JP2018191882A - 超音波内視鏡用音響レンズおよび超音波内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エラストマーからなるベース材料14aと、ベース材料14aに添加された充填剤14bと、ベース材料14aのベース材料表面14dの少なくとも一部を覆うように配され、レンズ表面S1に露出する摩擦低減剤14cと、を備える。
【選択図】図3
Description
超音波内視鏡装置は、被検体の画像を取得するため超音波振動子を備えている。超音波振動子の表面には超音波を集束するための音響レンズが配置されている。
音響レンズは、生体組織等の被検体に効率的に導入できるように、生体組織の音響特性に近い音響特性を有する必要がある。例えば、音響レンズの音響インピーダンスが生体組織の音響インピーダンスに近いと、生体組織と当接部における表面反射が抑制されるため、生体組織に効率的に超音波が伝播する。
例えば、特許文献1には、感度を向上させる目的で、ビニル基を有するポリシロキサンに、無機化合物が添加された音響波プローブ用シリコーン樹脂を含む音響レンズが記載されている。特許文献1の音響レンズに含まれる無機化合物は、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化バナジウム、窒化ケイ素、炭酸バリウム、炭化チタン、窒化チタン、酸化銅、炭化ジルコニウム、および炭化タングステンからなる群から選択される物質からなる。
特許文献1に記載された音響レンズのように、シリコーン樹脂などの摩擦係数が大きなエラストマーをベース材料として有する場合、音響レンズのレンズ表面が滑りにくい。このため、レンズ表面に他の物体が触れると、音響レンズが破損されやすい。例えば、ガーゼなどで音響レンズのレンズ表面を清掃する時などに、レンズ表面との摩擦力によって、ガーゼがレンズ表面に引っ掛かりやすい。ガーゼがレンズ表面に引っ掛かった状態でガーゼを動かすと、引っ掛かりが生じた部位に作用する外力によって、音響レンズが破れてしまうという問題がある。
ガーゼに限らず、種々の材質からなる物体に対して、エラストマーの動摩擦係数は、例えば、0.3〜0.45のような大きな値を有する。このため、音響レンズは、他の物体との物理的な接触が繰り返される場合に耐久性が悪くなるという問題がある。
本発明の第1の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズおよび超音波内視鏡装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の超音波内視鏡装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図2は、本発明の第1の実施形態の超音波内視鏡装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている(以下の図面も同じ)。
挿入部2は、その先端から、先端硬質部5、湾曲自在な湾曲部6、および細径でかつ長尺で可撓性を有する可撓管部7がこの順に接続されて構成される。可撓管部7の内部には、処置具を挿通する処置具チャンネルが設けられていてもよい。
円筒状部材30は、環状の鍔31と、鍔31の中央の縁から図示略の可撓管部7の方向(図示の上から下に向かう方向)に延びる円筒状部32とを備える。
円筒状部材30の円筒状部32の内部には、同軸ケーブル40が挿通されている。
各超音波振動子10は、それぞれ、圧電素子11、バッキング材12、音響整合層13、音響レンズ14(超音波内視鏡用音響レンズ)、および図示略の電極を備える。
バッキング材12の材質としては、適宜の振動吸収特性を有する樹脂材料が用いられる。
バッキング材12は、軸方向においては、円筒状部32を内部に挿通する環状部材33、34に挟まれている。
環状部材33は、鍔31と隣接し、圧電素子11から先端硬質部5の先端方向に延出する基板50に接するように取り付けられている。
環状部材34は、圧電素子11よりも可撓管部7(図示略)寄りの位置で後述する音響整合層13に接するように取り付けられている。
音響整合層13は、少なくとも圧電素子11において板面11aと反対側の板面11bを覆うように設けられている。このため、音響整合層13を介して、板面11bから径方向外側に放射される超音波が被検体に効率的に導入される。
音響整合層13は、単層で構成されてもよいし、複数層で構成されてもよい。
音響レンズ14の構成は、超音波内視鏡1の説明の後に詳述される。
