JP6641723B2 - Ultrasonic transducer and manufacturing method thereof, ultrasonic probe, and ultrasonic imaging apparatus - Google Patents

Ultrasonic transducer and manufacturing method thereof, ultrasonic probe, and ultrasonic imaging apparatus Download PDF

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Description

本発明は、超音波振動子およびその製造方法、超音波探触子ならびに超音波撮像装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same, an ultrasonic probe, and an ultrasonic imaging apparatus.

超音波振動子は、生体用の医用超音波診断装置や非破壊の検査機器などに用いられる超音波探触子に利用されており、その性能の向上が求められている。上記超音波振動子は、圧電体を有し、当該圧電体は、圧電特性を高めるために、一般に溝によって素子単位に応じて区画されている。上記圧電体は、一般に、その面積が広いほど、もしくはより好適なアスペクト比を有するほど、その圧電特性の向上が見込まれる。近年では、圧電体により狭い溝を形成する加工技術が発達し、圧電体の面積をより広く、もしくは最適なアスペクト比に加工することが可能となっている。   An ultrasonic transducer is used for an ultrasonic probe used for a medical ultrasonic diagnostic device for a living body, a nondestructive inspection device, and the like, and its performance is required to be improved. The ultrasonic vibrator has a piezoelectric body, and the piezoelectric body is generally partitioned by a groove in accordance with an element unit in order to enhance piezoelectric characteristics. In general, the larger the area of the piezoelectric body or the more favorable the aspect ratio, the more the piezoelectric properties are expected to be improved. In recent years, a processing technique for forming a narrow groove in a piezoelectric body has been developed, and it has become possible to process the piezoelectric body with a larger area or an optimum aspect ratio.

上記溝には、超音波振動子の機械的強度の確保のために、一般に目地材が詰められている。当該目地材は、一般に、エポキシ樹脂などの硬化性の材料を上記溝に充填し、硬化させることで形成される。このような構成は、振動しようとする圧電体に対する拘束力をより小さくすることができるので、圧電体をより振動しやすくすることができる。また、コンポジット圧電材としての音響インピーダンスが低くなり、音響整合層とのマッチングをとりやすい、などの観点から、上記目地材の音響インピーダンスは、低い方が好ましい。   The groove is generally filled with a joint material to secure the mechanical strength of the ultrasonic vibrator. The joint material is generally formed by filling the groove with a curable material such as an epoxy resin and curing the material. With such a configuration, the restraining force on the piezoelectric body that is about to vibrate can be reduced, so that the piezoelectric body can be more easily vibrated. In addition, the acoustic impedance of the joint material is preferably low from the viewpoint that the acoustic impedance of the composite piezoelectric material is low and matching with the acoustic matching layer is easy.

上記目地材の音響インピーダンスを下げるために、上記目地材には、一般に気泡が導入される。上記目地材中に気泡を導入する方法の例には、硬化性を有するとともに発泡している充填剤を圧電体の溝に充填し、次いで硬化させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、上記目地材中に気泡を導入する方法の例には、硬化性を有するとともに中空のフィラーを含有する充填剤を上記溝に充填し、次いで硬化させる方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。   In order to lower the acoustic impedance of the joint, air bubbles are generally introduced into the joint. As an example of the method of introducing bubbles into the joint material, there is known a method in which a filler having curability and foaming is filled in a groove of a piezoelectric body and then cured (for example, Patent Document 1). reference). Further, as an example of the method of introducing bubbles into the joint material, a method is known in which a filler having curability and containing a hollow filler is filled in the groove and then cured (for example, Patent Reference 2).

特開平02−057099号公報JP-A-02-057099 特開2007−235795号公報JP 2007-235795 A

一方、前述したように、超音波振動子における上記溝の幅はより狭くなっており、また、上記溝は一般には有底である。他方、気泡または中空フィラーを含む上記充填剤の流動性は一般に低く、このため、上記溝に上記材料を充填したときに上記気泡が十分に充填されず、また上記気泡が溝内で偏って存在しやすい。   On the other hand, as described above, the width of the groove in the ultrasonic vibrator is smaller, and the groove is generally bottomed. On the other hand, the flowability of the filler containing bubbles or hollow fillers is generally low, so that when the grooves are filled with the material, the bubbles are not sufficiently filled, and the bubbles are unevenly distributed in the grooves. It's easy to do.

当該気泡が溝間または溝の深さ方向において偏ると、上記溝間の特性がばらつき、超音波振動子の音響特性が上記素子単位でばらつき、その結果、上記超音波探触子の指向性と感度のばらつきが大きくとなることがある。上記気泡が上記溝内で均等になるように上記充填剤を上記溝に充填することは、溝の幅がより狭くなるほどより難しくなり、溝の幅がより狭くなるほど上記ばらつきもより顕著となる。   When the bubbles are deviated between the grooves or in the depth direction of the grooves, the characteristics between the grooves fluctuate, the acoustic characteristics of the ultrasonic vibrator fluctuate for each element, and as a result, the directivity of the ultrasonic probe and The variation in sensitivity may be large. Filling the groove with the filler so that the bubbles are even in the groove becomes more difficult as the width of the groove becomes narrower, and the variation becomes more remarkable as the width of the groove becomes narrower.

本発明の第1の目的は、狭い溝であっても目地材中に気泡がより均等に存在する超音波振動子を提供することである。また、本発明の第2の目的は、当該超音波振動子を有する超音波探触子および超音波撮像装置を提供することである。   A first object of the present invention is to provide an ultrasonic vibrator in which bubbles are more evenly present in a joint material even in a narrow groove. Further, a second object of the present invention is to provide an ultrasonic probe and an ultrasonic imaging apparatus having the ultrasonic transducer.

本発明は、圧電体を素子単位に区画する溝を前記圧電体に形成する溝形成工程と、前記溝に未発泡粒子を充填する工程と、前記溝に充填された前記未発泡粒子を発泡させる工程と、前記未発泡粒子を発泡させた後の前記溝に、硬化性を有する未硬化の充填剤を充填する工程と、前記溝に充填された前記充填剤を硬化させる工程と、を含む超音波振動子の製造方法、を提供する。   The present invention provides a groove forming step of forming a groove for partitioning a piezoelectric body into element units in the piezoelectric body, a step of filling the groove with unfoamed particles, and foaming the unfoamed particle filled in the groove. A step of filling the groove after foaming the unexpanded particles with an uncured filler having curability, and a step of curing the filler filled in the groove. And a method of manufacturing the acoustic transducer.

また、本発明は、圧電体と、前記圧電体を素子単位に区画する溝と、前記溝内に充満する目地材と、を有する超音波振動子であって、前記目地材は気泡を含み、前記目地材の前記超音波振動子における平均空隙率は10%以上であり、前記溝における深さ40μmの任意の領域の空隙率の前記平均空隙率に対するばらつきは±15%以内である超音波振動子、を提供する。   Further, the present invention is an ultrasonic vibrator having a piezoelectric body, a groove that partitions the piezoelectric body into element units, and a joint material filling the groove, wherein the joint material includes bubbles. The average porosity of the joint material in the ultrasonic vibrator is 10% or more, and the porosity of an arbitrary region having a depth of 40 μm in the groove has a variation of ± 15% or less with respect to the average porosity. To provide a child.

さらに、本発明は、上記の超音波振動子と、前記圧電体に接着された音響整合層に接着された音響レンズと、を有する超音波探触子、提供する。   Further, the present invention provides an ultrasonic probe including the above-described ultrasonic transducer and an acoustic lens adhered to an acoustic matching layer adhered to the piezoelectric body.

さらには、本発明は、上記の超音波探触子を有する超音波撮像装置、を提供する。   Further, the present invention provides an ultrasonic imaging apparatus having the above-described ultrasonic probe.

本発明によれば、狭い溝であっても目地材中に気泡がより均等に存在する超音波振動子を提供することができ、また、感度と指向性ばらつきが小さく、かつ、優れた感度と指向性とを有する超音波探触子および超音波撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic vibrator in which bubbles are more evenly present in the joint material even in a narrow groove, and the sensitivity and directivity variation are small, and excellent sensitivity and An ultrasonic probe and an ultrasonic imaging device having directivity can be provided.

図1Aは、本発明における溝を有する圧電体の第1の態様を模式的に示す斜視図であり、図1Bは、当該第1の態様の変形例を模式的に示す斜視図であり、図1Cは、当該圧電体の第2の態様を模式的に示す斜視図である。FIG. 1A is a perspective view schematically illustrating a first embodiment of a piezoelectric body having a groove according to the present invention, and FIG. 1B is a perspective view schematically illustrating a modification of the first embodiment. FIG. 1C is a perspective view schematically showing a second mode of the piezoelectric body. 図2Aは、圧電体および音響整合層を有する超音波振動子における溝の配置の第1の態様を模式的に示す斜視図であり、図2Bは、当該超音波振動子における溝の配置の第2の態様を模式的に示す斜視図である。FIG. 2A is a perspective view schematically illustrating a first mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer having the piezoelectric body and the acoustic matching layer, and FIG. 2B is a perspective view of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer. It is a perspective view which shows 2 aspects typically. 図3Aは、上記超音波振動子における溝の配置の第3の態様を模式的に示す斜視図であり、図3Bは、当該超音波振動子における溝の配置の第4の態様を模式的に示す斜視図である。FIG. 3A is a perspective view schematically showing a third mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer, and FIG. 3B is a schematic view of a fourth mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer. FIG. 図4Aは、上記超音波振動子における溝の配置の第5の態様を模式的に示す斜視図であり、図4Bは、当該超音波振動子における溝の配置の第6の態様を模式的に示す斜視図である。FIG. 4A is a perspective view schematically showing a fifth mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer, and FIG. 4B is a schematic view of a sixth mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer. FIG. 図5Aから図5Cは、本発明の製造方法における第1の態様を概略的に示す図である。5A to 5C are diagrams schematically showing a first embodiment in the manufacturing method of the present invention. 図6Aから図6Dは、本発明の製造方法における第2の態様を概略的に示す図である。6A to 6D are diagrams schematically showing a second embodiment in the manufacturing method of the present invention. 図7Aから図7Fは、本発明の製造方法における第3の態様を概略的に示す図である。7A to 7F are views schematically showing a third embodiment in the manufacturing method of the present invention. 図8Aは、本発明の超音波撮像装置の一実施の形態の構成を模式的に示す図であり、図8Bは、当該超音波撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。FIG. 8A is a diagram schematically illustrating a configuration of an embodiment of an ultrasonic imaging apparatus according to the present invention, and FIG. 8B is a block diagram illustrating an electrical configuration of the ultrasonic imaging apparatus. 上記超音波撮像装置における超音波探触子の構成を模式的に示す図である。It is a figure showing typically composition of an ultrasonic probe in the above-mentioned ultrasonic imaging device. 本発明の超音波振動子の一実施の形態の構成を模式的に示すための図である。It is a figure for showing typically composition of an ultrasonic transducer of one embodiment of the present invention. 図11Aは、本発明で用いられる発泡剤の一例を発泡させたときの断面を倍率200倍で走査型電子顕微鏡によって撮影した写真であり、図11Bは、倍率500倍で当該断面を走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。FIG. 11A is a photograph taken by a scanning electron microscope at a magnification of 200 times when an example of the foaming agent used in the present invention is foamed, and FIG. 11B is a photograph obtained by scanning the cross section at a magnification of 500 times. It is a photograph taken with a microscope. 本発明の超音波振動子の一例の断面を倍率150倍で走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the cross section of an example of the ultrasonic transducer of this invention by the scanning electron microscope at the magnification of 150 times. 上記超音波振動子の一例の断面を倍率1000倍で走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the cross section of an example of the said ultrasonic vibrator by the scanning electron microscope at 1000 times magnification. 従来の中空フィラーを含む従来の充填剤の硬化物の一例の断面を倍率100倍で走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the cross section of an example of the hardened | cured material of the conventional filler containing the conventional hollow filler by the scanning electron microscope at 100 times magnification. 従来の超音波振動子の一例の断面を倍率200倍で走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the cross section of an example of the conventional ultrasonic vibrator by the scanning electron microscope at 200 times magnification.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る超音波振動子は、圧電体と、当該圧電体を素子単位に区画する溝と、当該溝内に充満する目地材と、を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The ultrasonic transducer according to the present embodiment includes a piezoelectric body, a groove that partitions the piezoelectric body into element units, and a joint material that fills the groove.

上記圧電体は、その表面に応力を加えるとその表面に正負の電荷を生じる現象(圧電性)を呈する物体であり、例えば、圧電性を呈することが公知の物質、混合物、化合物、複合化合物、固溶体および組成物である。圧電体は、一種でもそれ以上でもよく、また、無機物でも有機物でもよい。また、圧電体の形状は、通常、板状であるが、超音波振動子として使用可能な範囲において、いかなる形状であってもよい。たとえば、圧電体は、一枚の板状の圧電体のみから構成されていてもよいし、あるいは、インピーダンスの異なる複数の圧電板の積層体であってもよい。   The piezoelectric body is an object that exhibits a phenomenon (piezoelectricity) that generates positive and negative charges on the surface when stress is applied to the surface thereof. For example, a substance, a mixture, a compound, a compound, a composite compound, or the like that is known to exhibit piezoelectricity is provided. Solid solutions and compositions. The piezoelectric body may be one kind or more, and may be an inorganic substance or an organic substance. The shape of the piezoelectric body is usually plate-shaped, but may be any shape as long as it can be used as an ultrasonic vibrator. For example, the piezoelectric body may be composed of only one plate-shaped piezoelectric body, or may be a laminate of a plurality of piezoelectric plates having different impedances.

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

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

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

上記溝は、上記圧電体に形成されており、上記圧電体を平面視したときに圧電体を素子単位に応じて区画する。上記素子単位には、電極まで区画されるメインユニットと、電極を共有するサブユニットとが含まれ、上記溝は、そのいずれのユニットを形成する溝であってもよい。上記溝は、通常、圧電体に複数形成され、一方向に並列していてもよいし、交差する二方向(例えば互いに直交する二方向)のそれぞれに並列していてもよい。   The groove is formed in the piezoelectric body, and divides the piezoelectric body according to an element unit when the piezoelectric body is viewed in plan. The element unit includes a main unit partitioned up to the electrode and a subunit sharing the electrode, and the groove may be a groove forming any of the units. Usually, a plurality of the grooves are formed in the piezoelectric body and may be arranged in parallel in one direction or in two intersecting directions (for example, two directions orthogonal to each other).

