(57)【要約】【課題】超音波振動子を機械的に駆動する超音波探触子において、ギア機構で生ずる金属性の摩耗粉などの異物が磁気センサと磁気ドラムとの間の隙間に入り込まないようにする。【解決手段】磁気ドラム面２５Ａの往復運動方向において、センサ面２６Ａを間において一対のローラー部材１０１を設ける。各ローラー部材１０１は、回転軸１０２と回転自在な筒状弾性体１０４とで構成される。各ローラー部材によって異物の隙間への進入が規制される。スリット板の円形スリット面を光学的センサで検出する場合において、光学的センサの前後にローラー部材を配置して異物進入を規制してもよい。【選択図】図３
2006026261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響媒体が充填された媒体室を有するケースと、
前記媒体室内で運動する超音波振動子と、
前記媒体室内に設けられ、前記超音波振動子の運動位置を検出する位置検出器と、
を含み、
前記位置検出器は、
前記超音波振動子と共に運動する被検出部材と、
前記被検出部材における被検出面に近接対向する検出面を有し、前記被検出部材の相対的な運動を検出するセンサと、
を有し、
前記検出面と前記被検出面との間の隙間への異物の進入を妨げる進入規制手段が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記進入規制手段は、前記被検出面に近接して又は接触して設けられたローラー部材を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記ローラー部材は前記被検出部材の被検出面への接触時に従動回転することを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記ローラー部材は、回転軸とその回りで回転運動する筒状弾性体とを有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項４記載の超音波探触子において、
前記回転軸の外径と前記筒状弾性体の内径との間にギャップが存在し、
前記回転軸に軸支された状態で前記筒状弾性体が一方へ変位した場合に前記被検出面から前記筒状弾性体の表面が離脱し、
前記回転軸に軸支された状態で前記筒状弾性体が他方へ変位した場合に前記被検出面に前記筒状弾性体の表面が接触する、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記被検出部材は回転運動する部材であり、その外周面が前記被検出面であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記被検出部材は回転運動する部材であり、その側面が前記被検出面であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項８】
音響媒体が充填された媒体室を有するケースと、
前記媒体室内で運動する超音波振動子と、
前記媒体室内に設けられ、前記超音波振動子に対して運動力を伝達するギア機構と、
前記媒体室内に設けられ、前記超音波振動子の運動位置を検出する位置検出器と、
を含み、
前記位置検出器は、
前記超音波振動子と共に運動する磁気ドラムと、
前記磁気ドラムにおける磁気ドラム面に近接対向するセンサ面を有し、前記磁気ドラム面の相対的な運動を検出する磁気センサと、
を有し、
前記センサ面と前記磁気ドラム面との間の隙間への前記ギア機構で発生した摩耗粉の進入を妨げる進入規制手段が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項９】
請求項８記載の超音波探触子において、
前記進入規制手段は、前記隙間における摩耗粉進入側に設けられ、前記磁気ドラム面に接触又は近接する部材を有することを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波探触子に関し、特に位置検出器を保護する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカル走査型の超音波探触子（プローブ）は、その内部に、超音波振動子及びそれを機械的に走査する機構を有する。ここで、超音波振動子は、例えば、単振動子あるいは１Ｄアレイ振動子である。前者の場合には単振動子の機械走査によって二次元の走査面が形成され、後者の場合には１Ｄアレイ振動子の機械走査によって三次元エコーデータ取込領域（三次元空間）が形成される。
