JP2020130943A - 超音波プローブ、超音波診断装置およびバッキング材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性が高く、かつ音響特性も良好であるバッキング材を有する超音波プローブ、上記バッキング材を有する超音波診断装置、および上記バッキング材の作製方法を提供すること。【解決手段】本発明の超音波プローブは、圧電素子と、前記圧電素子に対して一方向側に配置された、熱伝導性粒子を含有するバッキング材と、を有する。前記バッキング材の熱伝導率は２．０Ｗ／ｍｋ以上であり、前記熱伝導性粒子の含有量は、前記バッキング材の全体積に対して３０体積％未満である。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波プローブ、超音波診断装置およびバッキング材の製造方法に関する。

超音波診断装置は、当該超音波診断装置に接続され、または超音波診断装置と通信可能に構成された超音波プローブを、ヒトやその他の動物などを含む被検体の体表に当てるかまたは体内へ挿入するという簡単な操作で、組織の形状および動きなどを超音波診断画像として得ることを可能とする。超音波診断装置は、安全性が高いため繰り返して検査を行うことができるという利点を有する。

超音波プローブは、超音波を送受信する圧電素子などを内蔵する。圧電素子は、超音波診断装置からの電気信号（送信信号）を受信し、受信した送信信号を超音波信号に変換して送波し、生体内で反射された超音波を受信して電気信号（受信信号）に変換し、電気信号に変換された受信信号を超音波診断装置に送信する。

また、超音波プローブは、圧電素子の被検体に向けられる面とは反対側に、バッキング材を有する（なお、以下、超音波プローブを構成する部材に関して、超音波照射方向を向いた面（被写体に向けられる面）を「前面」ともいい、超音波照射方向とは反対側の方向を向いた面（被写体に向けられる面とは反対側の面）を「背面」ともいう）。バッキング材は、圧電素子から背面側に送波された超音波を減衰（吸収・散乱を含む）して、上記背面側に送波された超音波がバッキング材の端面から反射することによるノイズ（アーチファクト）の発生などを抑制する。また、バッキング材は、圧電素子から背面側へ熱を放出して、圧電素子で発生した熱による、被検体と接する音響レンズの過熱などを抑制する。

そのため、熱伝導率がより高められた種々のバッキング材が検討されている。

たとえば、特許文献１には、ペロブスカイト構造の単結晶材料からなる圧電振動子と、上記圧電振動子の下部に形成される、直径が２０μｍ以下の炭素繊維を含むエチレン酢酸ビニル系ゴムおよび直径２０μｍ以下の炭素繊維を含む音響バッキング材と、を有する超音波プローブが開示されている。上記バッキング材は、放熱性に優れるので、超音波プローブの感度の温度特性を良好にすることができることから、超音波診断装置による断層像の画質を向上させることができるとされている。

また、特許文献２には、超音波エネルギーを伝播させるように操作可能なトランスデューサアセンブリと、上記トランスデューサアセンブリにより生成された熱を伝達するように配置された、グラフェンの１つ以上の層を備える冷却システムと、を有する、超音波プローブが開示されている。上記グラフェンを含有することにより、上記超音波プローブは、良好な熱伝導率を有するだけでなく、非常に低い音響インピーダンスを有することができるとされている。

特開２００６−３２５９５４号公報 特表２０１７−５２７３７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の炭素繊維によりバッキング材の熱伝導率を高めるためには、少なくとも３ｍｍの長さの炭素繊維を使用する必要があり、この大きい炭素繊維によって画質が低下することがあった。

また、本発明者らの知見によると、特許文献２に記載のグラフェンによりバッキング材の熱伝導率を高めようとすると、グラフェンを多量にバッキング材に添加する必要があった。そして、グラフェンがバッキング材に多量に含まれていると、背面側に送波された超音波が十分に減衰されないという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱伝導性が高く、かつ音響特性も良好であるバッキング材を有する超音波プローブ、上記バッキング材を有する超音波診断装置、および上記バッキング材の作製方法を提供することを目的とする。

本発明は、バッキング材に熱伝導性粒子を含有させることで、バッキング材の熱伝導性を高める、という思想に基づきなされたものである。このとき、バッキング材中における上記熱伝導性粒子の配向状態を調整することで、バッキング材の音響特性の低下を抑制することができる。

上記思想に基づく本発明の超音波プローブは、圧電素子と、前記圧電素子に対して一方向側に配置された、熱伝導性粒子を含有するバッキング材と、を有する。前記バッキング材の熱伝導率は２．０Ｗ／ｍｋ以上であり、前記熱伝導性粒子の含有量は、前記バッキング材の全体積に対して３０体積％未満である。

また、上記思想に基づく本発明の超音波診断装置は、上記超音波プローブを有する。

また、上記思想に基づく本発明のバッキング材の作製方法は、マトリックス樹脂と熱伝導性樹脂とを混合して混合体を作製する工程と、前記混合体を成形する工程と、を有する。前記混合体は、前記混合体の全体積に対して３０体積％未満の前記熱伝導性粒子を含有し、前記混合体の熱伝導率は２．０Ｗ／ｍｋ以上である。

本発明によれば、熱伝導性が高く、かつ音響特性も良好であるバッキング材を有する超音波プローブを提供することができる。また、上記超音波プローブを有する超音波診断装置を提供することができる。また、本発明によれば、上記バッキング材の作製方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る超音波プローブの全体構造の一例を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る超音波プローブを備える超音波診断装置の一例を示す模式図である。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明の実施形態に係る超音波プローブの放熱効果を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

１．超音波プローブ
図１は、本発明の実施形態に関する超音波プローブ１００の全体構造の一例を示す断面図である。

図１に示されるように、超音波プローブ１００は、圧電素子１１０と、圧電素子１１０に電圧を印加するために前面側に配置された接地電極１２０ならびに背面側に配置された信号電極１３０および信号用電気端子１４０と、圧電素子１１０から前面側にこの順で配置された音響マッチング層１５０および音響レンズ１６０と、信号用電気端子１４０から背面側にこの順で配置されたバッキング材１７０と、から構成される。

１−１．圧電素子
圧電素子１１０は、電圧の印加により超音波を送波する複数個の圧電体（不図示）が図１中Ｘ方向に１次元に配列されて形成される。圧電素子１１０の厚さは、例えば０.０５ｍｍ以上０.４ｍｍ以下とすることができる。それぞれの圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系などの圧電セラミック、マグネシウム酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ−ＰＴ）および亜鉛酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体（ＰＺＮ−ＰＴ）などの圧電単結晶、ならびにこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、などにより形成される。なお、圧電素子１１０の音響インピーダンスの大きさは、通常、１０〜３０ＭＲａｙｌｓである。

