JP5366251B2

JP5366251B2 - 超音波診断装置用レンズ及びその製造方法

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Publication number: JP5366251B2
Application number: JP2009237493A
Authority: JP
Inventors: 裕亮横山
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011083375A

Description

この発明は、超音波診断装置用レンズ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、高い電磁シールド性を発揮する超音波診断装置用レンズ及びその製造方法に関する。

超音波診断装置例えば電子走査型超音波診断装置は、被検体の映像を得るため、圧電素子が配列されたプローブを備えている。このようなプローブは、一般に、超音波の送受信により得られたエコー信号へのノイズの混入を防止して良好な画像を描き出すことを目的として、自身の内部に例えば金属製の膜等が設けられることで電磁シールドされた超音波診断装置用レンズを備えている。

このような超音波診断装置用レンズとして、例えば、特許文献１に示される超音波探触子が挙げられる。この超音波探触子は、「圧電素子の超音波放射面側に形成される音響レンズの内面に、探触子ケースの内面のシールド膜と共にアースされる導電性膜が形成されていることを特徴とする」。

また、特許文献２に記載の超音波プローブは、「直線状に配列された複数個の圧電素子の前面に少なくとも一層の音響整合層を設けた超音波プローブにおいて、前記音響整合層上もしくは音響整合層間に金属薄膜を設けたことを特徴とする」。

このような金属製の膜を備えた超音波診断装置用レンズの製造方法として、特許文献１には超音波探触子の製造方法は何ら記載されていないが、特許文献２には、「金属の薄い膜と蒸着や無電解メッキ等を用いて設けている」ことが記載されている（第２頁左欄第８行〜第９行。）。

ところで、超音波診断装置用レンズにおいて、通常、前記金属製の膜等は圧電素子のインピーダンスへの影響低減を目的として薄膜状に形成されるから、所定の位置に所定の状態で金属製の膜を設けることは容易ではない。例えば、金属製の膜を備えた超音波診断装置用レンズにおいては、金属製の膜は超音波診断装置用レンズの内部に所定の状態で密設しにくく、超音波診断装置用レンズ又は金属製の膜が変形・破損し、又は、金属製の膜に波打ち現象が生じることがある。このような超音波診断装置用レンズは、超音波診断装置用レンズに要求される十分な電磁シールド性を発揮しない。

実開昭６２−１６０９１４号公報実公昭６３−５６９２号公報

この発明は、高い電磁シールド性を発揮する超音波診断装置用レンズを提供することを、目的とする。

また、この発明は、高い電磁シールド性を発揮する超音波診断装置用レンズを歩留りよく容易に製造することのできる超音波診断装置用レンズの製造方法を提供することを、目的とする。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、シリコーンゴム組成物で形成されたキャップと前記キャップの内表面に密設された銅薄膜とを備えて成り、前記銅薄膜は伸びが４〜１２％であることを特徴とする超音波診断装置用レンズであり、
請求項２は、前記銅薄膜は前記内表面に接する表面の表面粗さＲｚが３〜６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置用レンズであり、
請求項３は、凸部を有する第１金型と前記凸部が進入可能な凹部を有する第２金型とを備えて成る成形金型を用いて、前記凸部と前記凹部との間に配置された前記銅薄膜と前記シリコーンゴム組成物とを圧縮成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置用レンズの製造方法である。

この発明に係る超音波診断装置用レンズは、キャップの内表面に所定の状態で密設された前記銅薄膜を備えて成るから、高い電磁シールド性を発揮する。また、この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法は、銅薄膜とシリコーンゴム組成物とを圧縮成形する方法であるから、容易な製造方法であるにもかかわらず、キャップ又は銅薄膜の変形・破損、銅薄膜の波打ち現象を防止して銅薄膜をキャップの内表面に所定の状態に密設することができる。

したがって、この発明によれば、高い電磁シールド性を発揮する超音波診断装置用レンズを提供することができる。また、この発明によれば、高い電磁シールド性を発揮する超音波診断装置用レンズを歩留りよく容易に製造することのできる超音波診断装置用レンズの製造方法を提供することができる。

図１は、この発明に係る超音波診断装置用レンズが装着されるプローブを示す断面図である。図２は、この発明に係る超音波診断装置用レンズの一実施例である超音波診断装置用レンズを示す概略斜視図である。

