JPH05103396A

JPH05103396A - 音響整合層の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JPH05103396A
Application number: JP28405591A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Sawada; 之彦沢田; Takenao Fujimura; 毅直藤村; Hiroyuki Imabayashi; 浩之今林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】数十μｍの均一厚さの音響整合層を製造す
る。【構成】基板２上に紫外線硬化樹脂１を滴下した後、
回転して基板２全面に樹脂１をスピンコーティングす
る。基板２の遠心力と樹脂１の粘性，表面張力などの物
性とが釣り合う定常状態にいたる以前の回転中に、紫外
光を照射して樹脂１を硬化する。基板２の周辺部分に残
留樹脂６による厚さ不安定部分ができるが、この部分を
基板２と共に削除し、一定厚さｔを有した音響整合層５
を中央部分から取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波内視鏡などにおい
て、超音波を発振する超音波トランスデューサに使用さ
れる音響整合層の製造方法およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超音波内視鏡は、超音波トランスデュー
サから発振される超音波ビームを一定経路に沿って走査
し、内蔵の内壁・病変部等により反射された超音波を再
度超音波トランスデューサで受信し、この情報を処理す
る事により超音波断層像を得る。この超音波トランスデ
ューサは、一般に圧電セラミックスを用いて構成されて
いるが、圧電セラミックスと生体の音響インピーダンス
の差異が大きいため、両者の界面で超音波の反射が生
じ、ロスが生じる。この差異を吸収し、音響的なロスを
低減するために、圧電セラミックスの音響放射面側に樹
脂材等による音響整合層を設けている。

【０００３】図２２および図２３はこの音響整合層を備
えた超音波トランスデューサを示し、図２２においては
音響整合層５０が一層からなり、図２３においては多層
となっている。かかる音響整合層５０は樹脂板や樹脂に
セラミックス等の粉体を混入した板材からなり、この音
響整合層を圧電セラミックスに接着するか（例えば特開
昭６０−１１２３９９号公報）あるいは樹脂を圧電セラ
ミックスに塗布して硬化し、硬化後に所定の厚さに研磨
することにより形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波内視
鏡用の超音波トランスデューサは、その発振周波数が数
ＭＨｚ〜数十ＭＨｚのオーダーであるため、一般に使用
される超音波の波長の１／４程度の厚さとされる音響整
合層は、通常樹脂の音速が２５００〜３０００ｍ／ｓで
あるため、数十μｍレベルの厚さとなる。このため、従
来のように接合以前に整合層を形成する場合、形成工程
そのものが困難となるとともに形成後のハンドリングが
非常に困難となる。加えて、接合時に接合層による音響
インピーダンスの不整合・接合層の厚さの不均一・接合
面への泡の混入等が生じ、トランスデューサの性能・耐
久性等に悪影響を及ぼしている。また、圧電セラミック
ス上に形成後に研削する場合、研削時に加わる応力によ
るワークであるトランスデューサがダメージを受ける問
題がある。

【０００５】なお、基板上に樹脂をスピンコートするこ
とにより数ｎｍ〜数μｍ程度の薄い樹脂膜を形成するこ
とが行われている。ところが、音響整合層はこの樹脂膜
よりも１〜数桁厚い数十μｍレベルの膜厚であるため、
スピンコートで音響整合層を形成する場合には、成膜時
の回転数を非常に低くしなければならないか、または使
用する樹脂の粘性係数を非常に高くしなければならな
い。このような制限のもとで成膜を行った場合、結果と
して形成された膜の厚さの再現性・均一性等を保証する
事が困難となる。

【０００６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、数十μｍレベルの膜厚の音響整合層を容易に、
しかも高精度で形成することが可能な方法およびその装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の製造
方法は、基板上に紫外線硬化樹脂を滴下したのち、回転
させて紫外線硬化樹脂を基板上に塗り広げ、基板の回転
による遠心力と樹脂の粘性・表面張力等の物性が釣り合
った定常状態に至る以前に、回転状態のままで紫外光を
照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させるものである。

【０００８】図１は本発明の製造装置の基本構成を示
し、回転源の駆動により回転する載置台３と、載置台３
上に吸着などの手段によって固定され載置台３と一体的
に回転する基板２とを備える。また、図示しないが基板
２上に紫外線硬化樹脂を滴下する吐出装置と、紫外光を
照射する紫外光照射装置とを備える。この装置において
載置台３により保持された基板２上に液状の紫外線硬化
樹脂１を滴下し、回転させる。回転の初期においては余
剰の紫外線硬化樹脂１が飛散し、その後基板２上に残存
した紫外線硬化樹脂１は基板２上に一定の厚さに広が
る。この厚さは紫外線硬化樹脂１の粘性係数等の物理的
特性・回転数・回転開始からの経過時間等によって変化
する。従って、本発明では樹脂層の厚さを制御するため
このパラメータを制御する。