１−２．接地電極、信号電極および信号用電気端子
接地電極１２０は、圧電素子１１０の前面に配置した電極であり、信号電極１３０は、圧電素子１１０の背面に配置した電極である。接地電極１２０および信号電極１３０は、金および銀などの、蒸着、スパッタリングおよび銀の焼き付けなどの方法で形成したり、銅などの導体を絶縁性の基板に貼り付けてパターニングしたりして、形成することができる。信号用電気端子１４０は、信号電極１３０の背面側に接して配置され、信号電極１３０と超音波診断装置１０の本体部１１に配置された外部の電源などとを接続する。本実施形態では、信号電極１３０は、銅などの導体を絶縁性の基板に貼り付けてパターニングして形成した、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。

１−３．音響マッチング層
音響マッチング層１５０は、圧電素子１１０と音響レンズ１６０との間の音響特性を整合させるための層であり、圧電素子１１０と音響レンズ１６０との概ね中間の音響インピーダンスを有する材料により構成される。本実施形態では、音響マッチング層１５０は、第１の音響マッチング層１５０ａ、第２の音響マッチング層１５０ｂおよび第３の音響マッチング層１５０ｃの３層からなる。

ここで、第１の音響マッチング層１５０ａは、音響インピーダンスが８ＭＲａｙｌｓ以上２０ＭＲａｙｌｓ以下である、珪素、水晶、快削性セラミックス、金属粉を充填したグラファイト、および金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などの材料から形成される。第２の音響マッチング層１５０ｂは、音響インピーダンスが３ＭＲａｙｌｓ以上８ＭＲａｙｌｓ以下である、グラファイト、および金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂から形成される。第３の音響マッチング層１５０ｃは、音響インピーダンスが１．９ＭＲａｙｌｓ以上２．３ＭＲａｙｌｓ以下である、ゴム材料を混合したプラスチック材、およびシリコーンゴムを充填した樹脂などから形成される。

このように音響マッチング層１５０を多層化することで、超音波プローブの広帯域化を図れる。なお、音響マッチング層１５０を多層化するときは、音響レンズ１６０に近づくにつれて音響レンズ１６０の音響インピーダンスに段階的または連続的に近づくように、各層の音響インピーダンスが設定されることがより好ましい。また、多層化された音響マッチング層１５０の各層は、エポキシ系接着剤などの、当該技術分野で通常使用される接着剤で接着されてもよい。

なお、音響マッチング層１５０の材料は上記材料に限定されず、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイトおよび樹脂などを含む公知の材料を使用することが可能である。樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂が含まれる。

１−４．音響マッチング層
音響レンズ１６０は、生体に近い音響インピーダンスを有し、かつ生体とは異なる音速を有する、例えば、軟質の高分子材料などにより構成されており、生体と音響レンズ１６０との音速差による屈折を利用して圧電素子１１０から送波された超音波を集束して、分解能を向上させる。本実施形態では、音響レンズ１６０は、図中Ｙ方向（圧電体の配列方向Ｘに直交する方向）に沿って延び、Ｚ方向に凸状となる、シリンドリカル型の音響レンズである。音響レンズ１６０は、上記超音波をＹ方向に集束させて超音波プローブ１００の外部に出射する。

上記軟質の高分子材料の例には、シリコーンゴムが含まれる。

１−５．バッキング材
バッキング材１７０は、圧電素子１１０を保持し、同時に、圧電素子１１０から背面側に送波された超音波を減衰させ、かつ圧電素子１１０から発せられた熱を背面側に放出する層である。バッキング材１７０は、通常、音響インピーダンスを調整するための材料を充填した合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、およびポリエチレンなどの熱可塑性樹脂を含んで形成される。バッキング材１７０の形状は、送波された超音波を減衰することができれば、特に限定されない。

バッキング材１７０は、熱伝導性粒子を含有することにより、熱伝導率を高められている。

１−５−１．熱伝導性粒子
熱伝導性粒子とは、熱伝導性の材料を含む粒子である。バッキング材１７０の熱伝導性をより高めつつ、音響特性を調整しやすくする観点から、上記熱伝導性の材料は、熱伝導率が６０〜５０００ｗ／ｍｋであることが好ましく、２００〜３０００ｗ／ｍｋであることがより好ましく、４００〜３０００ｗ／ｍｋであることがさらに好ましい。上記範囲の熱伝導率を有する熱伝導性の材料の例には、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、グラフェン、カーボンナノチューブ、アルミニウム、金、銀、鉄および銅などが含まれる。上記熱伝導性粒子は、これらの熱伝導性の材料のうち１種類を含んでいてもよいし、２種類以上を含んでいてもよい。また、上記熱伝導性粒子は、後述する複合粒子のように、上記熱伝導性の材料以外の材料を含んでいてもよい。

本明細書において、バッキング材１７０の音響特性が良好であるとは、バッキング材１７０による超音波の減衰率が十分に高いか、またはバッキング材１７０が圧電素子１１０からの超音波を適度に反射できる程度の音響インピーダンスを有することを意味する。なお、バッキング材１７０は、バッキング材１７０による超音波の減衰率が十分に高く、かつ、バッキング材１７０が圧電素子１１０からの超音波を適度に反射できる程度の音響インピーダンスを有することがより好ましい。

ここで、ノイズ（アーチファクト）の発生を抑制する観点からは、上記超音波の減衰率は、より高い方が好ましい。また、上記音響インピーダンスの値は、感度をある程度は犠牲にしてもよりきれいな波形を得たい場合には高くでき、感度を高くしたい場合には低くすることができる。また、上記音響インピーダンスの値によって帯域の形状を制御することもでき、上記音響インピーダンスの値が低い場合には帯域が広くなり、上記音響インピーダンスの値が高い場合には帯域が狭くなる。

熱伝導性粒子の配向状態を調整して、音響特性を調整しやすくする観点からは、上記熱伝導性の材料は、多層（ＭＬ）グラフェン、炭化ケイ素、およびカーボンナノチューブが好ましい。

なお、熱伝導性粒子は、バッキング材１７０中での凝集が抑制されるように、その配向状態が調整されることが好ましい。これにより、バッキング材１７０中での熱伝導率および音響特性のばらつきを抑制し、バッキング材１７０の熱伝導性を高くし、かつ音響特性も良好とすることができる。

