超音波探触子
【課題】アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生を抑えることができるとともに、被着体側の変形を抑えることができるため、音響性能を向上させることができる超音波探触子を提供する。
【解決手段】圧電振動子１と、圧電振動子の一方の面側に形成された第１電極層１ａと、第１電極層に第１接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層３と、音響整合層上に第２接着層を介して積層され、第２接着層側に電極パターンが形成された第１のフィルム４と、圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層１ｂと、第２電極層に第３接着層を介して積層され、第３接着層側の面に電極パターンが形成された第２のフィルム６と、第２のフィルムの他方の面側に第４接着層を介して積層された背面負荷材７とを備え、第１乃至第４接着層のうち、少なくとも１つの接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤１０、１１を配合させた。
【解決手段】圧電振動子１と、圧電振動子の一方の面側に形成された第１電極層１ａと、第１電極層に第１接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層３と、音響整合層上に第２接着層を介して積層され、第２接着層側に電極パターンが形成された第１のフィルム４と、圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層１ｂと、第２電極層に第３接着層を介して積層され、第３接着層側の面に電極パターンが形成された第２のフィルム６と、第２のフィルムの他方の面側に第４接着層を介して積層された背面負荷材７とを備え、第１乃至第４接着層のうち、少なくとも１つの接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤１０、１１を配合させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検者の体内に放射し、各体内組織の境界で反射する超音波から体内の画像を表示することが可能な超音波診断装置に接続される超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
次に、図面を用いて本発明の従来技術について説明する。図５は従来の超音波探触子の構成を示す図である（例えば下記の特許文献１参照）。この図の説明において「上」及び「下」とはそれぞれ図面の紙面平面における上方向及び下方向を言うものとする。図５において、両面に電極を設けた圧電振動子５１は、超音波を送受信するための素子である。圧電振動子５１の上面には第１の電極層として第１の接地電極層５１ａが、下面には第２の電極層として第１の正電極層５１ｂが、それぞれ形成されている。
【０００３】
導体の音響整合層５３は、被検体（生体）に超音波を効率よく送受信するためのもので、加圧硬化された絶縁性の接着剤層５２を介して、圧電振動子５１の上面（接地電極層５１ａ側）に積層されている。音響整合層５３上には、加圧硬化された絶縁性接着剤層５２を介して、ポリイミドなどの高分子フィルム５４が積層されている。高分子フィルム５４は、音響整合層としてのフィルム本体５４ａと、このフィルム本体５４ａの絶縁性接着剤層５２側に形成された導体層（銅層）５４ｂとの２層からなる。生体との音響的な整合を更に図るため、前記フィルム本体５４ａの面上に、接着剤層を介して高分子材料などの音響整合層５５を積層することもある。更に前記音響整合層５５の面上には音響レンズ５８を設ける。
【０００４】
なお、圧電振動子５１と圧電振動子５１上に積層されている複数の音響整合層は、ダイシングにより、電気的に独立した複数のアレイに分割されている。圧電振動子５１の下面（第１の正電極層５１ｂ側）には、加圧硬化された絶縁性接着剤層５２を介してＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)５６が積層されている。このＦＰＣ５６は、ポリイミドのベース部５６ｂと、このベース部５６ｂ上の圧電振動子５１側には、圧電振動子５１に対応した導電パターン５６ａが形成されている。又、ＦＰＣ５６の両サイド（図５中の背面負荷材５７の左右の部分）は、圧電振動子５１との積層部分より延出し、延出部分の両端は電極取出し部５８が形成されている。背面負荷材５７はＦＰＣ５６のベース部５６ｂ側に接着剤を介して取り付けられ、圧電振動子５１を機械的に支え、圧電振動子５１に音響的に制動をかけて、超音波パルス波形を短くする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２３４９７号公報（第３−５頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の超音波探触子においては、圧電振動子５１の第１の接地電極層５１ａと導電性の音響整合層５３、及び音響整合層５３と導電パターンが形成された高分子フィルム５４、また、前記圧電振動子５１の第１の正電極層５１ｂとＦＰＣ５６の導電パターン５６ａとを、絶縁性であるエポキシ樹脂接着剤を用いてそれぞれ積層し、少なくとも、３Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力Ｐを印加し、これらを固着する。
【０００７】
接着剤が硬化する過程において、接着剤の体積の減少が生じる。被着体に接着されている部分、つまり超音波放射面は、上述した材料により拘束されているため、接着剤の収縮により応力が発生し、接着後の接合体に内部応力として残留する。内部応力により、真の接着強度よりも実際の接着強度は低下する。その為、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷により、層間剥離が発生する。また、内部応力によって被着体側が変形するため、超音波放射面が歪み、超音波探触子の音響性能が劣化するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、品質を良好に維持した構造の超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によれば、超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子において超音波受信方向と交差する第１の面に形成された第１電極層と、前記第１電極層に第１接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層と、前記音響整合層上に第２接着層を介して積層され、前記第２接着層側に電極パターンが形成された第１のフィルムと、前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と、前記第２電極層に第３接着層を介して積層され、前記第３接着層側の面に電極パターンが形成された第２のフィルムと、前記第２のフィルムの他方の面側に第４接着層を介して積層された背面負荷材とを備える超音波探触子であって、前記第１乃至第４接着層のうち、少なくとも１つの接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤を配合させたことを特徴とする超音波探触子が提供される。
この構成により、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生を抑えることができるとともに、被着体側の変形を抑えることができるため、音響性能を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の超音波探触子において、前記各接着層が加圧加熱硬化された熱硬化型２液性接着剤で形成されていることは、本発明の好ましい態様である。
【００１１】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤が前記熱硬化型２液性接着剤より低熱膨張性の性質を有していることは、本発明の好ましい態様である。
【００１２】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤の長手方向が、前記圧電振動子の超音波放射面と略平行になるように配向していることは、本発明の好ましい態様である。
【００１３】
また、本発明の超音波探触子において、前記フレーク状の充填剤の平面と前記圧電振動子の超音波放射面が略平行となっていることは、本発明の好ましい態様である。
