アレイ式超音波プローブおよび超音波診断装置
【課題】 ３層以上の音響整合層のうち、低減衰率でダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを有する最上層の音響整合層を備えたアレイ式超音波プローブを提供する。
【解決手段】スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネルと、前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキングと、前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズとを具備し、前記最上層の音響整合層はシリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブ。
【解決手段】スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネルと、前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキングと、前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズとを具備し、前記最上層の音響整合層はシリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体等に超音波信号を送受信するアレイ式超音波プローブおよびこのアレイ式超音波プローブを有する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用の超音波診断装置や超音波画像検査装置は、対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物内からの反射信号（エコー信号）を受信して対象物内を画像化するものである。この医療用の超音波診断装置や超音波画像検査装置は、超音波信号送受信機能を有する電子操作式のアレイ式超音波プローブが主に用いられている。
【０００３】
アレイ式超音波プローブは、バッキングと、このバッキング上に接着され、所望のスペースをあけてアレイ状に配列された複数のチャンネルと、このチャンネル上に接着された音響レンズとを備えた構造を有する。前記複数のチャンネルは、それぞれ前記バッキング上に形成され、例えばジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミク材料やリラクサ系単結晶材料からなる圧電体の両面に電極を貼り付けた構造の圧電素子と、この圧電素子上に形成される音響整合層とを備える。なお、前記バッキングには前記各チャンネルのスペースに対応して溝が形成されている場合もある。
【０００４】
このようなアレイ式超音波プローブは、診断時に前記音響レンズ側を被検体に当接させて各チャンネルの圧電素子を駆動させることにより、圧電素子前面から超音波信号を被検体内、つまり人体に送信する。この超音波信号は、圧電素子の駆動タイミングによる電子フォーカスおよび音響レンズによるフォーカスにより被検体内の所要位置に集束される。この時、圧電素子の駆動タイミングを制御することにより被検体内の所要範囲に超音波信号を送信することができ、被検体からのエコー信号を受信処理することにより前記所要範囲の超音波画像（断層像）が得られる。前記超音波プローブの圧電素子の駆動において、その圧電素子の背面側にも超音波信号が放出される。このため、各チャンネルの圧電素子の背面にバッキングを配置し、背面側への超音波信号をこのバッキングで吸収（減衰）して正規の超音波信号が背面側からの超音波信号（反射信号）と共に被検体内に送信される悪影響を回避している。
【０００５】
従来、前記音響整合層は１層構造、２層構造または３層以上の多層傾斜構造のもの知られている。特に、最近では広帯域化のために３層以上の音響整合層が好適に用いられている（非特許文献１参照）。
【０００６】
一方、特許文献１には超音波プローブの一般的な製造方法が開示されている。すなわち、ＰＺＴのような圧電材料からなる圧電体の両面に電極を形成した圧電素子をバッキングであるゴム板に貼り付け、更に、前記圧電素子上に音響整合層を接着して積層体とする。この接着工程において、８０〜１５０℃の加熱処理を施して接着剤層を硬化する場合がある。このため、前記音響整合層は耐熱性を有することが重要である。続いて、前記積層体を音響整合層側からダイサーで幅を５０〜３００μｍ程度にアレイ切断して複数のチャンネルを形成する。音響整合層をアレイ切断することにより、各チャンネル間のクロストークを防止している。このため、音響整合層のアレイ切断において高いダイシング加工性を有することが重要である。ひきつづき、前記各チャンネル間のダンシング溝に例えば低音響インピーダンス、高減衰性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して機械的な強度を保持する。この後、複数のチャンネルの音響整合層の上に音響レンズを接着することにより超音波プローブを製造する。
【０００７】
前記音響レンズは、シリコーンゴムに無機充填物を添加した混合材料で構成され、音響インピーダンスが室温２５℃において１．３〜１．７ＭＲａｙｌｓの材料が用いられる。これらの音響レンズの熱膨張係数は室温から４０℃の範囲では約２００ｐｐｍ／℃である。音響整合層と音響レンズとの接着には、シリコーンゴム系の接着剤や変性シリコーンゴム系の接着剤が用いられている。
【０００８】
このようなアレイ式超音波プローブの駆動時において、複数のチャンネルの圧電素子から放射された超音波エネルギーは音響整合層および音響レンズに吸収、減衰される。このとき、超音波エネルギーの一部は熱に変換されるため、例えば循環器用超音波プローブではその音響整合層の温度が６０℃以上となることもある。さらに、超音波プローブは使用中に相当の圧力が音響レンズを通して音響整合層にも常時、印加される。これらの熱影響による音響レンズと音響整合層の間の熱膨張差および機械的な圧力の要因によって、音響レンズと最上層の音響整合層の間、最上層の音響整合層とその下の音響整合層との間において剥離が生じる場合がある。その結果、超音波プローブ内での感度のばらつきを生じて信頼性を低下させる。甚だしい場合は、超音波プローブの機能が停止する。これらの現象は特にエポキシ樹脂を最上部の音響整合層材料として用いる場合に音響レンズであるシリコーンゴムとの熱膨張係数の差が１５０ｐｐｍ／℃以上にも及ぶために深刻な問題となっていた。
【０００９】
また、前記特許文献１には超音波プローブに用いる音響整合層の特性等が具体的に例示されている。例えば、複数の音響整合層のうち、音響レンズと接する最上層の音響整合層は音響インピーダンスが人体の音響インピーダンス（１．４〜１．６ＭＲａｙｌｓ）により近い材料が用いられることが記載されている。
【００１０】
前述した音響整合層は、従来、ポリウレタンゴム、ポリエチレン、シリコーンゴム、エポキシ樹脂をベースとする材料が用いられている。具体的には、特許文献２には超音波探触子内部の発熱体から体表に伝わる熱の量を低減するために解決手段として圧電素子と生体表面との間に設けられる音響整合層のうちの少なくとも一つを低熱伝導性が良好な低熱伝導性音響整合層を用いることが開示されている。この低熱伝導性音響整合層は、エポキシ樹脂等からなる基材の中に、シリコーン樹脂のような熱伝導性の低い材料からなる低熱伝導性微粒子を添加・分散して形成することが記載されている。また、非特許文献２、３にはポリウレタン樹脂にポリエチレン繊維または炭素繊維を充填した構造の音響整合層が開示されている。しかしながら、これらの材料は音響整合層として要求される低減衰率で、ダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性,音響レンズとの熱膨張係数の一致などの特性に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを全て満たすものではない。
【００１１】
特許文献３には、高硬度の超音波プローブ用音響レンズ材料が開示されている。この特許文献３の表IIにはトリメチルシロキシメタクリロキシプロピルシラン（Trimethylsiloxy methacryloxypropylsilan:TRIS）の音速が１６５０ｍ／ｓ前後であることが示されている。しかしながら、この音響レンズ材料を音響整合層に適用できる旨は記載もされておらず、示唆もされていない。また、特許文献３に記載されているメチルメタアクリレート（実施例Ｉ）、テトラブチルスチレン（実施例II）の材料を適用しても、音響整合層としての所望の音速、減衰率、音響インピーダンスなどの音響特性、それに加えて、音響整合層としての加工性、耐熱性、上下層との接着性、音響レンズとの熱膨張係数の一致等には優れていない。
【００１２】
また、特許文献４及び５にはLaser Emission Diode（ＬＥＤ）に用いられる高硬度のシリコーン樹脂を含む材料が示されている。しかしながら、これらのＬＥＤ用シリコーン材料の音速、減衰率、音響インピーダンスなどの音響特性の情報は開示されておらず、超音波プローブへの応用などにも言及されていない。
【特許文献１】特開２００５−１９８２６１号公報
【特許文献２】特開平１０−７５９５３号公報
【特許文献３】米国特許第５,５０５,２０５号明細書
【特許文献４】特開２００４−３３９４８２号公報
【特許文献５】特開２００５−２７２６９７号公報
【非特許文献１】T.Inoue et al., IEEE,UFFC, vol.34 No.1,1987,pp.8-15
【非特許文献２】Toshio Kondo and Hiroyuki Fujimoto, Proceedings 2003 IEEE Ultrasonic Symposium p.1318-1321.