また、バッキング材１７０中に含有される熱伝導性粒子の量が多いと、バッキング材１７０の耐久性が低下したり、バッキング材１７０の音響インピーダンスが好適な範囲からずれてしまったりしやすい。

上記観点から、バッキング材１７０中の上記熱伝導性粒子の含有量は、バッキング材１７０の全体積に対して３０体積％未満であることが好ましく、４体積％以上２０体積％以下であることがより好ましく、６体積％以上１５体積％以下であることがさらに好ましい。このように、熱伝導性粒子の量をより少ない範囲で調整することで、熱伝導性粒子の凝集を抑制することができる。

なお、熱伝導性粒子の凝集を抑制する観点からは、バッキング材１７０が含有する上記熱伝導性粒子の量は、より少ないことが好ましいものの、一方で、バッキング材１７０は、音響レンズ１６０の過熱を抑制できる程度の量の上記熱伝導性粒子を含有することが好ましい。具体的には、バッキング材１７０は、熱伝導性粒子の含有により、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍｋ以上となっていることが好ましく、熱伝導率が４．０Ｗ／ｍｋ以上となっていることがより好ましく、熱伝導率が１０．０Ｗ／ｍｋ以上となっていることがさらに好ましく、熱伝導率が２０．０Ｗ／ｍｋ以上となっていることが特に好ましい。

ただし、本発明者の知見によれば、バッキング材１７０が含有する熱伝導性粒子の量を単に多くするだけでは、熱伝導性粒子がより凝集しやすくなるので、バッキング材１７０の熱伝導率は期待するようには上昇しない。バッキング材１７０の熱伝導率を効率よく高めるためには、熱伝導性粒子の配向状態を調整して、熱伝導性粒子をより好適に分散させることが必要である。

また、上記熱伝導性粒子の配向状態を調整しやすくする観点から、上記熱伝導性粒子の平均粒径は、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。上記熱伝導性粒子の平均粒径が上記範囲にあると、平均粒径がより小さい粒子を用いたときと比較して、上記熱伝導性粒子がより分散しやすくなり、上記熱伝導性粒子の配向状態がより調整されやすくなる。なお、本明細書において、粒子の平均粒径は、レーザー式粒度分布測定機を使用して測定された値を用いる。あるいは、本明細書において、バッキング材１７０が含有する粒子の平均粒径は、バッキング材１７０を薄く切断し、透過型電子顕微鏡により倍率１００万倍程度で撮像して得られた画像を公知の画像解析ソフトによって解析して得られた値としてもよい。

１−５−１−１．複合粒子
また、上記熱伝導性粒子の凝集を抑制して、その配向状態を調整しやすくする観点から、上記熱伝導性粒子は、複合粒子であることが好ましい。また、複合粒子にすることにより、エポキシ樹脂中の粒子濃度を減らすことができるので、粒子表面が上記エポキシ樹脂で被覆されやすくなることから、バッキング材１７０の成形時の気泡およびひびの発生を抑制し、また、ダイス時の容量変化を抑制することができる。

上記複合粒子とは、上述した熱伝導性の材料からなる粒子が、これら以外の材料（たとえばエラストマー）と複合化された粒子である。上記複合粒子は、さらにフィラーなどを含んでいてもよい。

上記エラストマーは、室温でゴム弾性を有する物質である。上記エラストマーは、熱硬化性エラストマーであってもよいし熱可塑性エラストマーであってもよい。

上記熱可塑性エラストマーの例には、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリエーテルエラストマー、ポリウレタンエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、ポリスチレンエラストマー、ポリアクリルエラストマー、ポリジエンエラストマー、シリコーン変性ポリカーボネートエラストマー、およびフッ素共重合体エラストマーなどが含まれる。

上記熱硬化性エラストマーの例には、柔軟性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、および天然ゴムなどが含まれる。

超音波プローブは高温ガス環境下などで殺菌されることから、上記エラストマーは、温度変化に対して変形や流動などを生じにくい熱硬化性エラストマーであることが好ましく、シリコーン樹脂であることがより好ましい。

複合粒子は、複合粒子の材料の混合物を粉砕器によって粉砕することにより製造され得る。このとき、上記混合物をより粉砕されやすくして、複合粒子の製造をより容易にする観点や、バッキング材１７０の成形時に複合粒子が破損することによる気泡およびひびの発生を抑制する観点からは、上記エラストマーは、切断時の伸びが短く、硬度がより低い材料であることが好ましい。

上記観点から、上記エラストマーは、引張破断強さが３．０ＭＰａ以下であることが好ましく、１．５ＭＰａ以下であることがより好ましい。また、上記観点から、上記エラストマーは、引張破断伸びが１６０％以下であることが好ましく、１４０％以下であることがより好ましい。上記エラストマーの引張破断強さおよび引張破断伸びは、ＪＩＳＫ ６２５１（２０１７年）に準じて測定して得られた値とすることができる。引張破断伸びの下限値は、特に限定されないものの、３０％以上とすることができる。

また、上記観点から、上記エラストマーは、タイプＡデュロメーターにより測定される硬度が３８以下であることが好ましく、３２以下であることがより好ましい。上記エラストマーの硬度は、ＪＩＳＫ ６２５３−１（２０１２年）に準じて測定して得られた値とすることができる。

また、粉砕時の剪断における上記エラストマーと他の材料（熱伝導性の材料およびフィラー）とが剥がれてしまうことによる、粒径の２ピーク化を抑制する観点から、上記エラストマーは、接着強度が０．３ＭＰａ以上であることが好ましく、０．５ＭＰａ以上であることがより好ましい。上記エラストマーの接着強度は、ＪＩＳＫ ６２５６−１（２０１３年）に準じて測定して得られた値とすることができる。

また、上記他の材料との接着性をより高めて、上記剥がれによる粒径の２ピーク化を抑制する観点から、上記エラストマーは、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびアルミニウムカップリング剤などのカップリング剤を含有することが好ましい。上記エラストマーがシリコーン樹脂（特にはＲＴＶ（room temperature vulcanizing）シリコーン樹脂）であるときに、上記他の材料との接着性をさらに高める観点からは、上記カップリング剤は、分子内に二重結合を有するカップリング剤であることが好ましい。

