JP5131012B2 - Manufacturing method of multilayer piezoelectric element - Google Patents

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本発明は、シート状の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体を含む積層型圧電素子製造方法に関する
The present invention relates to a method of manufacturing a multilayer piezoelectric element comprising an organic piezoelectric body of sheet-shaped organic piezoelectric material stacking a plurality.

超音波は、通常、16000Hz以上の音波をいい、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能であることから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内から来た超音波の反射波(エコー)から生成した受信信号に基づいて当該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そして、X線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系(例えば心臓の冠動脈等)、消化器系(例えば胃腸等)、内科系(例えば肝臓、膵臓および脾臓等)、泌尿器系(例えば腎臓および膀胱等)および産婦人科系等で広く利用されている。   Ultrasound generally refers to sound waves of 16000 Hz or higher, and can be examined non-destructively, harmlessly, and in real time, so that it is applied to various fields such as defect inspection and disease diagnosis. . For example, an ultrasound that scans the inside of the subject with ultrasound and images the internal state of the subject based on a reception signal generated from the reflected wave (echo) of the ultrasound coming from inside the subject. There is a diagnostic device. This ultrasonic diagnostic apparatus is smaller and less expensive for medical use than other medical imaging apparatuses, has no radiation exposure such as X-rays, is highly safe, and has a blood effect using the Doppler effect. It has various features such as the ability to display flow. For this reason, the ultrasonic diagnostic apparatus includes a circulatory system (eg, coronary artery of the heart), a digestive system (eg, gastrointestinal), an internal system (eg, liver, pancreas, and spleen), and a urinary system (eg, kidney and bladder). Widely used in obstetrics and gynecology.

この超音波診断装置には、被検体に対して超音波(超音波信号)を送受信する超音波探触子が用いられている。この超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波の反射波を受けて受信の電気信号を生成する圧電素子を備えて構成されている。   In this ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves (ultrasound signals) to a subject is used. This ultrasonic probe uses a piezoelectric phenomenon to generate an ultrasonic wave by mechanical vibration based on an electric signal transmitted, and to generate a reflected wave of the ultrasonic wave caused by an acoustic impedance mismatch inside the subject. The piezoelectric element is configured to receive and generate a received electrical signal.

そして、近年では、例えば、診断精度の向上を図る観点等から、超音波画像の高精細さ化(高分解能化)が望まれており、このため、圧電素子の広帯域化が望まれている。また、圧電素子の広帯域化を図ることによって、いわゆるスペックルノイズやアーチファクトの低減を図ることもできる。例えば、特許文献1には、バッキングブロックと、バッキングブロック上に形成された圧電セラミック(PZT)から成る第1トランスデューサーと、第1トランスデューサー上に形成された圧電セラミック(PZT)から成る第2トランスデューサーと、第2トランスデューサー上に形成されたマッチング層と、マッチング層上に形成された圧電ポリマー(PVDF)から成る第3トランスデューサーと、第3トランスデューサー層上に形成された音響ウインドウとを備えて構成された多層トランスデューサーが開示されている。このような構成の多層トランスデューサーは、第2トランスデューサーによって例えば2MHzおよび4.25MHzを中心とした周波数帯域の第1および第2超音波信号を送信し、第1および第3トランスデューサーによって4MHzおよび8.5MHzの各第2高調波を中心とする周波数帯域の各エコー信号を受信することができ、このように圧電ポリマーを用いることによって広帯域化が図られている。   In recent years, for example, from the viewpoint of improving diagnostic accuracy, it has been desired to increase the definition (high resolution) of ultrasonic images, and for this reason, it is desired to increase the bandwidth of piezoelectric elements. In addition, it is possible to reduce so-called speckle noise and artifacts by increasing the bandwidth of the piezoelectric element. For example, Patent Document 1 discloses a backing block, a first transducer made of piezoelectric ceramic (PZT) formed on the backing block, and a second made of piezoelectric ceramic (PZT) formed on the first transducer. A transducer, a matching layer formed on the second transducer, a third transducer made of piezoelectric polymer (PVDF) formed on the matching layer, and an acoustic window formed on the third transducer layer; A multi-layer transducer configured with a is disclosed. The multilayer transducer having such a configuration transmits, for example, first and second ultrasonic signals in a frequency band centered on 2 MHz and 4.25 MHz by the second transducer, and 4 MHz and 4 by the first and third transducers. Each echo signal in a frequency band centered on each second harmonic of 8.5 MHz can be received, and thus a wide band is achieved by using a piezoelectric polymer.

一方、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波の反射波は、被検体内を伝播する間に被検体によって吸収され、減衰してしまうため、その信号レベル(音響エネルギ)は、小さい。このため、圧電素子の受信感度を高めることが望まれる。圧電素子の受信感度を高める方法として、例えば、圧電素子を多層構造とする方法がある。例えば、特許文献2および特許文献3では、圧電セラミックを積層した積層圧電アクチュエータが開示されている。この積層圧電アクチュエータの製造に当たって、まず、圧電セラミック粉末を有機バインダおよび溶剤に混合することによってスラリーが作製され、このスラリーからドクターブレード法等によって圧電セラミック生シートが作製される。次に、この圧電セラミックシートの一方面に、銀およびパラジウム等を主成分とする内部電極導体が印刷される。次に、この内部電極導体を印刷した圧電セラミック生シートが複数枚積層され、プレスによって圧着される。次に、この積層された圧電セラミック生シートを例えば500℃で脱バインダした後に例えば1200℃で焼成することによって、焼結体ブロックが作製される。そして、この焼結体ブロックを所望の大きさに機械的に切断した後にその切断面に外部電極導体を形成してリード線を接続することによって、積層圧電アクチュエータが製造される。
特開2007−029745号公報 特開平04−179285号公報 特開平06−252469号公報
On the other hand, the reflected wave of the ultrasonic wave generated due to the mismatch of acoustic impedance inside the subject is absorbed and attenuated by the subject while propagating through the subject, so the signal level (acoustic energy) is small. . For this reason, it is desired to increase the receiving sensitivity of the piezoelectric element. As a method for increasing the receiving sensitivity of the piezoelectric element, for example, there is a method in which the piezoelectric element has a multilayer structure. For example, Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose a laminated piezoelectric actuator in which piezoelectric ceramics are laminated. In manufacturing this multilayer piezoelectric actuator, first, a slurry is prepared by mixing piezoelectric ceramic powder with an organic binder and a solvent, and a piezoelectric ceramic raw sheet is prepared from this slurry by a doctor blade method or the like. Next, an internal electrode conductor mainly composed of silver and palladium is printed on one surface of the piezoelectric ceramic sheet. Next, a plurality of piezoelectric ceramic raw sheets on which the internal electrode conductors are printed are stacked and pressed by a press. Next, the laminated piezoelectric ceramic raw sheet is debindered at 500 ° C., for example, and then fired at 1200 ° C., for example, to produce a sintered body block. Then, after the sintered body block is mechanically cut to a desired size, an external electrode conductor is formed on the cut surface and a lead wire is connected to manufacture a laminated piezoelectric actuator.
JP 2007-029745 A Japanese Patent Laid-Open No. 04-179285 Japanese Patent Laid-Open No. 06-252469

ところで、有機圧電素子の受信感度を高めるべく、前記積層圧電アクチュエータの製造方法によって、フィルム状(板状、層状、膜状)の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体を含む積層型圧電素子を製造しようとすると、比較的高温の焼成工程があるため、この積層型圧電素子を製造することが難しい。   By the way, in order to increase the reception sensitivity of the organic piezoelectric element, a laminated piezoelectric element including an organic piezoelectric body in which a plurality of organic piezoelectric materials in the form of a film (plate, layer, film) is laminated by the method for producing a laminated piezoelectric actuator If it is going to manufacture, since there exists a comparatively high temperature baking process, it will be difficult to manufacture this laminated piezoelectric element.

また、積層型圧電素子における内部電極が機械的な超音波振動等に起因する経年劣化によって剥離する場合があることも考慮する必要がある。   In addition, it is necessary to consider that the internal electrode in the multilayer piezoelectric element may be peeled off due to aging due to mechanical ultrasonic vibration or the like.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、シート状の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体を含む積層型圧電素子製造方法を提供することである
The present invention is an invention made in view of the above circumstances, and its object is to provide a method of manufacturing a multilayer piezoelectric element comprising an organic piezoelectric body of sheet-shaped organic piezoelectric material stacking a plurality.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明にかかる一態様では、有機圧電材料から成るシート状の有機圧電層の一方主面上に、気相法によって電極層を形成する第1電極層形成工程と、前記有機圧電層の他方主面上に、接着剤を塗布することによって接着層を形成する接着層形成工程と、前記第1電極層形成工程と前記接着層形成工程とによって作製された前記有機圧電層と前記電極層と前記接着層とを備える複数の第1有機圧電シートを、前記複数の有機圧電シートのうちの一の有機圧電シートにおける接着層と他の有機圧電シートにおける電極層とが互いに接合するように、積層する第1積層工程と、前記第1積層工程によって作製された前記第1有機圧電シートを積層した前記有機圧電体を加圧すると共に加温する加圧加温処理工程とを備えることを特徴とする。そして、上述の積層型圧電素子の製造方法において、好ましくは、有機圧電材料から成るシート状の有機圧電層の両主面上に、気相法によって電極層を形成する第2電極層形成工程と、前記第1積層工程によって作製された複数の有機圧電シートを積層した有機圧電体における外部に露出した接着層上に、前記第2電極層形成工程によって作製された前記有機圧電層と前記両電極層とを備える第2有機圧電シートを積層する第2積層工程とをさらに備えることである。
As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, in one aspect that written to the present invention, on one main surface of a sheet-like organic piezoelectric layer composed of an organic piezoelectric material, a first electrode layer forming step of forming an electrode layer by a vapor phase method, the organic piezoelectric An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer by applying an adhesive on the other main surface of the layer; the organic piezoelectric layer produced by the first electrode layer forming step and the adhesive layer forming step; A plurality of first organic piezoelectric sheets including an electrode layer and the adhesive layer are bonded to each other so that an adhesive layer in one organic piezoelectric sheet and an electrode layer in another organic piezoelectric sheet of the plurality of organic piezoelectric sheets are bonded to each other. A first laminating step for laminating, and a pressurizing and heating treatment step for pressurizing and heating the organic piezoelectric body on which the first organic piezoelectric sheet produced by the first laminating step is laminated. Features . In the method for manufacturing a laminated piezoelectric element described above, preferably, a second electrode layer forming step of forming electrode layers on both main surfaces of a sheet-like organic piezoelectric layer made of an organic piezoelectric material by a vapor phase method; The organic piezoelectric layer produced by the second electrode layer forming step and the both electrodes on the adhesive layer exposed to the outside in the organic piezoelectric body obtained by laminating the plurality of organic piezoelectric sheets produced by the first laminating step And a second lamination step of laminating a second organic piezoelectric sheet comprising a layer.

このような構成の有機圧電素子の製造方法では、有機圧電シートを複数積層する場合に、接着層を形成する接着剤によって互いに積層することが可能である。このため、このような構成の積層型圧電素子の製造方法では、比較的低温で製造することが可能であり、シート状の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体を含む積層型圧電素子の提供が可能となる。   In the method of manufacturing an organic piezoelectric element having such a configuration, when a plurality of organic piezoelectric sheets are stacked, they can be stacked with an adhesive forming an adhesive layer. Therefore, the multilayer piezoelectric element manufacturing method having such a configuration can be manufactured at a relatively low temperature, and provides a multilayer piezoelectric element including an organic piezoelectric body in which a plurality of sheet-like organic piezoelectric materials are stacked. Is possible.

また、上述の積層型圧電素子の製造方法において、前記有機圧電材料は、フッ化ビニリデンモノマーとして含む共重合体を含むことを特徴とする。また、上述の積層型圧電素子の製造方法において、前記有機圧電材料は、イソシアナート基を2個以上有するモノマーとアミン基を2個以上有するモノマーとの気相法縮重合で形成されるポリ尿素重合体を含むことを特徴とする。上記構成によれば、有機圧電材料が比較的大きな電気機械結合定数(圧電効果)を有し、このような有機圧電材料から構成される有機圧電シートは、電気信号と超音波信号とを相互により効率よく変換することができ、圧電体として好適となる。したがって、上記構成によれば、電気信号と超音波信号とを相互により効率よく変換することができる積層型圧電素子を提供することができるIn the method for producing the above-described laminated piezoelectric element, the organic piezoelectric material, characterized in that it comprises a copolymer comprising vinylidene fluoride as a monomer. Further, in the above-described method for manufacturing a laminated piezoelectric element, the organic piezoelectric material is a polyurea formed by vapor phase condensation polymerization of a monomer having two or more isocyanate groups and a monomer having two or more amine groups. It is characterized by containing a polymer. According to the above configuration, the organic piezoelectric material has a relatively large electromechanical coupling constant (piezoelectric effect), and the organic piezoelectric sheet composed of such an organic piezoelectric material transmits an electric signal and an ultrasonic signal to each other. It can be converted efficiently and is suitable as a piezoelectric body. Therefore, according to the said structure, the lamination type piezoelectric element which can convert an electrical signal and an ultrasonic signal more efficiently mutually can be provided .

また、これら上述の積層型圧電素子の製造方法において、前記接着剤は、エポキシ系接着剤であることを特徴とする In the above-described method for manufacturing a laminated piezoelectric element, the adhesive is an epoxy adhesive .

また、これら上述の積層型圧電素子の製造方法において、前記加圧加温処理工程において、加圧圧力が1kPaから100GPaまでの範囲におけるいずれかの値であり、加温温度が20℃から200℃までの範囲におけるいずれかの値であり、加圧加温処理時間が1分から72時間までの範囲におけるいずれかの値であることを特徴とする。 In the method for producing these aforementioned multilayer piezoelectric element, said in the pressurizing and heating process is any value in the range from applied pressure is 1kPa to 100 GPa, the warming temperature is 200 ° C. from 20 ° C. The pressurizing and heating treatment time is any value in the range from 1 minute to 72 hours.

上記構成によれば、有機圧電体における圧電特性の劣化を低減することができる。なお、加圧圧力、加温温度および加圧加温処理時間は、上記範囲内において有機圧電材料に応じて適宜に選択される。また、加圧圧力が高く、そして、加温温度も高い比較的厳しい条件では、加圧加温処理時間は、比較的短い時間となり、一方、加圧圧力が低く、そして、加温温度も低い比較的緩い条件では、加圧加温処理時間は、比較的長い時間となる。   According to the above configuration, it is possible to reduce deterioration of piezoelectric characteristics in the organic piezoelectric body. The pressurizing pressure, heating temperature, and pressurizing / heating time are appropriately selected according to the organic piezoelectric material within the above ranges. Also, under relatively severe conditions where the pressurization pressure is high and the heating temperature is high, the pressurization and heating treatment time is relatively short, while the pressurization pressure is low and the heating temperature is low. Under relatively loose conditions, the pressure heating treatment time is relatively long.