【非特許文献３】Toshio Kondo, Mitsuyoshi Kitatuji and Mikio Izumi , Proceedings, 2004 IEEE Ultrasonic Symposium p.1659-1662.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、３層以上の音響整合層のうち、低減衰率でダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性、音響レンズとの熱膨張係数の一致に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを有する最上層の音響整合層を備えたアレイ式超音波プローブを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、前記アレイ式超音波プローブを備えた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によると、スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネル；
前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキング；および
前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズ；
を具備し、
前記最上層の音響整合層は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブが提供される。
【００１６】
また本発明によると、前述した構成のアレイ式超音波プローブと、
前記超音波プローブにケーブルを通して接続された超音波プローブ制御器と
を具備したことを特徴とする超音波診断装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、３層以上の音響整合層のうち、低減衰率でダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性、熱膨張係数の一致に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを有する最上層の音響整合層を備え、クロスカップリングの小さい高性能、高信頼性のアレイ式超音波プローブを提供することができる。
【００１８】
また、本発明によればクロストークが小さく、高性能、高信頼性のアレイ式超音波プローブが組み込まれ、断層像の画質向上および感度向上が達成された超音波診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブおよび超音波診断装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、実施形態に係るアレイ式超音波プローブの要部斜視図、図２は図１のアレイ式超音波プローブの部分断面図である。
【００２１】
アレイ式超音波プローブ１は、バッキング２を備えている。複数のチャンネル３は、前記バッキング２上に所望のスペース４をあけて配列されている。前記バッキング２には、前記複数のチャンネル３間のスペース４に対応して溝５がそれぞれ形成されている。なお、前記各チャンネル３間のスペース４には例えば低音響インピーダンス、高減衰性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して機械的な強度を保持してもよい。この樹脂は、前記スペース３のみならずその下のバッキング２の溝５にも充填してもよい。
【００２２】
前記各チャンネル３は、圧電素子６と、この圧電素子６上に形成された３層以上、例えば３層の音響整合層、すなわち第１〜第３の音響整合層７1〜７3とを有する。前記圧電素子６は、図２に示すように例えばジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミック材料やリラクサ系単結晶材料からなる圧電体８と、この圧電体８の両面に形成された第１、第２の電極９1，９2とから構成されている。前記圧電素子６の第１電極９1は、前記バッキング２上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。前記第１音響整合層７1は、前記圧電素子６の第２電極９2上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。前記第２音響整合層７2は、前記第１音響整合層７1上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。前記第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、前記第２音響整合層７2上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。
【００２３】
音響レンズ１０は、前記チャンネル３の最上層の第３音響整合層７3表面から第３、第２、第１の音響整合層７3，７2，７1の側面、圧電素子６側面および圧電素子６近傍に位置するバッキング２の側面部分を覆うように形成されている。前記音響レンズ１０は、前記第３音響整合層７3表面とゴム系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。このゴム系接着剤は、２５℃において１．３〜１．８ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有する変性シリコーン系接着剤であることが好ましい。
【００２４】
前記バッキング２、複数のチャンネル３および音響レンズ１０は、図示しないケース（筐体）内に収納されている。このケース内には、前記各チャンネル３の圧電素子６の駆動タイミングを制御する制御回路および圧電素子６に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信号処理回路（図示せず）が内蔵されている。前記圧電素子６の第１、第２の電極９1，９2には、延出された信号線及びアース線（図示せず）が接続されており、音響レンズ１０と反対側のケースから外部に延出され、図示しない制御回路に接続されている。なお、信号線を前記圧電素子６の第２の電極９2に、アース線を、第２の音響整合層７２と第３の音響整合層７３との間にそれぞれ接続してもよい。
【００２５】
このような構成のアレイ式超音波プローブにおいて、各チャンネル３における圧電素子６の第１、第２の電極９1，９2間に電圧を印加して、圧電体８を共振させることにより各チャンネル３の音響整合層（第１〜第３の音響整合層７1，７2，７3）および音響レンズ１０を通して超音波を放射（送信）する。受信時には、音響レンズ１０および各チャンネル３の音響整合層（第１〜第３の音響整合層７1，７2，７3）を通して受信された超音波によって各チャンネル３における圧電素子６の圧電体８を振動させ、この振動を電気的に変換して信号とし、画像を得る。
【００２６】
前記第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが２５℃にて１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有する。ここで、ショア硬度Ｄは例えばＪＩＳ Ｋ ６２５３に準じ、ヂュロメータタイプＤを用いて求められる。この第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、２５℃にて５ＭＨｚで測定される減衰率が５ｄＢ／ｃｍＭＨｚ以下、減衰率と音速の積である減衰性能指数が９００ｍ／ｓ・ｄＢ／ｍｍ／ＭＨｚ以下であることがより好ましい。
【００２７】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、例えばオルガノポリシロキサンとエポキシで終端処理されたシリコーン変性有機レジン化合物を含むシリコーン系混合物との２液系混合物からなる。
【００２８】
ここで、前記オルガノポリシロキサンとしては、例えばオルガノポリシロキサンにメチル基、ビニル基を含む材料が挙げられる。また、前記シリコーン変性有機レジン化合物は、例えばシリコーンレジンと有機レジンとのブロック共重合体で、変性用シリコーン中間体と官能基を有する有機レジンの反応により得られる。有機レジンの種類により各種のシリコーン変性レジンができるが、アルキドシリコーン、エポキシシリコーンが代表的な材料として挙げられる。
【００２９】
前記シリコーン樹脂含有混合物としては、例えば信越化学工業株式会社から市販されているＬＥＤ用シリコーン樹脂含有混合物であるＳＣＲ１００４，ＳＣＲ１０１１，ＳＣＲ１０１２を用いることができる。前記特性のシリコーン樹脂含有混合物としては、さらにダウコーニング社から市販されているＤＥ６６６５を用いることができる。これらのシリコーン樹脂含有混合物の中で、特にＳＣＲ１０１１は減衰率が低いために好適である。
【００３０】
また、前記シリコーン樹脂含有混合物としては例えばオルガノポリシロキサンとアルキルシリコーン化合物を含むシリコーン系混合物との２液系混合物からなるものを用いることもできる。ここで、アルキルシリコーン化合物としては例えば東レダウコーニング社のＳＲ２１０７等が挙げられる。
【００３１】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、フーリェ変換赤外分光光度計の測定で得られたスペクトルにおいて、ベンゼン核のＣ−Ｈ伸縮振動およびベンゼン核のＣ−Ｈ面外変角振動を有することがより好ましい。
【００３２】
前記第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、前記特性のシリコーン樹脂含有混合物単独から作られても、さらに接着性や加工性、耐熱性を向上させる目的でシリコーン樹脂含有混合物に充填材を添加したものから作られてもよい。
【００３３】
このようなシリコーン樹脂含有混合物に充填材を添加した複合材料からなる最上層の音響整合層７3は、例えば図３、図４に示す構造を有する。
【００３４】
図３に示す音響整合層７3は、シリコーン樹脂含有混合物のマトリックス１１に例えば有機物充填粒子１２が３０体積％以下分散された構造を有する。シリコーン樹脂含有混合物に有機充填粒子を分散させた最上層の音響整合層は、縦波音速が２５℃にて１７５０〜２２００ｍ／ｓの特性を示す。
【００３５】
前記有機充填粒子としては、例えばシリコーンゴム粒子、フッ素樹脂粒子、ウレタンゴム粒子から選ばれる少なくとも１つからなり、単独または混合物の形態で用いることができる。前記有機充填粒子は音速を調整する効果を有する。この有機充填粒子は、例えば球状をなす。球状の有機充填粒子は、例えば平均径が1〜１０μｍであることが好ましい。
【００３６】
前記有機充填粒子の体積分率が３０体積％を超えると、減衰率が大きくなる傾向があり、さらに強度が低下し、加工性が低下する虞がある。より好ましい有機物充填粒子のシリコーン樹脂マトリックスに対する分散量は、１０体積％以下である。
【００３７】
図４に示す音響整合層７3は、シリコーン樹脂含有混合物のマトリックス１１に密度６ｇ／ｃｍ3以下の無機充填材（例えば球状の酸化珪素粒子１３および無機繊維１４）が１０体積％以下分散された構造を有する。このような音響整合層は、２５℃、５ＭＨｚで測定される減衰率を５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以下、減衰率と音速の積（減衰性能指数）を９００（単位：ｍ／ｓ・ｄＢ／ｍｍ／ＭＨｚ）以下の特性に容易に制御することが可能になる。また、無機充填材が添加された音響整合層は、無添加の音響整合層に比べて加工強度、接着性、耐熱性を効果的に改善することが可能になる。
【００３８】
前記無機充填材は、例えば粉末状または繊維状の形態を有する。これらの形態の無機充填材は、単独または混合物として前記シリコーン樹脂含有混合物に含有させることができる。
【００３９】
前記粉末状無機充填材としては、例えば酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、アエロジルシリカのようなシリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末または窒化ボロン粉末等を挙げることができる。粉末状無機充填材は、単独または混合物の形態で用いることができる。粉末状無機充填材は、０．５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下の平均粒径を有することが望ましい。このような微細な粉末状無機充填材がシリコーン樹脂含有混合物にさらに分散された最上層の音響整合層７3は、減衰率を低く保ったまま優れた加工性を得ることが可能になる。
【００４０】
前記繊維状無機充填材としては、例えば炭素繊維、炭化珪素繊維、酸化亜鉛繊維、アルミナ繊維またはガラス繊維等を挙げることができる。繊維状無機充填材は、単独または混合物の形態で用いることができる。
【００４１】
前記繊維状無機充填材は、特にガラス繊維が好ましい。ガラス繊維としては、例えば石英ガラス繊維、ソーダガラス繊維などを用いることができる。また、導電性の炭素繊維を用いることもできる。炭素繊維としては、例えばピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維のような種々のグレードのものを用いることができる。炭素繊維は、この他にカーボンナノチューブを用いることができる。なお、繊維状無機充填材は１種類の材料から作られるものに限らず、例えば炭素繊維の表面に樹脂を被覆したりしてもよい。
【００４２】
前記繊維状無機充填材は、直径が１０μｍ以下で長さが直径の５倍以上であることが好ましい。このような寸法の繊維状無機充填材を含む音響整合層は、少ない配合量にて５ＭＨｚで測定される減衰率を容易に５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以下にすることが可能になり、超音波信号を音響整合層で劣化させずに送受信することが可能になる。また、前記音響整合層は、ダイシング処理時に必要とされる充分な強度が付与される。さらに、前記音響整合層は耐熱性およびダイシング処理時の加工性をより高めることが可能になる。特に、直径５μｍ以下の繊維状無機充填材を用いることによって、その減衰率がさらに低下された音響整合層を実現できる。長さが径の２０倍以上の繊維状無機充填材を用いることによって、耐熱性および加工性がより一層向上された音響整合層を実現できる。