【００１４】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤が導電性又は絶縁性であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１５】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤が、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１６】
また、本発明の超音波探触子において、前記フレーク状の充填剤が、グラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１７】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤がシランカップリング剤で表面処理してなるものであることは、本発明の好ましい態様である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超音波探触子は、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生を抑えることができるとともに、被着体側の変形を抑えることができるため、音響性能を向上させることができる。すなわち、各接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤を配合し、硬化収縮を低減させる方向に繊維状の充填材の長手方向又はフレーク状の充填剤の長手方向を配向させる。これにより、音響材料積層方向、つまり超音波出射方向は、接着剤の硬化収縮により、材料間が極めて薄くなり、対向する材料が密着するので音響性能が向上する。超音波放射面方向（面の広がり方向）は、前記絶縁性接着剤の硬化収縮が低減されるので、接着強度は改善され、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生が抑えられる。結果、被着体側の変形が抑えられるので、超音波探触子の音響性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本発明の実施の形態に係る超音波探触子の斜視図
【図１ｂ】本発明の実施の形態に係る超音波探触子の概略断面図
【図２ａ】本発明の実施の形態に用いられる接着剤層中の充填剤を示す概略斜視図
【図２ｂ】本発明の実施の形態に用いられる接着剤層中の他の充填剤を示す概略斜視図
【図３】本発明の実施の形態に用いられる接着剤の硬化収縮を示す概略断面図
【図４】本発明の実施の形態における別の構成からなる超音波探触子の概略断面図
【図５】従来の超音波探触子の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。図１ａは本発明の実施の形態に係る超音波探触子の斜視図を示し、図１ｂは概略断面図を示している。なお、図の説明において「上」とは図面の上方向を言うものとする（図２ａ、図２ｂ、図３、図４においても同様とする）。図１ａ、図１ｂにおいて、圧電振動子１は、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛[Pb(Zr,Ti)]: Lead Titanate Zirconate)系などの圧電セラミックス、単結晶、及びＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン：PolyVinylidene DiFluoride)などの高分子などを用いた圧電素子である。複数の圧電振動子１の一方の面上には第１の電極層として第１の接地電極層１ａが、他方の面側には第２の電極層として第１の正電極層１ｂが、前もってそれぞれ形成されている。
【００２１】
本実施の形態では、第１の接地電極層１ａ、第２の正電極層１ｂは、高周波化に有効な厚さ１０００オングストローム程度の金スパッタ電極層としたが、材質を限定するものではない。圧電振動子１の第１の接地電極層１ａ側には、接着剤２ａを介して、超音波を効率良く伝播させるための導体の第１の音響整合層３が積層されている。導体の第１の音響整合層３には、例えばグラファイトなどが用いられている。さらに、第１の音響整合層３上には、接着剤２ｂを介して、第１のフィルムとしての高分子フィルム４が積層されている。高分子フィルム４は、音響整合層としてのフィルム本体４ａ（不図示）と、このフィルム本体４ａの接着剤２ｂ側に形成された、例えば銅層からなる電極パターン４ｂ（不図示）との２層からなる。
【００２２】
そして、この高分子フィルム４の端部は、圧電振動子１との積層部分より延出し、延出部分の先端は接地用電気端子（図示せず）に電気的に接続される。なお、電極パターン４ｂの銅層表面には、蒸着、めっき、スパッタリングにより、金又はニッケル層などを形成し、酸化防止を行うのが望ましい。フィルム本体４ａの面上には、接着剤２ｃを介して、超音波を効率良く伝播させるための、高分子材料などの第２の音響整合層５を積層している。第２の音響整合層５の材料としては、例えばエポキシやポリイミド、ポロエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイドなどがある。
【００２３】
さらに第２の音響整合層５の面上には、接着剤層（不図示）を介して音響レンズ８が積層されている。これはシリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの材料で形成され、超音波を収束するためのもので、上側（被検体側）が凸曲面形状をしている。圧電振動子１の第１の正電極層１ｂ側には、接着剤２ｄを介して、第２のフィルムとしてのＦＰＣ６が積層されている。このＦＰＣ６は、ポリイミドのベース部６ａ（不図示）と、このベース部６ａ上の圧電振動子１側には、圧電振動子１に対応するように形成された、例えば銅層からなる導電パターン６ｂとで構成されている。
【００２４】
また、ＦＰＣ６の両サイド（図１ａ中で、背面負荷材７の手前側と奥側の部分）は、圧電振動子１との積層部分より延出し、延出部分の両端は信号用電気端子（図示せず）に電気的に接続される。なお、導電パターン６ｂの銅層表面には、蒸着、めっき、スパッタリングにより、金又はニッケル層などを形成し、酸化防止を行うのが望ましい。背面負荷材７はＦＰＣ６のベース部６ａ（不図示）側に、接着剤２ｅを介して取り付けられ、圧電振動子１を機械的に支え、圧電振動子１に音響的な制動をかけて、超音波パルス波形を短くする。背面負荷材７は、フェライトゴムやエポキシ、ウレタンゴムなどにマイクロバルーンやタングステン粉末などを混入した材料を用いる。各々の音響材料を積層し接着する接着剤２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、その中に繊維状若しくはフレーク状の充填剤を配合した熱硬化型２液性接着剤である。なお、充填剤はフレーク状のみでなく平坦な板状のものであってもよい。
【００２５】
次に、以上のように構成された超音波探触子の動作を説明する。超音波診断装置本体（図示せず）の送信部から送信された複数の電気信号は、ケーブル（図示せず）及びＦＰＣ６を介して、アレイ状に配列された複数の圧電振動子１に印加される。圧電振動子１は、加えられた電気信号に対応して、超音波(機械振動)を励起(送波)する。励起された超音波は、第１の音響整合層３、第２の音響整合層５、音響レンズ８によって生体との音響的な整合が図られ、音響レンズ８で収束されて生体内へ送波される。
【００２６】
また、圧電振動子１は、圧電効果により、生体より戻って来た超音波に対応して電気信号を発生(受波)する。電気信号に変換された後、ケーブルを介して超音波診断装置本体の受信部に送信される。受信部で受信した信号を処理し、超音波診断装置本体の表示部に受信信号の画像を表示することにより、患者の体内の画像をモニター上で確認できる。これらの動作は従来の超音波探触子と同様のものであるが、本発明の超音波探触子は、上記の本体の送信、受信方式に限定されるものではない。
【００２７】
ところで、背面負荷材７とＦＰＣ６との間、圧電振動子１の第１の正電極層１ｂとＦＰＣ６の導電パターン６ｂ（不図示）との間、圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３との間、導電性の第１の音響整合層３と電極パターン４ｂ（不図示）が形成された高分子フィルム４との間、高分子フィルム４と第２の音響整合層５との間には、その中に繊維状若しくはフレーク状の充填剤を配合した熱硬化型２液性接着剤２ｅ、２ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ介在している。