本発明によれば、シート状の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体を含む積層型圧電素子製造方法が提供される ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the lamination type piezoelectric element containing the organic piezoelectric material which laminated | stacked several sheet-like organic piezoelectric materials is provided .

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
(実施の形態)
図1は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図2は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図3は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す斜視図である。図4は、実施形態の超音波探触子を構成する複数の積層型圧電素子のうちの一素子分を示す断面図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment. FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of an ultrasonic probe in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing one element among a plurality of stacked piezoelectric elements constituting the ultrasonic probe of the embodiment.

超音波診断装置Sは、図1および図2に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波(第1超音波信号)を送信すると共に、この被検体で反射した超音波の反射波(エコー、第2超音波信号)を受信する超音波探触子2と、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号(送信電気信号)を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して第1超音波信号を送信させると共に、超音波探触子2で受信された被検体内から来た第2超音波信号に応じて超音波探触子2で生成された電気信号の受信信号(受信電気信号)に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体1とを備えて構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic diagnostic apparatus S transmits an ultrasonic wave (first ultrasonic signal) to a subject such as a living body (not shown) and reflects the ultrasonic wave reflected by the subject. The ultrasonic probe 2 that receives the reflected wave (echo, second ultrasonic signal) is connected to the ultrasonic probe 2 via the cable 3 and connected to the ultrasonic probe 2 via the cable 3. By transmitting an electrical signal transmission signal (transmission electrical signal), the ultrasound probe 2 transmits the first ultrasound signal to the subject, and the inside of the subject received by the ultrasound probe 2 An ultrasonic image that images the internal state of the subject as an ultrasound image based on a received signal (received electrical signal) of an electrical signal generated by the ultrasound probe 2 according to the second ultrasound signal coming from The diagnostic apparatus main body 1 is provided.

超音波診断装置本体1は、例えば、図2に示すように、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、画像処理部14と、表示部15と、制御部16とを備えて構成されている。   For example, as shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 includes an operation input unit 11, a transmission unit 12, a reception unit 13, an image processing unit 14, a display unit 15, and a control unit 16. Configured.

操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。   The operation input unit 11 inputs data such as a command for instructing start of diagnosis and personal information of a subject, for example, and is an operation panel or a keyboard provided with a plurality of input switches, for example.

送信部12は、制御部16の制御に従って、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子2に第1超音波信号を発生させる回路である。送信部12は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。   The transmission unit 12 is a circuit that supplies a transmission signal of an electrical signal to the ultrasonic probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 16 and causes the ultrasonic probe 2 to generate a first ultrasonic signal. is there. The transmission unit 12 includes, for example, a high voltage pulse generator that generates a high voltage pulse.

受信部13は、制御部16の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を画像処理部14へ出力する。受信部13は、例えば、ケーブル3の伝送損失(伝送ロス)を補償すべく、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅回路131、この増幅回路で増幅された受信信号を遅延処理や整相加算処理等を行う受信回路132、この受信回路132で前記処理された信号をスペックルノイズを低減するためのフィルタ処理や、ハーモニックイメージング技術によって超音波画像を生成する場合では高次高調波と基本波とを分離するハーモニックイメージング処理等を行う受信処理回路133、および、この受信処理回路133で処理された信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換回路(ADC回路)134等を備えて構成される。   The receiving unit 13 is a circuit that receives a reception signal of an electrical signal from the ultrasound probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 16, and outputs the reception signal to the image processing unit 14. For example, in order to compensate for transmission loss (transmission loss) of the cable 3, the reception unit 13 delays the reception signal amplified by the amplification circuit 131 that amplifies the reception signal with a predetermined amplification factor set in advance. A receiving circuit 132 that performs processing, phasing addition processing, and the like. In the case of generating an ultrasonic image by a filtering process for reducing speckle noise or a harmonic imaging technique, the signal processed by the receiving circuit 132 is higher order. A reception processing circuit 133 that performs harmonic imaging processing and the like that separates harmonics and fundamental waves, and an analog-digital conversion circuit (ADC circuit) that converts a signal processed by the reception processing circuit 133 from an analog signal to a digital signal 134 and the like.

画像処理部14は、制御部16の制御に従って、受信部13で受信処理した受信信号に基づいて被検体内の内部状態を表す画像(超音波画像)を生成する回路である。画像処理部14は、例えば、受信部13で受信処理した受信信号に基づいて被検体の超音波画像を生成するDSP(Digital Signal Processor)141、および、表示部15に超音波画像を表示すべく、DSP141で処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路(DAC回路)142等を備えて構成される。DSP141は、Bモード処理回路、ドプラ処理回路、カラーモード処理回路、空間合成回路、周波数合成回路等を備え、いわゆるBモード画像、ドプラ画像およびカラーモード画像の生成が可能とされている。   The image processing unit 14 is a circuit that generates an image (ultrasonic image) representing the internal state in the subject based on the reception signal received and processed by the receiving unit 13 under the control of the control unit 16. The image processing unit 14 displays, for example, an ultrasonic image on the display unit 15 and a DSP (Digital Signal Processor) 141 that generates an ultrasonic image of the subject based on the reception signal received and processed by the reception unit 13. A digital-analog conversion circuit (DAC circuit) 142 for converting a signal processed by the DSP 141 from a digital signal to an analog signal is provided. The DSP 141 includes a B-mode processing circuit, a Doppler processing circuit, a color mode processing circuit, a space synthesis circuit, a frequency synthesis circuit, and the like, and can generate so-called B-mode images, Doppler images, and color mode images.

画像処理部14は、第1超音波信号の周波数帯と略同一の周波数帯の超音波信号を第2超音波信号して受信部13で受信し、この受信した受信信号に基づいて被検体の超音波画像を生成するように構成されてもよいが、本実施形態では、より高精度の超音波画像を得る観点から、画像処理部14は、ハーモニックイメージング(Harmonic Imaging)技術によって、受信部13で受信した受信信号に基づいて被検体の超音波画像を生成するように構成される。   The image processing unit 14 receives an ultrasonic signal having a frequency band substantially the same as the frequency band of the first ultrasonic signal as a second ultrasonic signal, and receives the received ultrasonic wave at the receiving unit 13. Based on the received reception signal, the image processing unit 14 Although an ultrasonic image may be generated, in the present embodiment, from the viewpoint of obtaining a higher-accuracy ultrasonic image, the image processing unit 14 uses the harmonic imaging technology to receive the receiving unit 13. An ultrasonic image of the subject is generated based on the received signal received in step (1).

このハーモニックイメージング技術は、基本周波数成分のレベルに比較してサイドローブレベルが小さく、S/N比(signal to noise ratio)が良くなってコントラスト分解能が向上すること、周波数が高くなることによってビーム幅が細くなって横方向分解能が向上すること、近距離では音圧が小さくて音圧の変動が少ないために多重反射が抑制されること、および、焦点以遠の減衰が基本波並みであり高周波を基本波とする場合に較べて深速度を大きく取れること等の様々な利点を有している。   In this harmonic imaging technology, the side lobe level is small compared to the level of the fundamental frequency component, the S / N ratio (signal to noise ratio) is improved, the contrast resolution is improved, and the beam width is increased by increasing the frequency. The lateral resolution improves, the sound pressure is small and the fluctuation in sound pressure is small at short distances, so that multiple reflections are suppressed. Compared to the case of using the fundamental wave, it has various advantages such as a greater depth speed.

このハーモニックイメージング技術には、例えば、特開2001−286472号公報等に開示されているように、大別すると、フィルタ法と位相反転法(パルスインバージョン法)との2つの方法がある。このフィルタ法は、高調波検出フィルタによって基本波成分と高調波成分とを分離し、高調波成分だけを抽出し、この高調波成分から超音波画像を生成する方法である。また、この位相反転法は、同一方向に続けて互いに位相が反転している第1および第2送信信号を送信し、これら第1および第2送信信号に対応する第1および第2受信信号を加算することによって高調波成分を抽出し、この高調波成分から超音波画像を生成する方法である。第1および第2受信信号における基本波成分は、位相が反転しているが、高調波の例えば第2次高調波成分は、同相となるため、第1および第2受信信号を加算することによってこの第2次高調波成分が抽出される。   For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-286472, the harmonic imaging technique is roughly classified into two methods, a filter method and a phase inversion method (pulse inversion method). This filter method is a method in which a fundamental wave component and a harmonic component are separated by a harmonic detection filter, only the harmonic component is extracted, and an ultrasonic image is generated from the harmonic component. Further, this phase inversion method transmits first and second transmission signals whose phases are successively inverted in the same direction, and first and second reception signals corresponding to the first and second transmission signals are transmitted. In this method, a harmonic component is extracted by addition and an ultrasonic image is generated from the harmonic component. Although the fundamental wave components in the first and second received signals are inverted in phase, the second harmonic component of the harmonic, for example, is in phase, so by adding the first and second received signals This second harmonic component is extracted.

この画像処理部14では、例えば、フィルタ法によって受信信号から高調波成分が抽出され、この抽出された高調波成分に基づいてハーモニックイメージング技術を用いて被検体の超音波画像が生成される。また例えば、画像処理部14では、位相反転法によって受信信号から高調波成分が抽出され、この抽出された高調波成分に基づいてハーモニックイメージング技術を用いて被検体の超音波画像が生成される。   In the image processing unit 14, for example, a harmonic component is extracted from the received signal by a filter method, and an ultrasonic image of the subject is generated using a harmonic imaging technique based on the extracted harmonic component. Further, for example, the image processing unit 14 extracts a harmonic component from the received signal by the phase inversion method, and generates an ultrasonic image of the subject based on the extracted harmonic component using a harmonic imaging technique.

表示部15は、制御部16の制御に従って、画像処理部14で生成された被検体の超音波画像を表示する装置である。表示部15は、例えば、CRTディスプレイ、LCD(液晶ディスプレイ)、有機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。   The display unit 15 is a device that displays an ultrasonic image of the subject generated by the image processing unit 14 under the control of the control unit 16. The display unit 15 is, for example, a display device such as a CRT display, LCD (liquid crystal display), organic EL display, or plasma display, or a printing device such as a printer.

制御部16は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら超音波探触子2、操作入力部11、送信部12、受信部13、画像処理部14および表示部15を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Sの全体制御を行う回路である。   The control unit 16 includes, for example, a microprocessor, a storage element, and peripheral circuits thereof, and the ultrasonic probe 2, the operation input unit 11, the transmission unit 12, the reception unit 13, the image processing unit 14, and a display. It is a circuit that performs overall control of the ultrasound diagnostic apparatus S by controlling the unit 15 according to the function.

超音波探触子(超音波プローブ)2は、被検体内に第1超音波信号を送信しこの第1超音波信号に基づく被検体内から来た第2超音波信号を受信する装置である。超音波探触子2は、例えば、図3および図4に示すように、平板状の音響制動部材21(21A、21B、21C)と、この音響制動部材21の一方主面上に積層された複数の無機圧電素子22と、これら複数の無機圧電素子22上にそれぞれ積層された複数の中間層23と、これら複数の中間層23上にそれぞれ積層された複数の有機圧電素子24と、これら複数の有機圧電素子24上に積層された図略の音響整合層および音響レンズとを備えて構成される。   The ultrasonic probe (ultrasonic probe) 2 is a device that transmits a first ultrasonic signal into a subject and receives a second ultrasonic signal coming from within the subject based on the first ultrasonic signal. . For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the ultrasonic probe 2 is laminated on a plate-like acoustic braking member 21 (21 </ b> A, 21 </ b> B, 21 </ b> C) and one main surface of the acoustic braking member 21. A plurality of inorganic piezoelectric elements 22, a plurality of intermediate layers 23 respectively stacked on the plurality of inorganic piezoelectric elements 22, a plurality of organic piezoelectric elements 24 respectively stacked on the plurality of intermediate layers 23, and the plurality of these And an acoustic matching layer and an acoustic lens (not shown) laminated on the organic piezoelectric element 24.

音響整合層は、無機圧電素子22および有機圧電素子24の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。音響整合層は、単層で構成されてもよく、あるいは、複数層で構成されてもよい。例えば、受信周波数帯域を広帯域化する場合では、音響整合層は、複数層で構成されることが好ましい。音響レンズは、被検体に向けて送信される超音波を収束する部材であり、円弧状に膨出した形状とされている。なお、音響整合層と音響レンズとは、一体に構成されてよい。   The acoustic matching layer is a member that matches the acoustic impedance of the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24 with the acoustic impedance of the subject. The acoustic matching layer may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of layers. For example, in the case where the reception frequency band is widened, the acoustic matching layer is preferably composed of a plurality of layers. The acoustic lens is a member that converges ultrasonic waves transmitted toward the subject, and has a shape that bulges in an arc shape. Note that the acoustic matching layer and the acoustic lens may be integrally formed.

音響制動部材21は、超音波を吸収する材料(超音波吸収材)から構成され、主に、無機圧電素子22から音響制動部材21方向へ放射される超音波を吸収するものである。音響制動部材21は、超音波を充分に減衰することによって無機圧電素子22の音響的特性を良好に保つべく、使用される超音波の波長に対して充分な厚みを有していることが好ましい。また、音響制動部材21は、無機圧電素子22を機械的に支持するものであり、また、第1超音波信号のパルス波形を短くすべく音響的に制動をかけるものである。音響制動部材21は、一般に、音響負荷部材、バッキング層、ダンパ層あるいは音響吸収部材とも呼ばれる。音響制動部材21の材料として、例えばエポキシ樹脂等の樹脂に音響散乱粉体を混ぜた材料が挙げられる。このような材料では音響散乱粉体によって超音波の減衰率を大きくすることができる。音響散乱粉体は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銀(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、インジウム(In)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)およびタンタル(Ta)等を挙げることができるが、コストや入手の容易性から、本実施形態では、タングステンが用いられる。そして、音響制動部材21には、図4に示すように、その一端が無機圧電素子22の一方電極にそれぞれ接続された電気的な導体である導体線27が、複数、積層方向で貫通するように超音波吸収材に埋設されている。   The acoustic braking member 21 is made of a material that absorbs ultrasonic waves (ultrasonic absorber), and mainly absorbs ultrasonic waves radiated from the inorganic piezoelectric element 22 toward the acoustic braking member 21. The acoustic braking member 21 preferably has a sufficient thickness with respect to the wavelength of the ultrasonic wave to be used in order to keep the acoustic characteristics of the inorganic piezoelectric element 22 good by sufficiently attenuating the ultrasonic wave. . The acoustic braking member 21 mechanically supports the inorganic piezoelectric element 22 and acoustically applies braking so as to shorten the pulse waveform of the first ultrasonic signal. The acoustic braking member 21 is generally also called an acoustic load member, a backing layer, a damper layer, or an acoustic absorbing member. Examples of the material of the acoustic braking member 21 include a material obtained by mixing an acoustic scattering powder in a resin such as an epoxy resin. In such a material, the attenuation factor of the ultrasonic wave can be increased by the acoustic scattering powder. The acoustic scattering powders are tungsten (W), molybdenum (Mo), silver (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), indium (In), scandium (Sc), yttrium (Y) and tantalum (Ta). In this embodiment, tungsten is used because of cost and availability. As shown in FIG. 4, the acoustic braking member 21 has a plurality of conductor wires 27, one end of which is connected to one electrode of the inorganic piezoelectric element 22, penetrating in the stacking direction. Embedded in the ultrasonic absorber.

