WO2008010509A1 - Sonde à ultrasons de type à réseau multicanal et son procédé de fabrication - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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-
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- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
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- A61B8/481—Diagnostic techniques involving the use of contrast agent, e.g. microbubbles introduced into the bloodstream
Definitions
- the present invention relates to a multi-channel array-type array ultrasonic probe used for medical diagnosis and a method for manufacturing the same.
- An ultrasonic diagnostic apparatus is a medical imaging device that non-invasively obtains a tomographic image of soft tissue in a living body from a body surface by an ultrasonic pulse reflection method.
- this ultrasound diagnostic device has features such as being small and inexpensive, having no exposure to X-rays, etc., being highly safe, and capable of blood flow imaging by applying the Doppler effect. It is widely used in circulatory system (coronary artery of heart), digestive system (gastrointestinal), internal medicine system (liver, spleen, spleen), urology system (kidney, bladder), and obstetrics and gynecology.
- the piezoelectric effect of piezoelectric ceramic is generally used.
- a single-type probe or an array-type probe in which a plurality of probe elements are two-dimensionally arranged is often used as the vibration mode of the transmitting piezoelectric element.
- Array probes are widely used as medical images for diagnostic tests because they can obtain fine images.
- harmonic imaging diagnosis using harmonic signals is becoming a standard diagnostic modality because it provides a clear diagnostic image that cannot be obtained by conventional B-mode diagnosis.
- the sidelobe level force is higher than that of the fundamental wave, and as a result, SZN is improved and contrast resolution is improved, and the frequency is increased, resulting in a narrower beam width and lateral resolution. Because the sound pressure is small and the sound pressure variation is small at a short distance, multiple reflections do not occur, attenuation beyond the focal point is similar to the fundamental wave, and the harmonic frequency is the fundamental wave. Compared to sound waves, it has many advantages such as greater depth. [0005] As a specific structure of the array-type ultrasonic probe for harmonic imaging, a piezoelectric vibrator in which each transducer element constituting the array is a broadband integrated type is used.
- a method of transmitting fundamental waves in the frequency region on the low frequency side of the wideband characteristics and receiving harmonics in the frequency region on the high frequency side is generally used.
- a technique for improving the sensitivity of a conventional ultrasonic probe is known (for example, refer to Patent Document 1).
- a vibrator solidified with an organic compound such as epoxy resin is used as an ultrasonic transmission / reception element, and each columnar ceramic is vibrated longitudinally to improve sensitivity.
- Narrowband ultrasound is used so that the spectrum of the fundamental wave transmission ultrasound and the spectrum of the harmonic reception ultrasound do not overlap as much as possible.
- Narrow-band ultrasound is generally an ultrasonic pulse signal with a long tail, so it adversely affects depth resolution.
- Patent Document 1 JP-A-8-187245
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 11-276478 Disclosure of the invention
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-sensitivity multichannel array-type ultrasonic probe having a good SZN ratio and a method for manufacturing the same. is there.
- an ultrasonic probe includes a single transmitting piezoelectric element and a receiving piezoelectric element having a single layer or laminated structure of piezoelectric ceramics constituting each channel. Layered or stacked layers to separate transmission and reception into separate piezoelectric elements, and at the same time, an acoustic matching layer is inserted between the transmitting piezoelectric element and the receiving piezoelectric element to obtain a highly sensitive ultrasonic probe. It is a thing.
- the composite piezoelectric element includes a transmission piezoelectric element made of a ceramic material and an organic material.
- a multi-channel array type ultrasonic probe characterized in that an acoustic matching layer is provided between the receiving piezoelectric elements.
- the organic material is a resin containing 60 mol% or more and 100 mol% or less of at least one selected from polyvinylidene fluoride, polyurea, polyamide, polyimide, polyester, and polyolefin. 2.
- the organic material is a poly (vinylidene fluoride Z perfluoroalkyl butyl ether or perfluoroalkoxyethylene) copolymer and has a composition ratio of vinylidene fluoride. 1 to 85 mol% or more and 99 mol% or less, and the composition ratio of perfluoroalkyl butyl ether or perfluoroalkoxyethylene is 1 mol% or more and 15 mol% or less.
- the described multi-channel array type ultrasonic probe is a poly (vinylidene fluoride Z perfluoroalkyl butyl ether or perfluoroalkoxyethylene) copolymer and has a composition ratio of vinylidene fluoride. 1 to 85 mol% or more and 99 mol% or less, and the composition ratio of perfluoroalkyl butyl ether or perfluoroalkoxyethylene is 1 mol% or more and 15 mol% or less.
- the acoustic matching layer is formed of a plurality of layers, and the acoustic impedance value of each of the outermost layers on both sides of the plurality of layers is in a range of 5 Mrayl or more and 28 Mrayl or less.
- the multi-channel array type ultrasonic probe according to 1 above which is characterized in that [0016] 5.
- the ceramic material is PZT, quartz, lithium niobate (LiNbO), tan niobate
- Binder strength of the acoustic matching layer Polyvinyl butyral, polyolefin, polycycloolefin, polyacrylate, polyamide, polyimide, polyester, polysulfone, silicone, epoxy and derivatives thereof At least one kind of resin selected. 2.
- the transmission / reception separation type composite piezoelectric element is characterized in that the transmission piezoelectric element and the reception piezoelectric element are sandwiched between an acoustic lens and a backing layer. Multi-channel array type ultrasonic probe.
- the transmission piezoelectric element High sensitivity with good SZN ratio by using a ceramic material for the receiving piezoelectric element, using a high-sensitivity organic piezoelectric element material for the receiving piezoelectric element, and further providing an acoustic matching layer between the transmitting piezoelectric element and the receiving piezoelectric element
- a multi-channel array-type ultrasonic probe can do.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional ultrasonic probe.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a transmission / reception separation type ultrasonic probe constituting the ultrasonic probe of the embodiment of the present invention.
- Acoustic matching layer (acoustic matching layer may be omitted)
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional ultrasonic probe.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a transmission / reception separation type ultrasonic probe constituting the ultrasonic probe of the embodiment of the present invention.
- 1 is an ultrasonic probe
- 23 is a transmission / reception integrated piezoelectric element (including a reception piezoelectric element and a transmission piezoelectric element)
- 2 is a transmission piezoelectric element
- 3 is a piezoelectric element for reception
- 4 is an acoustic matching layer that may be omitted
- 5 is an acoustic lens
- 6 is each electrode
- 7 is the direction of ultrasonic wave transmission
- 8 is the acoustic matching layer of the present invention
- 9 Is a backing material.
- the transmitting piezoelectric element 2 is manufactured on the backing material 9.
- the transmission / reception separation type piezoelectric element has a structure in which a transmission piezoelectric element 2 and a reception piezoelectric element 3 are stacked with an acoustic matching layer 8 (the present invention) interposed therebetween.
- the transmitting piezoelectric element 2 may have a structure in which a thin piezoelectric thin plate and an electrode layer are sandwiched as shown in FIG.