電極パッド51には、同軸ケーブル40から延びる配線41が結線されている。電極パッド51と、基板50上に設けられた電極層52とは、ワイヤー53で結線されている。電極パッド51とワイヤー53とは半田54によって接合されている。電極層52とワイヤー53とは半田55で接合されている。
電極パッド51と配線41との結線部の全体は、例えば同軸ケーブル40に負荷がかかることによって配線41が電極パッド51から外れることを防ぐために、ポッティング樹脂56で被覆されている。
先端硬質部5の先端には、電極パッド51と配線41との結線部を塞ぐように、先端構造部材60が設けられている。また、先端硬質部5は、接続部材70を介して湾曲部6に接続される。
図3は、本発明の第1の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズの一例を示す模式的な断面図である。
ベース材料14aに用いられる、ジオルガノポリシロキサンまたはこれを主剤とするシリコーンゴムコンパウンドの構成は、特に限定されない。ジオルガノポリシロキサンにおける有機基の構成、およびジオルガノポリシロキサンを主剤とするシリコーンゴムコンパウンドの構成としては、例えば、特開昭62−11897号公報に記載の構成はすべて用いることができる。
充填剤14bの材料は、高い密度を有することがより好ましい。この場合、ベース材料14aに対する充填剤14bの添加量が少量でも、必要な音響インピーダンスが得られるため、減衰率が低減できる。
充填剤14bの材料は、高い機械的強度を有することがより好ましい。この場合、音響レンズ14の機械的強度が向上される。高密度の物質は一般的に機械的強度も高いため、充填剤14bの密度が大きいと、音響レンズ14の機械的強度が高くなりやすい。
充填剤14bとして好適な無機フィラーの例としては、シリカ、アルミナ、ベーマイト、酸化セリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、三酸化タングステン、ジルコニア、ダイヤモンド、窒化珪素、炭化珪素、サファイヤなどが挙げられる。以上に例示した無機フィラーはいずれも機械的強度が高いため、せん断強度も高い。
充填剤14bは、1種類には限定されない。充填剤14bとして複数種類の無機フィラーが用いられてもよい。
例えば、音響レンズ14における充填剤14bの含有量は、100質量部のベース材料14aに対して、1質量部以上100質量部以下であってもよい。
充填剤14bが1質量部未満であると、充填剤14bの添加量が少なすぎるために、音響インピーダンスを適正に調整しづらくなったり、機械的強度があまり向上できなくなったりするおそれがある。
充填剤14bが100質量部を超えると、成形性が低下するため、成形型の形状が正確に転写されないおそれがある。この場合、音響レンズ14としてのレンズ性能が低下するおそれがある。さらに、充填剤14bの添加量が多くなると超音波の減衰率が増大するおそれがある。
ベース材料表面14dから露出した摩擦低減剤14cは、外部から見て、ベース材料表面14dを覆う状態に配置されている。ベース材料表面14dから露出した充填剤14bおよびベース材料表面14dとともに、レンズ表面S1を構成する。
例えば、摩擦低減剤14cとしては、外力によって容易にせん断破壊されたり、すべり変形したりすることによって、滑り特性を向上できる固体潤滑剤が用いられてもよい。例えば、摩擦低減剤14cとしては、層状分子構造が分子間力で結合された積層構造粒子からなる固体潤滑剤が用いられてもよい。
例えば、摩擦低減剤14cとしては、例えば、フッ素樹脂などのように、表面の摩擦係数が小さい材料からなる固体潤滑剤が用いられてもよい。
ただし、摩擦低減剤14cは、上述したような固体潤滑剤には限定されない。例えば、摩擦低減剤14cとしては、ベース材料表面14dの摩擦係数よりも小さい摩擦係数を有していれば、必ずしも固体潤滑剤と称されない無機材料または有機材料が用いられてもよい。
図3は模式図のため、摩擦低減剤14cが球状に図示されているが、摩擦低減剤14cの形状は、球形には限定されない。例えば、摩擦低減剤14cの形状は、球以外の粒状、多面体状、板状、棒状、繊維状、不定形状などであってもよい。
音響レンズ14に含有される摩擦低減剤14cは、一種類には限定されない。例えば、上述のように例示された物質の群から選ばれた1以上の物質が摩擦低減剤14cとして用いられてもよい。
例えば、摩擦低減剤14cは、ベース材料表面14dにおいて、粒状、島状、層状などの適宜形状で露出してもよい。図3では、一例として、摩擦低減剤14cが粒径以下の範囲で粒状に露出している場合の例が描かれている。
レンズ表面S1における摩擦係数は動摩擦係数として0.3より小さいことがより好ましい。