上記溝の幅は、狭いほど圧電体をより多く区画することができる。このような観点から、上記溝の幅は、5〜50μmであることが好ましく、10〜30μmであることがより好ましい。   The narrower the width of the groove, the more the piezoelectric body can be partitioned. From such a viewpoint, the width of the groove is preferably 5 to 50 μm, and more preferably 10 to 30 μm.

上記溝の深さは、超音波振動子の構造に応じて適宜に決めることが可能である。たとえば、上記溝の深さは、上記圧電体の厚さ未満であってもよいし、厚さ以上であってもよい。   The depth of the groove can be appropriately determined according to the structure of the ultrasonic transducer. For example, the depth of the groove may be less than the thickness of the piezoelectric body, or may be more than the thickness.

図1Aは、溝を有する圧電体の第1の態様を模式的に示す斜視図である。圧電体10は、図1Aに示されるように、複数の平行な溝20を有する。溝20は、圧電体10の厚さ未満の深さを有している。図1Bは、当該第1の態様の変形例を模式的に示す斜視図である。圧電体10の溝20は、圧電体10の厚さ分の深さを有していてもよい。当該変形例は、例えば、図1Aに示す圧電体10の下面を研磨することによって作製され得る。   FIG. 1A is a perspective view schematically showing a first embodiment of a piezoelectric body having a groove. The piezoelectric body 10 has a plurality of parallel grooves 20, as shown in FIG. 1A. The groove 20 has a depth less than the thickness of the piezoelectric body 10. FIG. 1B is a perspective view schematically showing a modification of the first embodiment. The groove 20 of the piezoelectric body 10 may have a depth corresponding to the thickness of the piezoelectric body 10. The modified example can be manufactured, for example, by polishing the lower surface of the piezoelectric body 10 shown in FIG. 1A.

なお、本発明の実施の形態を図示するに際し、接着剤やFPC、電極、バッキング材などの圧電体以外の他の構成を適宜に省略することがある。したがって、上記の他の構成が示されていないことによって、上記図で示される形態がこれらの他の構成を有していないと解すべきではないことを、念のために述べておく。   Note that, in illustrating the embodiment of the present invention, components other than the piezoelectric body such as an adhesive, an FPC, an electrode, and a backing material may be appropriately omitted. Therefore, it should be noted that the configuration shown in the above drawings should not be interpreted as not having these other configurations because the above other configurations are not shown.

図1Cは、溝を有する圧電体の第2の態様を模式的に示す斜視図である。圧電体11は、図1Cに示されるように、第1圧電板11a、第2圧電板11bおよび第3圧電板11cをこの順で重ねてなる積層体である。第1圧電板11a、第2圧電板11bおよび第3圧電板11cは、いずれも同じ特性を有する圧電板でもよいし、互いに異なる特性を有する圧電板であってもよい。たとえば、第1圧電板11aから第3圧電板11cのそれぞれは、第1圧電板11aから第3圧電板11cへ、音響インピーダンスが徐々に小さくなるように、所定の音響インピーダンスを有していてもよい。圧電体11は、溝21a〜21cを有している。溝21aは、第3圧電板11cの表面から第1圧電板11aに至る深さを有している。溝21bは、第3圧電板11cの厚さと第2圧電板11bの厚さの和と同じ深さを有している。溝21cは、第3圧電板11cの厚さと同じ深さを有している。   FIG. 1C is a perspective view schematically showing a second mode of the piezoelectric body having a groove. As shown in FIG. 1C, the piezoelectric body 11 is a laminate in which a first piezoelectric plate 11a, a second piezoelectric plate 11b, and a third piezoelectric plate 11c are stacked in this order. Each of the first piezoelectric plate 11a, the second piezoelectric plate 11b, and the third piezoelectric plate 11c may be a piezoelectric plate having the same characteristics or a piezoelectric plate having different characteristics. For example, even if each of the first piezoelectric plate 11a to the third piezoelectric plate 11c has a predetermined acoustic impedance from the first piezoelectric plate 11a to the third piezoelectric plate 11c, the acoustic impedance gradually decreases. Good. The piezoelectric body 11 has grooves 21a to 21c. The groove 21a has a depth from the surface of the third piezoelectric plate 11c to the first piezoelectric plate 11a. The groove 21b has the same depth as the sum of the thickness of the third piezoelectric plate 11c and the thickness of the second piezoelectric plate 11b. The groove 21c has the same depth as the thickness of the third piezoelectric plate 11c.

上記目地材は、上記溝に充満している。上記目地材は、超音波振動子の目地材として知られている通常の材料によって構成され得る。上記目地材の例には、硬化性エポキシ樹脂の硬化物および硬化性シリコーンの硬化物が含まれる。   The joint material fills the groove. The joint material may be made of a usual material known as a joint material of an ultrasonic transducer. Examples of the joint material include a cured product of a curable epoxy resin and a cured product of a curable silicone.

上記目地材は、気泡を含んでいる。当該気泡は、上記目地材中に直接形成されていてもよいし、上記目地材中に分散された中空のマイクロカプセルの内部空間であってもよい。   The joint material contains air bubbles. The air bubbles may be formed directly in the joint material, or may be an internal space of hollow microcapsules dispersed in the joint material.

上記目地材の上記超音波振動子における平均空隙率は10%以上である。上記平均空隙率が低すぎると、上記目地材の音響インピーダンスが高くなりすぎ、また目地材によって圧電体の振動を過度に拘束することがある。上記平均空隙率は、音響インピーダンスおよび圧電体の拘束を抑制する観点、および、上記溝における空隙の分布をより均等にする観点から、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。上記平均空隙率は、圧電体を振動しやすくする観点からは高いほどよいが、超音波振動子の十分な機械的強度を確保する観点から、90%以下であることが好ましい。   The average porosity of the joint material in the ultrasonic transducer is 10% or more. If the average porosity is too low, the acoustic impedance of the joint material becomes too high, and the joint material may excessively restrict the vibration of the piezoelectric body. The average porosity is preferably 50% or more, and more preferably 70% or more, from the viewpoint of suppressing acoustic impedance and restraint of the piezoelectric body, and from the viewpoint of making the distribution of the voids in the grooves more uniform. More preferred. The average porosity is preferably as high as possible from the viewpoint of facilitating vibration of the piezoelectric body, but is preferably 90% or less from the viewpoint of securing sufficient mechanical strength of the ultrasonic vibrator.

上記目地材は、上記溝の長さ方向および深さ方向のいずれにおいても、上記気泡を均等に含んでいる。上記目地材中における気泡の均等な存在は、上記溝における、十分な数の気泡が含まれる十分な深さの領域中の、評価する断面における気泡の面積に基づいて評価することができる。たとえば、上記溝における深さ40μmの任意の領域の空隙率の、上記平均空隙率に対するばらつきは、±15%以内である。当該領域の幅は溝の幅と同じであり、当該領域の長さは40μmである。本発明においては、溝の幅は、後述する製造方法から明らかなように、気泡の大きさ以下となる。上記ばらつきが大きすぎると、上記区画間での圧電特性のばらつきが大きくなり、超音波振動子における所期の圧電特性が発現されないことがある。   The joint material uniformly contains the air bubbles in both the length direction and the depth direction of the groove. The uniform existence of the bubbles in the joint material can be evaluated based on the area of the bubbles in the cross section to be evaluated in a region of the groove having a sufficient depth including a sufficient number of bubbles. For example, the variation of the porosity of an arbitrary region having a depth of 40 μm in the groove with respect to the average porosity is within ± 15%. The width of the region is the same as the width of the groove, and the length of the region is 40 μm. In the present invention, the width of the groove is equal to or smaller than the size of the bubble, as is apparent from the manufacturing method described later. If the variation is too large, the variation in piezoelectric characteristics between the sections becomes large, and the desired piezoelectric characteristics of the ultrasonic vibrator may not be exhibited.

上記区画間での圧電特性のばらつきを抑制する観点から、上記ばらつきは、±15%以下であることが好ましく、±10%以下であることがより好ましい。上記ばらつきは、小さいほど好ましいが、小さいほど歩留まりが良い傾向にある。   From the viewpoint of suppressing the variation in the piezoelectric characteristics between the sections, the variation is preferably ± 15% or less, and more preferably ± 10% or less. The smaller the variation, the better, but the smaller the variation, the better the yield.

上記平均空隙率は、例えば、上記超音波振動子における上記溝の深さ方向に沿う断面および上記溝を横断する方向の断面のそれぞれから、上記溝の断面における深さ40μmの領域を任意に3箇所ずつ選び、それらの領域における空隙率の平均値として求めることができる。   The average porosity may be, for example, an area of 40 μm depth in the cross section of the groove from the cross section along the depth direction of the groove and the cross section in the direction crossing the groove in the ultrasonic vibrator. The porosity can be obtained by selecting each portion and obtaining the average value of the porosity in those regions.

上記ばらつきは、例えば、上記超音波振動子における上記溝の深さ方向に沿う断面および上記溝を横断する方向の断面のそれぞれから、上記溝の断面における長さ40μmの領域(溝の幅と同じ幅と、溝の深さ方向の長さまたは溝の平面方向における長さとを有する領域)を任意に3箇所ずつ選び、個々の当該領域の空隙率の上記平均空隙率に対するばらつきを常法に従って算出することによって求めることができる。   The variation may be, for example, from each of a cross section along the depth direction of the groove and a cross section in a direction crossing the groove in the ultrasonic transducer, a region having a length of 40 μm in the cross section of the groove (the same as the width of the groove). (A region having a width and a length in the depth direction of the groove or a length in the plane direction of the groove) is arbitrarily selected at three places, and the variation of the porosity of each region with respect to the average porosity is calculated according to a common method. It can be obtained by doing.

上記気泡の大きさは、上記溝に収まる範囲にあればよい。当該気泡の大きさは、上記の平均空隙率およびばらつきを実現させる観点から、上記溝の幅の0.2〜1.0倍であることが好ましく、0.3〜0.7倍であることがより好ましい。上記気泡の大きさは、当該気泡の大きさを代表する値であればよく、例えば、任意に選ばれた気泡の各領域における最大径の平均値であってよい。   The size of the bubble may be in a range that can be accommodated in the groove. From the viewpoint of realizing the above average porosity and variation, the size of the bubble is preferably 0.2 to 1.0 times, and preferably 0.3 to 0.7 times the width of the groove. Is more preferred. The size of the bubble may be a value representative of the size of the bubble, and may be, for example, an average value of arbitrarily selected maximum diameters in each region of the bubble.

上記超音波振動子では、上記溝が十分な空隙率を有する。よって、目地材が圧電体の振動を拘束しにくい。また、上記超音波振動子では、圧電体を区画する溝の空隙率が実質的に均一になる。よって、当該溝における音響インピーダンスが均一になる。また、圧電体の各区画間での圧電特性のばらつきが実質的に生じない。   In the ultrasonic transducer, the groove has a sufficient porosity. Therefore, the joint material is unlikely to restrain the vibration of the piezoelectric body. Further, in the above-described ultrasonic vibrator, the porosity of the groove that partitions the piezoelectric body is substantially uniform. Therefore, the acoustic impedance in the groove becomes uniform. Also, there is substantially no variation in piezoelectric characteristics between the sections of the piezoelectric body.

上記目地材は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、さらなる材料を含んでいてもよい。たとえば、上記目地材は、スペーサー粒子をさらに含有していてもよい。   The joint material may further include a further material as long as the effects of the present embodiment can be obtained. For example, the joint material may further contain spacer particles.

上記スペーサー粒子は、上記目地材の音響インピーダンスを調整する目的で添加される。当該スペーサー粒子の大きさは、上記溝に充填可能であり、かつ音に実質的な影響を及ぼさない範囲から決めることが可能である。当該スペーサー粒子の大きさは、上記の観点から、平均粒子径が20μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。上記スペーサー粒子の材料の例には、シリコーンおよびエポキシが含まれる。   The spacer particles are added for the purpose of adjusting the acoustic impedance of the joint material. The size of the spacer particles can be determined from a range in which the grooves can be filled and that does not substantially affect the sound. From the above viewpoint, the size of the spacer particles is preferably 20 μm or less, more preferably 5 μm or less. Examples of the material of the spacer particles include silicone and epoxy.

上記スペーサー粒子の例には、シリコーン製のパウダーが含まれ、当該シリコーン製のパウダーの例には、信越化学工業株式社製のKMPシリーズおよびX−52シリーズ、東レ・ダウコーニング株式会社製のEPシリーズおよびDYシリーズ、および、モメンティブ社製のトスパールシリーズ(「トスパール」は同社の登録商標)、が含まれる。   Examples of the spacer particles include silicone powders. Examples of the silicone powders include KMP series and X-52 series manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. and EP manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd. And the DY series, and the Tospearl series manufactured by Momentive (“Tospearl” is a registered trademark of the company).

また、上記超音波振動子は、上記圧電体に接着された音響整合層をさらに有していてもよい。当該音響整合層は、圧電体の音響特性と、圧電体から発生する超音波が照射される被検体の音響特性との間の音響特性を有する。当該音響整合層には、公知の音響整合層を利用することができる。   Further, the ultrasonic transducer may further include an acoustic matching layer bonded to the piezoelectric body. The acoustic matching layer has acoustic characteristics between the acoustic characteristics of the piezoelectric body and the acoustic characteristics of the subject irradiated with the ultrasonic waves generated from the piezoelectric body. A known acoustic matching layer can be used as the acoustic matching layer.

上記音響整合層は、上記音響整合層を区画するさらなる溝と、当該さらなる溝内に充満するさらなる目地材と、をさらに有していてもよい。図2Aは、圧電体および音響整合層を有する超音波振動子における溝の配置の第1の態様を模式的に示す斜視図であり、図2Bは、当該超音波振動子における溝の配置の第2の態様を模式的に示す斜視図である。また、図3Aは、上記超音波振動子における溝の配置の第3の態様を模式的に示す斜視図であり、図3Bは、当該超音波振動子における溝の配置の第4の態様を模式的に示す斜視図である。さらに、図4Aは、上記超音波振動子における溝の配置の第5の態様を模式的に示す斜視図であり、図4Bは、当該超音波振動子における溝の配置の第6の態様を模式的に示す斜視図である。   The acoustic matching layer may further include an additional groove that defines the acoustic matching layer, and an additional joint material that fills the additional groove. FIG. 2A is a perspective view schematically illustrating a first mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer having the piezoelectric body and the acoustic matching layer, and FIG. 2B is a perspective view of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer. It is a perspective view which shows 2 aspects typically. FIG. 3A is a perspective view schematically showing a third mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer, and FIG. 3B is a schematic view of a fourth mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer. It is a perspective view shown typically. Further, FIG. 4A is a perspective view schematically showing a fifth mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer, and FIG. 4B is a schematic view of a sixth mode of the arrangement of the grooves in the ultrasonic transducer. It is a perspective view shown typically.

