JP7395946B2 - 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

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 Download PDF

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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（被検体に向けられる面）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（被検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、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、熱伝達デバイス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。上記熱伝達デバイスが、グラフェン系材料、または複合材を得るために樹脂等の他の成分が投入されたグラフェンを含むことにより、上記超音波プローブは、良好な熱伝導率を有するとされている。
特表２０１７－５２７３７５号公報
しかしながら、本発明者が検討したところ、特許文献１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り、混合性および成型性の双方を良好な状態にすることが難しく、所望するバッキング材の熱伝導性を得ることができなかった。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。
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る超音波プローブは、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、マトリックス樹脂および熱伝導性粒子を含むバッキング材と、を有し、前記バッキング材の厚さ方向と水平方向の熱伝導率の比は、３以上である。
また、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置は、上記超音波プローブを有する。
また、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係るバッキング材の製造方法は、超音波プローブ用のバッキング材の製造方法であって、マトリックス樹脂の原料と、熱伝導性粒子と、非熱伝導性粒子と、を混合して混合体を作製する工程と、前記混合体を加圧・加熱成形してバッキング材とする工程と、を有し、前記熱伝導性粒子は、前記バッキング材の厚さ方向に沿って配向している。
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、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２Ａは、本発明の実施形態に係る超音波プローブのバッキング材の断面図であり、図２Ｂは、比較例の超音波プローブのバッキング材の断面図である。 図３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４Ａおよび４Ｂ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、金属を含浸したグラファイト、金属粒子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、アルミ合金（例えばＡＬ－Ｍｇ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、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＣ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６－６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、フィラー（充填剤）として、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン等を入れて成形したものが好ましい。
１－４．音響レンズ
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、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。
音響レンズ１６０は、公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン－プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等を用いることができる。これらのうち、シリコーン系ゴムおよびブタジエン系ゴムを用いることが好ましい。
シリコーン系ゴムの例には、シリコーンゴム、フッ素シリコーンゴムが含まれる。シリコーンゴムとは、Ｓｉ－Ｏ結合からなる分子骨格を有し、そのＳｉ原子に複数の有機基が主結合したオルガノポリシロキサンをいい、通常、その主成分はメチルポリシロキサンで、全体の有機基のうち９０％以上はメチル基である。メチル基に代えて水素原子、フェニル基、ビニル基、アリル基等を導入したものも使用することができる。当該シリコーンゴムは、例えば、高重合度のオルガノポリシロキサンに過酸化ベンゾイルなどの硬化剤（加硫剤）を混練し、加熱加硫し硬化させることにより得ることができる。必要に応じてシリカ、ナイロン粉末等の有機または無機充填剤、硫黄、酸化亜鉛等の加硫助剤等を添加してもよい。
ブタジエン系ゴムの例には、ブタジエン単独またはブタジエンを主体としこれに少量のスチロールまたはアクリロニトリルが共重合した共重合体ゴムが含まれる。ブタジエンゴムとは、共役二重結合を有するブタジエンの重合により得られる合成ゴムをいう。ブタジエンゴムは、共役二重結合を有するブタジエン単独が１．４または１．２重合することにより得ることができる。ブタジエンゴムは、硫黄等により加硫させたものが使用できる。