この発明に係る超音波診断装置用レンズは、キャップと銅薄膜とを備えて成り、超音波診断装置におけるプローブの被検体例えば人体表面に、オリーブオイル又は流動パラフィン等を介して、接触されるプローブの先端部に装着される。このような超音波診断装置として、例えば、電子走査型超音波診断装置等が挙げられる。

このようなプローブは、特に限定されず、その一例を挙げると、例えば、図１に示されるように、少なくとも一方の端部が開口した略筒状のケース３と、ケース３の前記一方の端部に設けられた超音波診断装置用レンズ２と、ケース３と超音波診断装置用レンズ２とで形成された内部空間に収納された圧電素子４と、圧電素子４の両表面に設けられた電極４ａ及び４ｂと、圧電素子４の先端側に設けられた電極４ａの表面に形成され、前記超音波診断装置用レンズ２に接触する整合層５と、圧電素子４の後端側に設けられた電極４ｂの表面に形成さられたバッキング層６と、ケース３の内表面に設けられたシールド膜７とを備えて成るプローブ１が挙げられる。このようなプローブとして、例えば、ＧＥＨｅａｌｔｈｃａｒｅ社製の超音波診断装置用の各種プローブ等が挙げられる。

この発明に係る超音波診断装置用レンズの一実施例である超音波診断装置用レンズ２を、図を参照して説明する。図１及び図２に示されるように、この超音波診断装置用レンズ２は、キャップ１０と、キャップ１０の内表面に密設された銅薄膜１１とを備えて成る。

この超音波診断装置用レンズ２は、図１及び図２に示されるように、有底の筒体を成し、開口部側が前記ケース３の前記一方の端部に装着される。超音波診断装置用レンズ２は、装着される前記ケース３の形状及び寸法に応じて適宜の形状及び寸法に調整され、その形状及び寸法は特に限定されない。この例において、超音波診断装置用レンズ２は、軸線に垂直な断面が略長方形の四角柱状に形成され、その底部の外表面が軸線方向に突出する錐状に成っている。この錐状の外表面が被検体表面９に接触する。

前記超音波診断装置用レンズ２を構成するキャップ１０は、図１及び図２に示されるように、超音波診断装置用レンズ２と基本的に同様の形状を成している。すなわち、キャップ２は、軸線に垂直な断面が略長方形である有底の筒状に形成され、その底部の外表面が軸線方向に突出する錐状に成っている。

キャップ１０の寸法は、装着される前記ケース３の寸法に応じて適宜の寸法に調整され、特に限定されないが、超音波の送受信に影響を与えるため、キャップ１０の底面は過度に厚すぎないのがよい。例えば、底面の最大厚さは１〜１．１ｍｍ程度に調整されるのがよい。

このキャップ１０は、シリコーンゴム組成物で形成される。このシリコーンゴム組成物は、シリコーンゴムを含有していればよく、例えば、ビニル基を含むジメチルポリシロキサン構造のシリコーンゴムとシリカ（ＳｉＯ_２）と加硫剤とを含有するシリコーンゴム組成物等が挙げられる。シリコーンゴム組成物は、後述するこの発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法に用いられる場合には、所謂「ミラブルタイプ」であるのがよい。前記加硫剤としては、シリコーンゴムの加硫剤として一般に使用されるものを特に限定されず用いることができる。前記キャップ１０を形成するシリコーンゴム組成物として、具体的には、例えば、特許第３４６８７５３号明細書に記載された、「ビニル基を含むジメチルポリシロキサン構造のシリコーンゴムと、このシリコーンゴムに対する重量比が４０重量％以上５０重量％以下の重量平均粒子径１５〜３０ｎｍのシリカ（ＳｉＯ_２）粒子と、加硫剤として２，５―ジメチル―２，５―ジターシャリーブチルパーオキシシヘキサンとを含有するシリコーンゴム組成物」が挙げられる。

前記シリコーンゴム及びシリカ（ＳｉＯ_２）を含有するシリコーンゴム組成物として、より具体的には、例えば、商品名「ＫＥ−９８１Ｕ」（信越化学工業株式会社製）、商品名「ＫＥ−９７１Ｕ」（信越化学工業株式会社製）、商品名「ＫＥ−７５２Ｕ」（信越化学工業株式会社製）等が挙げられる。