たとえば、上記超音波振動子は、図2Aに示されるように、その厚さと同じ深さの複数の平行な溝22を有する圧電体12と、溝を有さない音響整合層50とを有していてもよい。また、例えば、上記超音波振動子は、図2Bに示されるように、溝20および溝22を交互に有する圧電体13と音響整合層50とを有していてもよい。また、溝20は溝22、22の間に一つであってもよいし複数あってもよい。   For example, as shown in FIG. 2A, the ultrasonic transducer has a piezoelectric body 12 having a plurality of parallel grooves 22 having the same depth as its thickness, and an acoustic matching layer 50 having no grooves. May be. Further, for example, as shown in FIG. 2B, the ultrasonic transducer may have a piezoelectric body 13 having grooves 20 and grooves 22 alternately and an acoustic matching layer 50. The number of the grooves 20 may be one or more than one between the grooves 22.

また、例えば、上記超音波振動子は、図3Aに示されるように、溝22を有する圧電体12と、溝61を有する音響整合層51とを有していてもよい。溝61は、音響整合層51の厚さと同じ深さを有し、かつ圧電体21と音響整合層51の重なり方向において、溝22にそれぞれ連通している。また、例えば、上記超音波振動子は、図3Bに示されるように、圧電体13と、溝62を有する音響整合層52とを有していてもよい。溝62は、音響整合層52の厚さと同じ深さを有し、かつ溝22に対応して配置されており、上記重なり方向において溝22にそれぞれ連通している。また、溝20は溝22、22の間に一つであってもよいし複数あってもよい。   Further, for example, as shown in FIG. 3A, the ultrasonic transducer may include the piezoelectric body 12 having the groove 22 and the acoustic matching layer 51 having the groove 61. The groove 61 has the same depth as the thickness of the acoustic matching layer 51 and communicates with the groove 22 in the direction in which the piezoelectric body 21 and the acoustic matching layer 51 overlap. Further, for example, as shown in FIG. 3B, the ultrasonic transducer may include the piezoelectric body 13 and the acoustic matching layer 52 having the groove 62. The groove 62 has the same depth as the thickness of the acoustic matching layer 52, is arranged corresponding to the groove 22, and communicates with the groove 22 in the overlapping direction. The number of the grooves 20 may be one or more than one between the grooves 22.

また、例えば、上記超音波振動子は、図4Aに示されるように、圧電体13と音響整合層51とを有していてもよい。溝61のそれぞれは、溝20および溝22のそれぞれと、上記重なり方向において連通している。また、溝20は溝22、22の間に一つであってもよいし複数あってもよい。また、例えば、上記超音波振動子は、図4Bに示されるように、溝22および溝23を有する圧電体14と、溝61および溝63を有する音響整合層53とを有していてもよい。溝22および溝23は、いずれも圧電体14の厚さと同じ深さを有し、互いに直交する向きに延出している。溝61および溝63も、いずれも音響整合層53の厚さと同じ深さを有し、互いに直交する向きに延出している。そして、溝61は溝22と、溝63は溝23と、それぞれ上記重なり方向において連通している。   Further, for example, the ultrasonic transducer may include the piezoelectric body 13 and the acoustic matching layer 51 as shown in FIG. 4A. Each of the grooves 61 communicates with each of the grooves 20 and 22 in the overlapping direction. The number of the grooves 20 may be one or more than one between the grooves 22. Further, for example, as shown in FIG. 4B, the ultrasonic vibrator may include the piezoelectric body 14 having the grooves 22 and 23 and the acoustic matching layer 53 having the grooves 61 and 63. . The groove 22 and the groove 23 both have the same depth as the thickness of the piezoelectric body 14 and extend in directions orthogonal to each other. Both the groove 61 and the groove 63 have the same depth as the thickness of the acoustic matching layer 53, and extend in directions orthogonal to each other. The groove 61 communicates with the groove 22 and the groove 63 communicates with the groove 23 in the overlapping direction.

上記さらなる目地材は、上記音響整合層の区画ごとの音響特性のばらつきを抑制する観点から、上記圧電体の目地材と同様に、気泡を均等に含むことが好ましい。すなわち、上記さらなる目地材は気泡を含み、上記さらなる目地材の上記音響整合層における平均空隙率は10%以上であり、上記さらなる溝における深さ40μmの任意の領域の空隙率の、上記平均空隙率に対するばらつきは±15%以内であることが、上記の観点から好ましい。   It is preferable that the further joint material includes bubbles evenly, similarly to the joint material of the piezoelectric body, from the viewpoint of suppressing variation in acoustic characteristics of each section of the acoustic matching layer. That is, the additional joint material contains air bubbles, the average porosity of the additional joint material in the acoustic matching layer is 10% or more, and the average porosity of the porosity of an arbitrary region having a depth of 40 µm in the additional groove. It is preferable from the above viewpoint that the variation with respect to the rate is within ± 15%.

上記さらなる目地材は、上記圧電体のそれと同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、上記さらなる目地材における上記平均空隙率、上記さらなる溝におけるばらつきは、いずれも、上記圧電体における対応するそれらと同様に求めることが可能であり、また上記圧電体における対応するそれらと同じであってもよいし、異なっていてもよい。   The further joint material may be the same as that of the piezoelectric body or may be different. Similarly, the average porosity in the further joint material and the variation in the further groove can be determined in the same manner as the corresponding one in the piezoelectric body, and the same as the corresponding one in the piezoelectric body. Or may be different.

上記さらなる溝は、図3Bに示されるように、上記圧電体と上記音響整合層との積層方向において、上記圧電体を区画する溝の一部に連通していてもよいし、図3A、図4Aおよび図4Bに示されるように、上記積層方向において、上記圧電体を区画する溝の全部に連通していてもよい。   As shown in FIG. 3B, the additional groove may communicate with a part of the groove that divides the piezoelectric body in the laminating direction of the piezoelectric body and the acoustic matching layer. As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, in the lamination direction, it may communicate with all of the grooves that partition the piezoelectric body.

一連の上記溝を埋める目地材は、圧電体に対応する部分と音響整合層に対応する部分とで同一の材料(発泡粒子および充填剤)で構成されていてもよく、当該目地材がこのように構成されていることは、製造の簡素化の観点から有利である。また、上記目地材は、圧電体に対応する部分と音響整合層に対応する部分とで異なる材料で構成されていてもよく、当該目地材がこのように構成されていることは、当該部分の音響特性をより精密に調整する観点から好ましい。   The joint material for filling the series of grooves may be made of the same material (foamed particles and filler) for the portion corresponding to the piezoelectric body and the portion corresponding to the acoustic matching layer. Is advantageous from the viewpoint of simplification of manufacturing. In addition, the joint material may be formed of different materials in a portion corresponding to the piezoelectric body and a portion corresponding to the acoustic matching layer. This is preferable from the viewpoint of adjusting the acoustic characteristics more precisely.

さらに、上記超音波振動子は、上記以外の構成を、例えば、超音波を吸収するためのバッキング部材や、バッキング部材に担持され、上記圧電体を担持する電極などをさらに有していてもよい。これらのさらなる構成は、公知の超音波振動子におけるそれらと同様に構成することができる。   Further, the ultrasonic vibrator may further have a configuration other than the above, for example, a backing member for absorbing ultrasonic waves, an electrode carried on the backing member, and carrying the piezoelectric body. . These further configurations can be configured similarly to those in known ultrasonic transducers.

上記超音波振動子は、以下の製造方法によって製造することができる。当該製造方法は、圧電体を素子単位に区画する溝を上記圧電体に形成する溝形成工程と、上記溝に未発泡粒子を充填する工程と、上記溝に充填された上記未発泡粒子を発泡させる(以下、未発泡粒子を発泡させたものを「発泡粒子」とも言う)工程と、上記未発泡粒子を発泡させた後の上記溝に、硬化性を有する未硬化の充填剤を充填する工程と、上記溝に充填された上記充填剤を硬化させる工程と、を含む。発泡した上記発泡粒子は、上記の気泡となり、硬化した上記充填剤は、上記の目地材となる。   The ultrasonic vibrator can be manufactured by the following manufacturing method. The manufacturing method includes a groove forming step of forming a groove for partitioning the piezoelectric body into element units in the piezoelectric body, a step of filling the groove with unfoamed particles, and expanding the unfoamed particle filled in the groove. (Hereinafter referred to as “expanded particles”) and a step of filling an uncured filler having curability into the grooves after the unexpanded particles are expanded. And a step of curing the filler filled in the groove. The expanded foamed particles become the air bubbles, and the cured filler becomes the joint material.

上記溝形成工程は、圧電体の公知の加工方法を利用して行うことが可能である。たとえば、上記の溝は、上記圧電体の厚さが10μm以上であれば、ダイアモンドカッターなど公知の加工機にて行うことができ、10μm未満であれば、Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)加工によって行うことができる。当該溝形成工程によって、例えば、図5Aに示される圧電体10に、図5Bに示される複数の溝20が形成される。   The groove forming step can be performed by using a known processing method of the piezoelectric body. For example, if the thickness of the piezoelectric body is 10 μm or more, the groove can be formed by a known processing machine such as a diamond cutter. If the thickness is less than 10 μm, the groove is formed by Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) processing. be able to. By the groove forming step, for example, a plurality of grooves 20 shown in FIG. 5B are formed in the piezoelectric body 10 shown in FIG. 5A.

上記未発泡粒子は、未発泡の状態で上記溝に充填される。上記未発泡粒子は、一種でもそれ以上でもよい。当該未発泡粒子の例には、樹脂製のマイクロカプセル中に揮発性の液体が収容されてなる発泡性マイクロカプセルが含まれ、より具体的には、マツモトマイクロスフェアーF、FNシリーズ(松本油脂製薬株式会社製、「マツモトマイクロスフェアー」は同社の登録商標)およびExpancel未膨張グレード(アクゾノーベル社製、「Expancel」は同社の登録商標)が含まれる。   The unfoamed particles are filled in the grooves in an unfoamed state. The unfoamed particles may be one kind or more. Examples of the unexpanded particles include expandable microcapsules in which a volatile liquid is contained in resin microcapsules. More specifically, Matsumoto Microsphere F and FN series (Matsumoto Yushi Pharmaceutical Co., Ltd., “Matsumoto Microsphere” is a registered trademark of the company) and Expancel unexpanded grade (Akzo Nobel, “Expancel” is a registered trademark of the company).

上記未発泡粒子は、そのまま、または液媒に分散させて、上記溝に充填することが可能である。上記未発泡粒子の充填は、常圧下で行ってもよいし、減圧下で行ってもよい。上記未発泡粒子の充填を減圧下で行うことは、溝の端部まで未発泡粒子を十分に行き渡らせる観点から好ましい。   The unexpanded particles can be filled in the grooves as they are or dispersed in a liquid medium. The filling of the unexpanded particles may be performed under normal pressure or under reduced pressure. It is preferable to perform the filling of the unexpanded particles under reduced pressure from the viewpoint of sufficiently spreading the unexpanded particles to the end of the groove.

上記未発泡粒子を発泡させる工程では、上記未発泡粒子に応じた条件下に圧電体を置くことにより行うことが可能である。たとえば、上記未発泡粒子であれば、130℃程度の温度に加熱することによって、当該未発泡粒子を発泡させることが可能である。未発泡粒子の発泡も、常圧下で行ってもよいし、減圧下で行ってもよい。未発泡粒子の発泡を減圧下で行うことは、未発泡粒子の発泡をより低い温度で行い、発泡のための加熱による圧電体の圧電性の低下を抑制する観点から好ましい。   The step of expanding the unexpanded particles can be performed by placing a piezoelectric body under conditions according to the unexpanded particles. For example, in the case of the unexpanded particles, the unexpanded particles can be expanded by heating to a temperature of about 130 ° C. The foaming of the unfoamed particles may be performed under normal pressure or under reduced pressure. It is preferable to perform the expansion of the unexpanded particles under reduced pressure from the viewpoint of performing the expansion of the unexpanded particles at a lower temperature and suppressing a decrease in the piezoelectricity of the piezoelectric body due to heating for the expansion.

未発泡粒子を液媒に分散させて溝に充填した場合には、未発泡粒子の発泡後に上記液媒を溝から除去することが好ましい。当該液媒は、上記溝から吸い出されてもよいし、例えば減圧下で蒸発させてもよい。後に溝に充填される充填剤に対して溶解せず、またその比重が充填剤のそれよりも十分に小さい場合には、上記溝に充填される充填剤に置換することで上記溝から排出させてもよい。   When the unfoamed particles are dispersed in a liquid medium and filled in the grooves, it is preferable to remove the liquid medium from the grooves after the unfoamed particles are foamed. The liquid medium may be sucked out from the groove, or may be evaporated under reduced pressure, for example. If it does not dissolve in the filler to be filled in the groove later and its specific gravity is sufficiently smaller than that of the filler, it is discharged from the groove by replacing the filler in the groove. You may.

上記充填剤は、上記未発泡粒子を発泡させた後に上記溝に充填される。上記充填剤は、硬化性を有し、超音波振動子の溝の目地材として使用される通常の成分から適宜に選ぶことができる。上記充填剤は、一種でもそれ以上でもよい。上記充填剤の例には、流動性の高い一液性もしくは二液性の、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂(ポリウレタン)、およびその前駆体が含まれる。   The filler is filled in the groove after expanding the unexpanded particles. The filler has curability and can be appropriately selected from ordinary components used as joint materials for grooves of the ultrasonic vibrator. The filler may be one kind or more. Examples of the filler include a one- or two-part silicone resin, an epoxy resin, a urethane resin (polyurethane) having high fluidity, and a precursor thereof.

当該シリコーン樹脂の例には、モメンティブ社製TSE3663、XE12−B2543、信越化学工業株式会社製KE471W、KE108、KE118、KE66およびKE200、および、東レ・ダウコーニング株式会社製SE9206L、EE−9000、EE−9100、が含まれる。   Examples of the silicone resin include TSE3663 and XE12-B2543 manufactured by Momentive, KE471W, KE108, KE118, KE66 and KE200 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and SE9206L, EE-9000, and EE-9000 manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd. 9100.

