(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングであって、
母材と、
前記母材中に混入された複数の複合体と、
を含み、
前記各複合体は、
第１音響インピーダンスを有する基材としての第１材料と、
前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第２音響インピーダンスを有する第２材料と、
前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第３音響インピーダンスを有する第３材料と、
を含み、
前記第２音響インピーダンス及び前記第３音響インピーダンスはそれぞれ前記第１音響インピーダンスと異なることを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項２】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記第２音響インピーダンスは前記第１音響インピーダンスよりも高く、
前記第３音響インピーダンスは前記第１音響インピーダンスよりも低いことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項３】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記第２材料の単位体積当たりの重量と前記第３材料の単位体積当たりの重量とが異なることを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項４】
請求項３記載のバッキングにおいて、
前記第２材料の単位体積当たりの重量は前記第３材料の単位体積当たりの重量よりも大きいことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項５】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記第２材料は、タングステン及びタンタルの少なくとも一方の成分をもって組成されたことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項６】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記第３材料は、微小中空体構造を有することを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項７】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記母材は絶縁性を有する材料によって構成されたことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項８】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記第１材料は絶縁性を有する材料によって構成されたことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項９】
請求項１記載のバッキングにおいて、
前記母材と前記第１材料は同一材料で構成されたことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項１０】
超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングであって、
母材と、
前記母材中に混入された複数の複合体と、
を含み、
前記各複合体は、
第１音響インピーダンスを有する基材としての第１材料と、
前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第２音響インピーダンスを有する第２材料と、
前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第３音響インピーダンスを有する第３材料と、
を含み、
前記第２材料の単位体積当たりの重量と前記第３材料の単位体積当たりの重量とが異なることを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項１１】
超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングであって、
母材と、
前記母材中に混入された複数の複合体と、
を含み、
前記各複合体は、
第１音響インピーダンスを有する基材としての第１材料と、
前記第１材料に入れられた材料であって、第２音響インピーダンスを有する第２材料と、
前記第１材料に入れられた材料であって、第３音響インピーダンスを有する第３材料と、
を含み、
前記複合体の単位体積当たりの重量が前記母材の単位体積当たりの重量に相当することを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項１２】
超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングにおいて、
母材と、
前記母材中に均一的に分散混入された複数の複合体と、
