(57)【要約】【課題】超音波の伝播損失が少なく、超音波の透過率が良好な超音波探触子及び超音波画像診断装置に関する技術を提供すること。【解決手段】圧電素子層５、整合層６、音響レンズ９を備えた超音波探触子１において、音響レンズ９はイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含む複数の層からなる積層構造を有し、その音響レンズ９の中央側から、音響レンズ９の厚み方向と交差する方向に離間するにつれて、超音波の伝播速度が速くなるように、イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整して形成することとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する圧電素子部と、
平面状のレンズ面を有し、前記圧電素子部から送信された超音波を前記レンズ面から出射して所定の焦点距離に収束させる音響レンズと、
前記圧電素子部と前記音響レンズの間に配されて、前記圧電素子部と前記音響レンズの間での音響インピーダンスを整合させる整合層と、
を備えた超音波探触子において、
前記音響レンズと前記整合層の少なくとも一方が、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含む複数の層からなる積層構造を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記音響レンズは、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含み、前記レンズ面と略直交する向きに積層された複数の層を備えており、
前記音響レンズの前記複数の層は、前記音響レンズの中央側から、前記音響レンズの厚み方向と交差する方向に離間するにつれて、超音波の伝播速度が速くなるように、前記複数の層における前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成が調整されて形成されてい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】
前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物中の金属イオン種を異ならせて、前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整していることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記音響レンズに含まれているイオン性ポリマーの金属イオン架橋物におけるイオン性ポリマーは、アクリル酸重合体またはアクリル酸共重合体であることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
超音波を被検体に向けて送信し、その被検体から受信した超音波の反射波に応じて画像を形成する超音波画像診断装置において、
請求項２〜４の何れか一項に記載の超音波探触子を備えることを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項６】
請求項２〜４の何れか一項に記載の超音波探触子における音響レンズの製造方法であって、
前記音響レンズの中央部を成すレンズ基板の両面にそれぞれ、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥して形成した層上に、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥する工程を繰り返して、前記複数の層を形成することを特徴とする音響レンズの製造方法。
【請求項７】
前記音響レンズにおける複数の層の各層は、イオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液を、交互に塗布して乾燥することによって形成することを特徴とする請求項６に記載の音響レンズの製造方法。
【請求項８】
前記整合層は、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含み、前記音響レンズのレンズ面と略平行に積層された複数の層を備えており、
前記整合層の前記複数の層は、前記圧電素子部と前記音響レンズの間の音響インピーダンスを段階的に変化させて整合させるように、前記複数の層における前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成が調整されて形成されてい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９】
前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物中の金属イオン種を異ならせて、前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整していることを特徴とする請求項８に記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記整合層に含まれているイオン性ポリマーの金属イオン架橋物におけるイオン性ポリマーは、アクリル酸重合体またはアクリル酸共重合体であることを特徴とする請求項８又は９に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
超音波を被検体に向けて送信し、その被検体から受信した超音波の反射波に応じて画像を形成する超音波画像診断装置において、
請求項８〜１０の何れか一項に記載の超音波探触子を備えることを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項１２】
請求項８〜１０の何れか一項に記載の超音波探触子における整合層の製造方法であって、
所定の基板上に、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥して形成した層上に、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥する工程を繰り返して、前記複数の層を形成することを特徴とする整合層の製造方法。
【請求項１３】
前記整合層における複数の層の各層は、イオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液を、交互に塗布して乾燥することによって形成することを特徴とする請求項１２に記載の整合層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及び超音波画像診断装置、音響レンズの製造方法及び整合層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像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低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波画像診断装置は、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長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、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。
【０００３】
このような医療用超音波画像診断装置に使用される超音波探触子には、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、ジルコン酸チタン酸鉛を材料とした圧電素子が一般的に用いられる。こうした超音波探触子としては、単一型探触子であるシングル型または複数の探触子を２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。
【０００４】
そして、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方法となりつつある。
ハーモニックイメージングを行うために十分な超音波信号を得るには、基本波よりも周波数が高く減衰しやすい高調波をいかに効率的に受信できる設計とするかが重要になる。
【０００５】