【０００３】
上記の超音波探触子においては、一般に、超音波振動子の運動にかかわらず音響伝搬を確保するため、プローブケース内に音響伝搬媒体が充填された媒体室が設けられる。つまり、その媒体室内で超音波振動子が機械走査される。媒体室の外部に駆動モータ、ギア機構などを設けることもできるが、媒体室の気密性保持などの面から、媒体室内に駆動モータ、ギア機構などを収容することも考えられる。下記特許文献１にはメカニカル走査型の超音波探触子が示されているが、音響媒体が収容する媒体室とギア機構を収容する空間とが仕切膜によって分離されている。その特許文献１には角度検出器についても開示されている。なお、特許文献２には、マウスとしての位置入力装置が開示されている。球体における露出部分の周囲にはリング状のごみ排除手段が設けられている。ごみ排除手段の詳細について同文献には詳細に記載されていないが、そのごみ排除手段は球体の表面に接触してその表面に付着したごみを取り除くものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１８４５３２号公報
【特許文献２】特開平７−１３６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波探触子内には超音波振動子の運動位置を検出するためにセンサが設けられる。そのセンサとしては光学的ロータリーエンコーダなどが知られている。一方、より位置検出分解能を向上するために磁気センサなどを利用することが考えられる。媒体室内にギア機構が収容されている場合、そのギア機構の稼働に伴って若干ながら摩耗粉（金属粉）が発生し、あるいは発生する可能性がある。また、成形時に生じたバリ、ゴミなどの異物が媒体に存在している可能性もある。そのような異物が磁気ドラムの磁力面（被検出面）と磁気センサのセンサ面（検出面）との間に入り込むと、磁気センサの検出面を傷つけたり、その検出精度を低下させたりすることが想定される。また、媒体室内において異物が浮遊、運動している場合、光学的センサにおける光学的な検出にも悪影響が及ぶ可能性があり、それ以外にも諸問題を引き起こす可能性がある。特に、摩耗粉は磁気ドラムの磁気によって吸い寄せられやすいために上記問題が顕著となる。
【０００６】
本発明は、超音波探触子内において媒体中に異物が浮遊していても、位置検出器の劣化あるいは検出精度低下を防止することにある。
【０００７】
本発明は、位置検出器について動作信頼性あるいは検出精度を維持向上できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、音響媒体が充填された媒体室を有するケースと、前記媒体室内で運動する超音波振動子と、前記媒体室内に設けられ、前記超音波振動子の運動位置を検出する位置検出器と、を含み、前記位置検出器は、前記超音波振動子と共に運動する被検出部材と、前記被検出部材における被検出面に近接対向する検出面を有し、前記被検出部材の相対的な運動を検出するセンサと、を有し、前記検出面と前記被検出面との間の隙間への異物の進入を妨げる進入規制手段が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、進入規制手段によって、検出面と被検出面との間の隙間（検出空間）への異物の進入が規制される。異物は例えばギア機構で発生する金属性の摩耗粉であるが、他の浮遊体も同様にその進入を排除できる。よって、隙間に異物が入り込んで詰まったり検出面を傷つけたりする問題を未然に防止できる。特に、磁気ドラム及び磁気センサによって位置検出器を構成する場合、磁気ドラムに摩耗粉が引き寄せられ易いが、上記の進入規制手段によって隙間への異物の入り込みを防止できる。
【００１０】