を含み、
前記各複合体が、基材と、前記基材とは別の材料で構成され、音響インピーダンス及び単位体積当たりの重量の両方が互いに異なる複数種類の粒子と、を含むことを特徴とする超音波探触子用バッキング。
【請求項１３】
超音波探触子用バッキングの製造方法において、
複数の複合体を製造する前工程と、
母材に対して前記複数の複合体を混入することにより前記バッキングを製造する後工程と、
を含み、
前記前工程は、
流動性ある第１材料に対して第２材料及び第３材料を添加する添加工程と、
前記第２材料及び前記第３材料が添加された第１材料を硬化させて原複合材料を生成する硬化工程と、
前記原複合材料を粉砕して前記複数の複合体を生成する粉砕工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子用バッキングの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、
前記原複合材料の硬化後にその上層を除去する除去工程を含み、
前記上層が除去された原複合材料が前記粉砕工程において粉砕されることを特徴とする超音波探触子用バッキングの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、
前記粉砕によって生成された複数の複合体の内で所定範囲の大きさを有するものを選別する選別工程を含み、
前記後工程では、前記選別工程で選別された複数の複合体が利用されることを特徴とする超音波探触子用バッキングの製造方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の方法において、
前記第１材料の単位体積当たりの重量よりも前記第２材料の単位体積当たりの重量の方が大きく、
前記第１材料の単位体積当たりの重量よりも前記第３材料の単位体積当たりの重量の方が小さいことを特徴とする超音波探触子用バッキングの製造方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の方法において、
前記第１材料の音響インピーダンスよりも前記第２材料の音響インピーダンスの方が高く、
前記第１材料の音響インピーダンスよりも前記第３材料の音響インピーダンスの方が低いことを特徴とする超音波探触子用バッキングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子用バッキング及びその製造方法に関し、特にバッキングの音響的特性を向上させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
超音波振動子としては、単振動子、一次元アレイ振動子、二次元アレイ振動子などの各種の超音波振動子が知られている。そのような超音波振動子の背面側には超音波振動子から後方へ放射される不要な超音波を減衰、吸収するためのバッキング（背面側負荷部材）が設けられる。バッキングが超音波振動子の支持部材として用いられる場合もある。バッキングの音響的特性（物性）が良好でない場合、そのバッキングにおいて十分に超音波の吸収を行えず、その結果、超音波画像の画質の低下を招く。特に、バッキングにおける音響インピーダンスが設計通りの値であり、しかもそれ全体として音響インピーダンスが均一であるのが望ましい。
【０００３】
従来、バッキングとしてゴム材にフェライト粉末を混入したものが用いられている。しかし、そのようなバッキングは超音波の減衰率を高くするのが困難であるという問題がある。また、そのようなバッキングは、素子カッティングなどの加工との関係において、十分な剛性を発揮できず、このため、例えば、微細な多数の振動素子からなるアレイ振動子に適用するのは困難であるという問題がある。
【０００４】
また、従来、エポキシ樹脂に対して、タングステンなどの粉末（粒子）及びガラスマイクロバルーン（粒子）などを混入してなるバッキングも知られている。このバッキングによれば、高い剛性と高い減衰特性とを得ることができる。しかし、周知のように、タングステンなどの粒子は単位体積当たりの重量（密度）が極めて大きいために、エポキシ樹脂などにそれを混入した際に、その粒子が下部に沈降し、上下方向において（厚み方向において）、単位体積当たりにおける粒子個数が不均一となる。つまり、上下方向において、バッキングの音響的物性（特に音響インピーダンス）を均一にできないという問題がある。また、同様の理由から、設計どおりの音響的物性をもったバッキングを製造し難い（再現性が確保できない）という問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、バッキングの音響的物性を向上させることにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、均一な音響的物性をもったバッキング及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、バッキングの製造における再現性を向上することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングであって、母材と、前記母材