【００２８】
上述した接着剤２ｅ、２ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃについて図２を用いて詳細に説明する。図２ａ、図２ｂは本発明の実施の形態に用いられる接着剤層中の充填剤を示す概略斜視図を示している。図２ａは接着剤の中に繊維状の充填剤を配合した例を示し、図２ｂは接着剤の中にフレーク状の充填剤を配合した例を示している。
【００２９】
図２ａにおいて、接着剤３２には熱硬化型２液性エポキシ系接着剤を用いている。まず、熱硬化型２液性接着剤の主剤に、繊維状充填剤１０を一定量配合する。繊維状充填剤１０は、熱硬化型２液性の接着剤３２より低熱膨張性の性質を有しているものを選択する。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物でもよい。ここでは、炭素繊維を使用した例について説明する。熱硬化型２液性の接着剤３２における炭素繊維の繊維状充填剤１０の配合量は、接着剤組成物全体に対し炭素繊維の繊維状充填剤１０の含有率が通常、２〜３０重量％になるよう配合する。配合量が２重量％を下回ると線膨張係数の低下効果がなく、他方、３０重量％を越えると接着強度の低下が生じるとともに、接着剤３２の流動性が不足して接着剤層厚の均一性が劣化する。
【００３０】
次に、炭素から成る繊維の繊維状充填剤１０を配合した熱硬化型２液性の接着剤３２の主剤を攪拌し、主剤中の繊維状充填剤１０を均一に分散させる。また、攪拌によって主剤に混入した空気を除くため真空脱泡を行う。次に、炭素から成る繊維状充填剤１０を配合した熱硬化型２液性の接着剤３２の主剤に硬化剤を配合し、再度攪拌し、真空脱泡を行う。ここで、接着剤硬化前後での体積収縮を小さくし寸法安定性を高く保つには、低熱膨張性の性質を有する炭素の材質から成る繊維状の充填剤を配合し、体積収縮を低減させる方向に繊維状充填剤を配向させることが有効である。
【００３１】
本実施の形態では、図２ａおよび下記に示すように、繊維状充填剤の長手方向は、被着体３３の長手方向、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３と平行になるように配向させた。その結果、接着剤３２の厚み方向、つまり超音波射出方向１２に対し、被着体３３の長手面方向、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３の面方向において、接着剤３２の体積収縮が低減される。つまり、接着剤の硬化収縮が低減されることとなる。なお、繊維状の充填材は、所定の繊維を定尺に分割する事により、均一形状とすることができる。このため、収縮低減度合いのばらつきを充填材が形状不均一の場合に比較し小さく抑えることができる。
【００３２】
上述した繊維状充填剤１０の代わりに、図２ｂに示すフレーク状のフレーム状充填剤１１を用いてもよい。フレーク状充填剤１１は、繊維状充填剤１０と同様に、熱硬化型２液性の接着剤３２より低熱膨張性の性質を有しているものを選択する。例えば、グラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物でもよい。また、図２ｂに示すように、フレーク状充填剤１１の平面と被着体３３の接着面、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３との方向がほぼ一致するようにフレーク状充填剤１１を配向させる。その結果、接着剤３２の厚み方向、つまり超音波射出方向１２に対し、被着体３３の長手面方向、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３の面方向において、接着剤３２の体積収縮が低減される。つまり、接着剤の硬化収縮が低減されることとなる。また、超音波放射面の面に垂直な方向での接着剤収縮ばらつきを小さく抑えることができる。
【００３３】
図３は接着剤の硬化収縮を示す概略断面図である。図３を用いて低熱膨張性の性質を有する材質から成る繊維状充填剤を配合し、体積収縮を低減させる方向に繊維状充填剤を配向させることが有効であることを説明する。
【００３４】
圧電振動子１面上に形成された第１の接地電極層１ａの表面に平均繊維径が２μm 以下、その長さが５〜５０μｍの極めて細い炭素繊維（例えばカーボンナノチューブなど）を均一分散させた熱硬化型２液性の接着剤２を塗布し、導体の第１の音響整合層３を積層する。塗布方法は、例えば音響材料上(圧電振動子1面上の第1の接地電極層1ａ上にスクリーンマスクを載せ、スキジで接着剤２を引き延ばす方法で行う。
これらの材料同士を圧接、固着するとき、高圧力を印加するため、繊維状充填剤１０は塗布した当初、上下方向に立ち上がった状態であっても材料間に押し当てられ、水平方向に押し倒されるような力が働き、その結果、繊維状充填剤１０の長手方向は、圧電振動子１の超音波放射面方向１３と平行になるように配向される。また、圧電振動子１の表面粗さによる窪みより飛び出て、材料間に挟まれる炭素繊維（図３のＡ部に示す）は、印加された圧力により粉砕され、その欠片は他の窪みに入ることとなる。
【００３５】
炭素の繊維状充填剤１０を均一分散させた熱硬化型２液性の接着剤２は加熱することによってこれらを固着する。ここで図３のＢ部に示す箇所では、厚さが極めて０（ゼロ）に近くなっている、つまり圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３とが接触している箇所であり、この接触箇所では導通抵抗は小さくなる。対向する導体部材の表面粗さから、その表面には幾何学的不規則性（凹凸）がある。それゆえに、場所によっては、上述したように、厚さが極めて０（ゼロ）に近くなっている箇所もあれば、逆に厚さが極めて厚い箇所も存在する。厚い箇所では、炭素の繊維状充填剤１０が充填されることになる。特に、圧電振動子１の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は３．５μｍから６．５μｍの範囲内にあり、接着剤２が圧電振動子１の表面にある空隙に浸入硬化し、釘又はくさびのような働きをする投錨効果（アンカー効果）によって、接着強度が増すこととなる。
【００３６】
ここで、繊維状充填剤１０は炭素繊維など、導電性であるものを選択することにより、各導体部材の凹凸に伝導性である繊維状充填剤１０が入り込み、材料相互の導体間を電気的に接続する、すなわち互いの材料の導体部の接触面積が大きくなるので、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなるとともに、ノイズなどの発生を押さえることが可能となる。勿論、導電性であるフレーク状の充填剤、例えば、グラファイト、タングステン、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物を用いても、同様の効果を有する。
【００３７】
ここで、使用する熱硬化型２液性エポキシ系の接着剤２より、低熱膨張性の性質を有する炭素の材質から成る繊維状充填材１０の長手方向を、圧電振動子１の超音波放射面方向１３と平行になるように配向させることにより、超音波放射面方向１３において、接着剤２の体積収縮を低減させ、内部応力の蓄積を低減することが可能となり、従来技術の層間剥離の発生、超音波放射面の歪み、さらに超音波探触子の音響性能の劣化という問題を解決することができる。
【００３８】
ここで、２液性エポキシ系接着剤を用いる理由を以下に述べる。
（１）２液性を選択することにより、1液性のものに比べ接着剤の硬化温度が低くなり、これにより、圧電素子を高温環境に晒さずに済むので、圧電素子の性能を劣化させることなく、製作が容易な超音波探触子を提供することができる。例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤでは、標準硬化温度・時間は６０℃・９０分である。
（２）ガラス転移温度が１００℃以上と高く、耐熱性に優れ、医療用としてＵＳＰ（United States Pharmacopeia：医薬品の安全試験に関する基準）に対応できる。
例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤのガラス転移温度は１２４℃である。
（３）接着剤の常温放置が可能であり、保管性に優れる。例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤの保管期間は室温保管で１年間である。
（４）接着剤の常温放置が可能であることより、接着剤主剤に繊維状若しくはフレーク状の充填剤を均一分散した後、その接着剤を使用する際に、硬化剤を加えることによって直ぐに接着作業ができるので（冷蔵庫から出して暖める等の必要が無いため）作業性に優れる。
