JP2022541162A - 超音波プローブ - Google Patents
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Abstract
Description
[0006]当業者に対するそのベストモードを含む本発明の完全かつ実施可能な開示を、添付の図面への参照を含む本明細書の残りの部分においてより詳細に示す。
[0011]一般的に言えば、本発明は、超音波トランスデューサー、及び100kHz~100MHzの周波数を有するエネルギーのような、材料に入射する音響エネルギーを減衰させることができる減衰材料を含む超音波プローブに関する。減衰材料は、液晶ポリマー及び熱伝導性粒子材料を含有するポリマー組成物を含む。ポリマー組成物中の成分の性質及びそれらの相対濃度を選択的に制御することによって、得られる組成物は有効な音響減衰材料として働くことができるが、また熱伝達を可能にする良好な熱特性も示すので、「ホットスポット」を速やかに排除することができ、部品の全体的な温度を使用中に低下させることができる。より詳細には、本組成物は、ASTM-E1461-13にしたがって求めて約0.2W/m・K以上、幾つかの実施形態においては約0.4W/m・K以上、幾つかの実施形態においては約0.5W/m・K以上、幾つかの実施形態においては約1~約25W/m・K、幾つかの実施形態においては約2~約20W/m・K、幾つかの実施形態においては約4~約15W/m・Kの面直方向熱伝導率を示す。
I.ポリマー組成物
A.液晶ポリマー
[0013]上記に示したように、ポリマーマトリックスにおいて使用される液晶ポリマーは、約270℃~約400℃、幾つかの実施形態においては約280℃~約380℃、幾つかの実施形態においては約290℃~約370℃、幾つかの実施形態においては約300℃~約350℃の注意深く制御された範囲内の融点を有する。1つの特に好適な液晶ポリマーは、以下の繰り返し単位(1)~(3):
Ra、Rb、及びRfは、独立して、アルキニル、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、ヘテロシクリル、ハロ、又はハロアルキルであり、
l、m、及びqは、独立して、0~4、幾つかの実施形態においては0~2、幾つかの実施形態においては0~1の整数である)
を含む。
Rc、Rd、及びReは、独立して、アルケニル、アルキル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、ヘテロシクリル、ハロ、又はハロアルキルであり、
n、o、及びpは、独立して、0~4、幾つかの実施形態においては0~2、幾つかの実施形態においては0~1の整数である)
[0017]幾つかの実施形態においては、繰り返し単位(4)は4,4’-ビフェノール(BP)(n及びoは0である)から誘導されていてよく、及び/又は繰り返し単位(5)はテレフタル酸(TA)(pは0である)から誘導されていてよい。
[0028]所望の熱特性を達成するのを助けるために、本ポリマー組成物はまた、熱伝導性粒子材料も含む。粒子状材料は、通常は、例えばISO-13320:2009にしたがい、レーザー回折法を用いて(例えばHoriba LA-960粒径分布分析装置を用いて)求めて約100~約2,000マイクロメートル、幾つかの実施形態においては約250~約1,400マイクロメートル、幾つかの実施形態においては約300~約1,300マイクロメートル、幾つかの実施形態においては約400~約1,200マイクロメートルの平均寸法(例えば直径)を有する。また、熱伝導性粒子材料は、狭い寸法分布を有し得る。即ち、粒子の少なくとも約70体積%、幾つかの実施形態においては粒子の少なくとも約80体積%、幾つかの実施形態においては粒子の少なくとも約90体積%が、上記の範囲内の寸法を有し得る。幾つかの実施形態においては、粒子材料は、約4:1以上、幾つかの実施形態においては約8:1以上、幾つかの実施形態においては約10:1~約2000:1のような比較的高いアスペクト比(例えば、平均長さ又は直径を平均厚さで割った値)を有する点で「フレーク」形状を有し得る。平均厚さは、例えば約10マイクロメートル以下、幾つかの実施形態においては約0.01マイクロメートル~約8マイクロメートル、幾つかの実施形態においては約0.05マイクロメートル~約5マイクロメートルであってよい。また、材料の比表面積は、約0.5m2/g以上、幾つかの実施形態においては約1m2/g以上、幾つかの実施形態においては約2~約40m2/gのように比較的高くてよい。比表面積は、当該技術において一般に知られており、Brunauer, Emmet, and Teller(J.Amer.Chem.Soc., vol.60, 1938年2月, pp.309-319)に記載されているように、吸着ガスとして窒素を用いる物理的ガス吸着法(BET法)のような標準的な方法にしたがって求めることができる。粒子材料はまた、例えばASTM-B527-15にしたがって求めて約0.2~約1.0g/cm3、幾つかの実施形態においては約0.3~約0.9g/cm3、幾つかの実施形態においては約0.4~約0.8g/cm3の粉末タップ密度を有し得る。
