－６３０、三菱ケミカル株式会社製）、５質量部のエポキシ樹脂硬化剤１（ｊＥＲキュアＷＡ、三菱ケミカル株式会社製）、５質量部のエポキシ樹脂硬化剤２（キュアゾール１Ｂ２ＭＺ、四国化成工業株式会社製）、３７３質量部のフェライト粉（ＬＤ－Ｍ、比重５．６、ＪＦＥケミカル株式会社製）、３２２質量部のタングステン粉（Ｗ－２ＫＤ、比重１９．３、日本新金属株式会社製）を、真空混合機（ＡＲＶ－３１０Ｐ、株式会社シンキー製）を用いて、回転数２０００ｒｐｍ、真空圧０．５ｋＰａで５分間、十分に混合して、コンパウンド１を作成した。

用いるエポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、フェライト粉、およびタングステン粉の種類および質量を表３のように変更した以外は、コンパウンド１と同様にしてコンパウンド２を作製した。

タングステン粉の代わりに、５質量部のシリコーンゴムパウダー（ＫＭＰ－６０５、比重０．９８、信越化学工業株式会社製）を用い、フェライト粉の質量を５６質量部に変更した以外はコンパウンド２と同様にしてコンパウンド３を作製した。

エポキシ樹脂の種類と質量、エポキシ樹脂硬化剤の質量を表３のように変更し、フェライトを添加しなかったこと以外は、コンパウンド３と同様にしてコンパウンド４を作製した。なお、表３における、エポキシ樹脂１～３およびエポキシ樹脂硬化剤１～３は以下のものを用いた。

エポキシ樹脂１（ｊＥＲ－６３０、三菱ケミカル株式会社製）
エポキシ樹脂２（ｊＥＲ－８２８、三菱ケミカル株式会社製）
エポキシ樹脂３（ｊＥＲ－８０７、三菱ケミカル株式会社製）
エポキシ樹脂硬化剤１（ｊＥＲキュアＷＡ、三菱ケミカル株式会社製）
エポキシ樹脂硬化剤２（キュアゾール１Ｂ２ＭＺ、四国化成工業株式会社製）
エポキシ樹脂硬化剤３（ｊＥＲキュア１１３、三菱ケミカル株式会社製）

コンパウンド１を、ブレードコーター（型番、メーカー）を用いて８０℃の温度条件で、厚さが６０μｍになるように、テフロン基板上（「テフロン」はケマーズ社の登録商標）に塗布を行った。その後、１００℃の恒温槽で１時間加熱乾燥を行い、音響整合層１を作製した。電子顕微鏡（Ｓ－８００、株式会社日立ハイテク製）で測定した音響整合層１の膜厚は５９μｍであった。

音響整合層１の上にコンパウンド２を、ブレードコーターを用いて、４０℃の温度条件で、厚さが５０μｍになるように塗布し、音響整合層２を作製した。次いで、コンパウンド３をコンパウンド２の上に、３０℃の温度条件で、厚さが５０μｍになるように塗布し、音響整合層３を作製した。さらに、コンパウンド４をコンパウンド３の上に、４３℃の温度条件で、厚さが４０μｍになるように塗布し、音響整合層４を作製した。

その後、音響整合層１～４の積層体を１５０℃の恒温槽の中で３時間静置し、十分に硬化させた後、テフロン基板（「テフロン」はケマーズ社の登録商標）から取り外し、４層整合層を作成した。

（音響整合層の密度測定）
音響整合層１～４の密度をＪＩＳ Ｋ７１１２ ０２に記載の水中置換法の密度測定方法に準じて、電子比重計(ＳＤ－２００Ｌ、アルファミラージュ株式会社製）を用いて測定した。

（音響整合層の音速測定）
音響整合層１～４における超音波音速は、ＪＩＳ Ｚ２３５３－２００３に従い、超音波工業（株）製シングアラウンド式音速測定装置を用いて２５℃において測定した。

得られた上記密度と音速とを乗じて、音響整合層１～４の音響インピーダンスを算出した。

（バッキング層の作製）
９１質量部の液状シリコーンゴム（ＴＳＥ３０３２（Ａ）、モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製）、７５０質量部の３酸化タングステン粉（Ａ２－ＷＯ３、アライドマテリアル社製）を、真空混合機（ＡＲＶ－３１０、株式会社シンキー製）で十分に混合した。その後、９質量部の液状シリコーンゴム（ＴＳＥ３０３２（Ｂ）、モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製）を入れ、上記混合機で混合を行った。

得られた混合物を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に入れ、真空電熱プレス機（ＩＭＣ－１９ＡＥ、井本製作所）にて４．９ＭＰａの圧力で、真空下室温（２５℃）で３時間静置した後、５０℃で３時間加熱し、複合粒子のブロックを作製した。このとき、音響整合層の密度測定と同様の方法で測定した、上記ブロックの密度は、７．３ｇ／ｃｍ^３であった。