上記エポキシ樹脂の例には、株式会社テスク製C1163、および、三井化学株式会社製ストラクトボンドEH−455NF、が含まれる。   Examples of the epoxy resin include C1163 manufactured by Tesque Corporation and Struct Bond EH-455NF manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.

上記充填剤を減圧下で溝に充填することは、発泡した発泡粒子の隙間や上記溝の底まで十分に充填剤を行き渡らせる観点から好ましい。当該充填剤を上記溝に十分に行き渡らせることは、超音波振動子の機械的強度を十分に高める観点から好ましい。   Filling the groove with the filler under reduced pressure is preferable from the viewpoint of sufficiently spreading the filler to the gap between the foamed foam particles and the bottom of the groove. It is preferable to sufficiently spread the filler in the groove from the viewpoint of sufficiently increasing the mechanical strength of the ultrasonic vibrator.

上記充填剤の硬化は、その充填剤に応じた条件に上記圧電体を置くことにより行うことが可能である。たとえば、上記溝に未硬化の充填剤を充填した圧電体を、室温〜70℃の温度で硬化させることにより、充填剤を硬化させることが可能である。充填剤の硬化を減圧下で行うことは、硬化のための加熱による圧電体の圧電性の低下を抑制する観点から好ましい。   The curing of the filler can be performed by placing the piezoelectric body under conditions corresponding to the filler. For example, it is possible to cure the filler by curing the piezoelectric body in which the groove is filled with the uncured filler at a temperature of room temperature to 70 ° C. Performing the curing of the filler under reduced pressure is preferable from the viewpoint of suppressing a decrease in piezoelectricity of the piezoelectric body due to heating for curing.

上記充填剤が硬化することにより、上記溝は、発泡した発泡粒子および上記溝間の隙間に充満する硬化後の充填剤によって満たされる。こうして、図5Cに示されるように、均等に分散した気泡30を含有する目地材40が構成される。   When the filler is cured, the grooves are filled with the foamed foam particles and the cured filler that fills the gaps between the grooves. In this way, as shown in FIG. 5C, the joint material 40 containing the uniformly dispersed bubbles 30 is configured.

上記製造方法は、本実施の形態に係る効果が得られる範囲において、前述の工程以外の他の工程をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記製造方法は、スペーサー粒子を上記溝に充填する工程をさらに含んでいてもよい。   The above manufacturing method may further include other steps other than the above steps as long as the effects according to the present embodiment can be obtained. For example, the manufacturing method may further include a step of filling the groove with spacer particles.

上記スペーサー粒子を溝に充填する工程は、充填剤を硬化させる前のいかなるタイミングでも行うことが可能である。当該スペーサー粒子は、通常、上記目地材の音響インピーダンスを調整する目的で溝に充填される。たとえば、上記スペーサー粒子は、未発泡粒子と混合されて、あるいは上記液媒と混合されて、あるいは上記充填剤と混合されて、あるいは当該スペーサー粒子をそのままで、上記溝に充填されてもよい。   The step of filling the grooves with the spacer particles can be performed at any timing before the filler is cured. The spacer particles are usually filled in the groove for the purpose of adjusting the acoustic impedance of the joint material. For example, the spacer particles may be mixed with the unfoamed particles, mixed with the liquid medium, mixed with the filler, or filled in the groove with the spacer particles as they are.

また、上記製造方法は、図6Aに示されるような上記溝を形成する前の圧電体10に、図6Bに示されるように音響整合層50を接着する工程(「前接着工程」とも言う)をさらに含んでもよい。この場合、上記溝形成工程では、図6Cに示されるような圧電体10と音響整合層50との両方を上記素子単位に区画する溝24が形成される。圧電体10への音響整合性50の接着は、公知の接着剤を用いて行うことが可能である。また、溝24は、圧電体10の溝と同様に形成することが可能である。上記前接着工程を含む上記製造方法によれば、図6Dに示されるような音響整合層50から圧電体10に至る一連の溝24を満たす目地材41を有する超音波振動子が製造される。   In addition, in the manufacturing method, a step of bonding the acoustic matching layer 50 to the piezoelectric body 10 before forming the groove as illustrated in FIG. 6A as illustrated in FIG. 6B (also referred to as a “pre-adhesion step”). May be further included. In this case, in the groove forming step, a groove 24 that partitions both the piezoelectric body 10 and the acoustic matching layer 50 into the element units as shown in FIG. 6C is formed. Bonding of the acoustic matching 50 to the piezoelectric body 10 can be performed using a known adhesive. The groove 24 can be formed in the same manner as the groove of the piezoelectric body 10. According to the manufacturing method including the pre-adhesion step, an ultrasonic transducer having the joint material 41 filling the series of grooves 24 from the acoustic matching layer 50 to the piezoelectric body 10 as shown in FIG. 6D is manufactured.

あるいは、上記製造方法は、図7Aから図7Cに示されるように上記充填剤を硬化した後の圧電体10に、図7Dに示されるような音響整合層50を接着する工程(「後接着工程」とも言う)と、図7Eに示されるように上記素子単位に応じた区画に音響整合層50を素子単位に区画するさらなる溝64を音響整合層50に形成する工程と、溝64に未発泡粒子を充填する工程と、溝64に充填された未発泡粒子を発泡させる工程と、未発泡粒子を発泡させた後の溝64中の未硬化の充填剤を充填する工程と、溝64に充填された上記充填剤を硬化させる工程と、をさらに含んでもよい。上記後接着工程を含む上記製造方法によれば、例えば、図7Fに示されるような、音響整合層50の溝64の一部が圧電体10の溝20と連通し、それぞれの溝20、64に満たされる目地材40、42を有する超音波振動子が製造される。   Alternatively, the manufacturing method includes a step of bonding an acoustic matching layer 50 as shown in FIG. 7D to the piezoelectric body 10 after curing the filler as shown in FIGS. 7A to 7C (“post bonding step”). 7E), as shown in FIG. 7E, a step of forming an additional groove 64 in the acoustic matching layer 50 for dividing the acoustic matching layer 50 in an element unit in a section corresponding to the element unit, A step of filling the particles, a step of foaming the unfoamed particles filled in the groove 64, a step of filling the uncured filler in the groove 64 after the foaming of the unfoamed particles, and a step of filling the groove 64 Curing the filled filler. According to the manufacturing method including the post-adhesion step, for example, as shown in FIG. 7F, a part of the groove 64 of the acoustic matching layer 50 communicates with the groove 20 of the piezoelectric body 10, and the respective grooves 20, 64 The ultrasonic vibrator having the joint members 40 and 42 satisfying the following conditions is manufactured.

さらに、上記製造方法は、追分極工程をさらに含んでいてもよい。上記追分極工程は、例えば未発泡粒子の発泡や充填剤の硬化などのための加熱により圧電体が損なった分極特性を回復させる工程である。追分極工程は、例えば、超音波振動子を室温〜60℃で抗電界に相当する電圧の1.5〜3倍の電圧をかけることによって行うことが可能である。追分極を行う工程は、上記製造方法における如何なるタイミングでも行うことが可能である。   Furthermore, the above manufacturing method may further include a repolarization step. The additional polarization step is a step of restoring the polarization characteristics in which the piezoelectric body has been damaged by heating for expanding the unexpanded particles or curing the filler, for example. The additional polarization step can be performed, for example, by applying a voltage of 1.5 to 3 times the voltage corresponding to the coercive electric field to the ultrasonic transducer at room temperature to 60 ° C. The step of performing additional polarization can be performed at any timing in the above manufacturing method.

さらに、上記製造方法は、溝を形成した圧電体を、例えばバッキング材とフレキシブルプリント基板とで構成されている基材に貼り付ける工程をさらに含んでいてもよい。この場合、上記溝は、例えば図5Bに示されるように、圧電体の厚さ未満の深さを有することが、圧電体が有する溝の幅を揃える観点から好ましい。上記の工程をさらに含むことは、曲率半径が5〜100mm程度の凸曲面上にも圧電体を配置することが可能となり、例えば医療用の超音波探触子を構成する観点から好ましい。また、上記凸曲面に貼り付けられた圧電体の溝の幅は、底から開口に向けてわずかに暫時増加する。その溝に発泡した発泡粒子を生成し、溝と発泡粒子の間に細かい隙間ができる。このため、毛細管現象によって充填剤が上記隙間に流れ込みやすく、また流出しにくい。よって、シリコーン系の充填剤のような、比較的流れやすい充填剤を用いる場合により効果的である。   Further, the manufacturing method may further include a step of attaching the piezoelectric body having the groove formed thereon to, for example, a base material including a backing material and a flexible printed board. In this case, it is preferable that the groove has a depth less than the thickness of the piezoelectric body, for example, as shown in FIG. 5B, from the viewpoint of making the width of the groove of the piezoelectric body uniform. It is preferable to further include the above-described step, since the piezoelectric body can be arranged on a convex curved surface having a radius of curvature of about 5 to 100 mm, for example, from the viewpoint of forming a medical ultrasonic probe. In addition, the width of the groove of the piezoelectric body attached to the convex curved surface slightly increases from the bottom toward the opening. Foamed foamed particles are generated in the groove, and a fine gap is formed between the groove and the foamed particle. For this reason, the filler easily flows into the gap and hardly flows out due to the capillary phenomenon. Therefore, it is more effective when a relatively easy-to-flow filler such as a silicone-based filler is used.

なお、上記超音波振動子は、前述の製造方法以外の他の方法で製造されてもよい。たとえば、上記超音波振動子は、発泡ポリウレタンや発泡シリコーンなど(例えばTSE5000)の発泡性を有する発泡剤のスラリーに、当該スラリーの表面張力を制御する添加剤を混ぜて、それを上記溝に充填し、次いで、充填剤を溝に充填し硬化させることで製造されてもよい。上記スラリーの表面張力を制御することで、発泡ポリウレタンや発泡シリコーンの発泡をコントールすることが可能となり、上記溝中の上記気泡の大きさや空隙率などをコントロールすることが可能である。この方法では、発泡性を有する発泡剤を用いて上記超音波振動子を製造することが可能である。   The ultrasonic transducer may be manufactured by a method other than the above-described manufacturing method. For example, the ultrasonic vibrator mixes a slurry of a foaming agent having a foaming property such as foamed polyurethane or foamed silicone (for example, TSE5000) with an additive for controlling the surface tension of the slurry and fills the groove with the additive. And then filling the grooves with a filler and curing. By controlling the surface tension of the slurry, it is possible to control foaming of polyurethane foam or silicone foam, and it is possible to control the size and porosity of the bubbles in the grooves. According to this method, it is possible to manufacture the above-described ultrasonic vibrator using a foaming agent having a foaming property.

また、上記超音波振動子は、上記溝の幅よりも十分に小さな溶解性粒子を上記充填剤に混合して上記溝に充填し、次いで、あるいは上記充填剤を硬化した後に、上記溶解性粒子を溶剤への浸漬などによって上記溶剤に溶解させて、上記充填剤(上記目地材)に空隙を形成することによって製造されてもよい。上記溶解性粒子は、上記溶剤によって溶解する粒子であり、一種でもそれ以上でもよく、その例には、アクリル樹脂系の粒子およびポリスチレン系の粒子が含まれる。また、上記溶剤は、硬化前または硬化後の上記充填剤を実質的に溶解せずに上記溶解性粒子を溶解させる液体であり、その例には、アセトン、クロロホルムおよびジクロロメタンが含まれる。   Further, the ultrasonic vibrator, the soluble particles sufficiently smaller than the width of the groove is mixed with the filler and filled in the groove, and then, or after curing the filler, the soluble particles May be dissolved in the solvent by immersion in a solvent or the like to form voids in the filler (joint material). The soluble particles are particles that are dissolved by the solvent, and may be one or more types. Examples thereof include acrylic resin-based particles and polystyrene-based particles. Further, the solvent is a liquid that dissolves the soluble particles without substantially dissolving the filler before or after curing, and examples thereof include acetone, chloroform, and dichloromethane.

上記音響整合層を有する上記超音波振動子は、超音波探触子に好適に用いられる。すなわち、当該超音波探触子は、上記超音波振動子と、上記音響整合層に接着された音響レンズとを有する。当該音響レンズは、被検体に向かって照射される超音波に所期の焦点を与える部材であり、当該音響レンズには、公知の音響レンズを利用することができる。上記超音波探触子は、前述の本実施の形態に係る超音波振動子を有する以外は、公知の超音波探触子と同様に構成することが可能である。   The ultrasonic transducer having the acoustic matching layer is suitably used for an ultrasonic probe. That is, the ultrasonic probe has the ultrasonic transducer and an acoustic lens bonded to the acoustic matching layer. The acoustic lens is a member that gives a desired focus to the ultrasonic wave irradiated toward the subject, and a known acoustic lens can be used as the acoustic lens. The ultrasonic probe can be configured in the same manner as a known ultrasonic probe, except that the ultrasonic probe according to the present embodiment is provided.

上記超音波探触子は、超音波撮像装置に好適に用いられる。当該超音波撮像装置は、上記超音波探触子を有する以外は、公知の超音波撮像装置と同様に構成することが可能である。当該超音波撮像装置は、例えば、医療用超音波診断装置や非破壊超音波検査装置などに好適である。   The ultrasonic probe is suitably used for an ultrasonic imaging device. The ultrasonic imaging apparatus can be configured in the same manner as a known ultrasonic imaging apparatus except that it has the above-described ultrasonic probe. The ultrasonic imaging apparatus is suitable for, for example, a medical ultrasonic diagnostic apparatus or a non-destructive ultrasonic inspection apparatus.

図8Aは、本実施の形態に係る超音波撮像装置の構成を模式的に示す図であり、図8Bは、当該超音波撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。   FIG. 8A is a diagram schematically illustrating the configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the present embodiment, and FIG. 8B is a block diagram illustrating the electrical configuration of the ultrasonic imaging apparatus.

超音波撮像装置200は、図8Aに示されるように、装置本体201と、装置本体201にケーブル203を介して接続されている超音波探触子202と、装置本体201上に配置されている入力部204および表示部209と、を有する。   As shown in FIG. 8A, the ultrasonic imaging apparatus 200 is disposed on the apparatus main body 201, an ultrasonic probe 202 connected to the apparatus main body 201 via a cable 203, and the apparatus main body 201. An input unit 204 and a display unit 209.

