JP2005125071A - 音響レンズ組成物、超音波プローブおよび超音波診断装置 - Google Patents

音響レンズ組成物、超音波プローブおよび超音波診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】生体を対象とする超音波診断装置への適用においてその要求特性を満たす音響レンズ組成物を提供する。
【解決手段】シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含むことを特徴とする音響レンズ組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、音響レンズ組成物、超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
超音波プローブは、例えば魚群探知器や生体を対象とした超音波診断装置などに用いられている。これらの超音波プローブには、超音波ビームを収束させて分解能を向上させるために音響レンズが用いられている。
特に、生体を対象とする超音波診断装置、つまり医用超音波診断装置の超音波プローブに組込まれる音響レンズは、生体との密着性をよくするために凸面形状にすることが望まれている。また、前記音響レンズは主には次の６つの特性を満たすことが望まれている。
（１）音響レンズは、生体と間で超音波の反射を最小にすることが望まれている。このため、音響レンズはその音響インピーダンス（ＡＩ＝音速×密度）が生体の音響インピーダンスである１．５３ＭＲａｙｌｓに近似する材料から作られることが望まれている。
（２）音響レンズは、超音波を高感度で送受信することが望まれている。このため、音響レンズは使用周波数において減衰率が小さい材料から作られることが望まれている。
（３）音響レンズは、凸面形状にするためにその音速が生体内の音速（約１５００ｍ／ｓ）以下の材料から作られることが望まれている。特に、音響レンズの曲率半径は音響レンズの音速と生体内の音速の関係から求められ、音響レンズの音速を生体内の音速に比べて小さい材料から作ることによって、音響レンズの曲率半径を大きくできる。その結果、音響レンズの厚さを薄くすることが可能になる。
（４）音響レンズは、成型性に優れ、特に引き裂き強度が大きい材料から作られることが望まれている。すなわち中心周波数が２〜１３ＭＨｚ程度の超音波プローブに用いられる音響レンズは０．５〜１．５ｍｍ程度の厚さを有する。この音響レンズを精度の高い凸面形状に成型するには、ゴム系材料が良好な流動性を有することが望まれる。特に、中心周波数が７ＭＨｚを越える超音波プローブでは、音響レンズの厚さを１．０ｍｍ以下に薄くするために優れた成型性を持つゴム系材料が望まれる。さらに、最近では複雑なキャップ型等の形状の音響レンズが多用されるに従い、成型性のみならず引き裂き強度の高いゴム系材料が望まれている。
（５）音響レンズは、添加物を含む構成材料が生体に対して安全であることが望まれている。また、音響レンズは音響カップリングゲルまたは消毒薬として一般的に用いられるグリセリン水溶液、エチルアルコール、オリーブオイル、ひまし油などに対しても化学的、物理的に安定な材料から作られることが望まれている。
（６）音響レンズは、使用時において生体に相当の圧力で押し当てられる。この場合、音響レンズのゴム硬度が不足すると、音響レンズの変形が起こり、焦点がずれて得られた画質が低下する。このため、音響レンズはヂュロメータＡ硬度で５０度以上の硬さを有する材料から作られることが望まれている。
なお、音響レンズの減衰特性は、前記（２）の減衰率のみならず、減衰率と音速との積により大きく関与する。このため、音響レンズは性能指数（FOM :Figure of Merit）を考慮した材料から作られることが望まれている。性能指数は、同一の音響インピーダンスの場合にはより低い方が好ましい。
従来の音響レンズは、シリコーンゴムにシリカ粉末を配合したゴム系材料から作られている。
また、特許文献１には無添加のシリコーンゴムに特定粒径の酸化チタン粉末を特定量配合した音響レンズが開示されている。
特許文献２には、シリコーンゴムコンパウンドと、特定粒径のアルミナ粉末および酸化チタン粉末と、ナイロンのような融点が８０℃以上の熱可塑性樹脂とからなる音響レンズ用組成物が開示されている。
特許文献３には、シリコン系ゴムとブタジエンゴムの混合物に酸化亜鉛を加硫助剤として添加した音響レンズが開示されている。
しかしながら、シリコーンゴムにシリカ粉末を添加した組成物の音響レンズにおいて、その音響インピーダンスを生体の音響インピーダンスである１．５３ＭＲａｙｌｓに近づけるにはシリカ粉末の添加量を増大させることが必要である。すなわち、シリカ粉末の密度は約２．２ｇ／ｃｍ3であり、音響レンズ全体の密度を約１．４〜１．６ｇ／ｃｍ3にするためには、平均粒径が１５〜３０ｎｍ程度と微細で比表面積の大きなシリカ粉末を重量で約４０〜５０ｗｔ％程度、体積で２４〜３２ｖｏｌ％程度配合する必要がある。その結果、前記量のシリカ粉末をシリコーンゴムへの練り込むことが困難になるばかりか、練り込み後の脱泡も困難となる。その上、音響レンズの成型においてシリコーンゴムの流動性が低下するため、割れ、ポアなどが生じ易くなる。さらに、音響レンズの引き裂き強度も低下する。一方、このようなシリカ粉末の添加によるシリコーンゴムに対する減衰率は比較的小さいものの、前記（３）の音速が約１０００ｍ／ｓ以上となる。その結果、音響レンズの減衰率が例え小さくても、厚さを薄くできないため、前述した性能指数（減衰率×音速）が低下し、減衰が大きくなる。また、
特許文献１および特許文献２に記載の音響レンズにおいて、添加する酸化チタン粉末、アルミナ粉末はシリカ粉末に比べて音速を下げる効果を有する。しかしながら、これらの音響レンズの音響インピーダンスを生体の音響インピーダンスである１．５３ＭＲａｙｌｓに近づけるにはシリカ粉末と同様にシリコーンゴムに対する酸化チタン、アルミナの添加量を増大させることが必要である。その結果、このような音響レンズは前記（２）の減衰率が増加するのみならず、前記（４）の成型性も低下する。
さらに、特許文献３に記載の音響レンズはシリコーン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合物を含むために、音響カップリング材として用いられるオリーブオイルやひまし油などに対して膨潤が生じ、長期の信頼性が低下する。
特公平１−３４３９６号公報 特公平５−９０３９号公報 特開平８−６１５号公報
本発明は、生体を対象とする超音波診断装置への適用において前記（１）〜（６）の特性を満たす音響レンズ組成物、音響レンズが組込まれた超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様によると、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と、酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含む音響レンズ組成物が提供される。
本発明の第２の態様によると、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と、白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含む音響レンズ組成物が提供される。
本発明の第３の態様によると、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と、酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含む音響レンズ組成物が提供される。
本発明の第４の態様によると、バッキング材；
前記バッキング材上に設けられ、圧電体とこの圧電体が前記バッキング材と対向する第１面及びこの第１の面と反対側の第２面に形成される一対の電極とを有する圧電素子；
