(57)【要約】【課題】本発明は、比重が大きく、且つ耐化学品・油剤性、耐酸素・オゾン性、耐アルコール性、耐水性、耐水系液剤性などの耐久特性に優れたバッキング材であり、さらに成形の寸法精度や、カット加工性などにも優れた合成ゴム等系から成る超音波圧電振動子用バッキング材を提供するものである。【解決手段】本発明は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータでＡ７０からタイプＤデュロメータでＤ７０までの硬さを有し、且つ比重が１．２１〜７．０であるゴム系複合材料から成る超音波測定機器用の圧電振動子用バッキング材に関する。また、本発明は、前記圧電振動子用バッキング材が固着されてなる圧電体、それを用いたプローブヘッド、及びそれを用いた超音波測定機器に関する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非塩素系固形ゴムを用いたゴム系複合材料から成る超音波測定機器の圧電振動子用バッキング材において、当該ゴム系複合材料の硬さが、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）でタイプＡデュロメータで７０度（Ａ７０）からタイプＤデュロメータで７０度（Ｄ７０）までの硬さであり、且つ、比重が１．２１〜７．０であることを特徴とするゴム系複合材料から成る超音波測定機器の圧電振動子用バッキング材。
【請求項２】
ゴム系複合材料のゴム成分が、非塩素系の加硫ゴム及び／又は熱可塑性エラストマーである請求項１に記載の圧電振動子用バッキング材。
【請求項３】
ゴム系複合材料のゴム成分が、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ又はＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、又はニトリルゴム（ＮＢＲ）の１種又は２種以上を含有するものである請求項１又は２に記載の圧電振動子用バッキング材。
【請求項４】
ゴム系複合材料のゴム成分が、２種以上のゴム成分のブレンドゴムである請求項１〜３のいずれかに記載の圧電振動子用バッキング材。
【請求項５】
ゴム系複合材料のゴム成分が、ＥＰＤＭ並びにＨＮＢＲ及び／又はニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、又は、ＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）とのブレンドゴムである請求項１〜４のいずれかに記載の圧電振動子用バッキング材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電振動子用バッキング材で圧電体が固着されている圧電体。
【請求項７】
圧電体がセラミックス系である請求項６に記載の圧電体。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の圧電体を使用している超音波測定用端子及び超音波測定用プローブヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載のプローブヘッドを用いた超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体の固定台などとして使用されるバッキング材に関する。より詳細には、本発明は、超音波測定用の圧電体バッキング材に関する。さらに詳細には、本発明は超音波診断装置における測定端子の超音波プローブヘッド中の圧電体バッキング材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電体、特にセラミックス系の圧電体が種々の工業製品、例えば、医療用の超音波診断装置の超音波プローブヘッドなどに広く使用されてきている。これらの圧電体は、厚さ約０．１〜０．５ｍｍの板状に加工されており、圧電体自身のみでは機械的強度を保つことができないので、圧電体をバッキング材に固着させて使用されている。バッキング材の使用により、圧電体の機械的強度や加工性など改善される。
【０００３】
従来、バッキング材として比較的高硬度のゴム加硫物が使用されている。特性的には、硬さがＪＩＳ  Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータで９０〜９５度であり、比重が１．２５〜３．２３のものが使用されていた。これらの音響インピーダンスの実測値は２．２〜６．０程度と大きく、小さい音響インピーダンスを求められる用途には、まずバッキング材の比重を小さくすることが重要で、この点で特開平１１−２５２６９５号による発明品は実用に供されて高く評価されている。しかし、例えば、医療用機器などに於いても、その設計仕様によって様々な音響インピーダンスの要求がある。従って、これらの要求をカバーするためには、特開平１１−２５２６９５号よりもさらに高い側へシフトした比重品を準備する必要がある。