減衰率をより低下させるため、摩擦低減剤14cの粒径は6μm以下であることがさらに好ましい。
例えば、音響レンズ14における摩擦低減剤14cの含有量は、100質量部のベース材料14aに対して、3質量部以上15質量部以下であってもよい。この場合、レンズ表面S1に露出する摩擦低減剤14cの量が適正となるため、摩擦低減剤14cによる摩擦低減効果がうより良好となる。
摩擦低減剤14cが3質量部未満であると、表面に露出する摩擦低減剤14cの量が少なくなりすぎるため、レンズ表面S1の摩擦係数が下がりにくくなるおそれがある。
摩擦低減剤14cが15質量部を超えると、摩擦低減剤によって超音波の伝播が阻害されるため、超音波の減衰率が増大しやすくなる。このため、超音波内視鏡1の超音波画像の解像度が低下するおそれがある。
板面11a、11bにそれぞれ電極(図示せず)を設けた圧電素子11と、予め成形された音響整合層13とが接合される。この後、圧電素子11に、面方向に延びるように基板50が取り付けられる。さらに、環状部材33、34が所定の位置にそれぞれ配置される。
この後、環状部材33、34によって囲われた圧電素子11と円筒状部材30との間に、バッキング材12を形成するための樹脂組成物が流し入れられる。この樹脂組成物が硬化すると、バッキング材12が形成される。
この後、音響整合層13における圧電素子11と反対方向の面13aに、音響レンズ14が配置される。
このようにして製造された音響レンズ14は、音響整合層13と音響レンズ14とのそれぞれの音響インピーダンスの間の値に調整された接着剤によって、互いに接着される。
このようにして、超音波振動子10が製造される。
まず、音響整合層13の周りに音響レンズ14の成形型が配置される。成形型には音響レンズ14を形成するための樹脂組成物が流し込まれる。この樹脂組成物が硬化する前に、圧電素子11に取り付けられた音響整合層13とこの樹脂組成物とが接触した状態で加熱硬化が行われる。これにより、音響整合層13に音響レンズ14が接合される。音響レンズ14が硬化したら、成形型が外される。
音響レンズ14は、ベース材料14aに充填剤14bを含有しているため、充填剤14bの含有量を適正に設定することによって、超音波内視鏡装置の音響レンズとして好適な音響特性が得られる。
音響インピーダンスは媒質の密度×媒質内での音速で求まる。音響インピーダンスは、被検体に応じて適正な値に設定される必要がある。例えば、充填剤14bは、ベース材料14aと、密度が異なるため、ベース材料14aに対する含有量を変えることで、音響インピーダンスが調整される。充填剤14bの密度がベース材料14aの密度よりも高い場合には、充填剤14bの含有量を増大させることによって、音響インピーダンスをベース材料14a単体の場合よりも増大させることができる。
摩擦低減剤14cとして、高密度の材料が用いられる場合には、摩擦低減剤14cと充填剤14bとを併せて必要な音響特性が得られるように、充填剤14bの添加量が適宜調整される。
例えば、摩擦低減剤14cが二硫化モリブデンのような、せん断変形しやすい結晶構造を有する材料で構成される場合には、接触部材Gと接触した摩擦低減剤14cがせん断変形することによって、接触部材Gが滑りやすくなる。
例えば、摩擦低減剤14cがグラファイトのような、層状分子構造が弱い分子間力によって結合している材料で構成される場合には、接触部材Gと接触した摩擦低減剤14cの層状分子構造同士が互いに滑り移動することによって、接触部材Gが滑りやすくなる。
例えば、摩擦低減剤14cがフッ素樹脂のような、表面の摩擦係数が小さい材料で構成される場合には、接触部材Gに摩擦低減剤14cから作用する摩擦力自体が小さくなるため、接触部材Gが滑りやすくなる。
この結果、接触部材Gがベース材料表面14dあるいはベース材料表面14dから突出した充填剤14bと引っ掛かりにくくなるため、接触部材Gからの外力によってベース材料14aが破れることを防止できる。
例えば、音響レンズ14は、超音波内視鏡1の使用前後に、ガーゼなどの清掃部材でレンズ表面S1が清掃される。このため、清掃部材は接触部材Gになっている。音響レンズ14では、レンズ表面S1の実質的な摩擦係数が低いため、清掃部材がレンズ表面S1に引っ掛かりにくくなる。この結果、清掃作業中に音響レンズ14が破れてしまうことが防止される。このようにして音響レンズ14の耐久性が向上するため、超音波内視鏡1の寿命も延びる。