装置本体201は、図8Bに示されるように、入力部204に接続されている制御部205と、制御部205およびケーブル203に接続されている送信部206および受信部207と、受信部207および制御部205のそれぞれと接続されている画像処理部208と、を有する。なお、制御部205および画像処理部208は、それぞれ表示部209と接続されている。   As shown in FIG. 8B, the apparatus main body 201 includes a control unit 205 connected to the input unit 204, a transmission unit 206 and a reception unit 207 connected to the control unit 205 and the cable 203, a reception unit 207, And an image processing unit 208 connected to each of the control units 205. Note that the control unit 205 and the image processing unit 208 are connected to the display unit 209, respectively.

入力部204は、例えば、診断開始などを指示するコマンドや被検体の個人情報などのデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボードなどである。   The input unit 204 is a device for inputting a command for instructing the start of a diagnosis or the like or data such as personal information of a subject, and is, for example, an operation panel or a keyboard having a plurality of input switches.

制御部205は、例えば、マイクロプロセッサや記憶素子、その周辺回路などを備えて構成され、超音波探触子202、入力部204、送信部206、受信部207、画像処理部208および表示部209を、それぞれの機能に応じて制御することによって超音波診断装置200の全体の制御を行う回路である。   The control unit 205 includes, for example, a microprocessor, a storage element, peripheral circuits thereof, and the like, and includes an ultrasonic probe 202, an input unit 204, a transmission unit 206, a reception unit 207, an image processing unit 208, and a display unit 209. Is a circuit that controls the entire ultrasonic diagnostic apparatus 200 by controlling the functions according to the respective functions.

送信部206は、例えば、制御部205からの信号を超音波探触子202に送信する。受信部207は、例えば、超音波探触子202からの信号を受信して制御部205または画像処理部208へ出力する。   The transmission unit 206 transmits a signal from the control unit 205 to the ultrasonic probe 202, for example. The receiving unit 207 receives, for example, a signal from the ultrasonic probe 202 and outputs the signal to the control unit 205 or the image processing unit 208.

画像処理部208は、例えば、制御部205の制御に従い、受信部207で受信した信号に基づいて被検体内の内部状態を表す画像(超音波画像)を形成する回路である。たとえば、画像処理部208は、被検体の超音波画像を生成するDigital Signal Processor(DSP)、および、当該DSPで処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路(DAC回路)などを有している。   The image processing unit 208 is a circuit that forms an image (ultrasound image) representing the internal state of the subject based on the signal received by the receiving unit 207 under the control of the control unit 205, for example. For example, the image processing unit 208 includes a Digital Signal Processor (DSP) that generates an ultrasonic image of a subject, and a digital-analog conversion circuit (DAC circuit) that converts a signal processed by the DSP from a digital signal to an analog signal. ).

表示部209は、例えば、制御部205の制御に従って、画像処理部208で生成された被検体の超音波画像を表示するための装置である。表示部209は、例えば、CRTディスプレイや液晶ディスプレイ(LCD)、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイなどの表示装置や、プリンタなどの印刷装置などである。   The display unit 209 is a device for displaying an ultrasonic image of the subject generated by the image processing unit 208 under the control of the control unit 205, for example. The display unit 209 is, for example, a display device such as a CRT display, a liquid crystal display (LCD), an organic EL display, a plasma display, or a printing device such as a printer.

図9は、超音波探触子202の構成を模式的に示す図である。超音波探触子202は、図9に示されるように、超音波トランスデューサー100と、超音波トランスデューサー100を収容するホルダ210とを有する。ホルダ210は、超音波探触子202の表面に音響レンズ170が露出するように、超音波トランスデューサー100を保持している。超音波トランスデューサー100のFPC120は、ケーブル203の先端に配置されたコネクタ211に接続されている。なお、図9中、超音波トランスデューサー100の構成の一部は、省略されている。   FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the configuration of the ultrasonic probe 202. As shown in FIG. 9, the ultrasonic probe 202 has an ultrasonic transducer 100 and a holder 210 that houses the ultrasonic transducer 100. The holder 210 holds the ultrasonic transducer 100 so that the acoustic lens 170 is exposed on the surface of the ultrasonic probe 202. The FPC 120 of the ultrasonic transducer 100 is connected to a connector 211 disposed at the end of the cable 203. In FIG. 9, a part of the configuration of the ultrasonic transducer 100 is omitted.

図10は、超音波トランスデューサー100の構成を模式的に示すための図である。超音波トランスデューサー100は、バッキング層110、フレキシブルプリント基板(FPC)120、圧電体130、溝140、141、目地材150、音響整合層160および音響レンズ170を有する。   FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the configuration of the ultrasonic transducer 100. The ultrasonic transducer 100 includes a backing layer 110, a flexible printed circuit (FPC) 120, a piezoelectric body 130, grooves 140 and 141, joint materials 150, an acoustic matching layer 160, and an acoustic lens 170.

バッキング層110は、バッキング材によって構成されており、圧電体130を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、バッキング層110は、圧電体130における被検体、例えば生体、に超音波を送受信する方向と反対の面(裏面)に装着され、被検体の方向の反対側に発生する超音波を吸収する。   The backing layer 110 is made of a backing material, is an ultrasonic absorber that supports the piezoelectric body 130 and can absorb unnecessary ultrasonic waves. That is, the backing layer 110 is attached to the surface (back surface) of the piezoelectric body 130 opposite to the direction in which ultrasonic waves are transmitted and received by the subject, for example, a living body, and absorbs ultrasonic waves generated on the opposite side of the direction of the subject. .

バッキング層110の材料の例には、天然ゴム、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂、および、これらの材料の少なくともいずれかと酸化タングステンや酸化チタン、フェライトなどの粉末との混合物をプレス成形した樹脂系複合材、が含まれる。上記熱可塑性樹脂の例には、塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ABS樹脂、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリエチレングリコール、および、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体、が含まれる。中でも樹脂系複合材、その中でも特にゴム系複合材料またはエポキシ樹脂系複合材が好ましい。バッキング層110の形状は、圧電体130の平面形状や超音波トランスデューサー100、これを含む超音波探触子202などの形状に応じて、適宜に決めることができる。   Examples of the material of the backing layer 110 include a natural rubber, an epoxy resin, a thermoplastic resin, and a resin-based composite material obtained by press-molding a mixture of at least one of these materials and a powder of tungsten oxide, titanium oxide, ferrite, or the like. , Is included. Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride, polyvinyl butyral, ABS resin, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polyacetal, polyethylene terephthalate, fluororesin, polyethylene glycol, and polyethylene terephthalate-polyethylene glycol copolymer. included. Among them, a resin-based composite material, and among them, a rubber-based composite material or an epoxy resin-based composite material is particularly preferable. The shape of the backing layer 110 can be appropriately determined according to the planar shape of the piezoelectric body 130 and the shape of the ultrasonic transducer 100 and the ultrasonic probe 202 including the same.

FPC120は、例えば、圧電体130のための一対の電極と接続される、後述の超音波振動子に対応したパターンの配線を有する。各超音波振動子には、FPC120にて電極が取り付けられ、コンピューターでプログラムした超音波の送受信駆動により、任意のビームフォーミングが可能となる。たとえば、FPC120は、一方の電極となる信号引き出し配線と、図示しない他方の電極に接続されるグランド引き出し配線とを有する。FPC120は、上記の適当なパターンを有していれば、市販品であってもよい。   The FPC 120 has, for example, a wiring pattern connected to a pair of electrodes for the piezoelectric body 130 and corresponding to an ultrasonic transducer described later. Electrodes are attached to each ultrasonic vibrator by the FPC 120, and arbitrary beam forming can be performed by transmitting and receiving ultrasonic waves programmed by a computer. For example, the FPC 120 has a signal lead-out line serving as one electrode and a ground lead-out line connected to the other electrode (not shown). The FPC 120 may be a commercially available product as long as it has the above-described appropriate pattern.

上記電極の材料の例には、金、白金、銀、パラジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、および、これらの金属元素を含む合金、が含まれる。たとえば、上記電極は、まず、チタンやクロムなどの下地金属をスパッタ法により0.002〜1.0μmの厚さに形成し、次いで、上記材料を、さらには必要に応じて絶縁材料を部分的に、スパッタ法、蒸着法その他の適当な方法で0.02〜10μmの厚さに形成することによって作製される。上記電極は、微粉末の金属粉末と低融点ガラスを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法によって当該導電ペーストの層を形成することによって作製することも可能である。   Examples of the electrode material include gold, platinum, silver, palladium, copper, aluminum, nickel, tin, and alloys containing these metal elements. For example, the electrode is formed by first forming a base metal such as titanium or chromium to a thickness of 0.002 to 1.0 μm by a sputtering method, and then partially coating the above-mentioned material and, if necessary, an insulating material. It is formed by forming it to a thickness of 0.02 to 10 [mu] m by a sputtering method, a vapor deposition method or another appropriate method. The electrode can also be manufactured by forming a conductive paste layer obtained by mixing a fine metal powder and a low-melting glass by screen printing, dipping, or thermal spraying.

なお、バッキング層110とFPC120は、例えば、当該技術分野で通常使用される接着剤(例えば、エポキシ系接着剤)で接着され得る。   In addition, the backing layer 110 and the FPC 120 can be bonded with, for example, an adhesive (for example, an epoxy-based adhesive) generally used in the technical field.

圧電体130は、前述した本実施の形態に係る圧電体であり、当該圧電体を素子単位に区画する溝140、141には、気泡が分散されている目地材150を有する。たとえば、圧電体130は、前述した積層体で構成され、圧電体130の厚さは、例えば0.05〜0.4mmである。圧電体130は、FPC120に、例えば導電性接着剤によって接着されている。当該導電性接着剤は、例えば、銀粉や銅粉、カーボンファイバーなどの導電性材料を含有する接着剤である。   The piezoelectric body 130 is the above-described piezoelectric body according to the present embodiment, and the grooves 140 and 141 that partition the piezoelectric body into element units have joint materials 150 in which bubbles are dispersed. For example, the piezoelectric body 130 is formed of the above-described laminate, and the thickness of the piezoelectric body 130 is, for example, 0.05 to 0.4 mm. The piezoelectric body 130 is bonded to the FPC 120 by, for example, a conductive adhesive. The conductive adhesive is, for example, an adhesive containing a conductive material such as silver powder, copper powder, and carbon fiber.

溝140は、圧電体130の表面からバッキング層110に至る深さを有し、溝141は、圧電体130の表面から圧電体130内に至る深さを有している。溝140は、超音波振動子のメインユニットを区画しており、溝141は、1主素子中に並列する三つのサブユニットを区画している。溝140、141は、いずれも、例えばダイシングソーによる溝切り加工によって形成されており、その幅は、例えば15〜30μmである。   The groove 140 has a depth from the surface of the piezoelectric body 130 to the backing layer 110, and the groove 141 has a depth from the surface of the piezoelectric body 130 to the inside of the piezoelectric body 130. The groove 140 divides a main unit of the ultrasonic transducer, and the groove 141 divides three subunits arranged in parallel in one main element. Each of the grooves 140 and 141 is formed by, for example, a groove cutting process using a dicing saw, and has a width of, for example, 15 to 30 μm.

なお、上記メインユニットにおけるピッチ(溝140の中心間距離)は、例えば0.15〜0.30mmであり、上記サブユニットにおけるピッチ(隣り合う溝(溝141または溝140)の中心間距離)は、例えば0.05〜0.15mmである。   The pitch (the distance between the centers of the grooves 140) in the main unit is, for example, 0.15 to 0.30 mm, and the pitch (the distance between the centers of the adjacent grooves (the grooves 141 or the grooves 140)) in the subunit is , For example, 0.05 to 0.15 mm.

目地材150は、溝140および141に充満している。目地材150の材料の例には、前述したように、エポキシ樹脂、シリコーンおよびこれらの混合物、の硬化物が含まれる。   The joint material 150 fills the grooves 140 and 141. As described above, examples of the material of the joint material 150 include a cured product of an epoxy resin, silicone, and a mixture thereof.

上記エポキシ樹脂は、例えば、エポキシ樹脂のプレポリマーと、当該プレポリマー間に架橋ネットワークを形成するための充填剤とを含有するプレポリマー組成物の硬化物として構成される。   The epoxy resin is, for example, a cured product of a prepolymer composition containing a prepolymer of an epoxy resin and a filler for forming a crosslinked network between the prepolymers.

上記プレポリマーの例には、フェノールノボラック樹脂やクレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル(フェニレン、ビフェニレン骨格を含む)樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂などのフェノール樹脂が含まれる。   Examples of the above prepolymer include phenol novolak resins, cresol novolak resins, phenol aralkyl (including phenylene and biphenylene skeleton) resins, naphthol aralkyl resins, triphenol methane resins, and phenol resins such as dicyclopentadiene-type phenol resins. .

上記充填剤の例には、アミン系充填剤が含まれ、当該アミン系充填剤の例には、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1’)〕エチル−s−トリアジンなどのトリアジン化合物、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7(DBU)、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、および、トリエタノールアミンが含まれる。   Examples of the filler include an amine-based filler, and examples of the amine-based filler include ethylenediamine, triethylenediamine, hexamethylenediamine, 2,4-diamino-6- [2′-methylimidazolyl- (1 ′)] triazine compounds such as ethyl-s-triazine, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7 (DBU), triethylenediamine, benzyldimethylamine, and triethanolamine.

音響整合層160は、圧電体130と後述の音響レンズ170との音響特性を整合させるための層である。音響整合層160は、例えば接着剤によって圧電体130および音響レンズのそれぞれを接着している。音響整合層160は、圧電体130と音響レンズ170との概ね中間の音響インピーダンスZa(Mrayl(=×10kg/(m秒)))を有する。なお、圧電体130の上記被検体側(表面側)には、例えば、前述の他方の電極を介して配置される。 The acoustic matching layer 160 is a layer for matching acoustic characteristics between the piezoelectric body 130 and an acoustic lens 170 described later. The acoustic matching layer 160 adheres each of the piezoelectric body 130 and the acoustic lens with an adhesive, for example. The acoustic matching layer 160 has an acoustic impedance Za (Mrayl (= × 10 6 kg / (m 2 seconds)) approximately intermediate between the piezoelectric body 130 and the acoustic lens 170. The piezoelectric body 130 is arranged on the subject side (surface side), for example, via the other electrode described above.