無機圧電素子22は、無機圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号とを相互に変換するものである。無機圧電素子22は、例えば、無機圧電材料から成る無機圧電体221における互いに対向する両面にそれぞれ電極層222、223を備えて構成される。無機圧電素子22における一方の電極層222は、信号線としての音響制動部材21の導体線27に電気的に接続される。無機圧電体221の無機圧電材料は、例えば、いわゆるPZT、水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、ニオブ酸タンタル酸カリウム(K(Ta,Nb)O)、チタン酸バリウム(BaTiO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)およびチタン酸ストロンチウム(SrTiO)等である。この無機圧電素子22における前記無機圧電体221の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。 The inorganic piezoelectric element 22 includes an inorganic piezoelectric material, and converts an electrical signal and an ultrasonic signal to each other by using a piezoelectric phenomenon. The inorganic piezoelectric element 22 includes, for example, electrode layers 222 and 223 on opposite surfaces of an inorganic piezoelectric body 221 made of an inorganic piezoelectric material. One electrode layer 222 in the inorganic piezoelectric element 22 is electrically connected to the conductor wire 27 of the acoustic braking member 21 as a signal line. Examples of the inorganic piezoelectric material of the inorganic piezoelectric body 221 include so-called PZT, quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium niobate tantalate (K (Ta, Nb) O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), and tantalum. Lithium oxide (LiTaO 3 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ). The thickness of the inorganic piezoelectric body 221 in the inorganic piezoelectric element 22 is appropriately set depending on, for example, the frequency of ultrasonic waves to be transmitted, the type of inorganic piezoelectric material, and the like.

音響制動部材21上に積層された前記複数の無機圧電素子22は、互いに所定の間隔を空けて平面視にて線形独立な2方向に、例えば互いに直交する2方向に、m行×n列でアレイ状に2次元配列されて、構成されている。m、nは、正の整数である。複数の中間層23および複数の有機圧電素子24は、これら複数の無機圧電素子22上に積層されることから、m行×n列でアレイ状に2次元配列されることになる。前記所定の間隔を空けることによって生じる隙間には、無機圧電素子22間のクロストークを低減する観点から、超音波吸収材が充填されていることが好ましい。   The plurality of inorganic piezoelectric elements 22 stacked on the acoustic braking member 21 are arranged in m rows × n columns in two directions that are linearly independent in a plan view with a predetermined interval therebetween, for example, in two directions orthogonal to each other. Two-dimensionally arranged in an array. m and n are positive integers. Since the plurality of intermediate layers 23 and the plurality of organic piezoelectric elements 24 are stacked on the plurality of inorganic piezoelectric elements 22, they are two-dimensionally arranged in an array of m rows × n columns. From the viewpoint of reducing crosstalk between the inorganic piezoelectric elements 22, it is preferable that the gap generated by the predetermined interval is filled with an ultrasonic absorber.

中間層(バッファ層)23は、無機圧電素子22と有機圧電素子24とを積層するための部材である。本実施形態では、中間層23は、無機圧電素子22と有機圧電素子24との音響インピーダンスを整合させる部材である。   The intermediate layer (buffer layer) 23 is a member for laminating the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24. In the present embodiment, the intermediate layer 23 is a member that matches the acoustic impedances of the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24.

有機圧電素子24は、有機圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって、第1超音波信号に基づく被検体内から来た第2超音波信号を受信電気信号に変換するものである。本実施形態では、図4に示すように、有機圧電素子24は、有機圧電材料から成るシート状の有機圧電層241(241−2〜241−7)と、有機圧電層241(241−2〜241−7)の一方主面上に形成された電極層242(242−2〜242−7)と、有機圧電層241(241−2〜241−7)の他方主面上に形成された接着層243(243−2〜243−7)とを備える有機圧電シート24(24−2〜24−7)を複数積層した有機圧電体24aを備えている。そして、有機圧電素子24は、この有機圧電体24a上に積層され、有機圧電材料から成るシート状の有機圧電層241−1と、有機圧電層241−1の両主面上にそれぞれ形成された電極層242−1、244とを備える有機圧電シート24−1を備えている。   The organic piezoelectric element 24 includes an organic piezoelectric material, and converts a second ultrasonic signal coming from within the subject based on the first ultrasonic signal into a received electric signal by using a piezoelectric phenomenon. . In this embodiment, as shown in FIG. 4, the organic piezoelectric element 24 includes a sheet-like organic piezoelectric layer 241 (241-2 to 241-7) made of an organic piezoelectric material and an organic piezoelectric layer 241 (2412-2). 241-7), the electrode layer 242 (242-2 to 242-7) formed on one main surface and the organic piezoelectric layer 241 (241-2 to 241-7) formed on the other main surface. An organic piezoelectric body 24a in which a plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-2 to 24-7) including layers 243 (243-2 to 243-7) are stacked is provided. The organic piezoelectric element 24 is laminated on the organic piezoelectric body 24a and formed on both main surfaces of the sheet-like organic piezoelectric layer 241-1 and the organic piezoelectric layer 241-1 made of an organic piezoelectric material. An organic piezoelectric sheet 24-1 including electrode layers 242-1 and 244 is provided.

本実施形態では、有機圧電素子24は、7個の有機圧電シート24(24−1〜24−7)が積層されて構成されている。複数の有機圧電シート24(24−1〜24−7)は、これら複数の有機圧電シート24(24−1〜24−7)のうちの一の有機圧電シート24における接着層243と他の有機圧電シート24における電極層242とが互いに接合するように、接着層243の接着剤によって接着されて積層されている。例えば、有機圧電シート24−7と有機圧電シート24−6とは、有機圧電シート24−7の接着層243−7と有機圧電シート24−6の電極層242−6とが互いに接合するように、有機圧電シート24−7の接着層243−7の接着剤によって接着されて積層されている。また例えば、有機圧電シート24−6と有機圧電シート24−5とは、有機圧電シート24−6の接着層243−6と有機圧電シート24−5の電極層242−5とが互いに接合するように、有機圧電シート24−6の接着層243−6の接着剤によって接着されて積層されている。このように各有機圧電シート24(24−7〜24−1)は、積層方向において下に位置する有機圧電シート24(24−7〜24−2)の接着層243(243−7〜243−2)の接着剤によって、積層方向において上に位置する有機圧電シート24(24−6〜24−1)の電極層242(242−6〜242−1)が接着されている。この接着層243の接着剤には、有機圧電層241の有機圧電材料に化学的な親和性を有するとともに電極層242の材料に化学的な親和性を有する結合材が含まれている。なお、有機圧電層241の有機圧電材料および接着層243の接着剤については、後述する。   In the present embodiment, the organic piezoelectric element 24 is configured by laminating seven organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7). The plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7) include the adhesive layer 243 and one of the other organic piezoelectric sheets 24 of the plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7). The electrode layers 242 in the piezoelectric sheet 24 are bonded and laminated with an adhesive of the adhesive layer 243 so as to be bonded to each other. For example, the organic piezoelectric sheet 24-7 and the organic piezoelectric sheet 24-6 are formed such that the adhesive layer 243-7 of the organic piezoelectric sheet 24-7 and the electrode layer 242-6 of the organic piezoelectric sheet 24-6 are bonded to each other. The organic piezoelectric sheet 24-7 is laminated by being adhered by the adhesive of the adhesive layer 243-7 of the organic piezoelectric sheet 24-7. Further, for example, the organic piezoelectric sheet 24-6 and the organic piezoelectric sheet 24-5 are formed such that the adhesive layer 243-6 of the organic piezoelectric sheet 24-6 and the electrode layer 242-5 of the organic piezoelectric sheet 24-5 are bonded to each other. The organic piezoelectric sheet 24-6 is laminated by being bonded with an adhesive of the adhesive layer 243-6 of the organic piezoelectric sheet 24-6. Thus, each organic piezoelectric sheet 24 (24-7 to 24-1) is adhered to the adhesive layer 243 (243-7 to 243) of the organic piezoelectric sheet 24 (24-7 to 24-2) positioned below in the stacking direction. The electrode layer 242 (242-6 to 242-1) of the organic piezoelectric sheet 24 (24-6 to 24-1) positioned on the upper side in the stacking direction is bonded by the adhesive of 2). The adhesive of the adhesive layer 243 includes a binder having chemical affinity for the organic piezoelectric material of the organic piezoelectric layer 241 and chemical affinity for the material of the electrode layer 242. The organic piezoelectric material of the organic piezoelectric layer 241 and the adhesive of the adhesive layer 243 will be described later.

そして、無機圧電素子22、中間層23および有機圧電素子24を積層した積層体の両側面には、それぞれ外部電極パターン28、29を形成した外部電極シート26−1、26−2が接着剤によって接着固定されている。両外部電極シート26−1、26−2の一方、例えば、外部電極シート26−1は、有機圧電素子24から信号を取り出す信号線として機能し、その外部電極パターン28は、その外部電極パターン28の一部が、複数、シートをその一方主面から他方主面へ厚み方向に貫通し、これら外部電極パターン28の各一部分が、それぞれ、複数有機圧電シート24−1の電極層244、有機圧電シート24−2と有機圧電シート24−3との間に介在する電極層242−2、有機圧電シート24−4と有機圧電シート24−5との間に介在する電極層242−4、および、有機圧電シート24−6と有機圧電シート24−7との間に介在する電極層242−6に、前記接着固定に伴って圧着されることによって電気的に接続されている。そして、両外部電極シート26−1、26−2の他方、例えば、外部電極シート26−2は、無機圧電素子22および有機圧電素子24を接地するための接地線として機能し、その外部電極パターン29は、その外部電極パターン29の一部が、複数、シートをその一方主面から他方主面へ厚み方向に貫通し、これら外部電極パターン29の各一部分が、それぞれ、有機圧電シート24−1と有機圧電シート24−2との間に介在する電極層242−1、有機圧電シート24−3と有機圧電シート24−4との間に介在する電極層242−3、有機圧電シート24−5と有機圧電シート24−6との間に介在する電極層242−5、有機圧電シート24−7の電極層242−7、および、無機圧電素子22の他方の電極層223に、前記接着固定に伴って圧着されることによって電気的に接続されている。7個の有機圧電シート24(24−1〜24−7)を積層した有機圧電素子24は、その最外面から電極層244、電極層242−1、電極層242−2、電極層242−3、電極層242−4、電極層242−5、電極層242−6および電極層242−7を有するが、上記構成によって、電極層244から1つおきに外部電極シート26−1の外部電極パターン28に電気的に接続されるとともに、電極層242−1から1つおきに外部電極シート26−2の外部電極パターン29に電気的に接続されている。   Then, external electrode sheets 26-1 and 26-2 on which external electrode patterns 28 and 29 are formed are respectively attached to both side surfaces of the laminate in which the inorganic piezoelectric element 22, the intermediate layer 23, and the organic piezoelectric element 24 are laminated by an adhesive. Bonded and fixed. One of the external electrode sheets 26-1 and 26-2, for example, the external electrode sheet 26-1 functions as a signal line for extracting a signal from the organic piezoelectric element 24, and the external electrode pattern 28 is the external electrode pattern 28. A plurality of sheets penetrates the sheet from one main surface to the other main surface in the thickness direction, and each part of the external electrode pattern 28 includes an electrode layer 244 of the plurality of organic piezoelectric sheets 24-1, an organic piezoelectric element, respectively. An electrode layer 242-2 interposed between the sheet 24-2 and the organic piezoelectric sheet 24-3, an electrode layer 242-4 interposed between the organic piezoelectric sheet 24-4 and the organic piezoelectric sheet 24-5, and It is electrically connected to the electrode layer 242-6 interposed between the organic piezoelectric sheet 24-6 and the organic piezoelectric sheet 24-7 by being pressure-bonded along with the adhesive fixing. The other of the external electrode sheets 26-1 and 26-2, for example, the external electrode sheet 26-2 functions as a ground line for grounding the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24, and the external electrode pattern thereof. 29, a plurality of parts of the external electrode pattern 29 penetrate through the sheet from one main surface to the other main surface in the thickness direction, and each part of the external electrode pattern 29 is respectively an organic piezoelectric sheet 24-1. Electrode layer 242-1 interposed between the organic piezoelectric sheet 24-2 and the organic piezoelectric sheet 24-4, electrode layer 242-2 interposed between the organic piezoelectric sheet 24-4 and the organic piezoelectric sheet 24-5. To the electrode layer 242-5 interposed between the organic piezoelectric sheet 24-6, the electrode layer 242-7 of the organic piezoelectric sheet 24-7, and the other electrode layer 223 of the inorganic piezoelectric element 22. It is electrically connected by being crimped with a constant. The organic piezoelectric element 24 in which seven organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7) are stacked has an electrode layer 244, an electrode layer 242-1, an electrode layer 242-2, and an electrode layer 242-3 from the outermost surface. , Electrode layer 242-4, electrode layer 242-5, electrode layer 242-6, and electrode layer 242-7, but with the above configuration, the external electrode pattern of the external electrode sheet 26-1 every other electrode layer 244 28, and every other electrode layer 242-1 is electrically connected to the external electrode pattern 29 of the external electrode sheet 26-2.

なお、図4に示す例では、積層される有機圧電シート24(24−1〜24−7)は、7個であるが、積層数は、任意でよく、例えば所望の感度が得られるように適宜に設定される。   In the example shown in FIG. 4, the number of organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7) to be stacked is seven, but the number of layers may be arbitrary. For example, a desired sensitivity can be obtained. It is set appropriately.