前記銅薄膜１１は、銅又は銅を主成分とする銅基合金で形成された薄膜であり、図１及び図２に示されるように、前記キャップ１０の内表面に密設されている。この銅薄膜１１は、図２に示されるように、キャップ１０の内表面のうち底面と一対の側面に密着して設けられているが、この発明において、銅薄膜１１はキャップ１０の全内表面に設けられてもよい。

この銅薄膜１１は、ＪＩＳＺ２２４１に規定された伸びが４〜１２％である。銅薄膜１１が前記範囲の伸びを有していると、超音波診断装置用レンズ２を銅薄膜１１と前記シリコーンゴム組成物とで一体成形及び圧縮成形しても、キャップ２又は銅薄膜１１が変形・破損しにくく、また、銅薄膜が波打ち現象を発生しにくく、前記銅薄膜１１が所定の状態で前記キャップ１０に密設されることができ、その結果、超音波診断装置用レンズ２が高い電磁シールド性を発揮することに貢献することができる。超音波診断装置用レンズ２がより一層高い電磁シールド性を発揮する点で、銅薄膜２の伸びは４〜９％であるのが好ましく、４〜７％であるのが特に好ましい。銅薄膜１１として市販品を使用するときは、銅薄膜１１の伸びは、ＪＩＳＺ２２４１に規定された方法で測定するが、場合によりカタログ値又は規格値を採用することもできる。

前記銅薄膜１１は、キャップ１０の内表面に接する表面の表面粗さＲｚが３〜６μｍであるのが好ましく、３〜４．５μｍであるのがより一層好ましく、３．２〜４μｍであるのが特に好ましい。銅薄膜１１が前記表面粗さＲｚを有していると、キャップ１０との密接力が高く、キャップ１０から銅薄膜１１が剥離しにくく、超音波診断装置用レンズ２が高い電磁シールド性を発揮することに貢献することができる。この表面粗さＲｚは、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定の「十点平均粗さ」であり、銅薄膜１１として市販品を使用するときはカタログ値又は規格値を採用することができ、測定する場合にはＪＩＳＢ０６０１−１９９４の方法を採用することができる。

銅薄膜１１は、薄膜として形成されており、例えば、９〜１８μｍ程度の厚さを有している。超音波診断装置用レンズ２がより一層高い電磁シールド性を発揮する点で、銅薄膜１１の厚さは９〜１２μｍであるのが好ましい。

前記銅薄膜１１は、電解で形成された電解銅薄膜であるのが、圧延銅膜と比べ表面粗さが大きく、シリコーンゴムとの密着性が高くなる点で、好ましい。この銅薄膜１１は、表面処理されて成る銅薄膜であってもよい。例えば、銅薄膜１１は、前記範囲の表面粗さＲｚとなるように粗面化処理又は平滑化処理が施されてもよく、表面メッキ処理、防錆処理等が施されてもよい。

このような銅薄膜としては、例えば、商品名「ＪＴＣ」（ＩＰＣグレード１、厚さ９μｍ、伸び５％（カタログ値）、表面粗さＲｚ３．８μｍ（カタログ値）、日鉱金属株式会社製）、商品名「Ｕ−ＷＺ箔」（厚さ９μｍ、伸び７％（カタログ値）、表面粗さＲｚ０．６μｍ（カタログ値）、古川サーキットフォイル株式会社製）等が挙げられる。

この発明に係る超音波診断装置用レンズは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、この発明において、超音波診断装置用レンズは、四角柱状に形成されている必要はなく、例えば、一方の端部が開口した円柱状、楕円柱状、多角柱状等に形成されてもよく、また、例えば1枚の板を折り返して成る形状のような、相対向する側面のない断面Ｕ字型又はＶ字型等に形成されてもよい。

また、超音波診断装置用レンズ２のキャップ１０及び銅薄膜１１はいずれも一層構造になっているが、この発明においてキャップ及び銅薄膜は複数層構造になっていてもよい。

超音波診断装置用レンズ２は、キャップ１０と銅薄膜１１とが密設されているが、この発明において、超音波診断装置用レンズはキャップと銅薄膜との間に、例えば、接着層、プライマー層等を設けてもよい。

次に、この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法について説明する。この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法は、凸部を有する第１金型と前記凸部が進入可能な凹部を有する第２金型とを備えて成る成形金型を用いて、前記凸部と前記凹部との間に配置された前記銅薄膜とシリコーンゴム組成物とを圧縮成形することを特徴とする。すなわち、この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法は圧縮成形法の一種である。

