(57)【要約】【課題】樹脂材料部分の内部に高アスペクト比のセラミック部分が位置している、セラミック−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法を提供する。【解決手段】セラミック部分に相関する形状を有する、光造形法によって形成される主キャビティ１２と、樹脂材料部分の外表面を成形するための堤状無機材料体に相関する形状を有する副キャビティ１４と、これらを互いに連通させる連通通路１５とが形成された、樹脂製成形型１１を用意し、連通通路１５を通して空気を抜きながら、副キャビティ１４からセラミックペースト１２を導入することによって、主キャビティ１２および副キャビティ１４をセラミックペースト２１によって充填した後、焼成し、樹脂製成形型１１を焼失させるとともに、無機材料焼結体を得、無機材料焼結体の、堤状無機材料体に囲まれた部分を、樹脂によって充填し、次いで、少なくとも堤状無機材料体の部分を除去する。【選択図】        図３
2004179390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料部分と前記無機材料部分を内部に位置させる樹脂材料部分とを有する、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を成形によって製造する方法であって、
前記無機材料部分に相関する形状を有する、光造形法によって形成される主キャビティと、前記樹脂材料部分の外表面を成形するための型となる堤状無機材料体に相関する形状を有する副キャビティと、前記主キャビティと前記副キャビティとを互いに連通させる連通通路とが形成され、かつ、焼成によって焼失可能な樹脂材料からなる、樹脂製成形型を用意する工程と、
前記連通通路を通して空気を抜きながら、前記主キャビティまたは前記副キャビティから無機材料を導入することによって、前記主キャビティおよび前記副キャビティを前記無機材料によって充填し、それによって、前記連通通路を通して連結された状態で前記無機材料部分および前記堤状無機材料体の形状を与えるように前記無機材料を成形する工程と、
前記無機材料を、前記樹脂製成形型とともに焼成し、それによって、前記樹脂製成形型を焼失させるとともに、互いに連結された前記無機材料部分および前記堤状無機材料体を備える無機材料焼結体を得る工程と、
前記無機材料焼結体の、前記堤状無機材料体に囲まれた部分を、樹脂によって充填しかつ前記樹脂を硬化させることによって、前記樹脂材料部分を成形する工程と、次いで、
少なくとも前記無機材料焼結体における前記堤状無機材料体の部分を除去する工程と
を備える、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項２】
前記無機材料−樹脂材料複合３次元構造体は、前記樹脂材料部分の内部に複数個の前記無機材料部分が分布する構造を有し、前記樹脂製成形型は、複数個の前記主キャビティを有する、請求項１に記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項３】
前記無機材料−樹脂材料複合３次元構造体は、前記樹脂材料部分の内部に複数個の柱状の前記無機材料部分が互いに平行に並んだ状態で分布する構造を有する、請求項２に記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂製成形型の前記主キャビティおよび前記副キャビティに充填される前記無機材料は、無機材料粉体を含む無機材料ペーストである、請求項１ないし３のいずれかに記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項５】
前記無機材料はセラミックである、請求項４に記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項６】
前記副キャビティは、前記主キャビティに比べて、前記無機材料ペーストをより通しやすい形態を有している、請求項４または５に記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項７】
前記主キャビティおよび前記副キャビティは、上方に向く開口を有し、前記連通通路は、前記主キャビティと前記副キャビティとを各々の下端部において連通させ、前記樹脂製成形型の前記主キャビティおよび前記副キャビティを、無機材料によって充填する工程は、前記連通通路および前記主キャビティを通して空気を抜きながら、前記無機材料ペーストを前記副キャビティの上方に向く前記開口から注入するように実施される、請求項４ないし６のいずれかに記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂製成形型は、前記主キャビティを規定するとともに前記副キャビティの内側の壁面を規定する主成形型と、前記主成形型の周囲に配置されかつ前記副キャビティの外側の壁面を規定する副成形型とを備え、少なくとも前記主成形型が光造形法によって作製される、請求項１ないし７のいずれかに記載の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の製造方法に関するもので、特に、無機材料部分と無機材料部分を内部に位置させる樹脂材料部分とを有する、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を成形によって製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明にとって興味ある無機材料−樹脂材料複合３次元構造体として、たとえば、図６に示すような医療用超音波探触子１がある。