そのため、超音波探触子には、超音波のビームを収束させて分解能を向上させる音響レンズが設けられている。音響レンズは被検体（生体）と密着させるので、被検体と密着させやすく、診断に使用する周波数において減衰率の小さい材料が求められている。
従来、このような材料としてシリコーンゴムが主に用いられている。シリコーンゴムは、被検体（生体）より音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が遅いので、シリコーンゴム製の音響レンズは、その断面形状の中央部を凸状に形成し、超音波が中央の厚みの厚い部分を通過する時間を、厚みの薄い部分より長くして超音波を収束させるようにしている。
但し、シリコーンゴムは超音波の伝播損失が大きいため、超音波探触子の受信感度を向上させるには難しい材料であった。特に、高周波の伝播損失が大きいため、高調波信号を用いたハーモニックイメージングには不向きな材料であるといえる。
【０００６】
そのシリコーンゴムと比較して伝播損失の少ない材料としては、例えばポリメチルペンテンが知られている。ポリメチルペンテンは被検体（生体）より音速が速いので、ポリメチルペンテン製の音響レンズは、その断面形状の中央部を凹状に形成して、超音波を収束させるようにする必要がある。
但し、音響レンズの断面形状が凹状である場合、被検体（生体）の表面との接触性が悪く、音響レンズと被検体（生体）の間に気泡が混入するなどして、鮮明な画像が得られないことがある。
こうした不具合を解消するため、ポリメチルペンテンを用いた凹状の音響レンズの平坦面側を生体接触側、凹面側を圧電素子側とし、その凹状の部分を音響媒体で埋めて空気層を介在させないようにした音響レンズが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、圧電素子から離間するにつれて含有割合が変化するように添加物を添加し、圧電素子と音響レンズとの間の音響インピーダンスを徐々に変化させるようにして超音波の送受信感度を向上させた音響整合レンズを備えた超音波プローブに関する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、レンズの中央部の両側に、その中央部から離間するにつれて超音波の伝播速度が速くなるように複数の層から構成された周辺部を備え、その断面形状を平面状とするように形成されてなる音響レンズに関する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
さらに、超音波探触子には、圧電素子と音響レンズの間での超音波の反射を低減して、超音波の送受信感度を向上させる整合層が設けられている。
従来、整合層は、音響インピーダンスの異なる複数の層を積層してなり、圧電素子と音響レンズとの間の音響インピーダンスを徐々に変化させるようにして超音波の送受信感度を向上させている。
【００１０】
そして、複数の材料の混合割合を変化させながら複数の層を成膜して形成した、多層構造の音響整合層に関する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【００１１】
また、複数の先細柱状体からなる第一の音響整合材と、複数の先細柱状体の隙間に充填してなる第二の音響整合材とで構成される音響整合層を備えた超音波探触子に関する技術が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−２５４１００号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３３８５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５２０６５号公報
【特許文献４】特開２００６−１０１２０４号公報
【特許文献５】特開平１１−８９８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１の場合、ポリメチルペンテン製の音響レンズの凹部を埋める音響媒体がシリコーンゴムであると、その分、伝播損失が大きくなってしまうという問題があった。
【００１４】
また、上記特許文献２の場合、音響整合レンズは、圧電素子との間の音響インピーダンスが徐々に変化する音速分布を有しているが、この音響整合レンズはシリコーンを基材とする凸面形状を有しているので、依然として超音波の伝播損失が大きいという問題があった。また、この音響整合レンズはシリコーンを基材としているため、物理的強度の弱いシリコーンが摩耗するなど変形してしまい、そのレンズにおける焦点距離が変化して超音波の収束性が悪化してしまうという問題があった。
【００１５】
また、上記特許文献３の場合、周辺部の複数の層に添加する微粒子状の添加剤の量を調整することで、超音波の伝播速度を異ならせているため、超音波が微粒子によって散乱してしまい、超音波の透過率が減少してしまうという問題があった。
【００１６】
また、上記特許文献４の場合、音響インピーダンスが比較的生体に近いポーラスアルミナの混合割合を調整することで、多層構造の音響整合層を形成しているが、ポーラスアルミナといったポーラス微粒子の空隙に含まれている微小気泡によって超音波の散乱が生じて、超音波の透過率が減少してしまうという問題があった。
【００１７】
また、上記特許文献５の場合、巨視的にはその厚み方向に連続的に音響インピーダンスが変化しているものの、第一の音響整合材と第二の音響整合材の２層構造の整合層であるので、第一の音響整合材と第二の音響整合材の界面で超音波の反射が問題となることがあった。
また、構造上、第一の音響整合材と第二の音響整合材の界面に対して斜めに入射する超音波成分が多くなることで、臨界角を越えて全反射する超音波が増えるために、音響整合層内で音波が多重反射してしまうことがある。そして、超音波が音響整合層を通過する時間にばらつきが生じてパルス幅が長くなったり、伝搬長が長くなったりすることによって、吸収散乱減衰が増大し、超音波の透過率が減少してしまうという問題があった。
さらに、反射しなかった超音波についても、先細柱状体の底部側から第二の音響整合材に入射した超音波と、先細柱状体の先端側から第二の音響整合材に入射した超音波とでは、各音響整合材の音速の違いにより第二の音響整合材の上面部に到達する時間が異なるため、これによってもパルス幅が長くなってしまう問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、超音波の伝播損失が少なく、超音波の透過率が良好な超音波探触子及び超音波画像診断装置に関する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
超音波を送受信する圧電素子部と、
平面状のレンズ面を有し、前記圧電素子部から送信された超音波を前記レンズ面から出射して所定の焦点距離に収束させる音響レンズと、
前記圧電素子部と前記音響レンズの間に配されて、前記圧電素子部と前記音響レンズの間での音響インピーダンスを整合させる整合層と、
を備えた超音波探触子において、
前記音響レンズと前記整合層の少なくとも一方が、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含む複数の層からなる積層構造を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、
前記音響レンズは、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含み、前記レンズ面と略直交する向きに積層された複数の層を備えており、
前記音響レンズの前記複数の層は、前記音響レンズの中央側から、前記音響レンズの厚み方向と交差する方向に離間するにつれて、超音波の伝播速度が速くなるように、前記複数の層における前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成が調整されて形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波探触子において、
前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物中の金属イオン種を異ならせて、前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整していることを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の超音波探触子において、