前記圧電素子の前記電極面上に設けられる音響整合層；および
前記音響整合層上に設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含む音響レンズ；
を備える超音波プローブが提供される。
本発明の第５の態様によると、バッキング材；
前記バッキング材上に設けられ、圧電体とこの圧電体が前記バッキング材と対向する第１面及びこの第１の面と反対側の第２面に形成される一対の電極とを有する圧電素子；
前記圧電素子の前記電極面上に設けられる音響整合層；および
前記音響整合層上に設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含む音響レンズ；
を備える超音波プローブが提供される。
本発明の第６の態様によると、バッキング材；
前記バッキング材上に設けられ、圧電体とこの圧電体が前記バッキング材と対向する第１面及びこの第１の面と反対側の第２面に形成される一対の電極とを有する圧電素子；
前記圧電素子の前記電極面上に設けられる音響整合層；および
前記音響整合層上に設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含む音響レンズ；
を備える超音波プローブが提供される。
本発明の第７の態様によると、圧電素子上に音響整合層を介して設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含む音響レンズを備える超音波プローブ；
スクリーンを有する超音波診断装置本体；および
前記超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル；
を備える超音波診断装置が提供される。
本発明の第８の態様によると、圧電素子上に音響整合層を介して設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含む音響レンズを備える超音波プローブ；
スクリーンを有する超音波診断装置本体；および
前記超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル；
を備える超音波診断装置が提供される。
本発明の第９の態様によると、圧電素子上に音響整合層を介して設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含む音響レンズを備える超音波プローブ；
スクリーンを有する超音波診断装置本体；および
前記超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル；
を備える超音波診断装置が提供される。
本発明は、生体を対象とする超音波診断装置への適用において前記（１）〜（６）の特性を満たす音響レンズ組成物、音響レンズが組込まれた超音波プローブおよび超音波診断装置を提供できる。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る音響レンズ組成物は、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末１５〜６０ｗｔ％とを含有する。
前記シリコーンゴムは、分子骨格としてＳｉ−Ｏ結合であるシロキサン結合を持つ材料であり、例えばジメチルポリシロキサンを主成分とするもの等を用いることができる。シリコーンゴムは、重合度が１００−２０００の液状シリコーンゴムと３０００−１００００のミラブル型シリコーンゴムとに大別される。
前記シリコーンゴムは、音響レンズ組成物中に４０ｗｔ％以上含有される。シリコーンゴムを４０ｗｔ％未満にすると、成型性が低下するのみならず、この組成物を有する音響レンズの減衰率も大きくなる虞がある。また、音響レンズにおいて必要とされる音速や音響インピーダンスが得られなくなる虞がある。音響レンズ組成物中のより好ましいシリコーンゴムの含有量は、５０ｗｔ％以上である。
前記酸化亜鉛粉末は、音響レンズ組成物中に１５〜６０ｗｔ％含まれる。酸化亜鉛粉末の含有量を１５ｗｔ％未満にすると、この組成物を有する音響レンズの音速を下げる効果を十分に達成することが困難になり、適切な性能指数を得られなくなる虞がある。また、密度も十分に高められず、音響レンズを必要な音響インピーダンスである１．３〜１．７ＭＲａｙｌｓ程度にすることが困難になる。一方、酸化亜鉛粉末の含有量が６０ｗｔ％を超えると、音響レンズの音響インピーダンスが高くなりすぎるのみならず、減衰率も大きくなる虞がある。さらに、酸化亜鉛粉末の含有量が前記範囲を逸脱すると、適切なゴム硬度を有する音響レンズを得ることが困難となる。より好ましい酸化亜鉛粉末の含有量は、２０〜５５ｗｔ％、さらに好ましい酸化亜鉛粉末の含有量は３０〜５５ｗｔ％である。
前記酸化亜鉛粉末は、２００ｎｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。このような微細な酸化亜鉛粉末を用いることによって、その粉末のシリコーンゴムへの均一分散性が図られ、音響レンズ組成物を有する音響レンズの減衰をより抑え、さらに成型性もより向上させることが可能になる。より好ましい酸化亜鉛粉末の平均粒径は、１〜１００ｎｍ、さらに好ましい酸化亜鉛粉末の平均粒径は１０〜５０ｎｍである。なお、平均粒径は測定する粉末の比表面積（ｍ2／ｇ）の値を用いて、粉末形状が球状であると仮定して計算から求めることができる。
前記酸化亜鉛粉末は、表面がシリコーン樹脂で被覆されることを許容する。このシリコーン樹脂としては、例えばメチコーン、ジメチコーンを用いることができる。シリコーン樹脂被覆酸化亜鉛粉末は、例えばこれらのシリコーン樹脂の溶液に酸化亜鉛粉末を浸漬した後、この溶液から酸化亜鉛粉末を取り出し、乾燥処理することにより得ることができる。このようなシリコーン樹脂被覆酸化亜鉛粉末は、シリコーンゴムに容易に練り込みことができ、その粉末の分散性も向上できるため、音響レンズ組成物を有する音響レンズの減衰をより抑え、さらに成型性もより向上させることが可能になる。なお、シリコーン樹脂の被覆量は、酸化亜鉛粉末に対して１〜１０ｗｔ％にすることが好ましい。
本発明の第１実施形態に係る音響レンズ組成物には、加硫剤が含有される。この加硫剤としては、例えば２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、ｐ−メチルベンゾイルパーオキサイド、ジターシャリーブチルパーオキサイドなどの過酸化物系の加硫剤を用いることができる。この過酸化物系の加硫剤の量は、例えば音響レンズ組成物中のシリコーンゴムに対して０．３〜２重量％にすることが好ましい。ただし、前記過酸化物系の加硫剤以外の加硫剤を用いてもよい。
本発明の第１実施形態に係る音響レンズ組成物中には、シリカ（ＳｉＯ2）粉末が３０ｗｔ％以下含まれることを許容する。シリカ粉末は、音響レンズの強度を向上させる働きを有する。シリカ粉末の含有量が３０ｗｔ％を超えて音響レンズ組成物中に含まれると、超音波の減衰が現れると同時に成型性が低下して精密な音響レンズの成型が困難になる。より好ましいシリカ粉末の含有量は２０ｗｔ％以下である。
前記シリカ粉末は、平均粒径が５０ｎｍ以下、さらに好ましくは平均粒径が２０ｎｍ以下であることが望ましい。シリカ粉末としては、例えばアエロジルシリカが好ましい。
本発明の第１実施形態に係る音響レンズ組成物において、音響レンズの特性を損なわない範囲で、少量の添加物を含むことを許容する。これらの添加物としては、例えば酸化チタン、アルミナ、酸化セリウム、酸化鉄、硫酸バリウム、有機物フィラー、着色顔料などが挙げられる。これらの添加物は、その量が５ｗｔ％程度以下であれば本発明の実施形態の効果を大きく損なうことはない。
次に、本発明の第１実施形態に係る音響レンズ組成物を用いて音響レンズを作製する方法を説明する。