【０００３】
超音波探触子１は、無機材料部分としての複数個の柱状の圧電セラミックからなる微細なロッド２が樹脂材料部分３の内部に位置した構造を有している。複数個のロッド２は、互いに平行に並んだ状態で、樹脂材料部分３の内部に分布している。
【０００４】
なお、図示されないが、超音波探触子１の図６による上下の端面上には、電極がそれぞれ形成される。これら電極には、ロッド２を構成する圧電セラミックの抗電界以上の直流電界が印加され、それによって、圧電セラミックの自発分極を配向させる処理（分極処理）が施される。また、図示したロッド２は、円柱状であるが、角柱状とされることもある。
【０００５】
このような超音波探触子１が医療分野に用いられる場合、上述の電極を介してロッド２にパルス電圧が印加され、それによって、超音波パルスが励起される。この超音波パルスは体内の組織に反射されて、ロッド２に再入射し、ロッド２を振動させ、それによって得られた電気信号が電極から取り出される。この場合、圧電セラミックからなるロッド２と皮膚組織とでは音響インピーダンスが大きく異なっているため、そのマッチング特性を改善するため、ロッド２を樹脂材料部分３の内部に位置させる複合構造が採用されている。
【０００６】
超音波探触子１において得られる超音波特性は、ロッド２がより微細でありかつアスペクト比がより大きいほど向上することが知られている。
【０００７】
従来、超音波探触子１を製造する方法として、次のようなものが実用化または提案されている。
【０００８】
Ａ．ロッド２を得るため、押し出し成形法を用いる方法である（たとえば、特許文献１の「発明が解決しようとする課題」参照）。すなわち、押し出し成形により成形した柱状の圧電セラミック成形体を焼成してロッド２を得、得られた複数個のロッド２を、一定間隔を空けて並立させた状態とし、この状態を樹脂材料で固定することによって、樹脂材料部分３を形成し、その後、必要に応じて切断して、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【０００９】
Ｂ．ロッド２として、角柱状のものが作製され、この角柱状のロッド２を成形するために、金型を用いる方法である（たとえば、特許文献２参照）。すなわち、角柱状のロッド２の側面となる面で開口したキャビティを有する金型に、圧電セラミック粉末を充填することによって、圧電セラミック粉末をロッド２の形状となるように成形し、次いで、この成形体を焼成し、得られた複数個のロッド２を、一定間隔を空けて並立させた状態とし、この状態を樹脂材料で固定することによって、樹脂材料部分３を形成し、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【００１０】
Ｃ．ダイシングによってロッド２を得る方法である（たとえば、特許文献１の「発明が解決しようとする課題」参照）。すなわち、シリコンなどのウエハー製作用のマルチブレードのウエハーリングソーを使って圧電セラミック焼結体に網目状に切り込みを入れ（ダイシング）、この切り込みの形成によって得られた切断溝に樹脂材料を充填し、この樹脂材料を硬化させることによって樹脂材料部分３を形成した後、切断溝の深さ方向に垂直な方向に切断し、それによって、切断溝に囲まれた部分をロッド２として、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【００１１】
Ｄ．ロッド２をＬＩＧＡ法により作製する方法である（たとえば、特許文献１の「発明が解決しようとする課題」参照）。すなわち、シンクロトロン放射光によるＬＩＧＡ法によって、ロッド２を作製し、その後、樹脂材料を充填することによって樹脂材料部分３を形成し、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【００１２】
Ｅ．柱状の圧電セラミック焼結体の側面をエッチングすることによって、その直径を減少させて、ロッド２を得る方法である（たとえば、特許文献１の「要約」等参照）。すなわち、複数個の柱状圧電セラミック焼結体の側面を酸処理することによりエッチングして、その直径を減少させることによって、ロッド２を得、得られた複数個のロッド２を、一定間隔を空けて並立させた状態とし、この状態を樹脂材料によって固定することにより、樹脂材料部分３を形成し、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【００１３】