【００４３】
前記無機充填材のシリコーン樹脂含有混合物のマトリックスに対する分散量が１０体積％を超えると、超音波の減衰率が急激に大きくなるために結果として音響インピーダンスの値が２．５ＭＲａｙｌｓを超えて低音響インピーダンスの音響整合層が得られなくなる虞がある。より好ましい無機充填材のシリコーン樹脂含有混合物のマトリックスに対する分散量は、２〜５体積％である。
【００４４】
なお、前記無機充填材は前記有機充填粒子と共にシリコーン樹脂含有混合物に添加してもよい。
【００４５】
前記音響整合層は、３層の積層構造を有する場合において、前述した最上層の音響整合層７3以外の音響整合層、すなわち前記圧電素子６と接する下層の音響整合層（第１音響整合層７1）は音響インピーダンスが２５℃にて１０〜１５ＭＲａｙｌｓ、中間の音響整合層（第２音響整合層７2）は音響インピーダンスが２５℃にて２．７〜８ＭＲａｙｌｓ、であることが好ましい。このような３層の積層構造を有する音響整合層において、これらの音響整合層の厚さは音速により変化する。最上層の音響整合層７3の厚さは、λ／４（λは超音波の波長）が標準的であり、その厚さは３０〜２００μｍであることが好ましい。
【００４６】
次に、このような音響整合層の作製方法を説明する。
【００４７】
まず、例えば液状の２液性シリコーン樹脂を所定の割合で秤量し、十分に混合する。つづいて、この混合物をポリエチレン製の容器に入れ、脱泡を行い、室温から８５℃で２時間、１２５℃、２時間で硬化させることにより音響整合層を作製する。
【００４８】
なお、前記音響整合層の作製に際し、前述した有機充填粒子および無機充填材から選ばれる少なくとも一つの充填材を配合してもよい。この充填材のうち、繊維状無機充填材は前記混合物を硬化させる前に例えば真空含浸させることが好ましい。前記混合物の粘性が高い場合にはノルマルヘキサンやトルエンなどの有機溶剤を用いて粘性を低下させてもよい。
【００４９】
次に、実施形態に係る超音波プローブの製造方法を説明する。
【００５０】
まず、バッキング上に上述した圧電素子、第１音響整合層、第２音響整合層、第３音響整合層をこの順に、例えばこれらの部材間に低粘性のエポキシ樹脂系接着剤をそれぞれ介在させて、積層させる。つづいて、前記積層物を例えば１２０℃で１時間程度加熱し、前記各エポキシ樹脂系接着剤を硬化させることによりバッキングと圧電素子、圧電素子と第１音響整合層、第１音響整合層と第２音響整合層、第２音響整合層と第３音響整合層をエそれぞれ接着、固定させる。
【００５１】
次いで、前記第３音響整合層からバッキングに向かって例えばダイシングブレードにて例えば５０〜２００μｍの幅（ピッチ）でダイシング処理してアレイ状に複数分割し、圧電素子および第１、第２および第３音響整合層を有する複数のチャンネルを形成する。この時、前記バッキング表層に前記複数のチャンネルのスペースに対応して溝が形成される。ひきつづき、必要に応じて各チャンネル間のスペースに例えば低音響インピーダンス、高減衰性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して各チャンネルの機械的な強度を保持する。その後、各チャンネルの第３音響整合層に音響レンズをシリコーンゴム系接着層で接着固定し、バッキング、複数のチャンネルおよび音響レンズをケース内に収納して超音波プローブを製造する。
【００５２】
実施形態に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置を図５を参照して説明する。
【００５３】
対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物からの反射信号（エコー信号）を受信して対象物を画像化する医療用の超音波診断装置（または超音波画像検査装置）は、超音波信号送受信機能を有するアレイ式超音波プローブを備えている。この超音波プローブは、前述した図１〜図２に示す構造を有する。この超音波プローブ１は、ケーブル２１を通して超音波診断装置本体２２に接続されている。超音波診断装置本体２２内には超音波プローブの超音波信号の送信、受信処理等を行う図示しない超音波プローブ制御器、及び、ディスプレイ２３等が設けられている。
【００５４】
以上説明した実施形態に係るアレイ式超音波プローブは、スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネルと、これらのチャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキングと、前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズとを具備し、前記最上層の音響整合層はシリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することによって、以下のような効果を奏する。
【００５５】
（１）前記最上層の音響整合層は、低減衰率でかつ適切な音響インピーダンスを有するため、超音波のエネルギーを効果的に送受信できる高性能のアレイ式超音波プローブを提供できる。
【００５６】
（２）前記最上層の音響整合層は、ダイシング加工性に優れているため、例えばダイヤモンドソーによるダイシング処理によって目的とする幅を持つチャンネルを精密に形成することが可能になる。その結果、チャンネル間のクロストークを低減できるため、高解像度のアレイ式超音波プローブを実現できる。
【００５７】
（３）前記最上層の音響整合層は、耐熱性に優れ、かつ上下層（音響レンズおよび下層の音響整合層）との間に介在されるシリコーン系接着剤層、エポキシ系接着剤層に対して高い接着性を有するため、超音波エネルギーの吸収、減衰に伴う音響整合層の加熱、機械的な圧力が加わっても、音響レンズと最上層の音響整合層の間、最上層の音響整合層とその下の音響整合層との間での剥離を防止できる。その結果、チャンネル間での感度が均一な高い長期信頼性を有するアレイ式超音波プローブを提供できる。
【００５８】
特に、前記シリコーン樹脂マトリックス中にシリカ粉末のような密度６ｇ／ｃｍ3以下の粉末状無機充填材が１０体積％以下で分散した形態の最上層の音響整合層は、エポキシ系接着剤との接着性およびダイシング処理時の加工性をより向上させることが可能になる。
【００５９】
また、ガラス繊維のような繊維状無機充填材を用いることによって、減衰率の増加を抑制できると共に、ダイシング処理時の加工性および機械的強度をより一層向上できる。
【００６０】
さらに、前記音響レンズとの熱膨張係数差が５０ｐｐｍ／℃以下である最上層の音響整合層は、駆動時に発生する熱が繰り返し加わっても、剥離が生じ難く、信頼性の高い超音波プローブを得ることができる。
【００６１】
実施形態に係る超音波診断装置は、クロストークが小さく、高性能、高信頼性のアレイ式超音波プローブを備えるため、断層像の画質向上および感度向上を達成できる。
【００６２】
以下，本発明の実施例をさらに詳細に説明する。
【００６３】
（実施例１）
２液状のシリコーン樹脂である信越化学工業社製のＳＣＲ１０１１樹脂ＡとＳＣＲ１０１１樹脂Ｂを１００：１００の重量比で正確に秤量した。このシリコーン樹脂系混合物をポリエチレンの容器に入れ、回転式のミキサーで３分間、攪拌し均一に混合した。この液状樹脂を真空容器で１０分間脱泡した後、テフロン（登録商標）からなる容器に入れた。つづいて、８５℃、１時間の予備硬化した後、１２５℃で２時間の本硬化を行ってシリコーン樹脂含有混合物からなる第３音響整合層用素材を作製した。
【００６４】
実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物（第３音響整合層用素材）について下記条件で熱重量分析装置／示差熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ；thermogravimetric analyzer／differential thermal analyzer）を行ってＴＧ／ＤＴＡ曲線を測定した。また同シリコーン樹脂硬化物について下記条件でフーリェ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ；Fourier transform infrared spectrophotometer）で分析したＦＴＩＲスペクトルを測定した。ＴＧ／ＤＴＡ曲線を図６に、ＦＴＩＲスペクトルを図７に示す。
【００６５】
＜ＴＧ／ＤＴＡの条件＞
使用装置 ：エスアイアイ・ナノテクノロジー社製のＴＧ／ＤＴＡ３２０Ｕ
加熱条件 ：室温から６００℃までを２０℃／minで昇温
雰囲気ガス ：空気の気流（２００ｍＬ／min）
リファレンス：サファイア ９．６ｍｇ
試料採取量 ：１０ｍｇ
＜ＦＴＩＲの分析条件＞
使用装置：バリアンテクノロジーズジャパン社製のＦＴＳ−６０００／ＵＭＡ５００
検出器 ：ＭＣＴ
積算回数：２００回
測定法 ：全反射測定（ＡＴＲ：Attenuation Total Reflection）法
なお、比較のために汎用シリコーン樹脂（モメンティブ・パーフォーマンス・マテェリアル社［旧名：ＧＥ東芝シリコン社］製；ＴＳＥ３０３２）の硬化物について同様な条件でＴＧ／ＤＴＡ曲線およびＦＴＩＲスペクトルを測定した。ＴＧ／ＤＴＡ曲線を図８に、ＦＴＩＲスペクトルを図９に示す。
【００６６】
図６、図８から明らかなように実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物は、汎用シリコーン樹脂硬化物に比べて２段階目の分解開始温度が高く、重量減少においても汎用シリコーン樹脂硬化物に比べて１０％程度の差が見られた。
【００６７】
また、実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物は、図７に示すように汎用シリコーン樹脂硬化物（図９）では現われない、ベンゼン核由来の吸収帯であるベンゼン核のＣ−Ｈ伸縮振動（矢印Ａに示す）およびベンゼン核のＣ−Ｈ面外変角振動（矢印Ｂに示す）が現れる。
【００６８】
（実施例２〜９）
下記表１に示すように２液状のシリコーン樹脂（シリコーン樹脂系混合物）として信越化学工業社製のＳＣＲ１０１２、ＳＣＲ１０１１、ＳＣＲ１００４を用いて実施例１と同様な方法により第３音響整合層用素材をそれぞれ作製した。これらの素材の中で、いくつかに所定の充填材を分散させた。充填材としては、平均径が３μｍのシリコーンゴム粒子、平均径が１０μｍのエポキシ樹脂粒子、平均径が２０ｎｍの粉末状酸化珪素、平均径が３０ｎｍの粉末状酸化亜鉛、平均径が５０ｎｍの粉末状酸化チタン、平均径が５μｍ、平均長さが１００μｍの繊維状ガラス、平均径が７μｍ、平均長さが１００μｍの繊維状炭素を用いた。
【００６９】
（実施例１０，１１、比較例１〜６）
下記表２に示すように２液状のシリコーン樹脂含有混合物（シリコーン樹脂系混合物）として信越化学工業社製のＳＣＲ１０１１、ＳＣＲ１０１２、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリエチレン、高硬度シリコーン樹脂（信越シリコーン社製商品名；ＫＥＲ２５００）および（モメンティブ・パーフォーマンス・マテイリアル社［旧名：ＧＥ東芝シリコン社］製商品名；ＩＶＳＭ４５００）をベース樹脂として用い、実施例１と同様な方法により第３音響整合層用素材をそれぞれ作製した。これらの素材の中で、いくつかに所定の充填材を分散させた。充填材としては、平均径が３μｍのシリコーンゴム粒子、平均径が２０ｎｍの粉末状酸化珪素、平均径が１００ｎｍの粉末状アルミナ、平均径が５μｍ、平均長さが１００μｍの繊維状酸化珪素を用いた。
【００７０】
得られた実施例１〜１０、および比較例１〜６の第３音響整合層用素材について、密度、音速、音響インピーダンス（Ｚ）、減衰率、加工性、耐熱性および接着性を以下の方法に評価した。
【００７１】
１）密度
密度は、前記第３音響整合層用素材を研磨加工して得られた５０ｍｍ径×３ｍｍ厚さの円板状音響特性評価用サンプルを用いて求めた。密度の測定は２５℃のサンプルの空中及び水中重量を測定し、アルキメデス法にて行った。
【００７２】
２）音速および減衰率
前記第３音響整合層用素材を研磨加工して得られた５０ｍｍ径×３ｍｍ厚さの円板状音響特性評価用サンプルを用いて、水中２５℃で５ＭＨｚの測定用プローブを用いて、音速、減衰率を測定した。水中に静置されたステンレス板、及び静置されたサンプルに超音波プローブから送信し、その反射エコーを測定した。
【００７３】
サンプルの有無による反射エコーの時間差とサンプル厚みから音速を求めた。音速（Ｃ）の算出は各温度における水の音速を基準として、水とサンプルの透過波形の時間差を利用し、以下の式を用いて算出した。
【００７４】
Ｃ＝Ｃ0／［Ｌ−Ｃ0（Δt／ｄ）］
ここで、Ｃ0は水の音速、Ｌは超音波プローブとサンプル（被測定物）の距離、ｄは試料の厚み、Δtは水と試料の透過波形の最初のピークを越した後のゼロクロス点の時間差を示す。
【００７５】
減衰率は、同様に水温２５℃においてサンプルの有無による反射エコーの強度差とサンプル厚みから所定の方法で減衰率を求めた。
【００７６】
３）音響インピーダンス（Ｚ）
Zは、測定した密度と音速の積として求めた。
【００７７】
４）シュア硬度
ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準じ、ヂュロメータタイプＤを用いて２５℃にて求めた。
【００７８】
５）加工性
クロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上にＰＺＴ圧電素子および前記第３音響整合層用素材を研磨加工して得られた１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの加工性評価用サンプルをこの順序でエポキシ樹脂接着剤を介して積層し、この積層物を厚さ５０μｍのダイヤモンドブレードを用いて１００μｍのピッチ、バッキングへの深さが２００μｍになるように切り込み、さらに９０度回転させ、再び１００μｍのピッチ、バッキングへの深さが２００μｍになるように切り込んだ。切り込み後の残存部分（５０μｍ×５０μｍ角）を顕微鏡で観察した。この観察において、加工性評価用サンプル（第３音響整合層）の倒れ、直線性から加工性を評価した。
【００７９】
加工性の判定は、
・残存した５０μｍ角の片が全く問題ない場合：Ａ、
・残存した５０μｍ角の片に２％以下の不良が認められた場合：Ｂ、
・残存した５０μｍ角の片に１０％以下の不良が認められた場合：Ｃ、
・残存した５０μｍ角の片に１０％を越える不良が認められた場合：Ｄ、
と４段階とした。
【００８０】
６）耐熱性
前記第３音響整合層用素材を研磨加工して幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのサンプルを得た。このサンプルをＪＩＳ−Ｃ６４７１ ８．１の方法に従ってガラスエポキシ基板（ＦＲ４）にエポキシ接着剤を用いて貼り付け、６０℃で２４時間、ひきつづき１２５℃で１時間硬化させた後、テンシロン型引っ張り試験機にて３０ｃｍ／分の速度で引張って引張りせん断強度を求めた。なお、試験は１０枚のサンプルを対象にしてそれらの平均値とした。
【００８１】
耐熱性の判定は、
・熱処理後のせん断強度が２．０Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ａ、
・熱処理後のせん断強度が１．５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｂ、
・熱処理後のせん断強度が１．０Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｃ、
・熱処理後のせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｄ、
・熱処理後のせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ2未満の場合：Ｅ、
と５段階とした。
【００８２】
７）接着性
第３音響整合層用素材を研磨加工して幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのサンプルを得た。このサンプルをＪＩＳ−Ｃ６４７１ ８．１の方法に従って音響レンズ材料である密度１．５ｇ／ｃｍ3、厚さ５ｍｍのシリコーンゴム板（裏面に厚さ５ｍｍのアルミニウム板が貼り付けられている）にシリコーンゴム系接着剤；セメダインスーパーＸ Ｎｏ．８００８クリア（登録商標）を用いて貼り付け、６０℃で７２時間硬化させた。その後にヒートサイクル装置に入れ、−２５℃と＋８５℃のヒートサイクルを１００回行い、その後にテンシロン型引張り試験機にて３０ｃｍ／分の速度で引張って剥離強度を求めた。なお、試験は１０枚の試験片を対象にしてそれらの平均値とした。
【００８３】
接着性の判定は、
・熱処理後の剥離強度が１．０Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ａ、
・熱処理後の剥離強度が０．７５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｂ、
・熱処理後の剥離強度が０．５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｃ、
・熱処理後の剥離強度が０．３Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｄ、
・熱処理後の剥離強度が０．３Ｎ／ｍｍ2未満の場合：Ｅ、
と５段階とした。
【００８４】
これらの結果を下記表３に示す。なお、下記表３には各音響整合層のショア硬度Ｄを併記した。
【００８５】
また、実施例１および比較例１−５の第３音響整合層用素材における音響インピーダンスとショア硬度Ｄの関係を図１０、各第３音響整合層用素材における音響インピーダンスと減衰率の関係を図１１に示す。
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
前記表１〜表３および図１０、図１１から明らかなように実施例１〜１０の第３音響整合層は、Zが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓと低Ｚにも拘らず、低減衰率で、かつ優れた加工性、接着性を有することがわかる。
【００８９】
これに対し、比較例１〜６の第３音響整合層は、減衰率が大きいか、または加工性、接着性のいずれかが劣り、これらの特性を全て満足するものではないことがわかる。
【００９０】
このような実施例１〜１０の第３音響整合層を有するアレイ式超音波プローブは、超音波のエネルギーを効果的に送受信でき、チャンネル間での感度が均一で、かつチャンネル間のクロストークを低減でき、高解像度性、長期信頼性を有するものであった。
【００９１】
すなわち、音響インピーダンス（Ｚ）が４ＭＲａｙｌｓのクロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上に厚さ４００μｍの圧電素子、厚さ４２０μｍ、Ｚが１２ＭＲａｙｌｓのホウケイ酸ガラスからなる第１音響整合層、厚さ２００μｍ、Ｚが５．０ＭＲａｙｌｓのエポキシ樹脂に酸化亜鉛粉末を２０体積％添加した第２音響整合層および厚さ１５０μｍ、Ｚが２．２９ＭＲａｙｌｓを持つ前記実施例３と同組成の第３音響整合層をこの順序で、かつそれらの間にエポキシ樹脂系接着剤を介在し重ねた後、１２０℃で１時間程度、加圧しながら加熱硬化させることにそれら部材を相互に接着した。なお、前記圧電素子はＰＺＴ系圧電セラミックスからなる圧電体の両面にＮｉからなる第１、第２の電極を形成したものを用いた。つづいて、前記第３音響整合層からバッキングに向かって幅５０μｍのダイヤモンドブレードにより幅２００μｍ、バッキングへの切り込み深さ２００μｍになるようにダイシング処理した。このダイシングにより２００μｍ×２列を１チャンネルとし、合計２００チャンネルを形成した。ひきつづき、各チャンネル間のスペースに液状シリコーンゴムを充填し、１２５℃にて１時間で硬化させた。各チャンネル上にシリコーンゴムからなるＺが１．５ＭＲａｙｌｓの音響レンズを変性シリコーンゴム系接着剤で固定した。最後に、バッキング、複数のチャンネルおよび音響レンズをケース（筐体）内に収納し、このケース内に前記各チャンネルの圧電素子の駆動タイミングを制御する制御回路および圧電素子に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信号処理回路を内蔵することにより３．５ＭＨｚのアレイ式超音波プローブを組み立てた。
【００９２】
また、音響インピーダンス（Ｚ）が４ＭＲａｙｌｓのクロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上に厚さ４００μｍの圧電素子、厚さ４８０μｍ、Ｚが１９ＭＲａｙｌｓの単結晶シリコンからなる第１音響整合層、厚さ４００μｍ、Ｚが１０ＭＲａｙｌｓのボロンシリカガラスからなる第２音響整合層、厚さ２５０μｍ、Ｚが４．０ＭＲａｙｌｓのガラスエポキシ樹脂からなる第３整合層、およびＺが２．１１ＭＲａｙｌｓを持つ前記実施例８と同組成の第４音響整合層をこの順序で、かつそれらの間にエポキシ樹脂系接着剤を介在し重ねた後、１２０℃で１時間程度、加圧しながら加熱硬化させることにそれら部材を相互に接着した。なお、前記圧電素子はＰＺＴ系圧電セラミックスからなる圧電体の両面にＮｉからなる第１、第２の電極を形成したものを用いた。つづいて、前記第４音響整合層からバッキングに向かって幅５０μｍのダイヤモンドブレードにより幅２００μｍ、バッキングへの切り込み深さ２００μｍになるようにダイシング処理した。このダイシングにより２００μｍ×２列を１チャンネルとし、合計２００チャンネルを形成した。ひきつづき、各チャンネル間のスペースに液状シリコーンゴムを充填し、８５℃にて１時間で硬化させた。各チャンネル上にシリコーンゴムからなるＺが１．５ＭＲａｙｌｓの音響レンズを変性シリコーンゴム系接着剤で固定した。最後に、バッキング、複数のチャンネルおよび音響レンズをケース（筐体）内に収納し、このケース内に前記各チャンネルの圧電素子の駆動タイミングを制御する制御回路および圧電素子に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信号処理回路を内蔵することにより３．５ＭＨｚのアレイ式超音波プローブを組み立てた。
【００９３】
これらのアレイ式超音波プローブを画像診断装置に接続してその特性を評価したところ、従来品と比べて良好な画像が得られた。
【００９４】
さらにこのアレイ式超音波プローブを−２５℃と８５℃のヒートサイクル試験機に入れ、１００サイクル試験前後に画像を確認したがチャンネル不良や画質低下の減少は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブの要部斜視図。
【図２】図１の超音波プローブの要部断面図。
【図３】本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブに組み込まれる第３音響整合層の断面を模式的に示す図。
【図４】本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブに組み込まれる別の第３音響整合層の断面を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る超音波診断装置を示す概略図。
【図６】実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物（第３音響整合層用素材）のＴＧ／ＤＴＡ曲線。
【図７】実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物（第３音響整合層用素材）のＦＴＩＲスペクトル。
【図８】汎用シリコーン樹脂硬化物のＴＧ／ＤＴＡ曲線。
【図９】汎用シリコーン樹脂硬化物のＦＴＩＲスペクトル。
【図１０】実施例１および比較例１−５の第３音響整合層用素材における音響インピーダンスとショア硬度Ｄの関係を示す図。
【図１１】実施例１および比較例１−５の第３音響整合層用素材における音響インピーダンスと減衰率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００９６】
１…アレイ式超音波プローブ、２…バッキング、３…チャンネル、４…スペース、６…圧電素子、７1…第1音響整合層、７2…第２音響整合層、７3…第３音響整合層（最上層の音響整合層）、１０…音響レンズ、１１…シリコーン樹脂マトリックス、１２…有機充填粒子、１３…酸化珪素粒子、１４…無機繊維、２１…ケーブル、２２…超音波診断装置本体、２３…ディスプレイ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体等に超音波信号を送受信するアレイ式超音波プローブおよびこのアレイ式超音波プローブを有する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用の超音波診断装置や超音波画像検査装置は、対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物内からの反射信号（エコー信号）を受信して対象物内を画像化するものである。この医療用の超音波診断装置や超音波画像検査装置は、超音波信号送受信機能を有する電子操作式のアレイ式超音波プローブが主に用いられている。
【０００３】
アレイ式超音波プローブは、バッキングと、このバッキング上に接着され、所望のスペースをあけてアレイ状に配列された複数のチャンネルと、このチャンネル上に接着された音響レンズとを備えた構造を有する。前記複数のチャンネルは、それぞれ前記バッキング上に形成され、例えばジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミク材料やリラクサ系単結晶材料からなる圧電体の両面に電極を貼り付けた構造の圧電素子と、この圧電素子上に形成される音響整合層とを備える。なお、前記バッキングには前記各チャンネルのスペースに対応して溝が形成されている場合もある。
【０００４】
このようなアレイ式超音波プローブは、診断時に前記音響レンズ側を被検体に当接させて各チャンネルの圧電素子を駆動させることにより、圧電素子前面から超音波信号を被検体内、つまり人体に送信する。この超音波信号は、圧電素子の駆動タイミングによる電子フォーカスおよび音響レンズによるフォーカスにより被検体内の所要位置に集束される。この時、圧電素子の駆動タイミングを制御することにより被検体内の所要範囲に超音波信号を送信することができ、被検体からのエコー信号を受信処理することにより前記所要範囲の超音波画像（断層像）が得られる。前記超音波プローブの圧電素子の駆動において、その圧電素子の背面側にも超音波信号が放出される。このため、各チャンネルの圧電素子の背面にバッキングを配置し、背面側への超音波信号をこのバッキングで吸収（減衰）して正規の超音波信号が背面側からの超音波信号（反射信号）と共に被検体内に送信される悪影響を回避している。
【０００５】
従来、前記音響整合層は１層構造、２層構造または３層以上の多層傾斜構造のもの知られている。特に、最近では広帯域化のために３層以上の音響整合層が好適に用いられている（非特許文献１参照）。
【０００６】
一方、特許文献１には超音波プローブの一般的な製造方法が開示されている。すなわち、ＰＺＴのような圧電材料からなる圧電体の両面に電極を形成した圧電素子をバッキングであるゴム板に貼り付け、更に、前記圧電素子上に音響整合層を接着して積層体とする。この接着工程において、８０〜１５０℃の加熱処理を施して接着剤層を硬化する場合がある。このため、前記音響整合層は耐熱性を有することが重要である。続いて、前記積層体を音響整合層側からダイサーで幅を５０〜３００μｍ程度にアレイ切断して複数のチャンネルを形成する。音響整合層をアレイ切断することにより、各チャンネル間のクロストークを防止している。このため、音響整合層のアレイ切断において高いダイシング加工性を有することが重要である。ひきつづき、前記各チャンネル間のダンシング溝に例えば低音響インピーダンス、高減衰性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して機械的な強度を保持する。この後、複数のチャンネルの音響整合層の上に音響レンズを接着することにより超音波プローブを製造する。