（５）２液性エポキシ系接着剤はローコストである。
【００３９】
また、繊維状若しくはフレーク状の充填剤とエポキシ系接着剤との密着性は、上記充填剤に対し、下記に示したような処理剤で表面処理を施すことで向上させることができる。表面処理剤としては、シランカップリング剤が好ましく、具体的にはγ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-(3、4-エポキシシクロヘキシル) エチルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル- トリス (2-メトキシエトキシ) シラン、γ- メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ- アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ- メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。表面処理法の例としては、上記のようにシランカップリング剤の０．０１〜１重量％の水溶液或いは水分散液中に上記充填剤を浸漬した後、温度 １４０〜１６０ ℃で１〜２時間の熱処理をする方法が挙げられる。
【００４０】
図４は本発明の実施の形態において、別の構成からなる超音波探触子の概略断面図を示す。炭素繊維（例えばカーボンナノチューブなど）、亜鉛繊維など、低熱膨張性の性質を有し、かつ、導電性を有する繊維状の材料、若しくはグラファイト、タングステン、銀からなるフレーク状の材料を接着剤に配合することにより、材料相互の導体間を電気的に接続することが可能となる。すなわち、図４に示す、圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３との間、第１の音響整合層３と導電パターンが形成された高分子フィルム４との間、及び圧電振動子１の第１の正電極層１ｂとＦＰＣ６の導電パターン６ｂとの間に介在する接着剤２ａに上述した接着剤を用いる。
【００４１】
また、ガラス繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維など、低熱膨張性の性質を有しているが絶縁性である繊維状の材料を配合した、若しくはガラスなど絶縁性であるフレーク状の材料を配合した接着剤２ｂを、高分子フィルム４と第２の音響整合層５、及びＦＰＣ６のベース部６ａと背面負荷材７との間に介在させる。勿論、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である充填剤を配合させた接着剤、又はグラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である充填剤を配合させた接着剤を用いることにより、材料相互の導体間を電気的に接続し、かつ、硬化収縮の低減と接着強度の確保の改良がなされることは言うまでもない。
【００４２】
繊維として平均繊維径が２μm 以下の極めて細い物、若しくはフレークとして厚さが２μm以下の極めて薄い物を用いることにより、背面負荷材７とＦＰＣ６との間、圧電振動子１の第１の正電極層１ｂとＦＰＣ６の導電パターン６ｂ（不図示）との間、圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３との間、及び導電性の第１の音響整合層３と電極パターン４ｂ（不図示）が形成された高分子フィルム４、また高分子フィルム４と第２の音響整合層５との間は、互いの材料を極めて薄く接着させ、接着剤や接着剤内にある充填剤による超音波の吸収・反射・散乱損失を抑えることが可能となり、超音波探触子の感度が確保される。
【００４３】
また、超音波射出方向１２（接着剤厚み方向）の接着剤硬化収縮１４に対し、超音波放射面方向１３の接着剤硬化収縮１５を低減させることが可能となり、内部応力の蓄積を低減することができるとともに、接着積層された圧電振動子１、導電性の第１の音響整合層３、電極パターン４ｂが形成された高分子フィルム４、ＦＰＣ６の導電パターン６ｂにおける電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなる。
【００４４】
このように、材料相互の導体間を電気的に接続する必要のある層には、導電性である繊維状、あるいはフレーク状の充填剤を選択し、材料相互間に電気的接続を必要としない場合は、絶縁性である繊維状、あるいはフレーク状の充填剤を選択するなど、様々な組み合わせが選択可能である。なお、上記実施の形態では、リニア型の超音波探触子で説明を行ったが、その他のコンベックス型やマトリックスアレー型の超音波探触子についても同様に実施可能である。また、繊維状又はフレーク状の充填剤は、特定の接着層にのみ配合されるよう構成してもよく、またすべての接着層に配合されるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の超音波探触子は、以上のように、圧電振動子、導電性の音響整合層、電極パターンが形成された第1のフィルム、及び電極パターンが形成された第２のフィルム、該第２のフィルムの他方の面側に背面負荷材を積層接着する際に、接着層に繊維状又はフレーク状の充填材を配合させた熱硬化型２液性接着剤を用いることによって、音響材料積層方向、つまり超音波出射方向は、接着剤の硬化収縮により、材料間が極めて薄くなり、対向する材料が密着するので、超音波探触子の音響性能が向上する。また、超音波放射面方向は、前記絶縁性接着剤の硬化収縮が低減されるので、接着強度は向上し、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生が抑えられとともに、被着体側の変形が抑えられるので、超音波探触子の音響性能が向上するという効果を有し、超音波を被検者の体内に放射し、各体内素子の境界で反射する超音波から、体内の画像を表示することのできる超音波診断装置に接続される超音波探触子などとして有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 圧電振動子
１ａ 第１の接地電極層
１ｂ 第１の正電極層
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ 接着剤（接着層）
３ 第１の音響整合層
４ 高分子フィルム
４ａ フィルム本体
４ｂ 電極パターン
５ 第２の音響整合層
６ ＦＰＣ
６ａ ベース部
６ｂ 導電パターン
７ 背面負荷材
８ 音響レンズ
９ アレイ
１０ 繊維状充填剤
１１ フレーク状充填剤
１２ 超音波射出方向
１３ 超音波放射面方向
１４ 接着剤硬化収縮（厚み方向）
１５ 接着剤硬化収縮（面方向）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検者の体内に放射し、各体内組織の境界で反射する超音波から体内の画像を表示することが可能な超音波診断装置に接続される超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
次に、図面を用いて本発明の従来技術について説明する。図５は従来の超音波探触子の構成を示す図である（例えば下記の特許文献１参照）。この図の説明において「上」及び「下」とはそれぞれ図面の紙面平面における上方向及び下方向を言うものとする。図５において、両面に電極を設けた圧電振動子５１は、超音波を送受信するための素子である。圧電振動子５１の上面には第１の電極層として第１の接地電極層５１ａが、下面には第２の電極層として第１の正電極層５１ｂが、それぞれ形成されている。
【０００３】
導体の音響整合層５３は、被検体（生体）に超音波を効率よく送受信するためのもので、加圧硬化された絶縁性の接着剤層５２を介して、圧電振動子５１の上面（接地電極層５１ａ側）に積層されている。音響整合層５３上には、加圧硬化された絶縁性接着剤層５２を介して、ポリイミドなどの高分子フィルム５４が積層されている。高分子フィルム５４は、音響整合層としてのフィルム本体５４ａと、このフィルム本体５４ａの絶縁性接着剤層５２側に形成された導体層（銅層）５４ｂとの２層からなる。生体との音響的な整合を更に図るため、前記フィルム本体５４ａの面上に、接着剤層を介して高分子材料などの音響整合層５５を積層することもある。更に前記音響整合層５５の面上には音響レンズ５８を設ける。
【０００４】
