(57)【要約】【課題】モータを反転動作させることなく、トランスデューサを揺動させることが可能な超音波探触子を提供する。【解決手段】超音波信号と電気信号とを相互に変換するトランスデューサ２と、前記トランスデューサ２を揺動させるための駆動力を発生させるモータ４と、前記モータ４の出力軸に固着された駆動アーム６と、前記トランスデューサ２を保持する保持面を有する保持部において前記保持面とは反対側の面を前記駆動アーム６に対向させて配置されたホルダー３と、前記ホルダー３を前記モータ４の出力軸に直交する軸を中心として揺動が可能なように支持するフレーム５とを備え、前記ホルダー３は前記駆動アーム６との対向面に溝部を有し、前記駆動アーム６は前記ホルダー３との対向面内で且つ前記モータ４の出力軸に対して偏心した位置に凹部を有し、前記溝部と前記凹部との間に駆動力伝達部材が保持されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号と電気信号とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサを揺動させる駆動力を発生するモータと、前記モータの出力軸に連結された駆動アームと、前記トランスデューサを保持する保持面を有する保持部において前記保持面とは反対側の面を前記駆動アームに対向させて配置されたホルダーと、前記ホルダーを前記モータの出力軸に直交する軸を中心として揺動が可能なように支持するフレームとを備え、
前記ホルダーは前記駆動アームとの対向面に溝部を有し、前記駆動アームは前記ホルダーとの対向面内で且つ前記モータの出力軸に対して偏心した位置に凹部を有し、前記溝部と前記凹部との間に駆動力伝達部材を保持し、
前記モータを駆動させて前記駆動アームを回転させると、前記駆動力伝達部材が、前記溝部の長手方向に移動することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記駆動力伝達部材が、球状の形状である請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記溝部が、前記ホルダーの揺動軸に対して平行に形成されている請求項１に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて体内臓器の断層像を得る超音波診断装置に適用可能な超音波探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療分野においては、超音波診断装置が広く使用されている。これは、超音波探触子を用いて被検体との間で超音波ビームの送受信を行うことにより、被検体の各部位の音響特性に応じて、この部位の情報を得るものである。このような超音波装置においては、超音波ビームを走査させることにより被験体の断層画像等を作成することが可能である。このような超音波診断装置に用いられる探触子は、一般に、トランスデューサと、これを揺動させるための揺動機構とを有している（例えば、特開２００１−１６１６９０号公報参照）。従来の超音波探触子において、揺動機構は、例えば、モータの出力軸にギアを介して支持軸が接続され、この支持軸にトランスデューサを保持したホルダーを接続した構造とされる。このような揺動機構においては、モータを駆動させると、その回転力がギアを介して支持軸に伝えられ、支持軸が回転し、この支持軸の運動に連動して、トランスデューサがホルダーとともに回転する。そして、モータの回転方向を所定の時間間隔で反転させて、トランスデューサの回転方向を反転させることにより、トランスデューサの揺動を実現している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６１６９０号公報（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超音波探触子においては、超音波診断の迅速化の要求に伴い、超音波ビームの走査を高速化することが求められている。