音響整合層160は、単層でも積層でもよいが、音響特性の調整の観点から、音響インピーダンスが異なる複数の層の積層体であることが好ましく、例えば2層以上、より好ましくは4層以上である。音響整合層160の厚さは、λ/4であることが好ましい。λは、超音波の波長である。音響整合層160は、例えば、種々の材料で構成することが可能である。音響整合層160のZaは、音響レンズに向けて音響レンズのZaに、段階的または連続的により近づくように設定されていることが好ましく、例えば、当該材料に添加する添加剤の種類および含有量によって調整することが可能である。   The acoustic matching layer 160 may be a single layer or a laminate, but is preferably a laminate of a plurality of layers having different acoustic impedances from the viewpoint of adjustment of acoustic characteristics, for example, two or more layers, more preferably four or more layers. is there. The thickness of the acoustic matching layer 160 is preferably λ / 4. λ is the wavelength of the ultrasonic wave. The acoustic matching layer 160 can be made of, for example, various materials. The Za of the acoustic matching layer 160 is preferably set so as to gradually or continuously approach the Za of the acoustic lens toward the acoustic lens. Can be adjusted.

上記材料の例には、アルミニウム、アルミニウム合金(例えばAl−Mg合金)、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイトおよび樹脂が含まれる。当該樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ABS樹脂、AAS樹脂、AES樹脂、ナイロン6やナイロン66などのナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂が含まれる。上記添加剤の例には、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン、ガラス繊維およびシリコーン粒子が含まれる。   Examples of the above materials include aluminum, aluminum alloys (e.g., Al-Mg alloys), magnesium alloys, macor glass, glass, fused quartz, copper graphite, and resins. Examples of the resin include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, ABS resin, AAS resin, AES resin, nylon such as nylon 6 and nylon 66, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polyether ether ketone, polyamide imide, and polyethylene terephthalate. , Epoxy resins and urethane resins. Examples of the above additives include zinc white, titanium oxide, silica and alumina, red iron oxide, ferrite, tungsten oxide, yttrium oxide, barium sulfate, tungsten, molybdenum, glass fiber and silicone particles.

音響整合層160のZaを調整する観点から、例えば、音響整合層160の表面部は、エポキシ樹脂で構成されているとともにシリコーン粒子を含有していることが好ましい。後述するように、音響レンズ170の材料であるシリコーンを音響整合層160の基材中に分散して存在させると、音響整合層160のZaを音響レンズ170のそれに近づけることが可能である。   From the viewpoint of adjusting the Za of the acoustic matching layer 160, for example, it is preferable that the surface of the acoustic matching layer 160 is made of an epoxy resin and contains silicone particles. As will be described later, when silicone, which is the material of the acoustic lens 170, is dispersed in the base material of the acoustic matching layer 160, the Za of the acoustic matching layer 160 can be made closer to that of the acoustic lens 170.

なお、音響整合層160の各層は、例えば、当該技術分野で通常使用される接着剤(例えば、エポキシ系接着剤やシリコーン系接着剤など)で接着されている。   In addition, each layer of the acoustic matching layer 160 is adhered with, for example, an adhesive (for example, an epoxy-based adhesive or a silicone-based adhesive) generally used in the technical field.

たとえば、上記シリコーン系接着剤は、シリコーンを基材に含む硬化性の化合物または組成物である。当該シリコーン系接着剤は、音響整合層160同士、または、音響整合層160および音響レンズ170の両方、に対する親和性を高めるための添加剤や、接着すべき両者の音響特性を整合させるための添加剤などの種々の添加剤をさらに含有していてもよい。   For example, the silicone-based adhesive is a curable compound or composition containing silicone as a base material. The silicone-based adhesive is an additive for increasing the affinity for the acoustic matching layers 160 or for both the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170, and an additive for matching the acoustic characteristics of both to be adhered. Various additives such as an agent may be further contained.

上記シリコーン系接着剤は、室温で硬化する液状ゴム(RTVゴム)でもよいし、加熱によって硬化させる液状ゴムであってもよい。また、上記シリコーン系接着剤は、一液型であってもよいし、二液型であってもよい。上記シリコーン系接着剤の例には、KE−441、KE−445、KE−471W、KE−1600、KE−1604、KE−1884、KE−1885、KE−1886、KE−4895、KE−4896、KE−4897、およびKE−4898(いずれも信越化学工業株式会社製)や、TN3005、TN3305、TN3705、TSE3976−B、ECS0600、およびECS0601(いずれもモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)などが含まれる。   The silicone-based adhesive may be a liquid rubber (RTV rubber) that cures at room temperature or a liquid rubber that is cured by heating. Further, the silicone adhesive may be a one-part type or a two-part type. Examples of the silicone based adhesive include KE-441, KE-445, KE-471W, KE-1600, KE-1604, KE-1884, KE-1885, KE-1886, KE-4895, KE-4896, KE-4897 and KE-4898 (all manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), TN3005, TN3305, TN3705, TSE3976-B, ECS0600, and ECS0601 (all manufactured by Momentive Performance Materials Japan GK) Is included.

音響レンズ170は、例えば、被検体と音響整合層160との中間のZaを有する軟質の高分子材料により構成される。当該高分子材料の例には、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、および、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム、が含まれる。中でも、上記高分子材料は、シリコーン系ゴムおよびブタジエン系ゴムからなることが好ましい。   The acoustic lens 170 is made of, for example, a soft polymer material having an intermediate Za between the subject and the acoustic matching layer 160. Examples of the polymer material include silicone rubber, butadiene rubber, polyurethane rubber, epichlorohydrin rubber, and ethylene-propylene copolymer rubber obtained by copolymerizing ethylene and propylene. Above all, the above-mentioned polymer material is preferably made of silicone rubber and butadiene rubber.

上記シリコーン系ゴムの例には、シリコーンゴムおよびフッ素シリコーンゴムが含まれる。特に、音響レンズの特性の観点からは、シリコーンゴムが好ましい。当該シリコーンゴムとは、Si−O結合からなる分子骨格を有し、そのSi原子に複数の有機基が主結合したオルガノポリシロキサンをいい、通常は、その主成分はメチルポリシロキサンで、その全体の有機基のうち90%以上がメチル基である。上記シリコーンゴムは、上記メチルポリシロキサンのメチル基の少なくとも一部が、水素原子、フェニル基、ビニル基またはアリル基も置き換わっていてもよい。   Examples of the silicone rubber include silicone rubber and fluorine silicone rubber. In particular, silicone rubber is preferable from the viewpoint of the characteristics of the acoustic lens. The silicone rubber refers to an organopolysiloxane having a molecular skeleton composed of Si—O bonds and a plurality of organic groups mainly bonded to Si atoms. Usually, the main component is methylpolysiloxane, and the entirety thereof is methylpolysiloxane. 90% or more of the organic groups are methyl groups. In the silicone rubber, at least a part of the methyl group of the methyl polysiloxane may be replaced with a hydrogen atom, a phenyl group, a vinyl group, or an allyl group.

上記シリコーンゴムは、例えば、高重合度のオルガノポリシロキサンに過酸化ベンゾイルなどの硬化剤(加硫剤)を混練し、加熱加硫し硬化させることにより得ることができる。音響レンズ170における音速の調整や密度の調整などの目的に応じ、シリカやナイロン粉末などの有機または無機の充填剤や、硫黄や酸化亜鉛などの加硫助剤などがさらに添加されてもよい。   The silicone rubber can be obtained, for example, by kneading a curing agent (vulcanizing agent) such as benzoyl peroxide with an organopolysiloxane having a high degree of polymerization, heating and vulcanizing and curing. An organic or inorganic filler such as silica or nylon powder, or a vulcanization aid such as sulfur or zinc oxide may be further added according to the purpose of adjusting the speed of sound or adjusting the density of the acoustic lens 170.

上記ブタジエン系ゴムの例には、ブタジエンのホモポリマーであるブタジエンゴム、および、ブタジエンを主体としこれに少量のスチロールまたはアクリロニトリルが共重合した共重合ゴム、が含まれる。特に、音響レンズの特性の観点から、ブタジエンゴムであることが好ましい。ブタジエンゴムとは、共役二重結合を有するブタジエンの重合により得られる合成ゴムをいう。ブタジエンゴムは、共役二重結合を有するブタジエンが1,4位で、または1,2位で、単独で重合することにより得ることができる。ブタジエンゴムは、さらに、硫黄などにより加硫させてもよい。   Examples of the butadiene rubber include butadiene rubber, which is a homopolymer of butadiene, and a copolymer rubber composed mainly of butadiene and copolymerized with a small amount of styrene or acrylonitrile. Particularly, butadiene rubber is preferable from the viewpoint of the characteristics of the acoustic lens. Butadiene rubber refers to a synthetic rubber obtained by polymerization of butadiene having a conjugated double bond. Butadiene rubber can be obtained by polymerizing butadiene having a conjugated double bond alone at the 1,4-position or at the 1,2-position. The butadiene rubber may be further vulcanized with sulfur or the like.

シリコーン系ゴムおよびブタジエン系ゴムからなる音響レンズ170は、例えば、シリコーン系ゴムとブタジエン系ゴムとを混合し、加硫硬化させることにより生成することが可能である。たとえば、音響レンズ170は、シリコーンゴムとブタジエンゴムとを適宜割合で混練ロールにより混合し、過酸化ベンゾイルなどの加硫剤を添加して加熱加硫して架橋(硬化)させることにより、得ることができる。   The acoustic lens 170 made of silicone rubber and butadiene rubber can be produced, for example, by mixing silicone rubber and butadiene rubber and vulcanizing and curing. For example, the acoustic lens 170 can be obtained by mixing silicone rubber and butadiene rubber in an appropriate ratio with a kneading roll, adding a vulcanizing agent such as benzoyl peroxide, and vulcanizing by heating to crosslink (cur). Can be.

上記の場合、加硫助剤として、酸化亜鉛をさらに添加してもよい。酸化亜鉛は、音響レンズ170のレンズ特性を実質的に損なわずに加硫を促進し、加硫時間を短縮することできる。他に、着色剤や音響レンズの特性を損なわない範囲内で他の添加剤を添加してもよい。シリコーン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合割合は、適宜設定することができる。たとえば、音響レンズ170のZaは、被検体のそれに近似するとともに、音響レンズ170内における音速が被検体のそれよりも小さく、音響レンズ170のZaの減衰がより少なくなるように設定されていることが好ましい。このような観点から、シリコーン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合割合は、1:1が好ましい。   In the above case, zinc oxide may be further added as a vulcanization aid. Zinc oxide can promote vulcanization without substantially impairing the lens characteristics of the acoustic lens 170, and can shorten the vulcanization time. In addition, other additives may be added within a range that does not impair the properties of the colorant and the acoustic lens. The mixing ratio of the silicone rubber and the butadiene rubber can be appropriately set. For example, Za of the acoustic lens 170 is set so that it is close to that of the subject, the sound velocity in the acoustic lens 170 is lower than that of the subject, and the attenuation of Za of the acoustic lens 170 is smaller. Is preferred. From such a viewpoint, the mixing ratio of the silicone rubber and the butadiene rubber is preferably 1: 1.

なお、超音波トランスデューサー100は、超音波トランスデューサー100における音響レンズ170以外の部分を封止する保護層を含んでいてもよい。当該保護層は、例えば、超音波トランスデューサー100における音響整合層160およびそれよりも圧電体130側の構成を一体的に覆う層であり、これらの構成への物理的または化学的な刺激から上記の構成を保護するための層である。上記保護層は、物理的および化学的な安定性を有する材料で構成されていることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂やポリパラキシリレンなどの、物理的および化学的に比較的安定な樹脂で構成され得る。当該保護層は、例えば、前述したパリレンコーティングにより作製される。   Note that the ultrasonic transducer 100 may include a protective layer that seals a part of the ultrasonic transducer 100 other than the acoustic lens 170. The protective layer is, for example, a layer that integrally covers the acoustic matching layer 160 in the ultrasonic transducer 100 and the configuration on the piezoelectric body 130 side with respect to the acoustic matching layer 160. Is a layer for protecting the configuration of The protective layer is preferably made of a material having physical and chemical stability, for example, made of a relatively physically and chemically stable resin such as an epoxy resin or polyparaxylylene. Can be done. The protective layer is made, for example, by the above-described parylene coating.

上記保護層の厚さは、その所期の機能を発現するとともに、超音波トランスデューサー100における所期の音響特性を発現可能な範囲で、適宜に決めることができる。当該保護層の厚さは、例えば、2〜4μmである。当該厚さであれば、保護層の音響インピーダンスが、音響整合層160および音響レンズ170のそれよりも高かったとしても、超音波トランスデューサー100の所期の音響特性を十分に発現させることが可能である。   The thickness of the protective layer can be appropriately determined as long as the desired function is exhibited and the desired acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100 can be exhibited. The thickness of the protective layer is, for example, 2 to 4 μm. With this thickness, even if the acoustic impedance of the protective layer is higher than that of the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170, the desired acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100 can be sufficiently exhibited. It is.

超音波トランスデューサー100が上記保護層を有する場合では、音響レンズ170は、上記保護層に接着される。この場合、上記保護層の厚さが可能な限りで十分に薄いことが、超音波トランスデューサー100の所期の音響特性を実現する観点から好ましい。   When the ultrasonic transducer 100 has the protective layer, the acoustic lens 170 is adhered to the protective layer. In this case, it is preferable that the thickness of the protective layer be sufficiently thin as much as possible from the viewpoint of realizing the desired acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 100.

超音波撮像装置200では、制御部205が入力部204からの信号を受信し、生体などの被検体に対して超音波(第1超音波信号)を送信させる信号を送信部206に出力するとともに、当該第1超音波信号に基づく被検体内から来た超音波(第2超音波信号)に応じた電気信号を受信部207に受信させる。   In the ultrasonic imaging apparatus 200, the control unit 205 receives a signal from the input unit 204, outputs a signal for transmitting an ultrasonic wave (first ultrasonic signal) to a subject such as a living body to the transmission unit 206, and Then, the receiving unit 207 receives an electric signal corresponding to an ultrasonic wave (second ultrasonic signal) coming from inside the subject based on the first ultrasonic signal.