上記ブロックを１ｃｍ角に切り、カッターミル（ＶＭ－２０、槇野産業株式会社製）により粗粉砕した後、ピンミル粉砕機（Ｍ－４型、株式会社奈良機械製作所製）にてスクリーン０．５ｍｍ、回転数２８００ｒｐｍにて本粉砕を行った。そして、円形振動篩機（ＫＧ－４００、株式会社西村機械製作所製）にて目空き２１２μｍにてふるい、フィラー複合粒子を作製した。このとき、上記粒子の、レーザー式粒度分布測定機（ＬＭＳ－３０、株式会社セイシン企業製）で測定した平均粒径は、１２３μｍであった。

９１質量部のエポキシ樹脂（Ａｌｂｉｄｕｒ ＥＰ２２４０、ＮＡＮＯＲＥＳＩＮ社製）、３８０質量部の上記フィラー複合粒子を、真空混合機（ＡＲＶ－３１０、株式会社シンキー製）で十分に混合した。得られた混合物に、９質量部の架橋剤（ｊＥＲキュアＳＴ－１２、三菱ケミカル株式会社製）を入れ、上記真空混合機で混合し、樹脂混合物を作製した。

上記樹脂混合物を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に入れ、真空電熱プレス機にて９．９ＭＰａの圧力にて常温（２５℃）で４時間静置した後、６０℃で３時間加熱してバッキングブロックを形成した。このとき、音響整合層の密度測定と同様の方法で測定したブロックの密度は、２．６５ｇ／ｃｍ^３であった。また、音響整合層の音速測定で測定した音速と、上記ブロックの密度とを乗じて得られた音響インピーダンスは２．９ＭＲａｙｌｓであった。

さらに、超音波減衰率をＪＩＳ Ｚ２３５４－１９９２に従い算出した。具体的には、水槽中に２５℃の水を満たし、超音波パルサー・レシーバー（ＪＰＲ－１０Ｃ、ジャパンプローブ株式会社製）によって水中で１ＭＨｚの超音波を発生させ、超音波が樹脂混合物を透過する前と後の振幅の大きさから算出した。上記方法で測定された減衰率は３０ｄＢ／ｃｍ・ＭＨｚであった。上記ブロックをワイヤーソー（ＣＳ－２０３、ムサシノ電子株式会社製）を用いて、６ｍｍの厚さに切断後、精密研磨装置（ＭＡ－２００、ムサシノ電子株式会社製）で、５ｍｍの厚みに研磨してバッキング層を作製した。

（音響レンズの作製）
酸化チタン（Ｚｉｎｃｏｘ Ｓｕｐｅｒ Ｆ－２、ハクスイテック株式会社製）をステンレスパッド上に薄く入れた後、２５０℃の乾燥機に入れて４時間の乾燥を行い、表面吸着水を除去した。次いで、１００質量部のシリコンゴムコンパウンド（ＫＥ７４２Ｕ、信越化学工業株式会社製）と、４０質量部の上記微粒子酸化亜鉛とを、ロール混錬機（Ｎｏ．１９１－ＴＭ／ＷＭテストミキシングロール、株式会社安田精機製作所製）を用いて混錬し、ゴム組成物を調整した。

次いで上記ゴム組成物１００質量部に、加硫剤として、０．５質量部の２，５－ジメチル－２，５－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサンをロール混練機に入れ、成形用コンパウンドを調製した。得られた成形用コンパウンドを、手動式成型機（Ｐ５００Ｆ－４１４１、株式会社ショージ製）を用いて１６５℃で１０分間プレス成形した後、さらに２００℃で２時間、２次加硫を行い、音響レンズを作製した。なお、音響レンズの音響インピーダンスは１．３ＭＲａｙｌｓ、音響減衰率は－０．７ｄＢ／ｍｍ・ＭＨｚであった。

（超音波トランスデューサの作製）
上記バッキング層、ＦＰＣ、圧電材（ＰＺＴ ３２０３ＨＤ、厚さ０．１３ｍｍ、ＣＴＳ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ社製）および上記４層整合層をこの順に積層し接着剤（Ｃ１１６３、株式会社テスク製、ガラス転移温度：５３℃）で接着した。

次いで、ダイサー（ＤＡＤ３２３、厚さ０．０２ｍｍ、株式会社ＤＩＳＣＯ製）を用いて０．２０ｍｍピッチで、各素子の電極を切らないように、ダイシングした、さらに、ダイシングされた上記積層体をさらに３等分するようにダイシングを行った。

その後、ダイマー（ｄｉｘ－Ｃ、ｋｉｓｃｏ株式会社製）を、パリレン成膜装置（ＬＡＢＣＯＴＥＲ ＰＤＳ２０１０、ＳＣＳ社製）に入れ、積層体に膜厚が３μｍになるようにポリクロロパラキシリレン膜のコーティングを行った。そして、ＲＴＶシリコーン接着剤（ＫＥ－１６０４、信越化学工業株式会社製）を上述したダイシングにより形成されたダイス溝に真空中にて充填を行った後、上記音響レンズと、上記積層体とを加圧接着し、超音波トランスデューサを作製した。