- Such a structure can be prepared by, for example, stacking and sintering a piezoelectric ceramic green sheet on which electrodes are formed by printing with a silver paste or the like before firing.
- the thickness of the piezoelectric ceramic liner sheet can be adjusted according to the oscillation frequency.
- At least one acoustic matching layer 8 is provided on the transmitting piezoelectric element 2.
- the acoustic matching layer can be provided in a range of 2 to 5 layers by filling a filler in the polymerized resin, and a plurality of layers can be provided. Good.
- the resin material and the filler are discharged by an ink jet which can be cured by laser light irradiation as described in JP 2003-169397 A.
- the filler concentration may be changed.
- the receiving piezoelectric element 3 may be prepared by pasting a previously prepared plate or sheet with an adhesive, and applying and drying a resin on the acoustic matching layer.
- resin raw material monomers and oligomers can also be produced by ejecting them from the head by an ink jet method to form a thin film, or by applying monomers and applying thermal polymerization, light rays, X-rays, or electron beams. It can also be produced by polymerizing to form a thin film.
- the electrode may be formed using silver paste, platinum paste, palladium paste or the like.
- the acoustic matching layer may be one in which a cured layer of light or thermosetting resin is laminated on a piezoelectric element.
- the acoustic matching layer can be formed on the piezoelectric element without adhering, it is possible to produce an acoustic matching layer with less variation in characteristics that eliminates the possibility of bubbles due to the use of an adhesive.
- an acoustic matching layer is formed by mixing an arbitrary filler into light or thermosetting resin.
- the acoustic matching layer may have different acoustic impedance values sequentially in the thickness direction.
- the acoustic matching layer is formed by stacking multiple layers with different filler contents in sequence, an acoustic matching layer with sequentially different acoustic impedance values is formed, and ultrasonic signals transmitted and received from the piezoelectric element are efficiently transmitted. be able to.
- the ultrasonic probe of the present invention forms an acoustic matching layer with a mixture of two or more fillers having different particle diameters or a light or thermosetting resin in which fillers different in the layer direction are mixed. Is preferred.
- the acoustic impedance of the acoustic matching layer which is required for more efficient transmission / reception of ultrasonic waves, can be appropriately adjusted, and the ultrasonic signals of the piezoelectric elements can be transmitted / received efficiently.
- the ultrasonic probe of the present invention forms an acoustic matching layer with a mixture of two or more kinds of fillers having different densities or a mixture of different fillers in the layer direction or light or thermosetting resin. be able to. Thereby, the ultrasonic signal of a piezoelectric element can be transmitted and received efficiently.
- the ultrasonic probe of the present invention it is preferable that at least one selected from tungsten, ferrite, and alumina force as a filler is mixed in the photocurable resin. Accordingly, an acoustic matching layer having an intermediate value between the acoustic impedance value of the piezoelectric element and the acoustic impedance value of the human body can be easily formed, and ultrasonic signals can be transmitted and received efficiently.
- “flight” refers to a crystal structure of iron (Fe).
- the filling amount of the filler into the resin is preferably mixed in the range of 0.001 to 20 times.
- a plurality of resin layers constituting the acoustic matching layer are formed, the density of the lower resin layer is increased, the density of the surface resin layer is decreased, and the acoustic impedance in the thickness direction is different. It is preferable.
- a gradient technique is preferred in which the sedimentation rate of the filler mixed in the resin is used to lower the filler content in the surface layer where the amount of filler in the lower layer is high, so that the acoustic impedance values in the thickness direction are different.
- the density of the said resin layer is a filler. It is preferable to control by adding at least one selected from the above-mentioned addition amount, average particle diameter, and filler density force.
- thermosetting resins for filling the filler include a type that cures by radical polymerization reaction such as urethane acrylate, epoxide acrylate, ester acrylate, acrylate, and epoxy type. There are also types that harden by cationic polymerization reactions such as butyl ether. The type of resin used depends on the reaction rate, shrinkage strain, dimensional accuracy, heat resistance, strength, and other factors. Urethane acrylate and epoxy resins are mainly used as the resin. Urethane acrylate systems have a high reaction rate and a large intermolecular cohesive force. Mechanical strength Z Thermal strength is epoxy. It is advantageous compared to the system, and is suitable when the strength is important. On the other hand, the epoxy system is characterized in that the polymerization reaction rate is slow and the shrinkage strain is small. Therefore, epoxy-based optical molding resin is advantageous in terms of dimensional accuracy, and is suitable when accuracy is important.
- an organic binder may not be used for fixing the electrode, but a general-purpose adhesive may be used when it is adopted as a simple method.
- a general-purpose adhesive may be used when it is adopted as a simple method.
- the adhesive strength at the interface between the electrode that sandwiches the acoustic matching layer and the acoustic matching layer, and the electrode that sandwiches the organic piezoelectric element and the organic piezoelectric element It is preferable to use an organic binder since the adhesive strength at the interface is insufficient and the film is easily peeled off.
- Preferred organic binders include the following.
- Examples thereof include polybutyral, polyolefin, polycyclohexylene, polyacrylate, polyamide, polyimide, polyester, polysulfone, silicone, epoxy, and derivatives thereof.
- a typical example of polybulputiral is (6)-70 8 (CAS No. 63148- 65-2) as an existing chemical substance of the Chemical Substances Control Law.
- Examples of polyimides include existing chemical number (7) -2211 (CAS No. 611-7 9-0) developed by NASA.
- silicone examples include existing chemical substances (7) -476, (7) -4 74, (7) 477, (7) 483, (7) -485, and the like.
- an epoxy compound There are polyphenol type, polyglycidylamine type, alcohol type, ester type, etc., but the existing chemical substance numbers that are especially preferred for alicyclic type are 3-2452, 3-3453, 447, 5—1052 Etc. are preferred. Since the alicyclic mold has good heat resistance and good adhesion, it can be used preferably.
- the amount of these resins to be used is appropriately selected depending on the required sensitivity, frequency characteristics, and the like, but in terms of film thickness, the lOrnn force is 60 ⁇ m, preferably the 20 m force is 30 ⁇ m.
- the method of using rosin may be dissolved in a solvent such as dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), diethylene glycol dimethyl ether (DME), etc. You may use it, heating up to temperature and carrying out hot melt.
- a solvent such as dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), diethylene glycol dimethyl ether (DME), etc. You may use it, heating up to temperature and carrying out hot melt.
- the method of using the noinder may be used for any layer in the stacking of elements, it is preferably used when the transmitting piezoelectric element and the receiving piezoelectric element are joined.
- the electrode is printed and is preferably used on the receiving piezoelectric element.
- the transmitting piezoelectric element 2 and the receiving piezoelectric element 3 are printed in the state of a ceramic sheet and an organic thin film sheet, respectively, and one of the electrodes is printed, and the acoustic matching layer is formed.
- the union can be produced by sandwiching them together.
- the transmitting piezoelectric element 2 may be fired and manufactured by a green sheet laminating method, and the acoustic matching layer 8 and the receiving piezoelectric element 3 may be laminated and covered later, or in the case of a vinylidene fluoride system.