前記音響レンズに含まれているイオン性ポリマーの金属イオン架橋物におけるイオン性ポリマーは、アクリル酸重合体またはアクリル酸共重合体であることを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、
超音波を被検体に向けて送信し、その被検体から受信した超音波の反射波に応じて画像を形成する超音波画像診断装置において、
請求項２〜４の何れか一項に記載の超音波探触子を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項２〜４の何れか一項に記載の超音波探触子における音響レンズの製造方法であって、
前記音響レンズの中央部を成すレンズ基板の両面にそれぞれ、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥して形成した層上に、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥する工程を繰り返して、前記複数の層を形成することを特徴とする。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の音響レンズの製造方法において、
前記音響レンズにおける複数の層の各層は、イオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液を、交互に塗布して乾燥することによって形成することを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、
前記整合層は、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含み、前記音響レンズのレンズ面と略平行に積層された複数の層を備えており、
前記整合層の前記複数の層は、前記圧電素子部と前記音響レンズの間の音響インピーダンスを段階的に変化させて整合させるように、前記複数の層における前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成が調整されて形成されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の超音波探触子において、
前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物中の金属イオン種を異ならせて、前記イオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整していることを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の超音波探触子において、
前記整合層に含まれているイオン性ポリマーの金属イオン架橋物におけるイオン性ポリマーは、アクリル酸重合体またはアクリル酸共重合体であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、
超音波を被検体に向けて送信し、その被検体から受信した超音波の反射波に応じて画像を形成する超音波画像診断装置において、
請求項８〜１０の何れか一項に記載の超音波探触子を備えることを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、請求項８〜１０の何れか一項に記載の超音波探触子における整合層の製造方法であって、
所定の基板上に、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥して形成した層上に、イオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥する工程を繰り返して、前記複数の層を形成することを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の整合層の製造方法において、
前記整合層における複数の層の各層は、イオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液を、交互に塗布して乾燥することによって形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、超音波の伝播損失が少なく、超音波の透過率が良好な超音波探触子及び超音波画像診断装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】超音波画像診断装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】超音波画像診断装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】超音波探触子を示す概略図である。
【図４】音響レンズを示す概略斜視図である。
【図５】音響レンズが超音波を収束させる原理を示す説明図である。
【図６】音響レンズの製造工程を示す説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。
【図７】実施形態２における超音波探触子を示す概略図である。
【図８】実施形態２の比較例４における音響整合層の製造工程を示す説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。
【図９】実施形態２の比較例５における音響整合層の製造装置（成膜装置）を示す概略図である。
【図１０】実施形態２の比較例５における音響整合層の製造工程を示す説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。
【図１１】実施形態２の比較例５における音響整合層の製造工程を示す説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。
【図１２】実施形態２における超音波探触子に関し、各種整合層における周波数毎の振幅変化をｄＢにて標記したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００３５】
（超音波画像診断装置）
超音波画像診断装置は、生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体内で反射した超音波の反射波（エコー）を受信して、その受信波に基づき、被検体内の内部状態を超音波画像として画像化して表示する医療用の装置である。
図１は、本実施形態における超音波画像診断装置の外観構成を示す図である。図２は、本実施形態における超音波画像診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００３６】
超音波画像診断装置１００は、図１、図２に示すように、装置本体１０と、装置本体１０にケーブル１７を介して接続された超音波探触子１（１ａ）を備えている。
装置本体１０は、例えば、操作入力部１１、送信回路１２、受信回路１３、画像処理部１４、表示部１５、制御部１６等を備えている。
【００３７】
超音波探触子１（１ａ）は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体内で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１（１ａ）は、ケーブル１７を介して装置本体１０と接続されており、送信回路１２、受信回路１３と電気的に接続されている。
【００３８】
送信回路１２は、制御部１６の指令により、ケーブル１７を介して超音波探触子１（１ａ）に電気信号を送信し、超音波探触子１（１ａ）から被検体に向けて超音波を送信させる。
受信回路１３は、超音波探触子１（１ａ）が受信した被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を、制御部１６の指令により、ケーブル１７を介して超音波探触子１（１ａ）から受信する。
【００３９】
画像処理部１４は、制御部１６の指令により、受信回路１３が受信した電気信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
表示部１５は、制御部１６の指令により、画像処理部１４が画像化した超音波画像を表示する。この表示部１５は、例えば、液晶パネルなどから成る。
【００４０】
操作入力部１１は、スイッチやキーボードなどから構成されており、ユーザが診断開始を指示するコマンドや、被検体の個人情報等のデータを入力するために設けられている。
