JP4171052B2 - アレイ式超音波プローブおよび超音波診断装置 - Google Patents
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Description
前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキング;および
前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズ;
を具備し、
前記最上層の音響整合層は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、25℃にてショア硬度Dが40以上、音響インピーダンスが1.8〜2.5MRaylsの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブが提供される。
前記超音波プローブにケーブルを通して接続された超音波プローブ制御器と
を具備したことを特徴とする超音波診断装置が提供される。
2液状のシリコーン樹脂である信越化学工業社製のSCR1011樹脂AとSCR1011樹脂Bを100:100の重量比で正確に秤量した。このシリコーン樹脂系混合物をポリエチレンの容器に入れ、回転式のミキサーで3分間、攪拌し均一に混合した。この液状樹脂を真空容器で10分間脱泡した後、テフロン(登録商標)からなる容器に入れた。つづいて、85℃、1時間の予備硬化した後、125℃で2時間の本硬化を行ってシリコーン樹脂含有混合物からなる第3音響整合層用素材を作製した。
使用装置 :エスアイアイ・ナノテクノロジー社製のTG/DTA320U
加熱条件 :室温から600℃までを20℃/minで昇温
雰囲気ガス :空気の気流(200mL/min)
リファレンス:サファイア 9.6mg
試料採取量 :10mg
<FTIRの分析条件>
使用装置:バリアンテクノロジーズジャパン社製のFTS−6000/UMA500
検出器 :MCT
積算回数:200回
測定法 :全反射測定(ATR:Attenuation Total Reflection)法
なお、比較のために汎用シリコーン樹脂(モメンティブ・パーフォーマンス・マテェリアル社[旧名:GE東芝シリコン社]製;TSE3032)の硬化物について同様な条件でTG/DTA曲線およびFTIRスペクトルを測定した。TG/DTA曲線を図8に、FTIRスペクトルを図9に示す。
下記表1に示すように2液状のシリコーン樹脂(シリコーン樹脂系混合物)として信越化学工業社製のSCR1012、SCR1011、SCR1004を用いて実施例1と同様な方法により第3音響整合層用素材をそれぞれ作製した。これらの素材の中で、いくつかに所定の充填材を分散させた。充填材としては、平均径が3μmのシリコーンゴム粒子、平均径が10μmのエポキシ樹脂粒子、平均径が20nmの粉末状酸化珪素、平均径が30nmの粉末状酸化亜鉛、平均径が50nmの粉末状酸化チタン、平均径が5μm、平均長さが100μmの繊維状ガラス、平均径が7μm、平均長さが100μmの繊維状炭素を用いた。
下記表2に示すように2液状のシリコーン樹脂含有混合物(シリコーン樹脂系混合物)として信越化学工業社製のSCR1011、SCR1012、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリエチレン、高硬度シリコーン樹脂(信越シリコーン社製商品名;KER2500)および(モメンティブ・パーフォーマンス・マテイリアル社[旧名:GE東芝シリコン社]製商品名;IVSM4500)をベース樹脂として用い、実施例1と同様な方法により第3音響整合層用素材をそれぞれ作製した。これらの素材の中で、いくつかに所定の充填材を分散させた。充填材としては、平均径が3μmのシリコーンゴム粒子、平均径が20nmの粉末状酸化珪素、平均径が100nmの粉末状アルミナ、平均径が5μm、平均長さが100μmの繊維状酸化珪素を用いた。
密度は、前記第3音響整合層用素材を研磨加工して得られた50mm径×3mm厚さの円板状音響特性評価用サンプルを用いて求めた。密度の測定は25℃のサンプルの空中及び水中重量を測定し、アルキメデス法にて行った。
前記第3音響整合層用素材を研磨加工して得られた50mm径×3mm厚さの円板状音響特性評価用サンプルを用いて、水中25℃で5MHzの測定用プローブを用いて、音速、減衰率を測定した。水中に静置されたステンレス板、及び静置されたサンプルに超音波プローブから送信し、その反射エコーを測定した。
ここで、C0は水の音速、Lは超音波プローブとサンプル(被測定物)の距離、dは試料の厚み、Δtは水と試料の透過波形の最初のピークを越した後のゼロクロス点の時間差を示す。
Zは、測定した密度と音速の積として求めた。
JIS K 6253に準じ、ヂュロメータタイプDを用いて25℃にて求めた。
クロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上にPZT圧電素子および前記第3音響整合層用素材を研磨加工して得られた10mm×10mm、厚さ1.0mmの加工性評価用サンプルをこの順序でエポキシ樹脂接着剤を介して積層し、この積層物を厚さ50μmのダイヤモンドブレードを用いて100μmのピッチ、バッキングへの深さが200μmになるように切り込み、さらに90度回転させ、再び100μmのピッチ、バッキングへの深さが200μmになるように切り込んだ。切り込み後の残存部分(50μm×50μm角)を顕微鏡で観察した。この観察において、加工性評価用サンプル(第3音響整合層)の倒れ、直線性から加工性を評価した。
・残存した50μm角の片が全く問題ない場合:A、
・残存した50μm角の片に2%以下の不良が認められた場合:B、
・残存した50μm角の片に10%以下の不良が認められた場合:C、
・残存した50μm角の片に10%を越える不良が認められた場合:D、
と4段階とした。
前記第3音響整合層用素材を研磨加工して幅25mm、長さ100mm、厚さ1.6mmのサンプルを得た。このサンプルをJIS−C6471 8.1の方法に従ってガラスエポキシ基板(FR4)にエポキシ接着剤を用いて貼り付け、60℃で24時間、ひきつづき125℃で1時間硬化させた後、テンシロン型引っ張り試験機にて30cm/分の速度で引張って引張りせん断強度を求めた。なお、試験は10枚のサンプルを対象にしてそれらの平均値とした。
・熱処理後のせん断強度が2.0N/mm2以上の場合:A、
・熱処理後のせん断強度が1.5N/mm2以上の場合:B、
・熱処理後のせん断強度が1.0N/mm2以上の場合:C、
・熱処理後のせん断強度が0.5N/mm2以上の場合:D、
・熱処理後のせん断強度が0.5N/mm2未満の場合:E、
と5段階とした。