【０００７】
前記音響レンズは、シリコーンゴムに無機充填物を添加した混合材料で構成され、音響インピーダンスが室温２５℃において１．３〜１．７ＭＲａｙｌｓの材料が用いられる。これらの音響レンズの熱膨張係数は室温から４０℃の範囲では約２００ｐｐｍ／℃である。音響整合層と音響レンズとの接着には、シリコーンゴム系の接着剤や変性シリコーンゴム系の接着剤が用いられている。
【０００８】
このようなアレイ式超音波プローブの駆動時において、複数のチャンネルの圧電素子から放射された超音波エネルギーは音響整合層および音響レンズに吸収、減衰される。このとき、超音波エネルギーの一部は熱に変換されるため、例えば循環器用超音波プローブではその音響整合層の温度が６０℃以上となることもある。さらに、超音波プローブは使用中に相当の圧力が音響レンズを通して音響整合層にも常時、印加される。これらの熱影響による音響レンズと音響整合層の間の熱膨張差および機械的な圧力の要因によって、音響レンズと最上層の音響整合層の間、最上層の音響整合層とその下の音響整合層との間において剥離が生じる場合がある。その結果、超音波プローブ内での感度のばらつきを生じて信頼性を低下させる。甚だしい場合は、超音波プローブの機能が停止する。これらの現象は特にエポキシ樹脂を最上部の音響整合層材料として用いる場合に音響レンズであるシリコーンゴムとの熱膨張係数の差が１５０ｐｐｍ／℃以上にも及ぶために深刻な問題となっていた。
【０００９】
また、前記特許文献１には超音波プローブに用いる音響整合層の特性等が具体的に例示されている。例えば、複数の音響整合層のうち、音響レンズと接する最上層の音響整合層は音響インピーダンスが人体の音響インピーダンス（１．４〜１．６ＭＲａｙｌｓ）により近い材料が用いられることが記載されている。
【００１０】
前述した音響整合層は、従来、ポリウレタンゴム、ポリエチレン、シリコーンゴム、エポキシ樹脂をベースとする材料が用いられている。具体的には、特許文献２には超音波探触子内部の発熱体から体表に伝わる熱の量を低減するために解決手段として圧電素子と生体表面との間に設けられる音響整合層のうちの少なくとも一つを低熱伝導性が良好な低熱伝導性音響整合層を用いることが開示されている。この低熱伝導性音響整合層は、エポキシ樹脂等からなる基材の中に、シリコーン樹脂のような熱伝導性の低い材料からなる低熱伝導性微粒子を添加・分散して形成することが記載されている。また、非特許文献２、３にはポリウレタン樹脂にポリエチレン繊維または炭素繊維を充填した構造の音響整合層が開示されている。しかしながら、これらの材料は音響整合層として要求される低減衰率で、ダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性,音響レンズとの熱膨張係数の一致などの特性に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを全て満たすものではない。
【００１１】
特許文献３には、高硬度の超音波プローブ用音響レンズ材料が開示されている。この特許文献３の表IIにはトリメチルシロキシメタクリロキシプロピルシラン（Trimethylsiloxy methacryloxypropylsilan:TRIS）の音速が１６５０ｍ／ｓ前後であることが示されている。しかしながら、この音響レンズ材料を音響整合層に適用できる旨は記載もされておらず、示唆もされていない。また、特許文献３に記載されているメチルメタアクリレート（実施例Ｉ）、テトラブチルスチレン（実施例II）の材料を適用しても、音響整合層としての所望の音速、減衰率、音響インピーダンスなどの音響特性、それに加えて、音響整合層としての加工性、耐熱性、上下層との接着性、音響レンズとの熱膨張係数の一致等には優れていない。
【００１２】
また、特許文献４及び５にはLaser Emission Diode（ＬＥＤ）に用いられる高硬度のシリコーン樹脂を含む材料が示されている。しかしながら、これらのＬＥＤ用シリコーン材料の音速、減衰率、音響インピーダンスなどの音響特性の情報は開示されておらず、超音波プローブへの応用などにも言及されていない。
【特許文献１】特開２００５−１９８２６１号公報
【特許文献２】特開平１０−７５９５３号公報
【特許文献３】米国特許第５,５０５,２０５号明細書
【特許文献４】特開２００４−３３９４８２号公報
【特許文献５】特開２００５−２７２６９７号公報
【非特許文献１】T.Inoue et al., IEEE,UFFC, vol.34 No.1,1987,pp.8-15
【非特許文献２】Toshio Kondo and Hiroyuki Fujimoto, Proceedings 2003 IEEE Ultrasonic Symposium p.1318-1321.
【非特許文献３】Toshio Kondo, Mitsuyoshi Kitatuji and Mikio Izumi , Proceedings, 2004 IEEE Ultrasonic Symposium p.1659-1662.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、３層以上の音響整合層のうち、低減衰率でダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性、音響レンズとの熱膨張係数の一致に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを有する最上層の音響整合層を備えたアレイ式超音波プローブを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、前記アレイ式超音波プローブを備えた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によると、スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネル；
前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキング；および
前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズ；
を具備し、
前記最上層の音響整合層は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブが提供される。
【００１６】
また本発明によると、前述した構成のアレイ式超音波プローブと、
前記超音波プローブにケーブルを通して接続された超音波プローブ制御器と
を具備したことを特徴とする超音波診断装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、３層以上の音響整合層のうち、低減衰率でダイシング加工性、耐熱性、上下層との接着性、熱膨張係数の一致に優れ、かつ適切な音響インピーダンスを有する最上層の音響整合層を備え、クロスカップリングの小さい高性能、高信頼性のアレイ式超音波プローブを提供することができる。
【００１８】
また、本発明によればクロストークが小さく、高性能、高信頼性のアレイ式超音波プローブが組み込まれ、断層像の画質向上および感度向上が達成された超音波診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブおよび超音波診断装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、実施形態に係るアレイ式超音波プローブの要部斜視図、図２は図１のアレイ式超音波プローブの部分断面図である。
【００２１】
アレイ式超音波プローブ１は、バッキング２を備えている。複数のチャンネル３は、前記バッキング２上に所望のスペース４をあけて配列されている。前記バッキング２には、前記複数のチャンネル３間のスペース４に対応して溝５がそれぞれ形成されている。なお、前記各チャンネル３間のスペース４には例えば低音響インピーダンス、高減衰性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して機械的な強度を保持してもよい。この樹脂は、前記スペース３のみならずその下のバッキング２の溝５にも充填してもよい。
【００２２】
前記各チャンネル３は、圧電素子６と、この圧電素子６上に形成された３層以上、例えば３層の音響整合層、すなわち第１〜第３の音響整合層７1〜７3とを有する。前記圧電素子６は、図２に示すように例えばジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミック材料やリラクサ系単結晶材料からなる圧電体８と、この圧電体８の両面に形成された第１、第２の電極９1，９2とから構成されている。前記圧電素子６の第１電極９1は、前記バッキング２上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。前記第１音響整合層７1は、前記圧電素子６の第２電極９2上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。前記第２音響整合層７2は、前記第１音響整合層７1上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。前記第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、前記第２音響整合層７2上に例えばエポキシ樹脂系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。
【００２３】
音響レンズ１０は、前記チャンネル３の最上層の第３音響整合層７3表面から第３、第２、第１の音響整合層７3，７2，７1の側面、圧電素子６側面および圧電素子６近傍に位置するバッキング２の側面部分を覆うように形成されている。前記音響レンズ１０は、前記第３音響整合層７3表面とゴム系接着剤層（図示せず）により接着、固定されている。このゴム系接着剤は、２５℃において１．３〜１．８ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有する変性シリコーン系接着剤であることが好ましい。
【００２４】
前記バッキング２、複数のチャンネル３および音響レンズ１０は、図示しないケース（筐体）内に収納されている。このケース内には、前記各チャンネル３の圧電素子６の駆動タイミングを制御する制御回路および圧電素子６に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信号処理回路（図示せず）が内蔵されている。前記圧電素子６の第１、第２の電極９1，９2には、延出された信号線及びアース線（図示せず）が接続されており、音響レンズ１０と反対側のケースから外部に延出され、図示しない制御回路に接続されている。なお、信号線を前記圧電素子６の第２の電極９2に、アース線を、第２の音響整合層７２と第３の音響整合層７３との間にそれぞれ接続してもよい。
【００２５】
このような構成のアレイ式超音波プローブにおいて、各チャンネル３における圧電素子６の第１、第２の電極９1，９2間に電圧を印加して、圧電体８を共振させることにより各チャンネル３の音響整合層（第１〜第３の音響整合層７1，７2，７3）および音響レンズ１０を通して超音波を放射（送信）する。受信時には、音響レンズ１０および各チャンネル３の音響整合層（第１〜第３の音響整合層７1，７2，７3）を通して受信された超音波によって各チャンネル３における圧電素子６の圧電体８を振動させ、この振動を電気的に変換して信号とし、画像を得る。
【００２６】
前記第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが２５℃にて１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有する。ここで、ショア硬度Ｄは例えばＪＩＳ Ｋ ６２５３に準じ、ヂュロメータタイプＤを用いて求められる。この第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、２５℃にて５ＭＨｚで測定される減衰率が５ｄＢ／ｃｍＭＨｚ以下、減衰率と音速の積である減衰性能指数が９００ｍ／ｓ・ｄＢ／ｍｍ／ＭＨｚ以下であることがより好ましい。
【００２７】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、例えばオルガノポリシロキサンとエポキシで終端処理されたシリコーン変性有機レジン化合物を含むシリコーン系混合物との２液系混合物からなる。
【００２８】
ここで、前記オルガノポリシロキサンとしては、例えばオルガノポリシロキサンにメチル基、ビニル基を含む材料が挙げられる。また、前記シリコーン変性有機レジン化合物は、例えばシリコーンレジンと有機レジンとのブロック共重合体で、変性用シリコーン中間体と官能基を有する有機レジンの反応により得られる。有機レジンの種類により各種のシリコーン変性レジンができるが、アルキドシリコーン、エポキシシリコーンが代表的な材料として挙げられる。
【００２９】
前記シリコーン樹脂含有混合物としては、例えば信越化学工業株式会社から市販されているＬＥＤ用シリコーン樹脂含有混合物であるＳＣＲ１００４，ＳＣＲ１０１１，ＳＣＲ１０１２を用いることができる。前記特性のシリコーン樹脂含有混合物としては、さらにダウコーニング社から市販されているＤＥ６６６５を用いることができる。これらのシリコーン樹脂含有混合物の中で、特にＳＣＲ１０１１は減衰率が低いために好適である。
【００３０】