このような構成では、無機圧電素子22と有機圧電素子24との2層構造となるので、その一方を、超音波信号を送信する超音波送信部に用いると共に、その他方を、超音波信号を受信する超音波受信部に用いることができる。このため、その一方を送信用に、より適したものとすることができると共に、その他方を受信用に、より適したものとすることができ、最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。例えば、本実施形態では、送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子22が超音波送信部として用いられると共に、超音波を比較的広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子24が超音波受信部として用いられる。したがって、このような構成の超音波探触子2は、比較的大きなパワーで基本波の第1超音波信号を送信することができ、より大きな第2超音波信号の高調波成分を得ることができ、この第2超音波信号の高調波成分を好適に受信可能となる。そして、有機圧電素子24は、積層型であるため、より高感度で第2超音波信号の高調波成分を受信することができる。このため、特に、このような構成の超音波探触子2は、第2超音波信号の高調波成分を好適に高感度で受信することができるので、上述のハーモニックイメージング技術によって超音波画像を形成する超音波診断装置Sに好適である。   In such a configuration, since the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24 have a two-layer structure, one of them is used for an ultrasonic transmission unit that transmits an ultrasonic signal, and the other is used for an ultrasonic signal. It can be used for an ultrasonic receiving unit for receiving. For this reason, one of them can be made more suitable for transmission, and the other can be made more suitable for reception, enabling optimization, and more accurate images. Can be obtained. For example, in this embodiment, the inorganic piezoelectric element 22 capable of increasing the transmission power is used as the ultrasonic transmission unit, and the organic piezoelectric element 24 has a characteristic capable of receiving ultrasonic waves over a relatively wide frequency. Is used as an ultrasonic receiver. Therefore, the ultrasonic probe 2 having such a configuration can transmit the first ultrasonic signal of the fundamental wave with relatively large power, and can obtain a higher harmonic component of the second ultrasonic signal. It is possible to suitably receive the harmonic component of the second ultrasonic signal. And since the organic piezoelectric element 24 is a lamination | stacking type | mold, it can receive the harmonic component of a 2nd ultrasonic signal with higher sensitivity. For this reason, in particular, since the ultrasonic probe 2 having such a configuration can receive the harmonic component of the second ultrasonic signal with high sensitivity, an ultrasonic image can be obtained by the harmonic imaging technique described above. It is suitable for the ultrasonic diagnostic apparatus S to be formed.

また、図3および図4に示すように、無機圧電素子22と有機圧電素子24とが積層されているので、超音波探触子2の小型化が可能となる。また、第1および第2超音波信号の送受信面(図略の前記音響レンズの表面)と超音波送信部としての無機圧電素子22との間に超音波受信部としての有機圧電素子24が配置されているので、受信ノイズを低減してSN比を向上させることが可能となる。   3 and 4, since the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24 are laminated, the ultrasonic probe 2 can be miniaturized. In addition, an organic piezoelectric element 24 as an ultrasonic receiving unit is disposed between the first and second ultrasonic signal transmitting / receiving surfaces (the surface of the acoustic lens not shown) and the inorganic piezoelectric element 22 as an ultrasonic transmitting unit. Therefore, it is possible to reduce the reception noise and improve the S / N ratio.

このような構成の超音波探触子2では、複数の無機圧電素子22のそれぞれには、送信部12からケーブル3を介して超音波探触子2に入力された電気信号の送信信号が、前記複数の導体線27のそれぞれを介して入力される。各無機圧電素子22は、この電気信号を、圧電現象を利用することによって超音波信号に変換してこの超音波信号を送信する。そして、超音波探触子2が被検体に当てられることによって、各無機圧電素子22で生成された超音波信号が第1超音波信号として被検体内へ送信される。一方、各有機圧電素子24は、第1超音波信号に基づく被検体内から来た第2超音波信号を受信し、圧電現象を利用することによってこの受信した第2超音波信号を電気信号に変換してこの電気信号を出力する。この電気信号は、外部電極シート26−1の外部電極パターンを介して出力される。この電気信号は、超音波探触子2からケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力される。   In the ultrasonic probe 2 having such a configuration, a transmission signal of an electric signal input to the ultrasonic probe 2 from the transmission unit 12 via the cable 3 is transmitted to each of the plurality of inorganic piezoelectric elements 22. The signal is input via each of the plurality of conductor lines 27. Each inorganic piezoelectric element 22 converts this electric signal into an ultrasonic signal by utilizing a piezoelectric phenomenon, and transmits this ultrasonic signal. Then, when the ultrasonic probe 2 is applied to the subject, the ultrasonic signal generated by each inorganic piezoelectric element 22 is transmitted into the subject as a first ultrasonic signal. On the other hand, each organic piezoelectric element 24 receives a second ultrasonic signal coming from within the subject based on the first ultrasonic signal, and uses the piezoelectric phenomenon to convert the received second ultrasonic signal into an electrical signal. It converts and outputs this electric signal. This electrical signal is output via the external electrode pattern of the external electrode sheet 26-1. This electrical signal is output from the ultrasound probe 2 to the receiving unit 13 of the ultrasound diagnostic apparatus body 1 via the cable 3.

このような構成では、有機圧電シート24(24−1〜24−7)を複数積層する場合に、接着層243(243−2〜243−7)を形成する接着剤によって互いに積層することが可能である。このため、このような構成では、比較的低温で製造することが可能であり、シート状の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体24aを含む積層型圧電素子の提供が可能となる。   In such a configuration, when a plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7) are stacked, they can be stacked with an adhesive that forms the adhesive layer 243 (243-2 to 243-7). It is. For this reason, in such a configuration, it is possible to manufacture at a relatively low temperature, and it is possible to provide a stacked piezoelectric element including an organic piezoelectric body 24a in which a plurality of sheet-like organic piezoelectric materials are stacked.

このような構成の超音波探触子2は、次のように製造される。図5は、実施形態の積層型圧電素子における有機圧電素子の製造方法を説明するための図である。   The ultrasonic probe 2 having such a configuration is manufactured as follows. FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing an organic piezoelectric element in the multilayer piezoelectric element of the embodiment.

図5において、まず、有機圧電層241(241−2〜241−7)となる、有機圧電材料から成るシートが用意され、そのシートの一方主面上に、例えば化学的気相法や物理的気相法等の気相法によって電極層242(242−2〜242−7)が形成される(第1電極層形成工程)。シートの厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。シートの厚さは、通常、約1μから約1mmまでの範囲におけるいずれかの値となり、例えば、本実施形態では、約20μmとされる。化学的気相法(CVD法)は、例えばステンレスや石英等から成る反応管内へ電極層242の成分を含む原料ガスを供給し、前記反応管内で、加熱された前記シート上に、シート表面あるいは気相での化学反応によって電極層242として薄膜を堆積する方法である。化学的気相法として、例えば、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法、エピタキシャルCVD法およびアトミックレイヤーCVD法等が挙げられる。物理的気相法(PVD法)は、気相中で前記シート上に、物理的手法により電極層242として薄膜を堆積する方法である。物理的気相法として、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー法、イオンメッキ(イオンプレーティング)法、イオンビームデポジション法およびスパッタ法等が挙げられる。電極層242の材料は、好ましくは、アルミニウム、銅、ニッケル、亜鉛、錫、銀、白金、金、パラジウムおよびこれらの合金である。あるいは、電極層242の材料は、導電性の有機材料であってもよい。特に好ましくは、高真空中でアルミニウム等の金属の円盤(ターゲット)に高エネルギーの原子(アルゴンやそのイオン)を衝突させ、円盤から金属原子を叩き出し、この叩き出された金属原子を前記シート表面に層状に付着堆積させることによって、アルミニウム金属電極層を形成することである。電極層242の厚さは、適宜に設定されるが、例えば、約0.1μmから約5μmまでの範囲におけるいずれかの値に設定される。   In FIG. 5, first, a sheet made of an organic piezoelectric material to be an organic piezoelectric layer 241 (241-2 to 241-7) is prepared, and on one main surface of the sheet, for example, a chemical vapor phase method or a physical layer is prepared. The electrode layer 242 (242-2 to 242-7) is formed by a vapor phase method such as a vapor phase method (first electrode layer forming step). The thickness of the sheet is appropriately set depending on, for example, the frequency of ultrasonic waves to be received, the type of organic piezoelectric material, and the like. The thickness of the sheet is usually any value in a range from about 1 μm to about 1 mm, and is, for example, about 20 μm in the present embodiment. In the chemical vapor deposition method (CVD method), for example, a raw material gas containing a component of the electrode layer 242 is supplied into a reaction tube made of stainless steel, quartz, or the like, and the surface of the sheet or the surface of the sheet heated or heated in the reaction tube. In this method, a thin film is deposited as the electrode layer 242 by a chemical reaction in a gas phase. Examples of the chemical vapor phase method include a thermal CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method, an epitaxial CVD method, and an atomic layer CVD method. The physical vapor phase method (PVD method) is a method in which a thin film is deposited as an electrode layer 242 on the sheet in a gas phase by a physical method. Examples of physical vapor phase methods include resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, molecular beam epitaxy, ion plating (ion plating), ion beam deposition, and sputtering. The material of the electrode layer 242 is preferably aluminum, copper, nickel, zinc, tin, silver, platinum, gold, palladium, and alloys thereof. Alternatively, the material of the electrode layer 242 may be a conductive organic material. Particularly preferably, high energy atoms (argon or ions thereof) are collided with a metal disk (target) such as aluminum in a high vacuum, and metal atoms are struck out from the disk, and the struck metal atoms are ejected from the sheet. The aluminum metal electrode layer is formed by depositing and depositing on the surface in layers. The thickness of the electrode layer 242 is appropriately set. For example, the thickness is set to any value in a range from about 0.1 μm to about 5 μm.

次に、前記シートの他方主面上に、前記有機圧電材料に化学的な親和性を有するとともに前記電極層の材料に化学的な親和性を有する結合材を含む接着剤を塗布することによって、接着層243(243−2〜243−7)が形成される(接着層形成工程)。この接着剤の塗布に前に、前記シートの表面における接着強度を上げる(高める)ために、前処理が施されてもよい。この前処理は、例えば、コロナ放電、レーザ処理、火炎処理、プラズマ処理および研磨処理等を挙げることができる。前処理は、前記シートの表面に、OH基(水酸基)、カルボキシル基、アルデヒド基およびアミノ基等の官能基を形成することによって、前記シートの表面を化学的に処理して接着強度を上げることが可能となる。あるいは、前処理は、前記シートの表面を凹凸化して接着剤の食いつき(アンカリング効果)を向上させることによって、前記シートの表面を物理的に処理して接着強度を上げることが可能となる。   Next, on the other main surface of the sheet, by applying an adhesive containing a binder having chemical affinity for the organic piezoelectric material and chemical affinity for the electrode layer material, Adhesive layer 243 (243-2 to 243-7) is formed (adhesive layer forming step). Prior to the application of the adhesive, a pretreatment may be performed in order to increase (enhance) the adhesive strength on the surface of the sheet. Examples of the pretreatment include corona discharge, laser treatment, flame treatment, plasma treatment, and polishing treatment. The pretreatment is to chemically treat the surface of the sheet to increase the adhesive strength by forming functional groups such as OH group (hydroxyl group), carboxyl group, aldehyde group and amino group on the surface of the sheet. Is possible. Alternatively, the pretreatment makes it possible to increase the adhesive strength by physically treating the surface of the sheet by making the surface of the sheet uneven and improving the bite (anchoring effect) of the adhesive.

次に、上述の第1電極層形成工程と接着層形成工程とによって作製された有機圧電層241と電極層242と接着層243とを備える複数の第1有機圧電シート24(24−2〜24−7)が、複数の有機圧電シート24(24−2〜24−7)のうちの一の有機圧電シート24における接着層242と他の有機圧電シート24における電極層243とが互いに接合するように、積層される(第1積層工程)。   Next, a plurality of first organic piezoelectric sheets 24 (24-2 to 24-24) including the organic piezoelectric layer 241, the electrode layer 242, and the adhesive layer 243 produced by the first electrode layer forming step and the adhesive layer forming step described above. −7) is such that the adhesive layer 242 in one organic piezoelectric sheet 24 of the plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-2 to 24-7) and the electrode layer 243 in another organic piezoelectric sheet 24 are bonded to each other. Are stacked (first stacking step).

次に、有機圧電層241−1となる、有機圧電材料から成るシートが用意され、そのシートの両主面上に、例えば化学的気相法や物理的気相法等の気相法によって電極層242−1、244が形成される(第2電極層形成工程)。ここで、シートの厚さ、気相法、電極層242−1、244の材料および厚さは、上述した第1電極層形成工程と同様である。   Next, a sheet made of an organic piezoelectric material to be the organic piezoelectric layer 241-1 is prepared, and electrodes are formed on both main surfaces of the sheet by a vapor phase method such as a chemical vapor phase method or a physical vapor phase method. Layers 242-1 and 244 are formed (second electrode layer forming step). Here, the thickness of the sheet, the vapor phase method, and the material and thickness of the electrode layers 242-1 and 244 are the same as those in the first electrode layer forming step described above.

次に、第1積層工程によって作製された複数の有機圧電シート24(24−2〜24−7)を積層した有機圧電体24aにおける外部に露出した接着層243−2上(最外面の有機圧電シート24−2上)に、第2電極層形成工程によって作製された有機圧電層241−1と両電極層242−1、244とを備える第2有機圧電シート24−1が積層される(第2積層工程)。   Next, on the adhesive layer 243-2 exposed to the outside in the organic piezoelectric body 24 a in which the plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-2 to 24-7) prepared by the first stacking step are stacked (the outermost organic piezoelectric layer). On the sheet 24-2, a second organic piezoelectric sheet 24-1 including the organic piezoelectric layer 241-1 produced by the second electrode layer forming step and both electrode layers 242-1 and 244 is laminated (first). 2 lamination process).

次に、第2積層工程によって作製された第2有機圧電シート24−1を積層した有機圧電体24aが加圧されると共に加温され(加圧加温処理工程)、有機圧電素子24が製造される。好ましくは、この加圧加温処理工程において、加圧圧力は、約1kPaから約100GPaまでの範囲におけるいずれかの値であり、加温温度は、約20℃から約200℃までの範囲におけるいずれかの値であり、そして、加圧加温処理時間は、約1分から約72時間までの範囲におけるいずれかの値である。このような条件で加圧加温処理を実行することによって、有機圧電素子24における圧電特性の劣化を低減することが可能となる。ここで、加圧圧力、加温温度および加圧加温処理時間は、上記範囲内において有機圧電材料に応じて適宜に選択される。また、加圧圧力が高く、そして、加温温度も高い比較的厳しい条件では、加圧加温処理時間は、比較的短い時間となり、一方、加圧圧力が低く、そして、加温温度も低い比較的緩い条件では、加圧加温処理時間は、比較的長い時間となる。また、加圧圧力が比較的高い場合では、接着層243(243−2〜243−7)は、極薄いものとなる。なお、一般に知られているように、例えば80℃で溶けるポリマーでも極短時間、例えば1分程度の加熱時間であれば、溶けずに充分耐え得る。   Next, the organic piezoelectric body 24a on which the second organic piezoelectric sheet 24-1 produced in the second lamination step is laminated is pressurized and heated (pressurization and heating treatment step), and the organic piezoelectric element 24 is manufactured. Is done. Preferably, in this pressurizing and heating treatment step, the pressurizing pressure is any value in the range from about 1 kPa to about 100 GPa, and the heating temperature is any value in the range from about 20 ° C. to about 200 ° C. The pressure heating treatment time is any value in the range from about 1 minute to about 72 hours. By executing the pressurizing and heating process under such conditions, it is possible to reduce the deterioration of the piezoelectric characteristics of the organic piezoelectric element 24. Here, the pressurizing pressure, the heating temperature, and the pressurizing and heating treatment time are appropriately selected according to the organic piezoelectric material within the above range. Also, under relatively severe conditions where the pressurization pressure is high and the heating temperature is high, the pressurization and heating treatment time is relatively short, while the pressurization pressure is low and the heating temperature is low. Under relatively loose conditions, the pressure heating treatment time is relatively long. Moreover, when the pressurizing pressure is relatively high, the adhesive layer 243 (243-2 to 243-7) is extremely thin. As is generally known, for example, even a polymer that melts at 80 ° C. can be sufficiently endured without melting if it is heated for a very short time, for example, about 1 minute.

