WO2018168324A1 - 超音波振動子用背面負荷材および超音波内視鏡装置 - Google Patents

超音波振動子用背面負荷材および超音波内視鏡装置 Download PDF

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WO2018168324A1
WO2018168324A1 PCT/JP2018/005481 JP2018005481W WO2018168324A1 WO 2018168324 A1 WO2018168324 A1 WO 2018168324A1 JP 2018005481 W JP2018005481 W JP 2018005481W WO 2018168324 A1 WO2018168324 A1 WO 2018168324A1
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WO
WIPO (PCT)
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filler
particles
group
ultrasonic
filler particles
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/005481
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English (en)
French (fr)
Inventor
恒司 小林
林　孝枝
Original Assignee
オリンパス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters

Definitions

  • the present invention relates to a back load material for an ultrasonic transducer and an ultrasonic endoscope apparatus.
  • the ultrasonic endoscope apparatus includes an ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer is used to acquire an image of a subject.
  • the ultrasonic transducer emits ultrasonic waves.
  • On the back surface of the ultrasonic transducer a back load material for the ultrasonic transducer is disposed.
  • the back surface load material for an ultrasonic transducer attenuates the ultrasonic wave radiated from the back surface of the ultrasonic transducer.
  • the back load material for ultrasonic transducers contains a filler in the base resin.
  • the filler diffuses ultrasonic waves. As a result, the filler attenuates the ultrasonic waves.
  • Patent Document 1 describes a back load material.
  • the back load material includes an epoxy resin and a filler dispersed in the epoxy resin.
  • the filler is made of tungsten powder or zirconia.
  • the back load material described in Patent Document 1 includes a mixture of a filler and an epoxy resin.
  • the mixture is thinned by the action of centrifugal force.
  • the mixture is cured in a thinned state.
  • the filler material used for the back load material has a higher specific gravity than the base resin.
  • tungsten powder and zirconia have higher specific gravity than epoxy resin.
  • the filler settles while the epoxy resin is cured. For this reason, the filler concentration in the epoxy resin becomes non-uniform. If the filler concentration varies depending on the location, the acoustic characteristics for attenuating the ultrasonic waves become non-uniform depending on the location.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a back load material for an ultrasonic transducer and an ultrasonic endoscope apparatus that can reduce non-uniformity in acoustic characteristics. Objective.
  • the ultrasonic transducer back load material includes a base resin and a first filler group composed of first filler particles having a maximum particle length of 3 ⁇ m or more. And a second filler group consisting of second filler particles having a maximum particle length of 1 ⁇ m or less.
  • the shape of the second filler particles is a rod-like shape or a three-dimensional shape having corners. May be.
  • At least one of the first filler particles and the second filler particles has a specific gravity of 3 or more. You may consist of the material which has.
  • the first filler group is a group consisting of alumina particles, zirconia particles, and tungsten trioxide particles. At least one selected may be included as the first filler particles.
  • the second filler group is a group consisting of alumina particles, zirconia particles, and tungsten trioxide particles. At least one selected may be included as the second filler particles.
  • the first filler group is 100 parts by mass or more and 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.
  • the second filler group may be contained in an amount of 40 parts by mass or more and 100 parts by mass or less.
  • any one of an epoxy resin, a urethane resin, and a silicone resin may be used in the first aspect.
  • the ultrasonic endoscope apparatus includes the back load material for an ultrasonic transducer according to the first aspect.
  • the back load material for an ultrasonic transducer in the first to sixth aspects and the ultrasonic endoscope apparatus in the eighth aspect it is possible to reduce non-uniformity in acoustic characteristics.
  • FIG. 1 is a schematic front view showing a schematic configuration of an ultrasonic endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention. It is typical sectional drawing which shows the structure of the back surface load material for ultrasonic transducer
  • FIG. 1 is a schematic front view showing a schematic configuration of an ultrasonic endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of the back load member for an ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic endoscope 1 (ultrasonic endoscope apparatus) of the present embodiment includes an insertion unit 2, an operation unit 3, and a universal cord 4.
  • the insertion part 2 is inserted into the body.
  • the insertion part 2 is elongated.
  • the operation unit 3 is connected to the proximal end of the insertion unit 2.
  • the universal cord 4 extends from the operation unit 3. From the distal end of the insertion portion 2, the distal end hard portion 5, the bending portion 6, and the flexible tube portion 7 are connected in this order.
  • the bending portion 6 is freely bendable.
  • the flexible tube portion 7 is thin and long.
  • the flexible tube portion 7 has flexibility.
  • the distal end hard portion 5 includes a cylindrical member 30 and a plurality of ultrasonic transducers 10.
  • the cylindrical member 30 includes an annular flange 31 and a cylindrical portion 32.
  • the cylindrical portion 32 extends from the central edge of the flange 31 in the direction of the flexible tube portion 7 (not shown) (the direction from the top to the bottom in the drawing).
  • a coaxial cable 40 is inserted into the cylindrical portion 32.
  • the ultrasonic transducer 10 radiates ultrasonic waves to the subject.
  • a plurality of ultrasonic transducers 10 are arranged in the circumferential direction along the circumferential surface of the cylindrical member 30.
  • Each ultrasonic transducer 10 includes a piezoelectric element 11, a backing material 12 (back load material for ultrasonic transducer), an acoustic matching layer 13, an acoustic lens 14, and an electrode (not shown).
  • the piezoelectric element 11 generates ultrasonic vibration when a voltage is applied to an electrode (not shown).
  • the piezoelectric element 11 in the present embodiment is formed in a flat plate shape.
  • the plate surface 11 a of the piezoelectric element 11 is disposed at a position facing the cylindrical portion 32 in the radial direction of the cylindrical member 30.
  • the backing material 12 is a member that attenuates ultrasonic waves.
  • the ultrasonic wave is formed by ultrasonic vibration generated by the piezoelectric element 11.
  • the backing material 12 attenuates ultrasonic waves that travel radially inward from the plate surface 11 a of the piezoelectric element 11.
  • the backing material 12 is disposed between the cylindrical portion 32 and the piezoelectric element 11.
  • the backing material 12 is in close contact with the cylindrical portion 32 and the piezoelectric element 11.
  • the backing material 12 is sandwiched between the annular members 33 and 34 in the axial direction.
  • a cylindrical portion 32 is inserted through the center of the annular members 33 and 34. The detailed configuration of the backing material 12 will be described later.
  • the annular member 33 is adjacent to the flange 31 in the axial direction and is in contact with the substrate 50 from the radially inner side.
  • the substrate 50 extends from the piezoelectric element 11 in the distal end direction of the distal end hard portion 5.
  • the annular member 34 is disposed at a position closer to the flexible tube portion 7 (not shown) than the piezoelectric element 11.
  • the annular member 34 is in contact with the acoustic matching layer 13 described later from the inside in the radial direction.
  • the acoustic matching layer 13 is a layered portion that reduces the difference in acoustic impedance between the subject and the piezoelectric element 11.
  • the acoustic impedance of the acoustic matching layer 13 is set according to the acoustic impedance of the subject. When the acoustic impedance of the acoustic matching layer 13 is appropriately set, the reflection of ultrasonic waves by the subject is reduced.
  • the acoustic matching layer 13 covers the plate surface 11 b in at least the piezoelectric element 11.
  • the plate surface 11 b is located on the opposite side of the plate surface 11 a in the plate thickness direction of the piezoelectric element 11.
  • the acoustic matching layer 13 may be a single layer.
  • the acoustic matching layer 13 may be a plurality of layers.
  • the acoustic lens 14 focuses the ultrasonic wave propagating radially outward through the acoustic matching layer 13.
  • the acoustic lens 14 radiates focused ultrasonic waves to the outside.
  • the acoustic lens 14 is formed into a suitable shape for the purpose of focusing ultrasonic waves.
