JP3749192B2 - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波のエコーを利用して生体内の断層を画像化する超音波内視鏡に主に用いられる超音波振動子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、超音波を生体に照射し、生体における音響インピーダンスの変化部分で反射された反射超音波を受信して電気信号に変換し、画像化することにより、超音波断層像を得る超音波診断装置が広く用いられるようになった。
【0003】
そして、体腔内に挿入可能な内視鏡挿入部の先端に超音波振動子を設け、この超音波振動子によって超音波断層画像を得られるようにした超音波内視鏡が実用化されている。
【0004】
前記超音波内視鏡で使用される超音波振動子の圧電素子は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT),チタン酸鉛(PbTiO3) 等の圧電材料で形成されている。この圧電素子は音響インピーダンスが大きい。このため、被検体に対して効率よく超音波を伝播するために、前記圧電素子に音響整合層として、最適の音響インピーダンスを有する、例えばエポキシ樹脂製の樹脂フィルム或いは、アルミナを混入した樹脂層、ガラスを混入した樹脂層、金属を混入した樹脂層を設けるようにしていた。
【0005】
しかし、圧電素子に金電極を設けた構成では、この金電極と前記樹脂フィルム或いは樹脂層とを例えばエポキシ系の接着剤を用いて接着しても十分な接着強度を得ることができなかった。このため、金電極の接着面を荒らしたり、有機質材料と無機質材料とを化学的に接合する性質を有する、前記エポキシ樹脂に対応すると一般的に推奨されているγ‐グリシドキシ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を使用していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金電極の接着面を荒らす接着方法では手間が煩雑であるばかりで、それほど、高い接着強度を得ることができなかった。また、上記シランカップリング剤を用いて、接着を行った場合でも所望の接着強度が得られなかった。このため、樹脂層が電極から部分的に剥離する現象が発生して感度が低下する等の不具合がおこるおそれがあった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、接着強度を改善し、樹脂層が金電極から剥離する等の不具合の発生を防止し、金電極と樹脂層とが確実に一体化して安定した超音波特性の得られる超音波振動子を提供することを目的にしている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波振動子は、金電極を設けた圧電素子と、この圧電素子の金電極に接着固定される音響インピーダンスを所定範囲に設定した樹脂層とを具備する超音波振動子であって、
前記圧電素子の金電極と前記樹脂層とを接着固定する所定の接着剤に、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を所定量混入している。
【0009】
又は、金電極を設けた圧電素子と、この圧電素子の金電極に接着固定される音響インピーダンスを所定範囲に設定した樹脂層とを具備する超音波振動子であって、
前記圧電素子の金電極と前記樹脂層との接着面の少なくとも一方に、予め、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を塗布し、前記圧電素子の金電極と樹脂層とを所定の接着剤で接着固定している。
【0010】
これらの構成によれば、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を接着剤とともに使用したことによって、金電極と樹脂層との接着固定強度が大幅に向上する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
図1ないし図3は本発明の一実施形態に係り、図1は超音波振動子の概略構成を示す斜視図、図2は図1のA‐A線断面図、図3は超音波振動子の他の構成を説明する図である。
【0013】
図1及び図2に示すように本実施形態の超音波振動子1は、超音波変換素子として圧電特性を有する平板で略円形状の圧電素子2と、超音波を放射する或いは超音波を送受する超音波放射面或いは超音波送受面(単に前面とも記す)に金をスパッタによって設けた金電極である前面電極3a及び前記圧電素子2の超音波放射面とは反対側の面(前面に対して後面と記す)に金を設けた金電極である後面電極3bと、前記圧電素子2の前面電極3aに第1接着剤4aによって積層される圧電素子2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間の隔たりをなくすように音の効率を上げるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂或いはウルテム樹脂等の樹脂層及びアルミナ入り樹脂層で厚さ寸法を、波長(λ)/4で形成した音響整合層5及び前記圧電素子2から放射された超音波を集束させて超音波ビームを出射させる集束手段となる樹脂製の音響レンズ6と、前記圧電素子2の後面電極3bに第2接着剤4bによって積層され、後方側への超音波を減衰させる例えばフェライト入りゴムで形成したバッキング材7と、前記圧電素子2,前面電極3a,後面電極3b,音響整合層5,音響レンズ6及びバッキング材7の一部のそれぞれの表面を覆う耐水性、耐薬品性に優れたパリレン(ポリパラキシリレン)等で形成した保護膜8とで主に構成されている。
【0014】
前記第1接着剤4aは、エポキシ系接着剤に一般的にゴム用に最適であると推奨されている、γ‐メルカプトプロピルトリメトキシシランを主成分とするシランカップリング剤を1〜2%混入したものである。
【0015】