上記シランカップリング剤の市販品の例には、ＫＢＭ−１００３、ＫＢＭ−１４０３、ＫＢＭ−５０２、ＫＢＭ−５０３、ＫＢＥ−１００３、ＫＢＥ５０２、ＫＢＥ−５０３、ＫＢＭ−５１０３（いずれも信越化学工業株式会社製）などが含まれる。上記チタンカップリング剤の市販品の例には、プレンアクト５５、プレンアクトＴＴＳ（いずれも味の素ファインテクノ株式会社製、「プレンアクト」は味の素株式会社の登録商標）、オルガチックスＴＣ−１００、オルガチックスＴＣ−４０１、オルガチックスＴＣ−７１０、オルガチックスＴＣ−１２０（いずれもマツモトファインケミカル株式会社製、「オルガチックス」は同社の登録商標）などが含まれる。上記アルミニウムカップリング剤の市販品の例には、プレンアクトＡＬ−Ｍ（味の素ファインテクノ株式会社製）などが含まれる。

また、フィラーとの間の密度の差を大きくして、上記複合粒子による超音波の減衰量をより大きくする観点からは、上記エラストマーは、比重が１．１以下で在ることが好ましい。このようなエラストマーを、酸化タングステン（比重：７．１６）や熱膨張マイクロカプセル（市販品の比重：たとえば０．０３）と組み合わせることで、上記エラストマーとフィラーとの界面における超音波の散乱をより生じやすくして、上記複合粒子による超音波の減衰量をより大きくすることができる。

上記フィラーの例には、無機粒子および中空粒子が含まれる。上記無機粒子の例には、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化ニッケル、酸化バリウム、酸化マンガン、酸化イットリウム、酸化インジウム、酸化タンタルおよびチタン酸バリウムなどが含まれる。また、上記中空粒子の例には、ガラスバルーン、中空シリカ、セノライト、フェノール樹脂マイクロバルーン、ユリア樹脂マイクロバルーンおよびポリメタクリル酸メチルバルーン、熱膨張マイクロカプセルなどが含まれる。上記フィラーは、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。

上記複合粒子は、従来公知の種々の方法により作製することができる。

上記複合粒子である熱伝導性粒子の密度は、１．０〜３．５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、１．５〜３．０ｇ／ｃｍ^３であることがより好ましい。上記複合粒子の密度が上記範囲にあると、上記複合粒子の添加量が少ない場合であっても、バッキン材の音響インピーダンスを所望の範囲に制御しやすくなる。

上記複合粒子である熱伝導性粒子の平均粒径は、１００〜３５０μｍであることが好ましく、１５０〜２５０μｍであることがより好ましい。上記熱伝導性粒子の平均粒径が上記範囲にあると、平均粒径がより小さい粒子を用いたときと比較して、上記熱伝導性粒子がより分散しやすくなり、上記熱伝導性粒子の配向状態がより調整されやすくなる。

１−５−２．非熱伝導性粒子
バッキング材１７０は、熱伝導性粒子の配向状態を調整して、音響特性を調整しやすくする観点からは、熱伝導性粒子に加えて非熱伝導性粒子を含有してもよい。特に、比較的粒径が大きい非熱伝導性粒子をバッキング材１７０が含有すると、非熱伝導性粒子の界面に沿って熱伝導性粒子を配列させることができる。これにより、熱伝導性粒子による熱の移動経路が形成され、熱伝導性粒子の量が少なくても、バッキング材１７０の熱伝導率を効率的に高めることができる。また、これにより、熱伝導性粒子の凝集が抑制され、バッキング材１７０の音響特性のばらつきも抑制される。また、非熱電導性粒子の界面に沿って熱伝導性粒子を配列させることにより、熱伝導性粒子同士が凝集体を形成するのを抑制することができることから、バッキング材１７０の成形時の気泡およびひびの発生を抑制し、バッキング材１７０の耐久性を向上させ、また、ダイス時の容量変化を抑制することができる。

非熱伝導性粒子の界面に沿って熱伝導性粒子を配列させやすくする観点から、上記非熱伝導性粒子の平均粒径は、１００〜３５０μｍであることが好ましく、１５０〜２５０μｍであることがより好ましい。

また、非熱伝導性粒子の界面に沿って熱伝導性粒子を配列させやすくする観点から、バッキング材１７０が含有する上記非熱伝導性粒子の全体積に対する上記熱伝導性粒子の全体積の割合（熱伝導性粒子の全体積／非熱伝導性粒子の全体積）は、１／１０以上１／１以下であることが好ましく、１／５以上１／２以下であることがより好ましい。

なお、バッキング材１７０中の上記非熱伝導性粒子の含有量は、バッキング材１７０の全体積に対して３０体積％以上４５体積％以下であることが好ましい。

また、バッキング材１７０の音響特性を調整しやすくする観点から、非熱伝導性粒子は、複合粒子であることが好ましい。

複合粒子である非熱伝導性粒子は、熱伝導性の材料を含まないこと以外は、上述した複合粒子である非熱伝導性粒子と同様の構成とすることができる。

１−５−３．母材（マトリックス樹脂）
バッキング材１７０は、母材であるマトリックス樹脂を含有する。上記熱伝導性粒子および非熱伝導性粒子は、上記マトリックス樹脂中に分散している。

上記マトリックス樹脂は、合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であってもよいし、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂であってもよい。これらのうち、バッキング材１７０の耐熱性をより高める観点から、上記マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましく、エポキシ樹脂であることがより好ましい。

上記エポキシ樹脂の例には、ビスフェノールＡ型およびビスフェノールＦ型などのビスフェノール型エポキシ樹脂、レゾールノボラック型およびフェノール変性ノボラック型などのノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン構造含有型、アントラセン構造含有型およびフルオレン構造含有型などの多環芳香族型エポキシ樹脂、水添脂環型エポキシ樹脂、ならびに液晶性エポキシ樹脂が含まれる。上記エポキシ樹脂は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。

上記熱硬化性樹脂は、液体状であってもよいし粉体状であってもよい。これらのうち、上記熱伝導性粒子を分散した状態のまま仮固定してバッキング材１７０中での上記熱伝導性粒子の凝集を抑制し、その配向状態を調整しやすくする観点から、上記熱硬化性樹脂は、粉体であることが好ましい。また、上記熱硬化性樹脂が粉体であると、バッキング材１７０を製造するときに各材料を混合する際にも、上記熱伝導性粒子の凝集を抑制し、その配向状態を調整しやすくすることができる。