中に混入された複数の複合体と、を含み、前記各複合体は、第１音響インピーダンスを有する基材としての第１材料と、前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第２音響インピーダンスを有する第２材料と、前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第３音響インピーダンスを有する第３材料と、を含み、前記第２音響インピーダンス及び前記第３音響インピーダンスはそれぞれ前記第１音響インピーダンスと異なることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、母材中に複数の複合体が入れられ、その複合体は、基材（第１材料）に対して第２材料及び第３材料を入れたものとして構成される。よって、第２材料及び第３材料を常に一体的に取り扱うことができる。その結果、例えば、第２材料と第３材料の単位体積当たりの重量が異なることなどに起因し、母材中で第２材料と第３材料がそれぞれ偏在してしまうことを防止して、製造の再現性を良好にできる。
【００１０】
望ましくは、前記第２音響インピーダンスは前記第１音響インピーダンスよりも高く、前記第３音響インピーダンスは前記第１音響インピーダンスよりも低い。
【００１１】
望ましくは、前記第２材料の単位体積当たりの重量と前記第３材料の単位体積当たりの重量とが異なる。望ましくは、前記第２材料の単位体積当たりの重量は前記第３材料の単位体積当たりの重量よりも大きい。複合体において各材料の音響インピーダンスの相違をもって効果的な超音波の散乱吸収作用を発揮させることができる。
【００１２】
望ましくは、前記複合体の単位体積当たりの重量が前記母材の単位体積当たりの重量に相当する。この構成によれば、母材中に各複合体をより良好に均等分散させることができる。
【００１３】
望ましくは、前記第２材料は、タングステン及びタンタルの少なくとも一方の成分をもって組成される。望ましくは、前記第３材料は、微少中空体構造を有する。
【００１４】
望ましくは、前記母材は絶縁性を有する材料によって構成され、前記第１材料は絶縁性を有する材料によって構成される。望ましくは、前記母材と前記第１材料は同一材料で構成される。
本発明は、超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングであって、母材と、前記母材中に混入された複数の複合体と、を含み、前記各複合体は、第１音響インピーダンスを有する基材としての第１材料と、前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第２音響インピーダンスを有する第２材料と、前記第１材料に入れられた材料であって、前記第１材料とは異なり、第３音響インピーダンスを有する第３材料と、を含み、前記第２材料の単位体積当たりの重量と前記第３材料の単位体積当たりの重量とが異なることを特徴とする。また、本発明は、超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングであって、母材と、前記母材中に混入された複数の複合体と、を含み、前記各複合体は、第１音響インピーダンスを有する基材としての第１材料と、前記第１材料に入れられた材料であって、第２音響インピーダンスを有する第２材料と、前記第１材料に入れられた材料であって、第３音響インピーダンスを有する第３材料と、を含み、前記複合体の単位体積当たりの重量が前記母材の単位体積当たりの重量に相当することを特徴とする。
【００１５】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波振動子の後方に設けられ、超音波振動子から後方に放射された超音波を減衰する超音波探触子用バッキングにおいて、母材と、前記母材中に均一的に分散混入された複数の複合体と、を含み、前記各複合体が、基材と、前記基材とは別の材料で構成され、音響インピーダンス及び単位体積当たりの重量の両方が互いに異なる複数種類の粒子と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子用バッキングの製造方法において、複数の複合体を製造する前工程と、母材に対して前記複数の複合体を混入することにより前記バッキングを製造する後工程と、を含み、前記前工程は、流動性ある第１材料に対して第２材料及び第３材料を添加する添加工程と、前記第２材料及び前記第３材料が添加された第１材料を硬化させて原複合材料を生成する硬化工程と、前記原複合材料を粉砕して前記複数の複合体を生成する粉砕工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、第１材料に第２材料及び第３材料を添加した後に、それを粉砕して、複数の複合体（通常、粉体）を製造し、それを母材に混入してバッキングが製造される。
【００１８】
望ましくは、前記原複合材料の硬化後にその上層を除去する除去工程を含み、前記上層が除去された原複合材料が前記粉砕工程において粉砕される。
【００１９】