制御部１６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成されており、操作入力部１１から入力されたコマンド等に基づき、予めプログラムされた手順に従って超音波画像診断装置１００（装置本体１０）の各部の制御を行う。
【００４１】
（超音波探触子）
次に、超音波画像診断装置１００の超音波探触子について説明する。
【００４２】
［実施形態１］
超音波画像診断装置１００の超音波探触子の実施形態１について説明する。
なお、本実施形態では、単一の圧電素子で超音波の送受信を行う超音波探触子を例として説明するが、本発明はこれに限定されず、複数の圧電素子（例えば、送信用圧電素子と受信用圧電素子）を有する超音波探触子にも適用できる。
また、以降の説明では各種方向を、図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ軸方向はエレベーション方向、Ｙ軸方向は圧電素子の配列方向（走査方向）、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。
【００４３】
超音波探触子１は、例えば、図３に示すように、圧電素子層５、整合層６、音響レンズ９等を備えている。
具体的に、超音波探触子１は、バッキング材２の上に第２電極２５、圧電素子層５、第１電極５６、整合層６、音響レンズ９が順に、Ｚ軸方向に積層された構成を有している。
なお、第２電極２５、第１電極５６は、他の構成層に比べて極薄い部材（薄膜）であるため、図３中、界面における線状の部材として図示している。
【００４４】
圧電素子層５は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子であり、厚み方向の両面に対を成す第１電極５６、第２電極２３を備えている。
この圧電素子層５の厚さは要求される送受信周波数により異なるが、概ね１００〜２０００μｍ程度である。
【００４５】
第１電極５６、第２電極２３は、図示しないコネクタによってケーブル１７と接続されており、ケーブル１７を介して送信回路１２と接続している。そして、送信回路１２から第１電極５６と第２電極２３に電気信号が入力されると圧電素子が振動し、圧電素子層５からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
また、第１電極５６、第２電極２３は、図示しないコネクタによってケーブル１７と接続されており、ケーブル１７を介して受信回路１３と接続している。そして、圧電素子層５が被検体で反射した超音波の反射波を受信して圧電素子が振動すると、その振動に応じて圧電素子を挟んだ第１電極５６と第２電極２３の間に電気信号が発生する。第１電極５６と第２電極２３の間に発生した電気信号は、ケーブル１７を介して受信回路１３で受信され、画像処理部１４で画像化される。
この第１電極５６と第２電極２３は、圧電素子層５の両面にそれぞれ、金、銀、アルミなどの金属材料の薄膜が、蒸着法やフォトリソグラフィー法により成膜されて形成された電極である。
なお、第１電極５６、第２電極２３、圧電素子層５が積層された部分が圧電素子部として機能する。
【００４６】
整合層６は、例えば、被検体の一つである人体と圧電素子層５の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、圧電素子層５と音響レンズ９の間での音響インピーダンスの整合を図る機能を有する。整合層６は、例えば、樹脂材料を成型してなる部材である。
この整合層６に用いられる材料は、音響インピーダンスが１．７〜１．８程度で、音速が人体に近い１３００ｍ／ｓ以上、２２００ｍ／ｓ以下の材料であることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどを好適に用いることができる。
【００４７】
上記した、第１電極５６と第２電極２３が形成された圧電素子層５と、整合層６が順に、バッキング材２の上に積層されて、それぞれが接着剤により接着されている。
そして、バッキング材２に圧電素子層５と整合層６を接着した後、整合層６側から超音波放射方向と反対の方向に向かってダイシングが行われて、バッキング材２と第２電極２５の接着面からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さの溝部（図示省略）が形成されている。そのダイシングによって形成された溝部（図示省略）に、シリコーン樹脂などから成る充填剤を充填した後、整合層６の上の最上層に音響レンズ９が接着されて積層される。
【００４８】
音響レンズ９は、圧電素子層５から送信された超音波を所定の焦点距離に収束させる機能を有する。なお、音響レンズ９は、少なくとも一つの方向（本実施形態ではＸ軸方向）について超音波を集束させる機能を有していればよく、必ずしも超音波を１点に集束させるものでなくてもよい。
音響レンズ９は、図３、図４に示すように、中央部７と、中央部７の両側にそれぞれ配された周辺部８とから構成されている。
なお、以降の説明では各種方向を、図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ軸方向はエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。
【００４９】
音響レンズ９は、図４に示すように、Ｘ軸方向の幅がＷ、Ｚ軸方向の幅（厚さ）がＨ、Ｙ軸方向の幅がＬの直方体形状を呈している。Ｚ軸と直交する配置で対を成す２面のうち、Ｚ軸負方向の下面は、図示しない圧電素子から放射した超音波が入射させるレンズ面であり、Ｚ軸正方向の上面は図示しない被検体に密着させ被検体の内部に超音波を放射させるレンズ面である。このＺ軸方向の両面で対を成す２面のレンズ面はともにＸ−Ｙ面に平行な平面状に形成されている。
【００５０】
音響レンズ９は、樹脂材料から成る中央部７と、中央部７の樹脂材料よりも超音波の伝播速度（音速ともいう）が速い樹脂材料から成り、複数の層からなる積層構造を有する周辺部８を備えている。
この音響レンズ９の周辺部８は、レンズ面（Ｘ−Ｙ面）と略直交する向きであって、Ｙ−Ｚ面に平行に積層された複数の層を備えている。本実施形態における周辺部８は、例えば、中央部７を挟んだ両側に配され、それぞれＹ−Ｚ面に平行に積層された２０層を有している。
具体的に、周辺部８は、図４に示すように、Ｘ軸方向に沿い中央部７側から離間する方向に同じ幅ｗで形成され、Ｙ−Ｚ平面に平行に積層された層８ａ〜層８ｔの２０層を有している。なお、図３、図４においては周辺部８の図示を簡略化しており、２０層分の図示は省略している。
また、中央部７のＸ軸方向の幅はＷ０、中央部７を挟む周辺部８のＸ軸方向の幅はそれぞれＷ１、中央部７と周辺部８のＺ軸方向の幅（厚さ）はともにＨである。
【００５１】
この音響レンズ９は、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含むように形成されており、特に、音響レンズ９の周辺部８を形成する樹脂材料に、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含む樹脂材料が用いられている。
音響レンズ９に含まれているイオン性ポリマーの金属イオン架橋物におけるイオン性ポリマーは、アクリル酸重合体またはアクリル酸共重合体であることが好ましい。
【００５２】
そして、周辺部８の層８ａ〜層８ｔは、中央部７からの距離が遠い層ほど音速の速い樹脂材料から形成されている。
例えば、中央部７が音速Ｖ１の樹脂材料から形成されているとすると、周辺部８の層８ａは音速Ｖ１より速い音速Ｖａの樹脂材料から成る。また、周辺部８の層８ｂは音速Ｖａより速い音速Ｖｂの樹脂材料から成る。同様に繰り返すようにして、周辺部８の層８ｓは音速Ｖｒより速い音速Ｖｓの樹脂材料から成り、周辺部８の層８ｔは音速Ｖｓより速い音速Ｖｔの樹脂材料から成る。この最も外側の層８ｔは音響レンズ９の中で最も速い音速Ｖｔの樹脂材料から成る。
【００５３】
ここで、図５に基づき、本発明の音響レンズ９が超音波を収束させる原理を説明する。図５では説明を簡単にするため、周辺部８が全て同じ材料で形成されている場合を例に説明する。
中央部７は音速Ｖ１の材料から成り、周辺部８は音速Ｖ１より速い音速Ｖ２の材料から成るものとする。また、音響レンズ９のＺ軸正方向のレンズ面は図示しない容器に貯えられた音速Ｖ０の液体に接しているものとする。
【００５４】
