特開2022-101148超音波探触子用バッキング材及びその製造方法、並びに超音波探触子
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022101148
(43)【公開日】2022-07-06
(54)【発明の名称】超音波探触子用バッキング材及びその製造方法、並びに超音波探触子
(51)【国際特許分類】
H04R 17/00 20060101AFI20220629BHJP
H04R 31/00 20060101ALI20220629BHJP
A61B 8/00 20060101ALI20220629BHJP
【ＦＩ】
H04R17/00 330J
H04R31/00 330
A61B8/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020215569
(22)【出願日】2020-12-24
(71)【出願人】
【識別番号】000005957
【氏名又は名称】三菱鉛筆株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100160705
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 健太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100193404
【弁理士】
【氏名又は名称】倉田 佳貴
(72)【発明者】
【氏名】山田 邦生
(72)【発明者】
【氏名】大野 俊樹
【テーマコード（参考）】
4C601
5D019
【Ｆターム（参考）】
4C601EE04
4C601GB31
5D019AA13
5D019AA17
5D019BB02
5D019BB03
5D019BB04
5D019GG01
5D019GG02
5D019GG03
5D019GG06
(57)【要約】
【課題】熱伝導率を維持しつつ、超音波の改善された減衰率を有する、バッキング材を提供する。
【解決手段】本発明の超音波探触子用バッキング材は、
炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔に充填されている、樹脂
を有する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明の超音波探触子用バッキング材は、
炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔に充填されている、樹脂
を有する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭素質マトリックスであって、前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔の少なくとも一部に充填されている、樹脂
を有する、超音波探触子用バッキング材。
前記連通孔の少なくとも一部に充填されている、樹脂
を有する、超音波探触子用バッキング材。
【請求項2】
音響インピーダンスが、３．５～６．０Ｍｒａｙｌである、請求項１に記載のバッキング材。
【請求項3】
ＪＩＳ Ｒ１６１１－２０１０に準拠する熱伝導率が、７．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１又は２に記載のバッキング材。
【請求項4】
ＪＩＳ Ｚ ２３５４－２０１２に準拠する超音波減衰が、－５０～－１５ｄＢ／ｃｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッキング材。
【請求項5】
前記マトリックスが、炭素質紛体を更に含有している、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッキング材。
【請求項6】
密度が１．１～１．８ｇ／ｃｍ３である、請求項１～５のいずれか一項に記載のバッキング材。
【請求項7】
音響レンズ、音響整合層、圧電素子、及び請求項１～６のいずれか一項に記載のバッキング材をこの順で具備している、超音波探触子。
【請求項8】
炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスを提供すること、及び
前記マトリックスの連通孔に、樹脂を充填すること
を含む、超音波探触子用バッキング材の製造方法。
前記マトリックスの連通孔に、樹脂を充填すること
を含む、超音波探触子用バッキング材の製造方法。
【請求項9】
前記マトリックスの提供を、以下を含む方法により行う、請求項８に記載の方法。
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて、前駆体組成物を作製すること、並びに
前記前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記硬化性樹脂を炭素化させて前記マトリックスを形成し、かつ前記消失性物質を消失させて、前記マトリックスの気孔を形成すること。
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて、前駆体組成物を作製すること、並びに
前記前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記硬化性樹脂を炭素化させて前記マトリックスを形成し、かつ前記消失性物質を消失させて、前記マトリックスの気孔を形成すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波探触子用バッキング材及びその製造方法、並びに超音波探触子に関する。
【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）を受信して当該対象物内を画像化する。これら超音波診断装置や超音波画像検査装置には、超音波信号送受信機能を有するアレイ式の超音波探触子が主に用いられている。
【0003】
超音波探触子は、上記の対象物側から、音響レンズ、音響整合層、圧電素子、及びバッキング材をこの順で具備している。かかる超音波探触子を構成するバッキング材は、感度を向上させるための超音波の良好な減衰性や、圧電素子の過熱を防止するための高い熱伝導性等の性能が求められている。かかるバッキング材として、種々のものが提案されている。
【0004】
特許文献１では、シート状の音響バッキング材上に圧電素子、音響整合層および音響レンズがこの順序で積層され、圧電素子及び音響整合層がアレイ状に複数分割され、かつ分割箇所に対応して音響バッキング層に溝が形成された超音波プローブであって、音響バッキング材は、酢酸ビニルの含有率が２０～８０質量％のエチレン－酢酸ビニル共重合体と前記エチレン－酢酸ビニル共重合体に含有された充填材とを含み、音響インピーダンスが２～８ＭＲａｌｙｓであることを特徴とする超音波プローブが開示されている。
【0005】
また、特許文献２では、超音波プローブにおいて、対象に対して超音波を送波する超音波振動子に対し、対象への超音波の送波方向とは反対側に設けられるバッキング部材であって、板状のバッキング材と、バッキング材よりも熱伝導率が高い材質からなる熱伝導体及び熱伝導板とを含んで構成され、熱伝導体は、バッキング材に埋設されて、該バッキング材の両板面に達するように柱状に形成されており、この熱伝導板は、バッキング材の両板面のうち、少なくとも超音波振動子側の一面に設けられていることを特徴とする、バッキング部材が開示されている。
【0006】
また、特許文献３では、多孔質アモルファス炭素から実質的に成る、超音波探触子用バッキング材が開示されている。
【0007】
なお、特許文献４では、塩素化塩化ビニル樹脂の粒子を容器に投入し、不活性雰囲気中で焼成することから成る炭素多孔体の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００６－３３８０１号公報
【特許文献2】特開２０１３－１１５５３７号公報
【特許文献3】特開２０１９－１９３１５１号公報
【特許文献4】特開昭５９－６４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献３の発明によれば、超音波を良好に減衰させることができる、バッキング材を提供することができる。しかしながら、この減衰は、改善の余地があった。また、減衰率の改善に当たっては、熱伝導率を維持することも考慮する必要がある。
【0010】
したがって、本発明では、熱伝導率を維持しつつ、超音波の改善された減衰率を有する、バッキング材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、鋭意検討したところ、以下の手段により上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記のとおりである：
〈態様１〉炭素質マトリックスであって、前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔の少なくとも一部に充填されている、樹脂
を有する、超音波探触子用バッキング材。
〈態様２〉音響インピーダンスが、３．５～６．０Ｍｒａｙｌである、態様１に記載のバッキング材。