まず、酸化亜鉛粉末を乾燥させて、付着した水分などを蒸発させる。この酸化亜鉛粉末および必要に応じてシリカ粉末をシリコーンゴムに添加して密度を１．４〜２．０ｇ／ｃｍ3程度になるように混練する。この混練物に前述した過酸化物系の加硫剤のような加硫剤添加して１００〜１８０℃程度で加硫成型することにより音響レンズの形状を有する成形品とする。つづいて、この成型品を１８０〜２４０℃程度の温度で２次加硫を行うことにより音響レンズを作製する。
このような条件での過酸化物を用いた加硫方法により、充分な強度と減衰の低い音響レンズを得ることが可能になる。この際、シリコーンゴムと加硫剤を適切に選択することにより２次加硫の温度や時間を低減したり、２次加硫を省したりすることが可能になる。
次に、前述した組成物を有する音響レンズを用いた超音波プローブについて図面を参照して説明する。
図１は、圧電素子および音響整合層を一次元アレイ状とした場合の超音波プローブの斜視図を示す。圧電体１および第１、第２の電極２，３を含む圧電素子４は、バッキング材５上に接着されている。音響整合層６は、圧電素子４の超音波送受信面に形成されている。圧電体１は、第１電極２、第２電極３および音響整合層６と共に複数に分割されている。分割された各々の圧電体１は、短冊形状をなし、２番目に面積が大きい面を超音波送受信面として有し、各々の圧電体１は、図１の矢印Ａ方向に振動する。第１電極２は、圧電体１の超音波送受信面からそのうちの１つの側面および超音波送受信面と反対側の面の一部に亘って形成されている。第２電極３は、圧電体１の超音波送受信面と反対側の面に第１電極３と絶縁するよう所望の距離を隔てて形成されている。
音響レンズ７は、音響整合層６上に形成されている。アース電極板８の各配線は、第１電極２にそれぞれ接続されている。フレキシブル印刷配線板９の各配線は、第２電極３に例えばはんだ付けによりそれぞれ接続されている。
このような構成の超音波プローブの動作を説明する。第１、第２の電極２，３間に電圧を印加して、圧電体１を共振させることにより超音波送受信面から超音波を送信する。受信時には、超音波送受信面から受けた超音波によって圧電体１を振動させ、この振動を電気的に変換して信号とし、画像を得る。
次に、超音波プローブを備えた超音波診断装置について、図４を参照して説明する。対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物からの反射信号（エコー信号）を受信して対象物を画像化する医療用の超音波診断装置（または超音波画像検査装置）は、超音波信号送受信機能を有するアレイ式の超音波プローブ１１を備えている。この超音波プローブ１１は、前述した組成の音響レンズが組込まれている。この超音波プローブ１１は、ケーブル１２を通して介して超音波診断装置本体１３に接続されている。この超音波診断装置本体１３には、スクリーン１４が設けられている。
以上説明した第１実施形態によれば、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含む組成にすることによって、この組成物を複雑なキャップ型のレンズ形状に成型する際、優れた成型性を発現できるのみならず、音響レンズの良好な引き裂き強度を維持できる。同時に、音響インピ−ダンスが生体のそれに近似し、減衰率が小さく、音速が生体内の音速（約１５００ｍ／ｓ）以下で、減衰率と音速との積である性能指数が小さい音響レンズを得ることができる。
すなわち、成型時において前記酸化亜鉛は密度が約５．６ｇ／ｃｍ3と高いため、この酸化亜鉛粉末をシリコーンゴムに重量率に比べて低い体積率で練り込むことができる。その結果、酸化亜鉛粉末をシリコーンゴムに容易に練り込むことができるため、成型性を向上できると共に、均一な分散化により引き裂き強度のような機械的強度の高い音響レンズを得ることができる。特に、２００ｎｍ以下の平均粒径を有する酸化亜鉛粉末を用いることにより、シリコーンゴムに対する練り込み性をより向上できる。また、シリコーン樹脂で表面が覆われた酸化亜鉛粉末を用いることにより、シリコーンゴムに対する練り込み性をより一層向上できる。さらに、シリコーンゴムおよび酸化亜鉛粉末にさらに３０ｗｔ％以下のシリカ粉末を含有させることによって、音響レンズの引き裂き強度のような機械的強度をより一層向上させることができる。
また、密度が高い酸化亜鉛粉末をシリコーンゴムに対して１５〜６０ｗｔ％含有させることによって、音響インピ−ダンスが生体のそれに近似した、例えば１．３〜１．７Ｍｒａｙｌｓ程度で、周波数約１０ＭＨｚでの減衰率が小さく（例えば約１２ｄＢ／ｍｍ以下）、音速が生体内の音速（約１５００ｍ／ｓ）以下である例えば８２０〜９８０ｍ／ｓ程度の特性を有し、性能指数が例えば１００００以下と小さい音響レンズを得ることができる。
特に、酸化亜鉛粉末は前記範囲の添加において音響レンズの超音波の減衰を抑える効果、例えば周波数約１０ＭＨｚでの減衰率が約１２ｄＢ／ｍｍ以下と小さい効果を奏する。本発明者らは、シリコーンゴムに含有し得る酸化亜鉛と同等の密度を有するＺｒＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＢａＳＯ4の粉末に関して音響レンズの超音波の減衰効果を調べた結果、それらの化合物の粉末は超音波の減衰を抑える効果が極めて低いことを究明し、酸化亜鉛が超音波の減衰抑制に特異的に作用することを見出した。
また、音響インピーダンスの値を１．３〜１．７Ｍｒａｙｌｓ程度とするのに適切な１．４〜２．０ｇ／ｃｍ3程度の密度を有する音響レンズを得ることができる。
さらに、第１実施形態に係る音響レンズはシリコーンゴムをベース材料とするため、音響カップリングゲルまたは消毒薬として一般的に用いられるグリセリン水溶液、エチルアルコール、オリーブオイル、ひまし油などに対しても安定した化学的、物理的性質を有する。その上、音響レンズは所定量の酸化亜鉛粉末の含有によりヂュロメータＡ硬度で５０度以上の硬さを有する。
また、シリコーンゴムおよび酸化亜鉛粉末にさらに３０ｗｔ％以下のシリカ粉末を含有させることによって、音響レンズの引き裂き強度のような機械的強度をより一層向上させることができる。
したがって、第１実施形態の音響レンズ組成物によれば厚さが薄く、超音波の送受信感度が向上され、更に周波数特性の劣化を低減した音響レンズを得ることができる。
また、このような特性を有する音響レンズが組込まれた超音波プローブは、超音波画像の高分解能化、高感度化が可能になる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係る音響レンズ組成物は、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含有する。
前記シリコーンゴムは、第１実施形態で説明したのと同様なものが用いられ、かつその機能も同様である。
前記白金粉末のような粉末は、音響レンズ組成物中に１０〜５２ｗｔ％含まれる。白金粉末のような粉末の含有量を１０ｗｔ％未満にすると、この組成物を有する音響レンズの音速を下げる効果を十分に達成することが困難になり、適切な性能指数を得られなくなる虞がある。また、密度も十分に高められず、音響レンズを必要な音響インピーダンスである１．３〜１．７ＭＲａｙｌｓ程度にすることが困難になる。一方、白金粉末のような粉末の含有量が５２ｗｔ％を超えると、音響レンズの音響インピーダンスが高くなりすぎるのみならず、減衰率も大きくなる虞がある。さらに、白金のような粉末の含有量が前記範囲を逸脱すると、適切なゴム硬度を有する音響レンズを得ることが困難となる。より好ましい白金のような粉末の含有量は、１５〜４７ｗｔ％、さらに好ましい粉末の含有量は２５〜４７ｗｔ％である。
前記白金粉末のような粉末は、２００ｎｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。このような微細な粉末を用いることによって、その粉末のシリコーンゴムへの均一分散性が図られ、音響レンズ組成物を有する音響レンズの減衰をより抑え、さらに成型性もより向上させることが可能になる。より好ましい白金粉末のような粉末の平均粒径は、１〜１００ｎｍ、さらに好ましい白金粉末のような粉末の平均粒径は１０〜５０ｎｍである。特に、粉末の下限を１０ｎｍにすることによって自然発火を防いで安全な作業を遂行することが可能になる。