Ｉ２は、中央部７の中央から入射した超音波が、中央部７を通過し液体中を進行する状態を示している。Ｉ１は、図中左側の周辺部８の中央から入射した超音波が、周辺部８を通過し液体中を進行し、焦点距離ｆの位置（点ｑ）でＩ２と収束する状態を示している。ｘは音響レンズ７に入射したＩ１とＩ２との距離である。
【００５５】
周辺部８の音速Ｖ２は、中央部７の音速Ｖ１より速いので、周辺部８から入射した超音波は、同時に中央部７から入射した超音波より早く液体に到達し、液体中を同心円状に波面が進行する。
周辺部８から入射した超音波と中央部７から入射した超音波の音響レンズ９を通過する時間差ｔ１は下記の式（１）で求めることができる。
【００５６】
【数１】
2013034138.tif 000003
【００５７】
図５のｍは時間差ｔ１の間に周辺部８から入射した超音波が液体中を進行する距離である。液体の音速をＶ０とすると、距離ｍは下記の式（２）で求めることができる。
ｍ＝Ｖ０×ｔ１  ・・・（２）
図中左側の周辺部８の中央から入射した超音波は、距離ｍを進行した後、中央部７の中央から入射した超音波と同じ距離ｆを進行し点ｑに収束する。焦点距離ｆはピタゴラスの定理を用いて下記の式（３）で求めることができる。
ｆ＝（ｘ２−ｍ２）／２ｍ  ・・・（３）
この式（３）に式（１）、式（２）を代入すると、焦点距離ｆは下記の式（４）で求めることができる。
なお、Ｈは音響レンズ９のＺ軸方向の幅（厚み）、Ｖ１は中央部７の音速、Ｖ２は周辺部８の音速、Ｖ０は液体の音速である。
【００５８】
【数２】
2013034138.tif 000004
【００５９】
このように、中央部７と周辺部８の音速の差によって、中央部７から入射した超音波Ｉ２と周辺部８から入射した超音波Ｉ１を一点（点ｑ）に収束させることができる。
例えば、Ｖ０＝１５３０ｍ／ｓｅｃ、Ｖ１＝２５００ｍ／ｓｅｃ、Ｈ＝２．５ｍｍ、ｘ＝３ｍｍ、Ｖ２＝２７７１ｍ／ｓｅｃとすると、焦点距離ｆはｆ＝３０ｍｍである。また、他の値は同じでＨ＝５ｍｍに変更すると、焦点距離ｆはｆ＝１４．９ｍｍになる。
【００６０】
そして、図４に示すように、周辺部８が中央部７を挟んだ両側の２０層から構成される場合は、中央部７から入射した超音波と平行に周辺部８の各層（８ａ〜８ｔ）に入射した超音波が一点に収束するよう各層（８ａ〜８ｔ）の音速を設定する。
例えば、焦点距離ｆに収束する周辺部８を形成する樹脂材料の音速Ｖ２は、下記の式（５）で求めることができる。
【００６１】
【数３】
2013034138.tif 000005
【００６２】
例えば、焦点距離ｆ＝３０ｍｍ、Ｖ０＝１５３０ｍ／ｓｅｃ、Ｖ１＝２５００ｍ／ｓｅｃ、Ｈ＝２．５ｍｍ、ｘ＝３ｍｍとすると、Ｖ２＝２７７１ｍ／ｓｅｃである。
同様に式（５）を用いて、同じ焦点距離ｆに超音波を収束させる層８ａ〜層８ｔを形成するための樹脂材料の音速Ｖａ〜Ｖｔを求めることができる。
なお、後述するように、音速の異なる樹脂材料は、イオン性ポリマーの金属イオン架橋物中の金属イオン種を異ならせて、周辺部８の各層を構成するイオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整することにより得ることができる（表１Ａ、１Ｂ参照）。
【００６３】
次に、音響レンズ９の製造方法について説明する。
【００６４】
まず、音響レンズ９の中央部７となるレンズ基板７ａを用意する。
中央部７となるレンズ基板７ａは、例えば、図６（ａ）に示すように、幅Ｌ、高さＷ０、奥行きＭの長方体形状を呈する樹脂基板である。このレンズ基板７ａの大きさは特に限定されないが、一例としては、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍ、Ｗ０＝２ｍｍのサイズを有する。
中央部７となるレンズ基板７ａを形成する材料には、各種樹脂材料を用いることができるが、超音波の減衰特性に関し、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料が好ましい。例えば、メチルペンテン、スチレン、メチルメタクリレート、カーボネート、プロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
このレンズ基板７ａは、例えば、金型に樹脂材料を注型して作製することができる。
【００６５】
次いで、レンズ基板７ａの両面に、中央部７（レンズ基板７ａ）よりも速い音速が得られる配合に調整されているイオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥させて、樹脂材料を加熱硬化させることで、所定の厚みｗを有する層８ａを形成する。さらに、層８ａよりも速い音速が得られる配合に調整されているイオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥させて、樹脂材料を加熱硬化させることで、所定の厚みｗを有する層８ｂを形成する。このように各層を形成する工程を繰り返して、図６（ｂ）に示すように、層８ｓよりも速い音速が得られる配合に調整されているイオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し加熱硬化させて層８ｔまで形成する。
なお、レンズ基板７ａの一方の面に層８ａ〜層８ｔを形成した後、レンズ基板７ａを反転させて、そのレンズ基板７ａの他方の面に層８ａ〜層８ｔを形成するようにしてもよく、また、レンズ基板７ａの反転を、樹脂層（層８ａ〜層８ｔ）を１層形成する毎に行い、レンズ基板７ａの両面に対し層８ａ〜層８ｔを１層ずつ順に形成するようにしてもよい。
【００６６】
次いで、図６（ｂ）に示したような、レンズ基板７ａの両面に層８ａ〜層８ｔが形成された積層体から音響レンズ９を切り出す。この際、レンズ面の間隔が所定の厚みＨとなるように、各層（８ａ〜８ｔ）を積層した面に直交する面（Ｘ−Ｙ面）に沿い、積層体をＸ軸方向にダイシングする切断を行って、図６（ｃ）に示すように、音響レンズ９を切り出す。その切り出した切断面を研磨して音響レンズ９が形成される。この図６（ｃ）に示す音響レンズ９は、図４に示した音響レンズ９と同一形状である。
なお、音響レンズ９を切り出す切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【００６７】
このように、音響レンズ９は、被検体と接触する面を被検体に密着させやすい平面形状にしたレンズ面を有するとともに、超音波の伝播速度（音速）が異なり中央部７からＸ軸方向に離間した層ほど音速が速い複数の層（８ａ〜８ｔ）を有する周辺部８を備えた構成をとることにより、音響レンズ９のレンズ面から放射する超音波を所定の距離に収束させることを可能にしている。
【００６８】
また、この音響レンズ９は、シリコーンゴムから成り凸形状を有する音響レンズに比べて、被検体と接触するレンズ面が磨耗しにくい。それにより、超音波探触子１を長期に亘って使用した場合でも、音響レンズ９のレンズ面が徐々に磨耗し、フォーカス位置が当初の設計からずれてしまうという問題が生じにくい。
【００６９】
また、この音響レンズ９に用いる樹脂材料は、シリコーンゴムに比べてガスや液体を透過しにくいので、音響レンズ９が被検体と接するレンズ面から消毒用のガスや液体などが侵入して、超音波探触子１の特性が悪化しまうという問題が生じにくい。
【００７０】
また、この音響レンズ９に用いる樹脂材料は、シリコーンゴムに比べて伝播損失の少ない樹脂材料であるので、減衰の少ない音響レンズ９を作製することができる。特に、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料を用いることにより、高調波信号を利用するアレイ型超音波探触子に好適な音響レンズ９を作製することができる。
【００７１】
次に、具体的な実施例１〜３を挙げて、本発明に係る超音波探触子１における音響レンズ９の製造方法について説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００７２】
まず、音響レンズ９の周辺部８の各層（８ａ〜８ｔ）を形成するための各種塗工液（１）〜（６）を以下のように調整する。なお、表１Ａ、表１Ｂに、周辺部８の各層（８ａ〜８ｔ）を形成するための各種塗工液の配合等の具体例を示している。
【００７３】
（１）イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−１）