例えば、超音波内視鏡1に処置具チャンネルが設けられている場合には、先端硬質部5における処置具チャンネルの出口開口から処置具が出入りする。この場合、処置具が患者の体内で移動する際に、処置具の金属部あるいは樹脂部が接触部材Gとして、音響レンズ14のレンズ表面S1と接触するおそれもある。しかし音響レンズ14においては、レンズ表面S1の実質的な摩擦係数が低いため、処置具の金属部あるいは樹脂部もレンズ表面S1に引っ掛かりにくくなる。この結果、処置具との接触によって音響レンズ14が破れてしまうことが防止される。このようにして音響レンズ14の耐久性が向上するため、超音波内視鏡1の寿命も延びる。
次に、第2の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズについて説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズの一例を示す模式的な断面図である。
以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
レンズ本体部64Aは、ベース材料14aに充填剤14bが分散されて構成されている。レンズ本体部64Aの形状は、上記第1の実施形態の音響レンズ14のレンズ表面S1から後述する表面層64Bの厚さを引いた形状に形成されている。
表面層64Bは、バインダ樹脂65と、上記第1の実施形態におけると同様の摩擦低減剤14cと、を備える。
バインダ樹脂65は、摩擦低減剤14cを保持する。バインダ樹脂65の材料は、摩擦低減剤14cを保持可能、かつベース材料14aと密着して固定可能な樹脂材料であれば特に限定されない。例えば、バインダ樹脂65の例としては、溶剤可溶型フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドイミド、ポリイミド、シリコーン樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PFAなどが挙げられる。
バインダ樹脂65の材料としては、摩擦係数がベース材料14aの摩擦係数よりも低い材料が用いられることがより好ましい。この場合、バインダ樹脂65も摩擦低減剤になっている。例えば、バインダ樹脂65の材料としては、上記第1の実施形態において、摩擦低減剤14cの例として挙げられた樹脂材料のうち、摩擦低減剤14cを保持可能な材料が用いられてもよい。
例えば、本実施形態の摩擦低減剤14cとして、上記第1の実施形態におけると同様の摩擦低減剤14cが用いられる場合、本実施形態における摩擦低減剤14cの配合量は、レンズ表面S2におけるバインダ樹脂65からの摩擦低減剤14cの露出面積が、上記第1の実施形態におけるベース材料14aからの露出面積と同様になるように設定されてもよい。本実施形態における摩擦低減剤14cの配合量は、レンズ表面S2におけるバインダ樹脂65から露出する摩擦低減剤14cの分布密度が、上記第1の実施形態におけるベース材料14aから露出する分布密度と同様になるように設定されてもよい。
例えば、音響レンズ64における摩擦低減剤14cの含有量は、100質量部のバインダ樹脂65に対して、3質量部以上15質量部以下であってもよい。この場合、レンズ表面S2に露出する摩擦低減剤14cの量が適正となるため、摩擦低減剤14cによる摩擦低減効果がより良好となる。
このようにして製造された音響レンズ64は、上記第1の実施形態と同様にして、音響整合層13に接合されることで、本実施形態の超音波振動子10が製造される。
音響レンズ64は、レンズ本体部64Aにおいて、ベース材料14aに充填剤14bを含有している。このため、充填剤14bの含有量が適正に設定されることによって、上記第1の実施形態と同様にして、超音波内視鏡装置の音響レンズとして好適な音響特性が得られる。
本実施形態では、レンズ本体部64Aには摩擦低減剤14cが含まれないため、音響レンズ64の音響特性は、ベース材料14aと充填剤14bとによってほぼ決まる。
本実施形態では、摩擦低減剤14cは、音響レンズ64の表面層64Bのみに分散される。このため、レンズ表面S2が上記第1の実施形態と同様の摩擦特性を備えるために必要な摩擦低減剤14cの添加量が格段に少なくなる。したがって、摩擦低減剤14cの音響レンズ64の音響特性に与える影響を抑制するために、添加量を減らしたり、摩擦低減剤14cの添加量の調整を精密に行ったりする必要性が格段に少なくなる。
例えば、上記第1の実施形態の場合には、もし、ベース材料14a中の摩擦低減剤14cの分布に偏りが発生すると、音響レンズ14の音響特性のムラが生じ易い。このため、摩擦低減剤14cとして、ベース材料14a中の分散特性が良好な材料を選択する必要がある。