シリコーンゴムの市販品の例には、ＫＥ７４２Ｕ、ＫＥ７５２Ｕ、ＫＥ９３１Ｕ、ＫＥ９４１Ｕ、ＫＥ９５１Ｕ、ＫＥ９６１Ｕ、ＫＥ８５０Ｕ、ＫＥ５５５Ｕ、ＫＥ５７５Ｕ（いずれも信越化学工業株式会社製）、ＴＳＥ２２１－３Ｕ、ＴＥ２２１－４Ｕ、ＴＳＥ２２３３Ｕ、ＸＥ２０－５２３－４Ｕ、ＴＳＥ２７－４Ｕ、ＴＳＥ２６０－３Ｕ、ＴＳＥ－２６０－４Ｕ（いずれもモメンティブパフォーマンスマテリアル社製）、ＳＨ３５Ｕ、ＳＨ５５ＵＡ、ＳＨ８３１Ｕ、ＳＥ６７４９Ｕ、ＳＥ１１２０ＵＳＥ４７０４Ｕ（いずれも東レ・ダウコーニング社製）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の母材（マトリックス樹脂）には、例えば、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート－ポリエチレングリコール共重合体などの熱可塑性樹脂などを用いることができる。上記母材（マトリックス樹脂）の中では、エポキシ樹脂が好ましい。
上記エポキシ樹脂の例には、ビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプ、レゾールノボラックタイプ、フェノール変性ノボラックタイプ等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン構造含有タイプ、アントラセン構造含有タイプ、フルオレン構造含有タイプ等の多環芳香族型エポキシ樹脂、水添脂環型エポキシ樹脂、液晶性エポキシ樹脂、粉体エポキシ樹脂が含まれる。
本実施形態に係るバッキング材１７０に含まれるマトリックス樹脂は、粉体の樹脂を原料とすることが好ましい。上記マトリックス樹脂の原料は、数平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下の粉体粒子であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下の粉体粒子であることがより好ましく、３０μｍ以上７０μｍ以下の粉体粒子であることがさらに好ましい。また、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。
図２Ａに示されるように、本実施形態に係るバッキング材１７０に含まれる熱伝導性粒子は、バッキング材１７０の厚さ方向に沿って配向している。ここで、バッキング材の厚さ方向とは、超音波照射方向とは反対側の方向を向いた面（被検体に向けられる面とは反対側の面）を底面として、超音波照射方向を向いた面（被検体に向けられる面）に対して垂直な方向を意味する。また、配向しているとは、熱伝導性粒子が凝集して、上記バッキング材の厚さ方向に沿って並んでいることを意味する。また、凝集とは、複数の熱伝導性粒子が集まって、スジ状になっていることをいう。一方、図２Ｂに示される比較例の超音波プローブのバッキング材に含まれる熱伝導性粒子は、バッキング材１７０中に配向せずに分散している。
また、上記樹脂の原料が粉体であると、上記粉体の樹脂を熱伝導性粒子の界面（表面）に沿って並べることができるので、成形時に加圧されたバッキング材中の熱伝導性粒子を、バッキング材の厚さ方向に沿って配向させることができる。また、上記バッキング材は上記熱伝導性粒子が凝集している領域と、凝集していない領域と、を有することができる。これにより、熱伝導性粒子の配向を向上させることができるので、バッキング材の熱伝導性を厚さ方向で３０Ｗ／ｍｋまで、横方向で６Ｗ／ｍｋまで向上させることができる。
また、本実施形態に係るバッキング材１７０の厚さ方向と水平方向の熱伝導率の比は、３以上１０以下であることが好ましく、４以上５以下であることがより好ましい。バッキング材１７０の厚さ方向と水平方向の熱伝導率の比が３以上であると、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でも、熱を被検体側と反対方向からに速やかに放熱することができる。なお、本実施形態に係るバッキング材の厚さ方向および水平方向の熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ１６１１：２０１０に準拠したレーザーフラッシュ法で測定することができる。
バッキング材１７０は、熱伝導性粒子を含有することにより、熱伝導率を高めている。
また、本実施形態に係るバッキング材１７０の厚さ方向と水平方向の音速の比は、０．５以上であることが好ましく、０．６以上１．０以下であることがより好ましい。バッキング材１７０の厚さ方向と水平方向の音速の比が０．６以上とすることにより、異方性を抑制して、所望する熱伝導性だけでなく、所望する減衰も得ることができる。また、バッキング材１７０の厚さ方向と水平方向の音速の比が１．０以下とすることにより、１つの機能（例えば熱伝導性）のみが高くなるのを抑制することができる。なお、バッキング材１７０の厚さ方向と水平方向の音速は、ＪＩＳ Ｚ２３５３：２００３に準拠して求めることができる。
また、本実施形態に係るバッキング材１７０の減衰は、９ｄＢ／ｍｍ・ＭＨｚ以上であることが好ましく、音響インピーダンスは１．５～３．０Ｍｒａｙｌｓであることが好ましい。
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、測定に適した音速を有するか、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。
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。本発明では、マトリックス樹脂の原料を粉体の樹脂にすることにより、バッキング材に含まれる熱伝導性粒子などの粒子の排除体積効果によって、混合時に均一に分散させなくても、熱伝導性粒子を一定の間隔で配向させることができる。これにより、バッキング材の熱伝導率を厚さ方向で３０Ｗ／ｍｋまで、横方向で６Ｗ／ｍｋまで向上させることができる。
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数平均粒径は、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数平均粒径が上記範囲にあると、数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、粒子の数平均粒径は、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が含有する粒子の数平均粒径は、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。
１－５－２．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、複合粒子であってもよい。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。
また、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。