しかしながら、上記従来の超音波探触子においては、モータを反転動作させることにより、トランスデューサの揺動を実現しているため、この揺動運動の高速化、すなわち超音波ビームの走査の高速化が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、トランスデューサの揺動運動の高速化が可能な超音波探触子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の超音波探触子は、超音波信号と電気信号とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサを揺動させる駆動力を発生するモータと、前記モータの出力軸に連結された駆動アームと、前記トランスデューサを保持する保持面を有する保持部において前記保持面とは反対側の面を前記駆動アームに対向させて配置されたホルダーと、前記ホルダーを前記モータの出力軸に直交する軸を中心として揺動が可能なように支持するフレームとを備え、前記ホルダーは前記駆動アームとの対向面に溝部を有し、前記駆動アームは前記ホルダーとの対向面内で且つ前記モータの出力軸に対して偏心した位置に凹部を有し、前記溝部と前記凹部との間に駆動力伝達部材を保持し、前記モータを駆動させて前記駆動アームを回転させると、前記駆動力伝達部材が、前記溝部の長手方向に移動することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記の超音波探触子によれば、モータを駆動させて駆動アームを回転させると、駆動力伝達部材が、前記溝部の長手方向に移動しながら、ホルダーに対して前記溝部の幅方向に力を加え、この力によりホルダーを揺動させることができる。これにより、モータを一方向に回転させることによって、トランスデューサを揺動運動させることができる。そのため、トランスデューサを揺動運動の高速化、換言すれば、超音波ビームの走査の高速化を容易に実現することができる。
【０００８】
上記超音波探触子においては、前記駆動力伝達部材が、球状の形状であることが好ましい。以下、このような球状の駆動力伝達部材を「駆動ボール」という。
【０００９】
また、上記超音波探触子においては、前記溝部が、前記ホルダーの揺動軸に対して平行に形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、前記トランスデューサの揺動運動をより円滑に実現することができる。
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の超音波探触子の構造の一例を示す部分断面図である。この超音波探触子は、超音波信号と電気信号との相互変換を行なうトランスデューサを所定の方向に揺動させることにより、超音波ビームの機械的な走査を実現するものである。
【００１２】
この超音波探触子１においては、超音波透過性材料で構成されたウインドウ８と、フレーム５とが接合されることによって格納部が構成されており、この格納部内には、超音波を伝搬するカップリング液が充填されている。また、前記格納部の外側にはモータ４が配置されている。このモータ４は、図１に示すように、前記フレーム５により保持されており、その出力軸は、フレーム５に設けられた貫通孔を通して、前記格納部内に挿入されている。また、図示を省略するが、フレーム５およびモータ４はハウジングにより包囲されており、このハウジングからはケーブルが引き出されており、このケーブルによって超音波診断装置本体に接続することができる。
【００１３】
格納部内には、トランスデューサ２が、ホルダー３に保持された状態で格納されている。ホルダー３は、トランスデューサ２を保持する保持部３ｂと、この保持部３ｂの両側に接続され、他端を支持軸９に接続された一対のアーム部３ｃとを備えている。支持軸９は、格納部の内壁面に設けられた軸受け（図示せず。）により、回転可能に保持されている。これにより、ホルダー３を、支持軸９を回転軸として揺動させることが可能となり、このホルダー３の揺動に連動してトランスデューサ２を揺動させることが可能な構成とされている。
【００１４】
図２は、ホルダーの構造の一例を示す斜視図である。前述したように、ホルダー３は、保持部３ｂおよびアーム部３ｃを備えたＵ字状の形状を有している。更に、図示のように、保持部３ｂ（Ｕ字の底部に相当する部分）において、トランスデューサ２が配置される保持面側とは反対側の面には、溝部３ａが形成されている。この溝部３ａは、支持軸９の軸方向に対して垂直とならないように形成され、好ましくは支持軸９の軸方向に対して平行に形成される。言い換えると、支持軸９が溝部３ａの底面の中心軸を含む面上にあることが好ましい。また、溝部３ａの形状および寸法については、後述する駆動力伝達部材（本実施形態においては、駆動ボール）がこの溝に沿って移動（転動）可能な範囲であれば特に限定するものではないが、可能な限り駆動ボールとの間に余分な間隙が生じないような形状および寸法とすることが好ましい。好ましい溝部３ａの形状は、その底面の断面形状が円弧となるものである。また、溝部３ａの幅は、通常、駆動ボールの直径よりも小さく設定され、好ましくは駆動ボールの直径の７０〜９９％に設定される。また、この溝部３ａの幅は一様であることが好ましい。また、溝部３ａの深さについては、特に限定するものではないが、例えば、駆動ボールの直径の２０〜５０％に設定することができる。