しかし、本実施形態では、摩擦低減剤14cの材料に応じて、分散特性が良好となるバインダ樹脂65が選択されることで、摩擦低減剤14cのムラを容易に抑制できる。そもそも、本実施形態では、摩擦低減剤14cの添加量自体が、音響レンズ64の音響特性にはあまり寄与しないため、摩擦低減剤14cの分布にムラがあっても、音響レンズ64の音響特性への影響が少ない。滑り特性に関しては、一定の摩擦係数よりも小さな摩擦係数が得られれば、破れに強い滑り特性が得られるため、摩擦低減剤14cの分布が密になる方向の分布ムラに関しては許容範囲が広い。
本実施形態によれば、摩擦低減剤14cの材料の選択範囲が広くなる。
特に本実施形態では、バインダ樹脂65の材料として、ベース材料14aの摩擦係数よりも摩擦係数が小さい材料を選択することによって、レンズ表面S2の実質的な摩擦係数をさらに低減できる。
本実施形態のように、レンズ表面S2の全体が表面層64Bで覆われる場合、表面層64Bは、接触部材Gとベース材料14aとの直接接触を防止する保護機能を有する点でも、音響レンズ64の耐久性がより向上する。
本実施形態では、レンズ本体部64Aの全体が表面層64Bによって覆われているため、レンズ本体部64A中の充填剤14bがレンズ表面S2に露出することがない。このため、充填剤14bの露出によって滑り特性が悪化することもない。
次に、第3の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズについて説明する。
図5は、本発明の第3の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズの一例を示す模式的な断面図である。
以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
レンズ表面S3における摩擦低減剤14cの露出形状、露出面積(露出量)、および露出部の分布密度は、上記第1の実施形態と同様、レンズ表面S3における摩擦係数がベース材料14aの摩擦係数よりも低くなるように適宜設定される。例えば、レンズ表面S3の摩擦係数としては、動摩擦係数として0.3未満になることがより好ましい。
例えば、摩擦低減剤14cがベース材料14aに対して強固な吸着力を有している場合は、摩擦低減剤14cの粉末がベース材料表面14dにまぶされるだけでもよい。
このようにして、ベース材料表面14dの表面に摩擦低減剤14cの堆積が終了すると、音響レンズ74が製造される。
このようにして製造された音響レンズ74は、上記第1の実施形態と同様にして、音響整合層13に接合されることで、本実施形態の超音波振動子10が製造される。
音響レンズ74は、上記第2の実施形態と同様、摩擦低減剤14cがレンズ表面S3およびその近傍のみに配置されている。この点において音響レンズ74は、上記第2の実施形態の音響レンズ64と同様の作用を備える。
ただし、本実施形態では、摩擦低減剤14cは、バインダ樹脂65を介することなく、ベース材料表面14dの近傍に直接的に堆積されている。このため、摩擦低減剤14cは、摩擦低減剤14cとベース材料14aとの間の固着力によって固定されている。
このように、音響レンズ74は、上記第2の実施形態におけるベース材料14aとバインダ樹脂65とのような積層構造を有していない。このため、バインダ樹脂65の層厚バラツキなどに起因する超音波の集束特性のバラツキなどが生じるおそれがない。さらに、ベース材料14aとバインダ樹脂65との熱膨張率の差などに起因するストレスが生じないため、滅菌処理などに対する耐久性が向上する。
次に、第4の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズについて説明する。
図6は、本発明の第4の実施形態の超音波内視鏡用音響レンズの一例を示す模式的な断面図である。
音響レンズ84は、上記第2の実施形態の表面層64Bに代えて表面層84Bを備える。
以下、上記第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
表面層84Bは、上記第1の実施形態におけると同様の摩擦低減剤14cが層状に堆積されて構成される。ただし、摩擦低減剤14cは密に堆積しているため、図6では粒状形状の図示は省略されている。図6は模式図のため、表面層84Bの層厚が一定に描かれているが、表面層84Bの層厚は、音響レンズ84の音響特性における影響が許容範囲であれば、摩擦低減剤14cの粒径以上の適宜値とされてよい。表面層84Bの層厚は、音響レンズ84の音響特性における影響が許容範囲であれば、場所によって変化していてもよい。表面層84Bにおける表面84aは、必要な摩擦係数が得られれば、微細な凹凸形状を有していてもよい。