- it may be a structure in which a uniaxially stretched sheet (organic piezoelectric sheet) that has been applied and dried as a force-strengthening sheet and bonded is used.
- the vinylidene fluoride system is a laminated type in which sheets that have been uniaxially stretched to maximize the piezoelectric effect and subjected to polarization treatment (polling treatment) are bonded using an organic binder. Is preferred.
- the organic piezoelectric sheet is particularly preferably a vinylidene fluoride Z3 fluorinated styrene copolymer, which is a polymer piezoelectric film having a low tensile elastic modulus.
- a heat treatment step after film formation Ferroelectricity What can be obtained by increasing the slow cooling rate to about 3 ° CZ during the process of increasing crystallinity by applying heat at a temperature between the paraelectric transition point and the melting point, and piezoelectric After polarizing the membrane, annealing can be performed for several tens of minutes (20 to 30 minutes) at a temperature of 100 ° C., so that the resistivity can be slightly lowered.
- any method can be used as long as the tensile elastic modulus is lowered by an operation during the manufacturing process.
- a polymer has a flexibility and flexibility that is unique to the polymer as the molecular weight increases, and a piezoelectric film having a low tensile elastic modulus.
- P (VDF—TrFE) and Z or P (VDF—TeFE) polymers having a Melt Flow Rate at 230 ° C of 0.02 gZ or less, more preferably 0. Olg / min or less
- TrFE is trifluorinated ethylene
- TeFE is tetrafluoroethylene.
- the electromechanical coupling constant (piezoelectric effect) in the thickness direction varies depending on the copolymerization ratio.
- the former copolymerization ratio is 60 mol% to 99 mol%.
- the optimum value varies depending on the method of using the organic binder used when layering the ceramic and organic piezoelectric elements.
- the most preferred range of the copolymerization ratio is 85 mol% to 99 mol%.
- Examples of other polymers for piezoelectric elements include polyurea resins.
- Preferable polyurea includes polyurea by the following combination of aZb. 4, 4 'Diaminodiphenylmethane / 3, 3' —Dimethyldiphenyl-4,4 '—Diisocyanate 4,4'-diaminodiphenol-methane Zo di-cidine diisocyanate, 4,4'-diaminodiphenylmethane / methylene bis (4-isocyanato-to-2-methylbenzene), 4, 4'-diaminodiphenol-normethane / 4 , 4 '— Diphenyl-dimethane diisocyanate HMDI), 4, 4' — Diaminodiphenylmethane / 2, 4 Toluene diisocyanate (2, 4— TDI), 4, 4 ′ — Diaminodiphenylmethane Z2, 6 —Toluene
- Polarization reversal is obtained by repeatedly reversing the direction of the poling electric field. Although it depends on the temperature, it takes several tens of thousands to several hundreds of thousands of times at room temperature to sufficiently form such a polarization distribution state, but several times to several tens of times at a high temperature of 80 ° C or higher. Can be
- PZT is often used as a material for the transmitting piezoelectric element, but in recent years, a material containing no lead is recommended.
- the material of the receiving piezoelectric element is polyvinylidene fluoride.
- Emissions, polyureas, polyamides, polyimides, polyesters and polio reflex Inca including 60 mol% to 100 mol 0/0 one even without least selected ⁇ .
- the acoustic lens 5 may be bonded to the second acoustic matching layer 4 for convergence of the ultrasonic waves.
- the matching layer may have a multilayer structure depending on the force object having a two-layer structure, or may have no single layer matching layer. A preferred number of matching layers is 2-3.
- PZT was used as the transmitting piezoelectric element.
- the organic material (AW resin) for the receiving piezoelectric element the poly (vinylidene fluoride / 3-fluorinated styrene) composition ratio of vinylidene fluoride is 82 mol.
- Receiving piezoelectric element using 1% of material is sample 1, and receiving piezoelectric element using poly (vinylidene fluoride / trifluoride) is 87 mol% of material. 2.
- Sample 3 was a receiving piezoelectric element using a material having a poly (vinylidene fluoride / perfluoroalkyl butyl ether (PFT)) composition ratio of 87% by mole of vinylidene fluoride. These were arrayed, and signals were extracted by existing methods.
- PFT perfluoroalkyl butyl ether
- the ultrasonic probe of the present invention shown in Fig. 2 epoxy resin AW-106 / HV953U (manufactured by Nagase Chemtex Co., Ltd.) is used as a resin, and the ultrasonic wave of the present invention shown in Fig. 2 is used.
- the probe uses a resin solution 1 containing 12.5 times tungsten powder with an average particle size of 6-8 ⁇ m in each AW resin. Formed.
- the second layer was formed by using a resin solution 2 in which each AW resin was mixed 3.6 times with a tungsten powder having a particle size in the range of 3-5 / ⁇ .
- the third layer was formed by using a resin solution 3 that was made by adding filler only with each of the above AW resins.
- AW resin was crosslinked at 100 ° C for 10 minutes.
- the third layer was formed using 3 and each layer had a thickness of 75 m, and an inclined laminated acoustic matching layer with a total thickness of 225 m was formed.
- the acoustic impedance Z of the first layer Z 14.8 Mrayl
- the acoustic impedance Z of the second layer Z 6.2 Mrayl
- the acoustic impedance Z of the third layer Z 5 Mrayl. It was confirmed that the acoustic impedance value gradually changed to 1.5 Mrayl, which is the acoustic impedance of the human body, which is the acoustic impedance of the piezoelectric element (about 28 Mrayl), forming a matched layer.