上記方法で得られる超音波トランスデューサのうち、圧電材を表面処理液１ｂで５分間浸漬させた後、圧電材と４層整合層とを接着させたものを超音波トランスデューサ１とした。また、圧電材の表面をプラズマクリーナー（ＰＣ－１１００、サムコ株式会社製）で酸素プラズマ処理し、表面処理液２に浸漬させた後、圧電材と４層整合層とを接着させたものを、超音波トランスデューサ２とした。

（歩留まり）
超音波トランスデューサ１～２において、積層体をダイシングした後における、４層整合層の剥離の有無について、顕微鏡（ＳＺＸ７、オリンパス株式会社）を用いて観察した。観察結果について、以下の基準に沿って評価した。
○ ４層整合層の剥離が確認されなかった
× ４層整合層の剥離が確認された

（耐久性試験）
超音波トランスデューサ１～２を、エタノール中に一週間浸漬した後、４層整合層の剥離の有無について、顕微鏡を用いて観察した。観察結果について、以下の基準に沿って評価した。
○ ４層整合層の剥離が確認されなかった。
× ４層整合層の剥離が確認された。

評価結果を表３に示した。また、超音波トランスデューサ１および超音波トランスデューサ２において、積層体をダイシングした後における様子を撮影した画像を、それぞれ図３Ａ、Ｂに示した。また、耐久試験後の、超音波トランスデューサ１および超音波トランスデューサ２の４層整合層の様子を撮影した画像を、それぞれ図４Ａ、Ｂに示した。なお、図３Ａ、Ｂおよび図４Ａ、Ｂにおいて、Ａは音響整合層（４層整合層）、Ｂは圧電材を指す。また、図３Ａ、Ｂでは、音響整合層に対して、図の奥行き方向に圧電材が配置されている。

超音波トランスデューサ１は、歩留まりおよび耐久性の評価が良好であった。これは、多官能の化合物を有するシランカップリング剤１を用いて接着したため、単官能のシランカップリング剤２よりも、圧電材と音響整合層との間における配向性を高めることができ、十分な接着強度を得られたためであると考えられる。

本発明に係る超音波トランスデューサは、音響部材どうしの接着強度を向上させ、ダイシングを行う際の音響部材の剥離、および、消毒時における音響部材の剥離を、それぞれ抑制することができる。そのため、本発明は、例えば、超音波診断の分野などにおいて有用である。

１ 超音波診断装置
１０ 超音波探触子
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 フレキシブルプリント基板
１３０ 圧電材
１４０ 接着層
１５０ 音響整合層
１５０ａ 第１整合層
１５０ｂ 第２整合層
１５０ｃ 第３整合層
１５０ｄ 第４整合層
１６０ 音響レンズ
１７０ａ、１７０ｂ 信号電極

Claims (16)

1. 複数の音響部材が積層された積層体と、
   多官能のシランカップリング剤と、接着剤と、を含み、前記複数の音響部材のうち、任意の２つの前記音響部材を接合させる接着層と、
   を有する、
   超音波トランスデューサ。
2. 前記接着層は、炭素数が２以上６以下である有機酸、または、その塩を含む、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
3. 前記音響部材は、音響整合層を含み、
   前記接着層は、前記音響部材と他の音響部材とを接合する、請求項１または２に記載の超音波トランスデューサ。
4. 前記複数の音響部材は、超音波を送受信する圧電材を含み、
   前記接着層は、前記圧電材と前記音響整合層とを接合する、請求項３に記載の超音波トランスデューサ。
5. 前記音響整合層は、エラストマー粒子を含む、請求項３または４に記載の超音波トランスデューサ。
6. 前記音響整合層は、複数の音響整合層が積層されてなる、請求項３～５のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
7. 前記複数の音響整合層は、４層以上の音響整合層が積層されてなる、請求項６に記載の超音波トランスデューサ。
8. 前記複数の音響整合層のうち、超音波の伝搬方向において、最も圧電材から離れた層は、エラストマー粒子を含む、請求項６または７に記載の超音波トランスデューサ。
9. 前記音響整合層は、樹脂および比重が４．５以上６．０以下である粒子を含む層を含み、前記粒子の含有量は、前記樹脂および前記粒子を含む層における、前記樹脂の全質量に対して１５０質量％以上１２００質量％以下である、請求項３～８のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
10. 前記接着剤は、エポキシ樹脂を含む、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。
11. 前記接着剤は、ガラス転移温度が６０℃以上である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
12. 前記接着層の、超音波の伝搬方向の厚みは１μｍ以下である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサを有する、超音波探触子。
14. 請求項１３に記載の超音波探触子を含む、超音波診断装置。
15. 複数の音響部材のうち少なくとも一つの音響部材の表面に、多官能のシランカップリング剤と接着剤とを含む接着層を配置する工程と、
    前記接着層が配置された前記表面に、他の音響部材を積層する工程と、
    を有する、
    超音波トランスデューサの製造方法。
16. 前記音響部材の表面を酸素プラズマ処理する工程をさらに有する、請求項１５に記載の超音波トランスデューサの製造方法。

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