このシランカップリング剤を混入した第1接着剤4aを用いて圧電素子2の前面電極3aに音響整合層5を接着固定することにより、前記γ‐グリシドキシ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を混入したエポキシ系の接着剤、或いはシランカップリング剤を混入していないエポキシ系の接着剤を用いた接着固定に比べ、音響整合層5が圧電素子2の前面電極3aから部分的に剥離することが改善されて、確実に接着固定される。
【0016】
なお、前記前面電極3aにはアース線9aが電気的に接続され、前記後面電極3bには信号線9bが電気的に接続されている。そして、これら電線9a,9bはリード線9としてひとまとめにされて延出し、図示しない超音波観測装置の信号端子及びアース端子にそれぞれ接続される。
【0017】
また、前記音響整合層5に設けられる音響レンズ6は、所定の厚み寸法に形成した音響整合層5に対して形成配置されるものであり、この音響整合層5と同部材のエポキシ樹脂を音響整合層5の超音波放射面に積層して例えば中央部から周方向にいくにしたがって連続的に厚み寸法が大きくなるように変化する凹んだ曲面形状に形成している。そして、本実施形態においては音響レンズ6の中央部の厚み寸法を、前記音響整合層5の超音波放射面に対して零に設定している。つまり、音響レンズ6の中央部と音響整合層5の超音波放射面とは一致している。この音響レンズ6の音速条件を水(生体)より速く設定している。
【0018】
このように、圧電素子の前面電極と音響整合層とを接着固定する際、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を所定量、混入した接着剤を使用することにより、接着強度を大幅に改善することができる。
【0019】
このことによって、音響整合層を圧電素子の前面電極に製造工程中に剥離することなく、確実に接着固定して、感度、帯域の安定した、即ち、超音波特性の良好な超音波振動子の提供を行える。
【0020】
なお、前記図1及び図2に示したように圧電素子2と音響整合層5との接着を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を所定量混入した第1接着剤4aで行う代わりに、前記音響整合層5の前面電極3a側の一面或いは、前記圧電素子2の前面電極3aの表面の少なくとも一方に、前記シランカップリング剤10を予め塗布し、その後、前記エポキシ系の接着剤で圧電素子2と音響整合層5とを接着固定するようにしても同様の作用及び効果を得ることができる。
【0021】
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、接着強度を改善し、樹脂層が金電極から剥離する等の不具合の発生を防止し、金電極と樹脂層とが確実に一体化して安定した超音波特性の得られる超音波振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波振動子の概略構成を示す斜視図
【図2】図1のA‐A線断面図
【図3】超音波振動子の他の構成を説明する図
【符号の説明】
1…超音波振動子
2…圧電素子
3a…前面電極
4a…接着剤
5…音響整合層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic transducer mainly used in an ultrasonic endoscope that images a tomography in a living body using an ultrasonic echo.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, an ultrasonic diagnostic apparatus that obtains an ultrasonic tomographic image by irradiating a living body with ultrasonic waves, receiving reflected ultrasonic waves reflected by a changing portion of acoustic impedance in the living body, converting them into electrical signals, and imaging them. Became widely used.
[0003]
An ultrasonic endoscope in which an ultrasonic transducer is provided at the distal end of an endoscope insertion portion that can be inserted into a body cavity and an ultrasonic tomographic image can be obtained by this ultrasonic transducer has been put into practical use. .
[0004]
The piezoelectric element of the ultrasonic transducer used in the ultrasonic endoscope is made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) or lead titanate (PbTiO3). This piezoelectric element has a large acoustic impedance. For this reason, in order to efficiently propagate ultrasonic waves to the subject, the piezoelectric element has an optimal acoustic impedance as an acoustic matching layer, for example, a resin film made of epoxy resin or a resin layer mixed with alumina, A resin layer mixed with glass and a resin layer mixed with metal were provided.