なお、上記複合粒子の粉砕は、常温での粉砕でもよいし、凍結粉砕でもよい。上記複合粒子の粉砕は、ターボミル、ピンミル、ハンマーミル、リンレックスミルなどの衝撃型粉砕機を用いることができる。また、凍結粉砕においては、液体窒素（約－１９６℃）雰囲気下で、上記複合粒子を脆化点以下に冷却した後、上記衝撃型粉砕機を用いて粉砕を行うことができる。凍結粉砕は、複合粒子に含まれる柔軟な成分（例えばシリコーン樹脂）が多い場合には、シリコーン樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以下に冷却することができるため、容易に粉砕することができる。
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、ＪＩＳ Ｋ 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、ＪＩＳ Ｋ 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、ＪＩＳ Ｋ 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率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率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、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／ｃｍ３であることが好ましく、１．５～３．０ｇ／ｃｍ３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、バッキング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数平均粒径は、１００～５００μｍであることが好ましく、１５０～３００μｍであることがより好ましい。上記熱伝導性粒子の数平均粒径が上記範囲にあると、数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。
１－５－３．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向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、非熱伝導性粒子の界面に沿って熱伝導性粒子を配向させることにより、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。なお、上記非熱伝導性粒子の数平均粒径は、１００～３５０μｍであることが好ましく、１５０～２６０μｍであることがより好ましい。
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。
１－５－４．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、ナイロンなどの熱可塑性樹脂であってもよい。上記マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ナイロンであることが好ましい。
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。また、上記ナイロンの例には、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６が含まれる。
上記マトリックス樹脂の原料となるエポキシ樹脂またはナイロンは、粉体粒子であることが好ましい。上記マトリックス樹脂の原料として、粉体粒子を用いることにより、バッキング材に含まれる熱伝導性粒子などの粒子の排除体積効果によって、上記粉体粒子を熱伝導性粒子の界面（表面）に沿って並べることができる。これにより、混合時に均一に分散させなくても、熱伝導性粒子を一定の間隔で配向させることができる。さらに、成形時の加圧により、熱伝導性粒子の配向を向上させることができる。これにより、バッキング材の熱伝導性を厚さ方向で３０Ｗ／ｍｋまで、横方向で６Ｗ／ｍｋまで向上させることができる。
また、上記マトリックス樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が３０℃以上２００℃以下であることが好ましく、５０℃以上１５０℃以下であることがより好ましく、６０℃以上１００℃以下であることがさらに好ましい。上記熱硬化性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が８０℃以上であると、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しまうことによるバッキング材１７０の変形を抑制することができる。また、上記熱硬化性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が２００℃以下であると、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。
２．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の原料と、上記熱伝導性樹脂と、非熱伝導性材料と、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の原料、上記熱伝導性材料、上記非熱伝導性材料およびその他の添加剤を含有すればよい。
あるいは、上記混合体は、上記マトリックス樹脂の原料と、上記熱伝導性樹脂と、上記非熱伝導性材料と、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の原料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。
上記マトリックス樹脂の原料は、数平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下の粉体粒子であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下の粉体粒子であることがより好ましく、３０μｍ以上７０μｍ以下の粉体粒子であることがさらに好ましい。上記マトリックス樹脂の原料の数平均粒径を、添加する熱伝導性材料、複合粒子よりも小さくすることにより成形時にひびが入るのを抑制でき、上記原料を溶融させたときに、粒子間を隙間無く埋めることができる。