この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法においては、まず、超音波診断装置用レンズ２のキャップ１０を形成するシリコーンゴム組成物と、超音波診断装置用レンズ２の銅薄膜１１となる銅薄膜とをそれぞれ準備する。また、所望の寸法及び形状のキャップ１０を成形可能な成形金型を準備する。

この成形金型は、例えば、前記銅薄膜を載置可能な凸部を有する第１金型（下部金型とも称する。）と、前記第１金型の前記凸部が進入可能な凹部を有する第２金型（上部金型とも称する。）とを有している。前記凸部の軸線に垂直な断面形状は前記超音波診断装置用レンズ２の軸線に垂直な断面形状と略同一であり、前記超音波診断装置用レンズ２の内側寸法すなわち銅薄膜１１の内表面寸法と略同一に設定されている。前記凹部の軸線に垂直な断面形状は前記超音波診断装置用レンズ２の軸線に垂直な断面形状と略同一であり、前記超音波診断装置用レンズ２の外側寸法すなわちキャップ１０の外表面寸法と略同一に設定されている。具体的には、凸部及び凹部はその垂直断面が略長方形をなし、前記凹部は前記凸部よりも超音波診断装置用レンズ２の銅薄膜１１及びキャップ１０の分だけ大きく設定されている。前記凸部の上面及び前記凹部の底面は超音波診断装置用レンズ２の形状に適合する形状になっており、具体的には、前記凸部の上面は平坦であり、前記凹部の底面は錐状、すなわち、深さ方向に垂直断面が徐々に小さくなるテーパ状になっている。換言すると、この凹部は、前記垂直断面が略長方形の柱状凹部と、柱状凹部から連設され、深さ方向に垂直断面が徐々に小さくなる錐状凹部とで形成されている。前記凸部の高さ及び前記凹部の深さは前記超音波診断装置用レンズの寸法に応じて設定されている。

この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法においては、準備した成形金型を用いて、前記凸部と前記凹部との間に凸部側から凹部に向けて銅薄膜及びシリコーンゴム組成物の順で配置された銅薄膜及びシリコーンゴム組成物を圧縮成形する。具体的には、第１金型の凸部に銅薄膜を載置する。このとき、銅薄膜は前記凸部の上面及び少なくとも一対の側面を覆うように被覆しており、好ましくは、銅薄膜の変形・破損及び／又は銅薄膜の波打ち現象を高度に防止することができる点で前記上面及び前記側面に密着している。

この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法においては、次いで、シリコーンゴム組成物を銅薄膜の上におく。この状態で、第１金型及び第２金型の少なくとも一方を他方に向けて前進させて、前記銅薄膜とシリコーンゴム組成物とを前記凸部及び前記凹部で挟んで圧縮する。このとき、銅薄膜は前記伸びを有しているから、凸部上に配置された銅薄膜がシリコーンゴム組成物を介してかかる成形圧力によって変位することも波打ちすることも極めて少なくなる。このように銅薄膜が変位も波打ちもしにくいからシリコーンゴム組成物は前記凸部と前記凹部との間隙をその端部まで所望のように充填、装填され、前記間隙内に空隙部分が生じることも極めて少ない。

このようにして圧縮成形するのと同時又は後にシリコーンゴム組成物が硬化する条件でシリコーンゴム組成物を加熱する。例えば、前記シリコーンゴム組成物の場合には、温度１５５℃以上で３〜１０分間程度加熱するとシリコーンゴム組成物が硬化する。このようにしてシリコーンゴム組成物を硬化した後に所望により二次加熱してもよい。

シリコーンゴム組成物を硬化した後に成形金型から圧縮成形品を取り出し、所望によりバリ取り等をして、キャップ１０の内表面に密設された銅薄膜１１を備えて成る超音波診断装置用レンズ２を製造することができる。

この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法は、前記した製造方法に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、この発明に係る超音波診断装置用レンズの製造方法は、成形したキャップ１０の外表面を研磨加工することができし、余剰のキャップ１０の側面又は銅薄膜１１の端部を切断する切断加工を施すこともできる。

