JP2015082764A

JP2015082764A - 音響整合層とその製造方法

Info

Publication number: JP2015082764A
Application number: JP2013220409A
Authority: JP
Inventors: 俊樹大野; Toshiki Ono; 厚則佐竹; Atsunori Satake
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: JP6214333B2

Abstract

【課題】新規な構成、特に、耐薬品性、加工性、耐熱性に優れた炭素質の音響整合層を提供する。
【解決手段】炭素含有樹脂に密度の高い粒子を硬化剤とともに超音波ホモジナイザーを用いて混合し、加熱して短時間で硬化させて、樹脂中に重粒子が均一に分散した音響インピーダンス３〜８Ｍｒａｙｌの音響整合層を得る。また、これを非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することで、アモルファス炭素中に重粒子が均一に分散した音響インピーダンス６〜１８Ｍｒａｙｌの音響整合層を得る。
【選択図】なし

Description

本発明は、振動子からの波の反射を抑え測定対象層へ通過させる音響整合層、特に、超音波診断装置において、超音波振動子の音響インピーダンスと測定対象の音響インピーダンスとの間の整合をとるために用いられる音響整合層とその製造方法に関する。

超音波診断装置において、振動子として用いられるＰＺＴの音響インピーダンスは約３５Ｍｒａｙｌ（メガレイル）であるのに対して、測定対象となる人体の音響インピーダンスは１〜２Ｍｒａｙｌと著しく異なっている。そのため、振動子と測定対象の中間的な音響インピーダンス値を有する整合層を介在させて超音波を効率よく透過させる必要がある。

下記特許文献１には、整合層として音響インピーダンスが１．７〜１．８程度のポリメチルペンテンを用いることが記載されている。

特許文献２には、エポキシ樹脂のマトリクス中に、４．０ｇ／ｃｃ以下の密度を有する軽粒子と４．０ｇ／ｃｃを超える密度を有する重粒子とを分散させて３．０メガレイルから約７．０メガレイルの間の音響インピーダンスを有する整合層１０８を得ること、及び、エポキシ樹脂のマトリクス中に、ミクロンサイズの粒子とナノサイズの粒子とを分散させて約７．０メガレイルから約１４．０メガレイルの間の音響インピーダンスを有する整合層１１０を得ることが記載されている。ここで、軽粒子は所望の粘度およびチクソ性指数を達成して樹脂の硬化前および硬化中における粒子の流動や沈降を防ぐために加えられることが記載されており、ナノ粒子も、粘度およびチクソ性指数を制御することにより沈降を制御するために加えられることが記載されている。したがって、音響インピーダンスを制御するために加えられる重粒子およびミクロンサイズの粒子の添加量が軽粒子およびナノサイズの粒子の添加により制限されることになる。

特開２０１３−３４１３８号公報特開２０１３−８１２４１号公報

本発明の目的は、超音波診断装置における使用に適した新規な音響整合層とその製造方法を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、耐薬品性、加工性、耐熱性に優れた炭素質の音響整合層とその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、アモルファス炭素と、前記アモルファス炭素よりも高い密度を有し、前記アモルファス炭素中に均一に分散した粒子とを含む音響整合層が提供される。

前記粒子は密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の平均粒子径を有することが好適である。

前述の音響整合層の固有抵抗値は１２０００μΩ・ｃｍ以下、好ましくは７０００μΩ・ｃｍ以下で、制御可能であることが好ましい。その場合には、音響整合層を電源および／または電気信号を供給するための導体としても使用可能となり、必要な配線が簡略化される。

本発明によれば、炭素含有樹脂と、密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の単一の平均粒子径を有し、前記炭素含有樹脂中に均一に分散した粒子とを含む音響整合層もまた提供される。

なお、本明細書において、「平均粒子径」とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。

また、「単一の平均粒子径を有する」とは、平均粒子径の異なる二種以上の粒子が用いられていて粒度分布に複数のピークがみられる場合を除外する趣旨である。

前述の音響整合層は、炭素含有樹脂に、該炭素含有樹脂を焼成・炭素化して得られるアモルファス炭素よりも高い密度を有する粒子を均一に分散させ、成形し、非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することを含む方法により製造される。

この場合に、前記粒子は密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の平均粒子径を有し得る。

前述の音響整合層は、炭素含有樹脂に、密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の単一の平均粒子径を有する粒子を均一に分散させ、前記粒子が均一に分散した樹脂を加熱して４０分以内の時間で硬化させることを含む方法によっても製造される。

粒子が均一に分散した樹脂を比較的短時間で硬化させることで、単一の平均粒子径を有する粒子を用いても、硬化した樹脂中に粒子を均一に分散させることができる。

前記粒子は、一種または二種以上の金属化合物および／またはセラミックスの粒子であることが望ましい。金属化合物は、例えばタングステン、モリブデン、鉄、アルミニウムなどの金属の化合物であり、セラミックスは例えば水酸アパタイトなどである。

また、粒子の平均粒子径は５０μｍ以下、特に５μｍ以下であることが望ましい。平均粒子径が小さい程、材料の均質性が増して好ましいが０．８μｍ（８００ｎｍ）以下、特に０．４μｍ以下であると、粘度が増加し、分散可能な粒子の量が制限される。