望ましくは、前記進入規制手段は、前記隙間における異物進入側に設けられ、前記異物が衝突する部材を有する。望ましくは、前記超音波振動子の往復運動に伴って前記被検出部材が往復運動し、前記進入規制手段は、前記隙間における往復運動方向の両側に設けられ、前記異物が衝突する一対の部材を有する。被検出部材が一方方向にのみ運動する場合には隙間の一方側（異物進入側）だけに進入規制手段を設けるだけでよいが、被検出部材が往復運動する場合には隙間の両側に進入規制手段を設けるのが望ましい。更に、隙間における被検出面の運動方向に直交する方向の両開口についてはそれを開放状態としておいてもよいし、隠蔽状態としてもよい。
【００１１】
望ましくは、前記進入規制手段は、前記被検出面に近接して又は接触して設けられたローラー部材を有する。望ましくは、前記ローラー部材は前記被検出部材の被検出面への接触時に従動回転する。望ましくは、前記ローラー部材は、回転軸とその回りで回転運動する筒状弾性体とを有する。望ましくは、前記回転軸の外径と前記筒状弾性体の内径との間にギャップが存在し、前記回転軸に軸支された状態で前記筒状弾性体が一方へ変位した場合に前記被検出面から前記筒状弾性体の表面が離脱し、前記回転軸に軸支された状態で前記筒状弾性体が他方へ変位した場合に前記被検出面に前記筒状弾性体の表面が接触する。
【００１２】
上記構成によれば、ローラー部材を利用して異物の進入を規制できる。ローラー部材が回転可能であれば、あるいは、自由度をもって取り付けられていれば、それが被検出面に接触した場合においても、被検出部材へ必要以上に負荷を与えないので有利である。なお、ローラー面を常に被検出面に接触させるように配置することもできるし、ローラー面を常に被検出面から微小距離隔てて配置することもできる。異物の大きさやローラー面の摩擦抵抗による負荷などを考慮して、状況に最適な構成を採用するのが望ましい。
【００１３】
望ましくは、前記被検出部材は回転運動する部材であり、その外周面が前記被検出面である。望ましくは、前記被検出部材は回転運動する部材であり、その側面が前記被検出面である。すなわち、進入規制手段は検出方式に応じて様々な位置に設けることができる。
【００１４】
（２）本発明は、音響媒体が充填された媒体室を有するケースと、前記媒体室内で運動する超音波振動子と、前記媒体室内に設けられ、前記超音波振動子に対して運動力を伝達するギア機構と、前記媒体室内に設けられ、前記超音波振動子の運動位置を検出する位置検出器と、を含み、前記位置検出器は、前記超音波振動子と共に運動する磁気ドラムと、前記磁気ドラムにおける磁気ドラム面に近接対向するセンサ面を有し、前記磁気ドラム面の相対的な運動を検出する磁気センサと、を有し、前記センサ面と前記磁気ドラム面との間の隙間への前記ギア機構で発生した摩耗粉の進入を妨げる進入規制手段が設けられたことを特徴とする。
【００１５】
望ましくは、前記進入規制手段は、前記隙間における摩耗粉進入側に設けられ、前記磁気ドラム面に接触又は近接する部材を有する。進入規制手段としては、回転自在なローラー部材の他に、ブラシ部材、カーテン状の部材などが考えられる。
【００１６】
いずれにしても、被検出部材の運動に必要以上の負荷を与えずに、隙間における異物進入側において異物に衝突してその進入を規制する部材を設けるのが望ましい。被検出部材が高速運動する場合（特に高速で往復運動する場合）にはそのような動きによっても安定して規制作用を発揮できるローラー部材を用いるのが特に望ましい。なお、位置検出器と組み合わせて用いられる異物規制手段は超音波探触子以外にも転用可能である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、超音波探触子内において異物が浮遊していても、位置検出器の劣化あるいは検出精度低下を防止できる。本発明によれば、位置検出器について動作信頼性あるいは検出精度を維持向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
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はその断面図である。
【００２０】
