(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アセンブリを、音響伝達媒体が充填された音響窓内部に備え、前記超音波振動子アセンブリを揺動させて機械走査する超音波探触子であって、
前記音響伝達媒体が充填された音響窓内部に、
前記超音波振動子アセンブリに対して信号を送受する接続部材と、
前記超音波振動子アセンブリを支持するアームと、
前記アームの揺動中心となり、前記アームを回転可能に保持する揺動軸と、
前記揺動軸を支持する軸受と、
前記揺動軸を挟んで前記アームと反対側に位置し、揺動面に軸方向が垂直なコイル、前記軸方向における前記コイルの両側に配置された２つのマグネット、および前記軸方向における前記２つのマグネットそれぞれの両側に配置されたバックヨークとから構成され、前記コイルに電流を印加することで前記揺動軸を中心とした回転トルクを発生する駆動手段とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記アームと一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記軸受を保持する基台を備え、前記基台と前記音響窓とで、前記音響伝達媒体を密閉状態で封止する封止手段を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記２つのマグネットおよび前記バックヨークは、前記揺動面に対して略平行に配置され、前記２つのマグネットは、互いに前記コイルに向き合う方向に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記音響窓内部に、前記超音波振動子のアセンブリの位置を検出する位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記位置検出手段は、外周部が周方向に着磁され、前記揺動軸の同軸上に固定されて前記超音波振動子アセンブリとともに揺動するマグネットロータと、前記マグネットロータに近接して固定され、前記マグネットロータの着磁に基づき前記マグネットロータの回転位置を検出する検出器とで構成されたことを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記アームを前記超音波振動子の配列方向と直交する方向へ揺動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記音響窓は、鐘形状の形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記超音波振動子アセンブリを所定の位置に保持する保持手段を有する請求項１〜８のいずれか一つに記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記保持手段は未通電時に超音波振動子アセンブリを保持することを特徴とする請求項９に記載の超音波探触子。
【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、例えば、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子の配列方向の電子走査と、この電子走査方向と直交する方向に移動または揺動させる機械走査とによって、任意の断層画像や立体画像の構築を行うことができる医療用の超音波探触子が知られている。
【０００３】
図６は上述した従来の超音波探触子の主要部の構成を示す斜視図である。図６において、複数の配列された超音波振動子（不図示）を含んで構成された超音波振動子アセンブリ１０１はアーム１０３に一体に組みつけられ、アーム１０３には揺動軸１０４がアーム１０３の両端で一体的に結合されている。揺動軸１０４は基台１０９に組みつけられた軸受１０５に回動可能に支持され、さらに、揺動軸１０４に一体に組みつけられた第一のプーリ１２０とベルト１２１と第二のプーリ１２２を介して、駆動モータ１２３の駆動モータ出力軸１２４に係合される。超音波振動子アセンブリ１０１に対する電気信号の送受信は、接続部材１０２を介して行われる。音響窓１０８は釣鐘状の形状をしており超音波振動子アセンブリ１０１の外側を覆うように配置され、音響窓１０８の内側には液状の音響伝達媒体が封入されている。また駆動モータ出力軸１２４と基台１０９の間にはシール１２５が組み込まれており音響伝達媒体の漏れ出しを防止している。
【０００４】
以上の構成により、駆動モータ１２３を正・逆回転駆動することによって、揺動軸１０４を中心にして超音波振動子アセンブリ１０１を揺動させることができる。したがって、超音波振動子アセンブリ１０１を構成する複数の超音波振動子の電子走査と、揺動軸１０４を中心とする超音波振動子アセンブリ１０１の揺動による機械走査とによって、被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することが可能になる。