〈態様３〉ＪＩＳ Ｒ１６１１－２０１０に準拠する熱伝導率が、７．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、態様１又は２に記載のバッキング材。
〈態様４〉ＪＩＳ Ｚ ２３５４－２０１２に準拠する超音波減衰が、－５０～－１５ｄＢ／ｃｍである、態様１～３のいずれか一項に記載のバッキング材。
〈態様５〉前記マトリックスが、炭素質紛体を更に含有している、態様１～４のいずれか一項に記載のバッキング材。
〈態様６〉密度が１．１～１．８ｇ／ｃｍ３である、態様１～５のいずれか一項に記載のバッキング材。
〈態様７〉音響レンズ、音響整合層、圧電素子、及び態様１～６のいずれか一項に記載のバッキング材をこの順で具備している、超音波探触子。
〈態様８〉炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスを提供すること、及び
前記マトリックスの連通孔に、樹脂を充填すること
を含む、超音波探触子用バッキング材の製造方法。
〈態様９〉前記マトリックスの提供を、以下を含む方法により行う、態様８に記載の方法：
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて、前駆体組成物を作製すること、並びに
前記前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記硬化性樹脂を炭素化させて前記マトリックスを形成し、かつ前記消失性物質を消失させて、前記マトリックスの気孔を形成すること。
〈態様１〉炭素質マトリックスであって、前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔の少なくとも一部に充填されている、樹脂
を有する、超音波探触子用バッキング材。
〈態様２〉音響インピーダンスが、３．５～６．０Ｍｒａｙｌである、態様１に記載のバッキング材。
〈態様３〉ＪＩＳ Ｒ１６１１－２０１０に準拠する熱伝導率が、７．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、態様１又は２に記載のバッキング材。
〈態様４〉ＪＩＳ Ｚ ２３５４－２０１２に準拠する超音波減衰が、－５０～－１５ｄＢ／ｃｍである、態様１～３のいずれか一項に記載のバッキング材。
〈態様５〉前記マトリックスが、炭素質紛体を更に含有している、態様１～４のいずれか一項に記載のバッキング材。
〈態様６〉密度が１．１～１．８ｇ／ｃｍ３である、態様１～５のいずれか一項に記載のバッキング材。
〈態様７〉音響レンズ、音響整合層、圧電素子、及び態様１～６のいずれか一項に記載のバッキング材をこの順で具備している、超音波探触子。
〈態様８〉炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスを提供すること、及び
前記マトリックスの連通孔に、樹脂を充填すること
を含む、超音波探触子用バッキング材の製造方法。
〈態様９〉前記マトリックスの提供を、以下を含む方法により行う、態様８に記載の方法：
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて、前駆体組成物を作製すること、並びに
前記前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記硬化性樹脂を炭素化させて前記マトリックスを形成し、かつ前記消失性物質を消失させて、前記マトリックスの気孔を形成すること。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、熱伝導率を維持しつつ、超音波の改善された減衰率を有する、バッキング材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
《超音波探触子用バッキング材》
本発明の超音波探触子用バッキング材は、
炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔の少なくとも一部に充填されている、樹脂
を有する。
本発明の超音波探触子用バッキング材は、
炭素質マトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックス、及び
前記連通孔の少なくとも一部に充填されている、樹脂
を有する。
【0015】
上記の構成を有する本発明のバッキング材は、超音波を良好に減衰させることができる。より具体的には、本発明のバッキング材の、ＪＩＳ Ｚ ２３５４－２０１２に準拠する超音波減衰は、－１５ｄＢ／ｃｍ以下、－１７ｄＢ／ｃｍ以下、又は－１８ｄＢ／ｃｍ以下であることができ、また－５０ｄＢ／ｃｍ以上、－４５ｄＢ／ｃｍ以上、－４０ｄＢ／ｃｍ以上、－３５ｄＢ／ｃｍ以上、－３０ｄＢ／ｃｍ以上、－２８ｄＢ／ｃｍ以上、－２７ｄＢ／ｃｍ以上、－２５ｄＢ／ｃｍ以上、－２３ｄＢ／ｃｍ以上、又は－２０ｄＢ／ｃｍ以上であることができる。
【0016】
理論に拘束されることを望まないが、本発明のバッキング材は、その多孔性に起因して、超音波がマトリックス内部で乱反射することにより、上記の超音波減衰がもたらされると考えられる。また、本発明のバッキング材は、マトリックスの連通孔に樹脂が充填されていることにより、大きい音響インピーダンス、並びに良好な超音波減衰性及び熱伝導性を有することができる。
【0017】
本発明のバッキング材のＪＩＳ Ｒ１６１１－２０１０に準拠する熱伝導率は、７．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、８．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、９．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、又は１２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることができ、また３００．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、２５０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、２００．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１５０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１００．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、７０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、５０．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１３．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、１１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、又は１０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることができる。この熱伝導率は、レーザーフラッシュ熱物性測定装置（ＬＦＡ４５７、ＮＥＴＺＳＣＨ社）を用いて、バッキング材の厚さ方向に測定することができる。
【0018】
バッキング材の厚さは、５ｍｍ以上、７ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、１３ｍｍ以上、１５ｍｍ以上、１８ｍｍ以上、又は２０ｍｍ以上であることができ、また１００ｍｍ以下、９０ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、７０ｍｍ以下、６０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、４０ｍｍ以下、３５ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、又は２５ｍｍ以下であることができる。
【0019】
本発明のバッキング材の音響インピーダンスは、３．５Ｍｒａｙｌ以上、４．０Ｍｒａｙｌ以上、又は４．５Ｍｒａｙｌ以上であってよく、また６．０Ｍｒａｙｌ以下、５．３Ｍｒａｙｌ以下、５．０Ｍｒａｙｌ以下、４．８Ｍｒａｙｌ以下、４．５Ｍｒａｙｌ以下、又は４．０Ｍｒａｙｌ以下であってよい。
【0020】
上記の音響インピーダンスは、以下の式により求められるものである。
音響インピーダンス（Ｚ：Ｍｒａｙｌ）＝密度（ρ：ｇ／ｃｍ３）×音速（Ｃ：ｍ／ｓｅｃ）／１０３
音響インピーダンス（Ｚ：Ｍｒａｙｌ）＝密度（ρ：ｇ／ｃｍ３）×音速（Ｃ：ｍ／ｓｅｃ）／１０３
【0021】
ここで、上記の音速は、例えばＪＩＳ Ｚ ２３５３－２００３に準拠して測定した音速であってよい。
【0022】
バッキング材の密度は、１．１ｇ／ｃｍ３以上、１．２ｇ／ｃｍ３以上、１．３ｇ／ｃｍ３以上、又は１．４ｇ／ｃｍ３以上であってよく、また１．８ｇ／ｃｍ３以下、１．７ｇ／ｃｍ３以下、１．６ｇ／ｃｍ３以下、又は１．５ｇ／ｃｍ３以下であってよい。この密度は、ＪＩＳ Ｚ ８８０７に準拠して測定した密度であってよい。
【0023】