図１に示される超音波探触子は、生体の体表面上に当接して用いられ、超音波を送受波するものである。この超音波探触子は図示されていない超音波診断装置に接続される。その超音波診断装置においては、超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて超音波画像が形成され、その超音波画像が画面上に表示される。図１に示される超音波探触子は、電子走査される１Ｄアレイ振動子を機械的に走査することにより、三次元エコーデータ取込空間（３Ｄ空間）を形成する３Ｄプローブである。以下に、その具体的な構成について説明する。
【００２１】
超音波探触子のケースは、上ケース部材１０と、フレーム１２と、下ケース部材１４とによって構成される。上ケース部材１０は、一般にグリップとして機能するものであり、下ケース部材１４は生体表面に当接されるコンタクト面１４Ａを有している。ケース内部には媒体室１６が構成されており、その媒体室１６には音響伝搬を確保するための音響媒体が充填されている。その伝搬媒体は蒸留水あるいはオイルなどである。媒体室１６は下ケース部材１４の内部から上ケース部材１０の内部にかけて形成されており、すなわち以下に説明する振動子ユニット１７、角度検出器２４、駆動モータ３０及び各種のギア機構は媒体室１６内に収容されている。
【００２２】
下ケース部材１４の内部には、可動体１５が図１において紙面貫通方向に往復動自在に設けられている。その可動体１５は振動子ユニット１７と取付体２０とによって構成される。振動子ユニット１７は、船底型の形体を有し、その下面は超音波が通過する送受波面１７Ａである。その送受波面１７Ａは、図示されるように円弧状に緩やかに湾曲しており、その送受波面１７に沿って、振動子ユニット１７の内部には複数の振動素子が配列されている。その複数の振動素子によって１Ｄアレイ振動子が構成され、それによって形成される超音波ビームはいわゆるコンベックス走査方式によって扇状に電子走査される。もちろん、本発明は他のタイプの超音波探触子にも適用可能である。
【００２３】
振動子ユニット１７と取付体２０は固定的に連結されており、取付体２０の上部は軸１８に取付けられている。この軸１８の一方端側は、軸受部材２１によって軸支されており、その他方端側は軸受部材２２の第１軸受部２２Ａによって軸支されている。すなわち軸１８は回転運動自在に設けられており、その軸１８の回転に伴って可動体１５も回転運動する。超音波診断に際しては、振動子ユニット１７において超音波ビームの電子走査が繰り返し行われ、それに伴って、振動子ユニット１７が軸１８を回転中心として揺動運動（往復運動）する。これにより三次元空間が形成される。
【００２４】
角度検出器（位置検出器）２４は、上記のフレーム１２に固定配置された磁気センサ２６と、軸１８に固定連結された磁気ドラム２５と、によって構成されている。磁気ドラム２５は、上方へ広がった扇形の形状を有しており、その端面（上面）は磁気ドラム面（被検出面）２５Ａである。その磁気ドラム面２５Ａには、所定のパターンをもって磁極が形成されている。磁気センサ２６は、センサ面（検出面）２６Ａを有し、そのセンサ面２６Ａによって、磁気ドラム面２５Ａに形成された磁極から生じる磁力が感知される。磁気センサ２６はＭＲ素子などによって構成されるものであり、磁気ドラム２５の回転位置が磁気センサ２６によって検出される。磁気ドラム面２５Ａとセンサ面２６Ａは互いに対向して近接した状態におかれており、その間隔（検出空間の高さ）は検出感度を高めるために例えば０．５ｍｍあるいはそれ以下の微小間隔として設定される。上記の隙間に異物が進入すると、特に摩耗粉などの金属性の硬質の異物が進入すると、センサ面２６Ａを傷つけたりあるいは磁気検出に悪影響が及んだりしてしまうという問題がある。
【００２５】
そこで、本実施形態においては、そのような問題を防止する異物進入規制機構１００が設けられている。異物進入規制機構１００は、磁気ドラム面の運動方向において磁気センサ２６のセンサ面２６Ａの両側に設けられた一対のローラー部材を有している。その一対のローラー部材が磁気ドラム２５の往路運動及び復路運動時に、上記隙間への異物進入を規制、排除している。なお、各ローラー部材の回転軸は第２の軸受部２２Ｂによって保持されている。異物進入規制機構１００については後に図３を用いて詳述する。
【００２６】