【０００５】
この様な被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することが可能な超音波探触子において安定した画像を得る為には超音波振動子アセンブリ１０１を安定して動作させることが必要であり、その為には揺動負荷を低減することが重要であった。このような課題に対して、たとえば特許文献１に記載されているように、駆動モータにボイスコイルモータを使用することで、前記ベルト１２１などの動力伝達手段を無くし慣性モーメントや動力伝達手段における負荷を低減し、揺動負荷を低減できる超音波探触子が紹介されている。
【特許文献１】特開平２−３４１５４号公報（第４頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の超音波探触子では、駆動モータ出力軸やエンコーダを構成する回転軸とシールとの間の摺動で大きな摩擦負荷が生じ、更にはこの摩擦負荷は製品間でばらついたり、環境温度や長期の使用などによって変動するという課題があった。このため超音波振動子アセンブリを常に安定した速度で動作させるには、このような摩擦負荷を吸収する複雑な制御回路や製造工程における厳しい調整などが要求された。また製品寿命を考えた場合、他の部品に比べて回転軸とシール間の磨耗が最もはやく損傷するため、更に長い製品寿命を実現する為には回転軸とシール間の磨耗を改良する必要があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、摩擦負荷が少なく超音波振動子アセンブリを長期間安定して揺動させることができる信頼性の高い超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アセンブリと、前記超音波振動子アセンブリに対して信号を送受する接続部材と、前記超音波振動子アセンブリを支持するアームと、前記超音波振動子アセンブリと前記アームを超音波振動子の配列方向と直交する方向へ揺動させる駆動手段と、前記アームの揺動中心となる揺動軸と、前記揺動軸を支持する軸受と、前記超音波振動子アセンブリの位置を検出する位置検出手段と、鐘形状の形状を有し前記超音波振動子アセンブリの超音波送受側を覆うように配置された音響窓と、前記音響窓の内側で前記超音波振動子の周囲を充填する液状の音響伝達媒体と、前記音響伝達媒体を封止する封止手段とを有し、前記封止手段を構成する部品は前記揺動時に摺動部を有さないよう構成している。この構成により、封止部における摺動負荷が無くなり、摩擦負荷を低減させることができるので、長期間安定して超音波振動子アセンブリを揺動させることができる。
【０００９】
また、本発明の超音波探触子は、前記駆動手段を、前記アームに一体に形成され揺動面に軸方向が垂直なコイルと、前記コイルの両側に揺動面に水平に配置された一対の一体となったマグネットとバックヨークとから構成しても良い。
【００１０】
この構成により、液状の音響伝達媒体の中で簡素な部品を用いて小型の駆動手段を配置できるので、長期間安定揺動が可能な信頼性が高い装置を安価に小型化できる。
【００１１】
また、本発明の超音波探触子は超音波振動子アセンブリを所定の位置に保持する保持手段を有しても良い。
【００１２】
この構成により、静止画像を取得時に振動や衝撃に対して超音波振動子アセンブリを強固に固定できるので、安定した画像を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の超音波探触子は、保持手段が未通電時に超音波振動子アセンブリを保持するよう構成しても良い。
【００１４】
この構成により、未使用時において超音波振動子アセンブリは強固に固定されるため、振動や衝撃に対して安全に保護することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば音響伝達媒体を封止する封止手段を構成する部品が揺動時に摺動部を有さないよう構成しているので、超音波振動子アセンブリが長期間安定して揺動することができる信頼性の高い超音波探触子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２は本発明に係る超音波探触子の第１の実施の構成を示す断面斜視図である。
【００１８】
図２は図１の一部を切り欠き内部の構造を詳細に示している。図１及び図２に示す超音波探触子は、複数の超音波振動子（不図示）が配列された超音波振動子アセンブリ１を備えており、この超音波振動子アセンブリ１は、超音波の焦点を機械的に定めるレンズ、超音波を送受信する方向に対してその背面へ超音波が伝達することを抑える背面緩衝材、音響インピーダンスを整合する整合層（以上いずれも不図示）、超音波振動子に電気信号を送受信するための接続部材２が、超音波振動子と共に一体的に組立てられている。