望ましくは、前記粉砕によって生成された複数の複合体の内で所定範囲の大きさを有するものを選別する選別工程を含み、前記後工程では、前記選別工程で選別された複数の複合体が利用される。
【００２０】
望ましくは、前記第１材料の単位体積当たりの重量よりも前記第２材料の単位体積当たりの重量の方が大きく、前記第１材料の単位体積当たりの重量よりも前記第３材料の単位体積当たりの重量の方が小さい。
【００２１】
望ましくは、前記第１材料の音響インピーダンスよりも前記第２材料の音響インピーダンスの方が高く、前記第１材料の音響インピーダンスよりも前記第３材料の音響インピーダンスの方が低い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１はその要部を示す説明図である。図１（Ａ）には、超音波探触子における要部の断面図が示されており、図１（Ｂ）には、図１（Ａ）における符号１００において示される部分の拡大図が模式的に示されている。図１（Ａ）において、アレイ振動子１２は、一次元アレイ振動子あるいは二次元アレイ振動子などである。アレイ振動子１２は、複数の振動素子１２Ａによって構成される。アレイ振動子１２の上側には整合層１８が形成されている。この整合層１８は、具体的には第１整合層１４及び第２整合層１６によって構成される。第１整合層１４は複数の整合要素１４Ａによって構成され、これと同様に、第２整合層１６も複数の整合要素１６Ａによって構成される。整合層１８の上側には必要に応じて音響レンズなどが配置される。
【００２４】
一方、アレイ振動子１２の下側すなわち背面側にはバッキング１０が設けられる。このバッキング１０は、背面負荷材として機能し、アレイ振動子１２から後方に放射された不要な超音波を散乱・吸収するものである。図１（Ａ）に示す構造自体は公知であるが、本実施形態においては、バッキング１０の組成が従来と異なる。ちなみに、図１（Ａ）において、振動素子１２Ａの上面及び下面に設けられるシグナル電極及びグランド電極などについては図示省略されている。また、バッキング１０内に、各振動素子１２Ａごとにリード２０を設けるような場合にも本発明を適用できる。
【００２５】
図１（Ｂ）には、図１（Ａ）における符号１００で示される領域の拡大図が示されている。この図１（Ｂ）を用いてバッキング１０の組成について説明する。
【００２６】
本実施形態においては、母材２２内に多数の複合体（粉体）２４がほぼ均一に分散して添加されている。複合体２４は、第１材料として基材２６と、その基材２６中に添加された第２材料としての粒子２８及び第３材料としての粒子３０と、によって構成されている。粒子２８の音響インピーダンスは、基材２６の音響インピーダンスよりも大きく、また、粒子２８の密度（単位体積あたりの重量）は基材２６の密度よりも大きい。一方、粒子３０の音響インピーダンスは基材２６の音響インピーダンスよりも小さく、また、粒子３０の密度は基材２６の密度よりも小さい。すなわち、このような３つの材料の音響インピーダンス関係により、超音波が散乱されつつ吸収される。本実施形態においては、複合体２４内に密度の大きい粒子と密度の小さい粒子とを複合的に添加したため、単に粒子２８及び粒子３０を母材２２中に添加する場合に比べて、分散均一性を向上することができる。つまり、基材の密度に比し、密度の大きい粒子と密度の小さい粒子とを組み合わせることにより、それら単体で存在する場合よりそれらの複合体として存在する場合には、複合体の密度は、基材の密度に近くなる。したがって、それらが単体で存在する場合において生ずる密度勾配といった問題を軽減することができる。望ましくは、複合体２４の全体としての密度が母材２２の密度に相当するか近いのが望ましい。
【００２７】
図２には、各材料の例が示されている。図１に示した母材２２としては、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性接着剤といったものを用いることができる。図１に示した第１材料としては、例えばシリコーンゴム、ウレタン樹脂などのゴム弾性をもつ接着剤やエポキシ樹脂などの熱硬化性接着剤を利用することができる。ここで、母材と第１材料とを同じ材料で構成することも可能である。
【００２８】
図１に示した粒子２８を構成する第２材料としては、例えばタングステン、タングステンカーバイト、珪化タングステン、タンタルなどを用いることができる。また、図１に示した粒子３０を構成する第３材料としては、ガラス製マイクロバルーン，樹脂製マイクロバルーンといった微小中空構造体を用いることができる。
【００２９】
図１における複合体２４は、後に説明するように粉砕処理によって製造され、その粒径は例えば５０〜２５０μｍであるのが望ましいが、もちろんそれ以外の値に粒径を設定することもできる。上記の母材及び第１材料は電気的な絶縁性をもった材料であり、バッキング１０内に複数のリードを挿入する場合においても各リード間における電機的な絶縁性を確保することができる。
【００３０】
母材２２に対する複合体２４の添加量、および、第１材料に対する第２材料及び第３材料の添加量については所望の量にすることができ、具体的には、バッキングとして必要な音響的物性（音響インピーダンス、減衰係数）などが所望の値となるように各添加量を定めればよい。また、上記のバッキング１０は、従来例で説明したようなフェライト粉末を利用していないために、高い剛性を確保することができる。よって、減衰特性を高めつつも剛性を強化し、実用的価値の高いバッキングを構成することができる。