このようにして製造された音響レンズ84は、上記第1の実施形態と同様にして、音響整合層13に接合されることで、本実施形態の超音波振動子10が製造される。
音響レンズ84は、上記第2の実施形態と同様、摩擦低減剤14cがレンズ表面S4およびその近傍のみに配置されている。この点において音響レンズ84は、上記第2の実施形態の音響レンズ64と同様の作用を備える。
さらに、本実施形態では、上記第3の実施形態において、摩擦低減剤14cがレンズ表面S4の全体にわたって堆積された場合の例にもなっている。このため、バインダ樹脂65を介することなく、レンズ本体部64Aの表面64dに直接的に堆積されている点では、上記第3の実施形態と同様の作用も備える。本実施形態のように、レンズ表面S4の全体が摩擦低減剤14cで覆われる場合、表面層84Bは、接触部材Gとベース材料14aとの直接接触を防止する保護機能を有する点でも、音響レンズ84の耐久性がより向上する。
下記[表1]に、実施例1〜4、比較例の超音波内視鏡用音響レンズの構成および評価結果を示す。ただし、[表1]では、部材名の符号は省略されている。
実施例1は、上記第1の実施形態の音響レンズ14に関する実施例である。ただし、評価は、シート状の供試サンプルによって行われた(以下の各実施例、比較例も同様)。
[表1]に示すように、実施例1のベース材料14aとしては、ジオルガノポリシロキサンを主剤とするシリコーンゴムコンパウンド([表1]では「ポリシロキサン」と表記)であるジメチルポリシロキサンを主骨格に有するシリコーンゴムコンパウンドが用いられた。
充填剤14bとしては、平均粒子径3μmのシリカが用いられた。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法によって測定された(以下の「平均粒子径」も同様)。充填剤14bは、硬化後のベース材料14aを100質量部として、30質量部となるように添加された。
摩擦低減剤14cとしては、平均粒子径5μmの二硫化モリブデン(MoS2)が用いられた。摩擦低減剤14cは、硬化後のベース材料14aを100質量部として、5質量部含有されるように添加された。
実施例2は、上記第2の実施形態の音響レンズ64に関する実施例である。
実施例2のベース材料14a、充填剤14bの材料および添加量は、実施例1と同様とされた。
表面層64Bのバインダ樹脂65として、フルオロエチレンビニルエーテル(FEVE)を主剤とする溶剤可溶型フッ素樹脂が用いられた。表面層64Bの摩擦低減剤14cとしては、平均粒子径5μm(ただし、最大粒子径10μm以下)のPTFEパウダーが用いられた。摩擦低減剤14cは、乾燥後のバインダ樹脂65を100質量部としたときに、5質量部となるように添加された。
本実施例では、バインダ樹脂65もフッ素樹脂であり、摩擦低減剤として機能する例になっている。このため、本実施例は、音響レンズ64に、複数種類の摩擦低減剤が含まれる場合の例になっている。
溶液に溶解されたバインダ樹脂65中に摩擦低減剤14cが分散されて、塗液が製造された。塗液は、シート体の表面に均一にスプレー塗布された。塗液が塗布されたシート体は、120℃の加熱乾燥によって乾燥された。これにより、塗液の溶剤が揮発し、シート体の表面に、摩擦低減剤14cとバインダ樹脂65の固形成分が層状に堆積し、表面層64Bが形成された。表面層64Bの層厚は、10μm以下であった。硬化後のシート体の形状は、100mm×50mm×0.5mmとされた。
実施例3は、上記第3の実施形態の音響レンズ74に関する実施例である。
実施例3のベース材料14a、充填剤14bの材料および添加量は、実施例1と同様とされた。
摩擦低減剤14cとしては、平均粒子径5μm(ただし、最大粒子径10μm以下)のPTFEパウダーが用いられた。摩擦低減剤14cは、硬化後のベース材料14aを100質量部として、5質量部用いられた。
実施例4は、上記第1の実施形態の音響レンズ14に関する実施例である。
実施例4では、摩擦低減剤14cとして、上記実施例1のMoS2に代えて、グラファイトが用いられた。グラファイトは、硬化後のベース材料14aを100質量部として、5質量部含有されるように添加された。
比較例の供試サンプルは、実施例1と同様のポリシロキサンをベース材料として、平均粒子径3μmのシリカが充填剤として添加されて製造された。シリカは、硬化後のベース材料を100質量部として、30質量部となるように添加された。比較例の供試サンプルは、実施例1と同様の外形を有するシート体とされた。
比較例の供試サンプルには、摩擦低減剤は添加されていない。
[表1]に示すように、供試サンプルの評価としては、摩擦係数評価、音響特性評価、および総合評価が行われた。