上記の構成を有するバッキング材のＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠する曲げ強さは、５０ＭＰａ以上、６０ＭＰａ以上、７０ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以上、９０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、又は１１０ＭＰａ以上であることができる。また、この曲げ強さは、２５０ＭＰａ以下、２４０ＭＰａ以下、２３０ＭＰａ以下、２２０ＭＰａ以下、２１０ＭＰａ以下、２００ＭＰａ以下、１９０ＭＰａ以下、１８０ＭＰａ以下、１６０ＭＰａ以下、１５０ＭＰａ以下、１４０ＭＰａ以下、又は１３０ＭＰａ以下であることができる。
【0024】
ここで、曲げ強さは、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して測定するものである。具体的には、両端を単純支持された試験片の１点に荷重（３点曲げ）を加え、所定の試験速度で試験片をたわませて得られた破壊時加重又は最大荷重を用いて、以下の式で求められる曲げ弾性率σｂ（ＭＰａ）を言うものである。
σｂ＝（３ＰｂＬ）／（２ｂｈ２）
式中、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）、ｈは試験片の厚さ（ｍｍ）、Ｐｂは破壊時加重又は最大荷重（Ｎ）を意味する。ここで、試験片を任意の大きさに切り分けて測定を行うことができることに留意されたい。
σｂ＝（３ＰｂＬ）／（２ｂｈ２）
式中、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）、ｈは試験片の厚さ（ｍｍ）、Ｐｂは破壊時加重又は最大荷重（Ｎ）を意味する。ここで、試験片を任意の大きさに切り分けて測定を行うことができることに留意されたい。
【0025】
上記の構成を有するバッキング材のＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠する曲げ弾性率は、１０ＧＰａ以上、１１ＧＰａ以上、１２ＧＰａ以上、１３ＧＰａ以上、１４ＧＰａ以上、１５ＧＰａ以上、又は１６ＧＰａ以上であることができる。また、この曲げ弾性率は、３５ＧＰａ以下、３３ＧＰａ以下、３０ＧＰａ以下、２９ＧＰａ以下、２８ＧＰａ以下、２６ＧＰａ以下、２４ＧＰａ以下、２２ＧＰａ以下、又は２０ＧＰａ以下であることができる。
【0026】
ここで、曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して測定するものである。具体的には、両端を単純支持された試験片の１点に荷重（３点曲げ）を加え、所定の試験速度で試験片をたわませて荷重－たわみ曲線を記録し、荷重－たわみ曲線の直線部の初期の勾配を用いて、以下の式で求められる曲げ弾性率Ｅｂ（ＭＰａ）を言うものである。
Ｅｂ＝（１／４）×（Ｌ３／ｂｈ３）×（Ｐ／δ）
式中、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）、ｈは試験片の厚さ（ｍｍ）、Ｐ／δは、荷重－たわみ曲線の直線部の勾配（Ｎ／ｍｍ）を意味する。ここで、試験片を任意の大きさに切り分けて測定を行うことができることに留意されたい。
Ｅｂ＝（１／４）×（Ｌ３／ｂｈ３）×（Ｐ／δ）
式中、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）、ｈは試験片の厚さ（ｍｍ）、Ｐ／δは、荷重－たわみ曲線の直線部の勾配（Ｎ／ｍｍ）を意味する。ここで、試験片を任意の大きさに切り分けて測定を行うことができることに留意されたい。
【0027】
以下では、本発明の各構成要素について説明する。
【0028】
〈マトリックス〉
マトリックスは、炭素質マトリックスであって、マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスである。
マトリックスは、炭素質マトリックスであって、マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスである。
【0029】
ここで、本発明において、「炭素質」はガラス状炭素及び／又は黒鉛で構成されていることを意味している。
【0030】
マトリックスの連通孔を構成する気孔の平均細孔径は、０ｎｍ超、１ｎｍ以上、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、８ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、又は９０ｎｍ以上であることができる。この気孔の平均細孔径は、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６５μｍ以下、又は６０μｍ以下であることができる。この気孔の平均細孔径は、水銀圧入法により測定した平均の直径である。
【0031】
水銀圧入法による測定は、マトリックスを１００℃で３時間乾燥する前処理を施し、測定機器、例えばＡｕｔｏＰｏｒｅＩＶ ９５２０（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社）を用いて、以下の条件で行うことができる：
測定範囲：約４ｎｍ～５００μｍ
解析方法：Ｗａｓｈｂｕｒｎ法
表面張力：４８０ｄｙｎｅｓ／ｃｍ、
接触角：１４０°。
測定範囲：約４ｎｍ～５００μｍ
解析方法：Ｗａｓｈｂｕｒｎ法
表面張力：４８０ｄｙｎｅｓ／ｃｍ、
接触角：１４０°。
【0032】
マトリックスは、マトリックス中に分散している炭素質紛体を更に含有していてよい。
【0033】
以下では、マトリックスの２つの態様について説明するが、本発明の超音波探触子用バッキング材においては、連通孔を有する他の多孔性のマトリックスを用いることができる。
【0034】
〈マトリックス：第一の態様〉
第一の態様では、図１（ａ）に示すように、マトリックス１０ａは、ガラス状炭素１４の内部に消失性の気孔形成剤に由来する気孔が形成されており、この気孔１２が連通孔を形成している形態でよい。
第一の態様では、図１（ａ）に示すように、マトリックス１０ａは、ガラス状炭素１４の内部に消失性の気孔形成剤に由来する気孔が形成されており、この気孔１２が連通孔を形成している形態でよい。
【0035】
本発明の第一の態様のマトリックスの連通孔を構成する気孔の平均細孔径は、０ｎｍ超、１ｎｍ以上、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、８ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、又は９０ｎｍ以上であることができる。この気孔の平均細孔径は、５００ｎｍ以下、４５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、２２０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１８０ｎｍ以下、１５０ｎｍ以下、１３０ｎｍ以下、又は１１０ｎｍ以下であることができる。この気孔の平均細孔径は、上記と同様に、水銀圧入法により測定した平均の直径である。
【0036】
本発明の第一の態様のマトリックスの厚さは、５ｍｍ以上、７ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、１３ｍｍ以上、１５ｍｍ以上、１８ｍｍ以上、又は２０ｍｍ以上であることができ、また１００ｍｍ以下、９０ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、７０ｍｍ以下、６０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、４０ｍｍ以下、３５ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、又は２５ｍｍ以下であることができる。
【0037】
〈マトリックス：第二の態様〉
第二の態様では、図１（ｂ）に示すように、マトリックス１０ｂは、ガラス状炭素粒子１４が互いに連結しており、それらのガラス状炭素粒子間に気孔１２が形成されており、これらの気孔１２が連通している形態でよい。
第二の態様では、図１（ｂ）に示すように、マトリックス１０ｂは、ガラス状炭素粒子１４が互いに連結しており、それらのガラス状炭素粒子間に気孔１２が形成されており、これらの気孔１２が連通している形態でよい。
【0038】
本発明の第二の態様のマトリックスの連通孔を構成する気孔の平均細孔径は、１μｍ以上、３μｍ以上、又は５μｍ以上であることができる。この気孔の直径は、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６５μｍ以下、又は６０μｍ以下であることができる。この気孔の平均細孔径は、上記と同様に、水銀圧入法により測定した平均の直径である。
【0039】
以下では、マトリックスの各構成要素について説明する。
【0040】
（ガラス状炭素）
ガラス状炭素は、例えば硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を含有している前駆体組成物を炭素化させることにより得ることができる。詳細には、バッキング材の製造方法に関して下記で説明する。