上記熱硬化性樹脂は、粉体状であるとき、そのガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以上２００℃以下であることが好ましい。上記熱硬化性樹脂のＴｇが上記範囲であると、超音波プローブ１００の使用時にその内部の温度が５０℃〜６０℃程度に高まったときにも、上記熱硬化性樹脂は所定の硬度を維持することができる。そのため、母材が軟化して内部の粒子が流動することなどによるバッキング材１７０の劣化を抑制することができる。また、上記熱硬化性樹脂のＴｇが上記範囲であると、バッキング材１７０の加工時に、その切断が容易である程度にバッキング材１７０を硬くし、かつ切断時に破損しない程度にバッキング材１７０の脆性を低くすることができる。

なお、バッキング材１７０中の上記マトリックス樹脂の含有量は、バッキング材１７０の全体積に対して４０体積％以上６４体積％以下であることが好ましい。

１−５−４．バッキング材の作製方法
バッキング材１７０は、上記マトリックス樹脂と上記熱伝導性樹脂とを混合して混合体を作製する工程と、上記混合体を成形する工程と、を有する方法により作製することができる。

上記混合体は、上述したバッキング材１７０の構成に応じた割合で、上記マトリックス樹脂、上記熱伝導性粒子、上記非熱伝導性粒子およびその他の添加剤を含有すればよい。

たとえば、上記混合体は、その全体積に対して３０体積％未満の上記熱伝導性粒子を含有し、かつ、その熱伝導率が２．０Ｗ／ｍｋ以上であるような混合体とすることができる。

あるいは、上記混合体は、上記マトリックス樹脂と上記熱伝導性樹脂と上記非熱伝導性粒子とを含有する混合体であってもよい。

あるいは、上記混合体は、粉体である上記マトリックス樹脂と上記熱伝導性樹脂とを含有する混合体であってもよい。

上記混合体は、たとえば上記マトリックス樹脂が液体状であるときは、型に注入して十分に脱泡し、撹拌した後に加熱して、バッキング材１７０の形状に成形することができる。

また、上記混合体は、上記マトリックス樹脂が粉体状であるときは、十分に混合した上記混合体を型に入れて、真空に脱気しながら加圧しつつ加熱して、バッキング材１７０の形状に成形することができる。

なお、上記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であるとき、上記混合体には硬化剤を添加することが好ましい。上記硬化剤の例には、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジプロピレンジアミン、およびジエチルアミノプロピルアミンなどの鎖状脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、メンセンジアミン、およびイソホロンジアミンなどの環状脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、およびジアミノジフェニルスルフォンなどの芳香族アミン、ポリアミド樹脂、ピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、および２−（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの２級アミンまたは３級アミン、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、および１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウム・トリメリテートなどのイミダゾール類、液状ポリメルカプタンおよびポリスルフィド、ならびに、無水フタル酸、無水トリメリット酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、およびメチルヘキサヒドロフタル酸などの酸無水物が含まれる。硬化剤は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。

２．超音波診断装置
図２は、超音波プローブ１００を備える超音波診断装置１０の一例を示す模式図である。超音波診断装置１０は、超音波プローブ１００、本体部１１、コネクタ部１２およびディスプレイ１３を備える。

超音波プローブ１００は、コネクタ部１２に接続されたケーブル１４を介して超音波診断装置１０と接続される。

超音波診断装置１０からの電気信号（送信信号）は、ケーブル１４を通じて超音波プローブ１００の圧電素子１１０に送信される。この送信信号は、圧電素子１１０において超音波に変換され、生体内に送波される。送波された超音波は生体内の組織などで反射され、当該反射波の一部がまた圧電素子１１０に受波され電気信号（受信信号）に変換され、超音波診断装置１０の本体部１１に送信される。受信信号は、超音波診断装置１０の本体部１１において画像データに変換されディスプレイ１３に表示される。

本発明の超音波診断装置は、本発明の超音波プローブを有することから画質のよい超音波画像を生成することができる。

以下、本発明を以下の試験を用いてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の試験に限定されない。

１．複合粒子の作製
以下の材料を用いて、複合粒子である非熱可塑性粒子および複合粒子である熱可塑性粒子を作製した。

（エラストマー）
主剤１ ：ＴＳＥ３０３２（Ａ）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製、
加熱硬化型液状シリコーンゴム）
硬化剤１：ＴＳＥ３０３２（Ｂ）
主剤２ ：ＴＳＥ３０３３（Ａ）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製、
加熱硬化型液状シリコーンゴム）
硬化剤２：ＴＳＥ３０３３（Ｂ）

（フィラー）
フィラー１：Ａ２−ＷＯ_３
（株式会社アライドマテリアル社製、三酸化タングステン粉）
フィラー２：Ｃ３−ＷＯ_３
（株式会社アライドマテリアル社製、三酸化タングステン粉）
フィラー３：Ｅｘｐａｎｃｅｌ ９２０ＤＥ４０ｄ３０
（日本フィライト株式会社製、熱膨張マイクロカプセル）
フィラー４：Ｅｘｐａｎｃｅｌ ９２０
（日本フィライト株式会社製、熱膨張マイクロカプセル）

なお、主剤１と硬化剤１とを反応させて得られるエラストマーの、ＪＩＳＫ ６２５１（２０１７年）に準じて測定して得られる引張破断強さは４．５ＭＰａであり、ＪＩＳＫ ６２５１（２０１７年）に準じて測定して得られる引張破断伸びは２１０％であり、タイプＡデュロメーターにより測定される硬度は３５である。

また、主剤２と硬化剤２とを反応させて得られるエラストマーの、ＪＩＳＫ ６２５１（２０１７年）に準じて測定して得られる引張破断強さは１．０ＭＰａであり、ＪＩＳＫ ６２５１（２０１７年）に準じて測定して得られる引張破断伸びは１３０％であり、タイプＡデュロメーターにより測定される硬度は３０である。

（熱伝導性の材料からなる粒子）
粒子１：ＳＳＣ−Ａ３０（信濃電気精錬株式会社製、球状炭化ケイ素）
粒子２：ｉＧｒａｆｅｎ−α（株式会社アイテック製、多層グラフェン）

１−１．複合粒子１
１００質量部の主剤１に、８０３質量部のフィラー１を添加し、真空混合機「ＡＲＶ−３１０」（株式会社シンキー製）で十分に混合した。次いで、１０質量部の硬化剤１を添加してよく混合し、混合物１を得た。