- the ultrasonic probe of the present invention can provide an ultrasonic probe with high acoustic performance.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
明 細 書
多チャンネル型アレイ型の超音波探触子及び多チャンネル型アレイ型の 超音波探触子の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、医用診断に使用される多チャンネル型アレイ型のアレイ型超音波探触 子及びその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 超音波診断装置は、超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層 像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画 像機器に比べ、小型で安価、 X線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を 応用して血流イメージングが可能等の特徴を有し、循環器系（心臓の冠動脈）、消化 器系（胃腸)、内科系 (肝臓、脾臓、脾臓)、泌尿科系（腎臓、膀胱)、及び産婦人科 系などで広く利用されている。このような医療用超音波診断装置に使用される超音波 探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うため、圧電セラミックの圧電効 果が一般的に利用される。この場合、送信用圧電素子の振動モードとしては、単一 型探触子であるシングル型または複数の探蝕子を二次元配置したアレイ型探触子が よく使用される。アレイ型探触子は精細な画像を得ることができるので、診断検査の ための医療用画像として広く普及している。
[0003] 一方、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来の Bモード診断 では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつ める。
[0004] ハーモニックイメージングは、基本波に比較してサイドローブレベル力 、さいことに より、 SZNが良くコントラスト分解能が良くなること、周波数が高くなることによって、ビ ーム幅が細くなり横方向分解能が良くなること、近距離では音圧が小さぐ音圧の変 動が少ないため、多重反射が起こらないこと、焦点以遠の減衰は基本波並みであり、 高調波の周波数を基本波とする超音波に比べ深速度を大きく取れることという多くの 利点を持っている。
[0005] ハーモニックイメージング用アレイ型超音波探触子の具体的な構造として、アレイを 構成する各振動子エレメントが広帯域一体型の圧電振動子が用いられている。その 広帯域特性の低周波側の周波数領域で基本波送信を行!ヽ、高周波側の周波数領 域で高調波受信を行う方法が一般的に利用されている。このような状況において、従 来型の超音波探触子について、感度向上を図る技術が知られている（例えば、特許 文献 1参照。 ) oこれは、微細な柱状の圧電素子を、例えば、エポキシ榭脂のような有 機化合物で固めた振動子を超音波送受信素子として使用し、各柱状セラミックを縦 振動させることによって感度向上を図ったものである。
[0006] 基本波送信超音波のスペクトルと高調波受信超音波のスペクトルがなるべく重なら ないように、狭帯域超音波が用いられる。狭帯域超音波は、一般に尾曳の長い超音 波パルス信号なので、深さ方向分解能に悪影響を及ぼすことになる。
[0007] 他のハーモニックイメージング用アレイ型超音波探触子の具体的な構造として、送 信用圧電振動子と受信用圧電振動子を別体別配置とした送受信分離型探蝕子が提 案されている（例えば、特許文献 1、特許文献 2参照。 )0例えば、基本波を送信し、 高調波を含む超音波を受信するのに、第一の音響インピーダンスを有する配列され た複数の第一の圧電素子からなる、中心周波数 flの超音波の送受信を担う第一の 圧電層と、第二の音響インピーダンスを有する配列された複数の第二の圧電素子か らなり、第一の圧電層に重ねられ、中心周波数 f2 = 2flの超音波の受信を担う第二 の圧電層を設けるなどが提案されている (例えば、特許文献 2参照。）が、充分な感度 が得られて ヽな 、のが現状である。
[0008] さらに、感度向上を目的として、超音波送受信素子にするため、圧電セラミック素子 を積層化し、見かけ上のインピーダンスを低下させ、駆動回路との電気的な整合条 件を良好にし、素子に力かる電界強度を大きくして、大きな歪を発生させ送信感度を 向上させることが行われている。しかしながら、積層構造では、送信感度が積層数に 応じて増大するものの、受信感度は積層数に反比例するため、ハーモニックイメージ ングには不禾 IJとなって ヽる。
特許文献 1 :特開平 8— 187245号公報
特許文献 2：特開平 11― 276478号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、 SZN比のよい 高感度な多チャンネル型アレイ型の超音波探触子とその製造方法を提供することに ある。
課題を解決するための手段
[0010] 上記課題を解決するために、本発明における超音波探触子は、各チャンネルを構 成する圧電セラミックを単層又は積層した構造の送信用圧電素子と受信用の圧電素 子を単層又は積層させ、送信と受信を別々の圧電素子に分離すると同時に、送信用 圧電素子と受診用圧電素子の間に音響整合層を挿入することにより、高感度な超音 波探触子を得たものである。
[0011] 本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
[0012] 1.送受信分離型の複合型圧電素子が配置された多チャンネル型アレイ型の超音 波探触子において、該複合型圧電素子は、セラミック材料からなる送信用圧電素子 と有機材料からなる受信用圧電素子の間に音響整合層を設けたことを特徴とする多 チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0013] 2.前記有機材料は、ポリフッ化ビ-リデン、ポリ尿素、ポリアミド、ポリイミド、ポリエス テル及びポリオレフインカも選ばれる少なくとも 1種を 60モル％以上、 100モル％以 下含む榭脂であることを特徴とする前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波 探触子。
[0014] 3.前記有機材料は、ポリ（フッ化ビ-リデン Zパーフルォロアルキルビュルエーテ ル又はパーフルォロアルコキシエチレン）共重合体であり、かつ、フッ化ビ-リデン組 成比率が 85モル％以上、 99モル％以下であり、パーフルォロアルキルビュルエーテ ル又はパーフルォロアルコキシエチレン組成比率が 1モル％以上、 15モル％以下で あることを特徴とする前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0015] 4.前記音響整合層は複数層で形成されており、該複数層のうち、両面の最外層そ れぞれの音響インピーダンスの値は、 5Mrayl以上、 28Mrayl以下の範囲であること を特徴とする前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0016] 5.前記音響整合層は、フィラーの含有量が異なる層を複数積層した構成であるこ とを特徴とする前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
6.前記フイラ一は、タングステン、フェライト及びアルミナ力 選ばれる少なくとも 1種 であることを特徴とする前記 5に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0017] 7.前記セラミック材料は、 PZT、水晶、ニオブ酸リチウム (LiNbO )、ニオブ酸タン