【００３１】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態に係るバッキングの製造方法の一例について説明する。図３には、図１に示した複合体２４の製造プロセスがフローチャートとして示されており、図４には、母材に対する複合体の添加によるバッキングの製造プロセスがフローチャートとして示されている。なお、図３及び図４に示す例においては、図１に示した母材２２としてエポキシ樹脂が用いられ、基材２６としてシリコーンゴムが用いられ、第２材料としてタングステン粒子が用いられ、第３材料としてガラスマイクロバルーンが用いられている。
【００３２】
図３のＳ１０１において、まず流動体としてのシリコーンゴムを作成するため、あらかじめ主剤と硬化剤とを混合し十分に攪拌しておく、この流動体としてのシリコーンゴムに対して、タングステン粒子を所定量添加し、また、ガラスマイクロバルーンを所定量添加する。そして、その添加後にシリコーンゴムに対して十分な攪拌処理を行う。この場合においては、例えば攪拌と共に超音波振動を印加するようにしてもよい。
【００３３】
Ｓ１０２では、真空中の環境下においてＳ１０１で作成された複合体材料の内部に取り込まれている気泡を追い出す脱泡処理を行う。ちなみに、Ｓ１０１の工程を真空中で実施する場合においては、このＳ１０２の工程を省略することも可能である。
【００３４】
Ｓ１０３では、脱泡処理後の複合体材料を常温常湿の条件下で薄い層として硬化させる。この場合、その薄い層の厚みは例えば４ｍｍである。
【００３５】
Ｓ１０４では、Ｓ１０３における硬化処理の後に、薄い層として固まった複合体材料における上澄み層を例えばカッターなどを利用して除去する。これによって、複合体として利用し難い部分が取り除かれることになる。この場合の除去すべき上澄み層の厚さは例えば１ｍｍである。なお、上記の硬化条件や上澄み層の除去条件などについては複合体の組成あるいはそれに用いられる材料に応じて適宜定めればよい。
【００３６】
Ｓ１０５においては、上澄み層が除去された複合体材料が粉砕器にかけられ、粉砕処理が実行される。ここで、その粉砕により得られる粉体の粒径は例えば５０〜２５０μｍであるのが望ましい。また、より粒径を揃えるために、Ｓ１０６において、ふるいなどを利用して、ふるい分け処理を行うのが望ましい。以上の工程により、図１に示した複合体２４が粉体として製造されることになる。
【００３７】
次に、図４において、エポキシ樹脂としての主剤と硬化剤とをあらかじめ混合して十分に攪拌しておく。そして、その流動体としてのエポキシ樹脂に対して図３に示した工程で製造された粉体を所定量添加し、十分に攪拌を行う。ちなみに、バッキング内にリードアレイを設ける場合には、Ｓ２０１の段階において同時にリードアレイを埋設しておくことができる。
【００３８】
Ｓ２０２において、Ｓ２０１で作成された材料を真空中におき、上記同様に脱泡処理を行う。もちろん、Ｓ２０１の工程が真空中で行われる場合には、Ｓ２０２の工程を省略することもできる。Ｓ２０３では、脱泡処理後の材料を例えば８０℃といった一定の高温下で所定時間（例えば５時間）程度放置し、これによって材料を硬化させる。そして、Ｓ２０４において、その硬化した材料について外形加工を行い、所望の形状に仕上げる。これによって図１に示したバッキング１０が作成される。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、バッキング１０内において音響インピーダンスや減衰特性といった音響的物性を均一にすることができ、しかも再現性をもってバッキングを容易に作成できるという利点がある。また、バッキングの減衰係数をほぼ維持した上で、必要とされる音響インピーダンスに幅広く対応できるように、容易に変更できるという利点がある。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バッキングの音響的物性を向上することができる。また、均一な音響的物性をもったバッキングを製造できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るバッキングを説明するための図である。
【図２】  各材料の例を示す説明図である。
【図３】  複合体の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図４】  バッキングの製造プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  バッキング、１２  アレイ振動子、１８  整合層、２２  母材、２４  複合体、２６  基材（第１材料）、２８  粒子（第２材料）、３０  粒子（第３材料）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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