  • the acoustic matching layer 13 is covered from the outside in the radial direction.
  • the acoustic lens 14 is laminated on the acoustic matching layer 13.
  • the acoustic lens 14 focuses the ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 11 and transmitted through the acoustic matching layer 13.
  • the focused ultrasonic wave is radiated to the outside from the lens surface 14a.
  • a large number of electrode pads 51 are provided on the surface 31 a of the flange 31 of the cylindrical member 30.
  • the surface 31 a is a surface in the opposite direction to the annular member 33 in the flange 31.
  • a wiring 41 is connected to the electrode pad 51.
  • the wiring 41 extends from the coaxial cable 40.
  • the electrode pad 51 and the electrode layer 52 provided on the substrate 50 are connected by a wire 53.
  • the electrode pad 51 and the wire 53 are joined using solder 54.
  • the electrode layer 52 and the wire 53 are joined using solder 55.
  • the entire connection portion between the electrode pad 51 and the wiring 41 is covered with a potting resin 56.
  • a tip structure member 60 is provided at the tip of the tip hard portion 5.
  • the tip structural member 60 closes the connection portion between the electrode pad 51 and the wiring 41.
  • the distal end hard portion 5 is connected to the bending portion 6 using a connection member 70.
  • the backing material 12 of the present embodiment contains a base resin, a first filler group, and a second filler group.
  • the base resin holds the filler particles in the first and second filler groups described later. Each filler particle is dispersed in the base resin.
  • an appropriate resin capable of attenuating ultrasonic waves in a state where each filler particle is included is used.
  • any of an epoxy resin, a urethane resin, and a silicone resin may be used as the base resin.
  • the first filler group is composed of first filler particles having a maximum particle length of 3 ⁇ m or more.
  • the maximum particle length is the maximum separation distance in the particle outer shape.
  • the shape of the first filler particles is not particularly limited.
  • the shape of the first filler particles may be, for example, a sphere, an ellipse, a plate, a polyhedron, or a rod.
  • the surface of the first filler particles may have a smooth surface.
  • the surface of the first filler particles may have a non-smooth surface.
  • the shape of the first filler particles may be a shape including fine irregularities on the surface.
  • the first filler particles may be a powder formed using a crushing method.
  • the shape of each first filler particle in the first filler group may be the same or similar to each other.
  • the first filler particles in the first filler group may have different shapes that are not similar.
  • the first filler particles may be formed of a material having a specific gravity of 3 or more.
  • each first filler particle may be formed of the same material.
  • each first filler particle may be mixed with particles formed of different materials. Examples of suitable materials for the first filler particles include, for example, tungsten, alumina, zirconia, and tungsten trioxide.
  • the first filler group may include at least one selected from the group consisting of alumina particles, zirconia particles, and tungsten trioxide particles as the first filler particles.
  • the second filler group is composed of second filler particles having a maximum particle length of 1 ⁇ m or less.
  • An inertial force may act on the first filler particles dispersed in the uncured base resin.
  • the second filler group is added to suppress the movement of the first filler particles due to inertial force.
  • examples of the inertial force that acts on the first filler particles dispersed in the uncured base resin include gravity and centrifugal force.
  • the second filler group is added in order to prevent the first filler group mixed with the uncured base resin from settling due to the action of gravity.
  • the second filler group is a small particle having a maximum particle length of 1 ⁇ m or less. For this reason, compared with the 1st filler particle, the surface area per unit volume is large. When the second filler group is mixed with the base resin, the contact area between the second filler particles and the base resin is relatively large. For this reason, the viscosity at the time of stationary or low-speed flow of the mixture increases. However, in the case of the second filler particles, the contribution to the viscosity is reduced when the mixture flows at high speed. Such action of the fine particles in the fluid is known as thixotropy.
  • the surface area per unit volume of the second filler particles is larger.
  • the second filler particles have a shape deviated from the sphere.
  • the sphere has a three-dimensional shape with a minimum surface area per unit volume.
  • the second filler particles are more preferably rod-shaped bodies having an aspect ratio of 2 or more and 100 or less.
  • the aspect ratio is defined by the maximum particle length / minimum particle length. When the aspect ratio is 1 or more and less than 2, the surface area per unit volume is reduced, so that thixotropy is reduced. If the aspect ratio exceeds 100, the second filler particles become too thin, and it becomes difficult to produce the second filler particles.
  • the solid shape having the corners may be a polyhedron, for example.
  • the solid shape having the corners may be, for example, a shape having fine irregularities on the surface of the convex solid.
  • Examples of convex solids include convex polyhedrons and spheres.
  • the solid shape having the corners may be, for example, a lump shape in which a part of the convex solid as a whole is lost, such as a convex polyhedron or a sphere.
  • the solid shape having the corners may be the shape of a powder formed using a crushing method.
  • each second filler particle in the second filler group may be the same or similar to each other.
  • the shape of each second filler particle in the second filler group may have different shapes that are not similar.
  • the second filler particles may be formed of a material having a specific gravity of 3 or more.
  • each second filler particle may be formed of the same material.
  • the second filler group may include particles formed of different materials as the second filler particles.
  • the second filler group may include at least one selected from the group consisting of alumina particles, zirconia particles, and tungsten trioxide particles as the second filler particles.
  • the contents of the base resin, the first filler group, and the second filler group in the backing material 12 are appropriately determined according to the acoustic characteristics necessary for the backing material 12 and the processing requirements of the backing material 12. That's fine.
  • the first filler group may be contained in an amount of 100 parts by mass or more and 300 parts by mass or less
  • the second filler group may be contained in an amount of 40 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base resin.
  • the first filler group When the first filler group is less than 100 parts by mass, the acoustic characteristics for efficiently attenuating the ultrasonic waves cannot be obtained because the amount of the first filler particles for attenuating the ultrasonic waves is insufficient. there is a possibility.
  • the first filler group exceeds 300 parts by mass, the moldability may deteriorate due to the fact that the amount of the first filler particles is too large and the viscosity becomes too high when mixed with the base resin. .
  • the second filler group If the second filler group is less than 40 parts by mass, there is a possibility that the movement due to the inertial force of the first filler particles cannot be suppressed when the base resin is in an uncured state due to a decrease in thixotropy. .
  • the second filler group exceeds 100 parts by mass, the moldability may deteriorate due to the fact that the amount of the second filler particles is too large and the viscosity when mixed with the base resin becomes too high. .
  • 3 and 4 are process explanatory views illustrating the manufacturing process of the back load member for an ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention.
  • a resin composition 110 in which an uncured resin forming material (base resin), a first filler group, and a second filler group are mixed (FIG. 3). Reference) is formed.
  • base resin uncured resin forming material
  • first filler group and second filler group are uniformly dispersed in the resin composition 110 by, for example, stirring.
  • the addition amount of the first filler group and the second filler group is set for the purpose of obtaining a filler particle concentration necessary as the backing material 12 after the resin composition 110 is cured.
  • the addition amount of the first filler group and the second filler group is set in anticipation of a change amount when a change in filler particle concentration occurs in the curing process described later.
  • the formed resin composition 110 is introduced into the mold 100 from the supply unit 101 through the upper part 100 a of the mold 100.
  • the mold 100 molds the resin composition 110 into a sheet shape.
  • the illustrated depth direction coincides with the thickness direction of the sheet.
  • the upper surface 110 a of the resin composition 110 is located at a height h 0 from the bottom 100 b of the mold 100.
  • the resin composition 110 has improved thixotropy because of containing the second filler group. For this reason, the fluidity of the resin composition 110 at the time of introduction is good.
  • the resin composition 110 is cured.
  • a curing method of the resin composition 110 heating and the like can be cited.
  • the base resin is an epoxy resin
  • the resin composition 110 is cured by being heated.