前記白金粉末のような粉末は、表面がシリコーン樹脂で被覆されることを許容する。このシリコーン樹脂としては、例えばメチコーン、ジメチコーンを用いることができる。シリコーン樹脂被覆粉末は、例えばこれらのシリコーン樹脂の溶液に白金のような粉末を浸漬した後、この溶液からその粉末を取り出し、乾燥処理することにより得ることができる。このようなシリコーン樹脂被覆粉末は、シリコーンゴムに容易に練り込みことができ、その粉末の分散性も向上できるため、音響レンズ組成物を有する音響レンズの減衰をより抑え、さらに成型性もより向上させることが可能になる。なお、シリコーン樹脂の被覆量は、白金のような粉末に対して１〜１０ｗｔ％にすることが好ましい。
本発明の第２実施形態に係る音響レンズ組成物には、第１実施形態で説明したの同様に加硫剤、例えば２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、ｐ−メチルベンゾイルパーオキサイド、ジターシャリーブチルパーオキサイドなどの過酸化物系の加硫剤を用いることができる。この過酸化物系の加硫剤の量は、例えば音響レンズ組成物中のシリコーンゴムに対して０．３〜２重量％にすることが好ましい。ただし、前記過酸化物系の加硫剤以外の加硫剤を用いてもよい。
本発明の第２実施形態に係る音響レンズ組成物中には、第１実施形態で説明したの同様にシリカ粉末が３０ｗｔ％以下含まれることを許容する。より好ましいシリカ粉末の含有量は２０ｗｔ％以下である。
前記シリカ粉末は、平均粒径が５０ｎｍ以下、さらに好ましくは平均粒径が２０ｎｍ以下であることが望ましい。シリカ粉末としては、例えばアエロジルシリカが好ましい。
本発明の第２実施形態に係る音響レンズ組成物において、音響レンズの特性を損なわない範囲で、少量の添加物を含むことを許容する。これらの添加物としては、例えば酸化チタン、アルミナ、酸化セリウム、酸化鉄、硫酸バリウム、有機物フィラー、着色顔料などが挙げられる。これらの添加物は、その量が５ｗｔ％程度以下であれば本発明の実施形態の効果を大きく損なうことはない。
本発明の第２実施形態に係る音響レンズ組成物から音響レンズを作製するには、前述した第１実施形態の方法において酸化亜鉛粉末の代わりに白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末を用いることによりなされる。
前述した組成物を有する音響レンズを用いた超音波プローブおよび超音波診断装置は、図１、図４および第１実施例で説明したのと同様な構造を有する。
以上説明した第２実施形態によれば、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含む組成にすることによって、この組成物を第１実施形態と同様に複雑なキャップ型のレンズ形状に成型する際、優れた成型性を発現できるのみならず、音響レンズの良好な引き裂き強度を維持できる。同時に、音響インピ−ダンスが生体のそれに近似した、例えば１．３〜１．７Ｍｒａｙｌｓ程度で、周波数約１０ＭＨｚでの減衰率が小さく（例えば約１２ｄＢ／ｍｍ以下）、音速が生体内の音速（約１５００ｍ／ｓ）以下である例えば８２０〜９８０ｍ／ｓ程度で、減衰率と音速との積である性能指数が例えば１００００以下と小さい優れた特性を有し、さらに前記音響インピーダンスの値にするのに適切な１．４〜２．０ｇ／ｃｍ3程度の密度を有する音響レンズを得ることができる。
特に、密度が約２１ｇ／ｃｍ3と高い白金粉末のような粉末は前記範囲の添加において、音響レンズの音響インピ−ダンスを生体のそれに近似した、例えば１．３〜１．７Ｍｒａｙｌｓ程度にできると共に、超音波の減衰を抑える効果を奏する。本発明者らは、シリコーンゴムに含有し得る白金と同等の密度を有する金、タングステンの粉末に関して音響レンズの超音波の減衰効果を調べた結果、それらの化合物の粉末は超音波の減衰を抑える効果が極めて低いことを究明し、白金粉末（表面が酸化された白金粉末を含む）が超音波の減衰抑制に特異的に作用することを見出した。
また、シリコーンゴムおよび白金粉末のような粉末にさらに３０ｗｔ％以下のシリカ粉末を含有させることによって、音響レンズの引き裂き強度のような機械的強度をより一層向上させることができる。
したがって、第２実施形態の音響レンズ組成物によれば厚さが薄く、超音波の送受信感度が向上され、更に周波数特性の劣化を低減した音響レンズを得ることができる。
また、このような特性を有する音響レンズが組込まれた超音波プローブは、超音波画像の高分解能化、高感度化が可能になる。
（第３実施形態）
この第３実施形態に係る音響レンズは、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）粉末１２〜５６ｗｔ％とを含有する。
前記シリコーンゴムは、第１実施形態で説明したのと同様なものが用いられ、かつその機能も同様である。
前記酸化イッテルビウム粉末は、音響レンズ組成物中に１２〜５６ｗｔ％含まれる。酸化イッテルビウム粉末の含有量を１２ｗｔ％未満にすると、この組成物を有する音響レンズの音速を下げる効果を十分に達成することが困難になり、適切な性能指数を得られなくなる虞がある。また、密度も十分に高められず、音響レンズを必要な音響インピーダンスである１．３〜１．７ＭＲａｙｌｓ程度にすることが困難になる。一方、酸化イッテルビウム粉末の含有量が５６ｗｔ％を超えると、音響レンズの音響インピーダンスが高くなりすぎるのみならず、減衰率も大きくなる虞がある。さらに、酸化イッテルビウム粉末の含有量が前記範囲を逸脱すると、適切なゴム硬度を有する音響レンズを得ることが困難となる。より好ましい酸化イッテルビウム粉末の含有量は、１７〜５１ｗｔ％、さらに好ましい粉末の含有量は２７〜５１ｗｔ％である。
前記酸化イッテルビウム粉末は、２００ｎｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。このような微細な粉末を用いることによって、その粉末のシリコーンゴムへの均一分散性が図られ、音響レンズ組成物を有する音響レンズの減衰をより抑え、さらに成型性もより向上させることが可能になる。より好ましいイッテルビウム粉末の平均粒径は、１〜１００ｎｍ、さらに好ましいイッテルビウム粉末の平均粒径は１０〜５０ｎｍである。
前記酸化イッテルビウム粉末は、表面がシリコーン樹脂で被覆されることを許容する。このシリコーン樹脂としては、例えばメチコーン、ジメチコーンを用いることができる。シリコーン樹脂被覆粉末は、例えばこれらのシリコーン樹脂の溶液に酸化イッテルビウム粉末を浸漬した後、この溶液からその粉末を取り出し、乾燥処理することにより得ることができる。このようなシリコーン樹脂被覆粉末は、シリコーンゴムに容易に練り込みことができ、その粉末の分散性も向上できるため、音響レンズ組成物を有する音響レンズの減衰をより抑え、さらに成型性もより向上させることが可能になる。なお、シリコーン樹脂の被覆量は、酸化イッテルビウム粉末に対して１〜１０ｗｔ％にすることが好ましい。
本発明の第３実施形態に係る音響レンズ組成物には、第１実施形態で説明したの同様に加硫剤、例えば２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、ｐ−メチルベンゾイルパーオキサイド、ジターシャリーブチルパーオキサイドなどの過酸化物系の加硫剤を用いることができる。この過酸化物系の加硫剤の量は、例えば音響レンズ組成物中のシリコーンゴムに対して０．３〜２重量％にすることが好ましい。ただし、前記過酸化物系の加硫剤以外の加硫剤を用いてもよい。
本発明の第３実施形態に係る音響レンズ組成物中には、第１実施形態で説明したの同様にシリカ粉末が３０ｗｔ％以下含まれることを許容する。より好ましいシリカ粉末の含有量は２０ｗｔ％以下である。