3
タル酸カリウム [K (Ta， Nb) 0 ]、チタン酸バリウム（BaTiO )、タンタル酸リチウム（Li
3 3
TaO )及びチタン酸ストロンチウム（SrTiO )から選ばれる少なくとも 1種であることを
3 3
特徴とする前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0018] 8.前記音響整合層のバインダー力 ポリビニルブチラール、ポリオレフイン、ポリシ クロォレフィン、ポリアタリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリスルホン、シ リコーン、エポキシ及びその誘導体力 選ばれる少なくとも 1種の榭脂であることを特 徴とする前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0019] 9.前記送受信分離型の複合型圧電素子は、前記送信用圧電素子と前記受信用 圧電素子が、音響レンズとバッキング層とで挟まれて 、ることを特徴とする前記 1に記 載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[0020] 10.前記 1に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子を製造する多チャン ネル型アレイ型の超音波探触子の製造方法であって、超音波探触子の音響整合層 は、インクジェット方式で塗布されることを特徴とする多チャンネル型アレイ型の超音 波探触子の製造方法。
[0021] 11.前記インクジェット方式は、インクジェットインクとして、バインダーを含む吐出液 とフイラ一を含む吐出液とを吐出できることを特徴とする前記 10に記載の多チャンネ ル型アレイ型の超音波探触子の製造方法。
発明の効果
[0022] 本発明によれば、超音波の送信時と受信時における動作を分離した送受信分離型 の複合型圧電素子が配置された多チャンネル型アレイ型超音波探触子において、 送信用圧電素子にセラミック材料を使用し、受信用圧電素子に高感度有機圧電素 子材料を使用し、更に送信用圧電素子と受信用圧電素子の間に音響整合層を設け ることにより SZN比のよい高感度な多チャンネル型アレイ型の超音波探触子を提供
することができる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]従来型の超音波探触子の一例を示す断面図である。
[図 2]本発明の実施の形態の超音波探触子を構成する送受信分離型の超音波探触 子の一例を示す断面図である。
符号の説明
[0024] 1 超音波探触子
23 送受信一体型の圧電素子 (受信用圧電素子と送信用圧電素子とを内蔵する。
)
2 送信用圧電素子
3 受信用圧電素子
4 音響整合層 (なくてもあってもよい音響整合層）
5 音響レンズ
6 電極
7 超音波の発信方向
8 音響整合層 (本発明の音響整合層）
9 ノ ッキング材
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれら に限定されない。
[0026] 以下、本発明の実施の形態について、図 1および図 2を用いて説明する。
[0027] 図 1は、従来型の超音波探触子の一例を示す断面図である。
[0028] 図 2は、本発明の実施の形態の超音波探触子を構成する送受信分離型の超音波 探触子の一例を示す断面図である。
[0029] 図 1及び図 2において、 1は超音波探触子、 23は送受信一体型の圧電素子 (受信 用圧電素子と送信用圧電素子とを内蔵する。）、 2は送信用圧電素子、 3は受信用圧 電素子、 4はなくてもあってもよい音響整合層、 5は音響レンズ、 6はそれぞれの電極 、 7は超音波の発信方向、 8は本発明の音響整合層、 9はバッキング材である。
[0030] 以下、図 2を用いて本発明の実施の形態における超音波探触子の製造方法の一 例を説
明する。
[0031] 最初に、送信用圧電素子 2をバッキング材 9の上に製作する。図 2に示すごとぐ送 受信分離型圧電素子は送信用圧電素子 2と受信用圧電素子 3が音響整合層 8 (本 発明）を挟んで積層した構造になっている。送信用圧電素子 2は、図 2に示すように 薄い圧電薄板と電極層の挟み込み構造をなしてもよい。このような構造は、例えば、 圧電セラミックグリーンシートに銀ペースト等によって電極を印刷形成したものを焼成 前に積層して一体で焼結することによって作製することが出来る。圧電セラミックダリ ーンシートは、発振周波数に応じて厚みを調整できる。
[0032] 本発明では、送信用圧電素子 2の上に音響整合層 8を少なくも 1層設ける。音響整 合層は、重合された榭脂中にフィラーを充填して 2層から 5層の範囲で、複数層設け ることもできるし、傾斜材料的に、フィラーの充填量を変化させてもよい。フィラーの充 填量を変化させる方法としては、特開 2003— 169397号公報に記載の如ぐ光造形 用榭脂をレーザー光照射により硬化させてもよぐインクジェットで榭脂材料とフィラー を吐出しながらフィラー濃度を変化させてもよい。榭脂の溶解が難しいときには、オリ ゴマーやモノマー原料液を、インクジェットヘッドから吐出して塗布するのが好まし ヽ
[0033] 受信用圧電素子 3は、送信用圧電素子 2と同様に、予め作製した板又はシートを接 着剤で張り合わせてもよ!/、し、音響整合層の上に榭脂を塗布乾燥して製膜してもよ V、。ここでも榭脂原料モノマーやオリゴマーをインクジェット方式でヘッドから吐出させ て、薄膜を形成しても製作することができるし、又は、モノマーを塗布して熱重合や光 線、 X線、電子線で重合させて薄膜を形成し製作することもできる。電極は、銀ペース ト、白金ペースト、パラジウムペースト等を使用して形成しても良い。
[0034] 本発明の超音波探触子は、音響整合層が圧電素子上に光又は熱硬化性榭脂の 硬化層が積層されているものであってもよい。この場合、圧電素子の上に音響整合 層を接着せずに形成することができるため、接着剤の使用による気泡などの発生の 恐れがなぐ特性のバラツキが少ない音響整合層を作製することができる。
[0035] また、本発明の超音波探触子は、光又は熱硬化性榭脂に任意のフィラーが混入さ れて音響整合層が形成されていることが好ましい。これにより、超音波の送受信を効 率良く行うために必要とされる適正な音響インピーダンス値の音響整合層を容易に 作製することができる。また本発明の超音波探触子においては、音響整合層は厚み 方向に音響インピーダンス値が順次異なっていてもよい。音響整合層が、フィラーの 含有量が順次異なる複数の層を積層することで、音響インピーダンス値が順次異な る音響整合層が形成されていると圧電素子から送受信する超音波信号を効率良く伝 達することができる。
[0036] 本発明の超音波探触子は、粒径が異なる 2種類以上のフィラーの混合物または層 方向に異なったフィラーを混合した光又は熱硬化性榭脂で音響整合層を形成するこ とが好ましい。これにより、超音波の送受信を更に効率良く行うために必要とされる音 響整合層の音響インピーダンスを適正に調節することができ、圧電素子の超音波信 号を効率良く送受信することができる。
[0037] また、本発明の超音波探触子は、密度が異なる 2種類以上のフィラーの混合物また は層方向に異なったフィラーを混合した光又は熱硬化性榭脂で音響整合層を形成 することができる。これにより、圧電素子の超音波信号を効率良く送受信することがで きる。
[0038] 本発明の超音波探触子は、光硬化性榭脂にフィラーとしてタングステン、フェライト 、及びアルミナ力も選ばれる少なくとも 1種を混入していることが好ましい。これにより、 圧電素子の音響インピーダンス値と人体の音響インピーダンス値との中間的な値の 音響整合層を容易に形成することができ、超音波信号を効率良く送受信することが できる。本発明でいうフ ライトとは、鉄 (Fe)が有する結晶構造体をいう。フィラーの 榭脂中への充填量は、 0. 001〜20倍の範囲で混合することが好ましい。前記音響 整合層を構成する榭脂層を複数層で形成し、下層の榭脂層の密度を大きぐ表層の 榭脂層の密度を小さくして、厚み方向の音響インピーダンスが異なるように形成する ことが好ましい。前記樹脂に混合したフィラーの沈降速度を利用して、下層のフィラー 存在量が高ぐ表層のフィラー存在量を低くして、厚み方向の音響インピーダンス値 が異なるように形成する傾斜技術が好ましい。また、前記榭脂層の密度は、フィラー