【００１５】
更に、前記格納部内には、モータ４の出力軸に連結された駆動アーム６が配置されている。図３は、駆動アームの構造の一例を示す斜視図である。図示のように、駆動アーム６は楕円状の形状を有しており、モータ４の出力軸と連結される側とは反対の面の前記出力軸から偏心した位置に、凹部６ａが形成されている。この凹部６ａの前記出力軸からの偏心量（出力軸の延長線上からの距離）は、所望の揺動角度に応じて適宜決定することができる（この点については後述する。）。また、凹部６ａの形状および寸法については、後述する駆動ボールを回転可能な状態で保持できる範囲であれば特に限定するものではないが、凹部６ａ内での駆動ボールの位置ずれが生じないよう、駆動ボールとの間に余分な間隙が生じない形状および寸法とすることが好ましい。好ましい凹部６ａは、開口部が円形であり、その開口部の直径が駆動ボールの直径とほぼ同等か、僅かに大きいものである。また、凹部６ａの深さについては、特に限定するものではないが、例えば、駆動ボールの直径の５０〜７０％に設定することができる。
【００１６】
図４は、図１に示す超音波探触子からウィンドウおよびフレームを取り除いた状態を示す斜視図であり、図５は、その部分断面図である。これらの図に示すように、ホルダー３および駆動アーム６は、ホルダー３に形成された溝部３ａと、駆動アーム６に形成された凹部６ａとが、互いに対向するように配置されている。そして、この溝部３ａと凹部６ａとの間には、駆動ボール７が配置されている。駆動ボール７は、転動可能な状態で、ホルダー３の溝部３ａと駆動アーム６の凹部６ａの両方に嵌合するように配置される。このような構成においては、駆動ボール７のホルダー３上における移動は溝部３ａに沿う方向に制限されており、また、駆動アーム６上においては実質的に移動は制限される。
【００１７】
次に、上記超音波探触子の動作について説明する。
【００１８】
モータ４を駆動して、その出力軸４ａに連結された駆動アーム６を回転させる。このとき、駆動アーム６の凹部６ａは、出力軸４ａに対して偏心しているため、この凹部６ａに嵌合された駆動ボール７は、駆動アーム６の回転に連動して出力軸４ａを中心とする回転（公転）運動を始める。駆動ボール７はホルダー３の溝部３ａにも嵌合されているため、この駆動ボール７の公転運動は、ホルダー３に伝達される。しかしながら、ホルダー３は支持軸９を中心とする回転以外の運動が制限された構成であり、且つ、駆動ボール７のホルダー３上における移動が溝部３ａに沿う方向に制限されているため、駆動ボール７の公転運動は、ホルダー３の支持軸９を中心とした回転（揺動）運動として伝達される。このように、駆動アーム６の回転運動が、駆動ボール７を介して、ホルダー３の揺動運動に変換される。
【００１９】
この動作について、図６および７を用いて更に詳細に説明する。これらの図面は、上記超音波探触子からウィンドウおよびフレームを取り除いた状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は部分断面図である。
【００２０】
図６に示すように、駆動ボール７が支持軸９の真下に存在する状態（このとき、駆動アーム６の回転角度は０度、ホルダー３の揺動角度は０度である。）から、モータ４を駆動して駆動アーム６を矢印Ａの方向に回転させると、前述したように駆動アーム６の回転運動が駆動ボール７を介してホルダー３に伝達され、ホルダー３が矢印Ｂの方向に動き始め、ホルダー３の揺動角度が次第に増大する。また、駆動ボール７が、ホルダーの溝部３ａに沿って転動を始める。そして、図６の状態から駆動アームが９０度回転した時点で、図７に示すように、ホルダー３の揺動角度は最大となる。また、このとき、駆動ボール７は、ホルダーの溝部３ａの中央部に移動している。
【００２１】
その後、ホルダー３の運動方向は矢印Ｃの方向に変化し、ホルダー３の揺動角度は次第に減少を始める。図７の状態から駆動アーム６が矢印Ａの方向に更に９０度回転すると、ホルダー３の揺動角度は再び０度となる。更に駆動アーム６が回転すると、ホルダー３は矢印Ｃの方向に動きつづけ、再び揺動角度が増大し、更に駆動アームが９０度回転した時点でホルダー３の揺動角度が最大となる。その後、再び揺動角度の減少が始まり、駆動アーム６が更に９０度回転した時点で、図６の同様の状態に戻る。この動作が繰り返されることにより、駆動アーム６の一方向の回転運動が、ホルダー３の揺動運動に変換される。
【００２２】
上記超音波探触子において、ホルダー３の揺動の振幅（すなわち、揺動角度の最大値）は、駆動アーム６に設けた凹部６ａの位置を調整することによって調整することができる。