次に、上述の有機圧電素子24の製造と並行して、または、上述の有機圧電素子24の製造前あるいは製造後に、音響制動部材21上に積層した複数の無機圧電素子22が公知の製造方法によって製造される。   Next, in parallel with the manufacture of the organic piezoelectric element 24 described above, or before or after the manufacture of the organic piezoelectric element 24 described above, a plurality of inorganic piezoelectric elements 22 laminated on the acoustic braking member 21 are known manufacturing methods. Manufactured by.

より具体的には、例えば、まず、無機圧電体221となる、所定の厚さを持った平板状の無機圧電材料から成る無機圧電シートが用意され、互いに対向するように、この無機圧電シートの両主面に略全面に亘ってそれぞれ電極層222、223となる金属膜が例えばスクリーン印刷、蒸着あるいはスパッタ等によって形成される。   More specifically, for example, first, an inorganic piezoelectric sheet made of a flat inorganic piezoelectric material having a predetermined thickness, which becomes the inorganic piezoelectric body 221, is prepared. A metal film to be the electrode layers 222 and 223 is formed on both main surfaces over substantially the entire surface by, for example, screen printing, vapor deposition, sputtering, or the like.

次に、積層方向に貫通するように複数の導体線27が埋め込まれた平板状の音響制動部材21上に、前記両金属膜を形成した無機圧電シートが接着剤を介して積層され、接着固定される。次に、音響制動部材21が露出するまで積層方向に溝(隙間、間隙、ギャップ、スリット)が前記無機圧電シートに例えばダイシングソ等によって形成される。溝は、平面視にて線形独立な2方向に、例えば互いに直交する2方向にm行×n列で配列する2次元アレイ状の複数の無機圧電素子22を構成するように、これら2方向に複数形成される。無機圧電素子22は、例えば、平面視にて矩形状とされ、そのサイズは、例えば分解能等によって適宜に設定される。このような各工程によって、音響制動部材21上に積層した複数の無機圧電素子22が製造される。   Next, the inorganic piezoelectric sheet on which the two metal films are formed is laminated via an adhesive on the flat acoustic braking member 21 in which a plurality of conductor wires 27 are embedded so as to penetrate in the laminating direction, and bonded and fixed. Is done. Next, grooves (gap, gap, gap, slit) in the stacking direction are formed in the inorganic piezoelectric sheet by, for example, a dicing saw until the acoustic braking member 21 is exposed. The grooves are arranged in two directions so as to constitute a plurality of inorganic piezoelectric elements 22 in a two-dimensional array arranged in m rows × n columns in two directions that are linearly independent in plan view, for example, in two directions orthogonal to each other. A plurality are formed. The inorganic piezoelectric element 22 has, for example, a rectangular shape in plan view, and the size thereof is appropriately set depending on, for example, resolution. Through these steps, a plurality of inorganic piezoelectric elements 22 laminated on the acoustic braking member 21 are manufactured.

次に、複数の無機圧電素子22上に、それぞれ、中間層23を介して上述のように製造された複数の有機圧電素子24が接着固定される。中間層23がエポキシ系樹脂によって構成される場合には、中間層23を接着剤として用いることができる。   Next, the plurality of organic piezoelectric elements 24 manufactured as described above are bonded and fixed onto the plurality of inorganic piezoelectric elements 22 via the intermediate layer 23, respectively. When the intermediate layer 23 is made of an epoxy resin, the intermediate layer 23 can be used as an adhesive.

次に、無機圧電素子22、中間層23および有機圧電素子24を積層した積層体の両側面に、それぞれ外部電極パターン28、29を形成した外部電極シート26−1、26−2が接着剤によって接着固定される。   Next, external electrode sheets 26-1 and 26-2 having external electrode patterns 28 and 29 formed on both side surfaces of the laminated body in which the inorganic piezoelectric element 22, the intermediate layer 23, and the organic piezoelectric element 24 are laminated are bonded with an adhesive. Bonded and fixed.

次に、有機圧電素子24上に、音響整合層および音響レンズ(図3および図4に不図示)が形成され、図3および図4に示す構造の超音波探触子2が製造される。   Next, an acoustic matching layer and an acoustic lens (not shown in FIGS. 3 and 4) are formed on the organic piezoelectric element 24, and the ultrasonic probe 2 having the structure shown in FIGS. 3 and 4 is manufactured.

このような構成では、有機圧電シート24(24−1〜24−7)を複数積層する場合に、接着層243(243−2〜243−7)を形成する接着剤によって互いに積層することが可能である。このため、このような構成では、比較的低温で製造することが可能であり、シート状の有機圧電材料を複数積層した有機圧電体24aを含む積層型圧電素子の提供が可能となる。   In such a configuration, when a plurality of organic piezoelectric sheets 24 (24-1 to 24-7) are stacked, they can be stacked with an adhesive that forms the adhesive layer 243 (243-2 to 243-7). It is. For this reason, in such a configuration, it is possible to manufacture at a relatively low temperature, and it is possible to provide a stacked piezoelectric element including an organic piezoelectric body 24a in which a plurality of sheet-like organic piezoelectric materials are stacked.

上述の構成の超音波診断装置Sでは、例えば、操作入力部11から診断開始の指示が入力されると、制御部16の制御によって送信部12で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル3を介して超音波探触子2へ供給される。この電気信号の送信信号は、例えば、所定の周期で繰り返される電圧パルスである。この電気信号の送信信号が供給されることによって複数の無機圧電素子22のそれぞれがその厚み方向に伸縮し、この電気信号の送信信号に応じて超音波振動する。この超音波振動によって、複数の無機圧電素子22は、中間層23、有機圧電素子24、前記音響整合層および音響レンズを介して超音波(第1超音波信号)を放射する。超音波探触子2が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子2から被検体に対して第1超音波信号が送信される。この第1超音波信号における基本波の基本周波数は、一般的には、約2MHzから約25MHzまでの範囲におけるいずれかの値が選択される。   In the ultrasonic diagnostic apparatus S configured as described above, for example, when an instruction to start diagnosis is input from the operation input unit 11, a transmission signal of an electrical signal is generated by the transmission unit 12 under the control of the control unit 16. The generated electrical signal transmission signal is supplied to the ultrasonic probe 2 via the cable 3. The electric signal transmission signal is, for example, a voltage pulse repeated at a predetermined cycle. By supplying the transmission signal of the electric signal, each of the plurality of inorganic piezoelectric elements 22 expands and contracts in the thickness direction, and ultrasonically vibrates according to the transmission signal of the electric signal. By this ultrasonic vibration, the plurality of inorganic piezoelectric elements 22 radiate ultrasonic waves (first ultrasonic signals) through the intermediate layer 23, the organic piezoelectric element 24, the acoustic matching layer, and the acoustic lens. For example, when the ultrasonic probe 2 is in contact with the subject, the first ultrasonic signal is transmitted from the ultrasonic probe 2 to the subject. As the fundamental frequency of the fundamental wave in the first ultrasonic signal, generally any value in a range from about 2 MHz to about 25 MHz is selected.

なお、超音波探触子2は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。   Note that the ultrasound probe 2 may be used in contact with the surface of the subject, or may be used by being inserted into the subject, for example, being inserted into a body cavity of a living body. .

この被検体に対して送信された第1超音波信号は、被検体内部における音響インピーダンスが異なる1または複数の境界面で反射され、超音波の反射波(第2超音波信号)となる。この第2超音波信号には、送信された第1超音波信号の周波数(基本波の基本周波数)成分だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。例えば、基本周波数の2倍、3倍および4倍等の第2次高調波成分、第3次高調波成分および第4次高調波成分等も含まれる。この第2超音波信号は、超音波探触子2で受信される。なお、高調波の周波数は、基本周波数の2倍から6倍までが好ましい。より具体的には、この第2超音波信号は、前記音響レンズおよび音響整合層を介して複数の有機圧電素子24で受信され、各有機圧電素子24で機械的な振動が電気信号に変換されて受信信号として取り出される。この取り出された電気信号の受信信号は、超音波探触子2からケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13で受信される。受信部13は、この入力された受信信号を信号処理し、画像処理部14へ出力する。   The first ultrasonic signal transmitted to the subject is reflected by one or a plurality of boundary surfaces having different acoustic impedances inside the subject, and becomes an ultrasonic reflected wave (second ultrasonic signal). The second ultrasonic signal includes not only the frequency (fundamental fundamental frequency) component of the transmitted first ultrasonic signal but also a harmonic frequency component that is an integral multiple of the fundamental frequency. For example, second harmonic components such as twice, three times, and four times the fundamental frequency, third harmonic components, fourth harmonic components, and the like are also included. This second ultrasonic signal is received by the ultrasonic probe 2. The harmonic frequency is preferably 2 to 6 times the fundamental frequency. More specifically, the second ultrasonic signal is received by a plurality of organic piezoelectric elements 24 via the acoustic lens and the acoustic matching layer, and mechanical vibrations are converted into electric signals by the organic piezoelectric elements 24. Is taken out as a received signal. The extracted reception signal of the electrical signal is received from the ultrasonic probe 2 via the cable 3 by the receiving unit 13 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1. The reception unit 13 performs signal processing on the input reception signal and outputs the signal to the image processing unit 14.

ここで、上述において、各無機圧電素子22から順次に第1超音波信号が被検体に向けて送信され、被検体で反射した第2超音波信号が各有機圧電素子24で受信される。   Here, in the above description, the first ultrasonic signal is sequentially transmitted from each inorganic piezoelectric element 22 toward the subject, and the second ultrasonic signal reflected by the subject is received by each organic piezoelectric element 24.

そして、画像処理部14は、制御部16の制御によって、受信部13で受信した受信信号に基づいて、送信から受信までの時間や受信強度等から被検体の超音波画像を生成し、表示部15は、制御部16の制御によって、画像処理部14で生成された被検体の超音波画像を表示する。なお、画像処理部14は、上述のハーモニックイメージング技術によって被検体の超音波画像を生成しても良い。   Then, under the control of the control unit 16, the image processing unit 14 generates an ultrasonic image of the subject based on the reception signal received by the reception unit 13 from the time from transmission to reception, the reception intensity, and the like, and the display unit 15 displays the ultrasonic image of the subject generated by the image processing unit 14 under the control of the control unit 16. Note that the image processing unit 14 may generate an ultrasonic image of the subject by the above-described harmonic imaging technique.

このように本実施形態では、積層型圧電素子を備えた超音波探触子2が提供される。このような超音波探触子2では、送受信における周波数帯域が比較的広帯域化され、そして、受信感度も比較的高い。そして、本実施形態では、積層型圧電素子を備えた超音波探触子2を用いる超音波診断装置Sが提供される。このような超音波診断装置Sでは、被検体の超音波画像が比較的高精細化(高分解能化)され、また、いわゆるスペックルノイズやアーチファクトが比較的低減される。   Thus, in this embodiment, the ultrasonic probe 2 provided with the laminated piezoelectric element is provided. In such an ultrasonic probe 2, the frequency band in transmission and reception is relatively widened, and the reception sensitivity is also relatively high. In the present embodiment, an ultrasonic diagnostic apparatus S using the ultrasonic probe 2 provided with the multilayer piezoelectric element is provided. In such an ultrasonic diagnostic apparatus S, an ultrasonic image of a subject is relatively high definition (high resolution), and so-called speckle noise and artifacts are relatively reduced.

次に、有機圧電材料について説明する。   Next, the organic piezoelectric material will be described.

(有機圧電材料)
有機圧電シート24の有機圧電層241における有機圧電材料は、塩化ビニリデンモノマー単位を60モルパーセント以上含む共重合体、または、イソシアナート基を2個以上有するモノマーとアミン基を2個以上有するモノマーとの気相法縮重合で形成されるポリ尿素重合体、を含む。このような有機圧電材料を用いることによって、有機圧電材料が比較的大きな電気機械結合定数(圧電効果)を有し、このような有機圧電材料から構成される有機圧電シート24は、電気信号と超音波信号とを相互により効率よく変換することができ、圧電体として好適となる。
(Organic piezoelectric material)
The organic piezoelectric material in the organic piezoelectric layer 241 of the organic piezoelectric sheet 24 is a copolymer containing 60 mole percent or more of vinylidene chloride monomer units, or a monomer having two or more isocyanate groups and a monomer having two or more amine groups. A polyurea polymer formed by vapor phase condensation polymerization. By using such an organic piezoelectric material, the organic piezoelectric material has a relatively large electromechanical coupling constant (piezoelectric effect), and the organic piezoelectric sheet 24 composed of such an organic piezoelectric material is capable of A sound wave signal can be converted more efficiently with each other, which is suitable as a piezoelectric body.

より具体的には、有機圧電シート24の有機圧電層241は、高分子圧電膜であるフッ化ビニリデンをモノマーとして含む共重合体が好ましく、特にポリフッ化ビニリデン/3フッ化エチレン共重合体が好ましい。原料ポリマーの分子量は、一般に、高分子では分子量の増加にともなって高分子特有の柔軟性やしなやかさを持ち、低い引張弾性率をもった圧電膜となる。P(VDF−TrFE)および/またはP(VDF−TeFE)において、230℃におけるメルトフローレイトが0.02g/分以下、より好ましくは、0.01g/分以下である高分子圧電材料を使用すると引張弾性率の低い高分子圧電膜になり、高感度な有機圧電シート24が得られる。ここで、VDFは、フッ化ビニリデンを表し、TrFEは、3フッ化エチレンを表し、そして、TeFEは、テトラフルオロエチレンを表している。   More specifically, the organic piezoelectric layer 241 of the organic piezoelectric sheet 24 is preferably a copolymer containing vinylidene fluoride, which is a polymer piezoelectric film, as a monomer, and particularly preferably a polyvinylidene fluoride / trifluoroethylene copolymer. . The molecular weight of the raw material polymer generally becomes a piezoelectric film having a low tensile elastic modulus, which has the flexibility and flexibility inherent to the polymer as the molecular weight increases. When a polymer piezoelectric material having a melt flow rate at 230 ° C. of 0.02 g / min or less, more preferably 0.01 g / min or less in P (VDF-TrFE) and / or P (VDF-TeFE) is used. It becomes a polymer piezoelectric film having a low tensile elastic modulus, and a highly sensitive organic piezoelectric sheet 24 is obtained. Here, VDF represents vinylidene fluoride, TrFE represents ethylene trifluoride, and TeFE represents tetrafluoroethylene.