の添加量、平均粒子径、及びフィラー密度力 選ばれる少なくとも 1つを異ならせるこ とにより制御することが好ましい。
[0039] フィラーを充填するに好ましい熱硬化性榭脂としては、ウレタンアタリレート系、ェポ キシアタリレート系、エステルアタリレート系、アタリレート系などのラジカル重合反応で 硬化するタイプと、エポキシ系、ビュルエーテル系などのカチオン重合反応により硬 化するタイプ等がある。どのようなタイプの榭脂を使用するかは、反応速度、収縮歪 み、寸法精度、耐熱性、強度などによって使い分ける。榭脂としては、ウレタンアタリレ ート系とエポキシ系のものが主に使われている力 ウレタンアタリレート系は反応速度 が早ぐ分子間凝集力が大きぐ機械的強度 Z熱的強度がエポキシ系に比べて有利 で、強度を重要視した場合適当であり、一方、エポキシ系は重合反応速度が遅ぐ収 縮歪みが小さいのが特徴である。よって、エポキシ系の光造形榭脂は寸法精度の点 で有利で、精度を重視する場合に好適である。
[0040] 上記積層および電極の挿入には、電極の固定ィ匕のために有機バインダーを使用し ないでもよいが、簡便な方法として採用する場合には汎用の接着剤を使用してもよい 。特に送信用セラミック圧電素子と音響整合層と受信用有機圧電素子を合体させると きに音響整合層を挟む電極と音響整合層の界面の接着強度、や、有機圧電素子を 挟む電極と有機圧電素子の界面の接着強度、が不足して剥離し易 、ので有機結合 材を使用するのが好ましい。好ましい有機バインダーとして、以下のものを挙げること ができる。
[0041] ポリビュルブチラール、ポリオレフイン、ポリシクロォレフィン、ポリアタリレート、ポリア ミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリスルホン、シリコーン、エポキシ及びその誘導体から なる榭脂等である。ポリビュルプチラールは、化審法の既存化学物質として (6) - 70 8 (CASNo. 63148— 65— 2)を代表例に挙げることができる。ポリアミドは、ポリアミ ド、 6、ポジアミド、 66、ポジアミド、 610、ポジアミド、 612、ポジアミド、 MXD6、ポジアミド、 11、ポジ アミド 12、ポリアミド 46、メトキシィ匕ポリアミド (既存ィ匕学句物質（7)—383)等である。 ポリイミドは、 NASAが開発した既存化学物質番号（7) - 2211 (CASNo. 611— 7 9— 0)を挙げることができる。シリコーンとしては、既存化学物質（7)— 476、 (7)—4 74、 (7) 477、 (7) 483、 (7)—485等が挙げられる。エポキシィ匕合物としては、
ポリフエノール型、ポリグリシジルァミン型、アルコール型、エステル型などがあるが、 特に脂環式型が好ましぐ既存ィ匕学物質番号で 3— 2452、 3— 3453、 4 47、 5— 1052等が好ましい。脂環式型は耐熱性もよぐ接着力もよいので好ましく使用できる
[0042] これら榭脂の使用量は、求める感度、周波数特性などで適宜選択されるが、膜厚に して、 lOrnn力ら 60 μ m、好ましく ίま 20mn力ら 30 μ mである。
[0043] 榭脂の使用方法は、ジメチルスルホキシド（DMSO)、ジメチルホルムアミド（DMF) 、ジエチレングリコールジメチルエーテル (DME)等の溶媒に溶解して使用してもよ いし、溶媒を使用せず、バルタを溶解温度まで加温して熱溶解して使用してもよい。
[0044] ノインダ一の使用方法は、素子の積層において何れの層にも使用してよいが、好 ましくは送信用圧電素子と受信用圧電素子を接合するときに使用するのが好ましい。 送信用圧電素子には、既に電極が印刷又は塗工されて形成されている場合には、 電極が印刷されて 、な 、受信用圧電素子の上に使用するのが好ま 、。
[0045] 上記の積層製作工程では、送信用圧電素子 2と受信用圧電素子 3をそれぞれセラ ミックシートと有機薄膜シート状態で、何れか一方の電極を印刷しておいて、音響整 合層を挟んで張り合わせることで合体ィ匕製作することができる。この場合に、圧電素 子材料の送受信感度特性や駆動あるいは受信回路の入出力インピーダンス等を考 慮して各積層構造の厚みや材料を選択して送信用及び受信用圧電素子を製作する ことが必要である。したがって、送信用圧電素子 2、音響整合層 8と受信用圧電素子 3はそれぞれ、インピーダンス値を適宜選択したものとなることが好ましい。また、送信 用圧電素子 2のみをグリーンシートの積層工法によって焼成製作し、音響整合層 8、 受信用圧電素子 3を後から張り合わせて被覆してもよいし、フッ化ビ-リデン系の場 合には、あら力じめシートとして塗布乾燥され、 1軸延伸されたシートを重ねて力卩ェし たもの (有機圧電シート)を使用し接着させた構造でもよい。特に、フッ化ビ-リデン系 はあら力じめ圧電効果が最大となるように一軸延伸し、分極処理 (ポーリング処理)を 掛けたシートを、有機バインダーを使用して貼り合わせた積層型のものが好ましい。
[0046] 有機圧電シートとしては、低い引張弾性率を有する高分子圧電膜であるフッ化ビ- リデン Z3フッ化工チレン共重合体が特に好ましい。例えば、製膜後の熱処理工程（
強誘電 常誘電相転移点と融点との間の温度の熱を印加することで結晶性を高める 工程）時の徐冷速度を 3°CZ分程度に早めることにより得られるものや、さらに、圧電 膜を分極後、 100度の温度で数 10分（20〜30分間）アニーリングを施すことで、弹 性率を若干下げることができる。また、この他にも製造工程中の操作で引張弾性率を 低下させるのであればどのような方法を用いてもょ 、。
[0047] 原料ポリマーの分子量に関しては、一般に、高分子では分子量の増加にともなって 高分子特有の柔軟性やしなやかさを持ち、低い引張弾性率をもった圧電膜となる。 P (VDF— TrFE)および Zまたは P (VDF— TeFE)において、 230°Cにおけるメルト フローレイト（Melt Flow Rate)が 0. 02gZ分以下、より好ましくは、 0. Olg/分 以下である高分子圧電体を使用すると引張弾性率の低い高分子圧電膜になり、高 感度な圧電シートが得られる。上記 VDFはフッ化ビ-リデンを、 TrFEは 3フッ化工チ レンを、 TeFEはテトラフルォロエチレンを示す。
[0048] 一方、フッ化ビ-リデン Z3フッ化工チレンの場合、共重合比によって厚み方向の 電気機械結合定数 (圧電効果)が変化するので、例えば、前者の共重合比が 60mol %〜99mol%の範囲であることが好ま U、が、セラミック圧電素子と有機圧電素子を 重ねる時に使用する有機結合剤の使用方法にもよるので、その最適値は変化する。 最も好ましい前記の共重合比の範囲は 85モル％〜99モル％である。
[0049] フッ化ビ-リデンを 85モル％〜99モル0 /0にして、パーフルォロアルキルビュルエー テル、パーフルォロアルコキシエチレン、パーフルォ口へキサエチレン等を 1モル％ 〜15モル％にしたポリマーは、送信用セラミック圧電素子と受信用有機圧電素子と の組み合わせにおいて、送信基本波を抑制して、高調波受信の感度を高めるので 特に好ましい。従来は、テトラフルォロエチレンや 3フッ化工チレンが良いとされてい た力 本発明の複合素子では、パーフルォロアルキルビュルエーテル（PFA)ゃパ 一フルォロアルコキシエチレン（PAE)、パーフルォ口へキサエチレンを使用すること が好ましい。
[0050] その他の圧電素子用の高分子としてポリ尿素樹脂が挙げられる。好ましいポリ尿素 としては、下記の aZbの組み合わせによるポリ尿素を挙げることができる。 4, 4' ジアミノジフエ-ルメタン /3, 3' —ジメチルジフエ-ルー 4, 4' —ジイソシアナート