また、上記マトリックス樹脂の原料が粉体であると、上記粉体の樹脂を熱伝導性粒子の界面（表面）に沿って並べることができるので、成形時に加圧されたバッキング材中の熱伝導性粒子を、バッキング材の厚さ方向に沿って配向させることができる。また、上記バッキング材は上記熱伝導性粒子が凝集している領域と、凝集していない領域と、を有することができる。これにより、熱伝導性粒子の配向を向上させることができるので、バッキング材の熱伝導性を厚さ方向で３０Ｗ／ｍｋまで、横方向で６Ｗ／ｍｋまで向上させることができる。
上記混合体は、上記マトリックス樹脂の原料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、厚さ方向に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。
また、上記混合体は、上記マトリックス樹脂の原料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。
なお、上記マトリックス樹脂の原料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。
３．超音波診断装置
図３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）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製）
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）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製）
（フィラー）
フィラー１：Ａ２－ＷＯ３（数平均粒径：７～１２μｍ、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－ＷＯ３（数平均粒径：１５～２０μｍ、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（数平均粒径：３５～５５μｍ、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、ＪＩＳ Ｋ 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、ＪＩＳ Ｋ 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、ＪＩＳ Ｋ 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、ＪＩＳ Ｋ 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：ｉＧｒａｆｅｎ－α（数平均粒径：１００μｍ、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／ｃｍ２）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／ｃｍ３であった。ブロック１を１ｃｍ角に切断し、常温で、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、撹拌および超音波分散下で測定した。粒径を測定した結果、数平均粒径は１１２μｍであった。
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、０．９１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／ｃｍ２）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／ｃｍ３であった。ブロック２を１ｃｍ角に切断し、常温で、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、数平均粒径を測定した結果、数平均粒径は２４５μｍであった。
１－３．複合粒子３
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／ｃｍ２）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、２．２７ｇ／ｃｍ３であった。ブロック３を１ｃｍ角に切り、常温で、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、数平均粒径を測定した結果、数平均粒径は２５３μｍであった。
１－４．複合粒子４
５０質量部の主剤２に、１５３質量部のフィラー２と、３．９６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／ｃｍ２）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、１．４０ｇ／ｃｍ３であった。ブロック４を１ｃｍ角に切り、常温で、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、数平均粒径を測定した結果、数平均粒径は２２０μｍであった。
１－５．複合粒子５
５０質量部の主剤２に、１５３質量部のフィラー２と、３．９６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／ｃｍ２）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、１．０２ｇ／ｃｍ３であった。ブロック５を１ｃｍ角に切り、凍結粉砕を行い、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、数平均粒径を測定した結果、数平均粒径は２５４μｍであった。
上記凍結粉砕は、液体窒素（約－１９６℃）雰囲気下で、複合粒子を脆化点以下に冷却した後、ターボミル、ピンミル、ハンマーミル、リンレックスミルなどの衝撃型粉砕機を用いて粉砕を行うことができる。
１－５．複合粒子６
１００質量部の主剤２に、１７５質量部のフィラー２と、１．３０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、１０質量部の硬化剤２を添加してよく混合し、混合物６を得た。
混合物６を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ２）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６を作製した。ブロック６の密度は、１．６９ｇ／ｃｍ３であった。ブロック６を１ｃｍ角に切り、常温で、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６を得た。複合粒子１と同様にして、数平均粒径を測定した結果、数平均粒径は２３３μｍであった。