ガラス状炭素は、例えば硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を含有している前駆体組成物を炭素化させることにより得ることができる。詳細には、バッキング材の製造方法に関して下記で説明する。
【0041】
（炭素質紛体）
マトリックス中には、炭素質紛体分散していてもよい。
マトリックス中には、炭素質紛体分散していてもよい。
【0042】
炭素質紛体としては、例えば非晶質炭素粉末、グラフェン、カーボンナノチューブ、黒鉛、及びカーボンブラック等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、また組み合わせて使用してもよい。
【0043】
炭素質紛体の形状は、特に限定されず、例えば扁平状、アレイ状、球状等の形状であってよい。
【0044】
炭素質紛体の平均粒子径は、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７００ｎｍ以上、１μｍ以上、２μｍ以上、又は３μｍ以上であることができ、また１５０μｍ以下、１４０μｍ以下、１３０μｍ以下、１２０μｍ以下、１１０μｍ以下、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１８μｍ以下、１５μｍ以下、１３μｍ以下、１０μｍ以下、又は７μｍ以下であることができる。ここで、本明細書において、平均粒子径は、レーザー回折法において体積基準により算出されたメジアン径（Ｄ５０）を意味するものである。
【0045】
マトリックス中の炭素質紛体の含有率は、マトリックス全体の質量を基準として、８０質量％以下、７５質量％以下、７０質量％以下、６５質量％以下、６０質量％以下、５５質量％以下、５０質量％以下、４５質量％以下、４０質量％以下、３５質量％以下、３０質量％以下、２５質量％以下、２０質量％以下、又は１５質量％以下であることができ、また、５質量％以上、７質量％以上、又は１０質量％以上であることができる。炭素質紛体の含有量が５０質量％以下であることにより、マトリックスの成形をより容易に行うことができる。また、炭素質紛体の含有量が５質量％以上であることにより、マトリックスの良好な機械的性質を確保することができる。
【0046】
〈樹脂〉
樹脂は、連通孔に充填されている。かかる樹脂としては、減衰性及び可構成を考慮して選択することができ、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ゴム、エラストマー等を、単独で又は組み合わせて用いることができる。
樹脂は、連通孔に充填されている。かかる樹脂としては、減衰性及び可構成を考慮して選択することができ、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ゴム、エラストマー等を、単独で又は組み合わせて用いることができる。
【0047】
《超音波探触子》
図１に示すように、本発明の超音波探触子１００は、音響レンズ１０２、音響整合層１０４、圧電素子１０６、及び上記のバッキング材１０８をこの順で具備している。
図１に示すように、本発明の超音波探触子１００は、音響レンズ１０２、音響整合層１０４、圧電素子１０６、及び上記のバッキング材１０８をこの順で具備している。
【0048】
〈音響レンズ〉
音響レンズは、一般に、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために配置されている。
音響レンズは、一般に、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために配置されている。
【0049】
本発明において、音響レンズを構成する素材としては、例えば従来公知のシリコーンゴム、フッ素シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン－プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等を用いることができる。
【0050】
〈圧電素子〉
圧電素子は、一般に、電極及び圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子である。
圧電素子は、一般に、電極及び圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子である。
【0051】
（圧電材料）
圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な材料であってよい。圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、ＰｂＴｉＯ３系セラミック等の圧電セラミックス、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系ポリマー、シアン化ビニリデン（ＶＤＣＮ）系ポリマー等の有機高分子圧電材料、水晶、ロッシェル塩等を用いることができる。
圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な材料であってよい。圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、ＰｂＴｉＯ３系セラミック等の圧電セラミックス、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系ポリマー、シアン化ビニリデン（ＶＤＣＮ）系ポリマー等の有機高分子圧電材料、水晶、ロッシェル塩等を用いることができる。
【0052】
フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系ポリマーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン－３フッ化エチレン（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ））等が挙げられる。シアン化ビニリデン（ＶＤＣＮ）系ポリマーとしては、ポリシアン化ビニリデン（ＰＶＤＣＮ）、シアン化ビニリデン系共重合体が挙げられる。
【0053】
（電極）
電極としては、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）等を用いることができる。
電極としては、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）等を用いることができる。
【0054】
〈音響整合層〉
音響整合層は、一般に、超音波振動子と被検体の間の音響インピーダンスを整合させるもので、超音波振動子と被検体との中間の音響インピーダンスを有する材料で構成される。
音響整合層は、一般に、超音波振動子と被検体の間の音響インピーダンスを整合させるもので、超音波振動子と被検体との中間の音響インピーダンスを有する材料で構成される。
【0055】
音響整合層に用いられる材料としては、アルミ、アルミ合金（例えばＡＬ－Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＣ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６－６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。
【0056】
音響整合層は、単層であってもよく、又は複層であってもよい。
【0057】
《バッキング材の製造方法》
バッキング材を製造する本発明の方法は、
ガラス状炭素で構成されているマトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスを提供すること、及び
前記マトリックスの連通孔に、樹脂を充填すること
を含む。
バッキング材を製造する本発明の方法は、
ガラス状炭素で構成されているマトリックスであって、かつ前記マトリックス中に分散している連通孔を有する、マトリックスを提供すること、及び
前記マトリックスの連通孔に、樹脂を充填すること
を含む。
【0058】
〈マトリックスの提供：第一の態様〉
第一の態様では、以下を含む方法により、マトリックスを提供することができる：
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて、前駆体組成物を作製すること、並びに
前記前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記硬化性樹脂を炭素化させて前記マトリックスを形成し、かつ前記消失性物質を消失させて、前記マトリックスの前記連通孔を形成すること
を含む。
第一の態様では、以下を含む方法により、マトリックスを提供することができる：
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて、前駆体組成物を作製すること、並びに
前記前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記硬化性樹脂を炭素化させて前記マトリックスを形成し、かつ前記消失性物質を消失させて、前記マトリックスの前記連通孔を形成すること