  • the first filler group and the second filler group are uniformly dispersed in the base resin, and the cured state of the base resin is uniform. Desired. For example, if the curing time of the resin composition 110 is too short, the unevenness of the cured state increases due to the temperature distribution in the mold 100 and the like. For example, molecular structure heterogeneity occurs depending on location. For this reason, the curing time of the resin composition 110 is more preferably about 24 hours, for example. If the curing time becomes long, the first filler particles may easily settle due to the action of gravity while the resin forming material in the resin composition 110 is uncured. However, when the first filler particles are settled, the viscosity of the resin composition 110 in the settled portion is increased due to an increase in the concentration of the first filler particles. For this reason, the sedimentation of the first filler falls within a certain limit.
  • the thixotropy is enhanced because the resin composition 110 contains the second filler group.
  • the viscosity of the resin composition 110 is high in an uncured stationary state after being introduced into the mold 100.
  • movement of the first filler group in the resin composition 110 is suppressed.
  • the first filler group is difficult to settle in the resin composition 110.
  • FIG. 4 schematically shows the cured body 120 formed in the mold 100.
  • the cured body 120 is a cured product of the resin composition 110.
  • the cured body 120 is divided into a high concentration portion 120A and a low concentration portion 120B corresponding to the concentration distribution of the filler particles.
  • the high concentration portion 120 ⁇ / b> A is formed near the bottom portion 100 b of the mold 100.
  • the low concentration portion 120B is formed above the high concentration portion 120A.
  • the high concentration portion 120A is a portion where the concentration of the first and second filler particles has increased as a result of the first and second filler particles settling from above. However, since the second filler particles have a smaller diameter than the first filler particles, the first filler particles are much more likely to settle.
  • the range of the high concentration portion 120A is defined based on the range in which the filler particle concentration usable as the backing material 12 is obtained.
  • the boundary between the high concentration portion 120A and the low concentration portion 120B may be visually determined. In this case, for example, it is more preferable to prepare a sample for measuring the required filler particle concentration.
  • the filler particle concentration may be measured based on the transmitted light amount of the measurement light instead of visual observation.
  • the high concentration portion 120A is formed in the range of the height h 0 -h 1 from the bottom portion 100b of the mold 100.
  • the low concentration portion 120B is a portion in which the concentration of the first and second filler particles is reduced as a result of the first and second filler particles settling downward.
  • Low density portion 120B is formed in a range of the width h 1 from the upper surface 120a of the cured body 120 downward.
  • the filler particle concentration in the low concentration portion 120B is too low, good acoustic characteristics cannot be obtained when the low concentration portion 120B is processed into the backing material 12. For this reason, after the hardening body 120 is removed from the mold 100, the low concentration portion 120B is cut out from the hardening body 120.
  • the cured body 120 from which the low-concentration portion 120B has been excised is hereinafter referred to as a cured body 130.
  • Width h 1 of the low concentration portion 120B is more preferable as close to 0. Width h 1 of the low concentration portion 120B is increased as the number of filler particles to settle.
  • the cured body 130 is molded into the shape of the backing material 12 as shown in FIG. 2 using an appropriate molding die. For example, it is formed into a cylindrical shape that fits to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 32 using press molding or the like. In press molding, the cured body 130 may be heated for the purpose of promoting the softening of the cured body 130. However, the heating temperature in press molding is lower than the melting temperature of the base resin. For this reason, the filler particle concentration does not change due to press molding. Thus, the backing material 12 is manufactured.
  • the ultrasonic transducer 10 using the backing material 12 is manufactured as follows. As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 11 and the acoustic matching layer 13 previously formed are joined. In the piezoelectric element 11, electrodes (not shown) are provided on the plate surfaces 11a and 11b, respectively. Thereafter, the substrate 50 is attached to the piezoelectric element 11. The substrate 50 is attached in a state extending along the surface direction of the piezoelectric element 11. Furthermore, the annular members 33 and 34 are respectively arranged at predetermined positions. The annular members 33 and 34 surround the piezoelectric element 11. Thereafter, the backing material 12 manufactured as described above is inserted between the piezoelectric element 11 and the cylindrical member 30.
  • the acoustic lens 14 is disposed on the surface 13a.
  • the surface 13 a is a surface of the acoustic matching layer 13 in the direction opposite to the piezoelectric element 11.
  • the acoustic lens 14 may be molded on the acoustic matching layer 13.
  • the acoustic lenses 14 may be molded in advance and then adhered to each other using an adhesive.
  • the material of the adhesive is selected so that the acoustic impedance of the cured product is appropriate.
  • the acoustic impedance of the cured adhesive is a value between the acoustic impedances of the acoustic matching layer 13 and the acoustic lens 14. In this way, the ultrasonic transducer 10 is manufactured.
  • the backing material 12 of this embodiment is formed as a result of the resin composition 110 including the first filler group and the second filler group being cured.
  • the resin composition 110 has improved thixotropy due to the addition of the second filler group. For this reason, even if hardening time becomes long, the movement of the 1st filler particle and the 2nd filler particle sedimenting etc. is suppressed, for example. As a result, the amount of the low concentration portion 120B formed on the cured body 120 after curing is reduced.
  • the resin composition 110 is effectively used when the backing material 12 is manufactured. For this reason, the component costs of the backing material 12, the ultrasonic transducer 10, and the ultrasonic endoscope 1 are reduced.
  • the flowability of the resin composition 110 is good when the resin composition 110 is introduced into a mold. For this reason, it becomes easier to introduce the resin composition 110 into the mold 100. As a result, since the manufacturing time is shortened, the manufacturing cost of the backing material 12, the ultrasonic transducer 10, and the ultrasonic endoscope 1 is reduced.
  • the backing material 12 of the present embodiment is manufactured as a result of curing the resin composition 110 with improved thixotropy. For this reason, the dispersion
  • a back load material for an ultrasonic transducer and an ultrasonic endoscope apparatus that can reduce non-uniformity of acoustic characteristics are provided.
  • the back load material for an ultrasonic transducer is used in an ultrasonic endoscope apparatus.
  • the back load material for an ultrasonic transducer may be used for an ultrasonic transducer in various medical devices that perform ultrasonic measurement or devices other than medical devices.
  • the back load material for an ultrasonic transducer is formed into a sheet shape and then described as an example in which the backing material 12 is formed into a cylindrical shape.
  • the back load material for an ultrasonic transducer is a molding die into which the resin composition can be introduced, it may be molded with a molding die having a molding space for molding a shape other than a sheet shape.
  • the back load material for the ultrasonic vibrator according to the present embodiment has a centrifugal force that acts during curing. Moreover, the movement of filler particles can be suppressed.
  • each example consists of a test sample of the cured body 120 for forming the backing material 12.
  • Each comparative example consists of a test sample of a cured body for forming the backing material of the comparative example.
  • the shape of each test sample was a rectangular sheet of 20 mm ⁇ 30 mm ⁇ 1.5 mm in length ⁇ width ⁇ thickness.
  • Example 1 As shown in [Table 1], 100 parts by mass of an epoxy (EP) resin was used as the base resin of the test sample of Example 1.
  • the first filler particles in the first filler group As the first filler particles in the first filler group (see “Filler group 1”), 200 parts by mass of zirconia particles having an average maximum particle length of 10 ⁇ m was contained. The distribution range of the maximum particle length in the first filler group was 3 ⁇ m or more.
  • the second filler particles in the second filler group As the second filler particles in the second filler group (see “Filler group 2”), 70 parts by mass of zirconia particles having an average maximum particle length of 0.5 ⁇ m was contained. The distribution range of the maximum particle length in the second filler group was 1 ⁇ m or less.
  • the shape of the zirconia particles in the second filler particles was spherical.
  • the resin composition 110 was manufactured.
  • the resin composition 110 was manufactured as a result of mixing the first filler group and the second filler group described above with an EP resin that became 100 parts by mass after curing.