Ｆ．ロッド２を得るため、樹脂製成形型を用いる方法である（たとえば、特許文献３の請求項７等参照）。すなわち、シンクロトロン放射光の深いリソグラフ特性を利用して作製した樹脂製成形型を用意し、この樹脂製成形型に、圧電セラミックスラリーを充填し固化した後、樹脂製成形型を昇華または溶剤に溶解させ、次いで、焼成することによって圧電セラミックを焼結させてロッド２を得、その後、これらロッド２を樹脂材料で固めて樹脂材料部分３を形成し、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【００１４】
Ｇ．ロッド２を得るため、シリコンからなる型を用いる方法である（たとえば、非特許文献１参照）。すなわち、ＲＩＥにより微細加工したシリコンからなる型を作製し、この型に圧電セラミックスラリーを充填して、焼成した後、シリコンを酸エッチングにより除去することによって、ロッド２を得、次いで、ロッド２を樹脂材料で固めることにより、樹脂材料部分３を形成し、電極形成前の超音波探触子１を得る方法である。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１５８２２号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２４５９９号公報
【特許文献３】
特開平１０−５１０４１号公報
【非特許文献１】
李、外３名，「シリコンモールディング法による３次元マイクロ構造体の作製と微小電気機械システムへの応用」，マテリアルインテグレーション，第１４巻，第８号，２００１年，ｐ．４５−４９
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術ＡないしＧには、それぞれ、解決されるべき課題がある。
【００１７】
従来技術Ａによれば、多数個のロッド２を同時に形成できるので、製造コストの低減を図ることができるが、直径の小さい、特に直径０．１５ｍｍ以下のロッド２を作製することが困難である。
【００１８】
従来技術Ｂによっても、直径の小さいロッド２を作製することが困難である。
【００１９】
従来技術Ｃによれば、製造コストが高く、ロッド２の製造に時間がかかり、また、微細なロッド２を作製することが困難である。
【００２０】
従来技術Ｄによれば、製造コストが高く、ロッド２の製造に時間がかかる。
【００２１】
従来技術Ｅによれば、微細なロッド２を得るために、エッチングによって直径を減少させることを行なっているので、直径を均一にかつ所望の値にすることが困難である。また、ロッド２のような形状以外の３次元構造を有する構造体を作製することが困難である。
【００２２】
従来技術Ｆによれば、製造コストが高く、また、樹脂製成形型にセラミックスラリーを充填する際、気泡が取り込まれやすく、したがって、この気泡の防止のため、減圧下でセラミックスラリーを充填したり、セラミックスラリーを圧入することが必要である。また、高アスペクト比のロッド２を作製することが困難である。
【００２３】
従来技術Ｇでは、圧電セラミックとシリコンとの反応が生じやすく、そのため、圧電セラミックの特性に影響を与え、また、シリコンからなる型を酸エッチングによって除去する工程など、工程が複雑化される。
【００２４】
なお、上述したような課題は、圧電セラミックからなるロッド２を樹脂材料部分３の内部に位置させた医療用超音波探触子１を製造する場合に限らず、一般に、無機材料部分と無機材料部分を内部に位置させる樹脂材料部分とを有する無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を製造する場合にも遭遇する。
【００２５】
そこで、この発明の目的は、上述したような課題を解決し得る、無機材料−複合３次元構造体の製造方法を提供しようとすることである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、無機材料部分と無機材料部分を内部に位置させる樹脂材料部分とを有する、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を成形によって製造する方法に向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００２７】
この発明では、まず、無機材料部分に相関する形状を有する主キャビティが形成され、かつ、焼成によって焼失可能な樹脂材料からなる、樹脂製成形型を用意する工程が実施される。この樹脂製成形型は、上述した主キャビティだけでなく、樹脂材料部分の外表面を成形するための型となる堤状無機材料体に相関する形状を有する副キャビティと、主キャビティと副キャビティとを互いに連通させる連通通路とをさらに備えていて、また、少なくとも主キャビティは、光造形法によって形成される。
【００２８】
次に、上述連通通路を通して空気を抜きながら、主キャビティまたは副キャビティから無機材料を導入することによって、主キャビティおよび副キャビティを無機材料によって充填し、それによって、連通通路を通して連結された状態で無機材料部分および堤状無機材料体の形状を与えるように無機材料を成形する工程が実施される。