一方、ポリ(フッ化ビニリデン/3フッ化エチレ)(P(VDF−TrFE)とも略記する)の場合では、共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数(圧電効果)が変化すので、例えば、好ましくは、フッ化ビニリデンの共重合比の範囲が60mol%〜99mol%であるが、無機圧電素子22と有機圧電素子24を重ねる場合に使用する有機結合剤の使用方法にもよるので、その最適値は、変化する。より好ましいは、フッ化ビニリデンの共重合比の範囲が65モル%〜85モル%である。フッ化ビニリデンを65モル%〜85モル%にして、異種モノマーとしてパーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルコキシエチレン、パーフルオロヘキサエチレン等を1モル%〜15モル%含有させてもよい。   On the other hand, in the case of poly (vinylidene fluoride / 3-ethyl fluoride) (abbreviated as P (VDF-TrFE)), the electromechanical coupling constant (piezoelectric effect) in the thickness direction varies depending on the copolymerization ratio. Preferably, the range of the copolymerization ratio of vinylidene fluoride is 60 mol% to 99 mol%, but it depends on the method of using the organic binder used when the inorganic piezoelectric element 22 and the organic piezoelectric element 24 are overlapped. The value varies. More preferably, the range of the copolymerization ratio of vinylidene fluoride is 65 mol% to 85 mol%. You may make vinylidene fluoride 65 mol%-85 mol%, and may contain 1 mol%-15 mol% of perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoroalkoxyethylene, perfluorohexaethylene etc. as a different monomer.

また、有機圧電シート24の有機圧電層241は、尿素結合基を有する尿素樹脂であって、ジイソシアナート化合物のみ、またはジイソシアナート化合物及びジアミン化合物を原料モノマーとして、先ず低分子量の重合を行わせたもの(プレポリマー)を使用することができる。   In addition, the organic piezoelectric layer 241 of the organic piezoelectric sheet 24 is a urea resin having a urea bonding group. First, low molecular weight polymerization is performed using only a diisocyanate compound or a diisocyanate compound and a diamine compound as raw material monomers. A combination (prepolymer) can be used.

原料モノマーとしてのジイソシアナート化合物としては、4,4′−ジイソシアン酸メチレンジフェニル、3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、o−ジアニシジンジイソシアナート、メチレンビス(4−イソシアナート−3−メチルベンゼン)、メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、メチレンビス(o−クロロフェニルイソシアナート)、5−クロロ−2,4−トルエンジイソシアナート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、3,5−ジイソシアナートベンゾトリフルオライド、ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、ジシクロヘキシルメタン−4,4′−ジイソシアナート、ノルボルナンジイソシアナートメチル、p−フェニレンジイソシアナート、p−キシレンジイソシアナート、テトラメチルキシレンジイソシアナート、1,5−ナフタレンジイソシアナート、2,6−ナフタレンジイソシアナート、トランス−1,4−シクロヘキシルジイソシアナート、イソフォロンジイソシアナート1,3−ビス(イソシアナートメチル)ベンゼン等の一種または二種以上を混合して使用することができる。   Examples of the diisocyanate compound as a raw material monomer include methylene diphenyl 4,4′-diisocyanate, 3,3′-dimethyldiphenyl-4,4′-diisocyanate, o-dianisidine diisocyanate, methylene bis (4- Isocyanato-3-methylbenzene), methylenebis (4-isocyanato-2-methylbenzene), methylenebis (o-chlorophenylisocyanate), 5-chloro-2,4-toluene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane Diisocyanate (MDI), 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI), 3,5-diisocyanate benzotrifluoride, Bis (4-isocyanatophenyl) ether, dicyclohexylmeta -4,4'-diisocyanate, norbornane diisocyanate methyl, p-phenylene diisocyanate, p-xylene diisocyanate, tetramethylxylene diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, 2,6- One or two or more of naphthalene diisocyanate, trans-1,4-cyclohexyl diisocyanate, isophorone diisocyanate 1,3-bis (isocyanatomethyl) benzene and the like can be used in combination.

原料モノマーとしてジアミン化合物として、(a)ジアミン成分としては、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル、2,2′−ジクロロ−4,4′−ジアミノ−5,5′−ジメトキシビフェニル、2,2′,5,5′−テトラクロロ−4,4′−ジアミノビフェニル、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、2,7−ジアミノフルオレン、4,4′−ジアミノ−p−ターフェニル、1,3−ジアミノ−5−シアノベンゼン、等の一種または二種以上を混合して、使用することができる。   As raw material monomers, diamine compounds, (a) diamine components include 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane, 3,3 ' -Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 2,2'-dichloro-4,4'-diamino-5,5'-dimethoxybiphenyl, 2, 2 ', 5,5'-tetrachloro-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline), 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 2,7-diaminofluorene, One or two or more of 4,4′-diamino-p-terphenyl, 1,3-diamino-5-cyanobenzene, etc. are mixed and used. It is possible.

(b)ジイソシアナート成分としては、4,4′−ジイソシアン酸メチレンジフェニル、3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、o−ジアニシジンジイソシアナート、メチレンビス(4−イソシアナート−3−メチルベンゼン)、メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、メチレンビス(o−クロロフェニルイソシアナート)、5−クロロ−2,4−トルエンジイソシアナート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、3,5−ジイソシアナートベンゾトリフルオライド、ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、ジシクロヘキシルメタン−4,4′−ジイソシアナート、ノルボルナンジイソシアナートメチル、p−フェニレンジイソシアナート、p−キシレンジイソシアナート、テトラメチルキシレンジイソシアナート、1,5−ナフタレンジイソシアナート、2,6−ナフタレンジイソシアナート、トランス−1,4−シクロヘキシルジイソシアナート、イソフォロンジイソシアナート1,3−ビス(イソシアナートメチル)ベンゼン、などの一種または二種以上を混合して、使用することができる。   (B) Diisocyanate components include methylene diphenyl 4,4'-diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, o-dianisidine diisocyanate, methylene bis (4-isocyanate). Nate-3-methylbenzene), methylene bis (4-isocyanato-2-methylbenzene), methylene bis (o-chlorophenyl isocyanate), 5-chloro-2,4-toluene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane di Isocyanate (MDI), 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI), 3,5-diisocyanate benzotrifluoride, bis (4-Isocyanatophenyl) ether, dicyclohexylmethane-4,4'-di Sodiumate, norbornane diisocyanate methyl, p-phenylene diisocyanate, p-xylene diisocyanate, tetramethylxylene diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, 2,6-naphthalene diisocyanate, trans-1 , 4-cyclohexyl diisocyanate, isophorone diisocyanate 1,3-bis (isocyanatomethyl) benzene, etc. can be used alone or in combination.

好ましいポリ尿素としては、上記の(a)/(b)の組合せによるポリ尿素を挙げることができる。4,4′−ジアミノジフェニルメタン/3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/o−ジアニシジンジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/p−フェニレンジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルメタン/1,5−ナフタレンジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/o−ジアニシジンジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/p−フェニレンジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/1,5−ナフタレンジイソシアナート、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル/1,3−ビス(イソシアナートメチル)ベンゼン、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/o−ジアニシジンジイソシアナート、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/p−フェニレンジイソシアナート、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン/1,5−ナフタレンジイソシアナート、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/o−ジアニシジンジイソシアナート、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/p−フェニレンジイソシアナート、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノビフェニル/1,5−ナフタレンジイソシアナート、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/o−ジアニシジンジイソシアナート、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/p−フェニレンジイソシアナート、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノビフェニル/1,5−ナフタレンジイソシアナート、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/3,3′−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアナート、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/o−ジアニシジンジイソシアナート、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/メチレンビス(4−イソシアナート−2−メチルベンゼン)、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/2,4−トルエンジイソシアナート(2,4−TDI)、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/2,6−トルエンジイソシアナート(2,6−TDI)、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/ビス(4−イソシアナートフエニル)エーテル、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/p−フェニレンジイソシアナート、4,4′−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)/1,5−ナフタレンジイソシアナート、1,3−ジアミノ−5−シアノベンゼン/2,6−ナフタレンジイソシアナートを挙げることができる。   Preferable polyurea includes polyurea by the combination of the above (a) / (b). 4,4'-diaminodiphenylmethane / 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenylmethane / o-dianisidine diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenylmethane / methylenebis (4-isocyanato-2-methylbenzene), 4,4'-diaminodiphenylmethane / 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 4,4'-diaminodiphenylmethane / 2,4-toluene diisocyanate ( 2,4-TDI), 4,4'-diaminodiphenylmethane / 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI), 4,4'-diaminodiphenylmethane / bis (4-isocyanatophenyl) ether, 4,4'-diaminodiphenylmethane / p-phenylene diisocyanate 4,4'-diaminodiphenylmethane / 1,5-naphthalene diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenyl ether / 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenyl ether / O-dianisidine diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenyl ether / methylenebis (4-isocyanato-2-methylbenzene), 4,4'-diaminodiphenyl ether / 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) 4,4′-diaminodiphenyl ether / 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), 4,4′-diaminodiphenyl ether / 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI), 4 , 4'-Diaminodiphenyl ether / bis (4-isocyanate Ether phenyl) ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether / p-phenylene diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenyl ether / 1,5-naphthalenediisocyanate, 4,4'-diaminodiphenyl ether / 1,3-bis ( Isocyanatomethyl) benzene, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane / 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate 4,4'-diamino-3,3'-dimethyl Diphenylmethane / o-dianisidine diisocyanate, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane / methylenebis (4-isocyanato-2-methylbenzene), 4,4'-diamino-3,3'- Dimethyldiphenylmethane / 4,4'-diphenylmethane diisocyanate ( MDI), 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane / 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane / 2 , 6-Toluene diisocyanate (2,6-TDI), 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane / bis (4-isocyanatophenyl) ether, 4,4'-diamino-3, 3'-dimethyldiphenylmethane / p-phenylenediisocyanate, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane / 1,5-naphthalene diisocyanate, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diamino Biphenyl / 3,3′-dimethyldiphenyl-4,4′-diisocyanate, 3,3′-dimethoxy-4,4′-diaminobiphenyl o-dianisidine diisocyanate, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl / methylenebis (4-isocyanato-2-methylbenzene), 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl / 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl / 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), 3,3'- Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl / 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI), 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl / bis (4-isocyanatophenyl) Ether, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl / p-phenylene diisocyanate, 3,3'-dimethoxy-4,4 -Diaminobiphenyl / 1,5-naphthalene diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, 3,3'- Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / o-dianisidine diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / methylenebis (4-isocyanato-2-methylbenzene), 3,3 ' -Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / 2,4-toluene diisocyanate (2, 4-TDI), 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / 2,6-toluene diisocyanate (2,6-TDI), 3 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / bis (4-isocyanatophenyl) ether, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / p-phenylene diisocyanate, 3,3 '-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl / 1,5-naphthalene diisocyanate, 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / 3,3'-dimethyldiphenyl-4,4'-di Isocyanate, 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / o-dianisidine diisocyanate, 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / methylenebis (4-isocyanate-2- Methylbenzene), 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 4,4'-me Ren-bis (2-chloroaniline) / 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / 2,6-toluene diisocyanate ( 2,6-TDI), 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / bis (4-isocyanatophenyl) ether, 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / p- Examples include phenylene diisocyanate, 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) / 1,5-naphthalene diisocyanate, 1,3-diamino-5-cyanobenzene / 2,6-naphthalene diisocyanate. be able to.

前記重合に当たっては、60℃以下で重合を行うことが好ましい。特に温度としては、5℃から35℃の範囲であることが好ましい。重合度を上げないことが好ましいので、温度は、低くてもよいが、あまり低いと冷却設備や冷却用電力が必要となるので好ましくない。また、60℃以上では、重合が進み、粘度が上昇するので、塗布しにくいこと、溶解する溶媒が限定されてくるので好ましくない。反応時間は、反応量や温度によるので、適宜に調節が必要であるが、短い時間に調節することは生産性の上からも好ましい。   In the polymerization, the polymerization is preferably performed at 60 ° C. or lower. In particular, the temperature is preferably in the range of 5 ° C to 35 ° C. Since it is preferable not to increase the degree of polymerization, the temperature may be low. However, if the temperature is too low, cooling equipment and cooling power are required, which is not preferable. On the other hand, when the temperature is 60 ° C. or higher, the polymerization proceeds and the viscosity increases, so that it is difficult to apply and the solvent to be dissolved is limited. Since the reaction time depends on the reaction amount and temperature, it needs to be adjusted appropriately. However, it is preferable to adjust to a short time from the viewpoint of productivity.

有機圧電シート24の有機圧電層241では、ポーリング(分極処理)は、分極反転が起こるまで実施されることが好ましく、分極反転は、ポーリング電場を方向を繰り返し反転させて印加することによって得られる。このような分極分布状態の形成は、温度によって異なり、常温(室温23℃)では数万回〜数十万回が必要であるが、80℃以上の高温では数回〜数十回でよい。また、有機圧電素子24を受信用に用いる場合には、この有機圧電素子24の薄膜形成時に1mW〜1kW/cm2のコロナ処理を常圧で実施してもよい。   In the organic piezoelectric layer 241 of the organic piezoelectric sheet 24, the poling (polarization treatment) is preferably performed until the polarization inversion occurs, and the polarization inversion is obtained by applying the poling electric field with the direction reversed repeatedly. The formation of such a polarization distribution state varies depending on the temperature, and requires several tens of thousands to several hundreds of thousands of times at room temperature (room temperature 23 ° C.). When the organic piezoelectric element 24 is used for reception, a corona treatment of 1 mW to 1 kW / cm 2 may be performed at normal pressure when the organic piezoelectric element 24 is formed into a thin film.

次に、接着剤について説明する。   Next, the adhesive will be described.

(接着剤)
有機圧電シート24の接着層243における接着剤は、有機圧電材料に化学的な親和性を有するとともに電極層242の材料に化学的な親和性を有する結合材を含む。また、前記接着剤は、接着強度が高く(強く)、超音波振動により剥離し難いものが好ましい。このような接着剤として、エポキシ系接着剤が挙げられる。
(adhesive)
The adhesive in the adhesive layer 243 of the organic piezoelectric sheet 24 includes a binding material having a chemical affinity for the organic piezoelectric material and a chemical affinity for the material of the electrode layer 242. The adhesive preferably has high (strong) adhesive strength and is difficult to peel off by ultrasonic vibration. An example of such an adhesive is an epoxy adhesive.