  • the resin composition 110 was introduced into the mold 100.
  • the molding space of the mold 100 was 20 mm ⁇ 30 mm ⁇ 1.5 mm in length ⁇ width ⁇ thickness.
  • the resin composition 110 was cured as a result of being heated at 80 ° C. for 24 hours. When the cured resin composition 110 was demolded, a rectangular sheet-shaped cured body 120 was obtained as a test sample.
  • Example 2 The test sample of Example 2 was formed in the same manner as Example 1 except that the shape of the second filler particles was a non-smooth shape.
  • the non-smooth shape means a three-dimensional shape having the corners described above. In particular, in this example, coarse particles having irregular irregular shapes formed on the surface as a result of pulverization were used.
  • the test sample of Example 3 was formed in the same manner as Example 2 except that the content of the first filler group was 50 parts by mass.
  • the test sample of Example 4 was formed in the same manner as Example 2 except that the content of the second filler group was 30 parts by mass.
  • the test sample of Example 5 was formed in the same manner as Example 2 except that the content of the second filler group was 150 parts by mass.
  • Comparative Example 1 was formed in the same manner as in Example 1 except that the first filler group was made of alumina particles and the second filler group was deleted.
  • the test sample of Comparative Example 2 was formed in the same manner as in Example 5 except that the average value of the maximum particle length of the second filler particles was 2 ⁇ m and the distribution range of the maximum particle length exceeded 1 ⁇ m. .
  • JIS Z 2354 Water immersion multiple reflection method without using a contrast measurement piece in a method for measuring the ultrasonic attenuation coefficient of a solid The method in accordance with was used. At that time, the ultrasonic transducer for measurement was driven at a frequency of 5 MHz. The target value of acoustic impedance in the test sample was 4.5 ⁇ 0.2 Mrayl. The target value of the attenuation rate in the test sample was set to 36 dB / cm / MHz or more. In the evaluation of acoustic impedance and attenuation rate, “good” was evaluated if it was within the range of the target value, and “bad” was evaluated if it was outside the range of the target value.
  • the size of h 1 / h 0 in the test sample was measured.
  • the position at which h 1 is measured was determined using a method of visually comparing the measurement sample corresponding to the acceptable filler particle concentration.
  • the area where the high concentration portion is increased is more likely to cause sedimentation. For this reason, it was evaluated that it is more preferable that sedimentation hardly occurs.
  • the sedimentation properties are “very good” (very good, “ ⁇ ” in [Table 2]), “good” (“good”, “good” in [Table 2]), “good” (fair, [Table 2]). “ ⁇ ”) and “bad” (no good, “ ⁇ ” in Table 2)).
  • the sedimentation property was determined to be “very good”.
  • the sedimentation property was determined as “good”.
  • the sedimentation property was determined as “possible”.
  • the sedimentation property was determined to be “poor”.
  • the viscosity of the resin composition was measured.
  • the viscosity of the resin composition was measured using a viscoelasticity measuring machine (rotary E-type viscometer).
  • [Table 2] the measured values of the viscosity are described.
  • the viscosity of the resin composition is 20 Pa ⁇ s or less, it is easy to introduce the resin composition into the mold, so that the moldability is “good”.
  • the viscosity of the resin composition is 20 Pa ⁇ s. If it is more than 50 Pa ⁇ s, the moldability can be said to be “possible”. When the viscosity of the resin composition exceeds 50 Pa ⁇ s, the moldability can be said to be “poor”.
  • Example 2 was “very good”.
  • Example 5 was “good”.
  • Examples 1, 3, and 4 were “OK”. Comparative Examples 1 and 2 were “bad”.
  • Example 2 was most excellent in sedimentation.
  • the content of the second filler group was 70 parts by mass.
  • the difference in sedimentation between Examples 1 and 2 is considered to be the difference in the shape of the second filler particles.