ポリエチレン製ビーカー中に、数平均分子量２５万のポリアクリル酸を３１．４ｇ含む水溶液５００ｃｃと、ＮａＯＨを２０ｇ含む水溶液２５０ｃｃを投入し、十分に撹拌・溶解して、イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−１）を得た。
【００７４】
（２）イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−２）
ポリエチレン製ビーカー中に、数平均分子量２５万のポリアクリル酸を３１．４ｇ含む水溶液５００ｃｃと、水２５０ｃｃを投入し、十分に撹拌・溶解して、イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−２）を得た。
【００７５】
（３）イオン性ポリマー水溶液に混入して用いる金属化合物コロイド分散溶液（Ｍ−１）
３０％水分散ジルコアニゾル（ナノユースＺＲ−３０ＢＦ；日産化学社製）５２０ｇに水を加えて総量５００ｃｃとして、金属化合物コロイド分散溶液（Ｍ−１）を得た。
【００７６】
（４）架橋イオン水溶液・架橋剤溶液（Ｉ−１）
６４ｇのＢａＣｌ２・２Ｈ２Ｏを水に溶解し、総量５００ｃｃとして、架橋剤溶液（Ｉ−１）を得た。
【００７７】
（５）架橋イオン水溶液・架橋剤溶液（Ｉ−２）
２３ｇのＡｌＣｌ３を水に溶解し、総量５００ｃｃとして、架橋剤溶液（Ｉ−２）を得た。
【００７８】
（６）架橋イオン水溶液・架橋剤溶液（Ｉ−３）
１５．５ｇのエチレンジアミンを水に溶解し、総量５００ｃｃとして、架橋剤溶液（Ｉ−３）を得た。
【００７９】
【表１Ａ】
2013034138.tif 000006
【００８０】
【表１Ｂ】
2013034138.tif 000007
【００８１】
［実施例１］
常法の注型加工法によって、１００ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのスチレン／ジビニルベンゼン（９５／５；重量比）の樹脂製基板を形成し、音響レンズ９の中央部７となるレンズ基板７ａを得た。
このレンズ基板７ａの両面に、まず第１層目としての層８ａを形成した。
具体的には、レンズ基板７ａ上に、乾燥後の厚みが１００μｍとなるようにイオン性ポリマー水溶液（Ｐ−２）をコーティングした後、１２０℃で乾燥し、更にこの上に、ウェット厚が１００μｍとなるように架橋剤溶液（Ｉ−３）を塗布し、１２０℃で乾燥を行うことでイオン架橋を行い、加熱硬化させた層８ａを形成した。その後、第１層目の層８ａを充分水洗し、未反応物および副生成した塩を除去した。
続いて、第１層目の層８ａ上に、第２層目の層８ｂを第１層目と同様に形成し、第２層目以降の各層（８ｂ〜８ｔ）を順次形成した。なお、第１層目の層８ａから第２０層目の層８ｔを形成するために用いるイオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液の組み合わせは、表１Ａ、表１Ｂに示している。この表中における括弧内の数値は、各溶液の体積比を表している。また、この表中で上下２段に区切られているものは、その何れの溶液を用いてもよい。
【００８２】
こうしてレンズ基板７ａの両面に層８ａ〜層８ｔを形成した積層体を、５．５ｍｍ厚で切断し、その切断面を研磨することで、厚さ５ｍｍ、１００×６ｍｍの音響レンズ９を得た。この音響レンズ９の焦点距離は、３０ｍｍであった。
【００８３】
［実施例２］
実施例１と同様に、表１Ａ、表１Ｂに示す実施例２におけるイオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液の組み合わせで、レンズ基板７ａの両面に層８ａ〜層８ｔを形成し、その積層体を４ｍｍ厚で切断し、その切断面を研磨することで、厚さ３．５ｍｍ、１００×６ｍｍの音響レンズ９を得た。実施例２の音響レンズ９の焦点距離は、３０ｍｍであった。
【００８４】
［実施例３］
実施例１と同様に、表１Ａ、表１Ｂに示す実施例３におけるイオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液の組み合わせで、レンズ基板７ａの両面に層８ａ〜層８ｔを形成し、その積層体を３ｍｍ厚で切断し、その切断面を研磨することで、厚さ２．５ｍｍ、１００×６ｍｍの音響レンズ９を得た。実施例３の音響レンズ９の焦点距離は、３０ｍｍであった。
【００８５】
［比較例１］
シリコーンゴムを常法により成型して、曲率半径１０ｍｍの凸面形状のレンズ面を有し、焦点距離３０ｍｍの単一材料構成からなる音響レンズを得た。
【００８６】
［比較例２］
周辺部の積層総数を、特許文献３「特開２０１０−２５２０６５号公報」の表２に示す通りに１０層とするとともに、１層毎の乾燥後の厚みを２００μｍとした以外は実施例１と同様にして積層体を得て、これを切断、研磨することによって、厚さ２．５ｍｍの音響レンズを得た。
【００８７】
以上のように形成した実施例１〜３の音響レンズ９の音波減衰特性は各々、６．８ｄＢ／１５ＭＨｚ、６．１ｄＢ／１５ＭＨｚ、６．８ｄＢ／１５ＭＨｚであった。
これに対し、同一の焦点距離を有する比較例１、比較例２の音響レンズの減衰特性は、２１．３ｄＢ／１５ＭＨｚ、８．３ｄＢ／１５ＭＨｚであったので、本発明の音響レンズ９は、優れた低減衰特性を有していることがわかる。
【００８８】
また、音響レンズのレンズ面を、不織布ワイパー（ベンコット；旭化成社製）で５０ｇの荷重を掛けて、５０００回の摩擦試験を行った後、再度焦点距離を測定したところ、本発明の実施例１〜３の音響レンズ９の焦点距離に変化が無かったことに対し、シリコーンゴム製の音響レンズ（従来品）は摩耗が生じたことに起因して、焦点距離が３０ｍｍから４１ｍｍに変化してしまった。
【００８９】
このように、本発明の音響レンズ９は、超音波の伝播損失が少なく、超音波の透過率が良好であり、高い周波数でも送受信可能であって耐久性が高いという優れた性能を有しているので、超音波探触子１及び超音波画像診断装置１００に関する技術を向上させることができる。
【００９０】
［実施形態２］
超音波画像診断装置１００の超音波探触子の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
【００９１】
超音波探触子１ａは、例えば、図７に示すように、圧電素子層５、整合層６６、音響レンズ９９等を備えている。
具体的に、超音波探触子１ａは、バッキング材２の上に第２電極２５、圧電素子層５、第１電極５６、整合層６６、音響レンズ９９が順に、Ｚ軸方向に積層された構成を有している。
なお、音響レンズ９９は、実施形態１の音響レンズ９と同様のものであっても、その他周知の音響レンズであってもよい。また、超音波探触子１ａは、場合によって音響レンズのない構成をとることも可能である。本発明の実施例においては、整合層の効果をより明確化するため、音響レンズのない構成にて説明するが、本発明はこの構成に限定されない。
【００９２】
整合層６６は、例えば、被検体の一つである人体と圧電素子層５の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、圧電素子層５と音響レンズ９９の間での音響インピーダンスの整合を図る機能を有する。
特に、整合層６６は、少なくともイオン性ポリマーの金属イオン架橋物を含むように形成されており、複数の層からなる積層構造を有している。
整合層６６に含まれているイオン性ポリマーの金属イオン架橋物におけるイオン性ポリマーは、アクリル酸重合体またはアクリル酸共重合体であることが好ましい。
【００９３】
具体的に、整合層６６は、レンズ面（Ｘ−Ｙ面）と略平行に積層された複数の層を備えている。本実施形態における整合層６６は、例えば、圧電素子層５側の層６ａから音響レンズ９９側の層６ｔまでが積層された２０層を有している。なお、図７においては整合層６６の図示を簡略化しており、２０層分の図示は省略している。
【００９４】
この整合層６６の複数の層（６ａ〜６ｔ）は、圧電素子層５と音響レンズ９９の間の音響インピーダンスを段階的に変化させて整合させるようになっている。
つまり、圧電素子層５側の層６ａは、比較的圧電素子層５の音響インピーダンスに近い値の音響インピーダンスを有しており、音響レンズ９９側の層６ｔは、比較的音響レンズ９９の音響インピーダンスに近い値の音響インピーダンスを有している。そして、整合層６６の層６ａから層６ｔにかけて、音響インピーダンスの値が段階的に変化するようにして、その整合が図られている。
【００９５】
例えば、整合層６６の層６ａ〜層６ｔは、下層側である圧電素子層５側の層６ａほど、重く、硬い樹脂材料で形成されている。