超音波探触子202の超音波トランスデューサーには、超音波トランスデューサー100が使用されている。圧電体130から超音波が送信されると、当該超音波は、音響整合層160および音響レンズ170を伝わり、人体などの被検体に送られる。そして、当該被検体内で反射し、音響レンズ170および音響整合層160を伝わり、圧電体130に受信される。たとえば、受信された超音波は、その振幅および周波数帯域に応じた電気信号に、圧電体130によって変換される。   The ultrasonic transducer 100 of the ultrasonic probe 202 uses the ultrasonic transducer 100. When ultrasonic waves are transmitted from the piezoelectric body 130, the ultrasonic waves travel through the acoustic matching layer 160 and the acoustic lens 170, and are transmitted to a subject such as a human body. Then, the light is reflected inside the subject, propagates through the acoustic lens 170 and the acoustic matching layer 160, and is received by the piezoelectric body 130. For example, the received ultrasonic waves are converted by the piezoelectric body 130 into electric signals corresponding to the amplitude and the frequency band.

圧電体130は、十分かつ均等な気泡を有する目地材150で溝140、141がそれぞれ満たされていることから、目地材150の音響インピーダンスを十分に低減させることができるとともに、十分な機械的強度を発現させることができる。このため、圧電体130における各素子単位間での圧電体の振動の拘束が小さくなり、また音響特性のばらつきが抑制され、その結果、ばらつきが小さくかつ高い指向性と感度を有する超音波を出力することが可能となる。   Since the grooves 140 and 141 are filled with the joint material 150 having sufficient and uniform air bubbles, the piezoelectric body 130 can sufficiently reduce the acoustic impedance of the joint material 150 and have sufficient mechanical strength. Can be expressed. For this reason, the restraint of the vibration of the piezoelectric body between the respective element units in the piezoelectric body 130 is reduced, and the variation in the acoustic characteristics is suppressed. As a result, the ultrasonic wave having small variation and high directivity and sensitivity is output. It is possible to do.

受信部207で受信した電気信号は、画像処理部208に送られて当該電気信号に応じた画像信号に処理される。当該画像信号は、表示部209に送られて、当該画像信号に応じた画像が表示部209に表示される。表示部209は、また、入力部204から入力された、制御部205を介して送られる情報に基づき、当該情報に応じた画像および操作(文字の表示、表示された画像の移動や拡大など)も表示する。   The electric signal received by the receiving unit 207 is sent to the image processing unit 208 and processed into an image signal corresponding to the electric signal. The image signal is sent to the display unit 209, and an image corresponding to the image signal is displayed on the display unit 209. The display unit 209 also performs, based on information input from the input unit 204 and transmitted via the control unit 205, an image and an operation (display of a character, movement or enlargement of a displayed image, etc.) corresponding to the information. Is also displayed.

超音波撮像装置200は、超音波測定において、高い指向性と感度で超音波を出力する。このため、超音波撮像装置200は、目地材150中の気泡が少ない、あるいは偏在する従来の超音波撮像装置に比べて、より高い空間分解能を得ることができ、よって、より精密かつ信頼性がより高い測定結果を得ることができる。   The ultrasonic imaging apparatus 200 outputs ultrasonic waves with high directivity and sensitivity in ultrasonic measurement. For this reason, the ultrasonic imaging apparatus 200 can obtain higher spatial resolution as compared with the conventional ultrasonic imaging apparatus in which the number of bubbles in the joint material 150 is small or unevenly distributed, and therefore, more accurate and reliable. Higher measurement results can be obtained.

超音波撮像装置200は、医療用の超音波診断装置に適用される。超音波撮像装置200は、この他にも、魚群探知機(ソナー)や非破壊検査用の探傷機などの、超音波による探査結果を画像や数値などで表示する装置に適用され得る。   The ultrasonic imaging apparatus 200 is applied to a medical ultrasonic diagnostic apparatus. In addition, the ultrasonic imaging apparatus 200 can be applied to an apparatus that displays an ultrasonic search result as an image or a numerical value, such as a fish finder (sonar) or a flaw detector for nondestructive inspection.

以上の説明から明らかなように、上記超音波振動子は、圧電体と、上記圧電体を素子単位に区画する溝と、上記溝内に充満する目地材とを有し、上記目地材は気泡を含み、上記目地材の上記超音波振動子における平均空隙率は10%以上であり、かつ上記溝における深さ40μmの任意の領域の空隙率の上記平均空隙率に対するばらつきは±15%以内である。よって、本実施の形態によれば、狭い溝であっても目地材中に気泡がより均等に存在する超音波振動子を提供することができる。   As is clear from the above description, the ultrasonic vibrator has a piezoelectric body, a groove that partitions the piezoelectric body into element units, and a joint filling the groove. Wherein the average porosity of the joint material in the ultrasonic vibrator is 10% or more, and the porosity of an arbitrary region having a depth of 40 μm in the groove is within ± 15% of the average porosity. is there. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an ultrasonic transducer in which bubbles are more evenly present in the joint material even in a narrow groove.

上記気泡が上記目地材中に含有された発泡粒子によって構成されていることは、上記平均空隙率および上記ばらつきを所期の範囲に容易に調整する観点からより一層効果的である。   The fact that the air bubbles are constituted by the expanded particles contained in the joint material is even more effective from the viewpoint of easily adjusting the average porosity and the variation to a desired range.

また、上記目地材がスペーサー粒子をさらに含有することは、上記目地材における音響インピーダンスを所期の値に容易に調整する観点からより一層効果的である。   Further, it is more effective that the joint material further contains spacer particles from the viewpoint of easily adjusting the acoustic impedance of the joint material to a desired value.

また、上記超音波振動子が上記圧電体に接着された音響整合層をさらに有することは、圧電体と被検体との音響特性を整合させる観点からより一層効果的である。   Further, it is more effective that the ultrasonic vibrator further includes an acoustic matching layer bonded to the piezoelectric body from the viewpoint of matching acoustic characteristics between the piezoelectric body and the subject.

また、上記音響整合層が上記音響整合層を素子単位に区画するさらなる溝と、上記さらなる溝内に充満するさらなる目地材とをさらに有し、上記さらなる目地材が気泡を含み、上記さらなる目地材の上記音響整合層における平均空隙率が10%以上であり、かつ上記さらなる溝における深さ40μmの任意の領域の空隙率の上記平均空隙率に対するばらつきが±15%以内であることは、隣り合う素子の音響特性を合わせ、かつ高い感度と指向性で超音波を出力させる観点からより一層効果的である。   Further, the acoustic matching layer further includes a further groove that partitions the acoustic matching layer into element units, and a further joint material that fills the further groove, wherein the further joint material includes bubbles, and the additional joint material includes That the average porosity in the acoustic matching layer is not less than 10% and that the porosity of an arbitrary region having a depth of 40 μm in the further groove is within ± 15% with respect to the average porosity. This is even more effective from the viewpoint of matching the acoustic characteristics of the elements and outputting ultrasonic waves with high sensitivity and directivity.

また、上記さらなる溝が、上記圧電体と上記音響整合層との積層方向において、上記圧電体を区画する溝の一部または全部に連通していることは、音響整合層を有する超音波振動子を簡易に製造し、また隣り合う素子の音響特性を合わせる観点からより一層効果的である。   Further, in the laminating direction of the piezoelectric body and the acoustic matching layer, the additional groove communicates with a part or all of the groove that partitions the piezoelectric body. Are more effective from the viewpoint of easily manufacturing and adjusting the acoustic characteristics of adjacent elements.

また、上記製造方法は、圧電体を素子単位に区画する溝を上記圧電体に形成する溝形成工程と、上記溝に未発泡粒子を充填する工程と、上記溝に充填された上記未発泡粒子を発泡させる工程と、上記未発泡粒子を発泡させた後の上記溝に、硬化性を有する未硬化の充填剤を充填する工程と、上記溝に充填された上記充填剤を硬化させる工程とを含む。よって、本実施の形態によれば、狭い溝であっても目地材中に気泡がより均等に存在する超音波振動子を提供することができる。   Further, the manufacturing method includes forming a groove for partitioning the piezoelectric body into element units in the piezoelectric body, filling the groove with unexpanded particles, and filling the groove with the unexpanded particles. And a step of filling the groove after the unfoamed particles are foamed with an uncured filler having curability, and a step of curing the filler filled in the groove. Including. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an ultrasonic transducer in which bubbles are more evenly present in the joint material even in a narrow groove.

上記製造方法がスペーサー粒子を上記溝に充填する工程をさらに含むことは、上記目地材における音響インピーダンスを所期の値に容易に調整する観点からより一層効果的である。   The fact that the manufacturing method further includes a step of filling the grooves with the spacer particles is more effective from the viewpoint of easily adjusting the acoustic impedance of the joint material to a desired value.

また、上記製造方法が、上記溝を形成する前の上記圧電体に音響整合層を接着する工程をさらに含み、上記溝形成工程が上記圧電体と上記音響整合層の両方を上記素子単位に区画する溝を形成する工程であることは、音響整合層を有する超音波振動子を簡易に製造し、また隣り合う素子の音響特性を合わせる観点からより一層効果的である。   Further, the manufacturing method further includes a step of bonding an acoustic matching layer to the piezoelectric body before forming the groove, and the groove forming step partitions both the piezoelectric body and the acoustic matching layer into the element units. The step of forming a groove is more effective from the viewpoint of easily manufacturing an ultrasonic transducer having an acoustic matching layer and matching acoustic characteristics of adjacent elements.

また、上記製造方法が、上記充填剤を硬化した後の上記圧電体に音響整合層を接着する工程と、上記素子単位に応じた区画に上記音響整合層を素子単位に区画するさらなる溝を上記音響整合層に形成する工程と、上記さらなる溝に未発泡粒子を充填する工程と、上記さらなる溝に充填された上記未発泡粒子を発泡させる工程と、上記未発泡粒子を発泡させた後の上記さらなる溝に未硬化の充填剤を充填する工程と、上記さらなる溝に充填された上記充填剤を硬化させる工程と、をさらに含むことは、音響整合層により好適な目地材および音響特性を実現し、出力される超音波の指向性と感度を高める観点からより一層効果的である。   Further, the manufacturing method may further include a step of adhering an acoustic matching layer to the piezoelectric body after curing the filler, and forming a further groove for dividing the acoustic matching layer into element units in sections corresponding to the element units. The step of forming the acoustic matching layer, the step of filling the additional grooves with unexpanded particles, the step of expanding the unexpanded particles filled in the additional grooves, and the step of expanding the unexpanded particles. Filling a further groove with uncured filler and curing the filler filled in the further groove further achieves a better joint material and acoustic properties by the acoustic matching layer. This is even more effective from the viewpoint of improving the directivity and sensitivity of the output ultrasonic waves.

また、上記超音波探触子は、上記の超音波振動子と、上記音響整合層に接着に接着された音響レンズと、を有する。よって、本実施の形態によれば、より高い指向性と感度の超音波を出力可能な超音波探触子を提供することができる。   The ultrasonic probe includes the ultrasonic transducer and an acoustic lens adhered to the acoustic matching layer. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an ultrasonic probe capable of outputting ultrasonic waves with higher directivity and sensitivity.

また、上記超音波撮像装置は、上記の超音波探触子を有する。よって、本実施の形態によれば、より高い分解能と感度の超音波撮像装置を提供することができる。   Further, the ultrasonic imaging apparatus includes the ultrasonic probe. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an ultrasonic imaging apparatus with higher resolution and sensitivity.

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

比較例2
圧電体として、厚さ800μmのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の板(PZT板)を常法に従って用意した。そして、幅15μmの並列する複数の溝をダイシングによってPZT板に形成した。隣り合う溝間の距離は、約80μmである。
[ Comparative Example 2 ]
A 800 μm-thick lead zirconate titanate (PZT) plate (PZT plate) was prepared as a piezoelectric body according to a conventional method. Then, a plurality of parallel grooves having a width of 15 μm were formed in the PZT plate by dicing. The distance between adjacent grooves is about 80 μm.

上記PZT板の上記溝に、未発泡粒子(未発泡の発泡剤、松本油脂製薬株式会社製「マイクロスフィアFN−80GS」、平均粒子径:6〜10μm)を溝に充填した。次いで、上記PZT板を140℃付近まで加熱して、未発泡粒子を発泡させた。   Unexpanded particles (unexpanded foaming agent, “Microsphere FN-80GS” manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd., average particle diameter: 6 to 10 μm) were filled in the grooves of the PZT plate. Next, the PZT plate was heated to around 140 ° C. to expand the unexpanded particles.

上記未発泡粒子の粉体を加熱して当該未発泡粒子を発泡させた物体の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真を、図11A、図11Bに示す。上記未発泡粒子は、加熱により膨張し、中空の発泡粒子を構築する。なお、図示の写真では多孔質体のように示されているが、これは、未発泡粒子の集合体を加熱したためである。   FIGS. 11A and 11B show photographs of the cross section of the object obtained by heating the powder of the unexpanded particles and expanding the unexpanded particles with a scanning electron microscope. The unexpanded particles expand upon heating to form hollow expanded particles. In addition, although it is shown like a porous body in the photograph of illustration, this is because the aggregate of the unexpanded particles was heated.

次いで、上記溝にエポキシ樹脂(株式会社テクス社製、「C1163」)を減圧下で充填し、上記未発泡粒子が発泡してなる中空の発泡粒子で満たした。次いで、上記PZT板を60℃程度に加熱し4時間、上記エポキシ樹脂を硬化させた。こうして、上記エポキシ樹脂の硬化物中に分散する上記発泡粒子を含有してなる目地材1を作製し、超音波振動子1を得た。   Next, the groove was filled with an epoxy resin (“C1163” manufactured by Tex Corporation) under reduced pressure, and filled with hollow expanded particles formed by expanding the unexpanded particles. Next, the PZT plate was heated to about 60 ° C. to cure the epoxy resin for 4 hours. Thus, the joint material 1 containing the foamed particles dispersed in the cured product of the epoxy resin was produced, and the ultrasonic transducer 1 was obtained.

超音波振動子1およびその溝の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真を図12、図13にそれぞれ示す。図12および図13に示されるように、超音波振動子1の溝には、上記発泡粒子による気泡が均一かつ緻密に充填されている。目地材1における深さ40μmの領域を任意に3箇所選び出し、これらの領域における空隙率を求め、平均空隙率を求めたところ、目地材1の平均空隙率は72%であった。また、いずれの上記領域の空隙率の上記平均空隙率に対するばらつきは、±10%の範囲内であった。   FIGS. 12 and 13 show photographs of the cross section of the ultrasonic transducer 1 and its groove taken by a scanning electron microscope. As shown in FIGS. 12 and 13, the grooves of the ultrasonic vibrator 1 are uniformly and densely filled with bubbles made of the foamed particles. When three regions having a depth of 40 μm in the joint material 1 were arbitrarily selected, the porosity in these regions was determined, and the average porosity was determined. The average porosity of the joint material 1 was 72%. Further, the variation of the porosity of each of the regions with respect to the average porosity was within a range of ± 10%.

