特開 2023-85643 超音波探触子及びその製造方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023085643

(43)【公開日】2023-06-21

(54)【発明の名称】超音波探触子及びその製造方法。

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20230614BHJP

   H04R 31/00 20060101ALI20230614BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 332Z

H04R17/00 330J

H04R31/00 330

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021199784

(22)【出願日】2021-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】和田 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】野原 明浩

【テーマコード（参考）】

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D019AA01

5D019AA18

5D019BB02

5D019BB18

5D019FF04

5D019GG02

5D019GG03

5D019GG06

5D019GG12

5D019HH03

(57)【要約】

【課題】指向性の改善が得られ、耐薬品性を有する超音波探触子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
超音波探触子１０は、圧電セラミックス４０、第１音響整合層５０及び第２音響整合層６０をこの順に具える積層部から成る個別振動部１１０を、所定の空隙９０で、第１方向に多数配列して構成した振動子アレイ４０ａと、第２音響整合層上に設けられた、振動子アレイ用の保護膜としての樹脂フィルム８０と、を具える。第２音響整合層と樹脂フィルムとの接着を、シート状の接着層７０で行ってある。シート状の接着層を、光硬化型粘接着フィルムで構成してあり、樹脂フィルムを、ポリフェニレンサルファイドで構成してある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電セラミックス及び音響整合層をこの順に具える積層部から成る個別振動部を、所定の空隙で、第１方向に多数配列して構成した振動子アレイと、前記振動子アレイの音響整合層上に設けられた、前記振動子アレイ用の保護膜としての樹脂フィルムと、を具える超音波探触子において
前記音響整合層と前記樹脂フィルムとの接着を、シート状の接着層で行ってあることを特徴とする超音波探触子。

【請求項2】

前記シート状の接着層が光硬化型粘接着フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。

【請求項3】

前記樹脂フィルムがポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。

【請求項4】

基台上にバッキング材を積層する工程と、
バッキング材上に第１方向が長手方向の圧電セラミックス層および音響整合層形成用の層を積層する工程と、
前記圧電セラミックス層および音響整合層形成用の層を、前記第１方向に沿って所定ピッチで、かつ、前記積層方向に切断して、圧電セラミックス層および音響整合層の積層部が多数配列した振動子アレイを形成する工程と、
前記形成した振動子アレイ中の音響整合層上に光硬化型粘接着フィルム用の部材を積層する工程と、
前記シート状の部材上に
前記振動子アレイ用の保護膜としての樹脂フィルムを積層する工程と、
前記樹脂フィルムを積層した構造物に光照射する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。

【請求項5】

前記光硬化型粘接着フィルム用の部材が、感光性アクリルポリマーに、可塑剤としてのアクリレートを配合した部材であることを特徴とする請求項４に記載の超音波探触子の製造方法。

【請求項6】

前記樹脂フィルムがポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項４又は５に記載の超音波探触子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、指向性の改善が得られ、耐薬品性を有する超音波探触子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波探触子の一例として、特許文献１に開示されたものがある。図７は、特許文献１に開示された、従来の超音波探触子１６０の側面図である。
超音波探触子１６０は、圧電素子１６２の背面から出される超音波を吸収減衰させるための背面負荷材（バッキング材）１６１と、背面負荷材上に所定のギャップ（空隙）１６６をもってアレイ状に配列した、例えば圧電セラミックスから成る圧電素子１６２と、圧電素子１６２上面に積層され、圧電素子同様に配列された、超音波を効率よく伝搬させるための第１音響整合層１６３と、同様な第２音響整合層１６４と、音響整合層と音響レンズを接着するための接着剤１６５と、超音波を収束させるための音響レンズ１６７と、を具えている（特許文献１の段落０００２）。