なお、圧電振動子５１と圧電振動子５１上に積層されている複数の音響整合層は、ダイシングにより、電気的に独立した複数のアレイに分割されている。圧電振動子５１の下面（第１の正電極層５１ｂ側）には、加圧硬化された絶縁性接着剤層５２を介してＦＰＣ(Flexible Printed Circuits)５６が積層されている。このＦＰＣ５６は、ポリイミドのベース部５６ｂと、このベース部５６ｂ上の圧電振動子５１側には、圧電振動子５１に対応した導電パターン５６ａが形成されている。又、ＦＰＣ５６の両サイド（図５中の背面負荷材５７の左右の部分）は、圧電振動子５１との積層部分より延出し、延出部分の両端は電極取出し部５８が形成されている。背面負荷材５７はＦＰＣ５６のベース部５６ｂ側に接着剤を介して取り付けられ、圧電振動子５１を機械的に支え、圧電振動子５１に音響的に制動をかけて、超音波パルス波形を短くする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２３４９７号公報（第３−５頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の超音波探触子においては、圧電振動子５１の第１の接地電極層５１ａと導電性の音響整合層５３、及び音響整合層５３と導電パターンが形成された高分子フィルム５４、また、前記圧電振動子５１の第１の正電極層５１ｂとＦＰＣ５６の導電パターン５６ａとを、絶縁性であるエポキシ樹脂接着剤を用いてそれぞれ積層し、少なくとも、３Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力Ｐを印加し、これらを固着する。
【０００７】
接着剤が硬化する過程において、接着剤の体積の減少が生じる。被着体に接着されている部分、つまり超音波放射面は、上述した材料により拘束されているため、接着剤の収縮により応力が発生し、接着後の接合体に内部応力として残留する。内部応力により、真の接着強度よりも実際の接着強度は低下する。その為、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷により、層間剥離が発生する。また、内部応力によって被着体側が変形するため、超音波放射面が歪み、超音波探触子の音響性能が劣化するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、品質を良好に維持した構造の超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によれば、超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子において超音波受信方向と交差する第１の面に形成された第１電極層と、前記第１電極層に第１接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層と、前記音響整合層上に第２接着層を介して積層され、前記第２接着層側に電極パターンが形成された第１のフィルムと、前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と、前記第２電極層に第３接着層を介して積層され、前記第３接着層側の面に電極パターンが形成された第２のフィルムと、前記第２のフィルムの他方の面側に第４接着層を介して積層された背面負荷材とを備える超音波探触子であって、前記第１乃至第４接着層のうち、少なくとも１つの接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤を配合させたことを特徴とする超音波探触子が提供される。
この構成により、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生を抑えることができるとともに、被着体側の変形を抑えることができるため、音響性能を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の超音波探触子において、前記各接着層が加圧加熱硬化された熱硬化型２液性接着剤で形成されていることは、本発明の好ましい態様である。
【００１１】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤が前記熱硬化型２液性接着剤より低熱膨張性の性質を有していることは、本発明の好ましい態様である。
【００１２】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤の長手方向が、前記圧電振動子の超音波放射面と略平行になるように配向していることは、本発明の好ましい態様である。
【００１３】
また、本発明の超音波探触子において、前記フレーク状の充填剤の平面と前記圧電振動子の超音波放射面が略平行となっていることは、本発明の好ましい態様である。
【００１４】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤が導電性又は絶縁性であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１５】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤が、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１６】
また、本発明の超音波探触子において、前記フレーク状の充填剤が、グラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物であることは、本発明の好ましい態様である。
【００１７】
また、本発明の超音波探触子において、前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤がシランカップリング剤で表面処理してなるものであることは、本発明の好ましい態様である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超音波探触子は、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生を抑えることができるとともに、被着体側の変形を抑えることができるため、音響性能を向上させることができる。すなわち、各接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤を配合し、硬化収縮を低減させる方向に繊維状の充填材の長手方向又はフレーク状の充填剤の長手方向を配向させる。これにより、音響材料積層方向、つまり超音波出射方向は、接着剤の硬化収縮により、材料間が極めて薄くなり、対向する材料が密着するので音響性能が向上する。超音波放射面方向（面の広がり方向）は、前記絶縁性接着剤の硬化収縮が低減されるので、接着強度は改善され、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生が抑えられる。結果、被着体側の変形が抑えられるので、超音波探触子の音響性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本発明の実施の形態に係る超音波探触子の斜視図
【図１ｂ】本発明の実施の形態に係る超音波探触子の概略断面図
【図２ａ】本発明の実施の形態に用いられる接着剤層中の充填剤を示す概略斜視図
【図２ｂ】本発明の実施の形態に用いられる接着剤層中の他の充填剤を示す概略斜視図
【図３】本発明の実施の形態に用いられる接着剤の硬化収縮を示す概略断面図
【図４】本発明の実施の形態における別の構成からなる超音波探触子の概略断面図
【図５】従来の超音波探触子の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。図１ａは本発明の実施の形態に係る超音波探触子の斜視図を示し、図１ｂは概略断面図を示している。なお、図の説明において「上」とは図面の上方向を言うものとする（図２ａ、図２ｂ、図３、図４においても同様とする）。図１ａ、図１ｂにおいて、圧電振動子１は、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛[Pb(Zr,Ti)]: Lead Titanate Zirconate)系などの圧電セラミックス、単結晶、及びＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン：PolyVinylidene DiFluoride)などの高分子などを用いた圧電素子である。複数の圧電振動子１の一方の面上には第１の電極層として第１の接地電極層１ａが、他方の面側には第２の電極層として第１の正電極層１ｂが、前もってそれぞれ形成されている。
【００２１】