【００２３】
図８（ａ）に示すように、ホルダー３のアーム部の長さ（支持軸に接続された部分から、保持部に接続された部分までの長さ）Ｌ１と、駆動アーム６に設けられた凹部６ａのモータ出力軸４ａに対する偏心量Ｌ２と、ホルダー３の揺動角度の最大値θ（−９０°≦θ≦９０°）との間には、ｓｉｎθ＝Ｌ２／Ｌ１なる関係が成り立つ。ここで、「偏心量（Ｌ２）」は、モータの出力軸４ａの延長線と、凹部６ａに保持された駆動ボール７の中心との距離で表すことができる。
【００２４】
よって、図８（ａ）に示すように、駆動アーム６に設けられた凹部６ａの偏心量（Ｌ２）を大きくすると、ホルダー３の揺動角度の最大値（θ）は大きくなる。その結果、超音波の走査範囲を広くすることができる。反対に、図８（ｂ）に示すように、駆動アーム６に設けられた凹部６ａの偏心量（Ｌ２’）が小さいと、ホルダー３の揺動角度の最大値（θ’）が小さくなり、超音波の走査範囲を狭くすることができる。
【００２５】
所望の揺動振幅を得るには、例えば、超音波探触子の製造時に先立って、予め所望の揺動振幅を設定し、これに応じて凹部の偏心量を決定して駆動アームを作製し、これを用いて超音波探触子を製造すればよい。あるいは、凹部６ａを中心軸からの距離を変えて複数個有する駆動アーム６を作製し、組立時に所望の揺動振幅に対応した凹部６ａを選択して駆動ボールを設置してもよい。
【００２６】
さらに、駆動アーム６にモータ中心軸からの距離を様々に変えて複数個の凹部を設け（例えば、２つの凹部）、単なる凹部ではなく、凹部底部（駆動アーム６において、凹部６ａのモータ側の部分）に駆動ボール７の持上げ部（駆動アーム６において、凹部６ａのモータ側の面から遠ざかる方向を持上げ方向とする。）を設け、各凹部にそれぞれ駆動ボール７を備え（例えば、２つの凹部）、外部からの指示（電気的または磁気的信号など）により、どの駆動ボール７を持ち上げて駆動に寄与させるかを必要に応じて選択できるように構成することで（実際に駆動に寄与する駆動ボール７を切り換えるタイミングとしては、回転角度が０°の時が好ましい。）、容易に揺動角度を変更し、走査範囲を絞り、精度を向上させることが可能である。この駆動ボール７の持上げ部としては、ばね式、電磁ソレノイド式、形状記憶合金に熱源を取り付けたものなどとすることができる。逆に駆動ボールの持ち上げを解除するには、基本構造として駆動アーム６のモータ側の面に磁性を有する磁性部材を設け、駆動ボール７も磁性部材で構成することで、磁力で双方が引き合い持ち上げ状態を解除することができる。あるいは、凹部開口部に駆動ボール７の突出を防ぐためのストッパー部またはフタ部などを設けてもよい。
【００２７】
また、駆動アームを脱着、交換可能に構成し、且つ、凹部の偏心量の異なる複数の駆動アームを用意しておくことにより、超音波探触子の製造後（例えば、その使用期間中）に、その使用目的に適合した揺動振幅を実現するような駆動アームを適宜選択、装着してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、モータの一方向の回転運動により、トランスデューサを揺動運動させることができるため、より高速での超音波走査が可能な超音波探触子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる超音波探触子の構造の一例を示す部分断面図である。
【図２】上記超音波探触子を構成するホルダーを示す斜視図である。
【図３】上記超音波探触子を構成する駆動アームを示す斜視図である。
【図４】上記超音波探触子の一部の構成部材を省略した状態を示す斜視図である。
【図５】上記図４の部分断面図である。
【図６】（ａ）は、上記超音波探触子の動作を説明するための斜視図であり、（ｂ）はその部分断面図である。
【図７】（ａ）は、上記超音波探触子の動作を説明するための斜視図であり、（ｂ）はその部分断面図である。
【図８】上記超音波探触子における駆動アームの凹部の偏心量とホルダーの揺動角度の最大値との関係を説明するための部分断面図であり、（ａ）は前記凹部の偏心量が大きい場合を、（ｂ）は前記凹部の偏心量が小さい場合を示す。
【符号の説明】
１  超音波探触子
２  トランスデューサ
３  ホルダー
３ａ  溝部
３ｂ  アーム部
３ｃ  保持部
４  モータ
４ａ  モータの出力軸
５  フレーム
６  駆動アーム
６ａ  凹部
７  駆動ボール
８  ウインドウ
９  支持軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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