また、前記シリコーン樹脂含有混合物としては例えばオルガノポリシロキサンとアルキルシリコーン化合物を含むシリコーン系混合物との２液系混合物からなるものを用いることもできる。ここで、アルキルシリコーン化合物としては例えば東レダウコーニング社のＳＲ２１０７等が挙げられる。
【００３１】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、フーリェ変換赤外分光光度計の測定で得られたスペクトルにおいて、ベンゼン核のＣ−Ｈ伸縮振動およびベンゼン核のＣ−Ｈ面外変角振動を有することがより好ましい。
【００３２】
前記第３音響整合層（最上層の音響整合層）７3は、前記特性のシリコーン樹脂含有混合物単独から作られても、さらに接着性や加工性、耐熱性を向上させる目的でシリコーン樹脂含有混合物に充填材を添加したものから作られてもよい。
【００３３】
このようなシリコーン樹脂含有混合物に充填材を添加した複合材料からなる最上層の音響整合層７3は、例えば図３、図４に示す構造を有する。
【００３４】
図３に示す音響整合層７3は、シリコーン樹脂含有混合物のマトリックス１１に例えば有機物充填粒子１２が３０体積％以下分散された構造を有する。シリコーン樹脂含有混合物に有機充填粒子を分散させた最上層の音響整合層は、縦波音速が２５℃にて１７５０〜２２００ｍ／ｓの特性を示す。
【００３５】
前記有機充填粒子としては、例えばシリコーンゴム粒子、フッ素樹脂粒子、ウレタンゴム粒子から選ばれる少なくとも１つからなり、単独または混合物の形態で用いることができる。前記有機充填粒子は音速を調整する効果を有する。この有機充填粒子は、例えば球状をなす。球状の有機充填粒子は、例えば平均径が1〜１０μｍであることが好ましい。
【００３６】
前記有機充填粒子の体積分率が３０体積％を超えると、減衰率が大きくなる傾向があり、さらに強度が低下し、加工性が低下する虞がある。より好ましい有機物充填粒子のシリコーン樹脂マトリックスに対する分散量は、１０体積％以下である。
【００３７】
図４に示す音響整合層７3は、シリコーン樹脂含有混合物のマトリックス１１に密度６ｇ／ｃｍ3以下の無機充填材（例えば球状の酸化珪素粒子１３および無機繊維１４）が１０体積％以下分散された構造を有する。このような音響整合層は、２５℃、５ＭＨｚで測定される減衰率を５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以下、減衰率と音速の積（減衰性能指数）を９００（単位：ｍ／ｓ・ｄＢ／ｍｍ／ＭＨｚ）以下の特性に容易に制御することが可能になる。また、無機充填材が添加された音響整合層は、無添加の音響整合層に比べて加工強度、接着性、耐熱性を効果的に改善することが可能になる。
【００３８】
前記無機充填材は、例えば粉末状または繊維状の形態を有する。これらの形態の無機充填材は、単独または混合物として前記シリコーン樹脂含有混合物に含有させることができる。
【００３９】
前記粉末状無機充填材としては、例えば酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、アエロジルシリカのようなシリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末または窒化ボロン粉末等を挙げることができる。粉末状無機充填材は、単独または混合物の形態で用いることができる。粉末状無機充填材は、０．５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下の平均粒径を有することが望ましい。このような微細な粉末状無機充填材がシリコーン樹脂含有混合物にさらに分散された最上層の音響整合層７3は、減衰率を低く保ったまま優れた加工性を得ることが可能になる。
【００４０】
前記繊維状無機充填材としては、例えば炭素繊維、炭化珪素繊維、酸化亜鉛繊維、アルミナ繊維またはガラス繊維等を挙げることができる。繊維状無機充填材は、単独または混合物の形態で用いることができる。
【００４１】
前記繊維状無機充填材は、特にガラス繊維が好ましい。ガラス繊維としては、例えば石英ガラス繊維、ソーダガラス繊維などを用いることができる。また、導電性の炭素繊維を用いることもできる。炭素繊維としては、例えばピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維のような種々のグレードのものを用いることができる。炭素繊維は、この他にカーボンナノチューブを用いることができる。なお、繊維状無機充填材は１種類の材料から作られるものに限らず、例えば炭素繊維の表面に樹脂を被覆したりしてもよい。
【００４２】
前記繊維状無機充填材は、直径が１０μｍ以下で長さが直径の５倍以上であることが好ましい。このような寸法の繊維状無機充填材を含む音響整合層は、少ない配合量にて５ＭＨｚで測定される減衰率を容易に５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以下にすることが可能になり、超音波信号を音響整合層で劣化させずに送受信することが可能になる。また、前記音響整合層は、ダイシング処理時に必要とされる充分な強度が付与される。さらに、前記音響整合層は耐熱性およびダイシング処理時の加工性をより高めることが可能になる。特に、直径５μｍ以下の繊維状無機充填材を用いることによって、その減衰率がさらに低下された音響整合層を実現できる。長さが径の２０倍以上の繊維状無機充填材を用いることによって、耐熱性および加工性がより一層向上された音響整合層を実現できる。
【００４３】
前記無機充填材のシリコーン樹脂含有混合物のマトリックスに対する分散量が１０体積％を超えると、超音波の減衰率が急激に大きくなるために結果として音響インピーダンスの値が２．５ＭＲａｙｌｓを超えて低音響インピーダンスの音響整合層が得られなくなる虞がある。より好ましい無機充填材のシリコーン樹脂含有混合物のマトリックスに対する分散量は、２〜５体積％である。
【００４４】
なお、前記無機充填材は前記有機充填粒子と共にシリコーン樹脂含有混合物に添加してもよい。
【００４５】
前記音響整合層は、３層の積層構造を有する場合において、前述した最上層の音響整合層７3以外の音響整合層、すなわち前記圧電素子６と接する下層の音響整合層（第１音響整合層７1）は音響インピーダンスが２５℃にて１０〜１５ＭＲａｙｌｓ、中間の音響整合層（第２音響整合層７2）は音響インピーダンスが２５℃にて２．７〜８ＭＲａｙｌｓ、であることが好ましい。このような３層の積層構造を有する音響整合層において、これらの音響整合層の厚さは音速により変化する。最上層の音響整合層７3の厚さは、λ／４（λは超音波の波長）が標準的であり、その厚さは３０〜２００μｍであることが好ましい。
【００４６】
次に、このような音響整合層の作製方法を説明する。
【００４７】
まず、例えば液状の２液性シリコーン樹脂を所定の割合で秤量し、十分に混合する。つづいて、この混合物をポリエチレン製の容器に入れ、脱泡を行い、室温から８５℃で２時間、１２５℃、２時間で硬化させることにより音響整合層を作製する。
【００４８】
なお、前記音響整合層の作製に際し、前述した有機充填粒子および無機充填材から選ばれる少なくとも一つの充填材を配合してもよい。この充填材のうち、繊維状無機充填材は前記混合物を硬化させる前に例えば真空含浸させることが好ましい。前記混合物の粘性が高い場合にはノルマルヘキサンやトルエンなどの有機溶剤を用いて粘性を低下させてもよい。
【００４９】
次に、実施形態に係る超音波プローブの製造方法を説明する。
【００５０】
まず、バッキング上に上述した圧電素子、第１音響整合層、第２音響整合層、第３音響整合層をこの順に、例えばこれらの部材間に低粘性のエポキシ樹脂系接着剤をそれぞれ介在させて、積層させる。つづいて、前記積層物を例えば１２０℃で１時間程度加熱し、前記各エポキシ樹脂系接着剤を硬化させることによりバッキングと圧電素子、圧電素子と第１音響整合層、第１音響整合層と第２音響整合層、第２音響整合層と第３音響整合層をエそれぞれ接着、固定させる。
【００５１】
次いで、前記第３音響整合層からバッキングに向かって例えばダイシングブレードにて例えば５０〜２００μｍの幅（ピッチ）でダイシング処理してアレイ状に複数分割し、圧電素子および第１、第２および第３音響整合層を有する複数のチャンネルを形成する。この時、前記バッキング表層に前記複数のチャンネルのスペースに対応して溝が形成される。ひきつづき、必要に応じて各チャンネル間のスペースに例えば低音響インピーダンス、高減衰性のシリコーンゴムのような比較的に柔らかい樹脂を充填して各チャンネルの機械的な強度を保持する。その後、各チャンネルの第３音響整合層に音響レンズをシリコーンゴム系接着層で接着固定し、バッキング、複数のチャンネルおよび音響レンズをケース内に収納して超音波プローブを製造する。
【００５２】
実施形態に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置を図５を参照して説明する。
【００５３】
対象物に対し超音波信号を送信し、その対象物からの反射信号（エコー信号）を受信して対象物を画像化する医療用の超音波診断装置（または超音波画像検査装置）は、超音波信号送受信機能を有するアレイ式超音波プローブを備えている。この超音波プローブは、前述した図１〜図２に示す構造を有する。この超音波プローブ１は、ケーブル２１を通して超音波診断装置本体２２に接続されている。超音波診断装置本体２２内には超音波プローブの超音波信号の送信、受信処理等を行う図示しない超音波プローブ制御器、及び、ディスプレイ２３等が設けられている。
【００５４】
以上説明した実施形態に係るアレイ式超音波プローブは、スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネルと、これらのチャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキングと、前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズとを具備し、前記最上層の音響整合層はシリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することによって、以下のような効果を奏する。
【００５５】
（１）前記最上層の音響整合層は、低減衰率でかつ適切な音響インピーダンスを有するため、超音波のエネルギーを効果的に送受信できる高性能のアレイ式超音波プローブを提供できる。
【００５６】
（２）前記最上層の音響整合層は、ダイシング加工性に優れているため、例えばダイヤモンドソーによるダイシング処理によって目的とする幅を持つチャンネルを精密に形成することが可能になる。その結果、チャンネル間のクロストークを低減できるため、高解像度のアレイ式超音波プローブを実現できる。
【００５７】
（３）前記最上層の音響整合層は、耐熱性に優れ、かつ上下層（音響レンズおよび下層の音響整合層）との間に介在されるシリコーン系接着剤層、エポキシ系接着剤層に対して高い接着性を有するため、超音波エネルギーの吸収、減衰に伴う音響整合層の加熱、機械的な圧力が加わっても、音響レンズと最上層の音響整合層の間、最上層の音響整合層とその下の音響整合層との間での剥離を防止できる。その結果、チャンネル間での感度が均一な高い長期信頼性を有するアレイ式超音波プローブを提供できる。
【００５８】
特に、前記シリコーン樹脂マトリックス中にシリカ粉末のような密度６ｇ／ｃｍ3以下の粉末状無機充填材が１０体積％以下で分散した形態の最上層の音響整合層は、エポキシ系接着剤との接着性およびダイシング処理時の加工性をより向上させることが可能になる。
【００５９】
また、ガラス繊維のような繊維状無機充填材を用いることによって、減衰率の増加を抑制できると共に、ダイシング処理時の加工性および機械的強度をより一層向上できる。
【００６０】
さらに、前記音響レンズとの熱膨張係数差が５０ｐｐｍ／℃以下である最上層の音響整合層は、駆動時に発生する熱が繰り返し加わっても、剥離が生じ難く、信頼性の高い超音波プローブを得ることができる。
【００６１】
実施形態に係る超音波診断装置は、クロストークが小さく、高性能、高信頼性のアレイ式超音波プローブを備えるため、断層像の画質向上および感度向上を達成できる。
【００６２】
以下，本発明の実施例をさらに詳細に説明する。
【００６３】
（実施例１）
２液状のシリコーン樹脂である信越化学工業社製のＳＣＲ１０１１樹脂ＡとＳＣＲ１０１１樹脂Ｂを１００：１００の重量比で正確に秤量した。このシリコーン樹脂系混合物をポリエチレンの容器に入れ、回転式のミキサーで３分間、攪拌し均一に混合した。この液状樹脂を真空容器で１０分間脱泡した後、テフロン（登録商標）からなる容器に入れた。つづいて、８５℃、１時間の予備硬化した後、１２５℃で２時間の本硬化を行ってシリコーン樹脂含有混合物からなる第３音響整合層用素材を作製した。
【００６４】
実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物（第３音響整合層用素材）について下記条件で熱重量分析装置／示差熱分析装置（ＴＧ／ＤＴＡ；thermogravimetric analyzer／differential thermal analyzer）を行ってＴＧ／ＤＴＡ曲線を測定した。また同シリコーン樹脂硬化物について下記条件でフーリェ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ；Fourier transform infrared spectrophotometer）で分析したＦＴＩＲスペクトルを測定した。ＴＧ／ＤＴＡ曲線を図６に、ＦＴＩＲスペクトルを図７に示す。
【００６５】
＜ＴＧ／ＤＴＡの条件＞
使用装置 ：エスアイアイ・ナノテクノロジー社製のＴＧ／ＤＴＡ３２０Ｕ
加熱条件 ：室温から６００℃までを２０℃／minで昇温
雰囲気ガス ：空気の気流（２００ｍＬ／min）
リファレンス：サファイア ９．６ｍｇ
試料採取量 ：１０ｍｇ
＜ＦＴＩＲの分析条件＞
使用装置：バリアンテクノロジーズジャパン社製のＦＴＳ−６０００／ＵＭＡ５００
検出器 ：ＭＣＴ
積算回数：２００回
測定法 ：全反射測定（ＡＴＲ：Attenuation Total Reflection）法