＜実施例１＞
アモルファス炭素源としてのフラン樹脂（日立化成（株）製ＶＦ−３０８）８０部、タングステンカーバイド（ニッコーシ（株）、ＮＣＷＣ１０、平均粒子径１．２μｍ）２０部に、硬化剤としてのｐ−トルエンスルフォン酸３部を添加して、超音波ホモジナイザー（（株）日本精機製作所製ＵＳ−６００ＡＴ）を用いて室温下において充分撹拌しながら減圧脱泡操作を施したものを用意した。この溶液を厚み２ｍｍの型枠に流し込んで硬化させた後に、１８０℃で３時間乾燥させ、厚さ２ｍｍの炭素化前の音響整合層試験片を得た。また、乾燥に引き続いて窒素ガス中で１０００℃で３時間保持して、厚さ１．５ｍｍの炭素化後の音響整合層試験片を得た。

炭素化前および炭素化後の試験片について、それぞれ、密度と音速を測定し、音響インピーダンスを計算した。結果を表１に示す。また、炭素化後の試験片について固有抵抗値を測定した。音速は、超音波プローブを使用した水浸法により測定した。音響インピーダンスは（密度）×（音速）の式により計算した。
＜実施例２＞
フラン樹脂５０部に対してタングステンカーバイド５０部を用いて、実施例１と同じ工程により得られた炭素化前および炭素化後の試験片について、実施例１と同様な手法で特性を測定した。
＜実施例３＞
フラン樹脂２０部に対してタングステンカーバイド８０部を用いて、実施例１と同じ工程により得られた炭素化前および炭素化後の試験片について、実施例１と同様な手法で特性を測定した。
＜実施例４＞
フラン樹脂８０部に対して酸化チタン（チタン工業（株）ＫＡ−１０、平均粒子径０．５μｍ）２０部を用いて、実施例１と同じ工程により得られた炭素化後の試験片について、実施例１と同様な手法で特性を測定した。
＜実施例５＞
フラン樹脂６０部に対して酸化チタン４０部を用いて、実施例１と同じ工程により得られた炭素化後の試験片について、実施例１と同様な手法で特性を測定した。
＜比較例＞
粒子を配合しないフラン樹脂１００部について、実施例１と同じ工程により得られた炭素化前および炭素化後の試験片について、実施例１と同様な手法で特性を測定した。

表１から明らかなように、密度が高い粒子であるタングステンカーバイド粒子（密度１５．５〜１５．７ｇ／ｃｍ³）や酸化チタン粒子（密度４．２３ｇ／ｃｍ³）を混合することで密度が高くなり、それにより音響インピーダンスの値も高くなる。炭素化前、すなわち、硬化した樹脂中に重粒子が均一に分散した音響整合層では、重粒子の配合割合を制御することで、音響インピーダンスを３〜８Ｍｒａｙｌの範囲で制御することができ、炭素化後、すなわち、アモルファス炭素中に重粒子が均一に分散した音響整合層では、音響インピーダンスを６〜１８Ｍｒａｙｌの範囲で制御することができる。また、金属化合物であるタングステンカーバイドを用いることで、固有抵抗値が１２０００μΩ・ｃｍ以下、好ましくは７０００μΩ・ｃｍ以下で、金属化合物の配合割合を変えることで制御可能な導電性を有する音響整合層が得られる。

Claims

アモルファス炭素と、
前記アモルファス炭素よりも高い密度を有し、前記アモルファス炭素中に均一に分散した粒子とを含む音響整合層。
前記粒子は密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の平均粒子径を有する請求項１に記載の音響整合層。
１２０００μΩ・ｃｍ以下の制御可能な固有抵抗値を有する請求項１または２に記載の音響整合層。
炭素含有樹脂と、
密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の単一の平均粒子径を有し、前記炭素含有樹脂中に均一に分散した粒子とを含む音響整合層。
前記粒子は、一種または二種以上の金属化合物および／またはセラミックスの粒子である請求項１〜４のいずれか１項に記載の音響整合層。
前記金属化合物は、タングステン、モリブデン、鉄、アルミニウムからなる群から選択される一種または二種以上の金属の化合物である請求項５に記載の音響整合層。
前記セラミックスは水酸アパタイトである請求項５または６に記載の音響整合層。
炭素含有樹脂に、該炭素含有樹脂を焼成・炭素化して得られるアモルファス炭素よりも高い密度を有する粒子を均一に分散させ、成形し、非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することを含む音響整合層の製造方法。
前記粒子は密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の平均粒子径を有する請求項８に記載の方法。
炭素含有樹脂に、密度３．０ｇ／ｃｍ³以上で０．４μｍ以上１００μｍ以下の単一の平均粒子径を有する粒子を均一に分散させ、前記粒子が均一に分散した樹脂を加熱して４０分以内の時間で硬化させることを含む音響整合層の製造方法。
前記粒子は、一種または二種以上の金属化合物および／またはセラミックスの粒子である請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
前記金属化合物は、タングステン、モリブデン、鉄、アルミニウムからなる群から選択される一種または二種以上の金属の化合物である請求項１１に記載の方法。
前記セラミックスは水酸アパタイトである請求項１１または１２に記載の方法。