【００２９】
次に、無機材料を、樹脂製成形型とともに焼成し、それによって、樹脂製成形型を焼失させるとともに、互いに連結された無機材料部分および堤状無機材料体を備える無機材料焼結体を得る工程が実施される。
【００３０】
次に、無機材料焼結体の、堤状無機材料体に囲まれた部分を、樹脂によって充填しかつこの樹脂を硬化させることによって、前述した樹脂材料部分を成形する工程が実施される。
【００３１】
次に、少なくとも無機材料焼結体における堤状無機材料体の部分を除去する工程が実施され、それによって、目的とする無機材料−樹脂材料複合３次元構造体が得られる。
【００３２】
この発明は、樹脂材料部分の内部に複数個の無機材料部分が分布する構造を有している、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を製造する場合に有利に適用される。この場合、樹脂製成形型は、複数個の主キャビティを有している。
【００３３】
この発明が前述した医療用超音波探触子の製造に向けられる場合、上述の無機材料−樹脂材料複合３次元構造体は、樹脂材料部分の内部に複数個の柱状の無機材料部分が互いに平行に並んだ状態で分布する構造を有している。
【００３４】
樹脂製成形型の主キャビティおよび副キャビティに充填される無機材料は、無機材料粉体を含む無機材料ペーストであることが好ましく、典型的には、無機材料はセラミックである。
【００３５】
上述のように、無機材料ペーストが用いられる場合、副キャビティは、主キャビティに比べて、無機材料ペーストをより通しやすい形態を有していることが好ましい。なお、無機材料ペーストをより通しやすい形態とは、たとえば、副キャビティが、主キャビティに比べて、より大きな断面積を有していたり、より簡単な形状を有していたりすることを意味している。
【００３６】
また、主キャビティおよび副キャビティは、上方に向く開口を有し、連通通路は、主キャビティと副キャビティとを各々の下端部において連通させ、樹脂製成形型の主キャビティおよび副キャビティを、無機材料によって充填する工程は、連通通路および主キャビティを通して空気を抜きながら、無機材料ペーストを副キャビティの上方に向く開口から注入するように実施されることが好ましい。
【００３７】
また、この発明において、樹脂製成形型が、主キャビティを規定するとともに副キャビティの内側の壁面を規定する主成形型と、この主成形型の周囲に配置されかつ副キャビティの外側の壁面を規定する副成形型とを備える場合、少なくとも主成形型が光造形法によって作製されることが好ましい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態の説明を、図１ないし図５を順次参照しながら、図６に示した電極形成前の医療用超音波探触子１の製造方法に関連して行なう。
【００３９】
まず、図１および図２に示すような樹脂製成形型１１が用意される。図１は、樹脂製成形型１１を斜視図で示し、図２は、樹脂製成形型１１を断面図で示している。
【００４０】
樹脂製成形型１１には、図６に示したロッド２に相関する形状を有する主キャビティ１２が形成されている。図６に示すように、超音波探触子１は複数個のロッド１２を備えているので、複数個のロッド１２に対応して、複数個の主キャビティ１２が設けられる。
【００４１】
また、樹脂製成形型１１には、図６に示した樹脂材料部分３の外表面を成形するための型となる堤状無機材料体１３（図４参照）に相関する形状を有する副キャビティ１４が形成されている。
【００４２】
また、樹脂製成形型１１には、主キャビティ１２と副キャビティ１４とを互いに連通させる連通通路１５が形成されている。この実施形態では、主キャビティ１２および副キャビティ１４は、それぞれ、上方に向く開口１６および１７を有していて、連通通路１５は、主キャビティ１２と副キャビティ１４とを各々の下端部において連通させるように位置している。連通通路１５の形状および数は、特に図示したものには限定されない。
【００４３】
樹脂製成形型１１は、後で実施される焼成によって焼失可能な樹脂材料から構成される。また、少なくとも主キャビティ１２は、光造形法によって形成される。
【００４４】
この実施形態では、樹脂製成形型１１は、たとえばアルミナからなる基台１８上に載置される主成形型１９と副成形型２０との組み合わせから構成される。図１では、主成形型１９の外側面を見せるため、副成形型２０は１点鎖線で図示されている。主成形型１９は、主キャビティ１２を規定するとともに副キャビティ１４の内側の壁面を規定している。また、副成形型２０は、主成形型１９の周囲に配置され、副キャビティ１４の外側の壁面を規定している。
【００４５】
このような構成の樹脂製成形型１１は、そのすべてが光造形法によって作製されてもよいが、副成形型２０については単純な形状であるので、通常の成形法によって容易に作製することができるため、光造形法は、主成形型１９の作製においてのみ適用されてもよい。
【００４６】