【０００９】回転数による厚さ制御では、紫外線硬化樹
脂１の表面張力や粘性等の物理的な特性と回転数から、
充分な時間回転させた後の定常状態における膜の厚さが
一義的に定まって安定する。しかし、この時の膜厚は数
ｎｍ〜数μｍ程度であり、超音波トランスデューサの音
響整合層に必要とされる数十μｍレベルの厚さには、全
く対応できない。加えて、樹脂の物理的特性に経時変化
がある事、粘性係数に温度依存性があるため厳密な環境
管理が必要になる事等の欠点を持つ。経過時間による厚
さ制御の場合、上記定常状態に至る以前に回転を止める
ことで必要な厚さｔの樹脂層を確保できる。しかし、回
転を止めた時点では図２および図３に示すように回転さ
せた時間が不十分であるために、飛ばされなかった液状
の樹脂が基板２の縁に残留する。この残留した樹脂が回
転を停止すると、表面張力によって基板２の中央より戻
ろうとし、この結果硬化後に図４および図５に示すよう
に厚さが不均一な樹脂層６が形成され、音響整合層とし
ての使用には適当ではない。このため、本発明では回転
開始から一定時間を経過した時点で、基板２を回転させ
たままの状態で紫外光照射ランプ４から紫外光を照射
し、紫外線硬化樹脂１を硬化させる。これにより、紫外
線硬化樹脂１は図２および図３の状態のままで硬化し、
同図中のａ部が平面として形成される。

【００１０】載置台３の回転開始からの経過時間と、未
硬化の樹脂層の厚さの関連を図８に実線で示す。この場
合、回転数は一定である。同図中ｃ部は紫外線硬化樹脂
１の表面張力や粘性等の物理的な特性と回転数から、充
分な時間回転させた後の定常状態であり、膜の厚さが一
義的に定まって安定する領域である。同図ｄ部に示した
ような定常状態に至る以前の段階で、紫外光を照射して
液状の樹脂を硬化させると、同図に点線で示したよう
に、照射開始時の未硬化の樹脂層と近い厚さの硬化後の
樹脂層が形成される。この硬化後の樹脂層の厚さは、定
常状態に達した場合の樹脂層の厚さと比較して非常に厚
くでき、超音波トランスデューサの音響整合層に必要と
される数十μｍレベルの厚さに充分対応できる。また、
同図ｅ部のようにｄ部よりも長時間回転させた後に紫外
光を照射すると、同図に一点鎖線で示したように、より
薄い硬化樹脂層を形成することができる。したがって、
図６および図７に示すように、残留樹脂６が硬化した周
辺部を基板２と共に切断等によって取り除くことによ
り、均一な厚さｔを有した音響整合層５を製造すること
ができる。

【００１１】

【実施例１】図９ないし図１３は本発明の実施例１を示
す。図９に示すように載置台３上に基板２が吸着等の手
段により固定されている。載置台３はモータ等の回転源
の出力軸に連結されて回転し、この回転に伴って基板２
が一体的に回転する。基板２としては、圧電セラミック
ス板あるいは多層の音響整合層とする場合は他の音響整
合層等が選択使用される。また、基板２の上方には紫外
線硬化樹脂の吐出装置（図示省略）が配置されて基板２
上に紫外線硬化樹脂１（図１３参照）を吐出する。さら
には、吐出された紫外線硬化樹脂１に紫外光を照射する
紫外光照射ランプ４（図１２参照）が基板２上に配設さ
れる。この場合、紫外線硬化樹脂１としては、エポキシ
系，アクリレート系，ポリエステル系，ウレタン系など
の樹脂を選択使用することができる。

【００１２】上記構成において図１０に示すように載置
台３上に固定された基板２に紫外線硬化樹脂１を所定量
吐出する。この吐出後図１１に示すように載置台３を回
転させて基板２の上面に紫外線硬化樹脂１を拡散させ
る。この回転により余剰の紫外線硬化樹脂１は基板２上
から振り落とされる。そして図１２に示すように、回転
を続行しながら所定時間後に、紫外線照射ランプ４から
紫外光を照射して紫外線硬化樹脂１を硬化させる。この
場合、紫外光照射までの時間は予備実験に基づいて設定
されるものである。