【0003】

特許文献１に開示された超音波探触子１６０では、第２音響整合層１６４と音響レンズ１６７とを、接着性を有するゲル状材料で接合している。ゲル状材料は、液状の接着剤に比べ、流動性が極めて無いので、圧電素子１６２間のギャップ１６６内に、入りこむことがなくなり、クロストークの発生と感度の低下を防止するとともに広指向特性が得られるという（特許文献１の要約）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－２５３６０４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、超音波探触子の使用時には、検査部位にエコーゼリーが施されるため、超音波探触子にエコーゼリーが付着する。エコーゼリーを拭き取る際や、使用前後の消毒として、例えば、アルコールが使用されるが、薬品等が超音波探触子内部に侵入した際、感度低下を引き起こす恐れがある。よって、超音波探触子は耐薬品性が必要となり、例えば、ポリイミドから成る、樹脂フィルムを超音波探触子の構造に組み込む必要がある。その場合、典型的には、音響整合層上に樹脂フィルムを接着し、この樹脂フィルム上に音響レンズを接着した積層構造となる。
しかしながら、音響整合層と樹脂フィルムとをゲル状材料で接着した場合、ゲル状材料が流動性のないものといえど、若干の変位が起きると考えられる。そのため、ゲル状材料では、樹脂フィルムを皺がなく、気泡を含まないような、一定状態で固定できない場合が生じる。その影響で、樹脂フィルム上の音響レンズも一定状態に固定できない場合が生じると考えられる。さらに、樹脂フィルムを固定し加圧する際に、素子間のギャップにゲル状の接着材が入り込む恐れも考えられる。
この出願の目的は、圧電セラミックス及び音響整合層をこの順に具える積層部からなる個別振動部間の、所定の空隙を完全に維持することで、指向性の改善が得られ、かつ、樹脂フィルムを一定の固定状態で安定に積層でき、耐薬品性を有する、新規な構造を有した超音波探触子及び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】

【0006】

この目的の達成を図るため、本発明の超音波探触子によれば、基台上にバッキング材を具え、前記バッキング材上に、圧電セラミックス及び音響整合層をこの順に具える積層部からなる個別振動部を、所定の空隙で、第１方向に多数配列して構成した振動子アレイと、前記振動子アレイの音響整合層上に設けられた、前記振動子アレイ用の保護膜としての樹脂フィルムと、を具える超音波探触子において、
前記音響整合層と前記樹脂フィルムとの接着を、シート状の接着層で行ってあることを特徴とする。

【0007】

この超音波探触子の発明を実施するに当たり、前記シート状の接着層を、光硬化型粘接着フィルムで構成することが好ましい。この種のフィルムは、流動性がないため、前記音響整合層と前記樹脂フィルムとを接着する際の加圧や温度によっても、前記空隙への接着剤の流入を起こさないからである。しかも、シート状であるため、前記音響整合層と前記樹脂フィルムとを接着する際、皺や気泡が生じにくいからである。このようなシート状の接着層として、例えば、感光性アクリルポリマーに、反応性可塑剤として特殊アクリレートを配合している、光硬化型粘接着フィルムが好ましく、具体的には、これに限られないが、例えば、東亞合成株式会社製の、光硬化型粘接着フィルム（商品名：アロニクスＵＶＰ）を挙げることが出来る。

【0008】

この超音波探触子の発明を実施するに当たり、前記光硬化型粘接着フィルムの上部に具わる樹脂フィルムは、前記光硬化型粘接着フィルムの硬化に必要な波長に対し、一定の透過性を有し、かつ、上記したエコーゼリーやアルコール等に対する耐性を有する材料で構成し、これに限られないが、例えば、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと呼ぶ。）が好ましい。

【0009】

この出願の超音波探触子の製造方法によれば、基台上にバッキング材を積層し、前記バッキング材上に第１方向が長手方向の圧電セラミックス層および音響整合層形成用の層を積層する工程と、
前記圧電セラミックス層および音響整合層形成用の層を、前記第１方向に沿って所定ピッチで、かつ、前記積層方向に切断して、圧電セラミックス層および音響整合層の積層部が多数配列した振動子アレイを形成する工程と、
前記形成した振動子アレイの音響整合層上に光硬化型粘接着フィルム用の部材を積層する工程と、
前記シート状の部材上に前記振動子アレイ用の保護膜としての樹脂フィルムを積層する工程と、
前記樹脂フィルムを積層した構造物に光照射する工程と、
を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

この発明の超音波探触子によれば、音響整合層と保護膜としての樹脂フィルムとの接着を、シート状の接着層によって行っているので、音響整合層と樹脂フィルムとの間に皺や気泡が実質的に無く、かつ、個別振動部間の空隙を完全に維持した、超音波探触子を実現できる。従って、広指向性であり、保護膜は音響整合層に一定の固定状態で積層された超音波探触子を実現できる。
また、この発明の超音波探触子の製造方法によれば、上記の所定の工程を用いるので、音響整合層と樹脂フィルムとの間に皺や気泡が実質的に無く、かつ、個別振動部間の空隙を完全に維持した、超音波探触子を容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（Ａ）図は、本発明の実施形態の超音波探触子の概要を示した側面図である。（Ｂ）図は、比較例の超音波探触子の概要を示した側面図である。