光造形法は、たとえば、生田，「マイクロ光造形法（ＩＨプロセス）」，ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ，１９９６年，第４号，ｐ．１０３−１０８、および特開２０００−３２９９２０号公報などに記載されるもので、最近では、１００μｍ以下といった微細な造形物を作製することが可能となってきている。
【００４７】
光造形法は、光を照射することによって光硬化性樹脂が硬化する現象を利用しながら、得ようとする３次元構造体を薄く輪切りにした形状を有するものを、光硬化性樹脂の硬化によって得られた硬化層によって造形し、この造形を３次元構造体の端から順に実施して、目的とする３次元構造体を造形しようとする方法である。
【００４８】
このような光造形法によれば、アスペクト比についての制限がなく、したがって、高アスペクト比、たとえばアスペクト比が１０以上の３次元構造体を容易に作製することができる。たとえばアスペクト比が１０以上の穴として形成される主キャビティ１２を有する主成形型１９は、このような光造形法によって問題なく製造することができる。
【００４９】
なお、前述したように、主成形型１９だけでなく、副成形型２０も、光造形法によって作製してもよい。この場合、基台１８上で、光造形法が適用され、主成形型１９と副成形型２０とが同時に作製される。
【００５０】
光造形法において用いられる光硬化性樹脂としては、たとえば６００℃程度の温度で焼失するものが好ましい。たとえば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂またはオキセタン系樹脂が有利に用いられる。一具体例を示すと、株式会社ディーメック製の「デソライトＳＣＲ７３０」を用いることができる。
【００５１】
次に、図３に示した工程が実施される。図３は、図２に対応する断面図である。
【００５２】
まず、ロッド２の材料となるべき無機材料、より特定的には、無機材料粉体を含む無機材料ペースト、さらに具体的には、圧電セラミック原料粉末を含む圧電セラミックペーストが用意される。一例として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  −Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３  系圧電性結晶粉末を１４．６５重量％、ＰｂＯ−ＧｅＯ系結晶化ガラスを０．１５重量％、ジエチレングリコールモノブチルエーテルを３．０重量％、９０重量％のエタノールと１０重量％のイソプロピルアルコールとを混合した低沸点有機溶剤を８１．２重量％、非水系マレイン酸からなる分散剤を１．０重量％それぞれ含む１次スラリーに、１０重量％のエチルセルロースと９０重量％のジエチレングリコールモノブチルエーテルとからなる有機ビヒクルを加え、約２０〜３０Ｐａ・ｓの粘度となるように調整することによって、圧電セラミックペーストを得ることができる。
【００５３】
図３（１）および（２）に示すように、圧電セラミックペースト２１は、連通通路１５を通して空気を抜きながら、主キャビティ１２または副キャビティ１４から導入され、それによって、主キャビティ１２および副キャビティ１４が圧電セラミックペースト２１によって充填される。その結果、連通通路１５を通して連結された状態でロッド２および堤状無機材料体１３の形状を与えるように、圧電セラミックペースト２１が成形される。
【００５４】
より詳細には、この実施形態では、図３（１）に示すように、圧電セラミックペースト２１は、副キャビティ１４の上方に向く開口１７から矢印２２で示すように注入される。この圧電セラミックペースト２１の注入に応じて、連通通路１５および主キャビティ１２を通して空気が抜け、矢印２３で示すように、圧電セラミックペースト２１は、主キャビティ１２内に導入され、最終的に、図３（２）に示すように、主キャビティ１２を満たす状態となる。
【００５５】
上述のような圧電セラミックペースト２１の導入方法を採用する場合には、副キャビティ１４は、主キャビティ１２に比べて、圧電セラミックペースト２１をより通しやすい形態を有していることが好ましい。この実施形態では、副キャビティ１４の断面積が、主キャビティ１２の各々の断面積より大きくされ、それによって、圧電セラミックペースト２１をより通しやすくしている。
【００５６】
これに関して、副キャビティ１４は、後で除去されるものであって最終製品には残らない堤状無機材料体１３を成形するためのものであるので、その断面積や形状に関する設計は比較的自由に行なうことができ、上述したように、副キャビティ１４の断面積を主キャビティ１２の各々の断面積より大きくすることは、最終製品の形状にとらわれることなく、容易に行なうことができる。
【００５７】
なお、主キャビティ１２および副キャビティ１４への圧電セラミックペースト２１の導入にあたって、この導入をより円滑に進めるため、圧電セラミックペースト２１を加圧することを妨げるものではない。また、主キャビティ１２部分を減圧することを妨げるものではない。
【００５８】