第3音響整合層用素材を研磨加工して幅25mm、長さ100mm、厚さ1.6mmのサンプルを得た。このサンプルをJIS−C6471 8.1の方法に従って音響レンズ材料である密度1.5g/cm3、厚さ5mmのシリコーンゴム板(裏面に厚さ5mmのアルミニウム板が貼り付けられている)にシリコーンゴム系接着剤;セメダインスーパーX No.8008クリア(登録商標)を用いて貼り付け、60℃で72時間硬化させた。その後にヒートサイクル装置に入れ、−25℃と+85℃のヒートサイクルを100回行い、その後にテンシロン型引張り試験機にて30cm/分の速度で引張って剥離強度を求めた。なお、試験は10枚の試験片を対象にしてそれらの平均値とした。
・熱処理後の剥離強度が1.0N/mm2以上の場合:A、
・熱処理後の剥離強度が0.75N/mm2以上の場合:B、
・熱処理後の剥離強度が0.5N/mm2以上の場合:C、
・熱処理後の剥離強度が0.3N/mm2以上の場合:D、
・熱処理後の剥離強度が0.3N/mm2未満の場合:E、
と5段階とした。
Claims (15)
- スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される3層以上の音響整合層を有する複数のチャンネル;
前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキング;および
前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズ;
を具備し、
前記最上層の音響整合層は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、25℃にてショア硬度Dが40以上、音響インピーダンスが1.8〜2.5MRaylsの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブ。 - 前記シリコーン樹脂含有混合物は、オルガノポリシロキサンと、シリコーン変性有機レジン化合物との混合物で構成されることを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記シリコーン樹脂含有混合物は、オルガノポリシロキサンとエポキシで終端処理されたシリコーン変性有機レジン化合物を含むシリコーン系混合物との2液系混合物であることを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記シリコーン樹脂含有混合物は、フーリェ変換赤外分光光度計の測定により得られたスペクトルにおいて、ベンゼン核のC−H伸縮振動およびベンゼン核のC−H面外変角振動を有することを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記最上層の音響整合層は、25℃にて5MHzで測定される減衰率が5dB/cm/MHz以下、減衰率と音速の積である減衰性能指数が900m/s・dB/mm/MHz以下であることを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記最上層の音響整合層は、縦波音速が25℃にて1750〜2200m/s、密度が1.0〜1.35であることを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記最上層の音響整合層は、前記音響レンズとの熱膨張係数差が50ppm/℃以下であることを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記最上層の音響整合層は、さらにシリコーンゴム粒子、フッ素樹脂粒子、ウレタンゴム粒子から選ばれる少なくとも1つの有機充填粒子を30体積%以下含むことを特徴とする請求項1ないし7いずれか記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記最上層の音響整合層は、さらに密度6g/cm3以下の粉末状無機充填材および繊維状無機充填材から選ばれる少なくとも1つの無機充填材を10体積%以下含むことを特徴とする請求項1ないし7いずれか記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記粉末状無機充填材は、酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、アエロジルシリカのようなシリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末および窒化ボロン粉末の群から選ばれる少なくとも1つである請求項9記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記繊維状無機充填材は、炭素繊維、炭化珪素繊維、酸化亜鉛繊維、アルミナ繊維およびガラス繊維の群から選ばれる少なくとも1つであり、この繊維状無機充填材は直径が10μm以下で長さが直径の5倍以上であることを特徴とする請求項9記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記音響整合層は、3層の積層構造を有し、前記圧電素子と接する下層の音響整合層は音響インピーダンスが25℃にて10〜15MRayls、中間の音響整合層は音響インピーダンスが25℃にて2.7〜8MRayls、前記音響レンズと接する最上層の音響整合層はショア硬度Dが40以上、音響インピーダンスが25℃にて1.8〜2.5MRaylsのシリコーン樹脂含有混合物を含むことを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記音響整合層は、4層の積層構造を有し、前記圧電素子と接する下層の音響整合層は音響インピーダンスが25℃にて20〜14MRayls、2層目の音響整合層は音響インピーダンスが25℃にて7〜12MRayls、3層目の音響整合層の音響インピーダンスが25℃にて3〜5MRaylsの基板、および前記音響レンズと接する最上層の音響整合層はショア硬度Dが40以上、音響インピーダンスが25℃にて1.8〜2.5MRaylsのシリコーン樹脂含有混合物を含むことを特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 前記最上層の音響整合層と前記音響レンズとは、25℃にて1.3〜1.8MRaylsの音響インピーダンスを有するゴム系接着剤で接着される特徴とする請求項1記載のアレイ式超音波プローブ。
- 請求項1〜14いずれか記載のアレイ式超音波プローブと、
前記超音波プローブにケーブルを通して接続された超音波プローブ制御器と
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
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