【００１９】
アーム３は超音波振動子アセンブリ１の内側で一体的に結合し超音波振動子アセンブリ１を支持している。アーム３の揺動中心となる揺動軸４はアーム３に一体に形成され、軸受５に回転可能に保持されている。アーム３の揺動軸４を挟んで超音波振動子アセンブリ１と反対側には、コイル６ａがアーム３と一体的に配置されている。コイル６ａは超音波探触子もしくは超音波装置本体に配置された揺動駆動回路（不図示）に電気的に接続している。
【００２０】
コイル６ａの両側には、磁気回路を形成する一対の一体となったマグネット６ｂとバックヨーク６ｃがマグネット６ｂの側がコイルに向き合う方向で配置されている。コイル６ａ、マグネット６ｂ及びバックヨーク６ｃで駆動手段６を構成し、揺動駆動回路からコイル６ａに流すことで、揺動軸４を中心とした回転トルクが発生する。
【００２１】
マグネットロータ７ａは外周部が周方向に着磁されており、揺動軸４に同軸上に固定され超音波振動子アセンブリ１とともに揺動し、マグネットロータ７ａに近接して固定された検出器７ｂがマグネットロータ７ａの回転位置を検出する。このマグネットロータ７ａと検出器７ｂで位置検出手段７が構成される。
【００２２】
音響窓８は、釣鐘形状を有し超音波振動子アセンブリ１の超音波送受信側から囲うように配置され、内側は液状の音響伝達媒体（不図示）で充填され、外側で非検体に接する。これにより超音波振動子アセンブリ１によって送受信される超音波は空気層を通過せずに、音響伝達媒体および音響窓８の部材を通じて被検体との間を効率良く伝播される。
【００２３】
基台９は、例えば軸受５やバックヨーク６ｃなど超音波探触子の各構成部品が所望の位置にとなるよう支持する支持部材である。また基台９は音響窓８と協働して封止手段を構成し、密閉な状態で音響伝達媒体を充填し封止している。
【００２４】
筐体１０は、音響窓８の釣鐘形状の閉部と背向した長手方向に延在しており、音響窓８と一体化して、超音波探触子の外形を形成している。
【００２５】
以上のように構成された超音波探触子の動作について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、コイル６ａに矢印Ｉａ方向に電流を流したときの動作を示す。一対の一体となったマグネット６ｂとバックヨーク６ｃ（１組は不図示）が形成する磁気回路によりコイル６aには矢印Ｆａ方向の力が発生し、コイル６ａが一体に形成されているアーム３や超音波振動子アセンブリ１は駆動軸４を揺動中心に矢印Ｕ方向に動作する。図３（ｂ）はコイル６ａにＩｂ方向に電流を流したときの動作であり、同様にコイル６ａには矢印Ｆｂ方向の力が発生しアーム３や超音波振動子アセンブリ１は矢印Ｖ方向に動作する。このようにコイル６ａに流す電流方向を切り替えることによって超音波振動子アセンブリ１を任意の方向に揺動させることができる。ここで、超音波アセンブリ１の位置は図１、及び図２に示す位置検出手段７で検出している。このようにして、電子走査により平面画像を取得する超音波振動子アセンブリ１がコイル６ａ、マグネット６ｂ及びバックヨーク６ｃからなる駆動手段６の駆動力で揺動軸４を中心に揺動し、任意の断層像や立体画像を取得できる。
【００２６】
本発明の実施の形態では、以上の揺動動作においてアーム３や、駆動手段６や位置検出手段７のマグネットヨーク７aなどの機械的に動作をする部品はすべて封止手段中の音響伝達媒体の中で構成している。すなわち可動する部品の周囲で液状の音響伝達媒体が漏れないようにシール等をする必要がなく、従って摺動部を無くすることができる。このように封止手段を構成する部材は揺動時に摺動部を有さないように構成しているので、揺動時の摩擦負荷を低減でき、更には摩擦負荷の製品間のばらつきや環境温度や長期使用などによる変動も低減できる。したがって複雑な制御回路や製造工程における厳しい調整を実施することなく、安定した揺動動作を実現できる。また、シールと動作部品の間の摺動磨耗が無くなることにより、揺動寿命も延び信頼性も向上する。
【００２７】
更に、本発明の実施の形態では、アーム３に一体に形成され揺動面に軸方向が垂直なコイル６ａと、コイルの両側に揺動面に水平に配置された一対の一体となったマグネット６ｂとバックヨーク６ｃから駆動手段を形成している。この構成において、コイル６ａはアーム３とほぼ同じ厚みに形成し、マグネット６ｂは平板状に形成し、バックヨーク６ｃは平板に一部を曲げ加工して形成しているので、それぞれの部品は形状が簡素で容易に形成することが可能となる。また揺動面にそれぞれの部品の主たる平面が略平行に配置されるので少ないスペースで配置が可能となる。このように、液状の音響伝達媒体の中で簡素な部品を用いて小型の駆動手段を配置できるので、装置を安価に小型化できる。
【００２８】