上ケース部材１０内は駆動モータ３０が設けられている。その駆動モータ３０のモータ軸３２は遊星ギア機構３４に連結している。遊星ギア機構３４の出力側は出力軸４６に連結されており、その出力軸４６の下端側には転換ギア機構５６が設けられている。転換ギア機構５６は、出力軸４６側に固定配置された歯車５８と、軸１８に固定配置された歯車６０と、によって構成され、それらの歯車５８，６０の噛み合いによって出力軸４６の回転運動が軸１８の回転運動に転換されている。転換ギア機構５６はいわゆる傘歯車構造を有している。出力軸４６は、フレーム１２内を上下方向に挿通しており、その中央部分は、ベアリング機構５０によって回転自在に保持されている。ベアリング機構５０は上下に並んで配置された第１ベアリング部５２及び第２ベアリング部５４によって構成されている。それらのベアリング部５２，５４の内部にも音響媒体が入り込んでいる。つまり、開口型のベアリング機構５０が採用されている。これは遊星ギア機構３４及び駆動モータ３０についても同様である。
【００２７】
遊星ギア機構３４の構成について説明する。後に図２を用いて説明するように、遊星ギア機構３４は、モータ軸３２に取付けられたギア部３６と、上ケース部材１０の内側に固定設置された外歯車４０と、外歯車４０の内側において転動する複数の（本実施形態では４つの）内歯車３８と、によって構成されている。各内歯車３８は、上段ギア３９Ａと下段ギア３９Ｂとを有し、それらの中央部分には軸支部材として円柱状のピン４２が配置されている。各内歯車３８において、上段ギア３９Ａは、ギア部３６と外歯車４０との両者に噛み合って配置されており、その一方、下段ギア３９Ｂは、外歯車４０と、出力軸４６の上端に設けられたギア部と、に噛み合って設けられている。
【００２８】
したがって、モータ軸３２を回転させると、その回転運動が４つの内歯車３８の回転運動として伝達されるが、それらの内歯車３８に噛み合っている外歯車４０自体は回転運動しないため、各内歯車３８自体が外歯車４０の内側を転動することになる。そして、そのような回転運動が各内歯車３８における下段ギア３９Ｂに噛み合っている出力軸４６のギア部に伝達され、その結果として出力軸４６が回転運動する。その出力軸４６の回転運動は上述した転換ギア機構５６によって軸１８の回転運動に転換される。駆動モータ３０は一方方向及び他方方向に周期的にモータ軸３２を回転させており、その結果、軸１８は一方方向及び他方方向に周期的に回転運動することになり、これと共に振動子ユニット１８が紙面貫通方向に往復運動することになる。
【００２９】
図２には、上述した遊星ギア機構３４の構成が概念的に示されている。なお、図２においては、モータ軸３２を一方方向に回転させた場合の各歯車の動きが矢印として表されている。もちろん、モータ軸３２は一方方向のみならず他方方向へも回転運動するものである。
【００３０】
外歯車４０とギア部３６との間には４つの内歯車３８が設けられ、ギア部３６の回転により外歯車４０の内部において各内歯車３８がそれ自身回転し、同時に転がり運動する。複数の内歯車３８の間には空間４５が形成されており、その部分を通って音響媒体が上下方向に流通する。ちなみに、本実施形態においては遊星ギア機構３４という特定のギア機構が用いられていたが、他のギア機構を設けるようにしてもよい。
【００３１】
図３には、異物進入規制機構１００が拡大図として示されている。磁気ドラム２５は扇状の形態を有し、図１に示した軸１８の往復回転によって往復動する。その円周面（外周面）は被検出面としての磁気ドラム面２５Ａである。磁気センサ２６における検出面としてのセンサ面２６Ａは、磁気ドラム面２５Ａに近接配置しており、その隙間の高さは上述したように０．５ｍｍあるいはそれ以下である。磁気センサ２６はホルダ２７に保持されている。磁気ドラム２５の運動方向において、ホルダ２７の左右端側には、それに近接して左右の隙間開口１３０Ａ、１３０Ｂを塞ぐように（つまり異物進入口を塞ぐように）、一対のローラー部材１０１が設けられている。各ローラー部材１０１は、固定配置された回転軸１０２とそれによって回転自在に軸支される筒状弾性体１０４とで構成される。筒状弾性体１０４は、少なくとも磁気ドラム面２５Ａの幅よりも大きな幅を有している。回転軸１０２の外径と筒状弾性体１０４の内径との間にはギャップが存在し、つまり、回転軸１０２に対して筒状弾性体１０４は低摩擦抵抗下で回転運動自在であり、同時に、紙面上において上下左右方向に一定の動きの自由度がある。よって、運動状況によっては、筒状弾性体１０４の表面が磁気ドラム面２５Ａに接触する場合もあるし、それから微小距離離れる場合もある。筒状弾性体はシリコーンゴムなどの弾性材料などで構成される。