１－５．複合粒子７
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、５０質量部の粒子１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７を得た。
混合物７を１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍの金型に投入し、真空電熱プレス機にて４．９ＭＰａ（５０ｋｇ／ｃｍ２）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７を作製した。ブロック７の密度は、２．３５ｇ／ｃｍ３であった。ブロック７を１ｃｍ角に切り、常温で、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７を得た。複合粒子１と同様にして、数平均粒径を測定した結果、数平均粒径は２５２μｍであった。
表１に、上記複合粒子１～７を構成する各成分の含有量、密度および数平均粒径を示す。
Figure 0007395946000001
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。
（マトリックス樹脂の原料）
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（数平均粒径：４５～５０μｍ、ペルノックス株式会社製、粉体エポキシ樹脂）
主剤６ ：Ｆ－２４６（数平均粒径：４５μｍ、ソマール株式会社、粉体エポキシ樹脂）
主剤７ ：リルサンファインパウダー（数平均粒径：３０μｍ、アルケマ社製、粉体ナイロン１１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３：上記作製した複合粒子３
複合粒子５：上記作製した複合粒子５
（熱伝導性粒子）
粒子１ ：ｉＧｒａｆｅｎ－α（株式会社アイテック製、多層グラフェン）
複合粒子７：上記作製した複合粒子７
なお、粒子１及び複合粒子７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である。
また、粒子１の密度は２．２ｇ／ｃｍ３であり、複合粒子７の密度は２．３５ｇ／ｃｍ３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／ｃｍ２）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、上記真空電熱プレス機で、９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）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
７６．０質量部の主剤４と、１６０．０質量部の複合粒子３と、１３．８質量部の粒子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／ｃｍ２）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３を得た。
２－４．バッキング材４
７５．８質量部の主剤４と、１６０．０質量部の複合粒子３と、３５．０質量部の粒子１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／ｃｍ２）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
１００質量部の主剤５と、１６０．０質量部の複合粒子３と、３５．０質量部の粒子１と、をロッキングミキサーＲＭ－１０（愛知電機株式会社製）に投入し、回転を１９ｒｐｍ、揺動を１１ｒｐｍにて２０分混合を行い、粉体混合物を得た。
上記粉体混合物をφ２００ｍｍ×１００ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機にて９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で４時間加熱し、バッキング材５を得た。
２－６．バッキング材６
粒子１の添加量を３５．０質量部から５３．０質量部に変更した以外は、バッキング材５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
１００質量部の主剤５と、７３．０質量部の複合粒子５と、３５．０質量部の粒子１と、をロッキングミキサーＲＭ－１０（愛知電機株式会社製）に投入し、回転を１９ｒｐｍ、揺動を１１ｒｐｍにて２０分混合を行い、粉体混合物を得た。
上記粉体混合物をφ２００ｍｍ×１００ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機にて９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で４時間加熱し、バッキング材７を得た。
２－８．バッキング材８
１００質量部の主剤６と、１６０．０質量部の複合粒子３と、５３．０質量部の粒子１と、をロッキングミキサーＲＭ－１０（愛知電機株式会社製）に投入し、回転を１９ｒｐｍ、揺動を１１ｒｐｍにて２０分混合を行い、粉体混合物を得た。
上記粉体混合物をφ２００ｍｍ×１００ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機にて９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で４時間加熱し、バッキング材８を得た。
２－９．バッキング材９
１００質量部の主剤７と、１６０．０質量部の複合粒子３と、５３．０質量部の粒子１と、をロッキングミキサーＲＭ－１０（愛知電機株式会社製）に投入し、回転を１９ｒｐｍ、揺動を１１ｒｐｍにて２０分混合を行い、粉体混合物を得た。
上記粉体混合物をφ２００ｍｍ×１００ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機にて９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で４時間加熱し、バッキング材９を得た。
２－１０．バッキング材１０
１００質量部の主剤５と、１６０．０質量部の複合粒子７と、５３．０質量部の粒子１と、をロッキングミキサーＲＭ－１０（愛知電機株式会社製）に投入し、回転を１９ｒｐｍ、揺動を１１ｒｐｍにて２０分混合を行い、粉体混合物を得た。
上記粉体混合物をφ２００ｍｍ×１００ｍｍの金型に投入し、上記真空電熱プレス機にて９．９ＭＰａ（１００ｋｇ／ｃｍ２）の圧力で加圧した状態で、１５０℃で４時間加熱し、バッキング材１０を得た。