前記シリカ粉末は、平均粒径が５０ｎｍ以下、さらに好ましくは平均粒径が２０ｎｍ以下であることが望ましい。シリカ粉末としては、例えばアエロジルシリカが好ましい。
本発明の第３実施形態に係る音響レンズ組成物において、音響レンズの特性を損なわない範囲で、少量の添加物を含むことを許容する。これらの添加物としては、例えば酸化チタン、アルミナ、酸化セリウム、酸化鉄、硫酸バリウム、有機物フィラー、着色顔料などが挙げられる。これらの添加物は、その量が５ｗｔ％程度以下であれば本発明の実施形態の効果を大きく損なうことはない。
第３実施形態に係る音響レンズ組成物による音響レンズの作製は、前述した第１実施形態の方法において酸化亜鉛粉末の代わりに酸化イッテルビウム粉末を用いることによりなされる。
前述した組成物を有する音響レンズを用いた超音波プローブおよび超音波診断装置は、図１および図４、第１実施例で説明したのと同様な構造を有する。
以上説明した第３実施形態によれば、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含む組成にすることによって、この組成物を第１実施形態と同様に複雑なキャップ型のレンズ形状に成型する際、優れた成型性を発現できるのみならず、音響レンズの良好な引き裂き強度を維持できる。同時に、音響インピ−ダンスが生体のそれに近似した、例えば１．３〜１．７Ｍｒａｙｌｓ程度で、周波数約１０ＭＨｚでの減衰率が小さく（例えば約１２ｄＢ／ｍｍ以下）、音速が生体内の音速（約１５００ｍ／ｓ）以下である例えば８２０〜９８０ｍ／ｓ程度で、減衰率と音速との積である性能指数が例えば１００００以下と小さい優れた特性を有し、さらに前記音響インピーダンスの値にするのに適切な１．４〜２．０ｇ／ｃｍ3程度の密度を有する音響レンズを得ることができる。
特に、密度が約9．０ｇ／ｃｍ3と高い酸化イッテルビウム粉末は前記範囲の添加において、音響レンズの音響インピ−ダンスを生体のそれに近似した、例えば１．３〜１．７Ｍｒａｙｌｓ程度にできると共に、超音波の減衰を抑える効果を奏する。本発明者らは、シリコーンゴムに含有し得る酸化イッテルビウムと同等の密度を有する酸化ルテシウム、酸化ビスマスの粉末に関して音響レンズの超音波の減衰効果を調べた結果、それらの化合物の粉末は超音波の減衰を抑える効果が極めて低いことを究明し、酸化イッテルビウム粉末が超音波の減衰抑制に特異的に作用することを見出した。
また、シリコーンゴムおよび酸化イッテルビウム粉末にさらに３０ｗｔ％以下のシリカ粉末を含有させることによって、音響レンズの引き裂き強度のような機械的強度をより一層向上させることができる。
したがって、第３実施形態の音響レンズ組成物によれば厚さが薄く、超音波の送受信感度が向上され、更に周波数特性の劣化を低減した音響レンズを得ることができる。
また、このような特性を有する音響レンズが組込まれた超音波プローブは、超音波画像の高分解能化、高感度化が可能になる。
なお、本発明の他の実施形態においてシリコーンゴムと酸化亜鉛粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末、並びに酸化イッテルビウム粉末から選ばれる２種以上の粉末と含む組成から音響レンズを構成することを許容する。この場合、各粉末はシリコーンゴムに前述した範囲内で配合される。
以下、本発明を具体例を示してさらに詳細に説明する。
（実施例１）
まず、平均粒径３０ｎｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末を２００℃の高温槽に入れ、２時間乾燥し、付着した水分などを蒸発させた。
ベースゴムとなるシリコーンゴムが０．６０重量部、ＺｎＯ粉末が０．４０重量部となるよう秤量してゴム系組成物を調製し、このゴム系組成物を２段ロールを用いて充分に混練した。つづいて、加硫剤としての２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサンを前記ゴム系組成物にシリコーンゴムに対して１．０ｗｔ％の量で加え、さらに得られた音響レンズ組成物を混練りした。その後、この混練音響レンズ組成物を１７０℃の温度、１５分間の加硫成形を行って３０×３０×１ｍｍ3の評価用ゴム角板を成型した。また、前記混練音響レンズ組成物を用いて図２に示す内部がくりぬかれた中空状ゴムキャップ１０を同様な条件で加硫成型した。これらの加硫成型品を２００℃に保持した乾燥機中で４時間の２次加硫を行なった。
（実施例２〜５）
シリコーンゴムと平均粒径３０ｎｍのＺｎＯ粉末とが重量比で０．５：０．５、０．４５：０．５５の割合で配合された２種のゴム系組成物、シリコーンゴムと平均粒径３０ｎｍのＺｎＯ粉末と平均粒径が１６ｎｍのシリカ（ＳｉＯ2）粉末とが重量比で０．５：０．４：０．１、０．４８：０．４２：０．１の割合で配合された２種のゴム系組成物を用いた以外、実施例１と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）をそれぞれ製造した。
（比較例１、２）
シリコーンゴムと平均粒径が３０ｎｍのＺｎＯ粉末とが重量比で０．９：０．１の割合で配合されたゴム系組成物（比較例１）およびシリコーンゴムと平均粒径が３０ｎｍのＺｎＯ粉末とが重量比で０．３８：０．６２の割合で配合されたゴム系組成物（比較例２）を用いた以外、実施例１と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）をそれぞれ製造した。
（比較例３〜８）
シリコーンゴムと平均粒径が１６ｎｍのＳｉＯ2粉末とが重量比で０．５：０．５の割合で配合されたゴム系組成物（比較例３）、シリコーンゴムと平均粒径が１００ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末とが重量比で０．４５：０．５５の割合で配合されたゴム系組成物（比較例４）、シリコーンゴムと平均粒径が500ｎｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末とが重量比で０．４５：０．５５の割合で配合されたゴム系組成物（比較例５）、シリコーンゴムとブタジエンゴムと平均粒径が３０ｎｍのＺｎＯ粉末とが重量比で０．４８：０．４８：０．０４の割合で配合されたゴム系組成物（比較例６）、シリコーンゴムと平均粒径が２００ｎｍのジルコニア（ＺｒＯ2）粉末とが重量比で０．５：０．５の割合で配合されたゴム系組成物（比較例７）、およびシリコーンゴムと平均粒径が３０ｎｍの硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）粉末とが重量比で０．５：０．５の割合で配合されたゴム系組成物（比較例８）を用いた以外、実施例１と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）を製造した。
得られた実施例１〜５および比較例１〜８の評価用ゴムを用いて密度、縦波音速、音響インピーダンス、減衰率、性能指数を求め、かつ各例の中空形状のキャップ型ゴムを用いて成型不良率を求めた。その結果を下記表１に示す。
なお、密度は前記評価用ゴム角板の重量を測定すると共に体積をノギスで測定することにより求めた。
減衰率および音速の測定は、前記評価用ゴム角板を水中法により１０ＭＨｚの測定用超音波探触子を用いて求めた。これらの測定は水温を３７℃で行った。性能指数（音速×減衰率）は測定した音速および減衰率から求めた。
音響インピーダンスは得られた音速と密度からその積として求めた。
レンズの成型性は、前記中空状ゴムキャップを２０個成型し、割れ、ポアを観察し、成型不良率（％）を求めた。
Figure 2005125071