（実施例１）
銅薄膜として、商品名「ＪＴＣ」（ＩＰＣグレード１、厚さ９μｍ、伸び５％（カタログ値）、表面粗さＲｚ３．８μｍ（カタログ値）、日鉱金属株式会社製）を準備した。シリコーンゴム組成物として、シリコーンゴム及びシリカ（ＳｉＯ_２）を含有するシリコーンゴム組成物（信越化学工業株式会社製、商品名「ＫＥ−９８１Ｕ」）１００質量部と、加硫剤（信越化学工業株式会社製、商品名「Ｃ−８」）０．５質量部とを混合して成るシリコーンゴム組成物を準備した。なお、このシリコーンゴム組成物はＪＩＳＫ６２４９における可塑度は４２０であった。なお、前記銅薄膜「ＪＴＣ」における伸びをＪＩＳＺ２２４１に規定された方法で測定したところ前記カタログ値又とほぼ同様の値であった。

次いで、略長方形断面の１辺が１５×２３ｍｍで高さが３．０ｍｍの凸部を有する第１金型と、略長方形断面の１辺が１６×２４ｍｍで深さが３．４ｍｍの柱状凹部と深さが０．６ｍｍの錐状凹部とからなる凹部を有する第２金型とを準備した。

前記第１金型の前記凸部に前記銅薄膜及びシリコーンゴム組成物をこの順で配置し、前記銅薄膜を前記凸部に密着させて第２金型を重ね合わせた。第２金型を第１金型に向けて前進させ、前記銅薄膜及びシリコーンゴム組成物を圧縮すると同時に成形金型ごと１８０℃に５分間加熱してシリコーンゴム組成物を加熱硬化させた。放熱後、成形金型から成形品を取り出し、余剰の銅薄膜を切断した。このようにして、５検体の実施例１の超音波診断装置用レンズ２を製造した。

（実施例２）
前記銅薄膜を厚みが１２μｍ、ＪＩＳＺ２２４１に規定された伸びが９％、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定された表面粗さＲｚが４．６μｍの銅薄膜に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、５検体の実施例２の超音波診断装置用レンズ２を製造した。
（実施例３）
前記銅薄膜を厚みが１８μｍ、ＪＩＳＺ２２４１に規定された伸びが１１％、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定された表面粗さＲｚが５．９μｍの銅薄膜に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、５検体の実施例３の超音波診断装置用レンズ２を製造した。

（実施例４）
前記銅薄膜をＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定された表面粗さＲｚが１０μｍの銅薄膜に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、５検体の実施例４の超音波診断装置用レンズ２を製造した。
（実施例５）
前記銅薄膜をＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定された表面粗さＲｚが２．６μｍの銅薄膜に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、５検体の実施例５の超音波診断装置用レンズ２を製造した。

（比較例１）
前記銅薄膜をＪＩＳＺ２２４１に規定された伸びが３％の銅薄膜に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、５検体の比較例１の超音波診断装置用レンズを製造した。
（比較例２）
前記銅薄膜をＪＩＳＺ２２４１に規定された伸びが１３％の銅薄膜に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、５検体の比較例２の超音波診断装置用レンズを製造した。

このようにして製造した各超音波診断装置用レンズのキャップ及び銅薄膜の破損・変形状態を目視にて確認した。その結果、実施例１〜５の超音波診断装置用レンズ２はいずれもキャップ１０の端部又は角部に破損・変形は認められず、また、銅薄膜１１に波打ち等の変形及び破損は認められなかった。このように、超音波診断装置用レンズ２のキャップ１０及び銅薄膜１１に変形及び破損がないと、超音波診断装置のプローブに超音波診断装置用レンズ２を装着したときに、高い電磁シールド性を発揮することが十分に推測される。一方、比較例１及び２の超音波診断装置用レンズは、５検体のうち３〜４検体において、キャップの端部又は角部が破損・変形し、又は、銅薄膜が波打ち状に変形し若しくは破断していた。

１プローブ
２超音波診断装置用レンズ
３ケース
４圧電素子
４ａ、４ｂ電極
５整合層
６バッキング層
７シールド膜
８リード線
９被検体表面
１０キャップ
１１銅薄膜

Claims

シリコーンゴム組成物で形成されたキャップと前記キャップの内表面に密設された銅薄膜とを備えて成り、前記銅薄膜は伸びが４〜１２％であることを特徴とする超音波診断装置用レンズ。
前記銅薄膜は前記内表面に接する表面の表面粗さＲｚが３〜６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置用レンズ。
凸部を有する第１金型と前記凸部が進入可能な凹部を有する第２金型とを備えて成る成形金型を用いて、前記凸部と前記凹部との間に配置された前記銅薄膜と前記シリコーンゴム組成物とを圧縮成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置用レンズの製造方法。