【００１３】そして、紫外線硬化樹脂１が硬化した後
に、図１３に示すように基板２を載置台３から取り外
し、音響整合層５を得る。また、紫外線硬化樹脂が飛ば
されずに残留する基板の縁については、紫外線硬化樹脂
が溜まった状態で硬化させてからこれを基板ごと除去す
る。上記塗布並びに硬化の作業を複数回繰り返す事によ
り、より厚い音響整合層を形成する事もできる。この場
合に２つの樹脂層の界面は音響上全く問題にならない。
この手法により数十μｍ程度の樹脂層を形成する場合、
基板２上に滴下する紫外線硬化樹脂１量の管理を厳密に
行う必要がなくなる。例えば、粘性係数２００ｃｐｓ程
度の樹脂を用いた場合、６５０ｒｐｍで１０秒間回転さ
せて紫外線硬化樹脂を基板上に広げ、この後紫外光を照
射して硬化し、形成した音響整合層の厚さｔは２７±３
μｍの範囲で安定して形成することができる。また、こ
の時紫外線硬化樹脂の塗布量を２〜３倍に変化させて
も、形成される音響整合層の厚さは変化することがな
い。このような本実施例では、平面性に優れた音響整合
層を接合層なしに容易に形成することができる。

【００１４】

【実施例２】図１４および図１５は本発明の実施例３を
示し、基板が載置される載置台３が載置台本体と、載置
台本体７の上部に設けられた発泡金属ブロック８とによ
って構成されている。発泡金属ブロック８は連続空孔を
有した発泡金属からなると共に、吸引によって変形しな
い強度を有しており、例えばニッケル系の発泡金属が使
用される。この発泡金属ブロック８は載置台本体７の上
部に形成された凹部に嵌め込まれることにより、上面が
載置台本体７の上面と同一の高さとなっている。また、
載置台本体７には軸方向に貫通する吸引孔９が形成され
ている。この吸引孔９は真空ポンプ（図示省略）に接続
されており、真空ポンプが作動すると、載置台３上に載
置された基板（図示省略）が発泡金属ブロック８を介し
て吸引固定されるようになっている。かかる基板の吸引
固定においては、発泡金属ブロック８の連続空孔が表面
に均一に分散するため、基板の全面を均一の吸着力で固
定することができる。このため、吸引力不均一に基づく
凹みが基板に形成されることがなく、基板上の紫外線硬
化樹脂の平面性も優れたものとすることができる。

【００１５】図１６ないし図１９はこのような本実施例
に対し、発泡金属ブロック８を使用しない載置台３の比
較例を示したもので、図１６および図１７に示すよう
に、載置台本体７の上面には吸着溝１０が形成されると
共に、この吸着溝１０が吸着孔１１を介して吸引孔９に
連通している。基板はこの載置台本体７上に載置されて
吸引固定され、上面に紫外線硬化樹脂が塗布される。図
１８はかかる比較例の載置台３を使用して作製した音響
整合層５を示す。この音響整合層５は図１９の断面図で
示すように、吸着溝１０に対応した部分が吸着によって
凹部１２となり、このため音響整合層５の平面性が劣化
する。このような比較例に対し、本実施例は発泡金属ブ
ロック８を介して基板を支承し、その表面全体を均一な
吸着力で保持するため、図１９に示すような凹部１２が
生じることがなく、高精度の平面性を有した音響整合層
とすることができる。

【００１６】

【実施例３】図２０は本発明の実施例３を示す。載置台
３は、モータ２６によって回転可能に支持されていると
共に、電磁弁２３を介して、真空ポンプ１８と接続され
ている。ディスペンサ１９は、電磁弁２０によって制御
されるエアシリンダ１５によって、基板２上方と基板２
から離れた位置に移動可能である。ディスペンサ１９の
内部には紫外線硬化樹脂（図示省略）が満たされてお
り、電磁弁２５を開状態とすることによって、紫外線硬
化樹脂に圧力を印加し、基板２上に吐出することができ
る。紫外光照射ランプ４は、電磁弁２１によって制御さ
れるエアシリンダ１６によって、基板２上方と基板２か
ら離れた位置に移動可能である。また、紫外光照射ラン
プ４から放射される紫外光は、開閉作動するシャッター
１４により遮光可能となっている。シャッター１４は、
紫外光照射ランプ４が基板２上方に移動するときは、電
磁弁２２によって制御されるエアシリンダ１７によっ
て、紫外光照射ランプ４の移動を妨げない位置に移動可
能である。上記各電磁弁２０，２１，２２，２３，２
４，２５は電磁弁２４を介して空圧配管系に接続されて
いる。また、電磁弁およびモータは、タイマーとしての
機能を持つコントローラ１３によってその動作タイミン
グが制御される。全プロセスにおいて、紫外線硬化樹脂
の飛散防止・紫外光の遮光・プロセスへの塵埃侵入防止
のため、装置全体をカバー（図示省略）により覆っても
良い。