このエポキシ系接着剤は、例えば、エポキシ主剤とエポキシ硬化剤の2種を使用する混合型を選択することができる。主剤のエポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂およびウレタン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。   As this epoxy adhesive, for example, a mixed type using two kinds of an epoxy main agent and an epoxy curing agent can be selected. Examples of the main epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, liquid epoxy resin, rubber-modified epoxy resin, and urethane-modified epoxy resin.

エポキシ硬化剤は、脂肪族アミン系、脂環式アミン、芳香族アミン、メルカプタン系、ケチミン系、ポリアミド系、ポリアミドアミン系および特殊ポリアミドアミン系等が挙げられる。これらの主剤のエポキシ樹脂は、単独もしくは数種併用しても良く、エポキシ硬化剤についても同様である。また主剤のエポキシ樹脂とエポキシ硬化剤の組み合わせについても特に限定されない。   Examples of the epoxy curing agent include aliphatic amines, alicyclic amines, aromatic amines, mercaptans, ketimines, polyamides, polyamide amines, and special polyamide amines. These main epoxy resins may be used alone or in combination of several, and the same applies to epoxy curing agents. Further, the combination of the main epoxy resin and the epoxy curing agent is not particularly limited.

特に好ましいエポキシ系接着剤を以下に例示するが、これらに限定されるものではない。   Particularly preferred epoxy adhesives are exemplified below, but are not limited thereto.

ビスフェノール型エポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノール型エポキシ樹脂およびクレゾール型エポキシ樹脂等があげられる。ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、一例として、エピコート825、エピコート827、エピコート828、エピコート834、エピコート1002、エピコート1004、エピコート1009(各々商品名、油化シェルエポキシ社製)、エポトートYD128、エポトートYD011、エポトートYD012、エポトートYD014、エポトートYD017、エポトートYD019、エポトートYD020(各々商品名、東都化成社製)、エピクロン840、エピクロン850、エピクロン855、エピクロン860、エピクロン1050、エピクロン3050、エピクロン4050、エピクロン7050(各々商品名、大日本インキ化学工業社製)、DER330、DER331、DER332、DER662、DER662U、DER663U(各々商品名、ダウケミカル社製)、アラルダイトCY205、アラルダイトCY230、アラルダイトCY232、アラルダイトCY221、アラルダイトGY257、アラルダイトGY252、アラルダイトGY255、アラルダイトGY250、アラルダイトGY260、アラルダイトGY280、アラルダイトGY6071、アラルダイトGY7071、アラルダイトGY7072(各々商品名、チバガイギー社製)等が挙げられる。   Examples of the bisphenol type epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol type epoxy resin, and cresol type epoxy resin. Examples of the bisphenol A type epoxy resin include Epicoat 825, Epicoat 827, Epicoat 828, Epicoat 834, Epicoat 1002, Epicoat 1004, Epicoat 1009 (each trade name, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), Epototo YD128, Epototo YD011, Epototo YD012, Epototo YD014, Epototo YD017, Epototo YD019, Epototo YD020 (each trade name, manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), Epicron 840, Epicron 850, Epicron 855, Epicron 860, Epicron 1050, Epicron 3050, Epicron 4050, Epicron 4050 Name, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), DER330, DER331, DER332, DER662, DER662U, DE 663U (each trade name, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), Araldite CY205, Araldite CY230, Araldite CY232, Araldite CY221, Araldite GY257, Araldite GY252, Araldite GY255, Araldite GY250, Araldite GY260, Araldite 70G (Each product name, manufactured by Ciba-Geigy Corporation).

ビスフェノールF型エポキシ樹脂は、一例として、エピコート806、エピコート807(油化シェルエポキシ社製)、エポトートYDF170(東都化成社製)、エピクロン830(大日本インキ化学工業社製)等の商品名で市販されているものが挙げられる。   As an example, bisphenol F-type epoxy resin is commercially available under trade names such as Epicoat 806, Epicoat 807 (manufactured by Yuka Shell Epoxy), Epototo YDF170 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), Epicron 830 (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals). What is being done is mentioned.

フェノール型エポキシ樹脂およびクレゾール型エポキシ樹脂は、一例として、エピコート152、エピコート154(各々商品名、油化シェルエポキシ社製)、エポトートYDPN−638、エポトートYDCN701、エポトートYDCN702、エポトートYDCN703(各々商品名、東都化成社製)、DEN431、DEN438、DEN439(各々商品名、ダウケミカル社製)等が挙げられる。   Examples of the phenol type epoxy resin and the cresol type epoxy resin include Epicoat 152, Epicoat 154 (each trade name, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), Epototo YDPN-638, Epototo YDCN701, Epototo YDCN702, Epototo YDCN703 (each trade name, DEN431, DEN438, DEN439 (each trade name, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and the like.

レゾルシン型エポキシ樹脂は、一例として、デナコールEX−201(商品名、ナガセ化成工業社製)等が挙げられ、ハイドロキノン型エポキシ樹脂は、一例として、デナコールEX−203(商品名、ナガセ化成工業社製)等が挙げられる。   An example of a resorcinol type epoxy resin is Denacol EX-201 (trade name, manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd.). An example of a hydroquinone type epoxy resin is Denacol EX-203 (trade name, manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd.). ) And the like.

芳香族系アミン型エポキシ樹脂は、一例として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルオルソトルイジン等が挙げられ、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの市販品としては、スミ−エポキシELM434(商品名、住友化学社製)、エポトートYH434L、エポトートYH434(商品名、東都化成工業社製)、アラルダイトMY720(商品名、チバガイギー社製)、トリグリシジルアミノフェノールの市販品としては、スミ−エポキシELM100、スミ−エポキシELM120(各々商品名、住友化学社製)、ジグリシジルアニリンとしてGAN(商品名、日本化薬社製)、ジグリシジルオルソトルイジンとしてGOT(商品名、日本化薬社製)等があげられる。   Examples of aromatic amine-type epoxy resins include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, diglycidylaniline, diglycidylorthotoluidine, and the like. Commercially available products of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include Sumi-epoxy ELM434 ( As commercial products of trade name, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Epototo YH434L, Epototo YH434 (trade name, manufactured by Tohto Kasei Kogyo Co., Ltd.), Araldite MY720 (trade name, manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.), and triglycidylaminophenol are commercially available, Sumi-epoxy ELM100 , Sumi-Epoxy ELM120 (each trade name, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), GAN (trade name, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) as diglycidyl aniline, GOT (trade name, Nippon Kayaku Co., Ltd.) as diglycidyl orthotoluidine Ltd.) and the like.

芳香族系グリシジルエステル型エポキシ樹脂は、一例として、o−フタル酸ジグリシジルエステルであるデナコールEX−721(商品名、ナガセ化成工業社製)、テレフタル酸ジグリシジルエステルであるデナコールEX−711(商品名、ナガセ化成工業社製)、o−フタル酸ジグリシジルエステルの核水素化物であるAK−601(商品名、日本化薬社製)等があげられる。ナフタレン型エポキシ樹脂は、一例として、1,6−ジヒドロキシナフタレンジグリシジルエーテルであるエピクロンHP−4032H(商品名、大日本インキ化学工業社製)等が挙げられる。   Examples of the aromatic glycidyl ester type epoxy resin include Denacol EX-721 (trade name, manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd.), which is o-phthalic acid diglycidyl ester, and Denacol EX-711, which is terephthalic acid diglycidyl ester (product). Name, manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd.), AK-601 (trade name, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) which is a nuclear hydride of o-phthalic acid diglycidyl ester, and the like. As an example of the naphthalene type epoxy resin, Epicron HP-4032H (trade name, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), which is 1,6-dihydroxynaphthalenediglycidyl ether, can be given.

芳香族系エポキシ樹脂は、一例として、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−ビフェニルジグリシジルエーテルであるエピコートYX4000(商品名、油化シェルエポキシ社製)、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−ビフェニルジグリシジルエーテルと4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテルの混合物であるエピコートYL6121H(商品名、油化シェルエポキシ社製)等が挙げられる。   As an example, the aromatic epoxy resin is Epicoat YX4000 (trade name, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), which is 4,4′-dihydroxy-3,3 ′, 5,5′-biphenyldiglycidyl ether, 4,4 Epicoat YL6121H (trade name, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), which is a mixture of '-dihydroxy-3,3', 5,5'-biphenyldiglycidyl ether and 4,4'-dihydroxybiphenyl diglycidyl ether .

脂肪族系エポキシ樹脂および/または脂環式エポキシ樹脂は、一例として、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルである市販品デナコールEX−921、デナコールEX−931、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテルであるデナコールEX−922、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルであるデナコールEX−211、1、6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルであるデナコールEX−212(各々商品名、ナガセ化成工業社製)、多価アルコールエーテル型エポキシ樹脂であるエピクロン705、エピクロン707、エピクロン720、エピクロン725(各々商品名、大日本インキ化学工業社製)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の核水素化物であるリカレジンHBE(商品名、新日本理化社製)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂にエチレンオキサイドを付加し、さらにグリシジル化したリカレジンBEO−60E(商品名、新日本理化社製)、キシリレングリコールを核水素化し、グリシジル化したリカレジンDME―100(商品名、新日本理化社製)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の二級の水酸基にカプロラクトンを付加したプラクセルGL61、プラクセルGL62、プラクセルG101、プラクセルG102、プラクセルG105、プラクセルG401、プラクセルG402(各々商品名、ダイセル化学工業社)等が挙げられる。   Examples of the aliphatic epoxy resin and / or the alicyclic epoxy resin include commercially available products Denacol EX-921, Denacol EX-931, which is polypropylene glycol diglycidyl ether, Denacol EX-922, which is polytetramethylene glycol diglycidyl ether. , Denacol EX-211, which is neopentyl glycol diglycidyl ether, 1, Denacol EX-212 which is 1,6-hexanediol diglycidyl ether (each trade name, manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd.), polyhydric alcohol ether type epoxy resin Epicron 705, Epicron 707, Epicron 720, Epicron 725 (each trade name, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), Rica Resin HBE, which is a nuclear hydride of bisphenol A type epoxy resin (trade name, Shin Nihon Ri ), Glycidylated Rica Resin BEO-60E (trade name, manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.) added with ethylene oxide to bisphenol A type epoxy resin, and glycidylated Rica Resin DME-100 (Trade name, manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.), Plaxel GL61, Plaxel GL62, Plaxel G101, Plaxel G102, Plaxel G105, Plaxel G401, Plaxel G402, each of which has caprolactone added to the secondary hydroxyl group of bisphenol A type epoxy resin , Daicel Chemical Industries, Ltd.).

エポキシ樹脂硬化剤は、一例として、ジシアンジアミド単独またはジシアンジアミドと硬化促進剤、例えば3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、3−(4−クロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、3−フェニル−1,1−ジメチルレア等の誘導体とを併用したものが挙げられる。   Examples of the epoxy resin curing agent include dicyandiamide alone or dicyandiamide and a curing accelerator such as 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (4-chlorophenyl) -1,1-dimethylurea. And a combination of derivatives such as 3-phenyl-1,1-dimethylrarea.

また、必要に応じて他の硬化剤、硬化促進剤をさらに配合することができる。例えば、硬化剤としてジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジエチルベンゼン等が挙げられ、また例えば、硬化促進剤としては三フッ化ホウ素モノエチルアミン錯体、三塩化ホウ素モノエチルアミン等の三フッ化ホウ素錯体類、三塩化ホウ素錯体類等が挙げられる。   Moreover, another hardening | curing agent and hardening accelerator can be further mix | blended as needed. Examples of the curing agent include diaminodiphenyl sulfone and diaminodiethylbenzene, and examples of the curing accelerator include boron trifluoride monoethylamine complexes, boron trichloride monoethylamine and other boron trifluoride complexes, and boron trichloride complexes. And the like.

エポキシ樹脂組成物において、その性能を損なわない範囲で他のエポキシ樹脂、靭性付与樹脂、フィラー、着色剤等を配合することも可能である。エポキシ樹脂組成物に所望に応じて含有することのできる靭性付与樹脂は、一例として、反応性エラストマー、ハイカーCTBN変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ニトリルゴム添加エポキシ樹脂、架橋アクリルゴム微粒子添加エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー添加エポキシ樹脂等が挙げられる。   In the epoxy resin composition, other epoxy resins, toughening resins, fillers, colorants, and the like can be blended within a range that does not impair the performance. Examples of toughening resins that can be included in the epoxy resin composition as desired include reactive elastomers, hiker CTBN-modified epoxy resins, urethane-modified epoxy resins, nitrile rubber-added epoxy resins, and crosslinked acrylic rubber fine particle-added epoxy resins. , Silicone-modified epoxy resins, thermoplastic elastomer-added epoxy resins, and the like.

なお、上述の実施形態では、超音波探触子2は、超音波送信部としての無機圧電素子22と超音波受信部としての有機圧電素子24とを備えて構成されたが、超音波を送受信する超音波送受信部としての有機圧電素子24のみを備えて構成されてもよい。また、有機圧電素子24が超音波送信部として用いられてもよい。   In the above-described embodiment, the ultrasonic probe 2 includes the inorganic piezoelectric element 22 as an ultrasonic transmission unit and the organic piezoelectric element 24 as an ultrasonic reception unit. However, the ultrasonic probe 2 transmits and receives ultrasonic waves. It may be configured to include only the organic piezoelectric element 24 as an ultrasonic transmission / reception unit. Further, the organic piezoelectric element 24 may be used as an ultrasonic transmission unit.

次に、実施例について説明する。
(実施例)
上述した構成の積層型圧電素子の実施例について以下に説明する。有機圧電シート24の製造では、まず、フッ化ビニリデン/3フッ化エチレン(75:25(モルパーセント比))の共重合ペレットが使用され、縦横3倍無溶媒溶融延伸を行うことによって、15cm×15cmの正方形シートが形成された。次に、この正方形シートの両主面にアルミニウム蒸着を行うことによって電極層が形成された。次に、この両主面に電極層を形成した正方形シートに通常の分極処理が行われ、正方形シートの圧電素子が作製された。この分極処理した正方形シートの共振周波数をオシロスコープ(アジレント社製DSO5012A)によって測定したところ、その共振周波数は、7.5MHzであった。次に、正方形シートの他方主面に形成されている電極層が定法によって溶解剥離され、一方主面にのみ電極層が形成されている正方形シートが作製された。そして、このような正方形シートが同様の工程によって6枚用意された。さらに、別に、上述の電極層の剥離工程を省略することによって、電極層を剥離しない正方形シートが1枚用意された。
Next, examples will be described.
(Example)
Examples of the multilayer piezoelectric element having the above-described configuration will be described below. In the production of the organic piezoelectric sheet 24, first, copolymerized pellets of vinylidene fluoride / ethylene trifluoride (75:25 (mole percent ratio)) are used, and the solvent is stretched by 3 times in the vertical and horizontal directions to obtain 15 cm × A 15 cm square sheet was formed. Next, an electrode layer was formed by performing aluminum vapor deposition on both main surfaces of the square sheet. Next, a normal polarization process was performed on the square sheet in which the electrode layers were formed on both main surfaces, and a square sheet piezoelectric element was manufactured. When the resonance frequency of this polarized square sheet was measured with an oscilloscope (Agilent DSO5012A), the resonance frequency was 7.5 MHz. Next, the electrode layer formed on the other main surface of the square sheet was dissolved and peeled by a conventional method, and a square sheet in which the electrode layer was formed only on one main surface was produced. And six such square sheets were prepared by the same process. Furthermore, separately, one square sheet that does not peel the electrode layer was prepared by omitting the above-described electrode layer peeling step.