  • the non-smooth shape was better than the smooth shape such as a spherical shape.
  • Examples 2, 3, 4 and Comparative Example 1 showed low viscosity. For this reason, each moldability was favorable. Examples 1 and 5 and Comparative Example 2 had high viscosity. The moldability of Examples 1 and 5 and Comparative Example 2 was inferior to that of Examples 2, 3, 4 and Comparative Example 1. The evaluation of moldability was in the range of “OK”. However, it was not so difficult as to cause molding problems.
  • Example 2 was “good”, Examples 1, 3 to 5 were “good”, and Comparative Examples 1 and 2 were poor.

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Abstract

超音波振動子用背面負荷材は、ベース樹脂と、第１のフィラー粒子からなる第１のフィラー群と、第２のフィラー粒子からなる第２のフィラー群と、を含有する。第１のフィラー粒子の最大粒子長は３μｍ以上である。第２のフィラー粒子の最大粒子長は１μｍ以下である。

Description

超音波振動子用背面負荷材および超音波内視鏡装置
　本発明は、超音波振動子用背面負荷材および超音波内視鏡装置に関する。
　本願は、２０１７年３月１６日に日本に出願された特願２０１７－０５１５７９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　医療用内視鏡として、超音波内視鏡装置が知られている。
　超音波内視鏡装置は超音波振動子を備えている。超音波振動子は、被検体の画像を取得するために用いられる。超音波振動子は超音波を放射する。超音波振動子の背面には、超音波振動子用背面負荷材が配置されている。超音波振動子用背面負荷材は、超音波振動子の背面から放射される超音波を減衰させる。
　超音波振動子用背面負荷材は、ベース樹脂にフィラーを含有している。フィラーは超音波を乱反射させる。この結果、フィラーは超音波を減衰させる。
　例えば、特許文献１には、背面負荷材が記載されている。背面負荷材は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂に分散されたフィラーと、を含む。フィラーは、タングステン粉またはジルコニアからなる。
日本国特開平６－１２１３８９号公報
　しかしながら、上述した従来技術には以下のような問題がある。
　特許文献１に記載された背面負荷材は、フィラーとエポキシ樹脂との混合物を含む。混合物は遠心力の作用で薄層化されている。混合物は薄層化された状態で硬化されている。
　背面負荷材に用いられるフィラーの材料は、ベース樹脂に比べて高比重である。特許文献１においても、タングステン粉、ジルコニアは、エポキシ樹脂に比べて高比重である。フィラーは、エポキシ樹脂が硬化する間に沈降する。このため、エポキシ樹脂内のフィラー濃度が不均一になってしまう。フィラー濃度が場所に依存してばらつくと、超音波を減衰する音響特性が場所に依存して不均一になってしまう。
　フィラー濃度の変化を低減する目的でエポキシ樹脂の硬化時間を短縮することも考えられる。この場合、硬化時間が短縮されると、エポキシ樹脂の分子構造が不均一になる。このため、良好な音響特性が得られなくなる。
　一方、エポキシ樹脂の分子構造を均一化する目的でエポキシ樹脂の硬化時間を長くすることも考えられる。フィラー濃度の不均一な部分は後から除去することが考えられる。しかし、この場合には、除去加工の工程が増える。さらに除去された樹脂材料が無駄になる。このため、製造コストが増大する。
　本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、音響特性の不均一性を低減することができる超音波振動子用背面負荷材および超音波内視鏡装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の超音波振動子用背面負荷材は、ベース樹脂と、最大粒子長３μｍ以上の第１のフィラー粒子からなる第１のフィラー群と、最大粒子長１μｍ以下の第２のフィラー粒子からなる第２のフィラー群と、を含有する。
　本発明の第２の態様における超音波振動子用背面負荷材によれば、上記第１の態様において、前記第２のフィラー粒子の形状は、棒状の形状、または角部を有する立体形状であってもよい。
　本発明の第３の態様における超音波振動子用背面負荷材によれば、上記第１の態様において、前記第１のフィラー粒子および前記第２のフィラー粒子の少なくとも一方は、３以上の比重を有する材料からなってもよい。
　本発明の第４の態様における超音波振動子用背面負荷材によれば、上記第１の態様において、前記第１のフィラー群は、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、および三酸化タングステン粒子からなる群より選択される少なくとも１つを、前記第１のフィラー粒子として含んでもよい。
　本発明の第５の態様における超音波振動子用背面負荷材によれば、上記第１の態様において、前記第２のフィラー群は、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、および三酸化タングステン粒子からなる群より選択される少なくとも１つを、前記第２のフィラー粒子として含んでもよい。
　本発明の第６の態様における超音波振動子用背面負荷材によれば、上記第１の態様において、前記ベース樹脂１００質量部に対して、前記第１のフィラー群が１００質量部以上３００質量部以下、前記第２のフィラー群が４０質量部以上１００質量部以下、含有されてもよい。
　本発明の第７の態様における超音波振動子用背面負荷材によれば、上記第１の態様において、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、およびシリコーン樹脂のいずれかであってもよい。
　本発明の第８の態様の超音波内視鏡装置は、上記第１の態様の超音波振動子用背面負荷材を備える。
　上記第１～第６の態様における超音波振動子用背面負荷材および上記第８の態様における超音波内視鏡装置によれば、音響特性の不均一性を低減することができる。
本発明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。 本発明の実施形態の超音波振動子用背面負荷材の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態の超音波振動子用背面負荷材の製造工程を説明する工程説明図である。 本発明の実施形態の超音波振動子用背面負荷材の製造工程を説明する工程説明図である。
　以下では、本発明の実施形態の超音波振動子用背面負荷材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、本発明の実施形態の超音波振動子用背面負荷材の構成を示す模式的な断面図である。
　図１に示すように、本実施形態の超音波内視鏡１（超音波内視鏡装置）は、挿入部２と、操作部３と、ユニバーサルコード４とを備える。
　挿入部２は体内に挿入される。挿入部２は細長い。操作部３は挿入部２の基端に接続されている。ユニバーサルコード４は操作部３から延出している。
　挿入部２は、その先端から、先端硬質部５、湾曲部６、および可撓管部７がこの順に接続されている。湾曲部６は湾曲自在である。可撓管部７は、細径かつ長尺である。可撓管部７は可撓性を有する。
　図２に示すように、先端硬質部５は、円筒状部材３０、および複数の超音波振動子１０を備える。
　円筒状部材３０は、環状の鍔３１と、円筒状部３２とを備える。
　円筒状部３２は、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）に延びている。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。
　超音波振動子１０は、超音波を被検体に放射する。超音波振動子１０は、円筒状部材３０の周面に沿って周方向に複数配列されている。
　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（超音波振動子用背面負荷材）、音響整合層１３、音響レンズ１４、および図示略の電極を備える。
　圧電素子１１は、図示略の電極に電圧が印加されると、超音波振動を発生する。本実施形態における圧電素子１１は、平板状に形成されている。圧電素子１１の板面１１ａは、円筒状部材３０の径方向において円筒状部３２と対向する位置に配置されている。
　バッキング材１２は、超音波を減衰する部材である。超音波は、圧電素子１１が発生する超音波振動で形成される。バッキング材１２は、圧電素子１１の板面１１ａから径方向内側に向かう超音波を減衰する。バッキング材１２は、円筒状部３２と圧電素子１１との間に配置されている。バッキング材１２は、円筒状部３２と圧電素子１１とにそれぞれ密着している。
　バッキング材１２は、軸方向においては、環状部材３３、３４に挟まれている。環状部材３３、３４の中心部には、円筒状部３２が挿通されている。