混合物１を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で、真空下、室温で３時間静置し、その後、５０℃で３時間加熱して、ブロック１を作製した。ブロック１の密度は４．０７ｇ／ｃｍ^３であった。ブロック１を１ｃｍ角に切断し、カッターミル「ＶＭ−２０」（槇野産業株式会社製）により粗粉砕した後、ピンミル「Ｍ−４」（株式会社奈良機械製作所製）にてスクリーン０．５ｍｍ、回転数２８００ｒｐｍにて本粉砕を行い、最後に、円形振動篩機「ＫＧ−４００」（株式会社西村機械製作所製、目空き２１２μｍ）でふるい、非熱伝導性粒子である複合粒子１を得た。

複合粒子１の粒径分布は、レーザー式粒度分布測定機（ＬＭＳ−３０（株式会社セイシン企業製））を用い、測定用分散媒をイソプロピルアルコールとし、散乱強度の最適点を調整して、撹拌及び超音波分散下で測定した。粒径を測定した結果、平均粒径は１１２μｍであり、３０μｍ以下にピーク粒径は無かった。

１−２．複合粒子２
５０質量部の主剤２に、３６５質量部のフィラー２と、１．５３質量部のフィラー３とを添加し、真空混合機で十分に混合した。次いで、５０質量部の硬化剤２を添加してよく混合し、混合物２を得た。

混合物２を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で、真空下、室温で３時間静置し、その後、５０℃で３時間加熱して、ブロック２を作製した。ブロック２の密度は、２．２９ｇ／ｃｍ^３であった。ブロック２を１ｃｍ角に切断し、上記カッターミルにより粗粉砕した後、上記ピンミルにてスクリーン０．５ｍｍ、回転数２８００ｒｐｍにて本粉砕を行い、最後に、上記円形振動篩機（目空き２１２μｍ）でふるい、非熱伝導性粒子である複合粒子２を得た。複合粒子１と同様にして、平均粒径を測定した結果、平均粒径は、２５１μｍであった。

１−３．複合粒子３
５０質量部の主剤２に、３２０質量部の粒子３を添加し、真空混合機で十分に混合した。次いで、５０質量部の硬化剤２を添加してよく混合し、混合物３を得た。

混合物３を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で、真空下、室温で３時間静置し、その後、５０℃で３時間加熱して、ブロック３を作製した。ブロック３の密度は、２．１２ｇ／ｃｍ^３であった。ブロック３を１ｃｍ角に切り、上記カッターミルにより粗粉砕した後、上記ピンミルにてスクリーン０．５ｍｍ、回転数２８００ｒｐｍにて本粉砕を行い、最後に、上記円形振動篩機（目空き２１２μｍ）でふるい、熱伝導性粒子である複合粒子３を得た。複合粒子１と同様にして、平均粒径を測定した結果、平均粒径は、２４８μｍであった。

１−４．複合粒子４
１００質量部の主剤１に、２６６質量部のフィラー２と、１．１１質量部のフィラー３と、４７．３質量部の粒子２とを添加し、真空混合機で十分に混合した。次いで、１０質量部の硬化剤１を投入してよく混合し、混合物４を得た。

混合物４を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で、真空下、室温で３時間静置し、その後、５０℃で３時間加熱して、ブロック４を作製した。ブロック４の密度は、２．０４ｇ／ｃｍ^３であった。ブロック４を１ｃｍ角に切り、上記カッターミルにより粗粉砕した後、上記ピンミルにてスクリーン０．５ｍｍ、回転数２８００ｒｐｍにて本粉砕を行い、最後に、上記円形振動篩機（目空き２１２μｍ）でふるい、熱伝導性粒子であるの複合粒子４を得た。複合粒子１と同様にして、平均粒径を測定した結果、平均粒径は、２１０μｍであった。

１−５．複合粒子５
５０質量部の主剤２に、２４２質量部のフィラー２と、１．０１質量部のフィラー４と、４３質量部の粒子２とを添加し、真空混合機で十分に混合した。次いで、５０質量部の硬化剤２を投入してよく混合し、混合物５を得た。

混合物５を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で、真空下、室温で３時間静置し、その後、５０℃で３時間加熱して、ブロック５を作製した。ブロック５の密度は、２．０４ｇ／ｃｍ^３であった。ブロック５を１ｃｍ角に切り、上記カッターミルにより粗粉砕した後、上記ピンミルにてスクリーン０．５ｍｍ、回転数２８００ｒｐｍにて本粉砕を行い、最後に、上記円形振動篩機（目空き２１２μｍ）でふるい、熱伝導性粒子であるの複合粒子５を得た。複合粒子１と同様にして、平均粒径を測定した結果、平均粒径は、２３４μｍであった。

表１に、上記複合粒子１〜５の組成、密度および平均粒径を示す。

２．バッキング材の作製
以下の材料を用いて、バッキング材を作製した。

（マトリックス樹脂）
主剤３ ：Ａｌｂｉｄｕｒ ＥＰ２２４０（Ｅｖｏｎｉｃ社製、液体エポキシ樹脂）
硬化剤３：ｊＥＲキュア ＳＴ−１２（三菱ケミカル株式会社製）
主剤４ ：ｊＥＲ ８２８（三菱ケミカル株式会社製、液体エポキシ樹脂）
硬化剤４：ｊＥＲキュア １１３（三菱ケミカル株式会社製）
主剤５ ：ＰＣＥ−７５１（ペルノックス株式会社製、粉体エポキシ樹脂）

（非熱伝導性粒子）
複合粒子１：上記作製した複合粒子１
複合粒子２：上記作製した複合粒子２
粒子１ ：Ｘ−５２−８７５：（信越化学工業株式会社製、シリコーンゴム粒子）

（熱伝導性粒子）
粒子２：ｉＧｒａｆｅｎ−α（株式会社アイテック製、多層グラフェン）
粒子３：ＳＳＣ−Ａ３０（信濃電気精錬株式会社製、球状炭化ケイ素）
粒子４：ＦｌｏＴｕｂｅ ９０００（ＣＮａｎｏ社製、多層カーボンナノチューブ）
複合粒子３：上記作製した複合粒子３
複合粒子４：上記作製した複合粒子４
複合粒子５：上記作製した複合粒子５

なお、粒子３および複合粒子３を構成する熱伝導性材料（炭化ケイ素）の熱伝導率は２７０Ｗ／ｍｋであり、粒子２、複合粒子４および複合粒子５を構成する熱伝導性材料（多層グラフェン）の熱伝導率は１３００Ｗ／ｍｋであり、粒子４を構成する熱伝導性材料（多層カーボンナノチューブ）の熱伝導率は２０００Ｗ／ｍｋである。