を含む。
【0059】
また、本発明の方法は、前駆体組成物を炭素化させて得たバッキング材用ブロックを切削して、バッキング材を作製することを更に含んでもよい。
【0060】
従来、厚さが５ｍｍ以上であるマトリックスを製造しようとした場合には、硬化の段階や炭素化の初期段階において、大量の低分子量物質が生成することにより、体積が大きく収縮し、かつこの低分子量物質からなるガスが内部に蓄積されるため、クラックが発生しやすいという問題があった。作製しようとするマトリックスの厚さが大きくなればなるほど、成形体の表面から遠い（深い）場所で発生するガスが多くなり、それによって、体積の収縮及びガスの発生量が大きくなり、その結果、炭素化の段階において炭素前駆体に加わる応力が大きくなり、クラック等が発生しやすくなる。
【0061】
これに対し、本発明者らは、上記の方法により、厚さが５ｍｍ以上であるマトリックスを製造できることを見出した。具体的には、硬化性樹脂、消失性物質及び溶媒が相溶していることにより、炭素化の段階において、炭素前駆体の内部からガスを逃がすことができるパスを、炭素前駆体全体に偏りなく形成でき、その結果、ガスの蓄積に伴う応力を良好に抑制することができるため、クラックを生じさせることなく、上記のガラス状炭素成形体を製造できる。
【0062】
（前駆体組成物の作製）
前駆体組成物の作製は、硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて行う。
前駆体組成物の作製は、硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒を混合することによりこれらを相溶させて行う。
【0063】
混合は、ディスパー等の公知の攪拌手段で行うことができる。
【0064】
（前駆体組成物の成形）
前駆体組成物の成形は、前駆体組成物を型に投入して硬化させることにより行うことができる。
前駆体組成物の成形は、前駆体組成物を型に投入して硬化させることにより行うことができる。
【0065】
（前駆体組成物の熱処理）
前駆体組成物の熱処理は、前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、硬化性樹脂を炭素化させてバッキング材の本体を形成し、かつ消失性物質を消失させて、バッキング材の前記気孔を形成することである。
前駆体組成物の熱処理は、前駆体組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、硬化性樹脂を炭素化させてバッキング材の本体を形成し、かつ消失性物質を消失させて、バッキング材の前記気孔を形成することである。
【0066】
熱処理は、例えば８００℃以上、８５０℃以上、又は９００℃以上であり、かつ３０００℃以下、２８００℃以下、２５００℃以下、２２００℃以下、２０００℃以下、１８００℃以下、１６００℃以下、１５００℃以下、１４００℃以下、１３００℃以下、１２００℃以下、１１５０℃以下、１１００℃以下、１０５０℃以下、又は１０００℃以下の温度まで昇温させて行うことができる。
【0067】
以下では、本発明のバッキング材を製造する本発明の方法において用いる物について説明する。
【0068】
（硬化性樹脂）
硬化性樹脂は、概して、３次元架橋して硬化する樹脂である。特に、硬化性樹脂としては、非酸化雰囲気下で１０００℃まで加熱したときに熱分解することなく炭素化可能であり、かつ炭素化収率（残炭率）が４０％以上である硬化性樹脂を用いることが好ましい。
硬化性樹脂は、概して、３次元架橋して硬化する樹脂である。特に、硬化性樹脂としては、非酸化雰囲気下で１０００℃まで加熱したときに熱分解することなく炭素化可能であり、かつ炭素化収率（残炭率）が４０％以上である硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【0069】
かかる硬化性樹脂としては、例えばフラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン－フェノール系樹脂、フェノール変性フラン共縮合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、フラン－尿素系樹脂などの硬化前駆体を一種又は二種以上用いることができる。
【0070】
（硬化剤）
例えば、硬化性樹脂として、フラン樹脂、フェノール－フラン系樹脂、フラン－尿素系樹脂を用いる場合においては、硬化剤としては、例えばパラトルエンスルホン酸等の有機スルホン酸系硬化剤を用いることができる。
例えば、硬化性樹脂として、フラン樹脂、フェノール－フラン系樹脂、フラン－尿素系樹脂を用いる場合においては、硬化剤としては、例えばパラトルエンスルホン酸等の有機スルホン酸系硬化剤を用いることができる。
【0071】
（消失性物質）
消失性物質は、所与の熱分解温度で、熱分解により消失することができる物質、特に有機物である。
消失性物質は、所与の熱分解温度で、熱分解により消失することができる物質、特に有機物である。
【0072】
この熱分解温度は、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、窒素雰囲気下でのＴＧ測定により求めることができる。具体的には、各測定温度Ｔに於ける質量減少率Ｗ（％）において、各温度でのｄＷ／ｄＴを求めプロットしたときのｄＷ／ｄＴのピーク温度を物質の熱分解温度とすることができる。
【0073】
消失性物質の熱分解温度は、上記の硬化性樹脂が炭素化する温度よりも低い温度であることが好ましく、例えば５００℃以下、４８０℃以下、４５０℃以下、又は４２０℃以下であることが好ましい。熱分解温度が上記の温度であることにより、硬化性樹脂の炭化温度域において発生する、低分子量物質から成るガスを抜くためのパスを良好に構築することができる。
【0074】
また、この熱分解温度は、３００℃以上、３２０℃以上、３５０℃以上、又は３８０℃以上であることが好ましい。熱分解温度が３００℃以上であることにより、炭素化の初期温度において大量の低分子量物質を生じることによる、前駆体組成物の急激な収縮を抑制し、その結果、上記のパスが閉じることを抑制することができる。
【0075】
消失性物質としては、例えばポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルピロリドン、及びポリエチレングリコール等を用いることができる。
【0076】
特に、消失性物質としてポリエチレングリコールを用いる場合には、消失性物質の分子量は、４００以上、６００以上、８００以上、１０００以上、３０００以上、５０００以上、８０００以上、１００００以上、１２０００以上、１４０００以上、又は１７０００以上であり、かつ１０００００以下、９００００以下、８００００以下、７００００以下、６００００以下、５００００以下、４５０００以下、４００００以下、３５０００以下、３００００以下、又は２５０００以下であることが、熱分解温度を上記の範囲内とする観点から好ましい。なお、分子量が異なる消失性物質を混合させて用いる場合には、各成分の含有率で重みづけした分子量の加重平均が、上記の範囲内にあってよい。
【0077】
消失性物質の含有率は、前駆体組成物の固形分の質量を基準として、０質量％超、１質量％以上、２質量％以上、３質量％以上、又は４質量％以上であることが、上記のパスを良好に形成する観点から好ましく、また１０質量％以下、９質量％以下、８質量％以下、７質量％以下、６質量％以下、又は５質量％以下であることが、マトリックスの機械的強度を良好にする観点から好ましい。ここで、「前駆体組成物の固形分の質量」は、硬化性樹脂及び消失性物質の合計質量を意味するものである。
【0078】
（溶媒）
本発明の溶媒は、硬化性樹脂及び消失性物質と相溶することができる溶媒である。ここで、本明細書において、「相溶」とは、硬化前の前駆体組成物を光学顕微鏡で１００倍以上に拡大して観察したときに、未溶解物が確認できない状態を意味するものである。
本発明の溶媒は、硬化性樹脂及び消失性物質と相溶することができる溶媒である。ここで、本明細書において、「相溶」とは、硬化前の前駆体組成物を光学顕微鏡で１００倍以上に拡大して観察したときに、未溶解物が確認できない状態を意味するものである。
【0079】
溶媒の沸点は、１５０℃以上であることが、消失性物質との相溶状態を長く維持し、その結果、良好にパスを形成する観点から好ましい。この沸点は、１５０℃以上、１６０℃以上、１７０℃以上、１８０℃以上、１９０℃以上、又は２００℃以上であってよく、また３００℃以下、２８０℃以下、又は２５０℃以下であってよい。
【0080】
溶媒としては、例えばベンジルアルコール等のアルコール、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン（ＤＭＩ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）等の非プロトン系極性溶媒、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、分子量６００以下のポリエチレングリコール等のグリコール系溶媒、３－メトキシ－３－メチル－１－ブタノール（ソルフィット）等のグリコールエーテル等が挙げられる。これらを一種又は二種以上混合して用いても良い。