動摩擦係数は、0.3未満の場合、良好、0.3以上の場合、不良と判定された。
音響特性評価では、音響インピーダンスが測定された。音響インピーダンスは、画像解像度のような量である。
音響インピーダンス([表1]では「音響IMP」と記載)の測定方法としては、JIS Z 2354:固体の超音波減衰係数の測定方法における、対比測定片を使用しない水浸多重反射法に準拠した方法が用いられた。その際、測定用の超音波振動子は周波数5MHzで駆動された。
IMSは、1.2(Pa・s/m3)以上1.4(Pa・s/m3)以下の場合、良好、1.2未満または1.4を超える場合、不良と判定された。
総合評価では、動摩擦係数および音響インピーダンスが良好の場合に「良好」(good、[表1]では「○」)、動摩擦係数および音響インピーダンスの少なくとも一方が不良の場合「不良」(no good、[表1]では「×」)と判定された。
[表1]に示すように、実施例1〜4は、動摩擦係数に関しては、それぞれ、0.28、0.29、0.27、0.28であったため、いずれも良好と判定された。実施例1〜4では、摩擦低減剤の効果によって、動摩擦係数が低減されたと考えられる。
これに対して、比較例では、動摩擦係数が0.36であったため、不良と判定された。比較例では、ベース材料からシリカが露出していたが、シリカが露出していても動摩擦係数を低減する効果は得られなかったことが分かる。このため、シリカは摩擦低減剤として機能しなかった。
実施例1〜4、比較例は、音響インピーダンスに関しては、それぞれ、1.38Pa・s/m3、1.30Pa・s/m3、1.33Pa・s/m3、1.39Pa・s/m3、1.35Pa・s/m3であったため、いずれも良好と判定された。これは、各実施例、比較例とも、充填剤としては、共通して同量のシリカが用いられており、音響特性が略シリカの添加量によって決まったためと考えられる。
総合評価としては、実施例1〜4が良好、比較例が不良と判定された。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
13 音響整合層
14、64、74、84 音響レンズ(超音波内視鏡用音響レンズ)
14a ベース材料
14b 充填剤
14c 摩擦低減剤
14d ベース材料表面
64A レンズ本体部
64B、84B 表面層
65 バインダ樹脂
S1、S2、S3、S4 レンズ表面
Claims (9)
- エラストマーからなるベース材料と、
前記ベース材料に添加された充填剤と、
前記ベース材料の表面の少なくとも一部を覆うように配され、レンズ表面に露出する摩擦低減剤と、
を備える、超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記摩擦低減剤は、
フッ素樹脂、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、窒化ホウ素、および二硫化タングステンからなる群から選ばれた1以上の物質を含む、
請求項1に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記摩擦低減剤の粒径は、
10μm以下である、
請求項1または2に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記摩擦低減剤の含有量は、
前記ベース材料を100質量部として、3質量部以上、15質量部以下である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記レンズ表面における動摩擦係数が、0.3よりも小さい、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記ベース材料は、
ジオルガノポリシロキサンまたはこれを主剤とするシリコーンゴムコンパウンドからなる、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記摩擦低減剤は、
前記ベース材料の前記表面に層状に配されている、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 前記摩擦低減剤は、
前記ベース材料の前記表面に固着している、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波内視鏡用音響レンズ。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波内視鏡用音響レンズを備える、
超音波内視鏡装置。
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