本実施の形態では、第１の接地電極層１ａ、第２の正電極層１ｂは、高周波化に有効な厚さ１０００オングストローム程度の金スパッタ電極層としたが、材質を限定するものではない。圧電振動子１の第１の接地電極層１ａ側には、接着剤２ａを介して、超音波を効率良く伝播させるための導体の第１の音響整合層３が積層されている。導体の第１の音響整合層３には、例えばグラファイトなどが用いられている。さらに、第１の音響整合層３上には、接着剤２ｂを介して、第１のフィルムとしての高分子フィルム４が積層されている。高分子フィルム４は、音響整合層としてのフィルム本体４ａ（不図示）と、このフィルム本体４ａの接着剤２ｂ側に形成された、例えば銅層からなる電極パターン４ｂ（不図示）との２層からなる。
【００２２】
そして、この高分子フィルム４の端部は、圧電振動子１との積層部分より延出し、延出部分の先端は接地用電気端子（図示せず）に電気的に接続される。なお、電極パターン４ｂの銅層表面には、蒸着、めっき、スパッタリングにより、金又はニッケル層などを形成し、酸化防止を行うのが望ましい。フィルム本体４ａの面上には、接着剤２ｃを介して、超音波を効率良く伝播させるための、高分子材料などの第２の音響整合層５を積層している。第２の音響整合層５の材料としては、例えばエポキシやポリイミド、ポロエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイドなどがある。
【００２３】
さらに第２の音響整合層５の面上には、接着剤層（不図示）を介して音響レンズ８が積層されている。これはシリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの材料で形成され、超音波を収束するためのもので、上側（被検体側）が凸曲面形状をしている。圧電振動子１の第１の正電極層１ｂ側には、接着剤２ｄを介して、第２のフィルムとしてのＦＰＣ６が積層されている。このＦＰＣ６は、ポリイミドのベース部６ａ（不図示）と、このベース部６ａ上の圧電振動子１側には、圧電振動子１に対応するように形成された、例えば銅層からなる導電パターン６ｂとで構成されている。
【００２４】
また、ＦＰＣ６の両サイド（図１ａ中で、背面負荷材７の手前側と奥側の部分）は、圧電振動子１との積層部分より延出し、延出部分の両端は信号用電気端子（図示せず）に電気的に接続される。なお、導電パターン６ｂの銅層表面には、蒸着、めっき、スパッタリングにより、金又はニッケル層などを形成し、酸化防止を行うのが望ましい。背面負荷材７はＦＰＣ６のベース部６ａ（不図示）側に、接着剤２ｅを介して取り付けられ、圧電振動子１を機械的に支え、圧電振動子１に音響的な制動をかけて、超音波パルス波形を短くする。背面負荷材７は、フェライトゴムやエポキシ、ウレタンゴムなどにマイクロバルーンやタングステン粉末などを混入した材料を用いる。各々の音響材料を積層し接着する接着剤２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、その中に繊維状若しくはフレーク状の充填剤を配合した熱硬化型２液性接着剤である。なお、充填剤はフレーク状のみでなく平坦な板状のものであってもよい。
【００２５】
次に、以上のように構成された超音波探触子の動作を説明する。超音波診断装置本体（図示せず）の送信部から送信された複数の電気信号は、ケーブル（図示せず）及びＦＰＣ６を介して、アレイ状に配列された複数の圧電振動子１に印加される。圧電振動子１は、加えられた電気信号に対応して、超音波(機械振動)を励起(送波)する。励起された超音波は、第１の音響整合層３、第２の音響整合層５、音響レンズ８によって生体との音響的な整合が図られ、音響レンズ８で収束されて生体内へ送波される。
【００２６】
また、圧電振動子１は、圧電効果により、生体より戻って来た超音波に対応して電気信号を発生(受波)する。電気信号に変換された後、ケーブルを介して超音波診断装置本体の受信部に送信される。受信部で受信した信号を処理し、超音波診断装置本体の表示部に受信信号の画像を表示することにより、患者の体内の画像をモニター上で確認できる。これらの動作は従来の超音波探触子と同様のものであるが、本発明の超音波探触子は、上記の本体の送信、受信方式に限定されるものではない。
【００２７】
ところで、背面負荷材７とＦＰＣ６との間、圧電振動子１の第１の正電極層１ｂとＦＰＣ６の導電パターン６ｂ（不図示）との間、圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３との間、導電性の第１の音響整合層３と電極パターン４ｂ（不図示）が形成された高分子フィルム４との間、高分子フィルム４と第２の音響整合層５との間には、その中に繊維状若しくはフレーク状の充填剤を配合した熱硬化型２液性接着剤２ｅ、２ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ介在している。
【００２８】
上述した接着剤２ｅ、２ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃについて図２を用いて詳細に説明する。図２ａ、図２ｂは本発明の実施の形態に用いられる接着剤層中の充填剤を示す概略斜視図を示している。図２ａは接着剤の中に繊維状の充填剤を配合した例を示し、図２ｂは接着剤の中にフレーク状の充填剤を配合した例を示している。
【００２９】
図２ａにおいて、接着剤３２には熱硬化型２液性エポキシ系接着剤を用いている。まず、熱硬化型２液性接着剤の主剤に、繊維状充填剤１０を一定量配合する。繊維状充填剤１０は、熱硬化型２液性の接着剤３２より低熱膨張性の性質を有しているものを選択する。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物でもよい。ここでは、炭素繊維を使用した例について説明する。熱硬化型２液性の接着剤３２における炭素繊維の繊維状充填剤１０の配合量は、接着剤組成物全体に対し炭素繊維の繊維状充填剤１０の含有率が通常、２〜３０重量％になるよう配合する。配合量が２重量％を下回ると線膨張係数の低下効果がなく、他方、３０重量％を越えると接着強度の低下が生じるとともに、接着剤３２の流動性が不足して接着剤層厚の均一性が劣化する。
【００３０】
次に、炭素から成る繊維の繊維状充填剤１０を配合した熱硬化型２液性の接着剤３２の主剤を攪拌し、主剤中の繊維状充填剤１０を均一に分散させる。また、攪拌によって主剤に混入した空気を除くため真空脱泡を行う。次に、炭素から成る繊維状充填剤１０を配合した熱硬化型２液性の接着剤３２の主剤に硬化剤を配合し、再度攪拌し、真空脱泡を行う。ここで、接着剤硬化前後での体積収縮を小さくし寸法安定性を高く保つには、低熱膨張性の性質を有する炭素の材質から成る繊維状の充填剤を配合し、体積収縮を低減させる方向に繊維状充填剤を配向させることが有効である。
【００３１】
本実施の形態では、図２ａおよび下記に示すように、繊維状充填剤の長手方向は、被着体３３の長手方向、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３と平行になるように配向させた。その結果、接着剤３２の厚み方向、つまり超音波射出方向１２に対し、被着体３３の長手面方向、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３の面方向において、接着剤３２の体積収縮が低減される。つまり、接着剤の硬化収縮が低減されることとなる。なお、繊維状の充填材は、所定の繊維を定尺に分割する事により、均一形状とすることができる。このため、収縮低減度合いのばらつきを充填材が形状不均一の場合に比較し小さく抑えることができる。
【００３２】
上述した繊維状充填剤１０の代わりに、図２ｂに示すフレーク状のフレーム状充填剤１１を用いてもよい。フレーク状充填剤１１は、繊維状充填剤１０と同様に、熱硬化型２液性の接着剤３２より低熱膨張性の性質を有しているものを選択する。例えば、グラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物でもよい。また、図２ｂに示すように、フレーク状充填剤１１の平面と被着体３３の接着面、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３との方向がほぼ一致するようにフレーク状充填剤１１を配向させる。その結果、接着剤３２の厚み方向、つまり超音波射出方向１２に対し、被着体３３の長手面方向、つまり圧電振動子１の超音波放射面１３の面方向において、接着剤３２の体積収縮が低減される。つまり、接着剤の硬化収縮が低減されることとなる。また、超音波放射面の面に垂直な方向での接着剤収縮ばらつきを小さく抑えることができる。
【００３３】
図３は接着剤の硬化収縮を示す概略断面図である。図３を用いて低熱膨張性の性質を有する材質から成る繊維状充填剤を配合し、体積収縮を低減させる方向に繊維状充填剤を配向させることが有効であることを説明する。