、4, 4' ージアミノジフエ-ノレメタン Zo ジァ-シジンジイソシアナート、 4, 4' ージ アミノジフエ-ルメタン/メチレンビス（4—イソシアナ一トー 2—メチルベンゼン）、 4, 4 ' —ジアミノジフエ-ノレメタン /4, 4' —ジフエ-ノレメタンジイソシアナ一 HMDI)、 4 , 4' —ジアミノジフエ-ルメタン /2, 4 トルエンジイソシアナート（2, 4— TDI)、 4, 4' —ジアミノジフエ-ルメタン Z2, 6—トルエンジイソシアナート（2, 6— TDI)、4, 4 ' —ジアミノジフエ-ルメタン Zビス（4—イソシアナ一トフエ-ル）エーテル、 4, 4' —ジアミノジフエ-ノレメタン Zp フエ-レンジイソシアナート、 4, 4' —ジアミノジフエ -ルメタン /1, 5 ナフタレンジイソシアナート、 4, 4' ージアミノジフエ-ルエーテ ル /3, 3' —ジメチルジフエ-ルー 4, 4' —ジイソシアナート、 4, 4' —ジアミノジフ ェ-ルエーテル Zo ジァ-シジンジイソシアナート、 4, 4' ージアミノジフエ-ルェ 一テル/メチレンビス（4 イソシアナ一トー 2 メチルベンゼン）、 4, 4' ージアミノジ フエ-ルエーテル /4, 4' —ジフエ-ルメタンジイソシアナ一 HMDI)、 4, 4' —ジ アミノジフエ-ルエーテル Z2, 4 トルエンジイソシアナート（2, 4— TDI)、 4, 4' - ジアミノジフエ-ルエーテル Z2, 6—トルエンジイソシアナート（2, 6— TDI)、4, 4' ージアミノジフエ-ルエーテル Zビス（4 イソシアナ一トフエ-ル）エーテル、 4, 4' —ジアミノジフエ-ルエーテル Zp フエ-レンジイソシアナート、 4, 4' —ジアミノジ フエ-ルエーテル /1, 5 ナフタレンジイソシアナート、 4, 4' —ジアミノジフエ-ル エーテル /1, 3 ビス（イソシアナ一トメチル）ベンゼン、 4, 4' —ジァミノ一 3, 3' ージメチルジフエニルメタン Z3, 3' ージメチルジフエ二ルー 4, 4' ージイソシアナ ート 4, 4' —ジァミノ一 3, 3' —ジメチルジフエニルメタン Zo ジァニシジンジイソ シアナート、4, 4' —ジァミノ一 3, 3' —ジメチルジフエ-ルメタン/メチレンビス（4 イソシアナ一トー 2 メチルベンゼン）、 4, 4' ージアミノー 3, 3' —ジメチルジフエ -ルメタン /4, 4' —ジフエ-ルメタンジイソシアナ一 HMDI)、 4, 4' —ジァミノ一
3, 3' —ジメチルジフエ-ルメタン Z2, 4—トルエンジイソシアナート（2, 4— TDI)、
4, 4' —ジァミノ一 3, 3' —ジメチルジフエ-ルメタン Z2, 6—トルエンジイソシアナ ート（2, 6— TDI)、 4, 4' —ジァミノ一 3, 3' —ジメチルジフエ-ルメタン/ビス（4 イソシアナ一トフエ-ル）エーテル、 4, 4' ージアミノー 3, 3' —ジメチルジフエ- ルメタン/ P フエ-レンジイソシアナート、 4, 4' —ジァミノ一 3, 3' —ジメチノレジフ
ェ-ルメタン Zl, 5—ナフタレンジイソシアナート、 3, 3' —ジメトキシー 4, 4' ージ アミノビフエ-ル /3, 3' —ジメチルジフエ-ルー 4, 4' —ジイソシアナート、 3, 3' ージメトキシ 4, 4' ージアミノビフエ-ル Zo ジァ-シジンジイソシアナート、 3, 3 ' —ジメトキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル/メチレンビス（4—イソシアナ一トー 2 —メチルベンゼン）、 3, 3' —ジメトキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル /4, 4' —ジ フエ-ルメタンジイソシアナ一 HMDI)、 3, 3' —ジメトキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ -ル /2, 4 トルエンジイソシアナート（2, 4— TDI)、 3, 3' —ジメトキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル Z2, 6 トルエンジイソシアナート（2, 6— TDI)、 3, 3' —ジメ トキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル/ビス（4—イソシアナ一トフエ-ル）エーテル、 3 , 3' —ジメトキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル/ p フエ-レンジイソシアナート、 3 , 3' —ジメトキシ一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル Z1, 5—ナフタレンジイソシアナ一ト 、 3, 3' —ジメチル— 4, 4' —ジアミノビフエ-ル Z3, 3' —ジメチルジフエ-ルー 4, 4' —ジイソシアナート、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル /o ジ ァ-シジンジイソシアナート、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル/メチ レンビス（4—イソシアナ一トー 2—メチルベンゼン）、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジ アミノビフエ-ル /4, 4' —ジフエ-ルメタンジイソシアナ一 HMDI)、 3, 3' —ジメ チルー 4, 4' —ジアミノビフエ-ル /2, 4 トルエンジイソシアナート（2, 4— TDI)、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル Z2, 6—トルエンジイソシアナ一ト（ 2, 6— TDI)、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル/ビス（4—イソシアナ ートフエ-ル）エーテル、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル Zp フエ 二レンジイソシアナート、 3, 3' —ジメチル一 4, 4' —ジアミノビフエ-ル /1, 5 ナ フタレンジイソシアナート、 4, 4' —メチレン一ビス（2 クロロア-リン） /3, 3' —ジ メチルジフエ-ルー 4, 4' —ジイソシアナート、 4, 4' —メチレン一ビス（2 クロロア 二リン） Zo ジァ-シジンジイソシアナート、 4, 4' ーメチレン ビス（2 クロロア- リン） Zメチレンビス（4—イソシアナ一トー 2—メチルベンゼン）、 4, 4' —メチレン一 ビス（2 クロロア-リン） Z4, 4' —ジフエ-ルメタンジイソシアナ一 HMDI)、 4, 4 ' —メチレン一ビス（2—クロロア-リン） Z2, 4—トルエンジイソシアナート（2, 4— T DI)、 4, 4' ーメチレン ビス（2 クロロア-リン） Z2, 6 トノレェンジイソシアナート
(2, 6— TDI)、4, 4' —メチレン一ビス（2 クロロア-リン）/ビス（4—イソシアナ一 トフエ-ル）エーテル、 4, 4' —メチレン一ビス（2 クロロア-リン）/ p フエ-レン ジイソシアナート、 4, 4' ーメチレン ビス（2 クロロア-リン） Z1, 5 ナフタレンジ イソシアナート、 1, 3—ジアミノー 5—シァノベンゼン Z2, 6—ナフタレンジイソシアナ ートを挙げることができる。ジイソシアナートモノマーとジァミンモノマーを重合させた 素材 (ポリ尿素）である。
[0051] 高分子圧電膜において、分極反転が起こるまでポーリングすることが好ましぐ分極 反転は、ポーリング電場の方向を繰り返し反転させて印加することによって得られる。 このような分極分布状態の形成を充分にさせるのには、温度によって異なるが、常温 では数万回〜数十万回と必要であるが、 80°C以上の高温では数回〜数十回でよい