また、圧電セラミックペースト２１は、主キャビティ１２の上方に向く開口１６から注入するようにしてもよい。
【００５９】
次に、成形された圧電セラミックペースト２１は、樹脂製成形型１１とともに、たとえば７５０℃の温度で焼成される。それによって、図４（１）に示すように、樹脂製成形型１１が焼失するとともに、圧電セラミックペースト２１の焼結によって得られた、互いに連結されたロッド２および堤状無機材料体１３を備える無機材料焼結体２４が得られる。
【００６０】
次に、図４（２）に示すように、無機材料焼結体２４の、堤状無機材料体１３によって囲まれた部分が、たとえばエポキシ樹脂のような樹脂２５によって充填され、真空脱泡処理が施された後、硬化される。これによって、図６に示した樹脂材料部分１３が成形される。
【００６１】
なお、硬化前の樹脂２５は、圧電セラミックペースト２１に比べて、粘度を低く調整することが容易であるので、図４（１）に示すようなロッド２間の隙間やロッド２と堤状無機材料体１３との隙間に、この樹脂２５を容易に導入することができる。
【００６２】
次に、図４（２）に示した構造物から基台１８が除去された後、硬化後の樹脂２５と一体化された無機材料焼結体２４の上下の端部がたとえば研磨等によって除去され、それによって、図５（１）に示すような構造物が得られる。この構造物は、図６に示したロッド２および樹脂材料部分３を備えるとともに、堤状無機材料体１３を備えるものである。
【００６３】
次に、上述の堤状無機材料体１３が研磨等によって除去され、それによって、図５（２）に示すような複数個のロッド２が互いに平行に並んだ状態で樹脂材料部分３の内部に分布している、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体としての電極形成前の超音波探触子１が得られる。
【００６４】
次に、図５（２）に示した構造物の上下の端面上に電極を形成し、この電極を通して直流電界を印加して圧電セラミックからなるロッド２を分極処理することにより、超音波探触子１が完成される。
【００６５】
以上、この発明を、図示した医療用超音波探触子１の製造方法に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他、種々の変形例が可能である。
【００６６】
たとえば、ロッド２の形状として、円柱状のものが図示されたが、角柱状のものであってもよい。また、ロッドは、途中に膨らみのあるエンタシス状のものであっても、中間部に段差等がある、より複雑な形状のものであってもよい。
【００６７】
また、前述した実施形態では、無機材料部分を圧電セラミックによって構成したが、たとえば、誘電体セラミックを用いることにより、誘電体レンズアレイや誘電体アンテナアレイ等を、この発明に係る製造方法によって製造することができる。また、磁性体セラミックを用いてもよい。
【００６８】
また、前述した実施形態において用いた圧電セラミックペースト２１は、ガラス成分を含むものであったが、ガラスをコートした粉体を含むセラミックペーストを用いても、ガラス成分を含まないセラミックペーストを用いても、さらには、セラミック以外の無機材料、たとえば金属粉体を含むペーストを用いても、ペーストではなく、金属粉体のみを無機材料として用いてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、無機材料部分と無機材料部分を内部に位置させる樹脂材料部分とを有する、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を成形によって製造するにあたって、焼成によって焼失可能な樹脂材料からなる樹脂製成形型が用いられ、この樹脂製成形型において無機材料部分を成形するための主キャビティが光造形法によって形成されるので、主キャビティに対して高アスペクト比でありかつ任意の複雑な形状を与えることができる。したがって、この主キャビティによって成形される無機材料部分は、これが高アスペクト比であっても、複雑な形状であっても、これを容易に成形することができる。
【００７０】
また、この発明において用いられる樹脂製成形型は、樹脂材料部分の外表面を成形するための型となる堤状無機材料体に相関する形状を有する副キャビティと、主キャビティと副キャビティとを互いに連通させる連通通路とを有しているので、連通通路を通して空気を抜きながら、主キャビティまたは副キャビティから無機材料を円滑に導入することができる。
【００７１】
また、上述した無機材料の導入によって、連通通路を通して連結された状態で無機材料部分および堤状無機材料体の形状を与えるように無機材料が成形されるので、無機材料を、樹脂製成形型とともに焼成することによって、樹脂製成形型を焼失させるとともに、互いに連結された無機材料部分および堤状無機材料体を備える無機材料焼結体を得ることができる。したがって、無機材料部分および堤状無機材料体を一体として取り扱うことができ、次いで、堤状無機材料体に囲まれた部分を、樹脂によって充填しかつこの樹脂を硬化させることによって、樹脂材料部分を容易に成形することができる。