【００１７】上記構成では、動作の安定のため真空ポン
プ１８および紫外光照射ランプ４は、電源から給電され
ており、電磁弁２４も開状態となっている。載置台３上
に基板２を載せ、電磁弁２３を開状態として真空ポンプ
１８によって基板２を載置台３に吸着する。次にディス
ペンサ１９を基板２上方に移動し、紫外線硬化樹脂１を
基板２上に吐出する。吐出後、ディスペンサ１９を基板
２上方から遠ざける。この後、モータ２６を回転させ、
基板２上に紫外線硬化樹脂を拡散させる。所定の時間が
経過し紫外線硬化樹脂層の厚さが所定の厚さとなった時
点で、シャッター１４を開き紫外光照射ランプ４を基板
２上方に移動して、基板２上の紫外線硬化樹脂１に紫外
光を照射し、紫外線硬化樹脂１を硬化させる。硬化後、
紫外光照射ランプ４を基板２上方から遠ざけ、シャッタ
ー１４を閉じて基板２を遮光する。上記プロセス終了
後、電磁弁２３を閉じて真空ポンプ１８を載置台３から
切り離し、基板２を載置台３から外す。このような実施
例３では、実施例１の効果に加えて、量産が可能であ
り、しかも各作動のタイミング制御を正確に行うことが
できる。

【００１８】

【実施例４】図２１は本発明の実施例４を示す。載置台
３が銅合金などの良好な熱伝導性材質により構成されて
おり、この載置台３の適宜部位にペルチェ素子などの冷
却素子３１と、熱電対などの温度検出手段（図示省略）
が取り付けられている。また、基板２上の紫外線硬化樹
脂に紫外光を照射する紫外光照射ランプ（図示省略）に
は赤外線カットフィルタ（図示省略）が装着されてい
る。上記構成では、温度検出手段により載置台３の温度
を測定することによって、紫外光照射ランプ４から放射
される赤外線による基板２上の紫外線硬化樹脂１の温度
上昇を検出し、その温度上昇を冷却素子３１により吸収
することで、プロセスの温度制御を行うことができる。
また、紫外光照射ランプ４への赤外線カットフィルタ装
着を併用することにより温度上昇を低減することができ
る。これらと併用するか、または独立して載置台３を交
換可能としても良く、これにより加熱された載置台３を
常温まで冷却する間、他の載置台３を用いて実施例１と
同様に音響整合層形成を行うことができる。

【００１９】従って、プロセスの温度管理が可能となる
ため、紫外線硬化樹脂の物理的特性が一定になり、再現
性が向上するメリットがある。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、音響整合層の厚さ制御
を厳密且つ容易に行うことができ、平面性に優れた音響
整合層を容易に作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す側面図。

【図２】本発明の作用を説明する平面図。

【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。

【図４】本発明の作用を説明する平面図。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図。

【図６】本発明の製造工程の平面図。

【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。

【図８】回転時間と樹脂厚さとの特性図。

【図９】本発明の実施例１の側面図。

【図１０】本発明の実施例１の製造を示す側面図。

【図１１】本発明の実施例１の製造を示す側面図。

【図１２】本発明の実施例１の製造を示す側面図。

【図１３】本発明の実施例１の製造を示す側面図。

【図１４】本発明の実施例２の斜視図。

【図１５】本発明の実施例２の断面図。

【図１６】比較例の斜視図。

【図１７】比較例の断面図。

【図１８】比較例により製造された音響整合層の斜視
図。

【図１９】図１８におけるＤ矢視断面図。

【図２０】本発明の実施例３の側面図。

【図２１】本発明の実施例４の側面図。

【図２２】従来の音響整合層の斜視図。

【図２３】従来の音響整合層の斜視図。

【符号の説明】

１紫外線硬化樹脂２基板３載置台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に紫外線硬化樹脂を滴下した後、回
転させて紫外線硬化樹脂を拡散させ、基板の回転による
遠心力と前記樹脂の粘性、表面張力などの物性とが釣り
合う定常状態に至る以前の基板の回転状態で、紫外光を
照射して紫外線硬化樹脂を硬化することを特徴とする音
響整合層の製造方法。
【請求項２】前記基板として圧電セラミックスまたは
他の音響整合層を使用することを特徴とする請求項１記
載の音響整合層の製造方法。
【請求項３】前記基板を一定速度で回転しながら紫外
光照射までの時間を制御して、紫外線硬化樹脂の厚さ制
御を行う請求項１記載の音響整合層の製造方法。
【請求項４】回転源の駆動により回転する載置台と、
この載置台上に固定される基板と、この基板に紫外線硬
化樹脂を滴下する吐出装置と、前記基板の回転による遠
心力と紫外線硬化樹脂の粘性、表面張力などの物性とが
釣り合う定常状態に至る以前の基板の回転状態で紫外光
を照射する紫外光照射装置とを備えていることを特徴と
する音響整合層の製造装置。
【請求項５】前記基板と接する載置台部分に発泡金属
が設けられていることを特徴とする請求項４記載の音響
整合層の製造装置。
【請求項６】前記載置台に温度検出手段と、検出した
温度に基づいて温度を制御する温度制御手段とが設けら
れてることを特徴とする請求項４記載の音響整合層の製
造装置。