[0031]また、流動性改良剤、滑剤、顔料、酸化防止剤、安定剤、界面活性剤、ワックス、難燃剤、滴下防止添加剤、成核剤(例えば窒化ホウ素)、無機粒子フィラー(例えば、タルク、マイカなど)、無機繊維フィラー(例えばガラス繊維)、並びに特性及び加工性を向上させるために加えられる他の材料、並びに特性及び加工性を向上させるために加えられる他の材料のような種々の他の成分をポリマー組成物中に含ませることもできる。例えば、実質的な分解なしに液晶ポリマーの処理条件に耐えることができる滑剤をポリマー組成物中において使用することができる。かかる滑剤の例としては、脂肪酸エステル、その塩、エステル、脂肪酸アミド、有機リン酸エステル、及びエンジニアリングプラスチック材料の加工において滑剤として一般に使用されるタイプの炭化水素ワックス、並びにそれらの混合物が挙げられる。好適な脂肪酸は、通常はミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、モンタン酸、オクタデシン酸、パリナリン酸などのような約12~約60個の炭素原子の主鎖炭素鎖を有する。好適なエステルとしては、脂肪酸エステル、脂肪アルコールエステル、ワックスエステル、グリセロールエステル、グリコールエステル、及び複合エステルが挙げられる。脂肪酸アミドとしては、脂肪第一級アミド、脂肪第二級アミド、メチレン及びエチレンビスアミド、及びアルカノールアミド、例えばパルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、N,N’-エチレンビスステアラミドなどが挙げられる。ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどのような脂肪酸の金属塩;パラフィンワックス、ポリオレフィン及び酸化ポリオレフィンワックス、並びに微結晶ワックスのような炭化水素ワックスも好適である。特に好適な滑剤は、ステアリン酸の酸、塩、又はアミド、例えばペンタエリトリトールテトラステアレート、カルシウムステアレート、又はN,N’-エチレンビスステアラミドである。使用する場合には、1種類又は複数の滑剤は、通常は、ポリマー組成物の約0.05重量%~約1.5重量%、幾つかの実施形態においては約0.1重量%~約0.5重量%(重量基準)を構成する。
[0032]ポリマー組成物の成分(例えば、1種類又複数の液晶ポリマー、1種類又複数の熱伝導性粒子材料など)は、溶融加工又は一緒にブレンドすることができる。成分は、バレル(例えば円筒形のバレル)内に回転可能に取り付けられてその中に収容されている少なくとも1つのスクリューを含み、スクリューの長さに沿って供給セクション、及び供給セクションから下流に位置する溶融セクションを画定し得る押出機に、別々か又は組み合わせて供給することができる。押出機は、一軸又は二軸押出機であってよい。スクリューの速度は、所望の滞留時間、剪断速度、溶融加工温度などを達成するように選択することができる。例えば、スクリュー速度は、約50~約800回転/分(rpm)、幾つかの実施形態においては約70~約150rpm、幾つかの実施形態においては約80~約120rpmの範囲であってよい。また、溶融ブレンド中のみかけ剪断速度は、約100秒-1~約10,000秒-1、幾つかの実施形態においては約500秒-1~約5000秒-1、幾つかの実施形態においては約800秒-1~約1200秒-1の範囲であってよい。みかけせん断速度は、4Q/πR3(式中、Qはポリマー溶融体の体積流量(m3/秒)であり、Rはそれを通って溶融ポリマーが流れる毛細管(例えば押出機ダイ)の半径(m)である)に等しい。
[0035]上記のように、本発明のポリマー組成物は、超音波トランスデューサープローブの少なくとも一部において使用される。このプローブは、二次元及び/又は三次元イメージングを生成するために使用することができ、直線状、凸状(湾曲)、フェーズド(セクター)、単一、又はTV型プローブであってもよい。一般的に言えば、超音波プローブは、対象領域に向かって放出させるための超音波音響エネルギーに電気エネルギーを変換することができるトランスデューサー素子のアレイを含む少なくとも1つの超音波トランスデューサーを含む。また、プローブは、超音波音響エネルギーが対象領域に向かって放出された後に超音波トランスデューサーに向かって戻るのを阻害することができる減衰材料も含む。
試験方法
[0055]熱伝導率:面内方向及び面直方向熱伝導率の値は、ASTM-1461-13にしたがって求める。
[0062]超音波プローブにおいて使用するためのポリマー組成物は、55重量%のグラファイトフレーク及び45重量%の本明細書に記載の液晶ポリマーから形成することができる。この組成物は、下表に示す熱的及び機械的特性を示すことができる。
Claims (22)
- 超音波プローブであって、