また、粒子１の密度は０．９７ｇ／ｃｍ^３であり、粒子２の密度は２．２ｇ／ｃｍ^３であり、粒子３の密度は３．２ｇ／ｃｍ^３であり、粒子４の密度は２．２ｇ／ｃｍ^３である。

２−１．バッキング材１
７６．０質量部の主剤３と、７３０質量部の複合粒子１と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．０質量部の硬化剤３を添加して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機「ＯＨＶ−Ｈ」（王子機械株式会社製）で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、室温で４時間静置し、その後、８０℃で３時間加熱し、バッキング材１を得た。

２−２．バッキング材２
７６．０質量部の主剤３と、９７．０質量部の粒子２と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．０質量部の硬化剤３を添加して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、室温で４時間静置し、その後、８０℃で３時間加熱し、バッキング材２を得た。

２−３．バッキング材３
各成分の含有量を変更した以外は、バッキング材２と同様にして、バッキング材３を得た。

２−４．バッキング材４
７５．８質量部の主剤４と、８３．０質量部の複合粒子２と、１３．８質量部の粒子２と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．２質量部の硬化剤４を投入して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、８０℃で１時間静置し、その後、１５０℃で３時間加熱し、バッキング材４を得た。

２−５．バッキング材５
各成分の添加量を変更した以外は、バッキング材４と同様にして、バッキング材５を得た。

２−６．バッキング材６
非熱伝導性粒子の添加量を８３．０質量部から９５．０質量部に変更し、熱伝導性粒子を粒子２（１３．８質量部）から粒子３（１５３．０質量部）に変更した以外は、バッキング材４と同様にして、バッキング材６を得た。

２−７．バッキング材７
非熱伝導性粒子を複合粒子２（８３．０質量部）から粒子１（４２．０質量部）に変更し、粒子２の添加量を１３．８質量部から２６．０質量部に変更した以外は、バッキング材４と同様にして、バッキング材７を得た。

２−８．バッキング材８
７６．０質量部の主剤３と、２５０．０質量部の複合粒子３と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．０質量部の硬化剤３を投入して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、８０℃で１時間静置し、その後、１５０℃で３時間加熱し、バッキング材８を得た。

２−９．バッキング材９
７６．０質量部の主剤３と、２１０．０質量部の複合粒子４と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．０質量部の硬化剤３を投入して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、８０℃で１時間静置し、その後、１５０℃で３時間加熱し、バッキング材９を得た。

２−１０．バッキング材１０
７５．８質量部の主剤４と、２１０．０質量部の複合粒子４と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．２質量部の硬化剤４を添加して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、室温で４時間静置し、その後、８０℃で３時間加熱し、バッキング材１０を得た。

２−１１．バッキング材１１
複合粒子４を複合粒子５に変更した以外は、バッキング材１０と同様にして、バッキング材１１を得た。

２−１２．バッキング材１２
７５．８質量部の主剤４と、１６．５質量部の粒子２と、を真空混合機で十分に混合した。さらに、２４．２質量部の硬化剤４を添加して、さらに混合を行い、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、室温で４時間静置し、その後、８０℃で３時間加熱し、バッキング材１２を得た。

２−１３．バッキング材１３
１００質量部の主剤５と、８３．０質量部の複合粒子２と、１５．５質量部の粒子２と、を真空混合機で十分に混合し、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機により、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で２時間加熱し、バッキング材１３を得た。

２−１４．バッキング材１４
複合粒子２の添加量を８３．０質量部から１１０．０質量部に変更し、粒子２（１５．５質量部）を粒子４（１３．０質量部）に変更した以外は、バッキング材１３と同様にして、バッキング材１４を得た。

２−１５．バッキング材１５
複合粒子２（８３．０質量部）を複合粒子５（１２５．０質量部）に変更し、粒子２（１５．５質量部）を粒子４（８．５質量部）に変更した以外は、バッキング材１３と同様にして、バッキング材１５を得た。

２−１６．バッキング材１６
１００質量部の主剤５と、１００．０質量部の複合粒子４と、１７．０質量部の粒子２と、を真空混合機で十分に混合し、コンパウンドを得た。

上記コンパウンドを１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機により、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で２時間加熱し、バッキング材１６を得た。

表２にバッキング材１〜１６の組成、および非熱伝導性粒子の全体積に対する熱伝導性粒子の体積の割合を示す。

３．バッキング材の物性
上記バッキング材１〜１６の各物性（音響インピーダンス、減衰量、熱伝導率）を、以下の方法で測定した。

３−１．音響インピーダンス
音響インピーダンスは、ＪＩＳ Ｚ２３５３−２００３に準拠して求めた。具体的には、シングアラウンド式音速測定装置（超音波工業株式会社製）を用いて、２５℃において測定し、音響インピーダンスを以下の式（１）に従い算出した。
式（１） 音響インピーダンス（Ｚ：Ｍｒａｙｌｓ）＝密度（ρ：×１０^３ｋｇ／ｍ^３）×音速（Ｃ：×１０^３ｍ／ｓｅｃ）

３−２．減衰量
超音波の減衰量は、ＪＩＳ Ｚ２３５４−１９９２に準拠して求めた。具体的には、水槽中に２５℃の水を満たし、超音波パルサ・レシーバー「ＪＰＲ−１０Ｃ」（ジャパンプローブ株式会社製）を用いて、水中で１ＭＨｚの超音波を発生させ、超音波がシートを透過する前と後の振幅の大きさを測定した。

３−３．熱伝導率
熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｅ１５３０に準拠して求めた。具体的には、バッキング材１〜１６（試験片の大きさ：φ５０ｍｍ、ｔ＝１０ｍｍ（２〜２０ｍｍ））の熱伝導率を、ＤＴＣ-３００（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）を用いて測定した。

バッキング材１〜１６の各物性を表３に示す。

複合粒子である熱伝導性粒子を含むバッキング材８〜１１は、複合粒子ではない熱伝導性粒子を含むバッキング材２、３と比較して、同等以上の減衰量を示すことがわかった。これは、熱伝導性粒子を複合粒子化することにより、粒子の配向を制御しやすくできたためと考えられる。これにより、熱伝導性粒子の含有量を低減した場合であっても、高い減衰量を得ることができる。ここで、バッキング材の減衰量が大きいほど、圧電体の背面側からの超音波の反射が少なくなるので、診断画像の劣化を引き起こすことを抑制できる。