【0081】
上記の溶解度パラメータの条件を満足する硬化性樹脂／熱分解性有機物／溶媒の組合せとしては、例えば以下の組合せを採用することができる：
フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ベンジルアルコール＋テトラエチレングリコール、フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ベンジルアルコール＋トリエチレングリコール、フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ベンジルアルコール＋ジエチレングリコール、フラン樹脂／ポリビニルピロリドン／ベンジルアルコール＋テトラエチレングリコール、フェノール樹脂／ポリエチレングリコール＋ＰＶＢ／テトラエチレングリコール＋ベンジルアルコール、フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ＮＭＰ。
これらは一例で、均一な相溶状態の組合せで有れば採用することができる。
フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ベンジルアルコール＋テトラエチレングリコール、フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ベンジルアルコール＋トリエチレングリコール、フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ベンジルアルコール＋ジエチレングリコール、フラン樹脂／ポリビニルピロリドン／ベンジルアルコール＋テトラエチレングリコール、フェノール樹脂／ポリエチレングリコール＋ＰＶＢ／テトラエチレングリコール＋ベンジルアルコール、フラン樹脂／ポリエチレングリコール／ＮＭＰ。
これらは一例で、均一な相溶状態の組合せで有れば採用することができる。
【0082】
〈マトリックスの提供：第二の態様〉
第二の態様では、以下を含む方法により、マトリックスを提供することができる：
炭素前駆体粒子を型に充填して加熱硬化させて、成形組成物を作製すること、及び
前記成形組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記炭素前駆体粒子を炭素化させること
を含む。
第二の態様では、以下を含む方法により、マトリックスを提供することができる：
炭素前駆体粒子を型に充填して加熱硬化させて、成形組成物を作製すること、及び
前記成形組成物を非酸化雰囲気下で熱処理して、前記炭素前駆体粒子を炭素化させること
を含む。
【0083】
第二の態様の方法は、例えば特許文献４を参照して実施することができる。
【0084】
（成形組成物の作製）
成形組成物は、一態様においては、炭素前駆体粒子を型に充填して加熱硬化させて行うことができる。
成形組成物は、一態様においては、炭素前駆体粒子を型に充填して加熱硬化させて行うことができる。
【0085】
炭素前駆体粒子としては、例えばポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、エポキシ樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂等で構成されている樹脂粒子、並びにコールタールピッチ、石油ピッチ等のピッチを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。
【0086】
また、別の態様では、上記の樹脂粒子及びピッチの少なくとも１種を、混錬して押出成形し、これにより得られた成形体を粉砕して得た粒子を、炭素前駆体粒子としてもよい。
【0087】
炭素前駆体粒子の平均粒子径は、例えば１μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上、又は５μｍ以上であることができ、また５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、又は１０μｍ以下であることができる。この平均粒子径は、レーザー回折法において体積基準により算出されたメジアン径（Ｄ５０）の値である。レーザー回折法による測定は、例えば粒度分布測定装置 ＭＴ３３００ＩＩ（マイクロトラック・ベル株式会社）を用いて行うことができる。
【0088】
（熱処理）
熱処理は、例えば６００℃以上、６５０℃以上、７００℃以上、７５０℃以上、又は８００℃以上、８５０℃以上、又は９００℃以上であり、かつ３０００℃以下、２７００℃以下、２５００℃以下、２３００℃以下、２１００℃以下、２０００℃以下、１７００℃以下、１５００℃以下、１３００℃以下、１２００℃以下、１１５０℃以下、１１００℃以下、１０５０℃以下、又は１０００℃以下の温度で行うことができる。
熱処理は、例えば６００℃以上、６５０℃以上、７００℃以上、７５０℃以上、又は８００℃以上、８５０℃以上、又は９００℃以上であり、かつ３０００℃以下、２７００℃以下、２５００℃以下、２３００℃以下、２１００℃以下、２０００℃以下、１７００℃以下、１５００℃以下、１３００℃以下、１２００℃以下、１１５０℃以下、１１００℃以下、１０５０℃以下、又は１０００℃以下の温度で行うことができる。
【0089】
〈樹脂の充填〉
樹脂の充填は、公知の方法により行うことができる。充填する樹脂としては、既に言及したものを用いることができる。
樹脂の充填は、公知の方法により行うことができる。充填する樹脂としては、既に言及したものを用いることができる。
【実施例0090】
実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【0091】
《バッキング材の作製》
〈実施例１〉
硬化性樹脂として、フラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）を４５質量部、熱分解性有機物としての分子量２００００のポリエチレングリコール（熱分解温度４２６℃）６質量部、溶媒としてのベンジルアルコール（沸点２０５℃）１８質量部、及びテトラエチレングリコール（沸点３２８℃）１３質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一溶液を得た。得られた溶液に、黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）を１８質量部添加してビーズミル等で均一に分散した。得られた分散液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸１質量部を添加し、攪拌機（ホモミクサーＭＡＲＫ ＩＩ ２．５型、プライミクス社）を用いて充分撹拌し、減圧脱泡操作を施したものを準備した。
〈実施例１〉
硬化性樹脂として、フラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）を４５質量部、熱分解性有機物としての分子量２００００のポリエチレングリコール（熱分解温度４２６℃）６質量部、溶媒としてのベンジルアルコール（沸点２０５℃）１８質量部、及びテトラエチレングリコール（沸点３２８℃）１３質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一溶液を得た。得られた溶液に、黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）を１８質量部添加してビーズミル等で均一に分散した。得られた分散液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸１質量部を添加し、攪拌機（ホモミクサーＭＡＲＫ ＩＩ ２．５型、プライミクス社）を用いて充分撹拌し、減圧脱泡操作を施したものを準備した。
【0092】
この溶液を厚み５ｍｍの型枠に流し込んで硬化させた後に、アルゴンガス中で２０００℃で処理することで、厚み４ｍｍのマトリックスを得た。得られたマトリックスの平均細孔径は０．１μｍであった。
【0093】
なお、平均細孔径の測定は、マトリックスを１００℃で３時間乾燥する前処理を施し、ＡｕｔｏＰｏｒｅＩＶ ９５２０（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社）を用い、水銀圧入法により、以下の条件で測定した。
測定範囲：約４ｎｍ～５００μｍ
解析方法：Ｗａｓｈｂｕｒｎ法
表面張力：４８０ｄｙｎｅｓ／ｃｍ、
接触角：１４０°。
測定範囲：約４ｎｍ～５００μｍ
解析方法：Ｗａｓｈｂｕｒｎ法
表面張力：４８０ｄｙｎｅｓ／ｃｍ、
接触角：１４０°。
【0094】
このマトリックスにエポキシ樹脂を含浸充填し、硬化させて、実施例１のバッキング材を得た。各特性を評価した。
【0095】
〈比較例１〉
エポキシ樹脂を含浸充填しなかったことを除き、実施例１と同様にして、比較例１のバッキング材を得た。
エポキシ樹脂を含浸充填しなかったことを除き、実施例１と同様にして、比較例１のバッキング材を得た。
【0096】
〈実施例２〉