前記表１から明らかなようにシリコーンゴム４０ｗｔ％以上とＺｎＯ粉末１５〜６０ｗｔ％の範囲の組成を有する実施例１〜５の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．３７０〜１．５６９ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似しているため、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射を低減できることがわかる。また、実施例１〜５の加硫成形品は、縦波音速が１０００ｍ／ｓ以下で、１０ＭＨｚの周波数での減衰率が１１ｄＢ／ｍｍ以下であり、性能指数が９５００以下と小さく、音響レンズを作製したときに減衰を小さくできるために高感度な超音波プローブの作製が可能であることがわかる。キャップ型の音響レンズの成型でも成型不良は全く発生せず、製造歩留まりも優れていることがわかる。
これに対し、シリコーンゴムとＺｎＯ粉末が０．９：０．１で本発明に比べてＺｎＯ粉末量が少ない組成を有する比較例１の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．１００ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）との差が大きく、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射が問題になる。
シリコーンゴムとＺｎＯ粉末が０．３８：０．６２で本発明に比べてＺｎＯ粉末量が多い組成を有する比較例２の加硫成形品は、減衰率が１３．５ｄＢ／ｍｍと大きくなって性能指数も１００００以上と大きなり、さらに成型不良率が１０％と製造歩留まりも劣ることがわかる。
音響インピーダンスを１．４１６ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似させるようにシリコーンゴムとＳｉＯ2粉末を０．５：０．５の組成にした比較例３の加硫成形品は、性能指数が１００００以上と大きくなる上、成型不良率が３０％と製造歩留まりも極めて劣ることがわかる。
音響インピーダンスを生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似させるようにシリコーンゴムとＴｉＯ2粉末を０．４５：０．５５の組成にした比較例４、シリコーンゴムとＡｌ2Ｏ3粉末を０．４５：０．５５の組成にした比較例５の加硫成形品は、性能指数が１００００以上と大きくなる上、成型不良率がそれぞれ２０％，１５％と製造歩留まりも極めて劣ることがわかる。
シリコーンゴムとブタジエンゴムとＺｎＯ粉末が０．４８：０．４８：０．０４の組成を有する比較例６の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．２１０ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）との差が大きく、成型不良率が６０％と製造歩留まりも極めて劣ることがわかる。また、この加硫成形品はひまし油やオリーブオイルに対する溶剤性も実施例１〜５に比べて劣り、音響レンズとしては実用に耐えないものである。
音響インピーダンスを生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似させるようにシリコーンゴムとＺｎＯと同等の密度を有するＺｒＯ2の粉末を０．５：０．５の組成にした比較例７の加硫成形品は、減衰率が１７ｄＢ／ｍｍが大きくなって、性能指数も１００００以上と大きくなることがわかる。
音響インピーダンスを生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似させるようにシリコーンゴムとＺｎＯと同等の密度を有するＢａＳＯ4の粉末を０．５：０．５の組成にした比較例８の加硫成形品は、減衰率が１５ｄＢ／ｍｍが大きくなって、性能指数も１００００以上と大きくなり、さらに成型不良率が１０％と製造歩留まりも劣ることがわかる。
なお、実施例１のシリコーンゴムとＺｎＯ粉末からなるゴム系組成物と比較例３のシリコーンゴムとＳｉＯ2粉末からなるゴム系組成物を用いて、フォーカスが１５ｍｍの１０ＭＨｚ用音響レンズを作製した場合には、比較例３に対して実施例１では音響レンズの厚さを１５％程度薄くすることが可能である。このため、最終的な音響レンズでの減衰の差が４ｄＢ／ｍｍ以上となり、実施例１のゴム系組成物を用いることにより高感度な超音波プローブの実現が可能となる。
また、フォーカスが８０ｍｍの３ＭＨｚである低周波用の音響レンズを作製した場合には、比較例に対して実施例１では音響レンズの厚さを２５％程度薄くすることが可能である。このため、最終的な音響レンズでの減衰の差が３ｄＢ／ｍｍ以上となり、実施例１のゴム系組成物を用いることにより３〜１２ＭＨｚの超音波プローブの性能向上が可能になる。
（実施例６）
まず、平均粒径１５ｎｍの白金（Ｐｔ）粉末を２００℃の高温槽に入れ、２時間乾燥し、付着した水分などを蒸発させた。
ベースゴムとなるシリコーンゴムが０．６５重量部、Ｐｔ粉末が０．３５重量部となるよう秤量してゴム系組成物を調製し、このゴム系組成物を２段ロールを用いて充分に混練した。加硫剤としての２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサンを前記ゴム系組成物にシリコーンゴムに対して１．０ｗｔ％の量で加え、さらに得られた音響レンズ組成物を混練りした。その後、この混練音響レンズ組成物を１７０℃の温度、１５分間の加硫成形を行って３０×３０×１ｍｍ3の評価用ゴム角板を成型した。また、前記混練音響レンズ組成物を用いて図２に示す内部がくりぬかれた中空状ゴムキャップ１０を同様な条件で加硫成型した。これらの加硫成型品を２００℃に保持した乾燥機中で４時間の２次加硫を行なった。
（実施例７〜１４）
シリコーンゴムと平均粒径１５ｎｍのＰｔ粉末とが重量比で０．５５：０．４５、０．４８：０．５２の割合でそれぞれ配合された２種のゴム系組成物、シリコーンゴムと平均粒径１５ｎｍのＰｔ粉末と平均粒径が１６ｎｍのシリカ（ＳｉＯ2）粉末とが重量比で０．５：０．４：０．１、０．５：０．３：０．２、０．５：０．２：０．３、０．５５：０．１５：０．３の割合でそれぞれ配合された４種のゴム系組成物、シリコーンゴムと平均粒径５０ｎｍのＰｔ粉末とが重量比で０．６５：０．３５の割合で配合されたゴム系組成物、およびシリコーンゴムと平均粒径２００ｎｍのＰｔ粉末とが重量比で０．６５：０．３５の割合で配合されたゴム系組成物を用いた以外、実施例６と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）をそれぞれ製造した。
（比較例９、１０）
シリコーンゴムと平均粒径１５ｎｍのＰｔ粉末とが重量比で０．９２：０．０８の割合で配合されたゴム系組成物（比較例９）、およびシリコーンゴムと平均粒径１５ｎｍのＰｔ粉末とが重量比で０．４：０．６の割合で配合されたゴム系組成物（比較例１０）を用いた以外、実施例６と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）を製造した。
（比較例１１）
シリコーンゴムと平均粒径２００ｎｍの金（Ａｕ）粉末とが重量比で０．５：０．５の割合で配合されたゴム系組成物を用いた以外、実施例６と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）を製造した。
得られた実施例６〜１４および比較例９〜１１の評価用ゴム角板を用いて密度、縦波音速、音響インピーダンス、減衰率、性能指数を実施例１と同様な方法で求め、かつ各例の中空状ゴムキャップを用いて成型不良率を実施例１と同様な方法で求めた。その結果を下記表２に示す。
Figure 2005125071