【図2】（Ａ）図及び（Ｂ）図は、超音波探触子の製造方法の発明の実施形態を説明するための工程図である。

【図3】（Ａ）図及び（Ｂ）図は、超音波探触子の製造方法の発明の実施形態を説明するための図２に続く工程図である。

【図4】超音波探触子の製造方法の発明の実施形態を説明するための図３に続く工程図である。

【図5】超音波探触子の製造方法の発明の実施形態を説明するための図４に続く工程図である。

【図6】本発明の実施形態の超音波探触子の指向性と、比較例の超音波探触子の指向性の概要を示した特性図である。

【図7】従来の超音波探触子の概要を示した側面図である。

【0012】

以下、図面を参照してこの発明の超音波探触子及びその製造方法の実施形態についてそれぞれ説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0013】

１．超音波探触子の構成
図１は、実施形態の超音波探触子１０の概要を示した側面図である。
今回、実施形態の説明は、音響レンズを具えた状態の超音波探触子で行う。音響レンズは超音波を収束させる効果があり、超音波探触子に具えているのが好ましい。以降、製造方法の実施形態も同様である。
実施形態の超音波探触子１０は、基台２０と、バッキング材３０と、個別振動部１１０と、個別振動部をアレイ状に配置した振動子アレイ４０ａと、シート状の接着層７０と、樹脂フィルム８０と、音響レンズと１００と、を具える。以下、各構成成分について具体的に説明する。
基台２０は、超音波探触子の製造段階と製品段階の強度を保つ役割を持つものである。
バッキング材３０は、圧電セラミックス４０が発する超音波のうちの後方に漏れる超音波を吸収し、減衰させる役割を持つものである。
個別振動部１１０は、圧電セラミックス４０と第１音響整合層５０と、第２音響整合層６０とを、この順に具えるものである。
個別振動部１１０を、所定の空隙９０をもって、バッキング材３０上に、第１方向（図中のＰ方向）に沿って、多数配列してあり、これによって、振動子アレイ４０ａを構成してある。
なお、音響整合層については、第１音響整合層及び第２音響整合層以外の構成、つまり、第１音響整合層のみ積層した構成や、第３音響整合層以上を積層した構成でも構わない。
樹脂フィルム８０は、耐薬品性を有するものであり、振動子アレイ４０ａ中の音響整合層６０上に、シート状の接着層７０によって、接着したものである。
音響レンズ１００は、超音波を収束させるためのもので、樹脂フィルム８０上に接着してある。
圧電セラミックス４０は、電圧を加え振動させることで超音波を発するものである。音響整合層５０、６０は、超音波を効率よく伝搬させるためのものである。
また、本発明に係るシート状の接着層７０は、流動性がないものである。この実施形態では、接着層７０を、シート状の光硬化型粘接着フィルムによって構成してある。
また、樹脂フィルム８０は、シート状の光硬化型粘接着フィルムを硬化する際の光を透過する物性と、保護膜としての物性を有するものである。この実施形態では、樹脂フィルム８０として、ＰＰＳを用いている。ＰＰＳは、シート状の光硬化型粘接着フィルムの硬化に必要な波長に対し一定の透過性を有しているため、光照射によるシート状の光硬化型粘接フィルムの硬化を阻害しない。しかも、ＰＰＳは耐薬品性を有しているので、振動子アレイ４０ａの、所謂保護層の役目を担うため、薬品等が超音波探触子内部に侵入した際の感度低下を防止することができる。

【0014】

本発明の実施形態では、接着層７０を、液体の接着剤ではなく、シート状の光硬化型粘接着フィルムによって構成してある。接着層７０の材料である光硬化型粘接着フィルムは光照射による硬化が可能であり、硬化前は粘着性を有しているが、光照射後は一般的な接着剤と同様に固化し、化学的、周囲環境に対し安定する特性を持つ。
その結果、空隙９０への接着剤の流入は起こらず、個別振動部１１０の独立性は確保され、指向性が広い超音波探触子になる。しかも、シート状であるため、皺になりにくく、かつ、音響整合層と樹脂フィルムとの間に気泡も残りにくので、樹脂フィルムを音響整合層に一定の固定状態で積層できる。