なお、比較のために汎用シリコーン樹脂（モメンティブ・パーフォーマンス・マテェリアル社［旧名：ＧＥ東芝シリコン社］製；ＴＳＥ３０３２）の硬化物について同様な条件でＴＧ／ＤＴＡ曲線およびＦＴＩＲスペクトルを測定した。ＴＧ／ＤＴＡ曲線を図８に、ＦＴＩＲスペクトルを図９に示す。
【００６６】
図６、図８から明らかなように実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物は、汎用シリコーン樹脂硬化物に比べて２段階目の分解開始温度が高く、重量減少においても汎用シリコーン樹脂硬化物に比べて１０％程度の差が見られた。
【００６７】
また、実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物は、図７に示すように汎用シリコーン樹脂硬化物（図９）では現われない、ベンゼン核由来の吸収帯であるベンゼン核のＣ−Ｈ伸縮振動（矢印Ａに示す）およびベンゼン核のＣ−Ｈ面外変角振動（矢印Ｂに示す）が現れる。
【００６８】
（実施例２〜９）
下記表１に示すように２液状のシリコーン樹脂（シリコーン樹脂系混合物）として信越化学工業社製のＳＣＲ１０１２、ＳＣＲ１０１１、ＳＣＲ１００４を用いて実施例１と同様な方法により第３音響整合層用素材をそれぞれ作製した。これらの素材の中で、いくつかに所定の充填材を分散させた。充填材としては、平均径が３μｍのシリコーンゴム粒子、平均径が１０μｍのエポキシ樹脂粒子、平均径が２０ｎｍの粉末状酸化珪素、平均径が３０ｎｍの粉末状酸化亜鉛、平均径が５０ｎｍの粉末状酸化チタン、平均径が５μｍ、平均長さが１００μｍの繊維状ガラス、平均径が７μｍ、平均長さが１００μｍの繊維状炭素を用いた。
【００６９】
（実施例１０，１１、比較例１〜６）
下記表２に示すように２液状のシリコーン樹脂含有混合物（シリコーン樹脂系混合物）として信越化学工業社製のＳＣＲ１０１１、ＳＣＲ１０１２、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、エポキシ樹脂、ポリエチレン、高硬度シリコーン樹脂（信越シリコーン社製商品名；ＫＥＲ２５００）および（モメンティブ・パーフォーマンス・マテイリアル社［旧名：ＧＥ東芝シリコン社］製商品名；ＩＶＳＭ４５００）をベース樹脂として用い、実施例１と同様な方法により第３音響整合層用素材をそれぞれ作製した。これらの素材の中で、いくつかに所定の充填材を分散させた。充填材としては、平均径が３μｍのシリコーンゴム粒子、平均径が２０ｎｍの粉末状酸化珪素、平均径が１００ｎｍの粉末状アルミナ、平均径が５μｍ、平均長さが１００μｍの繊維状酸化珪素を用いた。
【００７０】
得られた実施例１〜１０、および比較例１〜６の第３音響整合層用素材について、密度、音速、音響インピーダンス（Ｚ）、減衰率、加工性、耐熱性および接着性を以下の方法に評価した。
【００７１】
１）密度
密度は、前記第３音響整合層用素材を研磨加工して得られた５０ｍｍ径×３ｍｍ厚さの円板状音響特性評価用サンプルを用いて求めた。密度の測定は２５℃のサンプルの空中及び水中重量を測定し、アルキメデス法にて行った。
【００７２】
２）音速および減衰率
前記第３音響整合層用素材を研磨加工して得られた５０ｍｍ径×３ｍｍ厚さの円板状音響特性評価用サンプルを用いて、水中２５℃で５ＭＨｚの測定用プローブを用いて、音速、減衰率を測定した。水中に静置されたステンレス板、及び静置されたサンプルに超音波プローブから送信し、その反射エコーを測定した。
【００７３】
サンプルの有無による反射エコーの時間差とサンプル厚みから音速を求めた。音速（Ｃ）の算出は各温度における水の音速を基準として、水とサンプルの透過波形の時間差を利用し、以下の式を用いて算出した。
【００７４】
Ｃ＝Ｃ0／［Ｌ−Ｃ0（Δt／ｄ）］
ここで、Ｃ0は水の音速、Ｌは超音波プローブとサンプル（被測定物）の距離、ｄは試料の厚み、Δtは水と試料の透過波形の最初のピークを越した後のゼロクロス点の時間差を示す。
【００７５】
減衰率は、同様に水温２５℃においてサンプルの有無による反射エコーの強度差とサンプル厚みから所定の方法で減衰率を求めた。
【００７６】
３）音響インピーダンス（Ｚ）
Zは、測定した密度と音速の積として求めた。
【００７７】
４）シュア硬度
ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準じ、ヂュロメータタイプＤを用いて２５℃にて求めた。
【００７８】
５）加工性
クロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上にＰＺＴ圧電素子および前記第３音響整合層用素材を研磨加工して得られた１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの加工性評価用サンプルをこの順序でエポキシ樹脂接着剤を介して積層し、この積層物を厚さ５０μｍのダイヤモンドブレードを用いて１００μｍのピッチ、バッキングへの深さが２００μｍになるように切り込み、さらに９０度回転させ、再び１００μｍのピッチ、バッキングへの深さが２００μｍになるように切り込んだ。切り込み後の残存部分（５０μｍ×５０μｍ角）を顕微鏡で観察した。この観察において、加工性評価用サンプル（第３音響整合層）の倒れ、直線性から加工性を評価した。
【００７９】
加工性の判定は、
・残存した５０μｍ角の片が全く問題ない場合：Ａ、
・残存した５０μｍ角の片に２％以下の不良が認められた場合：Ｂ、
・残存した５０μｍ角の片に１０％以下の不良が認められた場合：Ｃ、
・残存した５０μｍ角の片に１０％を越える不良が認められた場合：Ｄ、
と４段階とした。
【００８０】
６）耐熱性
前記第３音響整合層用素材を研磨加工して幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのサンプルを得た。このサンプルをＪＩＳ−Ｃ６４７１ ８．１の方法に従ってガラスエポキシ基板（ＦＲ４）にエポキシ接着剤を用いて貼り付け、６０℃で２４時間、ひきつづき１２５℃で１時間硬化させた後、テンシロン型引っ張り試験機にて３０ｃｍ／分の速度で引張って引張りせん断強度を求めた。なお、試験は１０枚のサンプルを対象にしてそれらの平均値とした。
【００８１】
耐熱性の判定は、
・熱処理後のせん断強度が２．０Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ａ、
・熱処理後のせん断強度が１．５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｂ、
・熱処理後のせん断強度が１．０Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｃ、
・熱処理後のせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｄ、
・熱処理後のせん断強度が０．５Ｎ／ｍｍ2未満の場合：Ｅ、
と５段階とした。
【００８２】
７）接着性
第３音響整合層用素材を研磨加工して幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのサンプルを得た。このサンプルをＪＩＳ−Ｃ６４７１ ８．１の方法に従って音響レンズ材料である密度１．５ｇ／ｃｍ3、厚さ５ｍｍのシリコーンゴム板（裏面に厚さ５ｍｍのアルミニウム板が貼り付けられている）にシリコーンゴム系接着剤；セメダインスーパーＸ Ｎｏ．８００８クリア（登録商標）を用いて貼り付け、６０℃で７２時間硬化させた。その後にヒートサイクル装置に入れ、−２５℃と＋８５℃のヒートサイクルを１００回行い、その後にテンシロン型引張り試験機にて３０ｃｍ／分の速度で引張って剥離強度を求めた。なお、試験は１０枚の試験片を対象にしてそれらの平均値とした。
【００８３】
接着性の判定は、
・熱処理後の剥離強度が１．０Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ａ、
・熱処理後の剥離強度が０．７５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｂ、
・熱処理後の剥離強度が０．５Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｃ、
・熱処理後の剥離強度が０．３Ｎ／ｍｍ2以上の場合：Ｄ、
・熱処理後の剥離強度が０．３Ｎ／ｍｍ2未満の場合：Ｅ、
と５段階とした。
【００８４】
これらの結果を下記表３に示す。なお、下記表３には各音響整合層のショア硬度Ｄを併記した。
【００８５】
また、実施例１および比較例１−５の第３音響整合層用素材における音響インピーダンスとショア硬度Ｄの関係を図１０、各第３音響整合層用素材における音響インピーダンスと減衰率の関係を図１１に示す。
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
前記表１〜表３および図１０、図１１から明らかなように実施例１〜１０の第３音響整合層は、Zが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓと低Ｚにも拘らず、低減衰率で、かつ優れた加工性、接着性を有することがわかる。
【００８９】
これに対し、比較例１〜６の第３音響整合層は、減衰率が大きいか、または加工性、接着性のいずれかが劣り、これらの特性を全て満足するものではないことがわかる。
【００９０】
このような実施例１〜１０の第３音響整合層を有するアレイ式超音波プローブは、超音波のエネルギーを効果的に送受信でき、チャンネル間での感度が均一で、かつチャンネル間のクロストークを低減でき、高解像度性、長期信頼性を有するものであった。
【００９１】
すなわち、音響インピーダンス（Ｚ）が４ＭＲａｙｌｓのクロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上に厚さ４００μｍの圧電素子、厚さ４２０μｍ、Ｚが１２ＭＲａｙｌｓのホウケイ酸ガラスからなる第１音響整合層、厚さ２００μｍ、Ｚが５．０ＭＲａｙｌｓのエポキシ樹脂に酸化亜鉛粉末を２０体積％添加した第２音響整合層および厚さ１５０μｍ、Ｚが２．２９ＭＲａｙｌｓを持つ前記実施例３と同組成の第３音響整合層をこの順序で、かつそれらの間にエポキシ樹脂系接着剤を介在し重ねた後、１２０℃で１時間程度、加圧しながら加熱硬化させることにそれら部材を相互に接着した。なお、前記圧電素子はＰＺＴ系圧電セラミックスからなる圧電体の両面にＮｉからなる第１、第２の電極を形成したものを用いた。つづいて、前記第３音響整合層からバッキングに向かって幅５０μｍのダイヤモンドブレードにより幅２００μｍ、バッキングへの切り込み深さ２００μｍになるようにダイシング処理した。このダイシングにより２００μｍ×２列を１チャンネルとし、合計２００チャンネルを形成した。ひきつづき、各チャンネル間のスペースに液状シリコーンゴムを充填し、１２５℃にて１時間で硬化させた。各チャンネル上にシリコーンゴムからなるＺが１．５ＭＲａｙｌｓの音響レンズを変性シリコーンゴム系接着剤で固定した。最後に、バッキング、複数のチャンネルおよび音響レンズをケース（筐体）内に収納し、このケース内に前記各チャンネルの圧電素子の駆動タイミングを制御する制御回路および圧電素子に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信号処理回路を内蔵することにより３．５ＭＨｚのアレイ式超音波プローブを組み立てた。
【００９２】
また、音響インピーダンス（Ｚ）が４ＭＲａｙｌｓのクロロプレンゴムにフェライトを添加したバッキング上に厚さ４００μｍの圧電素子、厚さ４８０μｍ、Ｚが１９ＭＲａｙｌｓの単結晶シリコンからなる第１音響整合層、厚さ４００μｍ、Ｚが１０ＭＲａｙｌｓのボロンシリカガラスからなる第２音響整合層、厚さ２５０μｍ、Ｚが４．０ＭＲａｙｌｓのガラスエポキシ樹脂からなる第３整合層、およびＺが２．１１ＭＲａｙｌｓを持つ前記実施例８と同組成の第４音響整合層をこの順序で、かつそれらの間にエポキシ樹脂系接着剤を介在し重ねた後、１２０℃で１時間程度、加圧しながら加熱硬化させることにそれら部材を相互に接着した。なお、前記圧電素子はＰＺＴ系圧電セラミックスからなる圧電体の両面にＮｉからなる第１、第２の電極を形成したものを用いた。つづいて、前記第４音響整合層からバッキングに向かって幅５０μｍのダイヤモンドブレードにより幅２００μｍ、バッキングへの切り込み深さ２００μｍになるようにダイシング処理した。このダイシングにより２００μｍ×２列を１チャンネルとし、合計２００チャンネルを形成した。ひきつづき、各チャンネル間のスペースに液状シリコーンゴムを充填し、８５℃にて１時間で硬化させた。各チャンネル上にシリコーンゴムからなるＺが１．５ＭＲａｙｌｓの音響レンズを変性シリコーンゴム系接着剤で固定した。最後に、バッキング、複数のチャンネルおよび音響レンズをケース（筐体）内に収納し、このケース内に前記各チャンネルの圧電素子の駆動タイミングを制御する制御回路および圧電素子に受信された受信信号を増幅するためのアンプ回路を含む信号処理回路を内蔵することにより３．５ＭＨｚのアレイ式超音波プローブを組み立てた。
【００９３】
これらのアレイ式超音波プローブを画像診断装置に接続してその特性を評価したところ、従来品と比べて良好な画像が得られた。
【００９４】
さらにこのアレイ式超音波プローブを−２５℃と８５℃のヒートサイクル試験機に入れ、１００サイクル試験前後に画像を確認したがチャンネル不良や画質低下の減少は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブの要部斜視図。
【図２】図１の超音波プローブの要部断面図。
【図３】本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブに組み込まれる第３音響整合層の断面を模式的に示す図。
【図４】本発明の実施形態に係るアレイ式超音波プローブに組み込まれる別の第３音響整合層の断面を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る超音波診断装置を示す概略図。