高い比重品としては、従来主にクロロプレン系ゴムを用いたものが利用され、それは比重１．２〜３．２、音響インピーダンス２．２〜６．０レベルのものであった。このバッキング材のゴム成分としてクロロプレン系ゴムなどの塩素系弾性体を使用したものは、通常、比較的バランスの良い諸特性を保有する材料として位置づけられてきた。それは例えば、耐熱、耐オゾン、耐油性などが他のエラストマ材料と比較して、平均的には中〜中上程度に評価されて利用されているものであり、これは基本的に塩素を持ったエラストマーの大きな特徴であった。しかし最近は、環境汚染問題が大変厳しい社会状況下にあり、特に塩素が基因するダイオキシン及びその同族化合物について、それらを発生させない最大限の注意が必要である。製造から耐用後の廃棄に至るまでのトータルで、これらを回避する為の対策が求められる。
最善は、ダイオキシン類発生のおそれのある諸材料は使用しないことであるが、少なくとも主材料や主成分として塩素系弾性体等は使用しない考え方が、本発明の基本要点である。さらに又、通常、従来品のクロロプレン系ゴムのような塩素系弾性体は長期、或いは高温などにより、塩素系弾性体の中の塩素が脱離してくるので、このため塩素系弾性体に脱離してくる塩素を補足するための塩素補足剤が配合されている。このような塩素補足剤としては、通常マグネシウム（Ｍｇ）系のもの、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などが使用されるが、これ自身の問題並びに塩素との反応生成物である塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）は水と水和しやすい特性があるため、ゴム成形品の長期又は高温での耐水性では問題となってくる。したがって、水溶系薬剤、洗浄剤などと接するようなケースではバッキング材が吸水することでその寸法変化や固着した圧電体との界面で剥離につながる様な不具合を発生させやすく、市場でトラブルが報告されている。
【０００４】
また、非塩素系のゴム成分を使用した場合には、耐久性向上、例えば、耐酸素・オゾン性、耐水性、耐水系液剤性などで優れてはいるが、耐化学薬品・油剤性に不安があり又、比重が小さいものは製造上でのロール混練性、電熱プレス成形工程で細心の注意が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、比重が大きく、且つ耐化学品・油剤性、耐酸素・オゾン性、耐アルコール性、耐水性、耐水系液剤性などの耐久特性に優れたバッキング材であり、さらに成形の寸法精度や、カット加工性などにも優れた合成ゴム系等から成る超音波圧電振動子用バッキング材を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、比重が大きく、かつ耐化学品・油剤性、耐酸素・オゾン性、耐アルコール性、耐水性、耐水系液剤性などの耐久特性に優れたバッキング材であり、さらに成形の寸法精度や、カット加工性などにも優れた超音波圧電振動子用バッキング材を開発するために、種々検討してきたところ、特定のゴム成分、好ましくは非塩素系ゴム成分に充填剤を配合したゴム系複合材料が優れた特性を有することを見出した。
【０００７】
即ち、本発明は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータでＡ７０からタイプＤデュロメータでＤ７０までの硬さを有し、且つ比重が１．２１〜７．０であるゴム系複合材料から成る超音波測定機器用の圧電振動子用バッキング材に関する。
また、本発明は、前記圧電振動子用バッキング材が固着されてなる圧電体、それを用いたプローブヘッド、及びそれを用いた超音波測定機器に関する。
【０００８】
本発明の圧電振動子用バッキング材は、ゴム系複合材料からなるものであり、その形状は圧電体や圧電体を含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。
図１に、本発明のバッキング材を使用したプローブヘッド内の主要部の断面図を例示する。図１の１で示される部分が本発明のバッキング材であり、２が圧電体である。バッキング材１と圧電体２とは固着しており、例えば、エポキシ樹脂などを用いて接着されていてもよい。
圧電体２と被検体（図１中には示されていない。）との間に、音響レンズ部３が存在する。音響レンズ部３は特に制限されるものではなく、被検体や圧電体の特性に応じて適宜設計することができる。