【００３４】
圧電振動子１面上に形成された第１の接地電極層１ａの表面に平均繊維径が２μm 以下、その長さが５〜５０μｍの極めて細い炭素繊維（例えばカーボンナノチューブなど）を均一分散させた熱硬化型２液性の接着剤２を塗布し、導体の第１の音響整合層３を積層する。塗布方法は、例えば音響材料上(圧電振動子1面上の第1の接地電極層1ａ上にスクリーンマスクを載せ、スキジで接着剤２を引き延ばす方法で行う。
これらの材料同士を圧接、固着するとき、高圧力を印加するため、繊維状充填剤１０は塗布した当初、上下方向に立ち上がった状態であっても材料間に押し当てられ、水平方向に押し倒されるような力が働き、その結果、繊維状充填剤１０の長手方向は、圧電振動子１の超音波放射面方向１３と平行になるように配向される。また、圧電振動子１の表面粗さによる窪みより飛び出て、材料間に挟まれる炭素繊維（図３のＡ部に示す）は、印加された圧力により粉砕され、その欠片は他の窪みに入ることとなる。
【００３５】
炭素の繊維状充填剤１０を均一分散させた熱硬化型２液性の接着剤２は加熱することによってこれらを固着する。ここで図３のＢ部に示す箇所では、厚さが極めて０（ゼロ）に近くなっている、つまり圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３とが接触している箇所であり、この接触箇所では導通抵抗は小さくなる。対向する導体部材の表面粗さから、その表面には幾何学的不規則性（凹凸）がある。それゆえに、場所によっては、上述したように、厚さが極めて０（ゼロ）に近くなっている箇所もあれば、逆に厚さが極めて厚い箇所も存在する。厚い箇所では、炭素の繊維状充填剤１０が充填されることになる。特に、圧電振動子１の両面に形成された電極層の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は３．５μｍから６．５μｍの範囲内にあり、接着剤２が圧電振動子１の表面にある空隙に浸入硬化し、釘又はくさびのような働きをする投錨効果（アンカー効果）によって、接着強度が増すこととなる。
【００３６】
ここで、繊維状充填剤１０は炭素繊維など、導電性であるものを選択することにより、各導体部材の凹凸に伝導性である繊維状充填剤１０が入り込み、材料相互の導体間を電気的に接続する、すなわち互いの材料の導体部の接触面積が大きくなるので、電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなるとともに、ノイズなどの発生を押さえることが可能となる。勿論、導電性であるフレーク状の充填剤、例えば、グラファイト、タングステン、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物を用いても、同様の効果を有する。
【００３７】
ここで、使用する熱硬化型２液性エポキシ系の接着剤２より、低熱膨張性の性質を有する炭素の材質から成る繊維状充填材１０の長手方向を、圧電振動子１の超音波放射面方向１３と平行になるように配向させることにより、超音波放射面方向１３において、接着剤２の体積収縮を低減させ、内部応力の蓄積を低減することが可能となり、従来技術の層間剥離の発生、超音波放射面の歪み、さらに超音波探触子の音響性能の劣化という問題を解決することができる。
【００３８】
ここで、２液性エポキシ系接着剤を用いる理由を以下に述べる。
（１）２液性を選択することにより、1液性のものに比べ接着剤の硬化温度が低くなり、これにより、圧電素子を高温環境に晒さずに済むので、圧電素子の性能を劣化させることなく、製作が容易な超音波探触子を提供することができる。例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤでは、標準硬化温度・時間は６０℃・９０分である。
（２）ガラス転移温度が１００℃以上と高く、耐熱性に優れ、医療用としてＵＳＰ（United States Pharmacopeia：医薬品の安全試験に関する基準）に対応できる。
例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤのガラス転移温度は１２４℃である。
（３）接着剤の常温放置が可能であり、保管性に優れる。例えば、米国エポキシ・テクノロジー社の２液性エポキシ系接着剤３５３ＮＤの保管期間は室温保管で１年間である。
（４）接着剤の常温放置が可能であることより、接着剤主剤に繊維状若しくはフレーク状の充填剤を均一分散した後、その接着剤を使用する際に、硬化剤を加えることによって直ぐに接着作業ができるので（冷蔵庫から出して暖める等の必要が無いため）作業性に優れる。
（５）２液性エポキシ系接着剤はローコストである。
【００３９】
また、繊維状若しくはフレーク状の充填剤とエポキシ系接着剤との密着性は、上記充填剤に対し、下記に示したような処理剤で表面処理を施すことで向上させることができる。表面処理剤としては、シランカップリング剤が好ましく、具体的にはγ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-(3、4-エポキシシクロヘキシル) エチルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル- トリス (2-メトキシエトキシ) シラン、γ- メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ- アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ- メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。表面処理法の例としては、上記のようにシランカップリング剤の０．０１〜１重量％の水溶液或いは水分散液中に上記充填剤を浸漬した後、温度 １４０〜１６０ ℃で１〜２時間の熱処理をする方法が挙げられる。
【００４０】
図４は本発明の実施の形態において、別の構成からなる超音波探触子の概略断面図を示す。炭素繊維（例えばカーボンナノチューブなど）、亜鉛繊維など、低熱膨張性の性質を有し、かつ、導電性を有する繊維状の材料、若しくはグラファイト、タングステン、銀からなるフレーク状の材料を接着剤に配合することにより、材料相互の導体間を電気的に接続することが可能となる。すなわち、図４に示す、圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３との間、第１の音響整合層３と導電パターンが形成された高分子フィルム４との間、及び圧電振動子１の第１の正電極層１ｂとＦＰＣ６の導電パターン６ｂとの間に介在する接着剤２ａに上述した接着剤を用いる。
【００４１】
また、ガラス繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維など、低熱膨張性の性質を有しているが絶縁性である繊維状の材料を配合した、若しくはガラスなど絶縁性であるフレーク状の材料を配合した接着剤２ｂを、高分子フィルム４と第２の音響整合層５、及びＦＰＣ６のベース部６ａと背面負荷材７との間に介在させる。勿論、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である充填剤を配合させた接着剤、又はグラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である充填剤を配合させた接着剤を用いることにより、材料相互の導体間を電気的に接続し、かつ、硬化収縮の低減と接着強度の確保の改良がなされることは言うまでもない。
【００４２】
繊維として平均繊維径が２μm 以下の極めて細い物、若しくはフレークとして厚さが２μm以下の極めて薄い物を用いることにより、背面負荷材７とＦＰＣ６との間、圧電振動子１の第１の正電極層１ｂとＦＰＣ６の導電パターン６ｂ（不図示）との間、圧電振動子１の第１の接地電極層１ａと導電性の第１の音響整合層３との間、及び導電性の第１の音響整合層３と電極パターン４ｂ（不図示）が形成された高分子フィルム４、また高分子フィルム４と第２の音響整合層５との間は、互いの材料を極めて薄く接着させ、接着剤や接着剤内にある充填剤による超音波の吸収・反射・散乱損失を抑えることが可能となり、超音波探触子の感度が確保される。
【００４３】
また、超音波射出方向１２（接着剤厚み方向）の接着剤硬化収縮１４に対し、超音波放射面方向１３の接着剤硬化収縮１５を低減させることが可能となり、内部応力の蓄積を低減することができるとともに、接着積層された圧電振動子１、導電性の第１の音響整合層３、電極パターン４ｂが形成された高分子フィルム４、ＦＰＣ６の導電パターン６ｂにおける電気的接続部の導通抵抗のばらつきは小さくなり、その結果、アレイ間の感度ばらつきは小さくなる。