使用するマトリックス樹脂を液状のエポキシ樹脂から粉体エポキシ樹脂にすることにより、バッキング材１３〜１６に示すような高い減衰量と、高い熱伝導性を有するバッキング材を得ることができた。バッキング材１３〜１６は、熱伝導率が高いことから、圧電素子で発生した熱を効率よく放熱することができるので、被検体と接する音響レンズの過熱を抑制することができる。また、超音波の減衰量も大きいので、背面側に送波された超音波の反射を抑制することができることから、高画質な断層像を得ることができる。

図３Ａは、入力電圧を６０Ｖｐｐとしたときのバッキング材１および５の放熱効果を示すグラフである。図３Ｂは、入力電圧を１００Ｖｐｐとしたときのバッキング材１および５の放熱効果を示すグラフである。なお、図３Ａおよび図３Ｂに示される、音響レンズの上昇温度の測定は、サーモグラフィ「ＦＬＩＲＣ２」（フリアーシステムズ社製）を用いて測定して得られた値である。

図３より、本発明のバッキング材を用いると、高い電圧をかけた場合であっても、音響レンズの発熱は軽減されていたことがわかる。これは、熱伝導性粒子を複合粒子化することにより、使用する熱伝導性粒子を少なくすることができるためであると考えられる。

（バッキング材の加工性）
上記バッキング材１〜１６の成形性、耐久性、ダイス性を評価した。

（成形性）
上述した方法で、直径５０ｍｍ、高さ２０ｍｍに成形したバッキング材１、３〜１１、１３を用いて評価を行った。

（評価方法）
ワイヤーソー「ＣＳ−２０３」（ムサシノ電子株式会社製）により切断し、さらに精密研磨装置「ＭＡ−２００」（ムサシノ電子株式会社製）で厚み１０ｍｍに研磨した、上記バッキング材１〜１６を光学顕微鏡および目視で観察し、気泡やひびの入り具合を確認した。なお、Ｂまでを合格とした。

（評価基準）
Ａ： 気泡、ひびの発生はなく、粒子の偏りもない
Ｂ： 気泡、ひびの発生は３個未満であり、粒子の偏りはない
Ｃ： 気泡、ひびの発生は６個未満であり、一部の粒子の偏りが発生している
Ｄ： 気泡、ひびの発生は６個以上であり、粒子の偏りが発生している

（耐久性）
上述した方法で作製したバッキング材１〜１６をそれぞれ３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。これをテスト片として、２５℃のオレイン酸につけて膨潤状況の確認を行った。なお、Ｂまでを合格とした。

（評価基準）
Ａ： 膨潤度が３％未満
Ｂ： 膨潤度が３％以上５％未満
Ｃ： 膨潤度が５％以上１０％未満
Ｄ： 膨潤度が１０％以上

（ダイス性）
ＴＤ形状に整合層、圧電材、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、バッキング材などを接着し、２０μｍのブレードで５０μｍピッチにアスペクト比６程度（合計３００μｍ膜厚）でダイスしたものを５００個作製し、５００個のうち、容量が理論値よりも変化しているものの個数を確認した。なお、Ｃ以上を合格とした。

（評価基準）
Ａ： ３／５００未満
Ｂ： １０／５００未満
Ｃ： ２００／５００未満
Ｄ： ２００／５００以上

バッキング材１〜１３の成形性、耐久性、ダイス性を表４に示す。

熱伝導性粒子の含有量を、バッキング材を構成する成分の全質量に対して、３０体積％未満とすることにより、加工性に優れたバッキング材を得ることができた。とくに、マトリックス樹脂として粉体エポキシ樹脂を用いることにより、成形性、耐久性、ダイス性に優れたバッキング材を得ることができた。これは、マトリックス樹脂を粉体エポキシ樹脂にすることにより、熱伝導性粒子の配列を制御することができるからであると考えられる。

本発明の超音波プローブは、バッキング材による放熱性が高く、かつバッキング材の熱伝導性を高めたことによる画質の劣化が少ないため、より高電圧での撮像が可能となり、より高感度化した超音波装置の超音波プローブとして有用である。

１０ 超音波診断装置
１１ 本体部
１２ コネクタ部
１３ ディスプレイ
１４ ケーブル
１００ 超音波プローブ
１１０ 圧電素子
１２０ 接地電極
１３０ 信号電極
１４０ 信号用電気端子
１５０ 音響マッチング層
１５０ａ 第１の音響マッチング層
１５０ｂ 第２の音響マッチング層
１５０ｃ 第３の音響マッチング層
１６０ 音響レンズ
１７０ バッキング材

Claims (13)

1. 圧電素子と、
   前記圧電素子に対して一方向側に配置された、熱伝導性粒子を含有するバッキング材と、
   を有し、
   前記バッキング材の熱伝導率は２．０Ｗ／ｍｋ以上であり、
   前記熱伝導性粒子の含有量は、前記バッキング材の全体積に対して３０体積％未満である、
   超音波プローブ。
2. 前記熱伝導性粒子は、複合粒子である、請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記熱伝導性粒子は、熱伝導性粒子とエラストマーとを含む複合粒子である、請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記エラストマーは、引張破断伸びが１６０％以下である、請求項３に記載の超音波プローブ。
5. 前記バッキング材は、さらに非熱伝導性粒子を含有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
6. 前記非熱伝導性粒子は、複合粒子である、請求項５に記載の超音波プローブ。
7. 前記非熱伝導性粒子の全体積に対する前記熱伝導性粒子の体積の割合は、１／１０以上１／１以下である、請求項５または６に記載の超音波プローブ。
8. 前記非熱伝導性粒子の全体積に対する前記熱伝導性粒子の体積の割合は、１／５以上１／２以下である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
9. 前記熱伝導性粒子は、熱伝導率が６０ｗ／ｍｋ以上５０００ｗ／ｍｋ以下の粒子である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
10. 前記バッキング材は、さらに粉体であるマトリックス樹脂を含有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
11. 前記マトリックス樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以上２００℃以下の熱硬化性樹脂である、請求項１０に記載の超音波プローブ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の超音波プローブを有する、超音波診断装置。
13. 超音波プローブ用のバッキング材の製造方法であって、
    マトリックス樹脂と熱伝導性樹脂とを混合して混合体を作製する工程と、
    前記混合体を成形する工程と、
    を有し、
    前記混合体は、前記混合体の全体積に対して３０体積％未満の前記熱伝導性粒子を含有し、
    前記混合体の熱伝導率は２．０Ｗ／ｍｋ以上である、
    バッキング材の製造方法。

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