【０００９】
本発明のバッキング材のゴム系複合材料は、ゴム成分及び充填剤を含有する、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータでＡ７０からタイプＤデュロメータでＤ７０までの硬さを有するものであり、さらに、必要に応じて各種の他の配合剤を添加することもできる。
ゴム成分としては、非塩素系ゴム成分であって、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ又はＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲ及び／又はＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴムなどが好ましい。より好ましくは、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ又はＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲ及び／又はＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴムなどが挙げられる。
本発明のゴム成分は、加硫ゴム及び熱可塑性エラストマーなどのゴム成分の１種を単独で使用してもよいが、ブレンドゴムのように２種以上のゴム成分をブレンドしたブレンドゴムが好ましい。また、本発明のゴム成分は、非塩素系のゴム成分からなるものが好ましい。
【００１０】
本発明のゴム成分としては、塩素を持ったエラストマー、例えば、クロロプレンゴム（ＣＲ）を使用しないのが好ましい。本発明のゴム成分として非塩素系のゴム成分を使用することにより、後述する試験例に示されるようにゴム複合材料の吸水特性を小さいものにしている。
また、本発明は、また、他の耐久特性の向上も行った。耐油、耐薬品性で、クロロプレン（ＣＲ）系ゴムよりも一般的に優れているニトリルゴム（ＮＢＲ）又は水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）を主剤に使用すること、さらに耐酸化性、耐オゾン性という点を同時に満足するためにその一部としてエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）をブレンドして使用するのが好ましい。
【００１１】
本発明のゴム成分に添加される充填剤としては、通常使用されているものから比重の大きいものに至るまでその配合量と共に様々な形で選ぶことが出来る。例えば、亜鉛華、チタン白、ベンガラ、フェライト、アルミナ、などの金属酸化物、炭酸カルシウム、ハードクレイ、ケイソウ土などのクレイ類、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属塩類、ガラス粉末など、又各種の金属系微粉末類が挙げられる。これらの充填剤は、種々の比率で添加することができるが、好ましくはゴム成分１００重量部に対して５０〜３０００重量部、より好ましくは１００〜２０００重量部、または３００〜１５００重量部程度が好ましい。また、これらの充填剤は１種又は２種以上を組み合わせて添加してもよい。好ましくは、２種以上の充填剤をブレンドして添加される。
【００１２】
本発明のゴム系複合材料には、さらに他の配合剤を必要におうじて添加することができる。このような配合剤としては、加硫剤、架橋剤、硬化剤、それらの助剤類、劣化防止剤、酸化防止剤、着色剤などが挙げられる。例えば、カーボンブラック、二酸化ケイ素、プロセスオイル、イオウ（加硫剤）、ジクミルパーオキサイド（Ｄｉｃｕｐ、架橋剤）、ステアリン酸などを配合することができる。
これらの配合剤は必要に応じて使用されるものであるが、その使用量は、一般にゴム成分１００重量部に対しそれぞれ１〜１００重量部程度であるが全体的バランスや特性によって適宜変更することもできる。
【００１３】
本発明のゴム成形品は、ゴム成分、充填剤、配合剤などを単に混合して製造することもできる。混合方法としては特に制限はなく、例えば、混練りロールなどを用いて混合することができる。混合後、必要に応じて電熱プレスと金型などを用いて常法により例えば１５０℃〜１８０℃、１０〜５０分にて加硫することができる。
【００１４】
本発明のゴム系複合材料は、熱、オゾン、機械加工油、潤滑系オイル、各種洗浄液剤、アルコール、水などに対し優れた耐久特性を有し、耐化学品・油剤性、耐酸素・オゾン性、耐水性、耐水系液剤性などの耐久特性に優れた超音波圧電振動子用バッキング材として使用することができる。また、比重も１．２１〜７．０であることから、音響特性においても従来品と同等又はそれ以上のものが得られる。さらに、成形の寸法精度や、カット加工性などにも優れ、成形性に優れ圧電体にも完全に固着することが可能となる。