ポリ塩化ビニル樹脂粉体（Ｍ１００８、カネカ社）７０質量部と黒鉛（球状黒鉛２０μｍ、日本黒鉛社）３０質量部をオープンミキサーで混合し、厚さ５ｍｍの枠に充填して加熱硬化させた。これをアルゴンガス中で２０００℃で処理することで、厚み４ｍｍのマトリックスを得た。得られたマトリックスの平均細孔径は５μｍであった。
ポリ塩化ビニル樹脂粉体（Ｍ１００８、カネカ社）７０質量部と黒鉛（球状黒鉛２０μｍ、日本黒鉛社）３０質量部をオープンミキサーで混合し、厚さ５ｍｍの枠に充填して加熱硬化させた。これをアルゴンガス中で２０００℃で処理することで、厚み４ｍｍのマトリックスを得た。得られたマトリックスの平均細孔径は５μｍであった。
【0097】
このマトリックスにエポキシ樹脂を含浸充填し、硬化させて、実施例２のバッキング材を得た。
【0098】
〈実施例３〉
ポリ塩化ビニル樹脂粉体（Ｍ１００８、カネカ社）７５質量部と黒鉛（鱗片状黒鉛５μｍ、日本黒鉛）２５質量部をオープンミキサーで混合し、押出成形機を用いて直径２ｍｍの線状に成形した。粉砕機を用いてこれを粉砕し、３６メッシュを通り５０メッシュを通らない粉体を得た。これを厚さ５ｍｍの枠に充填して加熱硬化させた。これをアルゴンガス中で２２００℃で処理することで、厚み４ｍｍのマトリックスを得た。得られたマトリックスの平均細孔径は５５μｍであった。
ポリ塩化ビニル樹脂粉体（Ｍ１００８、カネカ社）７５質量部と黒鉛（鱗片状黒鉛５μｍ、日本黒鉛）２５質量部をオープンミキサーで混合し、押出成形機を用いて直径２ｍｍの線状に成形した。粉砕機を用いてこれを粉砕し、３６メッシュを通り５０メッシュを通らない粉体を得た。これを厚さ５ｍｍの枠に充填して加熱硬化させた。これをアルゴンガス中で２２００℃で処理することで、厚み４ｍｍのマトリックスを得た。得られたマトリックスの平均細孔径は５５μｍであった。
【0099】
このマトリックスにウレタン樹脂を含浸充填し、硬化させ、次いでエポキシ樹脂を含浸充填し、硬化させて、実施例３のバッキング材を得た。
【0100】
〈比較例２〉
アモルファス炭素源としてのフラン樹脂（日立化成社）７０部、黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）１０部、気孔形成材としてＰＭＭＡ（積水化成品工業社、平均粒子径１０μｍ）２０部に硬化剤としてｐ－トルエンスルホン酸１部を添加して、攪拌機（ホモミクサーＭＡＲＫ ＩＩ ２．５型、プライミクス社）を用いて充分撹拌し、減圧脱泡操作を施したものを準備した。この溶液を厚み５ｍｍの型枠に流し込んで硬化させた後に、窒素ガス中で１０００℃で処理することで、厚み４ｍｍのバッキング材を得た。
アモルファス炭素源としてのフラン樹脂（日立化成社）７０部、黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）１０部、気孔形成材としてＰＭＭＡ（積水化成品工業社、平均粒子径１０μｍ）２０部に硬化剤としてｐ－トルエンスルホン酸１部を添加して、攪拌機（ホモミクサーＭＡＲＫ ＩＩ ２．５型、プライミクス社）を用いて充分撹拌し、減圧脱泡操作を施したものを準備した。この溶液を厚み５ｍｍの型枠に流し込んで硬化させた後に、窒素ガス中で１０００℃で処理することで、厚み４ｍｍのバッキング材を得た。
【0101】
〈比較例３〉
比較例３のバッキング材としては、アクリル樹脂板（ミスミ社）を用いた。
比較例３のバッキング材としては、アクリル樹脂板（ミスミ社）を用いた。
【0102】
《評価》
作製したバッキング材を、３０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍの大きさに切り分け、そして質量を測定して密度を算出し、更に以下の評価を行った。
作製したバッキング材を、３０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍの大きさに切り分け、そして質量を測定して密度を算出し、更に以下の評価を行った。
【0103】
〈音速の測定及び音響インピーダンスの算出〉
ＪＩＳ Ｚ ２３５３－２００３に準拠して、シングアラウンド式音速測定装置を用い、作製した各バッキング材の内部における音速を２５℃で測定した。算出した密度及び測定した音速を用い、音響インピーダンスを算出した。
ＪＩＳ Ｚ ２３５３－２００３に準拠して、シングアラウンド式音速測定装置を用い、作製した各バッキング材の内部における音速を２５℃で測定した。算出した密度及び測定した音速を用い、音響インピーダンスを算出した。
【0104】
〈超音波減衰〉
各バッキング材の内部における超音波減衰を、ＪＩＳ Ｚ ２３５４－２０１２に準拠して、水槽中に２５℃の水を満たし、超音波パルサーレシーバーＪＳＲ ＤＰＲ５００によって水中で１ＭＨｚの超音波を発生させ、超音波がバッキング材を透過する前と後の振幅の大きさを測定することにより、超音波減衰を評価した。
各バッキング材の内部における超音波減衰を、ＪＩＳ Ｚ ２３５４－２０１２に準拠して、水槽中に２５℃の水を満たし、超音波パルサーレシーバーＪＳＲ ＤＰＲ５００によって水中で１ＭＨｚの超音波を発生させ、超音波がバッキング材を透過する前と後の振幅の大きさを測定することにより、超音波減衰を評価した。
【0105】
〈熱伝導率〉
レーザーフラッシュ熱物性測定装置（ＬＦＡ４５７、ＮＥＴＺＳＣＨ社）を用い、作製したバッキング材の厚さ方向の熱伝導率を測定した。
レーザーフラッシュ熱物性測定装置（ＬＦＡ４５７、ＮＥＴＺＳＣＨ社）を用い、作製したバッキング材の厚さ方向の熱伝導率を測定した。
【0106】
実施例及び比較例の構成及び評価結果を表１に示す。
【0107】
【表1】
【0108】
表１から、連通孔を有し、この連通孔に樹脂が充填されている、実施例１～３のバッキング材は、超音波の良好な減衰性、及び良好な熱伝導性を兼ね備えたバッキング材であることが理解できよう。
【0109】
以下では、実施例１のバッキング材を構成するガラス状炭素成形体、すなわち連通孔を有する多孔質のガラス状炭素を含有している成形体の例を、参考例を参照して示す。実施例１では、評価の便宜のため、４ｍｍの厚さで成形したが、実施例１の構成では、より大きな厚さを有するバッキング材を成形できることが、以下の参考例の記載から明らかになる筈である。
【0110】
《参考例１》
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）１２０質量部、消失性物質としての分子量１１０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）（熱分解温度４２６℃）１４質量部、並びに溶媒としてのベンジルアルコール（ＢＡ）（沸点２０５℃）２６質量部及びテトラエチレングリコール（ＴＥＧ）（沸点３２８℃）４０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。消失性物質の含有率は、前駆体組成物の固形分の質量を基準として、１０質量％であった。
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）１２０質量部、消失性物質としての分子量１１０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）（熱分解温度４２６℃）１４質量部、並びに溶媒としてのベンジルアルコール（ＢＡ）（沸点２０５℃）２６質量部及びテトラエチレングリコール（ＴＥＧ）（沸点３２８℃）４０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。消失性物質の含有率は、前駆体組成物の固形分の質量を基準として、１０質量％であった。
【0111】
得られた溶液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸（ＰＴＳ）２質量部を添加し、更に撹拌して均一化したものを減圧脱泡処理して、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物を、直径１００ｍｍ厚さ２５ｍｍの型に充填して硬化させた。硬化させた前駆体組成物を型から外し、窒素ガス雰囲気下で、１０００℃の温度まで熱処理して直径８０ｍｍ厚さ２０ｍｍのガラス状炭素成形体を得た。
【0112】
得られたガラス状炭素成形体は、ＳＥＭによる画像解析法により測定した気孔の直径が５０ｎｍ程度、曲げ強さが８０ＭＰａ、曲げ弾性率が１９ＧＰａ、音響インピーダンスが４．５Ｍｒａｙｌであるガラス状炭素成形体であった。
【0113】
《参考例２》
硬化性樹脂として、フラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）を１２６質量部、熱分解性有機物としての分子量２００００のポリエチレングリコール（熱分解温度４２６℃）１０質量部、溶媒としてのソルフィット（沸点１７４℃）２０質量部及びトリエチレングリコール（ＴｒＥＧ）（沸点２８７℃）３０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一溶液を得た。消失性物質の含有率は、前駆体組成物の固形分の質量を基準として、７質量％であった。