次に、電極層を剥離した6枚の正方形シートのそれぞれについて、正方形シートの電極層を剥離した他方主面に、接着層として、エポキシ樹脂のアラルダイトが接着層厚さ2μmで塗設された。次に、電極層を剥離した6枚の正方形シートが、一の正方形シートの接着層と他の正方形シートの電極層とを互いに接合するように、積層され、最後に、電極層を剥離していない正方形シートが積層された。次に、この7枚の正方形シートを積層した積層体が、加圧圧力20GPaで加温温度120℃で3分間加熱架橋され、7層構成の圧電素子が作製された。   Next, for each of the six square sheets from which the electrode layer was peeled, an araldite of epoxy resin was applied as an adhesive layer on the other main surface from which the electrode layer of the square sheet was peeled off with an adhesive layer thickness of 2 μm. Next, the six square sheets from which the electrode layer has been peeled are laminated so that the adhesive layer of one square sheet and the electrode layer of the other square sheet are joined together, and finally the electrode layer is peeled off. There are no square sheets laminated. Next, the laminate obtained by laminating the seven square sheets was heated and cross-linked at a heating pressure of 120 ° C. for 3 minutes at a pressure of 20 GPa to produce a piezoelectric element having a seven-layer structure.

次に、この7層の圧電素子の下部に、中間層を介してセラミック圧電素子が接着固定されて接合され、積層型圧電素子が製造された。この中間層は、アラルダイト樹脂にタングステン粒子を混合した定法の組成で作成した。   Next, a ceramic piezoelectric element was bonded and fixed to the lower part of the seven-layer piezoelectric element via an intermediate layer, and a laminated piezoelectric element was manufactured. This intermediate layer was formed with a regular composition in which tungsten particles were mixed with an araldite resin.

このセラミック圧電素子の製造では、まず、圧電セラミック粉末としてPNN(ニッケルニオブ酸鉛)、PT(チタン酸鉛)およびPZ(ジルコン酸鉛)の成分の粉末が用いられ、そのモル比が0.48PNN:0.38PT:0.14PZとされた。次に、これがPVB(ポリビニルブチラール)を用いて混合され、スラリー化後、塗設され、厚さ約60μmの圧電セラミックシート(グリーンシート)が作製された。次に、この圧電セラミックシートの両主面上に、前記のPNN−PT−PZの粉末を18体積%含む白金ペーストが、スクリーン印刷法によって、膜厚約5μmとなる内部電極形状に塗布された。次に、加圧圧力40GPaで、スクリーン印刷された内部電極付きのグリーンシートが圧着され、大気中の雰囲気で、1150℃の電気炉内に保持され、約3時間の焼成熱処理が行われ、成型体が作製された。次に、この成型体がDISCO社製ダイシングソーによって128素子アレイ状に分離され、セラミック圧電素子が製造された。このセラミック圧電素子が上述したように7層構成の圧電素子の下部に接合された。   In the manufacture of this ceramic piezoelectric element, first, PNN (lead nickel niobate), PT (lead titanate) and PZ (lead zirconate) powders are used as the piezoelectric ceramic powder, and the molar ratio thereof is 0.48PNN. : 0.38PT: 0.14PZ. Next, this was mixed using PVB (polyvinyl butyral), made into a slurry, and then coated to prepare a piezoelectric ceramic sheet (green sheet) having a thickness of about 60 μm. Next, a platinum paste containing 18% by volume of the PNN-PT-PZ powder was applied to both main surfaces of the piezoelectric ceramic sheet in an internal electrode shape having a film thickness of about 5 μm by screen printing. . Next, a green sheet with a screen-printed internal electrode is pressure-bonded at a pressure of 40 GPa, held in an electric furnace at 1150 ° C. in an atmosphere in the atmosphere, subjected to baking heat treatment for about 3 hours, and molded. The body was made. Next, this molded body was separated into a 128-element array by a dicing saw manufactured by DISCO, and a ceramic piezoelectric element was manufactured. This ceramic piezoelectric element was bonded to the lower part of the seven-layered piezoelectric element as described above.

実施例において、セラミック圧電素子側の内部電極用ペーストとして、圧電セラミックと同じ組成の粉体が18体積%含む金属導電体ペースト(本実施例では白金ペースト)が用いられた。このように圧電セラミックと同じ組成の粉体を混合使用することによって、圧電セラミック層と内部電極層との密着性を向上することができる。   In the examples, a metal conductor paste (platinum paste in this example) containing 18% by volume of powder having the same composition as the piezoelectric ceramic was used as the internal electrode paste on the ceramic piezoelectric element side. Thus, by admixing the powder having the same composition as the piezoelectric ceramic, the adhesion between the piezoelectric ceramic layer and the internal electrode layer can be improved.

このように製造された積層型圧電素子が、超音波探触子に組み入れられ、インピーダンスマッチングを行って超音波診断装置に使用された。   The multilayer piezoelectric element manufactured in this way was incorporated into an ultrasonic probe, and impedance matching was performed and used for an ultrasonic diagnostic apparatus.

性能評価は、100nm〜1mm間隔に深さ1cm〜5cmまで順次ステン針を並べたアガロースファントームを使用して評価した。実験では、積層型圧電素子における有機圧電シート数を7枚から順次少なくして5、4、3層構造および単層構造で、その感度および解像度が評価された。感度は、単層を100とした相対感度で表してある。解像度は、深さ3cm(アガロース厚3cm)の場所において、100nm間隔が観察され、単層を基準とした場合に、解像度の向上が有意の差で認められる場合を良、解像度の向上がはっきり認められる場合を優として評価された。耐久性の評価は、本実施例の積層型圧電素子を実装した超音波探蝕子を超音波診断装置に装着しこの超音波診断装置を50時間連続稼働させた後に、性能を再評価し、その変化を観察することにで評価した。実験番号100〜104は、実装直後の評価であり、実験番号200〜204は、耐久試験後の評価(再評価)を示す。   The performance evaluation was performed using an agarose phantom in which stainless needles were sequentially arranged at intervals of 100 nm to 1 mm to a depth of 1 cm to 5 cm. In the experiment, the sensitivity and resolution were evaluated for the 5, 4, 3 layer structure and the single layer structure by sequentially reducing the number of organic piezoelectric sheets in the multilayer piezoelectric element from 7 sheets. Sensitivity is expressed as relative sensitivity with a single layer as 100. As for the resolution, a 100 nm interval is observed at a depth of 3 cm (agarose thickness 3 cm), and when a single layer is used as a reference, a significant improvement in resolution is recognized, and an improvement in resolution is clearly recognized. The case where it was possible was evaluated as excellent. Durability evaluation was performed by reassessing the performance after mounting the ultrasonic probe mounted with the laminated piezoelectric element of this example on the ultrasonic diagnostic apparatus and operating this ultrasonic diagnostic apparatus continuously for 50 hours. It was evaluated by observing the change. Experiment numbers 100 to 104 are evaluations immediately after mounting, and experiment numbers 200 to 204 indicate evaluation (re-evaluation) after the durability test.

なお、参考比較として、接着剤を使用することによって7枚の有機圧電シートが積層されたが、加圧および加温無しの場合では、電極界面において破壊が生じ、測定することができず、性能評価が不可であった。   As a reference comparison, seven organic piezoelectric sheets were laminated by using an adhesive. However, in the case without pressure and heating, the electrode interface was broken and could not be measured. Evaluation was impossible.

(性能評価の試験結果)
実験番号 ; 積層数 ; 感度 ; 解像度
100 ; 単層 ;100(基準); 基準
101 ; 3層 ; 130 ; 良
102 ; 4層 ; 161 ; 優
103 ; 5層 ; 192 ; 優
104 ; 7層 ; 226 ; 優
(耐久性能評価の試験結果)
実験番号 ; 積層構造 ; 感度 ; 解像度
100 ; 単層 ; 基準 ; 基準
200 ; 単層 ; 変化なし ; 変化なし
201 ; 3層 ; 変化なし ; 変化なし
202 ; 4層 ; 変化なし ; 変化なし
203 ; 5層 ; 変化なし ; 変化なし
204 ; 7層 ; 変化なし ; 変化なし
上記試験結果から分かるように、有機圧電素子の積層数の増加に従って、感度が向上し、また解像度も良好となる。さらに、積層間で剥離が生じることもなく、耐久性能が劣化することもない。
(Performance evaluation test results)
Test number; Number of layers; Sensitivity; Resolution 100; Single layer; 100 (Standard); Standard 101; Three layers; 130; Good 102; Four layers; 161; Superior 103; Five layers; 192; Superior 104; Seven layers; ; Excellent (Durability evaluation test results)
Experiment number; Laminated structure; Sensitivity; Resolution 100; Single layer; Reference; Reference 200; Single layer; No change; No change 201; Three layers; No change; No change 202; Four layers; No change; No change 203; Layer: No change; No change 204; Seven layers; No change; No change As can be seen from the above test results, the sensitivity increases and the resolution also improves as the number of stacked organic piezoelectric elements increases. Further, no peeling occurs between the stacked layers, and the durability performance is not deteriorated.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.

実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。It is a figure which shows the external appearance structure of the ultrasound diagnosing device in embodiment. 実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the ultrasonic diagnosing device in embodiment. 実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the ultrasound probe in the ultrasound diagnosing device of embodiment. 実施形態の超音波探触子を構成する複数の積層型圧電素子のうちの一素子分を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing one element among a plurality of stacked piezoelectric elements constituting the ultrasonic probe of the embodiment. 実施形態の積層型圧電素子における有機圧電素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the organic piezoelectric element in the lamination type piezoelectric element of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

S 超音波診断装置
1 超音波診断装置本体
2 超音波探触子
21 音響制動部材
22 無機圧電素子
24 有機圧電シート
24a 有機圧電体
241 有機圧電層
242 電極層
243 接着層
S ultrasonic diagnostic apparatus 1 ultrasonic diagnostic apparatus main body 2 ultrasonic probe 21 acoustic braking member 22 inorganic piezoelectric element 24 organic piezoelectric sheet 24a organic piezoelectric body 241 organic piezoelectric layer 242 electrode layer 243 adhesive layer

Claims (6)

有機圧電材料から成るシート状の有機圧電層の一方主面上に、気相法によって電極層を形成する第1電極層形成工程と
前記有機圧電層の他方主面上に、接着剤を塗布することによって接着層を形成する接着層形成工程と
前記第1電極層形成工程と前記接着層形成工程とによって作製された前記有機圧電層と前記電極層と前記接着層とを備える複数の第1有機圧電シートを、前記複数の有機圧電シートのうちの一の有機圧電シートにおける接着層と他の有機圧電シートにおける電極層とが互いに接合するように、積層する第1積層工程と
前記第1積層工程によって作製された前記第1有機圧電シートを積層した前記有機圧電体を加圧すると共に加温する加圧加温処理工程とを備えること
を特徴とする積層型圧電素子の製造方法
A first electrode layer forming step of forming an electrode layer on one main surface of a sheet-like organic piezoelectric layer made of an organic piezoelectric material by a vapor phase method ;
An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer by applying an adhesive on the other main surface of the organic piezoelectric layer ;
Among the plurality of organic piezoelectric sheets, a plurality of first organic piezoelectric sheets comprising the organic piezoelectric layer, the electrode layer, and the adhesive layer produced by the first electrode layer forming step and the adhesive layer forming step. A first laminating step of laminating so that an adhesive layer in one organic piezoelectric sheet and an electrode layer in another organic piezoelectric sheet are bonded to each other ;
Method of fabricating the multilayer piezoelectric element, characterized in that it comprises a pressurizing and heating step of heating with pressurizing the organic piezoelectric body obtained by laminating the first organic piezoelectric sheet produced by the first laminating step .
有機圧電材料から成るシート状の有機圧電層の両主面上に、気相法によって電極層を形成する第2電極層形成工程と
前記第1積層工程によって作製された複数の有機圧電シートを積層した有機圧電体における外部に露出した接着層上に、前記第2電極層形成工程によって作製された前記有機圧電層と前記両電極層とを備える第2有機圧電シートを積層する第2積層工程とをさらに備えること
を特徴とする請求項1に記載の積層型圧電素子の製造方法
A second electrode layer forming step of forming electrode layers on both principal surfaces of a sheet-like organic piezoelectric layer made of an organic piezoelectric material by a vapor phase method ;
The organic piezoelectric layer and the both electrode layers prepared by the second electrode layer forming step on the adhesive layer exposed to the outside in the organic piezoelectric body in which the plurality of organic piezoelectric sheets prepared by the first lamination step are laminated. A method for producing a laminated piezoelectric element according to claim 1, further comprising: a second laminating step of laminating a second organic piezoelectric sheet comprising :
前記有機圧電材料は、フッ化ビニリデンをモノマーとして含む共重合体を含むこと
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の層型圧電素子の製造方法
The organic piezoelectric material, manufacturing method of the product layer piezoelectric element according to claim 1 or claim 2, characterized in that it comprises a copolymer comprising vinylidene fluoride as a monomer.
前記有機圧電材料は、イソシアナート基を2個以上有するモノマーとアミン基を2個以上有するモノマーとの気相法縮重合で形成されるポリ尿素重合体を含むこと
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層型圧電素子の製造方法
The organic piezoelectric material according to claim 1, characterized in that it comprises a polyurea polymer formed by a gas phase method polycondensation of a monomer having a monomer and an amine group with an isocyanate group two or more two or more or A method for manufacturing a multilayer piezoelectric element according to claim 2 .
前記接着剤は、エポキシ系接着剤であること
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の積層型圧電素子の製造方法。
The method for manufacturing a multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4, wherein the adhesive is an epoxy adhesive .
前記加圧加温処理工程において、加圧圧力が1kPaから100GPaまでの範囲におけるいずれかの値であり、加温温度が20℃から200℃までの範囲におけるいずれかの値であり、加圧加温処理時間が1分から72時間までの範囲におけるいずれかの値であること
を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の積層型圧電素子の製造方法。
In the pressurization and heating treatment step, the pressurization pressure is any value in the range from 1 kPa to 100 GPa, and the warming temperature is any value in the range from 20 ° C to 200 ° C. The method for manufacturing a multilayer piezoelectric element according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature treatment time is any value within a range of 1 minute to 72 hours .
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