【００１５】
本発明のゴム成形品は、そのままでも圧電体用バッキング材として使用することもできるが、表面をポリウレタン樹脂コーティングなどの薄膜、他の有機系薄膜（好ましくは、０．５ｍｍ以下）でコーティングして使用することもできる。
特に、充填剤を多量に配合した場合には、ゴム成形品に脆さが生じることもあり、この脆さを解消する手段として、前記のコーティングが有効な手段となる。
【００１６】
本発明の圧電体は、前記したバッキング材を圧電体に固着させることにより製造することができる。圧電体としては、セラミックス系のものが主用される。また、固着の方法としては、エポキシ樹脂などの接着剤を用いて接着させるのが好ましい。
本発明のプローブヘッドは、前記したバッキング材を固着してなる圧電体を、好ましくは音響レンズ部を有するプローブヘッドの部材に組込むことにより製造することができる。組込む方法には、特に制限はなく、常法により行うことができる。
本発明に関する超音波診断装置は、前記したバッキング材を固着してなる圧電体が組込まれたプローブヘッドと超音波装置本体及びそれらを接続する接続部材からなるものである。本発明の超音波測定機器としては、特に医療用の超音波診断装置が好ましいがこれに限定されるものではない。さらに本発明の超音波測定機器は耐水性や耐薬品性に優れ、内視鏡として使用することもできる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００１８】
実施例１  （ゴム複合体材料１〜４の製造）
次の表１に示す配合比（重量部）でゴム成分、充填剤、及び各種の配合剤を混合してゴム系複合材料を製造した。
得られたゴム系複合材料の硬さを、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータ、及びタイプＤデュロメータで測定した値、及びゴム複合材料の比重、並びにその音響インピーダンスを併せて表１に示す。
【００１９】
【表１】
2004248244.tif 000002
【００２０】
比較例１
クロロプレン（ＣＲ）系ゴムを用いて、比重、約３．２、音響インピーダンス５．５レベルのゴム複合材料を製造した。
【００２１】
試験例１  （耐水性試験）
実施例１で製造したゴム複合材料３及び比較例１で製造した従来品を、３０℃の水に７日間浸漬し、その重量変化％を測定した。
その結果を、次の表２に示す。
【００２２】
【表２】
2004248244.tif 000003
この結果のとおり、複合材料３は従来品の２０倍という耐水性である。
【００２３】
試験例２  （耐油性試験）
実施例１で製造したゴム複合材料２及び比較例１で製造した従来品を、ＡＳＴＭ−Ｄ４７１のＩＲＭ９０３オイル（４０℃）に浸漬し、７日後にそれぞれの重量変化を測定し、その変化率（％）を次の表３に示す。
【００２４】
【表３】
2004248244.tif 000004
この結果のとおり、複合材料２は従来品の２倍以上という耐油性である。
【００２５】
試験例３  （劣化性試験）
実施例１で製造したゴム複合材料２、比較例１で製造した従来品、及びニトリルゴム（ＮＢＲ）を単独で使用したゴム複合材料を、オゾンが５０ｐｐｈｍ存在する環境に１２０時間放置した。約２０％伸長したときの亀裂の発生状態を観測した。なお、本発明のゴム複合体は実施例にある如く高硬度品であるために、２０％伸長での試験は現実に困難であったので、それぞれのエラストマー構成（単体及びブレンド）を基本にした上で配合剤を調整し、デュロメータＡ６５〜７０にしたものを利用して試験した。
結果を次の表４に示す。表４中、三角印は亀裂がやや生じたことを示し、バツ印は亀裂が生じたことを示し、二重丸印は亀裂が全く生じなかったことを示す。
【００２６】
【表４】
2004248244.tif 000005
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、特定の硬さ及び比重を有する複合ゴム材料を使用することにより、音響インピーダンスが適正で、且つ耐化学品・油剤性、耐酸素・オゾン性、耐アルコール性、耐水性、耐水系液剤性などの耐久特性、特に耐水性や耐水系液剤性などに優れたバッキング材であり、さらに成形の寸法精度や、カット加工性などにも優れた合成ゴム等系から成る超音波圧電振動子用バッキング材を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のバッキング材を用いたプローブヘッド部分の断面図を示す。
【符号の説明】
１  本発明のバッキング材
２  圧電体
３  音響レンズ部
【図１】
2004248244.tif 000006