【００７２】
そして、少なくとも無機材料焼結体における堤状無機材料体の部分を除去すれば、目的とする無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を得ることができる。
【００７３】
このように、この発明によれば、無機材料部分に対して任意の形状を与えることが容易であるので、たとえば、樹脂材料部分の内部に複数個の無機材料部分が分布する構造を有する、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体や、さらには、樹脂材料部分の内部に複数個の柱状の無機材料部分が互いに平行に並んだ状態で分布する構造を有する、無機材料−樹脂材料複合３次元構造体を容易に製造することができる。したがって、この発明を医療用超音波探触子の製造に適用すると、そこに備える圧電セラミックからなるロッドを微細かつ高アスペクト比にすることができるので、この医療用超音波探触子の超音波特性を向上させることができる。
【００７４】
この発明において、樹脂製成形型の主キャビティおよび副キャビティに充填される無機材料として、無機材料粉体を含む無機材料ペーストを用いると、これら主キャビティおよび副キャビティへの無機材料の導入をより円滑に進めることができる。
【００７５】
また、この発明によれば、副キャビティによって成形される堤状無機材料体は、後の工程で除去され最終製品には残らないものであるので、副キャビティは、その断面積や形状に関して自由に設計することができる。したがって、副キャビティを、主キャビティに比べて、無機材料ペーストをより通しやすい形態とすることができ、このようにすれば、樹脂製成形型内での無機材料ペーストの流動をより円滑なものとすることができる。
【００７６】
また、樹脂製成形型において、主キャビティおよび副キャビティが、上方に向く開口を有し、連通通路が、主キャビティと副キャビティとを各々の下端部において連通させ、主キャビティおよび副キャビティを、無機材料によって充填するにあたって、連通通路および主キャビティを通して空気を抜きながら、無機材料ペーストを副キャビティの上方に向く開口から注入するようにすれば、キャビティ内での空気の残留がなく、より円滑に無機材料ペーストの充填を行なうことができる。このような効果は、前述したように、副キャビティが、主キャビティに比べて、無機材料ペーストをより通しやすい形態にされていると、より顕著に発揮される。
【００７７】
また、樹脂製成形型が、主キャビティを規定するとともに副キャビティの内側の壁面を規定する主成形型と、この主成形型の周囲に配置されかつ副キャビティの外側の壁面を規定する副成形型とを備える場合、少なくとも主キャビティについて、光造形法によって作製すればよく、副成形型については、一般的な成形法を適用することができるので、樹脂製成形型をより能率的にかつより安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による無機材料−樹脂材料複合３次元構造体の一例としての医療用超音波探触子１を製造する方法において用いられる樹脂製成形型１１を示す斜視図である。
【図２】図１に示した樹脂製成形型１１の断面図である。
【図３】樹脂製成形型１１の主キャビティ１２および副キャビティ１４に圧電セラミックペースト２１を充填する工程を説明するための断面図であり、（１）は、圧電セラミックペースト２１の充填の途中の状態を示し、（２）は、充填を終えた後の状態を示す。
【図４】図３（２）に示した工程の後に実施される工程を説明するためのもので、（１）は、図３（２）に示した構造物を焼成して得られた無機材料焼結体２４を示す断面図であり、（２）は、無機材料焼結体２４の、堤状無機材料体１３に囲まれた部分を、樹脂２５によって充填しかつ樹脂２５を硬化させた状態を示す断面図である。
【図５】図４（２）に示した工程の後に実施される工程を説明するためのもので、（１）は、図４（２）に示した構造物から基台１８を除去しかつ樹脂２５が充填された無機材料焼結体２４の上下の端部を除去した状態を示す断面図であり、（２）は、（１）に示した構造物から堤状無機材料体１３を除去することによって得られた電極形成前の超音波探触子１を示す断面図である。
【図６】この発明にとって興味ある医療用超音波探触子１の電極形成前の状態を一部破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１  医療用超音波探触子
２  ロッド（無機材料部分）
３  樹脂材料部分
１１  樹脂製成形型
１２  主キャビティ
１３  堤状無機材料体
１４  副キャビティ
１５  連通通路
１６，１７  開口
１９  主成形型
２０  副成形型
２１  圧電セラミックペースト（無機材料ペースト）
２４  無機材料焼結体
２５  樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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