【図６】実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物（第３音響整合層用素材）のＴＧ／ＤＴＡ曲線。
【図７】実施例１で得られたシリコーン樹脂含有混合物の硬化物（第３音響整合層用素材）のＦＴＩＲスペクトル。
【図８】汎用シリコーン樹脂硬化物のＴＧ／ＤＴＡ曲線。
【図９】汎用シリコーン樹脂硬化物のＦＴＩＲスペクトル。
【図１０】実施例１および比較例１−５の第３音響整合層用素材における音響インピーダンスとショア硬度Ｄの関係を示す図。
【図１１】実施例１および比較例１−５の第３音響整合層用素材における音響インピーダンスと減衰率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００９６】
１…アレイ式超音波プローブ、２…バッキング、３…チャンネル、４…スペース、６…圧電素子、７1…第1音響整合層、７2…第２音響整合層、７3…第３音響整合層（最上層の音響整合層）、１０…音響レンズ、１１…シリコーン樹脂マトリックス、１２…有機充填粒子、１３…酸化珪素粒子、１４…無機繊維、２１…ケーブル、２２…超音波診断装置本体、２３…ディスプレイ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネル；
前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキング；および
前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズ；
を具備し、
前記最上層の音響整合層は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブ。
【請求項２】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、オルガノポリシロキサンと、シリコーン変性有機レジン化合物との混合物で構成されることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項３】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、オルガノポリシロキサンとエポキシで終端処理されたシリコーン変性有機レジン化合物を含むシリコーン系混合物との２液系混合物であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項４】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、フーリェ変換赤外分光光度計の測定により得られたスペクトルにおいて、ベンゼン核のＣ−Ｈ伸縮振動およびベンゼン核のＣ−Ｈ面外変角振動を有することを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項５】
前記最上層の音響整合層は、２５℃にて５ＭＨｚで測定される減衰率が５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以下、減衰率と音速の積である減衰性能指数が９００ｍ／ｓ・ｄＢ／ｍｍ／ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項６】
前記最上層の音響整合層は、縦波音速が２５℃にて１７５０〜２２００ｍ／ｓ、密度が１．０〜１．３５であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項７】
前記最上層の音響整合層は、前記音響レンズとの熱膨張係数差が５０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項８】
前記最上層の音響整合層は、さらにシリコーンゴム粒子、フッ素樹脂粒子、ウレタンゴム粒子から選ばれる少なくとも１つの有機充填粒子を３０体積％以下含むことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項９】
前記最上層の音響整合層は、さらに密度６ｇ／ｃｍ3以下の粉末状無機充填材および繊維状無機充填材から選ばれる少なくとも１つの無機充填材を１０体積％以下含むことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１０】
前記粉末状無機充填材は、酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、アエロジルシリカのようなシリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末および窒化ボロン粉末の群から選ばれる少なくとも１つである請求項９記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１１】
前記繊維状無機充填材は、炭素繊維、炭化珪素繊維、酸化亜鉛繊維、アルミナ繊維およびガラス繊維の群から選ばれる少なくとも１つであり、この繊維状無機充填材は直径が１０μｍ以下で長さが直径の５倍以上であることを特徴とする請求項９記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１２】
前記音響整合層は、３層の積層構造を有し、前記圧電素子と接する下層の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて１０〜１５ＭＲａｙｌｓ、中間の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて２．７〜８ＭＲａｙｌｓ、前記音響レンズと接する最上層の音響整合層はショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが２５℃にて１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓのシリコーン樹脂含有混合物を含むことを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１３】
前記音響整合層は、４層の積層構造を有し、前記圧電素子と接する下層の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて２０〜１４ＭＲａｙｌｓ、２層目の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて７〜１２ＭＲａｙｌｓ、３層目の音響整合層の音響インピーダンスが２５℃にて３〜５ＭＲａｙｌｓの基板、および前記音響レンズと接する最上層の音響整合層はショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが２５℃にて１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓのシリコーン樹脂含有混合物を含むことを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１４】
前記最上層の音響整合層と前記音響レンズとは、２５℃にて１．３〜１．８ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有するゴム系接着剤で接着される特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１５】
請求項１〜１４いずれか記載のアレイ式超音波プローブと、
前記超音波プローブにケーブルを通して接続された超音波プローブ制御器と
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
スペースをあけて配列され、それぞれ圧電素子およびこの圧電素子上に形成される３層以上の音響整合層を有する複数のチャンネル；
前記各チャンネルのそれぞれの圧電素子が設置され、前記チャンネルのスペースに対応する箇所に溝が形成されたバッキング；および
前記各チャンネルの最上層の音響整合層の表面を少なくとも覆うように形成された音響レンズ；
を具備し、
前記最上層の音響整合層は、シリコーン樹脂含有混合物を含み、２５℃にてショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓの特性を有することを特徴とするアレイ式超音波プローブ。
【請求項２】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、オルガノポリシロキサンと、シリコーン変性有機レジン化合物との混合物で構成されることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項３】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、オルガノポリシロキサンとエポキシで終端処理されたシリコーン変性有機レジン化合物を含むシリコーン系混合物との２液系混合物であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項４】
前記シリコーン樹脂含有混合物は、フーリェ変換赤外分光光度計の測定により得られたスペクトルにおいて、ベンゼン核のＣ−Ｈ伸縮振動およびベンゼン核のＣ−Ｈ面外変角振動を有することを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項５】
前記最上層の音響整合層は、２５℃にて５ＭＨｚで測定される減衰率が５ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ以下、減衰率と音速の積である減衰性能指数が９００ｍ／ｓ・ｄＢ／ｍｍ／ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項６】
前記最上層の音響整合層は、縦波音速が２５℃にて１７５０〜２２００ｍ／ｓ、密度が１．０〜１．３５であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項７】
前記最上層の音響整合層は、前記音響レンズとの熱膨張係数差が５０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項８】
前記最上層の音響整合層は、さらにシリコーンゴム粒子、フッ素樹脂粒子、ウレタンゴム粒子から選ばれる少なくとも１つの有機充填粒子を３０体積％以下含むことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項９】
前記最上層の音響整合層は、さらに密度６ｇ／ｃｍ3以下の粉末状無機充填材および繊維状無機充填材から選ばれる少なくとも１つの無機充填材を１０体積％以下含むことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１０】
前記粉末状無機充填材は、酸化亜鉛粉末、酸化ジルコニウム粉末、アルミナ粉末、アエロジルシリカのようなシリカ粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、カーボン粉末および窒化ボロン粉末の群から選ばれる少なくとも１つである請求項９記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１１】
前記繊維状無機充填材は、炭素繊維、炭化珪素繊維、酸化亜鉛繊維、アルミナ繊維およびガラス繊維の群から選ばれる少なくとも１つであり、この繊維状無機充填材は直径が１０μｍ以下で長さが直径の５倍以上であることを特徴とする請求項９記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１２】
前記音響整合層は、３層の積層構造を有し、前記圧電素子と接する下層の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて１０〜１５ＭＲａｙｌｓ、中間の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて２．７〜８ＭＲａｙｌｓ、前記音響レンズと接する最上層の音響整合層はショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが２５℃にて１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓのシリコーン樹脂含有混合物を含むことを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１３】
前記音響整合層は、４層の積層構造を有し、前記圧電素子と接する下層の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて２０〜１４ＭＲａｙｌｓ、２層目の音響整合層は音響インピーダンスが２５℃にて７〜１２ＭＲａｙｌｓ、３層目の音響整合層の音響インピーダンスが２５℃にて３〜５ＭＲａｙｌｓの基板、および前記音響レンズと接する最上層の音響整合層はショア硬度Ｄが４０以上、音響インピーダンスが２５℃にて１．８〜２．５ＭＲａｙｌｓのシリコーン樹脂含有混合物を含むことを特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１４】
前記最上層の音響整合層と前記音響レンズとは、２５℃にて１．３〜１．８ＭＲａｙｌｓの音響インピーダンスを有するゴム系接着剤で接着される特徴とする請求項１記載のアレイ式超音波プローブ。
【請求項１５】
請求項１〜１４いずれか記載のアレイ式超音波プローブと、
前記超音波プローブにケーブルを通して接続された超音波プローブ制御器と
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１１４９４（Ｐ２００８−１１４９４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４７７３４（Ｐ２００７−４７７３４）
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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