表２にバッキング材１～１０を構成する各成分の含有量およびガラス転移温度（Ｔｇ）を示す。
Figure 0007395946000002
３．バッキング材の物性
上記バッキング材１～１０の各物性（音響インピーダンス、減衰率、熱伝導率、音速）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：×１０３ｋｇ／ｍ３）×音速（Ｃ：×１０３ｍ／ｓｅｃ）
３－２．減衰率
超音波の減衰率は、ＪＩＳ Ｚ２３５４：２０１２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、ＪＩＳ Ｒ１６１１：２０１０に準拠して、レーザーフラッシュ法で求めた。具体的には、バッキング材１～１０（試験片の大きさ：φ１０ｍｍ、ｔ＝２ｍｍ）の熱伝導率をＬＦＡ－５０２（京都電子工業株式会社製）にて測定を行った。
３－４．音速
音速は、上述のＪＩＳ Ｚ２３５３：２００３に準拠して求めた音響インピーダンス（Ｚ：Ｍｒａｙｌｓ）の値を用いて、上記式（１）に従い算出した。
バッキング材１～１０の各物性を表３に示す。
Figure 0007395946000003
粉体の母材を含むバッキング材５～１０は、液状のエポキシ樹脂を含むバッキング材１～４と比較して、高い減衰率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、高い減衰率を得ることができる。ここで、バッキング材の減衰率が大きいほど、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５～１０に示すような高い減衰率と、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５～１０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、超音波の減衰率も大きいので、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４Ａは、入力電圧を６０Ｖｐｐとしたときのバッキング材１、３および５の放熱効果を示すグラフである。図４Ｂは、入力電圧を１００Ｖｐｐとしたときのバッキング材１、３および５の放熱効果を示すグラフである。なお、図４Ａおよび図４Ｂ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４Ａおよび４Ｂ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１～１０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１～１０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１～１０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、５０℃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１～１０の成形性、耐久性、ダイス性を表４に示す。
Figure 0007395946000004
マトリックス樹脂の原料として粉体の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、マトリックス樹脂の原料が粉体粒子であると、バッキング材に含まれる熱伝導性粒子などの粒子のまた、混合時に均一に分散させなくても、熱伝導性粒子を一定の間隔で配向させることができるためであると考えられる。さらに、成形時の加圧により、熱伝導性粒子の配向を向上させることができるため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 (12)

  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、マトリックス樹脂および熱伝導性粒子を含むバッキング材と、
    を有し、
    前記バッキング材の厚さ方向と水平方向の熱伝導率の比は、３以上であり、
    前記バッキング材の厚さ方向と水平方向の音速の比は、０．５以上１．０未満である、超音波プローブ。
  2. 前記バッキング材は、前記熱伝導性粒子が凝集している領域と、凝集していない領域と、を有し、前記熱伝導性粒子は、前記バッキング材の厚さ方向に沿って配向している、請求項１に記載の超音波プローブ。
  3. 前記バッキング材の厚さ方向と水平方向の音速の比は、０．６以上１．０未満である、請求項１または請求項２に記載の超音波プローブ。
  4. 前記バッキング材の厚さ方向の熱伝導率は、２．０Ｗ／ｍｋ以上であり、前記バッキング材の水平方向の熱伝導率は、２．０Ｗ／ｍｋ以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
  5. 前記マトリックス樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、３０℃以上２００℃以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
  6. 前記バッキング材は、非熱伝導性粒子を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
  7. 前記非熱伝導性粒子は、複合粒子である、請求項６に記載の超音波プローブ。
  8. 請求項１～７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。
  9. 超音波プローブ用のバッキング材の製造方法であって、
    マトリックス樹脂の原料と、熱伝導性粒子と、非熱伝導性粒子と、を混合して混合体を作製する工程と、
    前記混合体を加圧・加熱成形してバッキング材とする工程と、
    を有し、
    前記マトリックス樹脂の原料は、粉体の樹脂粒子を含み、
    前記熱伝導性粒子は、前記バッキング材の厚さ方向に沿って配向している、バッキング材の製造方法。
  10. 前記バッキング材の厚さ方向と水平方向の熱伝導率の比は、３以上である、請求項９に記載のバッキング材の製造方法。
  11. 前記バッキング材の厚さ方向と水平方向の音速の比は、０．５以上１．０未満である、請求項９に記載のバッキング材の製造方法。
  12. 前記マトリックス樹脂の原料は、数平均粒径が１０μｍ以上２００μｍ以下の粉体粒子を含む、請求項９～１１のいずれか一項に記載のバッキング材の製造方法。
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