対象領域に向かって放射するための超音波音響エネルギーに電気エネルギーを変換することができるトランスデューサー素子のアレイを含む超音波トランスデューサー;及び
前記対象領域に向かって放射した後に、前記超音波音響エネルギーが前記超音波トランスデューサーに向かって戻るのを阻害することができる減衰材料であって、前記減衰材料は液晶ポリマー及び熱伝導性粒子材料を含むポリマー組成物を含み、前記液晶ポリマーは、約270℃以上の融点、及びISO試験番号11443:2005にしたがって前記融点より45℃高い温度及び400秒-1の剪断速度において求めて約500Pa・秒以下の溶融粘度を有し、更に前記ポリマー組成物は約0.2W/m・K以上の面直方向伝導率を有する上記減衰材料;
を含む、前記超音波プローブ。 - 前記繰り返し単位(1)が4-ヒドロキシ安息香酸から誘導され、前記繰り返し単位(2)がヒドロキノンから誘導され、前記繰り返し単位(3)がイソフタル酸から誘導される、請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記繰り返し単位(1)が前記ポリマーの約40モル%~約80モル%を構成し、前記繰り返し単位(2)及び(3)がそれぞれ前記ポリマーの約1モル%~約20モル%を構成する、請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記繰り返し単位(2)の前記繰り返し単位(3)に対するモル比が約0.8~約2である、請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記繰り返し単位(4)が4,4’-ビフェノールから誘導され、前記繰り返し単位(5)がテレフタル酸から誘導される、請求項6に記載の超音波プローブ。
- 前記繰り返し単位(4)及び(5)が、それぞれ前記ポリマーの約5モル%~約30モル%を構成する、請求項7に記載の超音波プローブ。
- 前記繰り返し単位(5)の前記繰り返し単位(4)に対するモル比が約0.8~約2である、請求項7に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導性粒子材料が約100~約2,000マイクロメートルの平均寸法を有する、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導性粒子材料が約50W/m・K以上の固有熱伝導率を有する、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導性粒子材料が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化マグネシウムケイ素、グラファイト、炭化ケイ素、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、金属酸化物、金属粉末、又はそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導性粒子材料が、前記液晶ポリマー100部あたり約50~約200部の量で前記ポリマー組成物中に存在する、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導性粒子材料が前記ポリマー組成物の約25重量%~約70重量%を構成し、前記液晶ポリマーが前記ポリマー組成物の約30重量%~約75重量%を構成する、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記ポリマー組成物が約4~約15W/m・Kの面直方向伝導率を有する、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記超音波プローブが、前記電気エネルギーを前記超音波トランスデューサーに送るように構成されている超音波イメージング装置に接続されている、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記減衰材料が、前記超音波トランスデューサーの表面に電気的に接続されている、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記超音波トランスデューサーを被包するハウジングを更に含む、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記ハウジングの少なくとも一部が前記減衰材料から形成されている、請求項18に記載の超音波プローブ。
- 前記減衰材料が前記ハウジングの表面上に配置されている、請求項19に記載の超音波プローブ。
- 前記超音波トランスデューサーがバッキングに隣接して配置されている圧電層を含む、請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記バッキングが前記減衰材料を含む、請求項21に記載の超音波プローブ。
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