前記表２から明らかなようにシリコーンゴム４０ｗｔ％以上とＰｔ粉末１０〜５２ｗｔ％の範囲の組成を有する実施例６〜１４の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．３５０〜１．６２６ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似しているため、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射を低減できることがわかる。また、実施例６〜１４の加硫成形品は、縦波音速が１０００ｍ／ｓ以下で、１０ＭＨｚの周波数での減衰率が１１．４ｄＢ／ｍｍ以下であり、性能指数が９７００以下と小さく、音響レンズを作製したときに減衰を小さくできるために高感度な超音波プローブの作製が可能であることがわかる。さらに、実施例６〜１０，１３、１４の加硫成形品において、キャップ型の音響レンズの成型でも成型不良は全く発生せず、製造歩留まりも優れていることがわかる。ただし、ＳｉＯ2粉末が３０ｗｔ％の量で配合された実施例１１，１２の加硫成形品は、成型不良が５％と若干の歩留まり低下を招くものの、総合的な音響レンズ特性が優れている。
なお、同一組成で、平均粒径の異なるＰｔ粉末を用いた実施例６，１３，１４の加硫成形品において、平均粒径が増加するに従って密度は変化しないものの、音速がやや低下し、性能指数が大きくなる。つまり、より微細なＰｔ粉末の使用によって性能指数を小さくできることがわかる。
これに対し、シリコーンゴムとＰｔ粉末が０．９２：０．０８で本発明に比べてＰｔ粉末量が少ない組成を有する比較例９の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．０７２ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）との差が大きく、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射が問題になる。
シリコーンゴムとＰｔ粉末が０．４：０．６で本発明に比べてＰｔ粉末量が多い組成を有する比較例１０の加硫成形品は、減衰率が１６．０ｄＢ／ｍｍと大きくなって性能指数も１００００以上と大きくなり、さらに成型不良率が５％で製造歩留まりも若干低下することがわかる。
音響インピーダンスを生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似させるようにシリコーンゴムとＰｔと同等の密度を有するＡｕの粉末とを０．５：０．５の組成にした比較例１１の加硫成形品は、減衰率が２５ｄＢ／ｍｍが大きくなって、性能指数も１００００以上と大きくなることがわかる。
（実施例１５）
まず、平均粒径２５ｎｍの酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）粉末を２００℃の高温槽に入れ、２時間乾燥し、付着した水分などを蒸発させた。
ベースゴムとなるシリコーンゴムが０．６５重量部、酸化イッテルビウム粉末が０．３５重量部となるよう秤量してゴム系組成物を調製し、このゴム系組成物を２段ロールを用いて充分に混練した。加硫剤としての２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサンを前記ゴム系組成物にシリコーンゴムに対して１．０ｗｔ％の量で加え、さらに得られた音響レンズ組成物を混練りした。その後、この混練音響レンズ組成物を１７０℃の温度、１５分間の加硫成形を行って３０×３０×１ｍｍ3の評価用ゴム角板を成型した。また、前記混練音響レンズ組成物を用いて図２に示す内部がくりぬかれた中空状ゴムキャップ１０を同様な条件で加硫成型した。これらの加硫成型品を２００℃に保持した乾燥機中で４時間の２次加硫を行なった。
（実施例１６〜２２）
シリコーンゴムと平均粒径２５ｎｍのＹｂ2Ｏ3粉末とが重量比で０．６：０．４、０．４５：０．５５の割合でそれぞれ配合された２種のゴム系組成物、シリコーンゴムと平均粒径２５ｎｍのＹｂ2Ｏ3粉末と平均粒径が１６ｎｍのシリカ（ＳｉＯ2）粉末とが重量比で０．５５：０．４：０．０５、０．５：０．４：０．１、０．５：０．３：０．２、０．５：０．２：０．３の割合でそれぞれ配合された４種のゴム系組成物、およびシリコーンゴムと表面がシリコーン樹脂で覆われた平均粒径２５ｎｍのＹｂ2Ｏ3粉末と平均粒径が１６ｎｍのシリカ（ＳｉＯ2）粉末とが重量比で０．５：０．４：０．１の割合で配合されたゴム系組成物を用いた以外、実施例１５と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）をそれぞれ製造した。
（比較例１２、１３）
シリコーンゴムと平均粒径２５ｎｍのＹｂ2Ｏ3粉末とが重量比で０．９２：０．０８の割合で配合されたゴム系組成物（比較例１２）、およびシリコーンゴムと平均粒径２５ｎｍのＹｂ2Ｏ3粉末とが重量比で０．３５：０．６５の割合で配合されたゴム系組成物（比較例１３）を用いた以外、実施例１５と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）を製造した。
（比較例１４，１５）
シリコーンゴムと平均粒径２５ｎｍの酸化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ3）粉末とが重量比で０．５５：０．４５の割合で配合されたゴム系組成物、およびシリコーンゴムと平均粒径３００ｎｍの酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）粉末とが重量比で０．５５：０．４５の割合で配合されたゴム系組成物を用いた以外、実施例１５と同様な方法で２次加硫した加硫成形品（評価用ゴム角板および中空状ゴムキャップ）を製造した。
得られた実施例１５〜２２および比較例１２〜１５の評価用ゴム角板を用いて密度、縦波音速、音響インピーダンス、減衰率、性能指数を実施例１と同様な方法で求め、かつ各例の中空状ゴムキャップを用いて成型不良率を実施例１と同様な方法で求めた。その結果を下記表３に示す。
Figure 2005125071
前記表３から明らかなようにシリコーンゴム４０ｗｔ％以上とＹｂ2Ｏ3粉末１２〜５６ｗｔ％の範囲の組成を有する実施例１５〜２２の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．３７１〜１．６４８ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似しているため、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射を低減できることがわかる。また、実施例１５〜２２の加硫成形品は、縦波音速が１０００ｍ／ｓ以下で、１０ＭＨｚの周波数での減衰率が１１．４ｄＢ／ｍｍ以下であり、性能指数が９６００以下と小さく、音響レンズを作製したときに減衰を小さくできるために高感度な超音波プローブの作製が可能であることがわかる。特に、表面がシリコーン樹脂で覆われたＹｂ2Ｏ3粉末を用いた実施例２２の加硫成形品は、これと同組成の実施例１９の加硫成形品と密度および音速が同等であるが、減衰率が低下して性能指数がより小さい値を示した。さらに実施例１５〜２２の加硫成形品は、キャップ型の音響レンズの成型でも成型不良は全く発生せず、製造歩留まりも優れていることがわかる。
これに対し、シリコーンゴムとＹｂ2Ｏ3粉末が０．９２：０．０８で本発明に比べてＹｂ2Ｏ3粉末量が少ない組成を有する比較例１２の加硫成形品は、音響インピーダンスが１．０７７ＭＲａｙｌｓと生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）との差が大きく、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射が問題になる。
シリコーンゴムとＹｂ2Ｏ3粉末が０．３５：０．６５で本発明に比べてＹｂ2Ｏ3粉末量が多い組成を有する比較例１３の加硫成形品は、減衰率が１４．５ｄＢ／ｍｍと大きくなって性能指数も１００００以上と大きくなり、さらに成型不良率が１０％で製造歩留まりも低下することがわかる。
音響インピーダンスを生体の音響インピーダンス（１．５３ＭＲａｙｌｓ）に近似させるようにシリコーンゴムとＹｂ2Ｏ3と同等の密度を有するＬｕ2Ｏ3，Ｂｉ2Ｏ3の粉末をそれぞれ０．５５：０．４５、０．５：０．５の組成にした比較例１４，１５の加硫成形品は、減衰率がそれぞれ１２ｄＢ／ｍｍ、１４ｄＢ／ｍｍと大きくなって、性能指数も１００００以上と大きくなることがわかる。