[0005]
However, in the configuration in which the gold electrode is provided on the piezoelectric element, sufficient adhesion strength cannot be obtained even when the gold electrode and the resin film or resin layer are bonded using, for example, an epoxy adhesive. Therefore, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, which is generally recommended to correspond to the epoxy resin, has the property of roughening the adhesion surface of the gold electrode or chemically bonding an organic material and an inorganic material. A silane coupling agent containing as a main component was used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the bonding method for roughening the bonding surface of the gold electrode is not only troublesome, but has not been able to obtain such a high bonding strength. Further, even when bonding was performed using the silane coupling agent, the desired bonding strength could not be obtained. For this reason, there is a possibility that the phenomenon that the resin layer partially peels from the electrode occurs and the sensitivity is lowered.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, improves the adhesive strength, prevents the occurrence of problems such as peeling of the resin layer from the gold electrode, and the gold electrode and the resin layer are reliably integrated and stable. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of obtaining the ultrasonic characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic vibrator according to the present invention is an ultrasonic vibrator including a piezoelectric element provided with a gold electrode and a resin layer in which an acoustic impedance that is bonded and fixed to the gold electrode of the piezoelectric element is set in a predetermined range. ,
A predetermined amount of a silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane is mixed in a predetermined adhesive that bonds and fixes the gold electrode of the piezoelectric element and the resin layer.
[0009]
Alternatively, an ultrasonic vibrator comprising a piezoelectric element provided with a gold electrode and a resin layer in which an acoustic impedance bonded and fixed to the gold electrode of the piezoelectric element is set within a predetermined range,
A silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane is applied in advance to at least one of the adhesion surfaces of the gold electrode of the piezoelectric element and the resin layer, and the gold electrode and the resin layer of the piezoelectric element are applied. Are fixed with a predetermined adhesive.
[0010]
According to these configurations, the adhesive fixing strength between the gold electrode and the resin layer is significantly improved by using the silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane together with the adhesive.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
1 to 3 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic transducer, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. It is a figure explaining other structures.
[0013]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment is a flat plate having a piezoelectric characteristic as an ultrasonic transducer and a substantially circular
[0014]
The first adhesive 4a is mixed with 1-2% of a silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, which is generally recommended as an epoxy adhesive for rubber. It is a thing.
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
Thus, when adhesively fixing the front electrode of the piezoelectric element and the acoustic matching layer, by using an adhesive mixed with a predetermined amount of a silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, Adhesive strength can be greatly improved.
[0019]
As a result, the acoustic matching layer is securely bonded and fixed to the front electrode of the piezoelectric element without being peeled off during the manufacturing process, and the ultrasonic transducer having a stable sensitivity and bandwidth, that is, having a good ultrasonic characteristic. Can provide.
[0020]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the adhesive between the
[0021]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the adhesive strength is improved, the occurrence of problems such as the resin layer peeling from the gold electrode is prevented, and the gold electrode and the resin layer are reliably integrated and stable ultrasonic waves. An ultrasonic transducer capable of obtaining characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic transducer. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. FIG. 3 is a diagram for explaining another configuration of an ultrasonic transducer.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
前記圧電素子の金電極と前記樹脂層とを接着固定する所定の接着剤に、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を所定量混入したことを特徴とする超音波振動子。In an ultrasonic transducer comprising a piezoelectric element provided with a gold electrode and a resin layer in which an acoustic impedance bonded and fixed to the gold electrode of the piezoelectric element is set within a predetermined range,
An ultrasonic vibration characterized in that a predetermined amount of a silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane is mixed in a predetermined adhesive for bonding and fixing the gold electrode of the piezoelectric element and the resin layer. Child.
前記圧電素子の金電極と前記樹脂層との接着面の少なくとも一方に、予め、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を塗布し、前記圧電素子の金電極と樹脂層とを所定の接着剤で接着固定したことを特徴とする超音波振動子。In an ultrasonic transducer comprising a piezoelectric element provided with a gold electrode and a resin layer in which an acoustic impedance bonded and fixed to the gold electrode of the piezoelectric element is set within a predetermined range,
A silane coupling agent mainly composed of γ-mercaptopropyltrimethoxysilane is applied in advance to at least one of the adhesion surfaces of the gold electrode of the piezoelectric element and the resin layer, and the gold electrode and the resin layer of the piezoelectric element are applied. And an ultrasonic transducer characterized by being bonded and fixed with a predetermined adhesive.
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