　バッキング材１２の詳細構成については後述する。
　環状部材３３は、鍔３１と軸方向に隣接し、かつ径方向内側から基板５０に接している。基板５０は、圧電素子１１から先端硬質部５の先端方向に延出している。
　環状部材３４は、圧電素子１１よりも可撓管部７（図示略）寄りの位置に配置されている。環状部材３４は、後述する音響整合層１３に径方向内側から接している。
　音響整合層１３は、被検体と圧電素子１１とにおける音響インピーダンスの差を低減する層状部である。音響整合層１３の音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンスに応じて設定される。音響整合層１３の音響インピーダンスが適正に設定されると、被検体による超音波の反射が低減される。
　音響整合層１３は、少なくとも圧電素子１１において板面１１ｂを覆っている。板面１１ｂは、圧電素子１１の板厚方向において板面１１ａと反対側に位置する。このため、板面１１ｂから径方向外側に放射される超音波は、音響整合層１３を経由して、被検体に効率的に導入される。
　音響整合層１３は単層であってもよい。音響整合層１３は複数層であってもよい。
　音響レンズ１４は、音響整合層１３を通して径方向外側に伝搬する超音波を集束する。音響レンズ１４は、集束した超音波を外部に放射する。音響レンズ１４は、超音波を集束させる目的で適宜形状に成形されている。音響レンズ１４は。音響整合層１３を径方向外側から覆っている。音響レンズ１４は、音響整合層１３に積層されている。
　音響レンズ１４は、圧電素子１１で発生し音響整合層１３を透過した超音波を集束する。集束された超音波は、レンズ表面１４ａから外部に放射される。
　円筒状部材３０の鍔３１において、面３１ａには、多数の電極パッド５１が設けられている。面３１ａは、鍔３１において環状部材３３と反対方向の面である。
　電極パッド５１には、配線４１が結線されている。配線４１は、同軸ケーブル４０から延びている。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を用いて接合されている。電極層５２とワイヤー５３とは半田５５を用いて接合されている。
　電極パッド５１と配線４１との結線部の全体は、ポッティング樹脂５６で被覆されている。この結果、例えば同軸ケーブル４０を通して負荷が作用しても、配線４１が電極パッド５１から外れることが防止される。
　先端硬質部５の先端には、先端構造部材６０が設けられている。先端構造部材６０は、電極パッド５１と配線４１との結線部を塞いでいる。先端硬質部５は、接続部材７０を用いて湾曲部６に接続される。
　次に、バッキング材１２の詳細構成について説明する。
　本実施形態のバッキング材１２は、ベース樹脂、第１のフィラー群、および第２のフィラー群を含有している。
　ベース樹脂は、後述する第１および第２のフィラー群における各フィラー粒子を保持する。各フィラー粒子は、ベース樹脂内で分散している。ベース樹脂としては、各フィラー粒子が含まれた状態で超音波を減衰可能な適宜の樹脂が用いられる。
　例えば、ベース樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、およびシリコーン樹脂のいずれかが用いられてもよい。
　第１のフィラー群は、最大粒子長３μｍ以上の第１のフィラー粒子からなる。ここで、最大粒子長は、粒子外形における最大の離間距離である。
　第１のフィラー粒子の形状は、特に限定されない。第１のフィラー粒子の形状は、例えば、球状、楕円状、板状、多面体状、棒状などであってもよい。第１のフィラー粒子の表面は平滑面を有していてもよい。第１のフィラー粒子の表面は、平滑でない面を有していてもよい。
　第１のフィラー粒子の形状は、表面に微細な凹凸を含む形状であってもよい。例えば、第１のフィラー粒子は、破砕工法を用いて形成された粉体であってもよい。
　第１のフィラー群における各第１のフィラー粒子の形状は、互いに同一または相似形であってもよい。第１のフィラー群における各第１のフィラー粒子の形状は、相似形でない互いに異なる形状を有していてもよい。
　第１のフィラー粒子は、３以上の比重を有する材料で形成されてもよい。第１のフィラー群において、各第１のフィラー粒子は、同一材料で形成されてもよい。第１のフィラー群において、各第１のフィラー粒子は、異なる材料で形成された粒子が混合されていてもよい。
　第１のフィラー粒子として好適な材質の例としては、例えば、タングステン、アルミナ、ジルコニア、三酸化タングステンなどが挙げられる。
　第１のフィラー群は、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、および三酸化タングステン粒子からなる群より選択される少なくとも１つを、第１のフィラー粒子として含んでもよい。
　第２のフィラー群は、最大粒子長１μｍ以下の第２のフィラー粒子からなる。
　未硬化のベース樹脂に分散された第１のフィラー粒子には慣性力が作用する場合がある。第２のフィラー群は、慣性力による第１のフィラー粒子の移動を抑制するために添加される。例えば、未硬化のベース樹脂に分散された第１のフィラー粒子に作用する慣性力としては、例えば、重力、遠心力などが挙げられる。例えば、第２のフィラー群は、未硬化のベース樹脂に混合された第１のフィラー群が重力の作用で沈降することを抑制するために添加される。
　第２のフィラー群は、最大粒子長１μｍ以下の小径粒子である。このため、第１のフィラー粒子と比べると、単位体積当たりの表面積が大きい。第２のフィラー群がベース樹脂に混合される場合、第２のフィラー粒子とベース樹脂との接触面積が比較的大きい。このため、混合物の静止時あるいは低速流動時における粘性が大きくなる。しかし、第２のフィラー粒子の場合、混合物の高速流動時には粘性への寄与が低下する。流動体における微粒子のこのような作用は、チクソ性として知られている。
　ベース樹脂と第２のフィラー群との混合物のチクソ性を向上するためには、第２のフィラー粒子の単位体積当たりの表面積が大きいほどより好ましい。このため、第２のフィラー粒子は、球体から乖離した形状であることがより好ましい。球体は、単位体積当たりの表面積が最小となる立体形状である。
　例えば、第２のフィラー粒子は、アスペクト比が２以上１００以下の棒状体であることがより好ましい。ここで、アスペクト比は、最大粒子長／最小粒子長で定義される。
　アスペクト比が１以上２未満であると、単位体積当たりの表面積が低減されるため、チクソ性が低下する。
　アスペクト比が１００を超えると、第２のフィラー粒子が細くなりすぎるため、第２のフィラー粒子の製造が難しくなる。
　球形から乖離した他の形状としては、角部を有する立体形状が挙げられる。角部を有する立体形状は、例えば、多面体であってもよい。角部を有する立体形状は、例えば、凸状の立体の表面に微細な凹凸を有する形状であってもよい。凸状の立体の例としては、凸多面体、球体などが挙げられる。角部を有する立体形状は、例えば、凸多面体、球体などの全体として凸の立体の一部が欠損したような塊状の形状であってもよい。
　角部を有する立体形状は、破砕工法を用いて形成された粉体の形状であってもよい。
　第２のフィラー群における各第２のフィラー粒子の形状は、互いに同一または相似形であってもよい。第２のフィラー群における各第２のフィラー粒子の形状は、相似形でない互いに異なる形状を有していてもよい。
　第２のフィラー粒子は、３以上の比重を有する材料で形成されてもよい。第２のフィラー群において、各第２のフィラー粒子は、同一材料で形成されてもよい。第２のフィラー群には、第２のフィラー粒子として、互いに異なる材料で形成された粒子が含まれてもよい。
　第２のフィラー群は、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、および三酸化タングステン粒子からなる群より選択される少なくとも１つを、第２のフィラー粒子として含んでもよい。
　バッキング材１２における、ベース樹脂、第１のフィラー群、および第２のフィラー群の含有量は、バッキング材１２に必要な音響特性、バッキング材１２の加工上の必要などに応じて適宜に決められればよい。
　例えば、ベース樹脂１００質量部に対して、第１のフィラー群は、１００質量部以上３００質量部以下、第２のフィラー群は、４０質量部以上１００質量部以下、含有されてもよい。
　第１のフィラー群が１００質量部未満であると、超音波を減衰するための第１のフィラー粒子の量が不足することが原因で、超音波を効率的に減衰する音響特性が得られなくなる可能性がある。
　第１のフィラー群が３００質量部を超えると、第１のフィラー粒子の量が多すぎてベース樹脂に混合したときに粘度が高くなりすぎることが原因で、成形性が悪くなる可能性がある。
　第２のフィラー群が４０質量部未満であると、チクソ性が低下することが原因で、ベース樹脂が未硬化の状態において第１のフィラー粒子の慣性力による移動を抑制できなくなる可能性がある。
　第２のフィラー群が１００質量部を超えると、第２のフィラー粒子の量が多すぎてベース樹脂に混合したときの粘度が高くなりすぎることが原因で、成形性が悪くなる可能性がある。
　次に、バッキング材１２の製造方法について説明する。
　図３、４は、本発明の実施形態の超音波振動子用背面負荷材の製造工程を説明する工程説明図である。
　このような構成のバッキング材１２を製造するには、まず、未硬化の樹脂形成材料（ベース樹脂）、第１のフィラー群、および第２のフィラー群が混合された樹脂組成物１１０（図３参照）が形成される。例えば、バッキング材１２のベース樹脂がエポキシ樹脂の場合、未硬化の樹脂形成材料は、主剤と、硬化剤と、を含む混合物が用いられる。主剤は硬化剤の作用で重合反応する。第１のフィラー群および第２のフィラー群は、例えば、攪拌されるなどして樹脂組成物１１０内で均一に分散される。