【0015】

２．製造方法の実施形態
次に、超音波探触子の製造方法の発明の実施形態について説明する。図２～図５はそのための工程図であり、工程ごとの図１に対応する側面図によって示した工程図である。
先ず、例えば、アルミニウムから成る基台２０ｘ上に、例えば、鉄粉を混入させたゴム材から成るバッキング材３０ｘを積層し、前記バッキング材上に第１方向が長手方向の、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛から成る圧電セラミックス層４０ｘおよび、例えば、エポキシ樹脂から成る音響整合層形成用の層５０ｘを積層する（図２（Ａ））。
次に、前記圧電セラミックス層４０ｘ及び音響整合層形成用の層５０ｘを、前記第１方向Ｐに沿って、所定ピッチで、かつ、前記積層方向に例えばダイシングソーによって切断して、圧電セラミックス層４０ｘおよび音響整合層５０，６０の個別振動部１１０が多数配列した振動子アレイ４０ａを形成する（図２（Ｂ））。
次に、前記形成した振動子アレイ４０ａの音響整合層６０上に、シート状の光硬化型粘接着フィルム用の部材であるアロニクスＵＶＰ（厚さｔ＝１０μｍ）７０ｘを積層する（図３（Ａ））。
次に、前記アロニクスＵＶＰ上に、前記振動子アレイ用の保護膜として、樹脂フィルム８０であるＰＰＳを積層する（図３（Ｂ））。
次に、前記ＰＰＳ（厚さｔ＝９．３６μｍ）を積層した構造物に、メタルハライドランプ１３０によって光１３１を照射し、アロニクスＵＶＰを硬化させて、本発明に係るシート状の接着層７０を得る（図４）。
次に、前記ＰＰＳ上に、例えば、シリコーンゴムから成る音響レンズ１００を接着する（図５）。

【0016】

上記した実施形態の製造方法によれば、シート状の光硬化型粘接着フィルムを使用することで、接着剤の空隙への流入が防止できると共に、シート状のため、接着剤の塗布量が接着面において均一であり、位置の固定が容易で、皺や気泡も入りにくく、作業性が改善され、かつ、硬化時に加温及び加圧する必要がないため、超音波探触子に残留応力が残らず、製造段階での特性低下や不良を軽減することができる。

【0017】

３．実験結果
次に、実験結果について説明する。実施例として、上記の実施形態で説明した構成の超音波探触子を用意した。また、比較例として、樹脂フィルムを積層するための接着剤を、実施例で使用しているアロニクスＵＶＰではなく、液状のシリコーン接着剤にし、それ以外は実施例と同じ構成の超音波探触子を用意した。
なお、実施例および比較例の超音波探触子いずれも、中心周波数を２．５ＭＨｚとするものである。

【0018】

実施例及び比較例の超音波探触子それぞれの、振動アレイの方向に沿った超音波の指向性を、周知の測定法によって測定した。図６は、前記測定で得た、比較例の超音波探触子の指向性と、実施例の超音波探触子の指向性を示した特性図である。なお、図６において、縦軸は音圧レベルを示し、半円軸は角度を示している。

【0019】

実施例の超音波探触子の指向性１４０と、比較例の超音波探触子の指向性１５０に注目すると、音圧レベルが２分の１に達する－６ｄＢの時点において、比較例の超音波探触子の指向角は約７０ｄｅｇ．であり、実施例の超音波探触子の指向角は、約１１５ｄｅｇ．である。
音圧レベルが2分の１に達する－６ｄＢの時点において、各超音波探触子の指向角を比較すると、比較例の超音波探触子より、実施例の超音波探触子の指向角は、約４５ｄｅｇ．広い結果となる。
これより、個別振動部間の空隙を維持することにより、実施例の超音波探触子は、比較例の液状の接着剤を用いた超音波探触子よりも、広指向性を得ることができる。
また、目視観察の結果、皺や気泡も、実施例のものの方が比較例のものより少ない、具体的には実施例のものでは皺や気泡が実質的に無いことが分かった。

【符号の説明】

【0020】

１０：本発明の超音波探触子
２０：基台 ２０ｘ：基台
３０：バッキング材 ３０ｘ：バッキング材
４０：圧電セラミックス ４０ｘ：圧電セラミックス
４０ａ：振動子アレイ ５０：第１音響整合層
５０ｘ：第１音響整合層 ６０：第２音響整合層
６０ｘ：第２音響整合層 ７０：シート状の接着剤
７０ｘ：シート状の接着剤 ８０：樹脂フィルム
８０ｘ：樹脂フィルム ９０：空隙
９０ｘ：空隙 １００：音響レンズ
１００ｘ：音響レンズ １１０：個別振動部
１２０：比較例の超音波探触子 １２１：基台
１２２：バッキング材 １２３：圧電セラミックス
１２３ａ：振動子アレイ １２４：第１音響整合層
１２５：第２音響整合層 １２６：液状の接着剤
１２７：音響レンズ １２８：個別振動部
１３０：光照射ランプ １３１：光
１４０：実施例の超音波探触子の指向性
１５０：比較例の超音波探触子の指向性

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】