以上のように本発明の第一の実施の形態によれば、音響伝達媒体を封止する封止手段を構成する部品は揺動時に摺動部を有さないよう構成し、駆動手段６を、アームに一体に形成され揺動面に軸方向が垂直なコイル６ａと、コイルの両側に揺動面に水平に配置されたマグネット６ｂとバックヨーク６ｃから構成することにより、負荷が少なく長期間安定して揺動することができる信頼性の高い小型の超音波探触子を提供することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態について図４及び図５を用いて説明する。図４、図５において保持手段１１はプランジャー１１ａ，与圧ばね１１ｂ、ステータ１１ｃからなり、ステータ１１ｃに通電と無通電を繰り返すことによりプランジャー１１ａを上下に駆動させることができる。ここで保持手段１１はプランジャー１１ａが揺動軸４の下方となるように配置されている。
【００３０】
図４は保持手段１１が無通電の時の状態を示してある。このときプランジャー１１ａとステータ部１１ｃの間には磁気力が無く与圧ばね１１ｂの力のみが働き、プランジャー１１ａを上方の揺動軸４に押圧する。このようにして揺動軸４は押圧するプランジャー１１ａとの間の摩擦により回転できなくなり従って超音波振動子アセンブリ１を固定することができる。
【００３１】
図５は保持手段を通電させた状態である。このときステータ１１ｃの内部に構成されたコイル（未図示）が通電され、軟磁性体であるプランジャー１１ａとの磁気力が働き、磁気力が与圧ばね１１ｂのばね力に打ち勝ち、プランジャー１１ａが揺動軸４から離間し下方へ移動する。これにより、超音波振動子アセンブリ１は揺動が可能となる。
【００３２】
このように超音波アセンブリ１は、保持手段１１に対して未通電にすることで任意の位置に固定され、通電することで固定が解除され任意に揺動できる。従って、超音波振動子アセンブリ１が静止し複数の超音波振動子の配列方向の電子走査を用いた２次元画像取得時には保持手段１１を未通電にし超音波振動子アセンブリ１固定することで振動や衝撃などが加えられたとしても超音波振動子アセンブリ１がぶれずに安定した画像を得ることができ、立体画像取得時などの超音波振動子アセンブリ１の揺動時には保持手段１１を通電し、超音波振動子アセンブリ１を任意に揺動させることができる。更には、未使用時には超音波振動子アセンブリ１を安全な位置に退避させてから保持手段１１を未通電にすることで、超音波振動子アセンブリ１を安全に固定させることができる。
【００３３】
以上のように第２の実施の形態によれば、超音波振動子アセンブリ１を所定の位置に保持する保持手段１１を有し、保持手段１１が未通電時に超音波振動子アセンブリ１を保持するよう構成されているので、電子走査による２次元画像を取得時には振動や衝撃に対して超音波振動子アセンブリ１を強固に固定し安定した画像を得ることができ、未通電時の振動や衝撃に対しても超音波振動子アセンブリ１は動くことは無く安全に保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る超音波探触子は、揺動時の摩擦負荷が少なく超音波振動子アセンブリを長期間安定して揺動させることができるという効果を有し、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の断面斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の内部詳細図
【図３】本発明の第１の実施の形態における揺動動作を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態における超音波振動アセンブリの保持状態を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態における超音波振動アセンブリの保持状態が開放されている状態を示す図
【図６】従来の超音波探触子の断面斜視図
【符号の説明】
【００３６】
１，１０１    超音波振動子アセンブリ
２，１０２    接続部材
３，１０３    アーム
４，１０４    揺動軸
５，１０５    軸受
６    駆動手段
６ａ    コイル
６ｂ    マグネット
６ｃ    バックヨーク
７    位置検出手段
７ａ    マグネットヨーク
７ｂ    検出器
８，１０８    音響窓
９，１０９    基台
１０    筐体
１１    保持手段
１１ａ    プランジャー
１１ｂ    与圧ばね
１１ｃ    ステータ
１２０    第１のプーリ
１２１    ベルト
１２２    第２のプーリ
１２３    駆動モータ
１２４    駆動モータ出力軸
１２５    シール
【図１】
0004844212.tif 000002
【図２】
0004844212.tif 000003
【図３】
0004844212.tif 000004
【図４】
0004844212.tif 000005
【図５】
0004844212.tif 000006
【図６】
0004844212.tif 000007