[比較例1]
上記PZT板の溝に、下記組成の充填剤を減圧下で充填し、上記PZT板を70℃程度に加熱して上記エポキシ樹脂を硬化させ、目地材C1を作製し、超音波振動子C1を得た。なお、下記中空フィラーは、アクゾノーベル社製の「Expancel」(粒径20〜30μm)である。
中空フィラー 体積比率50%
上記エポキシ樹脂 C1163 体積比率50%
[Comparative Example 1]
The grooves of the PZT plate are filled with a filler having the following composition under reduced pressure, and the PZT plate is heated to about 70 ° C. to cure the epoxy resin, thereby producing a joint material C1, and an ultrasonic transducer C1. Obtained. The following hollow filler is “Expancel” (particle size: 20 to 30 μm) manufactured by Akzo Nobel.
Hollow filler volume ratio 50%
The above epoxy resin C1163 volume ratio 50%

別途作製した上記充填剤の硬化物の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真を図14に示す。上記中空フィラーによる気泡は、上記エポキシ樹脂中に分散しているが、100μm四方程度の領域でみたときに、気泡の粗密が観察される。   FIG. 14 shows a photograph taken by a scanning electron microscope of a cross section of a separately prepared cured product of the filler. The bubbles due to the hollow filler are dispersed in the epoxy resin, but when viewed in a region of about 100 μm square, the density of the bubbles is observed.

超音波振動子C1およびその溝の断面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真を図15に示す。図15に示されるように、超音波振動子C1の溝には、気泡がまばらに、かつ不均一に存在している。目地材C1における深さ40μmの領域を任意に3箇所選び出し、これらの領域における空隙率を求め、平均空隙率を求めたところ、目地材C1の平均空隙率は25%であった。また、いずれの上記領域の空隙率の上記平均空隙率に対するばらつきは、±25%の範囲内であった。   FIG. 15 shows a photograph of the cross section of the ultrasonic transducer C1 and its groove taken by a scanning electron microscope. As shown in FIG. 15, air bubbles are sparsely and non-uniformly present in the grooves of the ultrasonic transducer C1. When three areas of the joint material C1 having a depth of 40 μm were arbitrarily selected, the porosity in these areas was determined, and the average porosity was determined. The average porosity of the joint material C1 was 25%. Further, the variation of the porosity of each of the regions with respect to the average porosity was within a range of ± 25%.

[シミュレーション]
次いで、上記の超音波振動子C1に加えて、超音波振動子C2、C3を設定した。超音波振動子C2は本発明における目地材を有し、前述の比較例2(超音波振動子1)に相当する。超音波振動子C3は、充填剤にシリコーンTSE3663を使用し、本発明でもっとも好ましい80%まで平均空隙率をあげたものに相当する。超音波振動子C2、C3ともに、平均空隙率に対するばらつきは、±10%とした。
[simulation]
Next, in addition to the above-described ultrasonic vibrator C1, ultrasonic vibrators C2 and C3 were set. The ultrasonic transducer C2 has the joint material according to the present invention, and corresponds to Comparative Example 2 (the ultrasonic transducer 1) described above. The ultrasonic vibrator C3 uses silicone TSE3663 as a filler, and corresponds to one having an average porosity of 80%, which is the most preferable in the present invention. The variation with respect to the average porosity of both the ultrasonic transducers C2 and C3 was ± 10%.

超音波振動子C1、C2およびC3のそれぞれのエレメントファクター(指向性)を、Weidlinger Associates社製の圧電波動解析ソフトウェア「PZFlex」を用いて求めた。より詳しくは、インパルスで超音波振動子を駆動させ、エレベーション方向の音響焦点距離にて音波放出点を中心として扇状にスキャンしたときの、そのエコーパルスの振幅の最大値となる角度、当該最大値から−3dBになる角度、および当該最大値から−6dBになる角度、のそれぞれを求めた。   Each element factor (directivity) of each of the ultrasonic transducers C1, C2, and C3 was determined using piezoelectric wave analysis software “PZFlex” manufactured by Weidlinger Associates. More specifically, when the ultrasonic transducer is driven by an impulse and scanned in a fan shape around the sound emission point at the acoustic focal length in the elevation direction, the angle at which the amplitude of the echo pulse becomes the maximum value, the maximum angle The angle at which the value becomes -3 dB from the value and the angle at which the value becomes -6 dB from the maximum value were obtained.

上記最大値は、上記エレベーション方向(超音波振動子の正面)となるので、0°である。上記−3dBとなる角度、および、上記−6dBになる角度が大きい程、より強いエコーパルスがより広範囲に出射されることがわかる。超音波振動子C1、C2およびC3の目地材の音響インピーダンスZaと、当該シミュレーションの結果とを表1に示す。   The maximum value is 0 ° because it is in the elevation direction (the front of the ultrasonic transducer). It can be seen that the larger the angle at -3 dB and the angle at -6 dB, the stronger the echo pulse is emitted over a wider range. Table 1 shows the acoustic impedance Za of the joint members of the ultrasonic transducers C1, C2, and C3 and the result of the simulation.

表1中、「0°(dB)」は、超音波振動子C1の正面での感度(上記最大値)を「0dB」としたときの、超音波振動子C2、C3における正面(0°)の相対感度を表している。また、「−3dB(°)」、「−6dB(°)」は、各超音波振動子において、上記相対感度がそれぞれ−3dB、−6dBとなるときの角度(°)を表している。   In Table 1, “0 ° (dB)” indicates the front (0 °) of the ultrasonic transducers C2 and C3 when the sensitivity (the maximum value) at the front of the ultrasonic transducer C1 is “0 dB”. Represents the relative sensitivity. Further, “−3 dB (°)” and “−6 dB (°)” represent angles (°) when the relative sensitivities are −3 dB and −6 dB, respectively, in each ultrasonic transducer.

表1に示されるように、超音波振動子C1に比べて、均一に分散する気泡を含む目地材を有する超音波振動子C2、C3では、いずれの感度と指向性の数値のばらつきが小さい。よって、より感度と指向性のばらつきが小さい超音波探触子が得られることがわかる。また、目地材の空隙率がより高い超音波振動子C3の指向性のいずれの数値と感度も、超音波振動子C2のそれに比べてより高い。よって、目地材における均一に分散する気泡による空隙率が高い程、より高い感度と指向性のよい超音波探触子が得られることがわかる。   As shown in Table 1, in the ultrasonic transducers C2 and C3 having the joint material including the bubbles dispersed uniformly, the numerical values of the sensitivity and the directivity are smaller than those of the ultrasonic transducer C1. Therefore, it can be seen that an ultrasonic probe with less variation in sensitivity and directivity can be obtained. Further, any numerical value and sensitivity of the directivity of the ultrasonic transducer C3 having a higher porosity of the joint material is higher than that of the ultrasonic transducer C2. Therefore, it can be seen that the higher the porosity due to the uniformly dispersed bubbles in the joint material, the higher the sensitivity and the better the directivity of the ultrasonic probe.

本発明によれば、感度と指向性のばらつきが小さく、かつ感度と指向性のよい超音波探触子がもたらされ得る。したがって、本発明によれば、超音波撮像装置のさらなる普及が期待される。   According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic probe with small variations in sensitivity and directivity and good sensitivity and directivity. Therefore, according to the present invention, further spread of the ultrasonic imaging apparatus is expected.

10〜14、130 圧電体
11a 第1圧電板
11b 第2圧電板
11c 第3圧電板
20、21a〜21c、22〜24、61〜64、140、141 溝
30 気泡
40〜42、150 目地材
50〜53、160 音響整合層
100 超音波トランスデューサー
110 バッキング層
120 フレキシブルプリント基板(FPC)
170 音響レンズ
200 超音波撮像装置
201 装置本体
202 超音波探触子
203 ケーブル
204 入力部
205 制御部
206 送信部
207 受信部
208 画像処理部
209 表示部
210 ホルダ
211 コネクタ
10-14, 130 Piezoelectric body 11a First piezoelectric plate 11b Second piezoelectric plate 11c Third piezoelectric plate 20, 21a-21c, 22-24, 61-64, 140, 141 Groove 30 Bubbles 40-42, 150 Joint material 50 ~ 53,160 Acoustic matching layer 100 Ultrasonic transducer 110 Backing layer 120 Flexible printed circuit board (FPC)
170 acoustic lens 200 ultrasonic imaging apparatus 201 apparatus main body 202 ultrasonic probe 203 cable 204 input section 205 control section 206 transmission section 207 reception section 208 image processing section 209 display section 210 holder 211 connector

Claims (12)

圧電体を素子単位に区画する溝を前記圧電体に形成する溝形成工程と、
前記溝に未発泡粒子を充填する工程と、
前記溝に充填された前記未発泡粒子を発泡させる工程と、
前記未発泡粒子を発泡させた後の前記溝に硬化性を有する未硬化の充填剤を充填する工程と、
前記溝に充填された前記充填剤を硬化させる工程と、を含
前記発泡させる工程の前に、前記溝にスペーサー粒子を充填する工程を有する、
超音波振動子の製造方法。
A groove forming step of forming a groove for partitioning the piezoelectric body into element units in the piezoelectric body,
Filling the grooves with unexpanded particles,
Foaming the unfoamed particles filled in the grooves,
A step of filling the groove after the unfoamed particles are foamed with an uncured filler having curability,
And curing the filler filled in the groove, only including,
Before the foaming step, the method has a step of filling the grooves with spacer particles.
Manufacturing method of ultrasonic transducer.
前記スペーサー粒子は、前記未発泡粒子と混合された状態で、前記溝へ充填される、請求項1に記載の超音波振動子の製造方法。 The method according to claim 1, wherein the spacer particles are filled in the groove in a state where the spacer particles are mixed with the unfoamed particles . 前記溝を形成する前の前記圧電体に音響整合層を接着する工程をさらに含み、
前記溝形成工程は、前記圧電体と前記音響整合層の両方を前記素子単位に区画する溝を形成する工程である、
請求項1または2に記載の超音波振動子の製造方法。
Further comprising a step of bonding an acoustic matching layer to the piezoelectric body before forming the groove,
The groove forming step is a step of forming a groove that partitions both the piezoelectric body and the acoustic matching layer into the element units.
A method for manufacturing the ultrasonic transducer according to claim 1.
前記充填剤を硬化した後の前記圧電体に音響整合層を接着する工程と、
前記素子単位に応じた区画に前記音響整合層を区画するさらなる溝を前記音響整合層に形成する工程と、
前記さらなる溝に未発泡粒子を充填する工程と、
前記さらなる溝に充填された前記未発泡粒子を発泡させる工程と、
前記未発泡粒子を発泡させた後の前記さらなる溝に硬化性を有する未硬化の充填剤を充填する工程と、
前記さらなる溝に充填された前記充填剤を硬化させる工程と、
をさらに含む、請求項1または2に記載の超音波振動子の製造方法。
A step of bonding an acoustic matching layer to the piezoelectric body after curing the filler,
Forming a further groove in the acoustic matching layer that partitions the acoustic matching layer in a section corresponding to the element unit;
Filling the further grooves with unexpanded particles;
Foaming the unfoamed particles filled in the further groove,
Filling the uncured filler having curability in the further groove after the unfoamed particles are expanded,
Curing the filler filled in the further groove;
The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 1, further comprising:
請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法により製造された超音波振動子。An ultrasonic vibrator manufactured by the manufacturing method according to claim 1. 請求項5に記載の超音波振動子と、音響レンズと、を有する、超音波探触子。An ultrasonic probe comprising the ultrasonic transducer according to claim 5 and an acoustic lens. 圧電体と、前記圧電体を素子単位に区画する溝と、前記溝内に充満する目地材と、を有する超音波振動子であって、
前記目地材は、気泡及びスペーサー粒子を含み、
前記気泡は、前記目地材中に含有された発泡粒子によって構成されており、
前記目地材の前記超音波振動子における平均空隙率は、10%以上である、
超音波振動子。
Piezoelectric body, a groove that partitions the piezoelectric body into element units, and a joint material filling the groove, an ultrasonic vibrator having:
The joint material includes bubbles and spacer particles ,
The air bubbles are constituted by expanded particles contained in the joint material,
The average porosity in the ultrasonic transducer of the joint material is 10% or more.
Ultrasonic transducer.
前記圧電体に接着された音響整合層をさらに有する、請求項に記載の超音波振動子。 The ultrasonic transducer according to claim 7 , further comprising an acoustic matching layer bonded to the piezoelectric body. 前記音響整合層は、前記音響整合層を素子単位に区画するさらなる溝と、前記さらなる溝内に充満するさらなる目地材と、をさらに有し、
前記さらなる目地材は、気泡を含み、
前記さらなる目地材が含む前記気泡は、前記目地材中に含有された発泡粒子によって構成されており、
前記さらなる目地材の前記音響整合層における平均空隙率は、10%以上である、
請求項に記載の超音波振動子。
The acoustic matching layer further includes a further groove that partitions the acoustic matching layer into element units, and a further joint material that fills the further groove.
The further joint material includes air bubbles,
The bubbles contained in the further joint material are constituted by expanded particles contained in the joint material,
An average porosity of the additional joint material in the acoustic matching layer is 10% or more;
An ultrasonic transducer according to claim 8 .
前記さらなる溝は、前記圧電体と前記音響整合層との積層方向において、前記圧電体を区画する溝の一部または全部に連通している、請求項に記載の超音波振動子。 The ultrasonic transducer according to claim 9 , wherein the further groove communicates with a part or all of a groove that divides the piezoelectric body in a stacking direction of the piezoelectric body and the acoustic matching layer. 請求項10のいずれか一項に記載の超音波振動子と、前記音響整合層に接着に接着された音響レンズと、を有する、超音波探触子。 An ultrasonic probe comprising: the ultrasonic transducer according to any one of claims 7 to 10 ; and an acoustic lens bonded to the acoustic matching layer. 請求項11に記載の超音波探触子を有する、超音波撮像装置。 An ultrasonic imaging apparatus comprising the ultrasonic probe according to claim 11 .
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