硬化性樹脂として、フラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）を１２６質量部、熱分解性有機物としての分子量２００００のポリエチレングリコール（熱分解温度４２６℃）１０質量部、溶媒としてのソルフィット（沸点１７４℃）２０質量部及びトリエチレングリコール（ＴｒＥＧ）（沸点２８７℃）３０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一溶液を得た。消失性物質の含有率は、前駆体組成物の固形分の質量を基準として、７質量％であった。
【0114】
得られた溶液に、黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）を１４質量部添加してビーズミル等で均一に分散した。得られた分散液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸１質量部を添加し、更に撹拌して均一化したものを減圧脱泡処理して、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物を、直径１００ｍｍ厚さ３０ｍｍの型に充填して硬化させた。硬化させた前駆体組成物を型から外し、窒素ガス雰囲気下で、１４００℃の温度まで熱処理して、直径８０ｍｍ厚さ２５ｍｍのガラス状炭素成形体を得た。
【0115】
得られたガラス状炭素成形体は、ＳＥＭによる画像解析法により測定した気孔の直径が５０ｎｍ程度、曲げ強さが９６ＭＰａ、曲げ弾性率が１７．５ＧＰａ、音響インピーダンスが４．４Ｍｒａｙｌであるガラス状炭素成形体であった。
【0116】
《参考例３》
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）８０質量部、熱分解性有機物としての分子量２００００のポリエチレングリコール（熱分解温度４２６℃）２質量部及び分子量６００のポリエチレングリコール（熱分解温度３９０℃）２質量部、溶媒としてのベンジルアルコール（沸点２０５℃）１０質量部及びジエチレングリコール（ＤＥＧ）（沸点２４４℃）１０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）８０質量部、熱分解性有機物としての分子量２００００のポリエチレングリコール（熱分解温度４２６℃）２質量部及び分子量６００のポリエチレングリコール（熱分解温度３９０℃）２質量部、溶媒としてのベンジルアルコール（沸点２０５℃）１０質量部及びジエチレングリコール（ＤＥＧ）（沸点２４４℃）１０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。
【0117】
得られた溶液に非晶質炭素粉末（平均粒子径１０μｍ）を８０質量部添加して、これをビーズミルやディスパー等で均一に分散させた。得られた分散液に硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸を３質量部添加し、更に撹拌して均一化したものを減圧脱泡処理して、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物を、直径１００ｍｍ厚さ３０ｍｍの型に充填して硬化させた。硬化させた前駆体組成物を型から外し、窒素ガス雰囲気下で、１０００℃の温度まで熱処理して直径８０ｍｍ厚さ２５ｍｍのガラス状炭素成形体を得た。
【0118】
得られたガラス状炭素成形体は、ＳＥＭによる画像解析法により測定した気孔の直径が５０ｎｍ程度、曲げ強さが１１５ＭＰａ、曲げ弾性率が２４ＧＰａ、音響インピーダンスが５．３Ｍｒａｙｌだった。
【0119】
《参考比較例１》
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）１２０質量部、溶媒としてのベンジルアルコール（沸点２０５℃）２６質量部及びテトラエチレングリコール（沸点３２８℃）４０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）１２０質量部、溶媒としてのベンジルアルコール（沸点２０５℃）２６質量部及びテトラエチレングリコール（沸点３２８℃）４０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。
【0120】
得られた溶液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸１質量部を添加し、更に撹拌して均一化したものを減圧脱泡処理して、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物を、直径１００ｍｍ厚さ３０ｍｍの型に充填して硬化させた。硬化させた前駆体組成物を型から外し、窒素ガス雰囲気下で、１４００℃の温度まで熱処理したところ、大きなクラックと内部に細かなクラックが入り、ガラス状炭素成形体が得られなかった。この為、細孔径、曲げ強さ、曲げ弾性率、及び音響インピーダンスの測定はできなかった。
【0121】
《参考比較例２》
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）７０質量部、熱分解性有機物としてのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（粒子径５μｍ、熱分解温度４００℃）２０質量部、及び炭素質紛体としての黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）１０質量部を添加してビーズミルやディスパー等で均一に分散させた。
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）７０質量部、熱分解性有機物としてのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（粒子径５μｍ、熱分解温度４００℃）２０質量部、及び炭素質紛体としての黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）１０質量部を添加してビーズミルやディスパー等で均一に分散させた。
【0122】
得られた分散液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸を１質量部添加し、更に撹拌して均一化したものを減圧脱泡処理して、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物を、直径１００ｍｍ厚さ３０ｍｍの型に充填して硬化させた。硬化させた前駆体組成物を型から外し、窒素ガス雰囲気下で、１０００℃の温度まで熱処理したところ、炭化物にクラックが入り、ガラス状炭素成形体は得られなかった。この為、曲げ強さ、曲げ弾性率、及び音響インピーダンスの測定はできなかった。
【0123】
《参考比較例３》
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）１２６質量部、溶媒としてのソルフィット（沸点１７４℃）２０質量部及びトリエチレングリコール（沸点２８７℃）３０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。
硬化性樹脂としてのフラン樹脂（ＶＦ３０３、日立化成社）１２６質量部、溶媒としてのソルフィット（沸点１７４℃）２０質量部及びトリエチレングリコール（沸点２８７℃）３０質量部を配合し、ディスパー等で良く撹拌して均一な溶液を得た。
【0124】
得られた溶液に、炭素質紛体としての黒鉛（鱗片状黒鉛、日本黒鉛社、平均粒子径５μｍ）を１０質量部添加してビーズミルやディスパーなどで均一に分散させた。得られた分散液に、硬化剤としてのパラトルエンスルホン酸１質量部を添加し、更に撹拌して均一化したものを減圧脱泡処理して、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物を、直径１００ｍｍ厚さ３０ｍｍの型に充填して硬化させた。硬化させた前駆体組成物を型から外し、窒素ガス雰囲気下で、１０００℃の温度まで熱処理したところ、炭化物にクラックが入り、ガラス状炭素成形体は得られなかった。この為、曲げ強さ、曲げ弾性率、及び音響インピーダンスの測定はできなかった。
【0125】
参考例及び参考比較例の各構成及び評価結果を表１に示す。なお、表１の「溶液状態」においては、硬化前でかつ炭素質紛体の添加前の前駆体組成物を光学顕微鏡で１００倍以上に拡大して観察したときに、未溶解物が確認できない場合には、「相溶」と記載しており、そうではない場合には、「非相溶」と記載している。
【0126】
【表2】
【0127】
硬化性樹脂、消失性物質、及び溶媒が相溶している前駆体組成物を用いた参考例１～３では、厚さ２０～２５ｍｍのガラス状炭素成形体が作製できた。
【0128】
これに対し、消失性物質を含有していない前駆体組成物を用いた参考比較例１及び３、並びに溶媒を含有していない前駆体組成物を用いた参考比較例２では、厚さ２０ｍｍ以上のガラス状炭素成形体が作製できなかった。
【符号の説明】
【0129】
１０ａ、１０ｂ バッキング材のマトリックス
１２ 連通孔を構成する気孔
１４ ガラス状炭素（粒子）
１００ 超音波探触子
１０２ 音響レンズ
１０４ 音響整合層
１０６ 圧電素子
１１０ バッキング材
１２ 連通孔を構成する気孔
１４ ガラス状炭素（粒子）
１００ 超音波探触子
１０２ 音響レンズ
１０４ 音響整合層
１０６ 圧電素子
１１０ バッキング材
【図1】
【図2】