【００３２】
上記構成により、磁気ドラム２５が往復の回転運動を行うと、それによって媒体流が生じ、センサ面２６Ａと磁気ドラム面２５Ａとの間の隙間に異物が引き込まれる可能性が生じるが、その異物はローラー部材１０１に衝突してその進行が強制的に規制され、隙間への異物進入は効果的に抑制される。また、ローラー部材１０１によって媒体流も変化し、隙間へ流れ込みが緩和される。磁気ドラム面２５Ａの磁気作用によりその面に金属性の異物（摩耗粉、バリ）が付着しても、その磁気ドラム面２５Ａにローラー部材１０１が接触して異物に当たることにより、あるいは両者の間隔が極めて小さく異物がローラー部材１０１に当たることにより、そのような異物は取り除かれる。よって、隙間への異物進入を効果的に抑制することができるので、センサ面２６Ａを保護して磁気センサ２６の動作信頼性を確保できる。
【００３３】
上記構成において、磁気ドラム面２５Ａに対してローラー部材１０１は常時又は状況により接触する位置関係にあるのが望ましいが、必ずしも両者が接触しなくても上記同様の効果を得られる。ローラー部材１０１の接触量あるいは高さを自在に微調整できるように構成してもよい。隙間における磁気ドラム２５の運動方向と直交する方向にある両側の開口を更に塞ぐようにしてもよい。また、磁気ドラム面２５Ａに対して保護コーティングを行ってその表面を保護するようにしてもよい。センサ面２６Ａに対しても、検出感度を十分に得られる限りにおいて、そのような処理を施すことができる。
【００３４】
図４には、他の実施形態が示されている。この実施形態では、位置検出の対象物に連結された回転軸１１２に円形のスリット板１１４が固定されており、そのスリット板１１４の側面（スリット面）に、光ビームを照射する光学的なセンサ１１８が配置されている。センサ１１８は透過型又は反射型である。スリット板１１４のスリット面には放射状に複数のスリット１１６が形成されている。各スリット１１６により測定光が透過し（反射が生じず）、そのスリット１１６の存在を計測することにより、回転角度を計測できる。この構成において、センサ１１８とスリット面との間の隙間に異物が進入すると上記で指摘したような問題が発生する。そこで、図示されるように、隙間の前後（つまり、スリット板１１４が往復動作する場合における両側の異物進入口）に近接して２つのローラー部材１２０，１２２が設けられている。これらのローラー部材１２０，１２２も上記のローラー部材１０１と同様の機能を発揮するものである。このような構成によっても、異物進入を規制して検出器を保護でき、その動作の信頼性を高められる。
【００３５】
上記の各実施形態のローラー部材に代えて、へら状の弾性ブレード、ブラシ、カーテン状の部材などを進入規制手段として設けるようにしてもよい。但し、不必要に回転部材に運動負荷を与えずに異物を効果的に排除できるようにそれらを設けるのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る超音波探触子の断面図である。
【図２】遊星ギアの構成を示す概略図である。
【図３】異物進入規制機構を説明する図である。
【図４】他の実施形態に係る異物進入規制機構を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  上ケース部材、１２  フレーム、１４  下ケース部材、１５  可動体、１６  媒体室、１７  振動子ユニット、１８  軸、２４  角度検出器、３０  駆動モータ、３４  遊星ギア機構、５０  ベアリング機構、５６  転換ギア機構、１００  異物進入規制機構。
【図１】
2006026261.tif 000003
【図２】
2006026261.tif 000004
【図３】
2006026261.tif 000005
【図４】
2006026261.tif 000006