　第１のフィラー群および第２のフィラー群の添加量は、樹脂組成物１１０の硬化後にバッキング材１２として必要なフィラー粒子濃度が得られることを目的として設定される。第１のフィラー群および第２のフィラー群の添加量は、後述する硬化過程におけるフィラー粒子濃度の変化が発生する場合には、変化量を見込んで設定される。
　形成された樹脂組成物１１０は、供給部１０１から成形型１００の上部１００ａを通して成形型１００内に導入される。
　本実施形態では、成形型１００は、樹脂組成物１１０をシート状に成形する。図３において、図示奥行き方向は、シートの厚さ方向に一致している。
　樹脂組成物１１０の上面１１０ａは、成形型１００の底部１００ｂから高さｈ０に位置している。
　このとき、樹脂組成物１１０は、第２のフィラー群を含有することが原因でチクソ性が高められている。このため、導入時における樹脂組成物１１０の流動性は良好である。
　この後、樹脂組成物１１０が硬化される。樹脂組成物１１０の硬化方法としては、加熱などが挙げられる。例えば、ベース樹脂がエポキシ樹脂の場合、樹脂組成物１１０は、加熱を受けて硬化される。
　バッキング材１２が均一な音響特性を備えるためには、第１のフィラー群および第２のフィラー群がベース樹脂に均一に分散していることと、ベース樹脂の硬化状態が均一であることとが求められる。
　例えば、樹脂組成物１１０の硬化時間が短すぎると、成形型１００内の温度分布などが原因で硬化状態の不均一性が高まる。例えば、場所による分子構造の不均一性が生じる。このため、樹脂組成物１１０の硬化時間は、例えば、２４時間程度であることがより好ましい。
　硬化時間が長くなると、樹脂組成物１１０内の樹脂形成材料が未硬化の間に、第１のフィラー粒子が重力の作用で沈降しやすくなる可能性がある。ただし、第１のフィラー粒子が沈降すると、沈降した部位における樹脂組成物１１０は、第１のフィラー粒子の濃度が高くなることが原因で粘度が上昇する。このため、第１のフィラーの沈降は、ある程度の限度内に収まる。
　本実施形態では、樹脂組成物１１０は第２のフィラー群を含有することが原因で、チクソ性が高められている。このため、樹脂組成物１１０の粘性は、成形型１００に導入後の未硬化の静止状態では高い。この結果、第１のフィラー群は、樹脂組成物１１０内での移動が抑制される。第１のフィラー群は、樹脂組成物１１０内で沈降しにくくなっている。
　図４は、成形型１００内に形成された硬化体１２０を模式的に示す。硬化体１２０は、樹脂組成物１１０の硬化物である。
　硬化体１２０は、フィラー粒子の濃度分布に対応して、高濃度部１２０Ａと、低濃度部１２０Ｂとに分かれる。高濃度部１２０Ａは、成形型１００の底部１００ｂ寄りに形成される。低濃度部１２０Ｂは、高濃度部１２０Ａの上方に形成される。
　高濃度部１２０Ａは、上方から、第１および第２のフィラー粒子が沈降する結果、第１および第２のフィラー粒子の濃度が増加した部分である。ただし、第２のフィラー粒子は第１のフィラー粒子に比べて小径であるため、第１のフィラー粒子の方が格段に沈降しやすい。
　高濃度部１２０Ａの範囲は、バッキング材１２として使用可能なフィラー粒子濃度が得られる範囲に基づいて規定される。高濃度部１２０Ａと低濃度部１２０Ｂとの境界は目視判定されてもよい。この場合、例えば、必要なフィラー粒子濃度の測定用見本を作成しておくことがより好ましい。フィラー粒子濃度は、目視の代わりに測定用光の透過光量に基づいて測定されてもよい。
　高濃度部１２０Ａは、成形型１００の底部１００ｂから高さｈ０－ｈ１の範囲に形成されている。
　低濃度部１２０Ｂは、下方に向かって、第１および第２のフィラー粒子が沈降する結果、第１および第２のフィラー粒子の濃度が低下した部分である。低濃度部１２０Ｂは、硬化体１２０の上面１２０ａから下方に向かって幅ｈ１の範囲に形成されている。
　低濃度部１２０Ｂのフィラー粒子濃度は低すぎるため、低濃度部１２０Ｂをバッキング材１２に加工すると良好な音響特性が得られない。このため、硬化体１２０が成形型１００から脱型された後、低濃度部１２０Ｂは、硬化体１２０から切除される。低濃度部１２０Ｂが切除された硬化体１２０を以下では硬化体１３０と表記する。
　硬化体１２０において低濃度部１２０Ｂが少ないほど低濃度部１２０Ｂとして廃棄される部分が低減される。このため、バッキング材１２の部品コストが低減される。低濃度部１２０Ｂの幅ｈ１は０に近いほどより好ましい。低濃度部１２０Ｂの幅ｈ１は、沈降するフィラー粒子の数が多いほど大きくなる。
　硬化体１３０は、適宜の成形型を用いて、図２に示すようなバッキング材１２の形状に成形される。例えば、プレス成形などを用いて、円筒状部３２の外周面に嵌合する筒状に成形される。プレス成形においては、硬化体１３０の軟化を促進する目的で、硬化体１３０が加熱されてもよい。
　ただし、プレス成形における加熱温度は、ベース樹脂の溶融温度よりも低温とされる。このため、プレス成形が原因でフィラー粒子濃度が変化することはない。
　以上で、バッキング材１２が製造される。
　バッキング材１２を用いた超音波振動子１０は、以下のようにして製造される。
　図２に示すように、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。圧電素子１１において、板面１１ａ、１１ｂには、それぞれ電極（図示せず）を設けられている。この後、圧電素子１１に、基板５０が取り付けられる。基板５０は、圧電素子１１の面方向に沿って延びた状態で取り付けられる。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。環状部材３３、３４は、圧電素子１１を囲っている。
　この後、圧電素子１１と円筒状部材３０との間に、上述のように製造されたバッキング材１２が挿着される。
　この後、面１３ａに、音響レンズ１４が配置される。面１３ａは、音響整合層１３における圧電素子１１と反対方向の面である。例えば、音響レンズ１４は、音響整合層１３上に成形されてもよい。あるいは、音響レンズ１４は、予め成形された後、接着剤を用いて、互いに接着されてもよい。接着剤の材料は、硬化物の音響インピーダンスが適正になるように選ばれる。接着剤の硬化物の音響インピーダンスは、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である。
　このようにして、超音波振動子１０が製造される。
　本実施形態のバッキング材１２は、第１のフィラー群および第２のフィラー群を含む樹脂組成物１１０が硬化される結果、形成される。樹脂組成物１１０は、第２のフィラー群が添加されることが原因でチクソ性が高められる。このため、硬化時間が長くなっても、例えば、第１のフィラー粒子および第２のフィラー粒子が沈降するなどの移動が抑制される。この結果、硬化後に硬化体１２０に形成される低濃度部１２０Ｂの分量が低減される。
　このように、本実施形態によれば、バッキング材１２の製造時に樹脂組成物１１０が有効的に利用される。このため、バッキング材１２、超音波振動子１０、および超音波内視鏡１の部品コストが低減される。
　さらに、樹脂組成物１１０のチクソ性が高められる結果、樹脂組成物１１０を成形型に導入する際には、樹脂組成物１１０の流動性が良好である。このため、樹脂組成物１１０を成形型１００に導入することがより容易となる。この結果、製造時間が短縮されるため、バッキング材１２、超音波振動子１０、および超音波内視鏡１の製造コストが低減される。
　さらに、本実施形態のバッキング材１２は、チクソ性が高められた樹脂組成物１１０が硬化される結果、製造される。このため、高濃度部１２０Ａにおけるフィラー粒子濃度のバラツキが低減される。この結果、バッキング材１２における音響特性の均一性が向上する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、音響特性の不均一性を低減することができる超音波振動子用背面負荷材および超音波内視鏡装置が提供される。
　なお、上記実施形態の説明では、超音波振動子用背面負荷材が超音波内視鏡装置に用いられた場合の例で説明した。しかし、超音波振動子用背面負荷材は、超音波計測を行う種々の医療機器または医療機器以外の機器における超音波振動子に使用されてもよい。
　上記実施形態の説明では、超音波振動子用背面負荷材がシート状に成形された後、バッキング材１２の筒状の形状に成形される場合の例で説明した。しかし、超音波振動子用背面負荷材は、樹脂組成物が導入可能な成形型であれば、シート状以外の形状を成形する成形空間を有する成形型で成形されてもよい。
　上記実施形態の説明では、樹脂組成物のフィラー粒子が重力の作用で沈降する場合の例で説明したが、本実施形態の超音波振動子用背面負荷材は、硬化時に遠心力が作用する場合にもフィラー粒子の移動を抑制することができる。
　以下では、上記実施形態の超音波振動子用背面負荷材に関する実施例１～５について、比較例１、２とともに説明する。
　各実施例は、バッキング材１２を形成するため硬化体１２０の供試サンプルからなる。各比較例は、比較例のバッキング材を形成するための硬化体の供試サンプルからなる。
　各供試サンプルの形状は、いずれも縦×横×厚さが、２０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍの矩形シートとされた。
　下記［表１］に、実施例１～５、比較例１、２の供試サンプルにおけるベース樹脂、第１のフィラー群、および第２のフィラー群の構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［実施例１］