なお、後述するように、比重や硬度が異なる樹脂材料は、イオン性ポリマーの金属イオン架橋物中の金属イオン種を異ならせて、整合層６６の各層を構成するイオン性ポリマーの金属イオン架橋物の組成を調整することにより得ることができる（表２Ａ、２Ｂ参照）。
【００９６】
次に、整合層６６の製造方法について説明する。
【００９７】
整合層６６を形成するための所定の作業用基板（例えば、ガラス基板）上に、比較的高い硬度であって圧電素子層５の音響インピーダンスに近い値の音響インピーダンスが得られる配合に調整されているイオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥させて、樹脂材料を加熱硬化させることで、所定の厚みを有する層６ａを形成する。さらに、層６ａよりも低い硬度が得られる配合に調整されているイオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し乾燥させて、樹脂材料を加熱硬化させることで、所定の厚みを有する層６ｂを形成する。このように各層を形成する工程を繰り返して、層６ｓよりも低い硬度が得られ、音響レンズ９９の音響インピーダンスに近い値の音響インピーダンスが得られる配合に調整されているイオン性ポリマー溶液および金属イオンを含有している架橋剤溶液を塗布し加熱硬化させて層６ｔまで形成する。
なお、層６ｔから層６ａの順で積層して整合層６６を作製するようにしてもよい。
【００９８】
次いで、層６ａ〜層６ｔが形成された積層体から整合層６６を所定のサイズに切り出す。その切り出した切断面を研磨して整合層６６が形成される。
なお、整合層６６を切り出す切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【００９９】
次に、具体的な実施例４〜６を挙げて、本発明に係る超音波探触子１ａにおける整合層６６の製造方法について説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１００】
まず、整合層６６の各層（６ａ〜６ｔ）を形成するための各種塗工液（７）〜（１２）を以下のように調整する。なお、表２Ａ、表２Ｂに、整合層６６の各層（６ａ〜６ｔ）を形成するための各種塗工液の配合等の具体例を示している。
【０１０１】
（７）イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−１）
ポリエチレン製ビーカー中に、数平均分子量２５万のポリアクリル酸を３１．４ｇ含む水溶液１０００ｃｃと、ＮａＯＨを２０ｇ含む水溶液５００ｃｃを投入し、十分に撹拌・溶解して、イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−１）を得た。
【０１０２】
（８）イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−２）
ポリエチレン製ビーカー中に、数平均分子量２５万のポリアクリル酸を３１．４ｇ含む水溶液１０００ｃｃと、水５００ｃｃを投入し、十分に撹拌・溶解して、イオン性ポリマー水溶液（Ｐ−２）を得た。
【０１０３】
（９）イオン性ポリマー水溶液に混入して用いる金属化合物コロイド分散溶液（Ｍ−１）
３０％水分散ジルコアニゾル（ナノユースＺＲ−３０ＢＦ；日産化学社製）５２０ｇに水を加えて総量１０００ｃｃとして、金属化合物コロイド分散溶液（Ｍ−１）を得た。
【０１０４】
（１０）架橋イオン水溶液・架橋剤溶液（Ｉ−１）
６４ｇのＢａＣｌ２・２Ｈ２Ｏを水に溶解し、総量１０００ｃｃとして、架橋剤溶液（Ｉ−１）を得た。
【０１０５】
（１１）架橋イオン水溶液・架橋剤溶液（Ｉ−２）
２３ｇのＡｌＣｌ３を水に溶解し、総量１０００ｃｃとして、架橋剤溶液（Ｉ−２）を得た。
【０１０６】
（１２）架橋イオン水溶液・架橋剤溶液（Ｉ−３）
１５．５ｇのエチレンジアミンを水に溶解し、総量１０００ｃｃとして、架橋剤溶液（Ｉ−３）を得た。
【０１０７】
【表２Ａ】
2013034138.tif 000008
【０１０８】
【表２Ｂ】
2013034138.tif 000009
【０１０９】
［実施例４］
ガラス基板上に、まず第１層目としての層６ａを形成した。
具体的には、ガラス基板の上面に、ウェット厚が１００μｍとなるようにイオン性ポリマー水溶液（Ｐ−１）をコーティングした後、１２０℃で乾燥し、更にこの上に、ウェット厚が１００μｍとなるように架橋剤溶液（Ｉ−２）を塗布し、１２０℃で乾燥を行うことでイオン架橋を行い、加熱硬化させた層６ａを形成した。その後、第１層目の層６ａを充分水洗し、未反応物および副生成した塩を除去した。
続いて、第１層目の層６ａ上に、第２層目の層６ｂを第１層目と同様に形成し、第２層目以降の各層（６ｂ〜６ｔ）を順次形成した。なお、第１層目の層６ａから第２０層目の層６ｔを形成するために用いるイオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液の組み合わせは、表２Ａ、表２Ｂに示している。この表中における括弧内の数値は、各溶液の体積比を表している。また、この表中で上下２段に区切られているものは、その何れの溶液を用いてもよい。
【０１１０】
こうして層６ａ〜層６ｔを積層して形成した積層体を所定のサイズに切断し、その切断面を研磨することで、実施例４の整合層６６を得た。
【０１１１】
［実施例５］
実施例４と同様に、表２Ａ、表２Ｂに示す実施例５におけるイオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液の組み合わせで、層６ａ〜層６ｔを形成し、その積層体を所定のサイズに切断し、その切断面を研磨することで、実施例５の整合層６６を得た。
【０１１２】
［実施例６］
実施例４と同様に、表２Ａ、表２Ｂに示す実施例６におけるイオン性ポリマー溶液と、金属イオンを含有している架橋剤溶液の組み合わせで、層６ａ〜層６ｔを形成し、その積層体を所定のサイズに切断し、その切断面を研磨することで、実施例６の整合層６６を得た。
【０１１３】
［比較例３］
比較例３として、従来公知技術によって音響整合層を作製した。
常法により厚さ６１μｍの充填エポキシ樹脂（音響インピーダンス：８．８ＭＲａｙｌｓ）と、厚さ７２μｍのポリウレタン（音響インピーダンス：２．３ＭＲａｙｌｓ）の整合層材料を接着して、２層構成からなる音響整合層を得た。
【０１１４】
［比較例４］
比較例４として、特開平１１−８９８３５号公報（特許文献５）に記載の方法によって音響整合層を作製した。
まず、図８（ａ）に示すように、第一の音響整合材で多数の先細柱状体６０を作製した。第一の音響整合材としては音響インピーダンスが８．８ＭＲａｙｌｓの充填エポキシ樹脂を用いた。この先細柱状体６０は、図８（ａ）に示すように、圧電素子層５側となる面の断面積が大きく且つ被検体側（音響レンズ９９側）となる面の断面積が小さく形成されるとともに、超音波の波長よりも短い間隔でマトリクス状に多数配列するように形成した。特に、多数の先細柱状体６０は、母線が指数関数で表される錐状となるように形成した。なお、この先細柱状体６０は、ベース部材６００の上面を機械加工により研削して形成した。
次いで、図８（ｂ）に示すように、第一の音響整合材で作製された多数の先細柱状体６０間の隙間に、第二の音響整合材６９を充填させて固化した。第二の音響整合材６９としては音響インピーダンスが２．３ＭＲａｙｌｓのポリウレタンを用いた。これにより、図８（ｂ）に示すように、第一の音響整合材で作製された多数の先細柱状体６０間の隙間が総て第二の音響整合材６９で埋められる。
次いで、第一の音響整合材で作製された多数の先細柱状体６０間の隙間を総て第二の音響整合材６９で埋めたものを、厚さ３ｍｍに仕上げて音響整合層を完成させた。なお、図８（ｃ）に示すように、ベース部材６００の下面を削るなどして所定の厚さに仕上げ、第一の音響整合材と第二の音響整合材との複合材から成る音響整合層を得た。
【０１１５】
［比較例５］
比較例５として、特開２００６−１０１２０４号公報（特許文献４）に記載の方法によって音響整合層を作製した。この比較例５において製造される音響整合層は、対象となる振動子の圧電素子部（圧電素子層）上に形成した。
図９は、比較例５の音響整合層を製造する際に用いられる成膜装置の構成を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体（成膜粉）を下層に吹き付けて堆積させるエアロゾルデポジション（ＡＤ）法を用いている。なお、この成膜装置の詳細は特許文献４に記載されている。