【００４４】
このように、材料相互の導体間を電気的に接続する必要のある層には、導電性である繊維状、あるいはフレーク状の充填剤を選択し、材料相互間に電気的接続を必要としない場合は、絶縁性である繊維状、あるいはフレーク状の充填剤を選択するなど、様々な組み合わせが選択可能である。なお、上記実施の形態では、リニア型の超音波探触子で説明を行ったが、その他のコンベックス型やマトリックスアレー型の超音波探触子についても同様に実施可能である。また、繊維状又はフレーク状の充填剤は、特定の接着層にのみ配合されるよう構成してもよく、またすべての接着層に配合されるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の超音波探触子は、以上のように、圧電振動子、導電性の音響整合層、電極パターンが形成された第1のフィルム、及び電極パターンが形成された第２のフィルム、該第２のフィルムの他方の面側に背面負荷材を積層接着する際に、接着層に繊維状又はフレーク状の充填材を配合させた熱硬化型２液性接着剤を用いることによって、音響材料積層方向、つまり超音波出射方向は、接着剤の硬化収縮により、材料間が極めて薄くなり、対向する材料が密着するので、超音波探触子の音響性能が向上する。また、超音波放射面方向は、前記絶縁性接着剤の硬化収縮が低減されるので、接着強度は向上し、アレイ分割時（ダイシング時）の切削負荷による層間剥離の発生が抑えられとともに、被着体側の変形が抑えられるので、超音波探触子の音響性能が向上するという効果を有し、超音波を被検者の体内に放射し、各体内素子の境界で反射する超音波から、体内の画像を表示することのできる超音波診断装置に接続される超音波探触子などとして有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 圧電振動子
１ａ 第１の接地電極層
１ｂ 第１の正電極層
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ 接着剤（接着層）
３ 第１の音響整合層
４ 高分子フィルム
４ａ フィルム本体
４ｂ 電極パターン
５ 第２の音響整合層
６ ＦＰＣ
６ａ ベース部
６ｂ 導電パターン
７ 背面負荷材
８ 音響レンズ
９ アレイ
１０ 繊維状充填剤
１１ フレーク状充填剤
１２ 超音波射出方向
１３ 超音波放射面方向
１４ 接着剤硬化収縮（厚み方向）
１５ 接着剤硬化収縮（面方向）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子において超音波送受信方向と交差する第１の面に形成された第１電極層と、前記第１電極層に第１接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層と、前記音響整合層上に第２接着層を介して積層され、前記第２接着層側に電極パターンが形成された第１のフィルムと、前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と、前記第２電極層に第３接着層を介して積層され、前記第３接着層側の面に電極パターンが形成された第２のフィルムと、前記第２のフィルムの他方の面側に第４接着層を介して積層された背面負荷材とを備える超音波探触子であって、
前記第１乃至第４接着層のうち、少なくとも１つの接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤を配合させた超音波探触子。
【請求項２】
前記各接着層は、加圧加熱硬化された熱硬化型２液性接着剤で形成されている請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤は、前記熱硬化型２液性接着剤より低熱膨張性の性質を有している請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記繊維状の充填剤の長手方向が、前記圧電振動子の超音波放射面と略平行になるように配向している請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記フレーク状の充填剤の平面と前記圧電振動子の超音波放射面が略平行となっている請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤は、導電性又は絶縁性である請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記繊維状の充填剤は、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である請求項１から４、６のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記フレーク状の充填剤は、グラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である請求項１から３、５、６のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤は、シランカップリング剤で表面処理してなるものである請求項１から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項１】
超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子において超音波送受信方向と交差する第１の面に形成された第１電極層と、前記第１電極層に第１接着層を介して積層された１又は２以上の導電性の音響整合層と、前記音響整合層上に第２接着層を介して積層され、前記第２接着層側に電極パターンが形成された第１のフィルムと、前記圧電振動子の他方の面側に形成された第２電極層と、前記第２電極層に第３接着層を介して積層され、前記第３接着層側の面に電極パターンが形成された第２のフィルムと、前記第２のフィルムの他方の面側に第４接着層を介して積層された背面負荷材とを備える超音波探触子であって、
前記第１乃至第４接着層のうち、少なくとも１つの接着層に繊維状又はフレーク状の充填剤を配合させた超音波探触子。
【請求項２】
前記各接着層は、加圧加熱硬化された熱硬化型２液性接着剤で形成されている請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤は、前記熱硬化型２液性接着剤より低熱膨張性の性質を有している請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記繊維状の充填剤の長手方向が、前記圧電振動子の超音波放射面と略平行になるように配向している請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記フレーク状の充填剤の平面と前記圧電振動子の超音波放射面が略平行となっている請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤は、導電性又は絶縁性である請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記繊維状の充填剤は、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、亜鉛繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である請求項１から４、６のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記フレーク状の充填剤は、グラファイト、タングステン、ガラス、銀からなる群から選ばれた一種又は二種以上の混合物である請求項１から３、５、６のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記繊維状の充填剤又は前記フレーク状の充填剤は、シランカップリング剤で表面処理してなるものである請求項１から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４４２７３（Ｐ２０１２−２４４２７３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０１４０（Ｐ２０１１−１１０１４０）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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