　［表１］に示すように、実施例１の供試サンプルのベース樹脂としては、１００質量部のエポキシ（ＥＰ）樹脂が用いられた。
　第１のフィラー群（「フィラー群１」参照）における第１のフィラー粒子として、最大粒子長の平均値が１０μｍのジルコニア粒子が２００質量部含有された。第１のフィラー群における最大粒子長の分布範囲は、３μｍ以上であった。
　第２のフィラー群（「フィラー群２」参照）における第２のフィラー粒子として、最大粒子長の平均値が０．５μｍのジルコニア粒子が７０質量部含有された。第２のフィラー群における最大粒子長の分布範囲は、１μｍ以下であった。第２のフィラー粒子におけるジルコニア粒子の形状は球状であった。
　実施例１の供試サンプルを製造するため、樹脂組成物１１０が製造された。樹脂組成物１１０は、硬化後に１００質量部となるＥＰ樹脂に、上述の第１のフィラー群および第２のフィラー群を混合した結果、製造された。樹脂組成物１１０は、成形型１００に導入された。成形型１００の成形空間は、縦×横×厚さが、２０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍであった。樹脂組成物１１０は、８０℃で２４時間加熱された結果、硬化された。硬化した樹脂組成物１１０が脱型されると、供試サンプルとして矩形シート状の硬化体１２０が得られた。
［実施例２～５］
　実施例２の供試サンプルは、第２のフィラー粒子の形状が非平滑形状である以外は、実施例１と同様に形成された。ここで、非平滑形状とは、上述した角部を有する立体形状を意味する。特に、本実施例では、粉砕加工された結果、表面に不定形の凹凸形状が形成された粗粒子が用いられた。
　実施例３の供試サンプルは、第１のフィラー群の含有量が、５０質量部とされた以外は、実施例２と同様に形成された。
　実施例４の供試サンプルは、第２のフィラー群の含有量が、３０質量部とされた以外は、実施例２と同様に形成された。
　実施例５の供試サンプルは、第２のフィラー群の含有量が、１５０質量部とされた以外は、実施例２と同様に形成された。
［比較例１、２］
　比較例１の供試サンプルは、第１のフィラー群がアルミナ粒子からなり、第２のフィラー群が削除された以外は、実施例１と同様に形成された。
　比較例２の供試サンプルは、第２のフィラー粒子の最大粒子長の平均値が２μｍであり、最大粒子長の分布範囲が１μｍを超えている以外は、実施例５と同様に形成された。
［評価方法］
　供試サンプルの評価としては、音響インピーダンス評価、減衰率評価、沈降性評価、成形性評価、および総合評価が行われた。
　各評価結果について、下記［表２］に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　音響インピーダンス（［表２］では「音響ＩＭＰ」と記載）および減衰率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。
　供試サンプルにおける音響インピーダンスの目標値は、４．５±０．２Ｍｒａｙｌとされた。
　供試サンプルにおける減衰率の目標値は、３６ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以上とされた。
　音響インピーダンスおよび減衰率の評価において、目標値の範囲内であれば、「良好」、目標値の範囲外であれば、「不良」と評価された。
　沈降性評価では、供試サンプルにおけるｈ１／ｈ０の大きさが測定された。ｈ１を測定する位置は、許容範囲のフィラー粒子の濃度に対応する測定用見本と目視で対比する手法を用いて決定された。
　沈降が起こりにくい方が高濃度部の領域が増える。このため、沈降性は起こりにくい方がより好ましいと評価された。沈降性は、「非常に良好」（ｖｅｒｙ　ｇｏｏｄ、［表２］では「◎」）、「良好」（ｇｏｏｄ、［表２］では「○」）、「可」（ｆａｉｒ、［表２］では「△」）、「不良」（ｎｏ　ｇｏｏｄ、［表２］では「×」）の４段階で判定された。
　具体的には、ｈ１／ｈ０が０以上１／８未満の場合、沈降性は「非常に良好」と判定された。ｈ１／ｈ０が１／８以上１／３未満の場合、沈降性は「良好」と判定された。ｈ１／ｈ０が１／３以上１／２未満の場合、沈降性は「可」と判定された。ｈ１／ｈ０が１／２以上の場合、沈降性は「不良」と判定された。
　成形性評価では、樹脂組成物の粘度が測定された。樹脂組成物の粘度は、粘弾性測定機(回転型Ｅ型粘度計)を用いて測定された。
　［表２］には、粘度の測定値が記載されている。
　樹脂組成物の粘度の粘度が２０Ｐａ・ｓ以下である場合、成形型への樹脂組成物の導入が容易となるため成形性は「良好」と言える、樹脂組成物の粘度の粘度が２０Ｐａ・ｓを超え５０Ｐａ・ｓ以下である場合、成形性は「可」と言える。樹脂組成物の粘度の粘度が５０Ｐａ・ｓを超える場合、成形性は「不良」と言える。
　総合評価は、音響インピーダンス、減衰率、沈降性、成形性（粘度）の各評価結果がすべて「良好」以上である場合に、○（ｇｏｏｄ）、各評価結果に「不良」は含まれないが１つ以上の「可」が含まれる場合に、△（ｆａｉｒ）と、評価された。各評価結果に１つ以上の「不良」が含まれる場合に、×（ｎｏ　ｇｏｏｄ）と評価された。
［評価結果］
　［表２］に示すように、音響インピーダンスおよび減衰率は、すべて目標値における許容範囲に収まっていた。
　沈降性評価においては、実施例２が「非常に良好」であった。実施例５は「良好」であった。実施例１、３、４は「可」であった。比較例１、２は「不良」であった。
　第２のフィラー群の含有量が異なる実施例２、４、５を比べると、実施例２が沈降性において最も優れていた。実施例２は、第２のフィラー群の含有量が７０質量部であった。
　実施例１、２の沈降性の差は、第２のフィラー粒子の形状の差が現れていると考えられる。第２のフィラー粒子の形状としては、球状のような平滑な形状よりも非平滑な形状の方が沈降性が良好になった。
　比較例１の沈降性が「不良」であったのは、第２のフィラー群が含まれなかったことが原因で樹脂組成物のチクソ性が低下し、第１のフィラー粒子の沈降が促進されたからであると考えられる。
　比較例２の沈降性が「不良」であったのは、第２のフィラー群の最大粒子長が大きすぎたためであると考えられる。
　成形性の評価においては、実施例２、３、４、比較例１が低粘度となった。このため、それぞれの成形性は良好であった。実施例１、５、比較例２は、高粘度であった。実施例１、５、比較例２の成形性は、実施例２、３、４、比較例１に比べると劣っていた。成形性の評価は「可」の範囲であった。しかし、成形の支障が生じるほどではなかった。
　総合評価は、実施例２が「良好」、実施例１、３～５が「可」、比較例１、２が不良であった。
　以上、本発明の好ましい実施形態、各実施例を説明したが、本発明はこれらの実施形態、各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
　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。
１　超音波内視鏡（超音波内視鏡装置）
２　挿入部
５　先端硬質部
１０　超音波振動子
１１　圧電素子
１２　バッキング材（超音波振動子用背面負荷材）
１００　成形型
１１０　樹脂組成物
１２０、１３０　硬化体
１２０Ａ　高濃度部
１２０Ｂ　低濃度部１ａ、１ｂ

Claims (8)

  1. 　ベース樹脂と、
    　最大粒子長３μｍ以上の第１のフィラー粒子からなる第１のフィラー群と、
    　最大粒子長１μｍ以下の第２のフィラー粒子からなる第２のフィラー群と、
    を含有する、超音波振動子用背面負荷材。
  2. 　前記第２のフィラー粒子の形状は、
    　棒状の形状、または角部を有する立体形状である、
    請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材。
  3. 　前記第１のフィラー粒子および前記第２のフィラー粒子の少なくとも一方は、３以上の比重を有する材料からなる、
    請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材。
  4. 　前記第１のフィラー群は、
    　アルミナ粒子、ジルコニア粒子、および三酸化タングステン粒子からなる群より選択される少なくとも１つを、前記第１のフィラー粒子として含む、
    請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材。
  5. 　前記第２のフィラー群は、
    　アルミナ粒子、ジルコニア粒子、および三酸化タングステン粒子からなる群より選択される少なくとも１つを、前記第２のフィラー粒子として含む、
    請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材。
  6. 　前記ベース樹脂１００質量部に対して、
    　前記第１のフィラー群が１００質量部以上３００質量部以下、
    　前記第２のフィラー群が４０質量部以上１００質量部以下、含有されている、
    請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材。
  7. 　前記ベース樹脂は、
    　エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、およびシリコーン樹脂のいずれかである、
    請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材。
  8. 　請求項１に記載の超音波振動子用背面負荷材を備える、超音波内視鏡装置。
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