。また、受信用圧電素子の場合には、該素子の薄膜形成時に lmWZcm2〜lkWZ cm 2のコロナ処理を常圧で実施してもよ 、。
[0052] 送信用圧電素子の材料は PZTが屡々使用されるが、近年は鉛を含まないものが推 奨される。水晶、ニオブ酸リチウム (LiNbO )、ニオブ酸タンタル酸カリウム [K(Ta,
3
Nb) 0 ]、チタン酸バリウム（BaTiO )、タンタル酸リチウム（LiTaO )、又はチタン酸
3 3 3 ストロンチウム（SrTiO )等である。又、受信用圧電素子の材料はポリフッ化ビニリデ
3
ン、ポリ尿素、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステルおよびポリオレフインカも選ばれる少 なくとも 1種を 60モル％〜 100モル0 /0含む榭脂である。
[0053] 図 1、図 2に図示したように、超音波の収束のために音響レンズ 5を第二音響整合 層 4に接合させてもよい。またここでは整合層は 2層構造である力 被検体によってよ り多層にする場合、あるいは 1層カゝ整合層のない場合であってもよい。好ましい整合 層数は 2〜3である。
実施例
[0054] 以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定され ない。
[0055] 〔送信圧電素子と受信圧電素子の間に設置する 3層型音響整合層の形成〕
送信圧電素子として PZTを用いた。また、受信圧電素子の有機材料 (AW榭脂)と して、ポリ（フッ化ビ-リデン /3フッ化工チレン）のフッ化ビ-リデン組成比率が 82モル
%の材料を用いた受信圧電素子を試料 1とし、ポリ（フッ化ビ-リデン /3フッ化工チレ ン）のフッ化ビ-リデン組成比率が 87モル％の材料を用いた受信圧電素子を試料 2 とした。更に、ポリ（フッ化ビ-リデン /パーフルォロアルキルビュルエーテル（PFT) ) のフッ化ビ-リデン組成比率が 87モル％の材料を用いた受信圧電素子を試料 3とし た。これらをアレイ加工して、既存の方法で、信号を取り出した。
[0056] 図 2に示す本発明の超音波探触子について、榭脂として、エポキシレジン AW— 1 06/HV953U (ナガセケムテックス株式会社製)を用い、図 2に示す本発明の超音 波探触子は、各受信用圧電素子上に設置する第 1層は、上記それぞれの AW榭脂 に平均粒径 6〜8 μ mのタングステン粉末を 12. 5倍配合した榭脂溶液 1を用いて形 成した。第 2層は、上記それぞれの AW榭脂に粒径 3〜5 /ζ πιの範囲のタングステン 粉末を 3. 6倍配合した榭脂溶液 2を用いて形成した。第 3層は、上記それぞれの AW 榭脂のみでフィラーを添加しな力つた榭脂溶液 3を用いて形成した。 AW榭脂の架橋 は、 100°Cで 10分間行った。上記条件で第 1層の榭脂溶液 1を用いて第 1層を形成 し、次に第 2層の榭脂溶液 2を用いて第 2層を形成し、次に第 3層の榭脂溶液 3を用 いて第 3層を形成し、各層の厚みは 75 m、合計 225 mの厚さの傾斜型積層音響 整合層を形成した。
[0057] 得られた傾斜型積層音響整合層の特性を、以下に示す。すなわち、第 1層の音響 インピーダンス Z= 14. 8Mrayl、第 2層の音響インピーダンス Z = 6. 2Mrayl、そし て第 3層の音響インピーダンス Z = 5Mraylとなった。音響インピーダンスの値が圧電 素子の音響インピーダンス（約 28Mrayl)力 人体の音響インピーダンスである 1. 5 Mraylに除々に変化して整合した層を形成することが確認できた。
[0058] このようにして、送信用圧電素子と受信用圧電素子の間に音響インピーダンスを挿 入することにより、試料 1 <試料 2=試料 3の順に SZN比の高い高調波イメージング を確認した。
[0059] 以上から明らかなように、本発明の超音波探触子は、音響的性能の高い超音波探 触子を提供することができる。
Claims
[1] 送受信分離型の複合型圧電素子が配置された多チャンネル型アレイ型の超音波 探触子において、該複合型圧電素子は、セラミック材料からなる送信用圧電素子と 有機材料からなる受信用圧電素子の間に音響整合層を設けたことを特徴とする多チ ヤンネル型アレイ型の超音波探触子。
[2] 前記有機材料は、ポリフッ化ビ-リデン、ポリ尿素、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステ ル及びポリオレフインカ 選ばれる少なくとも 1種を 60モル％以上、 100モル％以下 含む榭脂であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型 の超音波探触子。
[3] 前記有機材料は、ポリ（フッ化ビ-リデン/パーフルォロアルキルビュルエーテル 又はパーフルォロアルコキシエチレン）共重合体であり、かつ、フッ化ビ-リデン組成 比率が 85モル％以上、 99モル％以下であり、パーフルォロアルキルビュルエーテル 又はパーフルォロアルコキシエチレン組成比率が 1モル％以上、 15モル％以下であ ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探 触子。
[4] 前記音響整合層は複数層で形成されており、該複数層のうち、両面の最外層それ ぞれの音響インピーダンスの値は、 5Mrayl以上、 28Mrayl以下の範囲であることを 特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[5] 前記音響整合層は、フィラーの含有量が異なる層を複数積層した構成であることを 特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[6] 前記フイラ一は、タングステン、フェライト及びアルミナ力 選ばれる少なくとも 1種で あることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探 触子。
[7] 前記セラミック材料は、 PZT、水晶、ニオブ酸リチウム (LiNbO )、ニオブ酸タンタル
3
酸カリウム [K(Ta， Nb) 0 ]、チタン酸バリウム（BaTiO )、タンタル酸リチウム（LiTa
3 3
O )及びチタン酸ストロンチウム（SrTiO )から選ばれる少なくとも 1種であることを特
3 3
徴とする請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[8] 前記音響整合層のバインダー力 ポリビュルブチラール、ポリオレフイン、ポリシクロ
ォレフィン、ポリアタリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリスルホン、シリコ ーン、エポキシ及びその誘導体力も選ばれる少なくとも 1種の榭脂であることを特徴と する請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[9] 前記送受信分離型の複合型圧電素子は、前記送信用圧電素子と前記受信用圧電 素子が、音響レンズとバッキング層とで挟まれていることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子。
[10] 請求の範囲第 1項に記載の多チャンネル型アレイ型の超音波探触子を製造する多 チャンネル型アレイ型の超音波探触子の製造方法であって、超音波探触子の音響 整合層は、インクジェット方式で塗布されることを特徴とする多チャンネル型アレイ型 の超音波探触子の製造方法。
[11] 前記インクジェット方式は、インクジェットインクとして、バインダーを含む吐出液とフ イラ一を含む吐出液とを吐出できることを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の多 チャンネル型アレイ型の超音波探触子の製造方法。
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