（実施例２３）
まず、平均粒径３０ｎｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末、平均粒径１５ｎｍの白金（Ｐｔ）粉末および平均粒径２５ｎｍの酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）粉末を２００℃の高温槽に入れ、２時間乾燥し、付着した水分などを蒸発させた。
ベースゴムとなるシリコーンゴムが５０ｗｔ％、ＺｎＯ粉末が15ｗｔ％、Ｐｔ粉末が１５ｗｔ％、Ｙｂ2Ｏ3粉末が１５ｗｔ％、ＳｉＯ2粉末が５ｗｔ％となるよう秤量してゴム系組成物を調製し、このゴム系組成物を２段ロールを用いて充分に混練した。加硫剤としての２，５−ジメチル−２，５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサンを前記ゴム系組成物にシリコーンゴムに対して１．０ｗｔ％の量で加え、さらに得られた音響レンズ組成物を混練りした。その後、この混練音響レンズ組成物を１７０℃の温度、１５分間の加硫成形を行って３０×３０×１ｍｍ3の評価用ゴム角板を成型した。また、前記混練音響レンズ組成物を用いて図２に示す内部がくりぬかれた中空状ゴムキャップ１０を同様な条件で加硫成型した。これらの加硫成型品を２００℃に保持した乾燥機中で４時間の２次加硫を行なった。
得られた実施例２３の評価用ゴム角板を用いて密度、縦波音速、音響インピーダンス、減衰率、性能指数を実施例１と同様な方法で求め、かつ中空状ゴムキャップを用いて成型不良率を実施例１と同様な方法で求めた。
その結果、密度は１．７５ｇ／ｃｍ3、縦波音速は８９０ｍ／ｓ、音響インピーダンス１．５５４Ｍｒａｙｌｓ、減衰率は１０．２ｄＢ／ｍｍ、性能指数は９０７８で、音響レンズを作製したときに生体内での多重反射を低減することができ、減衰を小さくできるために高感度な超音波プローブの作製が可能である。また、成型不良率はゼロで、製造歩留まりも優れている。
なお、図３に前述した実施例１〜２３の加硫成型品における音響インピーダンスと１０ＭＨｚにおける性能指数の関係を示す。図３から実施例１〜２３の加硫成型品は音響インピーダンスが生体のそれに近似し、かつ音速と減衰率の積である性能指数が低く、音響レンズに要求される総合的な特性に優れていることが明瞭に理解される。
本発明の実施形態に係る超音波プローブの斜視図。 本発明の実施形態に係るキャップ型音響レンズの斜視図。 本発明の実施例１〜２３に係る音響レンズの音響インピーダンスと性能指数との関係を示す図。 本発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略図。
符号の説明
１…圧電体、４…圧電素子、６…音響整合層、７…音響レンズ、１１…超音波プローブ、１３…超音波診断装置本体。

Claims (15)

  1. シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含むことを特徴とする音響レンズ組成物。
  2. シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含むことを特徴とする音響レンズ組成物。
  3. シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含むことを特徴とする音響レンズ組成物。
  4. 前記粉末は、２００ｎｍ以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の音響レンズ組成物。
  5. 前記粉末は、表面がシリコーン樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の音響レンズ組成物。
  6. ３０ｗｔ％以下のシリカ粉末をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の音響レンズ組成物。
  7. バッキング材；
    前記バッキング材上に設けられ、圧電体とこの圧電体が前記バッキング材と対向する第１面及びこの第１の面と反対側の第２面に形成される一対の電極とを有する圧電素子；
    前記圧電素子の前記電極面上に設けられる音響整合層；および
    前記音響整合層上に設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含む音響レンズ；
    を備えることを特徴とする超音波プローブ。
  8. バッキング材；
    前記バッキング材上に設けられ、圧電体とこの圧電体が前記バッキング材と対向する第１面及びこの第１の面と反対側の第２面に形成される一対の電極とを有する圧電素子；
    前記圧電素子の前記電極面上に設けられる音響整合層；および
    前記音響整合層上に設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含む音響レンズ；
    を備えることを特徴とする超音波プローブ。
  9. バッキング材；
    前記バッキング材上に設けられ、圧電体とこの圧電体が前記バッキング材と対向する第１面及びこの第１の面と反対側の第２面に形成される一対の電極とを有する圧電素子；
    前記圧電素子の前記電極面上に設けられる音響整合層；および
    前記音響整合層上に設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含む音響レンズ；
    を備えることを特徴とする超音波プローブ。
  10. 前記音響レンズ中の粉末は、２００ｎｍ以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項７ないし９いずれか記載の超音波プローブ。
  11. 前記音響レンズ中の粉末は、表面がシリコーン樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項７ないし９いずれか記載の超音波プローブ。
  12. 前記音響レンズは、３０ｗｔ％以下のシリカ粉末をさらに含むことを特徴とする請求項７ないし９いずれか記載の超音波プローブ。
  13. 圧電素子上に音響整合層を介して設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化亜鉛粉末１５〜６０ｗｔ％とを含む音響レンズを備える超音波プローブ；
    スクリーンを有する超音波診断装置本体；および
    前記超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル；
    を備えることを特徴とする超音波診断装置。
  14. ３２． 圧電素子上に音響整合層を介して設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と白金粉末、少なくとも表面に白金酸化物を有する白金粉末および白金酸化物粉末から選ばれる少なくとも１つの粉末１０〜５２ｗｔ％とを含む音響レンズを備える超音波プローブ；
    スクリーンを有する超音波診断装置本体；および
    前記超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル；
    を備えることを特徴とする超音波診断装置。
  15. 圧電素子上に音響整合層を介して設けられ、シリコーンゴム４０ｗｔ％以上と酸化イッテルビウム粉末１２〜５６ｗｔ％とを含む音響レンズを備える超音波プローブ；
    スクリーンを有する超音波診断装置本体；および
    前記超音波プローブと超音波診断装置本体とを接続するケーブル；
    を備えることを特徴とする超音波診断装置。
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