まず、図１０（ａ）に示すように、ＰＺＴ部材６１に電極層６２を形成したものを用意し、電極層６２側を成膜面として、図９に示した成膜装置の基板ステージ２３にセットする。ＰＺＴ部材６１としては、ＰＺＴ板材を用いた。また、電極層６２は、ＰＺＴ部材６１上にスパッタリングにより白金の導電膜を成膜することによって形成した。なお、電極層６２の厚さは２００ｎｍとした。
次いで、図９に示した成膜装置において、音響整合層を作製するための２種類の成膜粉のうち、一方（材料Ａ）をエアロゾル生成室２４ａに配置し、他方（材料Ｂ）をエアロゾル生成室２４ｂに配置した。材料ＡとしてＰＺＴを用い、材料Ｂとしてポーラスアルミナを用いた。さらに、エアロゾル生成室２４ａ及び２４ｂにおいて、エアロゾルの生成をそれぞれ開始した。
次いで、制御弁２９ａ及び２９ｂを開いてサイドノズル３０ａ及び３０ｂからエアを噴出させるとともに、エアロゾル生成室２４ａ及び２４ｂにおいて生成されたエアロゾルを噴射ノズル２６ａ及び２６ｂにそれぞれ導入して噴射させた。それにより、図１０（ａ）に示すように、噴射ノズル２６ａから噴射されたエアロゾルと、噴射ノズル２６ｂから噴射されたエアロゾルとは、サイドノズル３０ａ及び３０ｂから噴出するエアによってそれぞれ擾乱した。
次いで、制御弁２９ａを閉じることにより、図１０（ｂ）に示すように、噴射ノズル２６ａから噴射されるエアロゾルの噴射圧力を回復させた。そして、基板ステージ２３を移動させながら、エアロゾルビーム３３ａを電極層６２上に吹き付けることにより、ＰＺＴの層６４ａを形成した。
次いで、制御弁２９ａを所定の量だけ開くとともに、制御弁２９ｂを所定の量だけ閉じることにより、図１０（ｃ）に示すように、エアロゾルビーム３３ａ及び３３ｂの噴射圧力を調整した。それにより、成膜面において、ＰＺＴとポーラスアルミナとが混合されて堆積する。さらに、基板ステージ２３を移動させることにより、層６４ａ上に所定の割合で混合されたＰＺＴ及びポーラスアルミナを含む層６４ｂを形成した。
次いで、制御弁２９ａを徐々に開くとともに、制御弁２９ｂを徐々に閉じることにより、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、エアロゾルビーム３３ａの噴射圧力を次第に抑制し、反対に、エアロゾルビーム３３ｂの噴射圧力を次第に回復させた。それにより、ＰＺＴとポーラスアルミナが所定の割合で混合された層６４ｃ及び６４ｄを順次形成した。層６４ｂ〜６４ｄにおいては、ＰＺＴの混合割合が次第に減少し、それに伴い、ポーラスアルミナの混合割合が次第に増加した。
次いで、制御弁２９ａを全開にすると共に、制御弁２９ｂを完全に閉じることにより、図１１（ｃ）に示すように、噴射ノズル２６ａから噴射されるエアロゾルを遮断し、エアロゾルビーム３３ｂの噴射圧力を回復させた。それにより、層６４ｄ上に、ポーラスアルミナの層６４ｅを形成した。
この比較例５においては、上記の要領により一層の厚さを１０μｍとして音響整合層を３５層で構成し、例えば、その音響インピーダンスを、振動子（ＰＺＴ）に近い方から４層目において約２５ＭＲａｙｌ、１０層目において約１５ＭＲａｙｌ、２２層目において約５ＭＲａｙｌ、３５層目において約２ＭＲａｙｌとなるように変化させた。
所望の音響インピーダンスを得るための３３ａと３３ｂの噴射圧力比Ｐａ、Ｐｂは、各層所望の音響インピーダンス値Ｚｘを用い、下記の式（６）と式（７）により算出して調整し、混合割合Ｍ：Ｎを変化させた。
【０１１６】
【数４】
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【０１１７】
［比較例６］
比較例６として、樹脂液を塗布して複数の層を積層する方法によって音響整合層を作製した。
まず、スチレンとジビニルベンゼンに、添加剤としての酸化亜鉛と熱重合開始剤とを、表３に示した質量比で混合した樹脂液１〜７を作製した。
なお、表３に示した樹脂液１〜７に含まれる添加剤の質量比は、所望する音響インピーダンスが得られるように、添加剤を母材の樹脂材料に添加する体積割合を求め、質量比に換算して求めた。
ここで用いた酸化亜鉛は、親油性酸化亜鉛ナノ微粒子（デグサ社製ＶＰ  ＡｄＮａｎｏ  Ｚ８０５）であり、平均粒径は２５０ｎｍである。また、熱重合開始剤はアゾビスイソブチロニトリルを用いた。
【０１１８】
【表３】
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【０１１９】
次いで、エポキシ樹脂基材上に樹脂液１を厚さ３μｍになるように塗布し、直ちに強熱乾燥して架橋強化し、樹脂液１の塗布物からなる層を形成した。同様に、樹脂液２〜７についても同じ手順で塗布及び加熱硬化を行って、７層の音響整合層を得た。
【０１２０】
上記のようにして得られた、実施例４〜６および比較例３〜６の整合層（音響整合層）について、機能評価した。
まず、超音波探触子１ａ（図７参照）における圧電素子層５の厚みを変化させ、中心周波数が１〜２０ＭＨｚまで１ＭＨｚ毎に異なる整合層のない振動子を２０種得た。
得られた２０種の振動子の各々についてその中心周波数と合致する周波数の正弦波１波で駆動した際の送受信強度（振幅比）と２０ｄＢパルス幅を測定し、これを基準値とした。
その後、これら２０種の振動子上に、各整合層（実施例４〜６および比較例３〜６の整合層）を設置して、同様の方法にて送受信強度と２０ｄＢパルス幅を測定し、整合層を設置していない振動子（基準値）からの変化率を評価値とした。
各整合層の周波数毎の振幅変化をｄＢにて標記したグラフを図１２に示す。また、各整合層のパルス幅変化率の平均値（２０種の振動子でのパルス幅変化率平均値）を表４に示す。
【０１２１】
【表４】
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【０１２２】
比較例３では、周波数変化による振幅比増減が激しく広帯域の超音波探触子を得ることが難しい上に、整合層部材を中心周波数に応じて各々用意する必要があることがわかる。
比較例４では、周波数変化での振幅比増減が少なく、比較的広帯域の超音波探触子を得ることが可能であるが、整合層の通過時間が整合層内で一定でないため、パルス幅が大きく伸びてしまい、分解能が劣化してしまう。
比較例５では、ポーラスアルミナを用いるために整合層内に微小な気泡が残存し、低周波領域では比較的良好な特性を示すものの、高周波領域では気泡による超音波の散乱が問題となり急激に特性が劣化してしまうため、適用範囲が限定されてしまう。
比較例６では、比較例３〜５の様な大きな問題はないものの、音響インピーダンスを変化させるために用いている微粒子による超音波の散乱減衰の影響により、高周波領域での特性は必ずしも充分ではなかった。
【０１２３】
これに対し実施例４〜６では、低周波から高周波までほぼ一定して振幅比が増加している上に、パルス幅が伸びてしまうこともなく、良好な特性を有していることがわかる。これにより中心周波数が異なる超音波探触子１ａを作製する場合でも同一の整合層を用いることができ、なおかつ周波数帯域の広い超音波探触子１ａを得ることが可能となる。
【０１２４】
このように、本発明の整合層６６は、振動子（圧電素子層５）で生じた超音波の損失を、高い周波数領域にまで広い帯域にわたって非常に小さくして、高い透過率とすることができるという優れた性能を有しているので、超音波探触子１ａ及び超音波画像診断装置１００に関する技術を向上させることができる。
【０１２５】
以上のように、本発明（実施形態１、実施形態２）によれば、超音波の伝播損失が少なく、超音波の透過率が良好な超音波探触子及び超音波画像診断装置を得ることができる。
【０１２６】
なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１      超音波探触子
１ａ    超音波探触子
５      圧電素子層（圧電素子部
６      整合層
７      中央部
７ａ    レンズ基板
８      周辺部
８ａ〜８ｔ  層
９      音響レンズ
６６    整合層
６ａ〜６ｔ  層
９９    音響レンズ
１００  超音波画像診断装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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